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JP2004153293A - Capacitance element, semiconductor memory device and method for manufacturing the same - Google Patents

Capacitance element, semiconductor memory device and method for manufacturing the same Download PDF

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JP2004153293A JP2003416365A JP2003416365A JP2004153293A JP 2004153293 A JP2004153293 A JP 2004153293A JP 2003416365 A JP2003416365 A JP 2003416365A JP 2003416365 A JP2003416365 A JP 2003416365A JP 2004153293 A JP2004153293 A JP 2004153293A
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Abstract

【課題】 容量素子における下部電極の酸素バリア性を維持できるようにし、また、容量素子の金属酸化物からなる容量絶縁膜が還元されることを防止できるようにする。
【解決手段】 下部電極31の側面は、膜厚が5nm〜100nm程度の酸化アルミニウムからなり、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15により覆われている。また、上部電極33の上面並びに該上部電極33、容量絶縁膜32及び埋込み絶縁膜16の各側面は、膜厚が5nm〜100nm程度の酸化アルミニウムからなり、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層17により覆われている。第2の絶縁性バリア層17は、第1の絶縁性バリア層15と下部電極31の側方の領域で接している。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain the oxygen barrier property of a lower electrode in a capacitor and to prevent a capacitor insulating film made of a metal oxide of the capacitor from being reduced.
A side surface of a lower electrode is made of aluminum oxide having a thickness of about 5 to 100 nm, and is covered with a first insulating barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen. The upper surface of the upper electrode 33 and each side surface of the upper electrode 33, the capacitor insulating film 32, and the buried insulating film 16 are made of aluminum oxide having a thickness of about 5 nm to 100 nm, and have a second insulating property for preventing hydrogen diffusion. It is covered by the barrier layer 17. The second insulating barrier layer 17 is in contact with the first insulating barrier layer 15 in a region beside the lower electrode 31.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、金属酸化物を容量絶縁膜に持つ容量素子、並びに該容量素子を持つ半導体記憶装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a capacitor having a metal oxide in a capacitor insulating film, a semiconductor memory device having the capacitor, and a method for manufacturing the same.

近年、電子機器におけるデジタル技術の進展に伴い、大容量のデータを処理し且つ保存する傾向が促進されるなか、電子機器に対して要求される機能が一段と高度化し、電子機器に使用される半導体装置及び該半導体装置を構成する半導体素子の寸法の微細化が急速に進んでいる。   In recent years, with the progress of digital technology in electronic devices, the tendency to process and store large amounts of data has been promoted, and the functions required for electronic devices have become more sophisticated, and semiconductors used in electronic devices have been increasingly used. 2. Description of the Related Art The miniaturization of the dimensions of a device and a semiconductor element constituting the semiconductor device is rapidly progressing.

これに伴い、例えばダイナミックRAM装置の高集積化を実現するために、従来の珪素酸化物又は珪素窒化物の代わりに高誘電体を容量絶縁膜として用いる技術が広く研究され、また開発されている。   In connection with this, for example, in order to realize high integration of a dynamic RAM device, a technique of using a high dielectric as a capacitor insulating film instead of the conventional silicon oxide or silicon nitride has been widely studied and developed. .

さらに、従来にはない低動作電圧で且つ高速な書き込み及び読み出し動作が可能な不揮発性RAM装置の実用化を目指して、自発分極特性を持つ強誘電体膜に関する研究及び開発が盛んに行なわれている。これら高誘電体又は強誘電体を容量絶縁膜に用いた半導体記憶装置において、記憶容量がメガビット級の高集積メモリ素子には、従来のプレーナ型メモリセルに代わり、スタック型のメモリセルが用いられるようになってきている。   Furthermore, research and development on ferroelectric films having spontaneous polarization characteristics have been actively conducted with the aim of putting a non-volatile RAM device capable of performing high-speed write and read operations at an unprecedented low operating voltage to practical use. I have. In a semiconductor memory device using a high-dielectric or ferroelectric for a capacitor insulating film, a stack-type memory cell is used instead of a conventional planar-type memory cell for a highly integrated memory element having a storage capacity of a megabit class. It is becoming.

以下、従来の半導体記憶装置について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a conventional semiconductor memory device will be described with reference to the drawings.

図15は特開平11―8355号公報に開示された従来の半導体記憶装置の要部の断面構成を示している。   FIG. 15 shows a cross-sectional configuration of a main part of a conventional semiconductor memory device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-8355.

図15に示すように、従来の半導体記憶装置は、半導体基板101に形成されたソースドレイン領域102と、半導体基板101のチャネル領域上にゲート絶縁膜103を介して形成されたゲート電極104とからなるトランジスタ105を有している。半導体基板101上には、トランジスタ105を含めその全面を覆う層間絶縁膜106が形成され、該層間絶縁膜106には、ソースドレイン領域102のいずれか一方と電気的に接続されるコンタクトプラグ107が形成されている。   As shown in FIG. 15, a conventional semiconductor memory device includes a source / drain region 102 formed on a semiconductor substrate 101 and a gate electrode 104 formed on a channel region of the semiconductor substrate 101 via a gate insulating film 103. Transistors 105. An interlayer insulating film 106 covering the entire surface including the transistor 105 is formed over the semiconductor substrate 101, and a contact plug 107 electrically connected to one of the source / drain regions 102 is formed on the interlayer insulating film 106. Is formed.

層間絶縁膜106上には、窒化シリコン(Si34)からなる絶縁性水素バリア層108が形成されており、コンタクトプラグ107の上端部には窒化チタン(TiN)からなる導電性水素バリア層109が形成されている。 An insulating hydrogen barrier layer 108 made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) is formed on the interlayer insulating film 106, and a conductive hydrogen barrier layer made of titanium nitride (TiN) is formed on the upper end of the contact plug 107. 109 are formed.

絶縁性水素バリア層108上には、導電性水素バリア層109と接続されるように、二酸化イリジウム(IrO2 )又は二酸化ルテニウム(RuO2 )を含む下部電極110が形成されている。 A lower electrode 110 containing iridium dioxide (IrO 2 ) or ruthenium dioxide (RuO 2 ) is formed on the insulating hydrogen barrier layer 108 so as to be connected to the conductive hydrogen barrier layer 109.

絶縁性水素バリア層108上の下部電極110同士の間には、酸化シリコン(SiO2 )、窒化シリコン(Si34)又は酸化窒化シリコン(SiON)等からなる埋込み絶縁膜111が形成されている。 A buried insulating film 111 made of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxynitride (SiON), or the like is formed between the lower electrodes 110 on the insulating hydrogen barrier layer 108. I have.

下部電極110を含む埋込み絶縁膜111上には、チタン酸ジルコン鉛(Pb(Zr,Ti)O3 )、又はタンタル酸ストロンチウムビスマス(SrBi2 Ta29 )等の強誘電体からなる容量絶縁膜112が形成され、該容量絶縁膜112の上には、二酸化イリジウム又は二酸化ルテニウムを含む上部電極113が形成される。また、上部電極113上には、窒化シリコン等からなる絶縁性水素バリア層114が形成されている。 On the buried insulating film 111 including the lower electrode 110, a capacitive insulating material made of a ferroelectric substance such as lead zircon titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ) or strontium bismuth tantalate (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) is used. A film 112 is formed, and an upper electrode 113 containing iridium dioxide or ruthenium dioxide is formed on the capacitor insulating film 112. On the upper electrode 113, an insulating hydrogen barrier layer 114 made of silicon nitride or the like is formed.

しかしながら、前記従来の半導体記憶装置には、以下に挙げるように2つの問題がある。   However, the conventional semiconductor memory device has two problems as described below.

第1に、下部電極110を構成し、酸素に対するバリアとなる二酸化イリジウム又は二酸化ルテニウムからなる導電性酸化膜が、製造時に発生する水素により還元されてその酸素に対するバリア性が劣化するという問題を有している。   First, there is a problem that a conductive oxide film made of iridium dioxide or ruthenium dioxide which constitutes the lower electrode 110 and serves as a barrier against oxygen is reduced by hydrogen generated at the time of manufacturing, thereby deteriorating the barrier property against oxygen. are doing.

第2に、容量絶縁膜112を構成する高誘電体又は強誘電体が、製造時に発生する水素により還元されてしまい、容量素子としての電気的特性が劣化するという問題を有している。   Second, there is a problem in that the high dielectric substance or the ferroelectric substance constituting the capacitive insulating film 112 is reduced by hydrogen generated at the time of manufacturing, and the electrical characteristics of the capacitive element deteriorate.

まず、酸素バリア性を有する下部電極が製造中に還元される第1の問題について図16(a)及び図16(b)を参照しながら説明する。   First, a first problem in which the lower electrode having an oxygen barrier property is reduced during manufacturing will be described with reference to FIGS. 16 (a) and 16 (b).

図16(a)に示すように、二酸化イリジウム又は二酸化ルテニウムを含む下部電極110をパターニングした後、埋込み絶縁膜111Aを成膜する際に、原料ガスであるモノシラン(SiH4 )又はアンモニア(NH3 )から発生する水素イオンによって、二酸化イリジウム又は二酸化ルテニウムが容易に還元されてしまう。この還元反応は、埋込み絶縁膜111Aの成膜手段にプラズマCVD法を用いた場合に特に顕在化する。 As shown in FIG. 16A, when the buried insulating film 111A is formed after patterning the lower electrode 110 containing iridium dioxide or ruthenium dioxide, monosilane (SiH 4 ) or ammonia (NH 3 ) as a source gas is used. ), Iridium dioxide or ruthenium dioxide is easily reduced. This reduction reaction becomes particularly apparent when a plasma CVD method is used for forming the buried insulating film 111A.

その結果、下部電極111における酸素原子に対する拡散バリア性が劣化し、図16(b)に示すように、下部電極110の上に形成された高誘電体又は強誘電体からなる容量絶縁膜112の結晶化に必須の650℃〜800℃程度の酸素アニール時に、該容量絶縁膜112から拡散される酸素イオンが下部電極110の内部をコンタクトプラグ107との界面にまで拡散することにより、コンタクト抵抗が増大する等の接触不良が発生する。   As a result, the diffusion barrier property against oxygen atoms in the lower electrode 111 is degraded, and as shown in FIG. 16B, the capacitance insulating film 112 made of a high dielectric or ferroelectric formed on the lower electrode 110 is reduced. At the time of oxygen annealing at about 650 ° C. to 800 ° C., which is essential for crystallization, oxygen ions diffused from the capacitor insulating film 112 diffuse inside the lower electrode 110 to the interface with the contact plug 107, thereby reducing contact resistance. Poor contact such as increase occurs.

次に、高誘電体又は強誘電体からなる容量絶縁膜が製造中に還元される第2の問題について図17を参照しながら説明する。   Next, a second problem that the capacitive insulating film made of a high dielectric substance or a ferroelectric substance is reduced during manufacturing will be described with reference to FIG.

実際の半導体記憶装置は、図15又は図17に示すように、複数の容量素子とトランジスタとが共に2次元的に、いわゆるアレイ状に配置されている。このアレイ状に配置された容量素子の容量絶縁膜112は、前述したように、高誘電体又は強誘電体により構成する場合には金属酸化物を用いることが多い。従って、アレイ状に配置された容量素子のうち、その周縁部100に位置する容量素子の水素イオンによる還元を防止することは、容量素子の下部に設けた絶縁性水素バリア層108と上部に設けた絶縁性水素バリア層114とのみでは不可能である。なぜなら、図17に示すように、半導体基板101の上方向及び下方向からの水素イオンの拡散は防止できるものの、アレイ状に配置された複数の容量素子のうち周縁部100に位置する容量素子に対する基板面に平行な方向(横方向)からの水素イオンの拡散は防ぐことができないからである。   In an actual semiconductor memory device, as shown in FIG. 15 or FIG. 17, a plurality of capacitors and transistors are both two-dimensionally arranged in an array. As described above, a metal oxide is often used when the capacitor insulating film 112 of the capacitor elements arranged in an array is made of a high dielectric or a ferroelectric. Therefore, of the capacitance elements arranged in an array, the reduction of the capacitance elements located at the peripheral portion 100 by hydrogen ions can be prevented by providing the insulating hydrogen barrier layer 108 provided below the capacitance element and the insulating hydrogen barrier layer 108 provided above the capacitance element. It is impossible only with the insulating hydrogen barrier layer 114. This is because, as shown in FIG. 17, although diffusion of hydrogen ions from above and below the semiconductor substrate 101 can be prevented, of the plurality of capacitors arranged in an array, This is because diffusion of hydrogen ions from a direction parallel to the substrate surface (lateral direction) cannot be prevented.

ところで、特開2001−237393号公報には、半導体記憶装置における1つの容量素子を水素バリア層で完全に覆う構成が開示されているが、複数の容量量子が2次元のアレイ上に配置されてなる半導体記憶装置は、複数の容量素子のすべてを水素バリア層により完全に覆うことができなければ、容量素子の特性の劣化を防止することはできない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-237393 discloses a configuration in which one capacitance element in a semiconductor memory device is completely covered with a hydrogen barrier layer. However, a plurality of capacitance quanta are arranged on a two-dimensional array. In the semiconductor memory device, if all of the plurality of capacitors cannot be completely covered with the hydrogen barrier layer, deterioration of the characteristics of the capacitors cannot be prevented.

また、特開平11ー126881号公報には、複数の容量素子が水素バリア層により完全に覆われる構成の半導体記憶装置を開示している。しかしながら、該公報は、その第1図に示される上部電極110に対して電圧を印加する手段を示していない。ここで、もし、上部電極110に電圧を印加するためのコンタクトホールを設けるとすると、上部電極110を覆う水素バリア層111をエッチングしなければならない。このとき、水素バリア層111を開口するエッチングを行なうと、特開2001−44376号には、開口後に行なうレジストのアッシング処理時に発生する水素や、その後の配線工程、すなわちコンタクトホールへのプラグの充填、配線の成膜及びパターニング、配線の水素ガスによるシンタ処理、並びに配線間の絶縁膜の形成等の一連のプロセスにより発生する水素によって、容量素子が劣化してしまうことが記されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-126881 discloses a semiconductor memory device in which a plurality of capacitive elements are completely covered by a hydrogen barrier layer. However, the publication does not show means for applying a voltage to the upper electrode 110 shown in FIG. Here, if a contact hole for applying a voltage to the upper electrode 110 is provided, the hydrogen barrier layer 111 covering the upper electrode 110 must be etched. At this time, if etching is performed to open the hydrogen barrier layer 111, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-44376 discloses that the hydrogen generated during the ashing process of the resist after the opening and the subsequent wiring process, that is, the filling of the contact hole with the plug. It is described that the capacitance element is degraded by hydrogen generated by a series of processes such as film formation and patterning of wiring, sintering of wiring with hydrogen gas, and formation of an insulating film between wirings.

このように、従来例に係る半導体記憶装置においては、アレイ状に配置された複数の容量素子を含むメモリセルアレイを水素バリア層により完全に覆うことは困難である。   As described above, in the conventional semiconductor memory device, it is difficult to completely cover the memory cell array including the plurality of capacitance elements arranged in an array with the hydrogen barrier layer.

本発明は、前記従来の問題を解決し、容量素子における下部電極の酸素バリア性を維持できるようにすることを第1の目的とし、容量素子の金属酸化物からなる容量絶縁膜が還元されることを防止できるようにすることを第2の目的とし、さらには、メモリセルアレイを1つ以上のブロック単位で覆う場合にも、容量素子の特性の劣化を確実に防止できるようにすることを第3の目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION It is a first object of the present invention to solve the above-mentioned conventional problem and to maintain the oxygen barrier property of a lower electrode in a capacitor, and to reduce a capacitor insulating film made of a metal oxide of the capacitor. It is a second object of the present invention to prevent the deterioration of the characteristics of the capacitor even when the memory cell array is covered by one or more blocks. This is the purpose of 3.

前記第1の目的を達成するため、本発明は、容量素子における下部電極の側面を酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層で覆う構成とし、また、前記第2の目的を達成するため、容量素子における容量絶縁膜の側面を水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層で覆う構成とし、また、第3の目的を達成するため、水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層によって、容量素子をメモリセルアレイに含まれる1つ以上のブロック単位で覆う構成とする。   In order to achieve the first object, the present invention provides a structure in which a side surface of a lower electrode in a capacitor is covered with a first insulating barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen, and the second object is achieved. In order to achieve the third object, the side surface of the capacitive insulating film in the capacitive element is covered with a second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen. In order to achieve the third object, an insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is provided. , The capacitor is covered in units of one or more blocks included in the memory cell array.

具体的に、本発明に係る第1の容量素子は、前記第1の目的を達成し、下部電極と、下部電極上に形成された金属酸化物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、下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜とを備え、下部電極は、酸素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含み、下部電極の側面のうち少なくとも導電性バリア層の側面と接するように、水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層が形成されている。   Specifically, the first capacitor element according to the present invention achieves the first object, and has a lower electrode, a capacitor insulating film made of a metal oxide formed on the lower electrode, and a capacitor on the capacitor insulating film. The formed upper electrode, comprising a buried insulating film filling the periphery of the lower electrode, the lower electrode includes a conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen, and at least the side surface of the conductive barrier layer among the side surfaces of the lower electrode. An insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed so as to be in contact with the insulating barrier layer.

第1の容量素子によると、下部電極の側面のうち少なくとも導電性バリア層の側面と接するように、水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層が形成されているため、下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜の成膜時に発生する水素の下部電極への拡散が下部電極の側面に形成された絶縁性バリア層によって抑止される。その結果、下部電極を構成する酸素の拡散を防ぐ導電性バリア層が例えば金属酸化物からなる場合には、導電性バリア層の水素による還元を防止できるため、該導電性バリア層は酸素に対するバリア性を維持することができる。   According to the first capacitive element, the insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed so as to contact at least the side surface of the conductive barrier layer among the side surfaces of the lower electrode. Diffusion of hydrogen generated during film formation to the lower electrode is suppressed by the insulating barrier layer formed on the side surface of the lower electrode. As a result, when the conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen constituting the lower electrode is made of, for example, a metal oxide, reduction of the conductive barrier layer by hydrogen can be prevented. Sex can be maintained.

第1の容量素子において、埋込み絶縁膜が水素を含む雰囲気下で形成されていることが好ましい。   In the first capacitor, the buried insulating film is preferably formed in an atmosphere containing hydrogen.

第1の容量素子において、埋込み絶縁膜が酸化シリコン(SiO2 )又は窒化シリコン(Si34 )からなることが好ましい。 In the first capacitor, the buried insulating film is preferably made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ).

第1の容量素子において、絶縁性バリア層が酸素の拡散をも防ぐことが好ましい。   In the first capacitor, it is preferable that the insulating barrier layer also prevent diffusion of oxygen.

第1の容量素子において、導電性バリア層が、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層と酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層とからなる積層膜を含むことが好ましい。   In the first capacitor, the conductive barrier layer preferably includes a stacked film including a first conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen and a second conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen. .

この場合に、第1の導電性バリア層が、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、チタンアルミニウム(TiAl)、窒化珪化チタン(TiSiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化珪化タンタル(TaSiN)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、及びタンタルアルミニウム(TaAl)のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成されていることが好ましい。   In this case, the first conductive barrier layer is made of titanium aluminum nitride (TiAlN), titanium aluminum (TiAl), titanium nitride silicide (TiSiN), tantalum nitride (TaN), tantalum nitride silicide (TaSiN), and tantalum aluminum nitride (TaSiN). TaAlN) and tantalum aluminum (TaAl), or a laminated film including at least two of them.

また、この場合に、第2の導電性バリア層が、二酸化イリジウム(IrO2 )、下層から順次形成されたイリジウム(Ir)と二酸化イリジウム(IrO2 )とからなる積層膜、二酸化ルテニウム(RuO2 )、及び下層から順次形成されたルテニウム(Ru)と二酸化ルテニウム(RuO2 )とからなる積層膜のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成されていることが好ましい。 In this case, the second conductive barrier layer, the iridium (IrO 2) dioxide, iridium, which are sequentially formed from the lower layer (Ir) and iridium dioxide (IrO 2) consisting of a multilayer film, ruthenium dioxide (RuO 2 ) And a laminated film composed of ruthenium (Ru) and ruthenium dioxide (RuO 2 ) sequentially formed from the lower layer, or a laminated film including at least two of them. Is preferred.

第1の容量素子において、絶縁性バリア層が、酸化アルミニウム(Al23 )、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)及び酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)のうちのいずれか1つを含むことが好ましい。 In the first capacitor, the insulating barrier layer preferably includes one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium aluminum oxide (TiAlO), and tantalum aluminum oxide (TaAlO).

本発明に係る第2の容量素子は、前記第1の目的を達成し、下部電極と、下部電極上に形成された金属酸化物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、下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜とを備え、下部電極は、二酸化イリジウム(IrO2 )、下層から順次形成されたイリジウム(Ir)と二酸化イリジウム(IrO2 )とからなる積層膜、二酸化ルテニウム(RuO2 )、及び下層から順次形成されたルテニウム(Ru)と二酸化ルテニウム(RuO2 )とからなる積層膜のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成された導電性バリア層を含み、下部電極の側面のうち少なくとも導電性バリア層の側面と接するように、酸化アルミニウム(Al23 )、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)及び酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)のうちの少なくとも1つを含む絶縁性バリア層が形成されている。 A second capacitive element according to the present invention achieves the first object, and includes a lower electrode, a capacitive insulating film made of a metal oxide formed on the lower electrode, and an upper portion formed on the capacitive insulating film. comprising an electrode and an insulator film to fill the periphery of the lower electrode, the lower electrode is iridium dioxide (IrO2), consisting of a sequentially formed iridium from the lower layer (Ir) and iridium dioxide (IrO 2) film stack, dioxide Ruthenium (RuO 2 ), and / or a laminated film including ruthenium (Ru) and ruthenium dioxide (RuO 2 ) sequentially formed from a lower layer, or a laminated film including at least two of them. Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and titanium oxide so as to be in contact with at least the side surfaces of the conductive barrier layer among the side surfaces of the lower electrode. An insulating barrier layer including at least one of aluminum (TiAlO) and tantalum aluminum oxide (TaAlO) is formed.

第2の容量素子によると、二酸化イリジウム又は二酸化ルテニウムからなる金属酸化物を含む導電性バリア層を有する下部電極には、その側面の少なくとも導電性バリア層の側面と接するように、酸化アルミニウム、酸化チタンアルミニウム及び酸化タンタルアルミニウムのうちの少なくとも1つを含む絶縁性バリア層が形成されているため、埋込み絶縁膜の成膜時に発生する水素の下部電極への拡散が下部電極の側面に形成された絶縁性バリア層によって抑止される。その結果、導電性バリア層の水素による還元を防止できるので、導電性バリア層は酸素に対するバリア性を維持することができる。   According to the second capacitor, the lower electrode having the conductive barrier layer containing a metal oxide made of iridium dioxide or ruthenium dioxide has aluminum oxide, oxide, or the like so as to be in contact with at least the side surface of the conductive barrier layer. Since the insulating barrier layer containing at least one of titanium aluminum and tantalum aluminum oxide is formed, diffusion of hydrogen generated during the formation of the buried insulating film into the lower electrode was formed on the side surface of the lower electrode. Suppressed by the insulating barrier layer. As a result, reduction of the conductive barrier layer by hydrogen can be prevented, so that the conductive barrier layer can maintain a barrier property against oxygen.

本発明に係る第1の半導体記憶装置の製造方法は、前記第1の目的を達成し、半導体基板の上に形成され、ソース領域及びドレイン領域を有するトランジスタと、半導体基板の上にトランジスタを覆うように形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜にトランジスタのソース領域又はドレイン領域と電気的に接続されるように形成されたコンタクトプラグと、下部電極がコンタクトプラグ上に形成された本発明に係る第1又は第2の容量素子とを備えている。   A first method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention achieves the first object, and includes a transistor formed on a semiconductor substrate and having a source region and a drain region, and covering the transistor on the semiconductor substrate. And a contact plug formed so as to be electrically connected to the source region or the drain region of the transistor in the interlayer insulating film, and the present invention in which the lower electrode is formed on the contact plug. And the first or second capacitance element.

第1の半導体記憶装置によると、本発明に係る第1又は第2の容量素子を備えているため、埋込み絶縁膜の成膜時に発生する水素の下部電極への拡散が下部電極の側面に形成された絶縁性バリア層によって抑止される。その結果、下部電極を構成する酸素の拡散を防ぐ導電性バリア層が例えば金属酸化物からなる場合には、導電性バリア層の水素による還元を防止できるため、容量素子の特性の劣化を防止することができる。   According to the first semiconductor memory device, since the first or second capacitance element according to the present invention is provided, diffusion of hydrogen generated during the formation of the buried insulating film into the lower electrode is formed on the side surface of the lower electrode. Is suppressed by the insulating barrier layer. As a result, when the conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen constituting the lower electrode is made of, for example, a metal oxide, reduction of the conductive barrier layer by hydrogen can be prevented, so that deterioration of characteristics of the capacitor is prevented. be able to.

本発明に係る第1の半導体記憶装置の製造方法は、前記第1の目的を達成し、半導体基板上にゲート電極を形成した後、半導体基板におけるゲート電極の側方にそれぞれソース領域及びドレイン領域を形成することによりトランジスタを形成する第1の工程と、トランジスタを含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する第2の工程と、層間絶縁膜に、ソース領域又はドレイン領域と電気的に接続されるコンタクトプラグを形成する第3の工程と、層間絶縁膜の上に、酸素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含む第1の導電膜を形成する第4の工程と、第1の導電膜をコンタクトプラグと電気的に接続されるようにパターニングすることにより、層間絶縁膜の上に第1の導電膜から下部電極を形成する第5の工程と、層間絶縁膜の上に下部電極の上面及び側面を覆うように水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層を形成する第6の工程と、絶縁性バリア層の上に第1の絶縁膜を形成した後、該第1の絶縁膜及び絶縁性バリア層に対して下部電極を露出するように平坦化する第7の工程と、露出した下部電極の上を含む平坦化した第1の絶縁膜及び絶縁性バリア層の上に、金属酸化物からなる第2の絶縁膜と、該第2の絶縁膜の上に第2の導電膜とを形成する第8の工程と、下部電極を含むように、第2の導電膜、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜をパターニングすることにより、下部電極の上に第2の導電膜から上部電極を形成し、第2の絶縁膜から容量絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜から下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜を形成する第9の工程とを備えている。   A first method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention achieves the first object, forms a gate electrode on a semiconductor substrate, and then forms a source region and a drain region on the side of the gate electrode in the semiconductor substrate. Forming a transistor by forming a transistor, a second step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including the transistor, and electrically connecting a source region or a drain region to the interlayer insulating film. A third step of forming a contact plug to be formed, a fourth step of forming a first conductive film including a conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen on the interlayer insulating film, and a first conductive film A fifth step of forming a lower electrode from the first conductive film on the interlayer insulating film by patterning so that the lower electrode is electrically connected to the contact plug; A sixth step of forming an insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen so as to cover the surface and the side surface, and forming a first insulating film on the insulating barrier layer, and then forming the first insulating film and the insulating film. A flattening step for exposing the lower electrode to the conductive barrier layer, and forming a metal oxide on the flattened first insulating film and the insulating barrier layer including on the exposed lower electrode. An eighth step of forming a second conductive film on the second insulating film, a second conductive film on the second insulating film, and a second conductive film and a second insulating film so as to include a lower electrode. By patterning the film and the first insulating film, an upper electrode is formed from the second conductive film on the lower electrode, a capacitor insulating film is formed from the second insulating film, and the lower electrode is formed from the first insulating film. A ninth step of forming a buried insulating film filling the periphery of the electrode.

第1の半導体記憶装置の製造方法によると、第1の導電膜をコンタクトプラグと電気的に接続されるようにパターニングして、層間絶縁膜の上に第1の導電膜から下部電極を形成し、その後、層間絶縁膜の上に下部電極の側面を覆うように水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層を形成する。従って、下部電極を埋める埋込み絶縁膜を形成するよりも前に、下部電極の上面及び側面上に絶縁性バリア層を形成するため、下部電極を構成する酸素の拡散を防ぐ導電性バリア層が金属酸化物からなる場合には、導電性バリア層の水素による還元を防止できるため、該導電性バリア層は酸素に対するバリア性を維持することができる。   According to the first method for manufacturing a semiconductor memory device, the first conductive film is patterned so as to be electrically connected to the contact plug, and the lower electrode is formed from the first conductive film on the interlayer insulating film. Thereafter, an insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed on the interlayer insulating film so as to cover the side surface of the lower electrode. Therefore, before forming the buried insulating film filling the lower electrode, an insulating barrier layer is formed on the upper surface and side surfaces of the lower electrode, so that the conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen constituting the lower electrode is made of metal. When the conductive barrier layer is made of an oxide, reduction of the conductive barrier layer by hydrogen can be prevented, so that the conductive barrier layer can maintain a barrier property against oxygen.

第1の半導体記憶装置の製造方法において、埋込み絶縁膜は水素を含む雰囲気で形成することが好ましい。   In the first method for manufacturing a semiconductor memory device, the buried insulating film is preferably formed in an atmosphere containing hydrogen.

第1の半導体記憶装置の製造方法において、第4の工程が、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層を形成する工程と、酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層を形成する工程とを含むことが好ましい。   In the first method for manufacturing a semiconductor memory device, the fourth step includes a step of forming a first conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen and a step of forming a second conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen. And a step of forming.

本発明に係る第3の容量素子は、前記第2の目的を達成し、下部電極と、下部電極上に形成された金属酸化物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、下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜とを備え、下部電極は、酸素及び水素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含み、下部電極の側面のうち少なくとも導電性バリア層の側面と接するように、水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層が形成されており、上部電極の上面及び側面並びに容量絶縁膜の側面を覆うように、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層が形成されており、第2の絶縁性バリア層は、下部電極を覆うと共に第1の絶縁性バリア層と接している。   A third capacitive element according to the present invention achieves the second object, and includes a lower electrode, a capacitive insulating film made of a metal oxide formed on the lower electrode, and an upper portion formed on the capacitive insulating film. An electrode, and a buried insulating film filling the periphery of the lower electrode, wherein the lower electrode includes a conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen, and is in contact with at least a side surface of the conductive barrier layer among the side surfaces of the lower electrode. A first insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed, and a second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed so as to cover the upper surface and side surfaces of the upper electrode and the side surfaces of the capacitive insulating film. The second insulating barrier layer covers the lower electrode and is in contact with the first insulating barrier layer.

第3の容量素子によると、金属酸化物からなる容量絶縁膜の側面が水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層により覆われているため、製造時に発生する水素が容量絶縁膜の側面から拡散して金属酸化物が還元されることがない。その上、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層が下部電極を覆うと共に第1の絶縁性バリア層と接しているため、該第2の絶縁性バリア層により容量素子が隙間なく覆われるので、該容量素子の水素による還元を防止できる。その結果、所定の電気的特性を有する容量素子を得ることができる。   According to the third capacitive element, since the side surface of the capacitive insulating film made of a metal oxide is covered with the second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen, hydrogen generated at the time of manufacturing can be removed from the side surface of the capacitive insulating film. The metal oxide is not reduced by diffusion. In addition, since the second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen covers the lower electrode and is in contact with the first insulating barrier layer, the capacitor element is covered by the second insulating barrier layer without gaps. Therefore, reduction of the capacitor by hydrogen can be prevented. As a result, a capacitor having predetermined electric characteristics can be obtained.

第3の容量素子において、埋込み絶縁膜が水素を含む雰囲気下で形成されていることが好ましい。   In the third capacitor, the buried insulating film is preferably formed in an atmosphere containing hydrogen.

第3の容量素子において、埋込み絶縁膜が酸化シリコン(SiO2 )又は窒化シリコン(Si34 )からなることが好ましい。 In the third capacitor, the buried insulating film is preferably made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ).

第3の容量素子において、第1の絶縁性バリア層が酸素の拡散をも防ぐことが好ましい。   In the third capacitor, the first insulating barrier layer preferably prevents diffusion of oxygen.

第3の容量素子において、導電性バリア層が、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層と酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層とからなる積層膜を含むことが好ましい。   In the third capacitor, the conductive barrier layer preferably includes a stacked film including a first conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen and a second conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen. .

この場合に、第1の導電性バリア層が、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、チタンアルミニウム(TiAl)、窒化珪化チタン(TiSiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化珪化タンタル(TaSiN)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、及びタンタルアルミニウム(TaAl)のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成されていることが好ましい。   In this case, the first conductive barrier layer is made of titanium aluminum nitride (TiAlN), titanium aluminum (TiAl), titanium nitride silicide (TiSiN), tantalum nitride (TaN), tantalum nitride silicide (TaSiN), and tantalum aluminum nitride (TaSiN). TaAlN) and tantalum aluminum (TaAl), or a laminated film including at least two of them.

また、この場合に、第2の導電性バリア層が、二酸化イリジウム(IrO2 )、下層から順次形成されたイリジウム(Ir)と二酸化イリジウム(IrO2 )とからなる積層膜、二酸化ルテニウム(RuO2 )、及び下層から順次形成されたルテニウム(Ru)と二酸化ルテニウム(RuO2 )とからなる積層膜のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成されていることが好ましい。 In this case, the second conductive barrier layer, the iridium (IrO 2) dioxide, iridium, which are sequentially formed from the lower layer (Ir) and iridium dioxide (IrO 2) consisting of a multilayer film, ruthenium dioxide (RuO 2 ) And a laminated film composed of ruthenium (Ru) and ruthenium dioxide (RuO 2 ) sequentially formed from the lower layer, or a laminated film including at least two of them. Is preferred.

第3の容量素子において、第1の絶縁性バリア層及び第2の絶縁性バリア層が、酸化アルミニウム(Al23 )、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)又は酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)からなることが好ましい。 In the third capacitor, the first insulating barrier layer and the second insulating barrier layer may be made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium aluminum oxide (TiAlO), or tantalum aluminum oxide (TaAlO). preferable.

本発明に係る第4の容量素子は、前記第2の目的を達成し、下部電極と、下部電極上に形成された金属酸化物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、下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜とを備え、下部電極は、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、チタンアルミニウム(TiAl)、窒化珪化チタン(TiSiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化珪化タンタル(TaSiN)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、及びタンタルアルミニウム(TaAl)のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成された導電性バリア層を含み、下部電極の側面のうち少なくとも導電性バリア層の側面と接するように、酸化アルミニウム(Al23 )、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)及び酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)のうちの少なくとも1つを含む第1の絶縁性バリア層が形成されており、上部電極の上面及び側面並びに容量絶縁膜の側面を覆うように、酸化アルミニウム(Al23 )、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)及び酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)のうちの少なくとも1つを含む第2の絶縁性バリア層が形成されており、第2の絶縁性バリア層は、下部電極を覆うと共に第1の絶縁性バリア層と接している。 A fourth capacitive element according to the present invention achieves the second object, and includes a lower electrode, a capacitive insulating film formed of a metal oxide formed on the lower electrode, and an upper portion formed on the capacitive insulating film. An electrode, and a buried insulating film filling the periphery of the lower electrode. The lower electrode is made of titanium aluminum nitride (TiAlN), titanium aluminum (TiAl), titanium nitride silicide (TiSiN), tantalum nitride (TaN), tantalum nitride silicide ( A lower electrode including a conductive barrier layer formed of any one of TaSiN), tantalum aluminum nitride (TaAlN), and tantalum aluminum (TaAl), or a stacked film including at least two of them; the to be in contact with a side surface of at least the conductive barrier layer of the side surfaces, aluminum oxide (Al 2 O 3), oxide Chitan'aru A first insulating barrier layer including at least one of titanium (TiAlO) and tantalum aluminum oxide (TaAlO) is formed, and is oxidized so as to cover the upper surface and side surfaces of the upper electrode and the side surfaces of the capacitive insulating film. A second insulating barrier layer containing at least one of aluminum (Al 2 O 3 ), titanium aluminum oxide (TiAlO) and tantalum aluminum oxide (TaAlO) is formed, and the second insulating barrier layer is , And covers the lower electrode and is in contact with the first insulating barrier layer.

第4の容量素子によると、下部電極に、チタン、アルミニウム、珪素又はタンタル又はその窒化物からなる導電層バリア層を含み、該導電性バリア層の側面は、アルミニウムの酸化物、チタンとアルミニウムとの酸化物又はタンタルとアルミニウムとの酸化物からなる第1の絶縁性バリア層が形成されている。さらに、第1の絶縁性バリア層と同一の材料群のうちの1つからなる第2の絶縁性バリア層が、上部電極の上面及び側面、容量絶縁膜の側面並びに下部電極を覆うと共に、第1の絶縁性バリア層と接するように形成されているため、第2の絶縁性バリア層により容量素子が隙間なく覆われるので、該容量素子の水素による還元を防止できる。その結果、所定の電気的特性を有する容量素子を得ることができる。   According to the fourth capacitive element, the lower electrode includes a conductive layer barrier layer made of titanium, aluminum, silicon, or tantalum or a nitride thereof, and the side surface of the conductive barrier layer has an oxide of aluminum, titanium and aluminum. And a first insulating barrier layer made of an oxide of tantalum and an oxide of aluminum. Further, a second insulating barrier layer made of one of the same material group as the first insulating barrier layer covers the upper surface and the side surface of the upper electrode, the side surface of the capacitive insulating film, and the lower electrode. Since the capacitor element is formed so as to be in contact with the first insulating barrier layer, the capacitor element is covered with no gap by the second insulating barrier layer, so that reduction of the capacitor element by hydrogen can be prevented. As a result, a capacitor having predetermined electric characteristics can be obtained.

本発明に係る第2の半導体記憶装置は、半導体基板の上に形成され、ソース領域及びドレイン領域を有するトランジスタと、半導体基板の上にトランジスタを覆うように形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜にトランジスタのソース領域又はドレイン領域と電気的に接続されるように形成されたコンタクトプラグと、下部電極がコンタクトプラグ上に形成された本発明に係る第3又は第4の容量素子とを備えている。   A second semiconductor memory device according to the present invention includes a transistor formed on a semiconductor substrate and having a source region and a drain region; an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate so as to cover the transistor; A contact plug formed in the film so as to be electrically connected to a source region or a drain region of the transistor; and a third or fourth capacitor according to the present invention in which a lower electrode is formed on the contact plug. ing.

第2の半導体記憶装置によると、本発明に係る第3又は第4の容量素子を備えているため、埋込み絶縁膜の成膜時に発生する水素の下部電極への拡散が下部電極の側面に形成された絶縁性バリア層によって抑止される。さらに、金属酸化物からなる容量絶縁膜の側面が水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層により覆われているため、製造時に発生する水素が容量絶縁膜の側面から拡散して金属酸化物が還元されることがない。その上、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層が下部電極を覆うと共に第1の絶縁性バリア層と接しているため、該第2の絶縁性バリア層により容量素子が隙間なく覆われるので、該容量素子の水素による還元を防止できる。その結果、所望の電気的特性を有する容量素子を得ることができる。   According to the second semiconductor memory device, since the third or fourth capacitance element according to the present invention is provided, diffusion of hydrogen generated during the formation of the buried insulating film into the lower electrode is formed on the side surface of the lower electrode. Is suppressed by the insulating barrier layer. Further, since the side surface of the capacitor insulating film made of metal oxide is covered with the second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen, hydrogen generated during manufacturing diffuses from the side surface of the capacitor insulating film and Is not reduced. In addition, since the second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen covers the lower electrode and is in contact with the first insulating barrier layer, the capacitor element is covered by the second insulating barrier layer without gaps. Therefore, reduction of the capacitor by hydrogen can be prevented. As a result, a capacitor having desired electric characteristics can be obtained.

本発明に係る第2の半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上にゲート電極を形成した後、半導体基板におけるゲート電極の側方にそれぞれソース領域及びドレイン領域を形成することによりトランジスタを形成する第1の工程と、トランジスタを含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する第2の工程と、層間絶縁膜に、ソース領域又はドレイン領域と電気的に接続されるコンタクトプラグを形成する第3の工程と、層間絶縁膜の上に、酸素及び水素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含む第1の導電膜を形成する第4の工程と、第1の導電膜をコンタクトプラグと電気的に接続されるようにパターニングすることにより、層間絶縁膜の上に第1の導電膜から下部電極を形成する第5の工程と、層間絶縁膜の上に下部電極の上面及び側面を覆うように水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層を形成する第6の工程と、絶縁性バリア層の上に第1の絶縁膜を形成した後、該第1の絶縁膜及び絶縁性バリア層に対して下部電極を露出するように平坦化する第7の工程と、露出した下部電極の上を含む平坦化した第1の絶縁膜及び絶縁性バリア層の上に、金属酸化物からなる第2の絶縁膜と、該第2の絶縁膜の上に第2の導電膜とを形成する第8の工程と、下部電極を含むように、第2の導電膜、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜をパターニングすることにより、下部電極の上に第2の導電膜から上部電極を形成し、第2の絶縁膜から容量絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜から下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜を形成する第9の工程と、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を覆い、且つ第1の絶縁性バリア層と下部電極の側方で接するように、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層を形成する第10の工程とを備えている。   In a second method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, after forming a gate electrode on a semiconductor substrate, a transistor is formed by forming a source region and a drain region on the side of the gate electrode on the semiconductor substrate, respectively. A first step, a second step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including a transistor, and a third step of forming a contact plug in the interlayer insulating film to be electrically connected to a source region or a drain region. A step of forming a first conductive film including a conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen on the interlayer insulating film; and electrically connecting the first conductive film to a contact plug. A fifth step of forming a lower electrode from the first conductive film on the interlayer insulating film by patterning so as to be connected; and covering the upper surface and side surfaces of the lower electrode on the interlayer insulating film. Forming the insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen as described above, and forming the first insulating film on the insulating barrier layer, and then forming the first insulating film and the insulating barrier layer. A seventh step of flattening the lower electrode by exposing the lower electrode, and a second step of metal oxide on the flattened first insulating film and the insulating barrier layer including on the exposed lower electrode. An eighth step of forming an insulating film, a second conductive film over the second insulating film, and a second conductive film, a second insulating film, and a first conductive film so as to include a lower electrode. By patterning the insulating film, an upper electrode is formed from the second conductive film on the lower electrode, a capacitive insulating film is formed from the second insulating film, and the periphery of the lower electrode is filled from the first insulating film. A ninth step of forming a buried insulating film, a step of covering the upper electrode, the capacitor insulating film and the buried insulating film, and In contact with the side of the insulating barrier layer and the lower electrode, and a tenth step of forming a second insulating barrier layer to prevent diffusion of hydrogen.

第2の半導体記憶装置の製造方法によると、前記第1の半導体記憶装置の製造方法の効果を得られる上に、上部電極、容量絶縁膜、及び下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜をパターニングした後、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を覆い且つ第1の絶縁性バリア層と下部電極の側方で接するように、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層を形成するため、容量素子の金属酸化物からなる容量絶縁膜が製造中に還元されることを防止することができる。   According to the second method for manufacturing a semiconductor memory device, the effect of the first method for manufacturing a semiconductor memory device can be obtained, and the upper electrode, the capacitor insulating film, and the buried insulating film filling the periphery of the lower electrode are patterned. Thereafter, a second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed so as to cover the upper electrode, the capacitor insulating film and the buried insulating film, and to be in contact with the first insulating barrier layer on the side of the lower electrode. It is possible to prevent the capacitor insulating film made of the metal oxide of the capacitor from being reduced during the manufacturing.

第2の半導体記憶装置の製造方法において、第1の絶縁膜が水素を含む雰囲気で形成することが好ましい。   In the second method for manufacturing a semiconductor memory device, the first insulating film is preferably formed in an atmosphere containing hydrogen.

第2の半導体記憶装置の製造方法において、第9の工程が、第1の絶縁膜のパターニングの後に、第1の絶縁性バリア層に対して第1の絶縁膜と同一形状のパターニングを行なう工程を含むことが好ましい。   In the second method for manufacturing a semiconductor memory device, the ninth step is a step of patterning the first insulating barrier layer with the same shape as that of the first insulating film after patterning the first insulating film. It is preferable to include

このようにすると、第1の絶縁性バリア層における下部電極を覆う部分及び埋込み絶縁膜により覆われる部分以外の領域はエッチングにより除去されるため、第10の工程よりも後に、絶縁性バリア層をパターニングする際には、第2の絶縁性バリア層のみをエッチングすればよい。その結果、第1の絶縁性バリア層及び第2の絶縁性バリア層の2層に対してエッチングを行なう場合と比べて、エッチング時間を短縮することができる。従って、絶対段差が大きい容量素子部分の上側であってレジスト膜の膜厚が小さくなる部分であっても、エッチング中にレジストが消失してしまうという不具合に対するプロセスマージンを大きくすることができる。   In this case, the portion of the first insulating barrier layer other than the portion covering the lower electrode and the portion covered by the buried insulating film is removed by etching, so that the insulating barrier layer is removed after the tenth step. When patterning, only the second insulating barrier layer may be etched. As a result, the etching time can be reduced as compared with the case where the two layers of the first insulating barrier layer and the second insulating barrier layer are etched. Therefore, the process margin for the problem that the resist disappears during the etching can be increased even in a portion where the thickness of the resist film is small above the capacitive element portion having a large absolute step.

第2の半導体記憶装置の製造方法において、第4の工程が、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層を形成する工程と、酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層を形成する工程とを含むことが好ましい。   In the method for manufacturing a second semiconductor memory device, the fourth step includes forming a first conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen, and forming a second conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen. And a step of forming.

本発明に係る第3の半導体記憶装置は、前記第3の目的を達成し、半導体基板の上に形成され、ソース領域及びドレイン領域を有する第1のトランジスタと、半導体基板の上に第1のトランジスタを覆うように形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜に、第1のトランジスタのソース領域又はドレイン領域と電気的に接続されるように形成された第1のコンタクトプラグと、層間絶縁膜の上に第1のコンタクトプラグと電気的に接続されるように形成され、水素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含む下部電極と、下部電極の上に形成された金属酸化物からなる容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に形成され、複数の下部電極から構成された1つ又は複数のブロックごとに設けられた上部電極とからなるメモリセルアレイとを備え、1つのブロック又は複数のブロックの周囲を覆うように、水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層が形成されている。   A third semiconductor memory device according to the present invention achieves the third object, and includes a first transistor formed on a semiconductor substrate and having a source region and a drain region, and a first transistor formed on the semiconductor substrate. An interlayer insulating film formed so as to cover the transistor; a first contact plug formed in the interlayer insulating film so as to be electrically connected to a source region or a drain region of the first transistor; A lower electrode including a conductive barrier layer formed to be electrically connected to the first contact plug and preventing diffusion of hydrogen, and a capacitor insulation formed of a metal oxide formed on the lower electrode A memory cell array comprising a film and an upper electrode formed on the capacitive insulating film and provided for each of one or more blocks composed of a plurality of lower electrodes. So as to cover the periphery of the number of blocks, the insulating barrier layer to prevent diffusion of hydrogen are formed.

第3の半導体記憶装置によると、水素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含む下部電極と、容量絶縁膜と、その上に形成され、複数の下部電極から構成された1つ又は複数のブロックごとに設けられた上部電極とからなるメモリセルアレイを備えており、該メモリセルアレイを構成する1つのブロック又は複数のブロックの周囲を覆うように、水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層が形成されているため、容量素子の特性の劣化を確実に防止することができる。   According to the third semiconductor memory device, a lower electrode including a conductive barrier layer for preventing diffusion of hydrogen, a capacitor insulating film, and one or more blocks formed on the lower electrode and including a plurality of lower electrodes And an upper electrode provided in the memory cell array, and an insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed so as to cover the periphery of one block or a plurality of blocks constituting the memory cell array. Therefore, deterioration of the characteristics of the capacitor can be reliably prevented.

第3の半導体記憶装置のブロックにおいて、上部電極が、水素の拡散を防止する導電性バリア膜を介在させ、第2のトランジスタのソース領域又はドレイン領域と接続された第2のコンタクトプラグと電気的に接続されていることが好ましい。   In the block of the third semiconductor memory device, the upper electrode is electrically connected to a second contact plug connected to a source region or a drain region of the second transistor through a conductive barrier film for preventing diffusion of hydrogen. Is preferably connected.

このようにすると、容量素子がブロックごとに絶縁性バリア層によって覆われる構成であっても、絶縁性バリア層を開口することなく、上部電極には第2のコンタクトプラグを通して電圧を印加することができるため、容量素子が絶縁性バリア層に対する開口及び配線プロセスによる水素にさらされることがなくなるので、容量素子の特性の劣化を防止することができる。   With this configuration, even when the capacitance element is covered by the insulating barrier layer for each block, it is possible to apply a voltage to the upper electrode through the second contact plug without opening the insulating barrier layer. Since the capacitor can be prevented from being exposed to hydrogen due to an opening in the insulating barrier layer and a wiring process, deterioration of characteristics of the capacitor can be prevented.

第3の半導体記憶装置のブロックにおいて、上部電極が、下部電極を介在させ、第2のトランジスタのソース領域又はドレイン領域と接続された第2のコンタクトプラグと電気的に接続されていることが好ましい。   In the block of the third semiconductor memory device, the upper electrode is preferably electrically connected to the second contact plug connected to the source region or the drain region of the second transistor with the lower electrode interposed. .

このようにすると、ブロック内の1つの容量素子の容量絶縁膜に下部電極を露出する開口部を形成するだけで、第2のトランジスタと上部電極とが電気的に接続される。   With this configuration, the second transistor and the upper electrode are electrically connected only by forming an opening exposing the lower electrode in the capacitive insulating film of one of the capacitive elements in the block.

本発明に係る第4の半導体記憶装置は、前記第3の目的を達成し、半導体基板の上に形成され、ソース領域及びドレイン領域を有する第1のトランジスタと、半導体基板の上に第1のトランジスタを覆うように形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜に、第1のトランジスタのソース領域又はドレイン領域と電気的に接続されるように形成された第1のコンタクトプラグと、層間絶縁膜の上に第1のコンタクトプラグと電気的に接続されるように形成され、水素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含む下部電極と、下部電極の上に形成された金属酸化物からなる容量絶縁膜と、容量絶縁膜の上に形成され、複数の下部電極から構成された1つ又は複数のブロックごとに設けられた上部電極とからなるメモリセルアレイとを備え、複数の下部電極に接し且つブロックの底面を覆うように水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層が形成されており、上部電極の上面及び側面並びに容量絶縁膜の側面を覆って、ブロックの上面及び側面を覆うように水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層が形成されており、第2の絶縁性バリア層は1つのブロック又は複数のブロックの周囲において第1の絶縁性バリア層と接している。   A fourth semiconductor memory device according to the present invention achieves the third object, and includes a first transistor formed on a semiconductor substrate and having a source region and a drain region, and a first transistor formed on the semiconductor substrate. An interlayer insulating film formed so as to cover the transistor; a first contact plug formed in the interlayer insulating film so as to be electrically connected to a source region or a drain region of the first transistor; A lower electrode including a conductive barrier layer formed to be electrically connected to the first contact plug and preventing diffusion of hydrogen, and a capacitor insulation formed of a metal oxide formed on the lower electrode And a memory cell array formed on the capacitive insulating film and comprising an upper electrode provided for each of one or more blocks composed of a plurality of lower electrodes. In addition, a first insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed so as to cover the bottom surface of the block. The first insulating barrier layer covers the upper surface and the side surface of the upper electrode and the side surface of the capacitive insulating film, and covers the upper surface and the side surface of the block. A second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed, and the second insulating barrier layer is in contact with the first insulating barrier layer around one block or a plurality of blocks.

第4の半導体記憶装置によると、前記第3の半導体記憶装置の効果を得られる上に、複数の下部電極に接し且つブロックの底面を覆うように水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層が形成されているため、容量素子の特性の劣化をより確実に防止することができる。   According to the fourth semiconductor memory device, in addition to the effect of the third semiconductor memory device, the first insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen so as to be in contact with the plurality of lower electrodes and to cover the bottom surface of the block is provided. Is formed, deterioration of the characteristics of the capacitor can be prevented more reliably.

第4の半導体記憶装置において、導電性バリア層は、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、チタンアルミニウム(TiAl)、窒化珪化チタン(TiSiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化珪化タンタル(TaSiN)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、及びタンタルアルミニウム(TaAl)のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成されていることが好ましい。   In the fourth semiconductor memory device, the conductive barrier layer is made of titanium aluminum nitride (TiAlN), titanium aluminum (TiAl), titanium nitride silicide (TiSiN), tantalum nitride (TaN), tantalum silicide nitride (TaSiN), or tantalum aluminum nitride. (TaAlN) and tantalum aluminum (TaAl), or a laminated film including at least two of them.

第4の半導体記憶装置において、第1の絶縁性バリア層又は第2の絶縁性バリア層が、酸化アルミニウム(Al23 )、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)及び酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)のうちの少なくとも1つを含むことが好ましい。 In the fourth semiconductor memory device, the first insulating barrier layer or the second insulating barrier layer is formed of one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium aluminum oxide (TiAlO), and tantalum aluminum oxide (TaAlO). It is preferable to include at least one.

第4の半導体記憶装置において、第1の絶縁性バリア層が窒化シリコン(Si34 )からなることが好ましい。 In the fourth semiconductor memory device, it is preferable that the first insulating barrier layer is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ).

本発明に係る第3の半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上にゲート電極を形成した後、半導体基板におけるゲート電極の側方にそれぞれソース領域及びドレイン領域を形成することによりトランジスタを形成する第1の工程と、トランジスタを含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する第2の工程と、層間絶縁膜に、ソース領域又はドレイン領域と電気的に接続されるコンタクトプラグを形成する第3の工程と、層間絶縁膜の上に、酸素及び水素の拡散を防ぐ導電性バリアを含む第1の導電膜を形成する第4の工程と、第1の導電膜をコンタクトプラグと電気的に接続されるようにパターニングすることにより、層間絶縁膜の上に第1の導電膜から複数の下部電極を形成する第5の工程と、層間絶縁膜の上に複数の下部電極の上面及び側面を覆うように水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層を形成する第6の工程と、第1の絶縁性バリア層の上に第1の絶縁膜を形成した後、該第1の絶縁膜及び第1の絶縁性バリア層に対して複数の下部電極を露出するように平坦化する第7の工程と、露出した複数の下部電極を含め平坦化した第1の絶縁膜及び第1の絶縁性バリア層の上の全面に、金属酸化物からなる第2の絶縁膜を形成する第8の工程と、第2の絶縁膜の上に第2の導電膜を形成する第9の工程と、複数の下部電極により構成されるブロックを含むように、第2の導電膜、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜をパターニングすることにより、ブロックを覆うように第2の導電膜から上部電極を形成し、第2の絶縁膜から容量絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜から複数の下部電極同士の側方部分を埋める埋込み絶縁膜を形成する第10の工程と、ブロックにおいて、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を覆い、且つ第1の絶縁性バリア層とブロックの側方で接するように、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層を形成する第11の工程とを備えている。   In a third method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, a transistor is formed by forming a gate electrode on a semiconductor substrate and then forming a source region and a drain region on the side of the gate electrode on the semiconductor substrate, respectively. A first step, a second step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including a transistor, and a third step of forming a contact plug in the interlayer insulating film to be electrically connected to a source region or a drain region. A step of forming a first conductive film including a conductive barrier for preventing diffusion of oxygen and hydrogen on the interlayer insulating film; and electrically connecting the first conductive film to a contact plug. A fifth step of forming a plurality of lower electrodes from the first conductive film on the interlayer insulating film by patterning such that the upper surface of the plurality of lower electrodes is formed on the interlayer insulating film. A sixth step of forming a first insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen so as to cover the side surface, and forming a first insulating film on the first insulating barrier layer; A seventh step of flattening the insulating film and the first insulating barrier layer so as to expose the plurality of lower electrodes, and a step of flattening the first insulating film and the first layer including the plurality of exposed lower electrodes. An eighth step of forming a second insulating film made of a metal oxide on the entire surface above the insulating barrier layer, and a ninth step of forming a second conductive film on the second insulating film And patterning the second conductive film, the second insulating film, and the first insulating film so as to include the block constituted by the plurality of lower electrodes, so that the second conductive film covers the block. An upper electrode is formed, a capacitor insulating film is formed from the second insulating film, and a plurality of lower electrodes are formed from the first insulating film. A tenth step of forming a buried insulating film that fills side portions of the poles; and, in the block, covering the upper electrode, the capacitor insulating film and the buried insulating film, and An eleventh step of forming a second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen so as to be in contact therewith.

第3の半導体記憶装置の製造方法によると、層間絶縁膜の上に形成した複数の下部電極の側面を覆うように水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層を形成する。続いて、第1の絶縁性バリア層の上に第1の絶縁膜を形成した後、ブロックを覆うように、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を形成する。さらに、ブロックにおいて、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を覆い且つ第1の絶縁性バリア層とブロックの側方で接するように第2の絶縁性バリア層を形成するため、プロセス中に発生する容量素子の特性の劣化を防止することができる。   According to the third method for manufacturing a semiconductor memory device, the first insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed so as to cover the side surfaces of the plurality of lower electrodes formed on the interlayer insulating film. Subsequently, after forming a first insulating film on the first insulating barrier layer, an upper electrode, a capacitor insulating film, and a buried insulating film are formed so as to cover the block. Further, the second insulating barrier layer is formed in the block so as to cover the upper electrode, the capacitor insulating film and the buried insulating film, and to be in contact with the first insulating barrier layer on the side of the block. This can prevent the deterioration of the characteristics of the capacitive element.

本発明に係る第4の半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上にゲート電極を形成した後、半導体基板におけるゲート電極の側方にそれぞれソース領域及びドレイン領域を形成することにより第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを形成する第1の工程と、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する第2の工程と、層間絶縁膜に、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタの各ソース領域又はドレイン領域とそれぞれ電気的に接続される第1のコンタクトプラグ及び第2のコンタクトプラグを形成する第3の工程と、層間絶縁膜の上に、酸素及び水素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含む第1の導電膜を形成する第4の工程と、第1の導電膜を第1のコンタクトプラグ及び第2のコンタクトプラグとそれぞれ電気的に接続されるようにパターニングすることにより、層間絶縁膜の上に第1の導電膜から複数の下部電極を形成する第5の工程と、層間絶縁膜の上に複数の下部電極の上面及び側面を覆うように水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層を形成する第6の工程と、第1の絶縁性バリア層の上に第1の絶縁膜を形成した後、該第1の絶縁膜及び第1の絶縁性バリア層に対して複数の下部電極を露出するように平坦化する第7の工程と、露出した複数の下部電極を含め平坦化した第1の絶縁膜及び第1の絶縁性バリア層の上の全面に、金属酸化物からなる第2の絶縁膜を形成する第8の工程と、複数の下部電極により構成されるブロック内において、第2の絶縁膜における第2のコンタクトプラグと接続された下部電極の上側部分を除去する第9の工程と、第2の絶縁膜の上及び第2のコンタクトプラグと接続された下部電極の上に第2の導電膜を形成する第10の工程と、ブロックを含むように第2の導電膜、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜をパターニングすることにより、ブロックを覆うように第2の導電膜から上部電極を形成し、第2の絶縁膜から容量絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜から複数の下部電極同士の側方部分を埋める埋込み絶縁膜を形成する第11の工程と、ブロックにおいて、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を覆い、且つ第1の絶縁性バリア層とブロックの側方で接するように、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層を形成する第12の工程とを備えている。   According to a fourth method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, a first transistor is formed by forming a gate electrode on a semiconductor substrate and then forming a source region and a drain region on each side of the semiconductor substrate on the side of the gate electrode. A first step of forming a second transistor and a second transistor; a second step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including the first transistor and the second transistor; A third step of forming a first contact plug and a second contact plug electrically connected to the source region or the drain region of the transistor and the second transistor, respectively; A fourth step of forming a first conductive film including a conductive barrier layer for preventing diffusion of hydrogen, and forming the first conductive film with a first contact plug and a second capacitor. A fifth step of forming a plurality of lower electrodes from the first conductive film on the interlayer insulating film by patterning so as to be electrically connected to the respective plugs, and a plurality of lower electrodes on the interlayer insulating film. A sixth step of forming a first insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen so as to cover the upper and side surfaces of the electrode, and after forming a first insulating film on the first insulating barrier layer, A seventh step of flattening the first insulating film and the first insulating barrier layer so as to expose a plurality of lower electrodes, and a step of flattening the first insulating film including the plurality of exposed lower electrodes. An eighth step of forming a second insulating film made of a metal oxide on the entire surface of the film and the first insulating barrier layer, and a second insulating film in a block constituted by a plurality of lower electrodes. Lower electrode connected to second contact plug in film A ninth step of removing the upper part, a tenth step of forming a second conductive film on the second insulating film and on a lower electrode connected to the second contact plug, and a block By patterning the second conductive film, the second insulating film, and the first insulating film as described above, an upper electrode is formed from the second conductive film so as to cover the block, and the capacitor insulating from the second insulating film. An eleventh step of forming a film and forming a buried insulating film filling the side portions of the plurality of lower electrodes from the first insulating film, and covering the upper electrode, the capacitor insulating film and the buried insulating film in the block, And a twelfth step of forming a second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen so as to be in contact with the first insulating barrier layer on the side of the block.

第4の半導体記憶装置の製造方法によると、前記第3の半導体記憶装置の製造方法の効果を得られる上に、複数の下部電極により構成されるブロック内において、容量絶縁膜となる第2の絶縁膜における第2のコンタクトプラグと接続された下部電極の上側部分を除去するため、第2の絶縁性バリア層に開口部を設けることなく、上部電極に第2のトランジスタから第2のコンタクトプラグを通して電圧を印加することができる。その結果、上部電極を覆う第2の絶縁性バリア層に対する開口及び配線プロセスが不要となり、水素にさらされることがなくなるので、容量素子の特性の劣化を防止することができる。   According to the fourth method for manufacturing a semiconductor memory device, the effect of the third method for manufacturing a semiconductor memory device can be obtained, and in addition, the second insulating film serving as a capacitive insulating film can be formed in a block including a plurality of lower electrodes. In order to remove the upper part of the lower electrode connected to the second contact plug in the insulating film, the upper electrode is provided from the second transistor to the second contact plug without providing an opening in the second insulating barrier layer. Voltage can be applied through the As a result, an opening and a wiring process for the second insulating barrier layer covering the upper electrode are not required, and exposure to hydrogen is prevented, so that deterioration of characteristics of the capacitor can be prevented.

本発明に係る第5の半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上にゲート電極を形成した後、半導体基板におけるゲート電極の側方にそれぞれソース領域及びドレイン領域を形成することによりトランジスタを形成する第1の工程と、トランジスタを含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する第2の工程と、層間絶縁膜の上に水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層を形成する第3の工程と、層間絶縁膜及び第1の絶縁性バリア層に、ソース領域又はドレイン領域と電気的に接続されるコンタクトプラグを形成する第4の工程と、第1の絶縁性バリア層の上に、水素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含む第1の導電膜を形成する第5の工程と、第1の導電膜をコンタクトプラグと電気的に接続されるようにパターニングすることにより、第1の絶縁性バリア層の上に第1の導電膜から複数の下部電極を形成する第6の工程と、複数の下部電極の上を含む第1の絶縁性バリア層の上に第1の絶縁膜を形成した後、該第1の絶縁膜に対して複数の下部電極を露出するように平坦化する第7の工程と、露出した複数の下部電極の上を含む平坦化した第1の絶縁膜の上の全面に、金属酸化物からなる第2の絶縁膜を形成する第8の工程と、第2の絶縁膜の上に第2の導電膜を形成する第9の工程と、複数の下部電極により構成されるブロックを含むように、第2の導電膜、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜をパターニングすることにより、ブロックを覆うように第2の導電膜から上部電極を形成し、第2の絶縁膜から容量絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜から複数の下部電極同士の側方部分を埋める埋込み絶縁膜を形成する第10の工程と、ブロックにおいて、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を覆い、且つ第1の絶縁性バリア層とブロックの側方で接するように、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層を形成する第11の工程とを備えている。   In a fifth method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, a transistor is formed by forming a gate electrode on a semiconductor substrate and then forming a source region and a drain region on the side of the gate electrode on the semiconductor substrate. A first step, a second step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including a transistor, and a third step of forming a first insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen on the interlayer insulating film A step of forming a contact plug electrically connected to a source region or a drain region in the interlayer insulating film and the first insulating barrier layer; and a step of forming a contact plug on the first insulating barrier layer. A fifth step of forming a first conductive film including a conductive barrier layer that prevents diffusion of hydrogen, and patterning the first conductive film so that the first conductive film is electrically connected to a contact plug. A sixth step of forming a plurality of lower electrodes from the first conductive film on the insulating barrier layer, and forming a first insulating film on the first insulating barrier layer including on the plurality of lower electrodes. After the formation, a seventh step of flattening the first insulating film so as to expose the plurality of lower electrodes, and a step of forming a flattened first insulating film including the exposed plurality of lower electrodes. An eighth step of forming a second insulating film made of a metal oxide on the entire upper surface, a ninth step of forming a second conductive film on the second insulating film, and a plurality of lower electrodes Forming an upper electrode from the second conductive film so as to cover the block by patterning the second conductive film, the second insulating film, and the first insulating film so as to include the block constituted by A capacitor insulating film is formed from the second insulating film, and a side portion between the plurality of lower electrodes is buried from the first insulating film. A tenth step of forming a buried insulating film, and diffusion of hydrogen so as to cover the upper electrode, the capacitor insulating film and the buried insulating film in the block and to make contact with the first insulating barrier layer on the side of the block. An eleventh step of forming a second insulating barrier layer for preventing

第5の半導体記憶装置の製造方法によると、層間絶縁膜及びその上に水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層を形成し、その後、層間絶縁膜及び第1の絶縁性バリア層にコンタクトプラグを形成する。続いて、複数の下部電極を形成した後、形成した複数の下部電極を含む第1の絶縁性バリア層の上に第1の絶縁膜を形成した後、ブロックを覆うように、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を形成する。さらに、ブロックにおいて、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を覆い且つ第1の絶縁性バリア層とブロックの側方で接するように第2の絶縁性バリア層を形成するため、プロセス中に発生する容量素子の特性の劣化を防止することができる。   According to the fifth method of manufacturing a semiconductor memory device, an interlayer insulating film and a first insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen are formed thereon, and thereafter, the interlayer insulating film and the first insulating barrier layer are contacted. Form a plug. Subsequently, after forming a plurality of lower electrodes, a first insulating film is formed on the first insulating barrier layer including the formed plurality of lower electrodes, and then the upper electrode and the capacitor are formed so as to cover the block. An insulating film and a buried insulating film are formed. Further, the second insulating barrier layer is formed in the block so as to cover the upper electrode, the capacitor insulating film and the buried insulating film, and to be in contact with the first insulating barrier layer on the side of the block. This can prevent the deterioration of the characteristics of the capacitive element.

本発明に係る第6の半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板上にゲート電極を形成した後、半導体基板におけるゲート電極の側方にそれぞれソース領域及びドレイン領域を形成することにより第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを形成する第1の工程と、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタを含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する第2の工程と、層間絶縁膜の上に水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層を形成する第3の工程と、層間絶縁膜及び第1の絶縁性バリア層に、ソース領域又はドレイン領域とそれぞれ電気的に接続される第1のコンタクトプラグ及び第2のコンタクトプラグを形成する第4の工程と、第1の絶縁性バリア層の上に、水素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含む第1の導電膜を形成する第5の工程と、第1の導電膜を第1のコンタクトプラグ及び第2のコンタクトプラグとそれぞれ電気的に接続されるようにパターニングすることにより、第1の絶縁性バリア層の上に第1の導電膜から複数の下部電極を形成する第6の工程と、複数の下部電極の上を含む第1の絶縁性バリア層の上に第1の絶縁膜を形成した後、該第1の絶縁膜に対して複数の下部電極を露出するように平坦化する第7の工程と、露出した複数の下部電極の上を含む平坦化した第1の絶縁膜の上の全面に、金属酸化物からなる第2の絶縁膜を形成する第8の工程と、複数の下部電極により構成されるブロック内において、第2の絶縁膜における第2のコンタクトプラグと接続された下部電極の上側部分を除去する第9の工程と、第2の絶縁膜の上及び第2のコンタクトプラグと接続された下部電極の上に第2の導電膜を形成する第10の工程と、ブロックを含むように第2の導電膜、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜をパターニングすることにより、ブロックを覆うように第2の導電膜から上部電極を形成し、第2の絶縁膜から容量絶縁膜を形成し、第1の絶縁膜から複数の下部電極の側方部分を埋める埋込み絶縁膜を形成する第11の工程と、ブロックにおいて、上部電極、容量絶縁膜及び埋込み絶縁膜を覆い、且つ第1の絶縁性バリア層とブロックの側方で接するように、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層を形成する第12の工程とを備えている。   According to a sixth method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, a first transistor is formed by forming a gate electrode on a semiconductor substrate, and then forming a source region and a drain region on the side of the gate electrode on the semiconductor substrate. A first step of forming a second transistor, a second step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including the first transistor and the second transistor, and a step of forming hydrogen on the interlayer insulating film. A third step of forming a first insulating barrier layer for preventing diffusion, and a first contact plug electrically connected to a source region or a drain region, respectively, in the interlayer insulating film and the first insulating barrier layer And a fourth step of forming a second contact plug and a fifth step of forming a first conductive film including a conductive barrier layer for preventing diffusion of hydrogen on the first insulating barrier layer. The first conductive film is patterned on the first insulating barrier layer by patterning the first conductive film so as to be electrically connected to the first contact plug and the second contact plug, respectively. Forming a plurality of lower electrodes from the first step, and forming a first insulating film on the first insulating barrier layer including over the plurality of lower electrodes. A seventh step of flattening the plurality of lower electrodes so as to expose the plurality of lower electrodes, and a second step made of metal oxide on the entire surface of the flattened first insulating film including the exposed plurality of lower electrodes. An eighth step of forming an insulating film of the second type, and a ninth step of removing an upper part of the lower electrode connected to the second contact plug in the second insulating film in a block constituted by the plurality of lower electrodes. Process, and on the second insulating film and the second contact A tenth step of forming a second conductive film on the lower electrode connected to the plug, and patterning the second conductive film, the second insulating film, and the first insulating film so as to include a block Forming an upper electrode from the second conductive film so as to cover the block, forming a capacitive insulating film from the second insulating film, and burying the side portions of the plurality of lower electrodes from the first insulating film. An eleventh step of forming a film, and a step of preventing diffusion of hydrogen so as to cover the upper electrode, the capacitor insulating film and the buried insulating film in the block, and to contact the first insulating barrier layer on the side of the block. A twelfth step of forming the second insulating barrier layer.

第6の半導体記憶装置の製造方法よると、前記第5の半導体記憶装置の製造方法の効果を得られる上に、複数の下部電極により構成されるブロック内において、容量絶縁膜となる第2の絶縁膜における第2のコンタクトプラグと接続された下部電極の上側部分を除去するため、第2の絶縁性バリア層に開口部を設けることなく、上部電極に第2のトランジスタから第2のコンタクトプラグを通して電圧を印加することができる。その結果、上部電極を覆う第2の絶縁性バリア層に対する開口及び配線プロセスが不要となり、水素にさらされることがなくなるので、容量素子の特性の劣化を防止することができる。   According to the sixth method for manufacturing a semiconductor memory device, the effect of the fifth method for manufacturing a semiconductor memory device can be obtained, and the second insulating film serving as a capacitive insulating film can be formed in a block including a plurality of lower electrodes. In order to remove the upper part of the lower electrode connected to the second contact plug in the insulating film, the upper electrode is provided from the second transistor to the second contact plug without providing an opening in the second insulating barrier layer. Voltage can be applied through the As a result, an opening and a wiring process for the second insulating barrier layer covering the upper electrode are not required, and exposure to hydrogen is prevented, so that deterioration of characteristics of the capacitor can be prevented.

第3又は第5の半導体記憶装置の製造方法において、第10の工程が、第1の絶縁膜のパターニングの後に、第1の絶縁性バリア層に対して第1の絶縁膜と同一形状のパターニングを行なう工程を含むことが好ましい。   In the third or fifth method for manufacturing a semiconductor memory device, the tenth step may include, after patterning the first insulating film, patterning the first insulating barrier layer with the same shape as the first insulating film. Is preferably included.

第4又は第6の半導体記憶装置の製造方法において、第11の工程が、第1の絶縁膜のパターニングの後に、第1の絶縁性バリア層に対して第1の絶縁膜と同一形状のパターニングを行なう工程を含むことが好ましい。   In the fourth or sixth method for manufacturing a semiconductor memory device, the eleventh step may include, after the patterning of the first insulating film, patterning of the same shape as the first insulating film with respect to the first insulating barrier layer. Is preferably included.

本発明に係る容量素子によると、下部電極を構成する酸素の拡散を防ぐ導電性バリア層が金属酸化物からなる場合であっても、導電性バリア層の水素による還元を防止できるため、該導電性バリア層は酸素に対するバリア性を維持することができる。   According to the capacitor of the present invention, even when the conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen constituting the lower electrode is made of a metal oxide, reduction of the conductive barrier layer by hydrogen can be prevented. The barrier layer can maintain the barrier property against oxygen.

本発明に係る半導体記憶装置によると、本発明に係る容量素子を有しているため、容量素子の製造中の水素による特性の劣化を防止することができる。   According to the semiconductor storage device of the present invention, since the semiconductor device includes the capacitor of the present invention, deterioration of characteristics due to hydrogen during manufacturing of the capacitor can be prevented.

本発明に係る半導体記憶装置の製造方法によると、本発明に係る容量素子を形成するため、容量素子の製造中の水素による特性の劣化を防止することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention, since the capacitor according to the present invention is formed, deterioration of characteristics due to hydrogen during the manufacturing of the capacitor can be prevented.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(1st Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a)は本発明の第1の実施形態に係る容量素子を含む半導体記憶装置の要部の断面構成を示している。   FIG. 1A shows a cross-sectional configuration of a main part of a semiconductor memory device including a capacitor according to a first embodiment of the present invention.

図1(a)に示すように、第1の実施形態に係る半導体記憶装置は、例えばシリコン(Si)からなる半導体基板11に形成されたMOSFETからなる複数のセルトランジスタ20と、各セルトランジスタ20を覆う層間絶縁膜13の上にセルトランジスタ20ごとに形成された容量素子30とを有している。各セルトランジスタ20は半導体基板11の上部に形成されたシャロウトレンチ分離(STI)12により区画されて互いに絶縁されている。   As shown in FIG. 1A, the semiconductor memory device according to the first embodiment includes a plurality of cell transistors 20 including MOSFETs formed on a semiconductor substrate 11 made of, for example, silicon (Si), and each cell transistor 20. And a capacitor element 30 formed for each cell transistor 20 on the interlayer insulating film 13 covering the semiconductor device. Each cell transistor 20 is partitioned and insulated from each other by a shallow trench isolation (STI) 12 formed on a semiconductor substrate 11.

各セルトランジスタ20は、半導体基板11に形成されたソースドレイン領域21と、半導体基板11のチャネル領域上にゲート絶縁膜22を介して形成されたゲート電極23とから構成されている。   Each cell transistor 20 includes a source / drain region 21 formed on the semiconductor substrate 11 and a gate electrode 23 formed on a channel region of the semiconductor substrate 11 with a gate insulating film 22 interposed therebetween.

各容量素子30は、基板側から順次積層された、下部電極31、容量絶縁膜32及び上部電極33とにより構成されている。   Each capacitive element 30 includes a lower electrode 31, a capacitive insulating film 32, and an upper electrode 33, which are sequentially stacked from the substrate side.

下部電極31は、図1(b)に示すように、膜厚が40nm〜100nm程度の窒化チタンアルミニウム(TiAlN)からなり酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層31a、膜厚が50nm〜100nm程度のイリジウム(Ir)からなり酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層31b、膜厚が50nm〜100nm程度の二酸化イリジウム(IrO2 )からなり酸素の拡散を防ぐ第3の導電性バリア層31c、及び膜厚が50nm〜100nm程度の白金(Pt)からなる導電層31dの積層膜により構成されている。 As shown in FIG. 1B, the lower electrode 31 is made of titanium aluminum nitride (TiAlN) having a thickness of about 40 nm to 100 nm, and has a first conductive barrier layer 31a for preventing diffusion of oxygen and hydrogen. A second conductive barrier layer 31b made of iridium (Ir) having a thickness of about 50 nm to 100 nm and preventing diffusion of oxygen, and a third conductive material made of iridium dioxide (IrO 2 ) having a thickness of about 50 nm to 100 nm and preventing diffusion of oxygen. And a conductive layer 31d made of platinum (Pt) having a thickness of about 50 nm to 100 nm.

容量絶縁膜32は、膜厚が50nm〜150nm程度のビスマス層状ペロブスカイト構造を持つタンタルニオブ酸ストロンチウムビスマス(SrBi2(Ta1-xNbx)29 )(但し、xは0≦x≦1)からなり、上部電極33は膜厚が50nm〜100nm程度の白金からなる。 The capacitance insulating film 32 is made of strontium bismuth tantalum niobate (SrBi 2 (Ta 1-x Nb x ) 2 O 9 ) having a bismuth layered perovskite structure having a thickness of about 50 nm to 150 nm (where x is 0 ≦ x ≦ 1). ), And the upper electrode 33 is made of platinum having a thickness of about 50 to 100 nm.

図1(a)に示すように、半導体基板11上には、各セルトランジスタ20を覆うように、例えば酸化シリコン(SiO2 )からなる層間絶縁膜13が形成され、該層間絶縁膜13には、下端部が各ソースドレイン領域21のいずれか一方と電気的に接続され、上端部が各容量素子30の下部電極31と電気的に接続されたタングステン(W)又はポリシリコンからなる複数のコンタクトプラグ14が形成されている。 As shown in FIG. 1A, an interlayer insulating film 13 made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the semiconductor substrate 11 so as to cover each cell transistor 20. And a plurality of contacts made of tungsten (W) or polysilicon whose lower end is electrically connected to one of the source / drain regions 21 and whose upper end is electrically connected to the lower electrode 31 of each capacitor 30. A plug 14 is formed.

下部電極31の側面及び層間絶縁膜13上における下部電極31の側方の領域は、例えば膜厚が5nm〜100nm程度の酸化アルミニウム(Al23)からなり酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15により覆われている。 The side surface of the lower electrode 31 and the region on the interlayer insulating film 13 on the side of the lower electrode 31 are made of, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a thickness of about 5 nm to 100 nm, and a first area for preventing diffusion of oxygen and hydrogen. Is covered with the insulating barrier layer 15.

ここで、下部電極31における基板面方向の径は、容量絶縁膜32及び上部電極33の基板面方向の径の寸法よりも小さく、従って、容量絶縁膜32及び上部電極33の周縁部は下部電極31の周縁部から張り出している。   Here, the diameter of the lower electrode 31 in the substrate surface direction is smaller than the diameter of the capacitance insulating film 32 and the upper electrode 33 in the substrate surface direction. 31 overhangs from the periphery.

下部電極31における側方で且つ容量絶縁膜32の張り出し部分の下側の領域は、酸化シリコン(SiO2)又は窒化シリコン(Si34)からなる埋込み絶縁膜16により埋め込まれている。 A region on the side of the lower electrode 31 and below the overhanging portion of the capacitive insulating film 32 is buried with a buried insulating film 16 made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ).

埋込み絶縁膜16は、互いに隣接する下部電極31同士を電気的に絶縁し、その表面は下部電極31の表面とほぼ同等の高さとなるように平坦化されている。   The buried insulating film 16 electrically insulates the lower electrodes 31 adjacent to each other, and the surface thereof is flattened so as to be almost the same height as the surface of the lower electrode 31.

なお、容量絶縁膜32、上部電極33及び埋込み絶縁膜16はそれぞれ同一のマスクによりエッチングされて形成されており、一方、第1の絶縁性バリア層15は、上部電極33及び容量絶縁膜32等とは異なるマスクによりエッチングされている。   The capacitor insulating film 32, the upper electrode 33, and the buried insulating film 16 are formed by etching with the same mask, respectively, while the first insulating barrier layer 15 is formed by the upper electrode 33, the capacitor insulating film 32, and the like. Etching is performed using a different mask.

上部電極33の上面並びに該上部電極33、容量絶縁膜32及び埋込み絶縁膜16の各側面は、例えば膜厚が5nm〜100nm程度の酸化アルミニウムからなり水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層17により覆われている。このとき、第2の絶縁性バリア層17は、下部電極31の側方の領域、すなわち埋込み絶縁膜16の下部側方の領域で絶縁性バリア層15の上面と接している。その結果、下部電極31はその側面が酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15により覆われる。また、上部電極33、容量絶縁膜32及び埋込み絶縁膜16は、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15と水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層17とにより隙間なく覆われる。   The upper surface of the upper electrode 33 and each side surface of the upper electrode 33, the capacitor insulating film 32, and the buried insulating film 16 are made of, for example, aluminum oxide having a thickness of about 5 nm to 100 nm, and a second insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen 17. At this time, the second insulating barrier layer 17 is in contact with the upper surface of the insulating barrier layer 15 in the region on the side of the lower electrode 31, that is, in the region on the lower side of the buried insulating film 16. As a result, the side surface of the lower electrode 31 is covered with the first insulating barrier layer 15 that prevents diffusion of oxygen and hydrogen. Further, the upper electrode 33, the capacitor insulating film 32, and the buried insulating film 16 are formed without gaps by the first insulating barrier layer 15 for preventing diffusion of oxygen and hydrogen and the second insulating barrier layer 17 for preventing diffusion of hydrogen. Covered.

なお、ここでは、第1の絶縁性バリア層15及び第2の絶縁性バリア層17は、容量素子30以外の領域、例えばソースドレイン領域21へのコンタクトホールを形成する領域には設けていない。   Here, the first insulating barrier layer 15 and the second insulating barrier layer 17 are not provided in a region other than the capacitor 30, for example, in a region where a contact hole to the source / drain region 21 is formed.

以下、前記のように構成された容量素子を含む半導体記憶装置の製造方法について説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor memory device including the capacitor configured as described above will be described.

図2(a)〜図2(c)及び図3(a)、図3(b)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。   FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A and 3B show cross-sectional configurations in the order of steps of the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. .

まず、図2(a)に示すように、シリコンからなる半導体基板11上に、ゲート絶縁膜22及びゲート電極23を形成し、さらにゲート絶縁膜22及びゲート電極23の側面上にサイドウォール絶縁膜24を形成する。続いて、ゲート電極23及びサイドウォール絶縁膜24をマスクとして半導体基板11に対して不純物注入を行なって、ソースドレイン領域21を形成する。ここで、サイドウォール絶縁膜24を形成する前にも不純物注入を行なうと、ソースドレイン領域21をLDD構造又はエクステンション構造を持つ構成とすることができる。その後、CVD法により、半導体基板11上に、複数のセルトランジスタ20を含む全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜13を堆積する。続いて、堆積した層間絶縁膜13の上面を化学機械的研磨(CMP)法等を用いて平坦化する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、層間絶縁膜13における各セルトランジスタ20のソースドレイン領域21の一方にコンタクトホールをそれぞれ形成し、CVD法により、タングステン又はポリシリコンからなる導体膜を各コンタクトホールに充填されるように堆積する。続いて、堆積した導体膜に対してエッチバック又は化学機械的研磨を行なって、層間絶縁膜13上の導体膜を除去することにより、複数のコンタクトプラグ14を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, a gate insulating film 22 and a gate electrode 23 are formed on a semiconductor substrate 11 made of silicon, and a sidewall insulating film is formed on side surfaces of the gate insulating film 22 and the gate electrode 23. 24 are formed. Subsequently, impurities are implanted into the semiconductor substrate 11 using the gate electrode 23 and the sidewall insulating film 24 as a mask to form a source / drain region 21. Here, if impurity implantation is performed before the formation of the sidewall insulating film 24, the source / drain region 21 can be configured to have an LDD structure or an extension structure. Thereafter, an interlayer insulating film 13 made of silicon oxide is deposited over the entire surface including the plurality of cell transistors 20 on the semiconductor substrate 11 by the CVD method. Subsequently, the upper surface of the deposited interlayer insulating film 13 is flattened using a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like. Subsequently, contact holes are respectively formed in one of the source / drain regions 21 of each cell transistor 20 in the interlayer insulating film 13 by a lithography method and a dry etching method, and a conductor film made of tungsten or polysilicon is formed by a CVD method. Deposit to fill the holes. Subsequently, a plurality of contact plugs 14 are formed by performing etch-back or chemical mechanical polishing on the deposited conductor film to remove the conductor film on the interlayer insulating film 13.

次に、複数のコンタクトプラグ14を含む層間絶縁膜13上に、例えばスパッタリング法により、酸素及び水素の拡散を防ぐ窒化チタンアルミニウムからなる第1の導電性バリア層、酸素の拡散を防ぐイリジウムからなる第2の導電性バリア層、酸素の拡散を防ぐ二酸化イリジウムからなる第3の導電性バリア層、及び白金からなる導電層を順次堆積して下部電極形成膜を成膜する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、下部電極形成膜に対してコンタクトプラグ14を含むようにパターニングを行なって、下部電極形成膜からなる複数の下部電極31を形成する。その後、スパッタ法又はCVD法により、層間絶縁膜13上に下部電極31の上面及び側面を覆うように、膜厚が5nm〜100nm程度の酸化アルミニウムからなり酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15を成膜する。ここで、第1の絶縁性バリア層15の成膜後に、酸化性雰囲気で熱処理を行なうと、第1の絶縁性バリア層15を構成する酸化アルミニウムが緻密化されるため好ましい。続いて、例えばモノシラン(SiH4 )を原料とする、水素を含む雰囲気でのCVD法により、第1の絶縁性バリア層15を覆うように、膜厚が400nm〜600nm程度の酸化シリコン又は窒化シリコンからなる埋込み絶縁膜16を堆積する。 Next, a first conductive barrier layer made of titanium aluminum nitride for preventing diffusion of oxygen and hydrogen and an iridium for preventing diffusion of oxygen are formed on the interlayer insulating film 13 including the plurality of contact plugs 14 by, for example, a sputtering method. A second conductive barrier layer, a third conductive barrier layer made of iridium dioxide for preventing diffusion of oxygen, and a conductive layer made of platinum are sequentially deposited to form a lower electrode forming film. Subsequently, the lower electrode forming film is patterned by the lithography method and the dry etching method so as to include the contact plugs 14 to form a plurality of lower electrodes 31 made of the lower electrode forming film. Thereafter, a first insulating film made of aluminum oxide having a thickness of about 5 nm to 100 nm and preventing diffusion of oxygen and hydrogen is formed on the interlayer insulating film 13 by sputtering or CVD so as to cover the upper surface and side surfaces of the lower electrode 31. The conductive barrier layer 15 is formed. Here, it is preferable to perform heat treatment in an oxidizing atmosphere after the formation of the first insulating barrier layer 15 because aluminum oxide included in the first insulating barrier layer 15 is densified. Subsequently, a silicon oxide or silicon nitride film having a thickness of about 400 nm to 600 nm is formed by CVD using, for example, monosilane (SiH 4 ) as a raw material in an atmosphere containing hydrogen so as to cover the first insulating barrier layer 15. A buried insulating film 16 is deposited.

次に、図2(b)に示すように、CMP法を用いて、埋込み絶縁膜16及び第1の絶縁性バリア層15に対して各下部電極31が露出するまで平坦化することにより、各下部電極31の周囲を埋込み絶縁膜16により埋め込む。従って、下部電極31の上面は埋込み絶縁膜16及び第1の絶縁性バリア層15の露出面とほぼ同一の高さとなる。   Next, as shown in FIG. 2B, each of the buried insulating films 16 and the first insulating barrier layer 15 is planarized by using a CMP method until the respective lower electrodes 31 are exposed. The periphery of the lower electrode 31 is buried with the buried insulating film 16. Therefore, the upper surface of the lower electrode 31 has substantially the same height as the exposed surfaces of the buried insulating film 16 and the first insulating barrier layer 15.

次に、図2(c)に示すように、有機金属分解法(MOD法)、有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)又はスパッタリング法により、第1の絶縁性バリア層15、埋込み絶縁膜16及び下部電極31の上に全面にわたって、膜厚が50nm〜150nm程度のビスマス層状ペロブスカイト構造を持つタンタルニオブ酸ストロンチウムビスマス(SrBi2(Ta1-xNbx)29 )からなる容量絶縁膜形成膜32Aを成膜する。続いて、スパッタリング法により、容量絶縁膜形成膜32Aの上に膜厚が50nm〜100nm程度の白金からなる上部電極形成膜33Aを成膜する。その後、温度が650℃〜800℃程度の酸素雰囲気で熱処理を行なって、容量絶縁膜形成膜32Aを構成する金属酸化物を結晶化する。 Next, as shown in FIG. 2C, the first insulating barrier layer 15 and the buried insulating film are formed by a metalorganic decomposition method (MOD method), a metalorganic chemical vapor deposition method (MOCVD method), or a sputtering method. A capacitor insulating film made of strontium bismuth tantalum niobate (SrBi 2 (Ta 1-x Nb x ) 2 O 9 ) having a bismuth layered perovskite structure with a thickness of about 50 nm to 150 nm over the entire surface of the lower electrode 16 and the lower electrode 31 The formation film 32A is formed. Subsequently, an upper electrode forming film 33A made of platinum having a thickness of about 50 nm to 100 nm is formed on the capacitive insulating film forming film 32A by a sputtering method. Thereafter, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of about 650 ° C. to 800 ° C. to crystallize the metal oxide forming the capacitance insulating film forming film 32A.

次に、図3(a)に示すように、リソグラフィ法により、上部電極形成膜33Aの上にレジストパターン(図示せず)を形成し、形成したレジストパターンをマスクとして、上部電極形成膜33A、容量絶縁膜形成膜32A及び埋込み絶縁膜16に対して順次ドライエッチングを行なって、上部電極形成膜33Aから上部電極33を形成し、容量絶縁膜形成膜32Aから容量絶縁膜32を形成する。これにより、コンタクトプラグ14と電気的に接続される下部電極31と容量絶縁膜32と上部電極33とからなる容量素子30が形成される。   Next, as shown in FIG. 3A, a resist pattern (not shown) is formed on the upper electrode formation film 33A by a lithography method, and the formed upper electrode formation film 33A is formed by using the formed resist pattern as a mask. Dry etching is sequentially performed on the capacitor insulating film forming film 32A and the buried insulating film 16 to form the upper electrode 33 from the upper electrode forming film 33A, and form the capacitor insulating film 32 from the capacitor insulating film forming film 32A. Thus, the capacitive element 30 including the lower electrode 31, the capacitive insulating film 32, and the upper electrode 33 electrically connected to the contact plug 14 is formed.

ここでは、第1の絶縁性バリア層15に対するパターニングは行なわず、埋込み絶縁膜16のエッチング時に第1の絶縁性バリア層15が露出した時点でエッチングを終了する。   Here, the patterning of the first insulating barrier layer 15 is not performed, and the etching is terminated when the first insulating barrier layer 15 is exposed when the embedded insulating film 16 is etched.

次に、図3(b)に示すように、CVD法又はスパッタ法により、第1の絶縁性バリア層15の上に、上部電極33の上面及び側面、並びに容量絶縁膜32及び埋込み絶縁膜16の側面を覆うように、膜厚が5nm〜100nm程度の酸化アルミニウムからなり水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層17を成膜する。これにより、第2の絶縁性バリア層17は、下部電極31の側方の領域において、ここでは埋込み絶縁膜16の下部側方において第1の絶縁性バリア層15の上面と隙間なく接することになる。   Next, as shown in FIG. 3B, the upper surface and side surfaces of the upper electrode 33, and the capacitive insulating film 32 and the buried insulating film 16 are formed on the first insulating barrier layer 15 by CVD or sputtering. A second insulating barrier layer 17 made of aluminum oxide having a thickness of about 5 nm to 100 nm and preventing diffusion of hydrogen is formed so as to cover the side surfaces of the second insulating barrier layer 17. As a result, the second insulating barrier layer 17 is in contact with the upper surface of the first insulating barrier layer 15 in the region on the side of the lower electrode 31, here on the lower side of the buried insulating film 16, without any gap. Become.

なお、第1の絶縁性バリア層15及び第2の絶縁性バリア層17における容量素子30を除く領域、例えばソースドレイン領域21との他のコンタクトホールを形成する領域は、エッチングにより除去している。   Note that regions other than the capacitor 30 in the first insulating barrier layer 15 and the second insulating barrier layer 17, for example, a region where another contact hole is formed with the source / drain region 21 are removed by etching. .

以上説明したように、第1の実施形態によると、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15が容量素子30の下部電極31の側面を覆うため、下部電極31を構成する酸素バリアである酸化イリジウム等の導電性酸化物が水素により還元されてその酸素バリア性が劣化することを防止できる。   As described above, according to the first embodiment, since the first insulating barrier layer 15 for preventing diffusion of oxygen and hydrogen covers the side surface of the lower electrode 31 of the capacitor 30, the oxygen constituting the lower electrode 31 can be reduced. It is possible to prevent a conductive oxide such as iridium oxide serving as a barrier from being reduced by hydrogen and deteriorating its oxygen barrier property.

さらに、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層17が容量素子30全体を酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15と接することにより隙間なく覆うため、容量絶縁膜32を構成する金属酸化物が水素により還元されて容量素子30の電気特性が劣化することを防止できる。   Further, the second insulating barrier layer 17 for preventing diffusion of hydrogen covers the entire capacitive element 30 without contact by contact with the first insulating barrier layer 15 for preventing diffusion of oxygen and hydrogen. It is possible to prevent the electrical characteristics of the capacitor 30 from deteriorating due to reduction of the constituent metal oxides by hydrogen.

以下、第1の実施形態に係る半導体記憶装置と従来例に係る半導体記憶装置の電気的特性を比較する。   Hereinafter, the electrical characteristics of the semiconductor memory device according to the first embodiment and the semiconductor memory device according to the related art will be compared.

まず、コンタクトプラグ14と下部電極31とのコンタクト抵抗の評価結果を示す。   First, the evaluation results of the contact resistance between the contact plug 14 and the lower electrode 31 will be described.

図4は径が約20.3cm(8インチ相当)のシリコンウエハにおける面内でのコンタクト抵抗の第1の実施形態と従来例との測定結果である。図4に示すように、従来例に係る半導体記憶装置の場合には、コンタクト抵抗が45Ω〜7000Ωにまで大きくばらついている。これは、従来例に係る下部電極110の酸素バリアとなる導電性酸化物である二酸化イリジウムが水素により還元されて酸素バリア性が劣化してしまい、高誘電体や強誘電体の結晶化に必要な高温酸素アニール時に、酸素が下部電極110の内部を拡散してコンタクトプラグ107の表面が酸化するためである。一方、第1の実施形態に係る半導体記憶装置の場合には、ウエハ面内でコンタクト抵抗が25Ω〜35Ωの範囲にあり、ばらつきが極めて小さく且つその抵抗値も25Ω〜40Ωと低抵抗化を実現できていることが分かる。   FIG. 4 shows the measurement results of the in-plane contact resistance of a silicon wafer having a diameter of about 20.3 cm (corresponding to 8 inches) between the first embodiment and the conventional example. As shown in FIG. 4, in the case of the semiconductor memory device according to the conventional example, the contact resistance varies widely from 45Ω to 7000Ω. This is because iridium dioxide, which is a conductive oxide serving as an oxygen barrier of the lower electrode 110 according to the conventional example, is reduced by hydrogen to deteriorate the oxygen barrier property, and is necessary for crystallization of a high dielectric or ferroelectric. This is because oxygen diffuses inside the lower electrode 110 and oxidizes the surface of the contact plug 107 during high-temperature oxygen annealing. On the other hand, in the case of the semiconductor memory device according to the first embodiment, the contact resistance is in the range of 25 Ω to 35 Ω in the wafer surface, the variation is extremely small, and the resistance value is 25 Ω to 40 Ω. You can see that it is done.

次に、第1の実施形態に係る半導体記憶装置における耐還元性の評価結果を示す。   Next, evaluation results of reduction resistance of the semiconductor memory device according to the first embodiment will be described.

図5は評価用であって、容量素子30に対する400℃の水素アニール処理を行なう前後の、該容量素子30のそれぞれの残留分極(2Pr)値を表わしている。図5に示すように、第1の実施形態に係る容量素子30は、水素アニール処理を行なっても、残留分極特性がほとんど変化せず、水素による還元が十分に防止できていることが分かる。このように、第1の実施形態に係る容量素子及び半導体記憶装置は電気的特性が著しく向上する。   FIG. 5 is for evaluation, and shows respective remanent polarization (2Pr) values of the capacitive element 30 before and after performing a hydrogen annealing process at 400 ° C. on the capacitive element 30. As shown in FIG. 5, in the capacitance element 30 according to the first embodiment, even when the hydrogen annealing treatment is performed, the remanent polarization characteristics hardly change, and it can be seen that the reduction by hydrogen can be sufficiently prevented. Thus, the electrical characteristics of the capacitor and the semiconductor memory device according to the first embodiment are significantly improved.

(第1の実施形態の変形例)
図6(a)〜図6(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の第1〜第3変形例であって、下部電極とその側面を覆う第1の絶縁性バリア層の近傍との断面構成を示している。ここで、図6(a)〜図6(c)において、図1(a)に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
(Modification of First Embodiment)
FIGS. 6A to 6C show first to third modifications of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, in which a first insulating barrier covering a lower electrode and a side surface thereof is provided. The cross-sectional configuration with the vicinity of the layer is shown. Here, in FIGS. 6A to 6C, the same components as those shown in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

まず、図6(a)の第1変形例に示すように、第1の絶縁性バリア層15における下部電極31の側面を覆う上端部は、必ずしも下部電極31の側面全体を覆う必要はなく、少なくとも、導電性金属酸化物である二酸化イリジウムからなる第3の導電性バリア層31cの側面を覆うように形成すれば良い。   First, as shown in a first modification of FIG. 6A, the upper end portion of the first insulating barrier layer 15 that covers the side surface of the lower electrode 31 does not necessarily cover the entire side surface of the lower electrode 31. What is necessary is just to form so as to cover at least the side surface of the third conductive barrier layer 31c made of iridium dioxide which is a conductive metal oxide.

また、この場合の埋込み絶縁膜16の上面の高さは、図6(a)の第1変形例に示すように、第1の絶縁性バリア層15の上端と同一でもよく、また、図6(b)の第2変形例に示すように、下部電極31の導電層31dの上面と同一でもよく、また、図6(c)の第3変形例に示すように、第1の絶縁性バリア層15の上端よりも低くなるように形成されていてもよい。   In this case, the height of the upper surface of the buried insulating film 16 may be the same as the upper end of the first insulating barrier layer 15 as shown in a first modification of FIG. As shown in a second modification of FIG. 6B, the upper surface of the conductive layer 31d of the lower electrode 31 may be the same as the first modification, and as shown in a third modification of FIG. It may be formed to be lower than the upper end of the layer 15.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図7は本発明の第2の実施形態に係る容量素子を含む半導体記憶装置の要部の断面構成を示している。図7において、図1に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of a main part of a semiconductor memory device including a capacitor according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG.

図7に示すように、第2の実施形態においては、第2の絶縁性バリア層17が層間絶縁膜13の上に直接に形成されており、第1の絶縁性バリア層15Aは、ゲート長方向に隣接する容量素子30同士の間で分割されている。   As shown in FIG. 7, in the second embodiment, the second insulating barrier layer 17 is formed directly on the interlayer insulating film 13, and the first insulating barrier layer 15A has a gate length. It is divided between the capacitive elements 30 adjacent in the direction.

図8(a)及び図8(b)は第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の要部の工程を示している。   FIGS. 8A and 8B show main steps of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the second embodiment.

ここでは第1の実施形態との相違点のみを説明する。   Here, only differences from the first embodiment will be described.

第1の実施形態においては、図3(a)に示すように、容量素子30を構成する容量絶縁膜32、上部電極33及び下部電極31を埋め込む埋込み絶縁膜16のパターニングを同一のマスクを用いて行なう際に、第1の絶縁性バリア層15に対するパターニングを行なわない。   In the first embodiment, as shown in FIG. 3A, the same mask is used for patterning of the buried insulating film 16 burying the capacitive insulating film 32, the upper electrode 33, and the lower electrode 31 constituting the capacitive element 30. In this case, patterning of the first insulating barrier layer 15 is not performed.

一方、図7及び図8(a)に示すように、第2の実施形態に係る半導体記憶装置においては、上部電極33及び容量絶縁膜32等をパターニングするエッチング工程において、上部電極33と同一のマスクを用いて、埋込み絶縁膜16のエッチングを行なった後、第1の絶縁性バリア層15に対してエッチングを行なって第1の絶縁性バリア層15Aとする。このとき、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる埋込み絶縁膜16に対するエッチングには、フロロカーボンを主成分とするエッチングガスを用い、酸化アルミニウムからなる第1の絶縁性バリア層15Aに対するエッチングには、塩素ガスを主成分とするエッチングガスを用いる。   On the other hand, as shown in FIGS. 7 and 8A, in the semiconductor memory device according to the second embodiment, in the etching step of patterning the upper electrode 33, the capacitor insulating film 32, and the like, the same process as the upper electrode 33 is performed. After the buried insulating film 16 is etched using the mask, the first insulating barrier layer 15 is etched to form the first insulating barrier layer 15A. At this time, an etching gas containing fluorocarbon as a main component is used for etching the buried insulating film 16 made of silicon oxide or silicon nitride, and a chlorine gas is used for etching the first insulating barrier layer 15A made of aluminum oxide. An etching gas as a main component is used.

次に、図8(b)に示すように、その後工程である、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層17の成膜工程において、第2の絶縁性バリア層17は、下部電極31の側方であって、埋込み絶縁膜16の下側に位置する第1の絶縁性バリア層15の端面と接するようになる。   Next, as shown in FIG. 8B, in the subsequent step of forming the second insulating barrier layer 17 for preventing diffusion of hydrogen, the second insulating barrier layer 17 And comes into contact with the end surface of the first insulating barrier layer 15 located below the buried insulating film 16.

なお、第2の実施形態においても、第1の絶縁性バリア層15A及び第2の絶縁性バリア層17における容量素子30を除く領域、例えばソースドレイン領域21との他のコンタクトホールを形成する領域は、エッチングにより除去している。   Also in the second embodiment, regions other than the capacitive element 30 in the first insulating barrier layer 15A and the second insulating barrier layer 17, for example, a region where another contact hole with the source / drain region 21 is formed. Are removed by etching.

以上説明したように、第2の実施形態によると、第1の実施形態と同様に、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15Aが容量素子30の下部電極31の側面を覆うため、下部電極31を構成する酸素バリアである酸化イリジウム等の導電性酸化物が水素により還元されてその酸素バリア性が劣化することを防止できる。   As described above, according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the first insulating barrier layer 15A for preventing diffusion of oxygen and hydrogen covers the side surface of the lower electrode 31 of the capacitor 30. Therefore, it is possible to prevent a conductive oxide such as iridium oxide which is an oxygen barrier constituting the lower electrode 31 from being reduced by hydrogen and deteriorating its oxygen barrier property.

さらに、水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層17が容量素子30全体を酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15Aと接することにより隙間なく覆うため、容量絶縁膜32を構成する金属酸化物が水素により還元されて容量素子30の電気特性が劣化することを防止できる。その結果、第2の実施形態においても、図4及び図5に示した測定結果と同様の、優れた電気的特性を有する容量素子30を含む半導体記憶装置を実現することができる。   Further, since the second insulating barrier layer 17 for preventing the diffusion of hydrogen covers the entire capacitor element 30 without contact with the first insulating barrier layer 15A for preventing the diffusion of oxygen and hydrogen, the capacitor insulating film 32 is covered. It is possible to prevent the electrical characteristics of the capacitor 30 from deteriorating due to reduction of the constituent metal oxides by hydrogen. As a result, also in the second embodiment, it is possible to realize a semiconductor memory device including the capacitor element 30 having excellent electrical characteristics similar to the measurement results shown in FIGS.

また、第2の実施形態は、以下に示すように他の効果をも有している。   Further, the second embodiment has other effects as described below.

すなわち、層間絶縁膜13上の容量素子30以外の領域に形成された絶縁性バリア層15、17を除去する工程において、第1の実施形態においては、第2の絶縁性バリア層17と第1の絶縁性バリア層15との2層に対してエッチングを行なう必要がある。一方、第2の実施形態においては、第2の絶縁性バリア層17のみをエッチングすれば済むため、エッチング時間を大幅に短縮することができる。その上、層間絶縁膜13上において、容量素子30を設ける部分と設けない部分とにより段差が生じるものの、エッチング時間が短縮されることにより、容量素子30の上側でレジストパターンの膜厚が薄くなる部分でも、エッチング中にレジストが消失しにくくなり、プロセスマージンを拡大することができる。   That is, in the step of removing the insulating barrier layers 15 and 17 formed in the region other than the capacitive element 30 on the interlayer insulating film 13, in the first embodiment, the second insulating barrier layer 17 and the first insulating barrier layer 17 are removed. It is necessary to perform etching on two layers of the insulating barrier layer 15. On the other hand, in the second embodiment, since only the second insulating barrier layer 17 needs to be etched, the etching time can be greatly reduced. In addition, although a step is formed on the interlayer insulating film 13 between a portion where the capacitor 30 is provided and a portion where the capacitor 30 is not provided, the thickness of the resist pattern is reduced above the capacitor 30 by shortening the etching time. The resist hardly disappears during the etching even in the part, and the process margin can be expanded.

(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図9(a)〜図9(c)は本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置であって、図9(a)はメモリセルアレイを構成する複数のセルからなるセルブロックの平面構成を示し、図9(b)は図9(a)のIXb−IXb線における断面構成を示し、図9(c)は図9(a)のIXc−IXc線における断面構成を示している。また、これら図9(a)〜図9(c)において、図7に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIGS. 9A to 9C show a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 9A shows a plan configuration of a cell block including a plurality of cells constituting a memory cell array. 9 (b) shows a cross-sectional configuration along line IXb-IXb in FIG. 9 (a), and FIG. 9 (c) shows a cross-sectional configuration along line IXc-IXc in FIG. 9 (a). In FIGS. 9A to 9C, the same components as those shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図9(a)に示すように、半導体基板11の主面上には、セルトランジスタ20のゲート電極(ワード線)23に沿って、例えば2n 又は(2n +1)個(但し、nは3以上の整数である)の下部電極31を含むセルブロック50が配置されている。容量素子30の容量絶縁膜32及び上部電極33は、セルブロック50ごとに、該セルブロック50に含まれる複数の下部電極31を覆うように形成されている。 As shown in FIG. 9A, for example, 2 n or (2 n +1) (where n is the number of) on the main surface of the semiconductor substrate 11 along the gate electrode (word line) 23 of the cell transistor 20. The cell block 50 includes the lower electrode 31 (which is an integer of 3 or more). The capacitance insulating film 32 and the upper electrode 33 of the capacitance element 30 are formed for each cell block 50 so as to cover the plurality of lower electrodes 31 included in the cell block 50.

また、図9(a)及び図9(c)に示すように、第2の絶縁性バリア層17は、互いに隣接する2つのセルブロック50を覆うと共に、そのゲート電極23が延びる方向の側部が層間絶縁膜13と接している。さらに、図9(b)に示すように、第2の絶縁性バリア層17は、第2の実施形態と同様に、各セルブロック50におけるゲート電極23と交差する方向、すなわちゲート長方向側の側部が層間絶縁膜13と接している。   Further, as shown in FIGS. 9A and 9C, the second insulating barrier layer 17 covers two cell blocks 50 adjacent to each other and also has a side portion in a direction in which the gate electrode 23 extends. Are in contact with the interlayer insulating film 13. Further, as shown in FIG. 9B, similarly to the second embodiment, the second insulating barrier layer 17 extends in the direction crossing the gate electrode 23 in each cell block 50, that is, in the gate length direction. The side part is in contact with the interlayer insulating film 13.

これにより、容量素子30における下部電極31はその側面が第1の絶縁性バリア層15Aにより覆われると共に、該下部電極31を埋め込む埋込み絶縁膜16の側面を含め、容量素子の上部電極33の上面及び側面並びに容量絶縁膜32の側面が第2の絶縁性バリア層17によって、セルブロック単位(ここでは2ブロック単位)で覆われている。このとき、第2の絶縁性バリア層17は、埋込み絶縁膜16の下側に位置する第1の絶縁性バリア層15Aとはその端面で接している。   As a result, the lower electrode 31 of the capacitive element 30 has its side surface covered with the first insulating barrier layer 15A and the upper surface of the upper electrode 33 of the capacitive element, including the side surface of the buried insulating film 16 burying the lower electrode 31. The side surfaces and the side surfaces of the capacitive insulating film 32 are covered by the second insulating barrier layer 17 in cell block units (here, two block units). At this time, the second insulating barrier layer 17 is in contact with the first insulating barrier layer 15A located below the buried insulating film 16 at its end face.

その上、図9(a)及び図9(c)に示すように、各セルブロック50の容量絶縁膜32に対して、上部電極33が複数の下部電極31のうちのいずれか1つと電気的に接続されるように開口部32aを設け、この開口部32aに上部電極33の一部が充填されることにより上部電極プラグ33aが形成されている。ここでは、一例としてそれぞれ右端に位置する下部電極31を上部電極接続用電極31Aとしており、これにより、セルトランジスタ20のソースドレイン領域21からコンタクトプラグ14、上部電極接続用電極31A及び上部電極プラグ33aを介して上部電極33に所定の電圧を印加することが可能となる。   In addition, as shown in FIGS. 9A and 9C, the upper electrode 33 is electrically connected to one of the plurality of lower electrodes 31 with respect to the capacitance insulating film 32 of each cell block 50. The upper electrode plug 33a is formed by filling the opening 32a with a part of the upper electrode 33 so as to be connected to the upper electrode plug 33a. Here, as an example, the lower electrode 31 located at the right end is used as the upper electrode connection electrode 31A, and thereby, the contact plug 14, the upper electrode connection electrode 31A, and the upper electrode plug 33a from the source / drain region 21 of the cell transistor 20. , A predetermined voltage can be applied to the upper electrode 33.

このように、容量素子30の下部電極31とコンタクトプラグ(第1のコンタクトプラグ)14を介して電気的に接続されるセルトランジスタ(第1のトランジスタ)20とは異なり、上部電極接続用電極31Aは容量素子30を構成しない。従って、上部電極接続用電極31Aとコンタクトプラグ(第2のコンタクトプラグ)14を介して電気的に接続されるセルトランジスタ(第2のトランジスタ)20は、第1のトランジスタとはその動作が異なる。   As described above, unlike the cell transistor (first transistor) 20 electrically connected to the lower electrode 31 of the capacitive element 30 via the contact plug (first contact plug) 14, the upper electrode connecting electrode 31A Does not constitute the capacitive element 30. Therefore, the operation of the cell transistor (second transistor) 20 electrically connected to the upper electrode connecting electrode 31A via the contact plug (second contact plug) 14 is different from that of the first transistor.

このように、第3の実施形態においては、セルトランジスタ20を介して上部電極33に動作電圧を印加することができるため、上部電極33の上面、すなわち第2の絶縁性バリア層17に対してコンタクトホールを開口する必要がない。このため、セルブロック50を覆う第2の絶縁性バリア層17に開口部を設ける必要がなくなるので、開口後のレジストのアッシング処理、プラグの充填処理及び配線処理が不要となる。その結果、第2の絶縁性バリア層17の形成後には、容量素子30が水素にさらされることがなくなるので、容量素子30の特性の劣化を防止することができる。   As described above, in the third embodiment, since the operation voltage can be applied to the upper electrode 33 via the cell transistor 20, the upper surface of the upper electrode 33, that is, the second insulating barrier layer 17 can be applied to the upper electrode 33. There is no need to open a contact hole. For this reason, since it is not necessary to provide an opening in the second insulating barrier layer 17 covering the cell block 50, the ashing process of the resist after the opening, the plug filling process, and the wiring process become unnecessary. As a result, after the second insulating barrier layer 17 is formed, the capacitor 30 is not exposed to hydrogen, so that deterioration of the characteristics of the capacitor 30 can be prevented.

なお、第3の実施形態においては、第2の絶縁性バリア層17が2つのセルブロック50を覆う構成としたが、これに限られず、1つ以上のセルブロック50を覆う構成であればよい。   In the third embodiment, the configuration is such that the second insulating barrier layer 17 covers the two cell blocks 50. However, the configuration is not limited to this, and any configuration may be used as long as it covers one or more cell blocks 50. .

また、上部電極33とセルトランジスタ20との電気的な接続には、必ずしも上部電極接続用電極31Aを介在させる必要はなく、上部電極プラグ33aとコンタクトプラグ14とが直接に接続されていても良いが、セルブロック50に含まれるすべての容量素子30が同一の構造を有することから、下部電極31と同一構造の上部電極接続用電極31Aを介在させる方が、プロセスが簡単化されるため好ましい。   Further, the electrical connection between the upper electrode 33 and the cell transistor 20 does not necessarily require the upper electrode connecting electrode 31A to be interposed, and the upper electrode plug 33a and the contact plug 14 may be directly connected. However, since all the capacitive elements 30 included in the cell block 50 have the same structure, it is preferable to interpose the upper electrode connecting electrode 31A having the same structure as the lower electrode 31 because the process is simplified.

以下、前記のように構成された容量素子及び上部電極接続用電極を含む半導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor memory device including the capacitor element and the upper electrode connecting electrode configured as described above will be described with reference to the drawings.

図10(a)〜図10(c)及び図11(a)、図11(b)は本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法であって、図9(a)のIXc−IXc線における工程順の断面構成を示している。   FIGS. 10A to 10C and FIGS. 11A and 11B show a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. 3 shows a cross-sectional configuration in the order of steps along line IXc-IXc.

まず、シリコンからなる半導体基板11上に、図9(b)に示したゲート絶縁膜22、ゲート電極23及びサイドウォール絶縁膜24を選択的に形成し、続いて、半導体基板11におけるゲート電極23の両側方の領域にソースドレイン領域21を形成することにより、複数のセルトランジスタ20を形成する。   First, the gate insulating film 22, the gate electrode 23 and the sidewall insulating film 24 shown in FIG. 9B are selectively formed on the semiconductor substrate 11 made of silicon, and then the gate electrode 23 on the semiconductor substrate 11 is formed. A plurality of cell transistors 20 are formed by forming source / drain regions 21 on both sides of the cell transistor 20.

次に、図10(a)に示すように、CVD法により、半導体基板11の上に複数のセルトランジスタ20を含む全面にわたって、例えばBPSG等の酸化シリコンからなる層間絶縁膜13を堆積する。続いて、堆積した層間絶縁膜13の上面をCMP法等により平坦化する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、層間絶縁膜13における各セルトランジスタ20のソースドレイン領域21の一方にコンタクトホールをそれぞれ形成し、CVD法により、タングステン又はポリシリコンからなる導体膜を各コンタクトホールに充填されるように堆積する。続いて、堆積した導体膜に対してエッチバック法又はCMP法によって層間絶縁膜13上の導体膜を除去することにより、複数のコンタクトプラグ14を形成する。次に、形成したコンタクトプラグ14を含む層間絶縁膜13の上に、例えばスパッタリング法により、酸素及び水素の拡散を防ぐ窒化チタンアルミニウムからなる第1の導電性バリア層31a、酸素の拡散を防ぐイリジウムからなる第2の導電性バリア層、酸素の拡散を防ぐ二酸化イリジウムからなる第3の導電性バリア層、及び白金からなる導電層を順次堆積して下部電極形成膜を成膜する。ここで、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層31aの膜厚は40nm〜100nm程度とし、酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層31b及び第2の導電性バリア層31b、並びに導電層の膜厚はそれぞれ50nm〜100nm程度としている。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、下部電極形成膜に対してコンタクトプラグ14を含むようにパターニングを行なって、下部電極形成膜からなる複数の下部電極31を形成する。その後、スパッタ法又はCVD法により、層間絶縁膜13の上に下部電極31の上面及び側面を覆うように、膜厚が20nm〜200nm程度の酸化アルミニウムからなり酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層15を成膜する。ここで、第1の絶縁性バリア層15の成膜後に、酸化性雰囲気で熱処理を行なうと、第1の絶縁性バリア層15を構成する酸化アルミニウムが緻密化されるため好ましい。続いて、例えばモノシランを原料とする、水素を含む雰囲気でのCVD法により、第1の絶縁性バリア層15を覆うように、膜厚が400nm〜600nm程度の酸化シリコン又は窒化シリコンからなる埋込み絶縁膜16を堆積する。   Next, as shown in FIG. 10A, an interlayer insulating film 13 made of, for example, silicon oxide such as BPSG is deposited on the entire surface including the plurality of cell transistors 20 on the semiconductor substrate 11 by the CVD method. Subsequently, the upper surface of the deposited interlayer insulating film 13 is planarized by a CMP method or the like. Subsequently, contact holes are respectively formed in one of the source / drain regions 21 of each cell transistor 20 in the interlayer insulating film 13 by a lithography method and a dry etching method, and a conductor film made of tungsten or polysilicon is formed by a CVD method. Deposit to fill the holes. Subsequently, a plurality of contact plugs 14 are formed by removing the conductive film on the interlayer insulating film 13 by etch-back method or CMP method for the deposited conductive film. Next, a first conductive barrier layer 31a made of titanium aluminum nitride for preventing diffusion of oxygen and hydrogen is formed on the interlayer insulating film 13 including the formed contact plug 14 by, for example, a sputtering method, and iridium for preventing diffusion of oxygen. , A third conductive barrier layer made of iridium dioxide for preventing diffusion of oxygen, and a conductive layer made of platinum are sequentially deposited to form a lower electrode forming film. Here, the thickness of the first conductive barrier layer 31a for preventing diffusion of oxygen and hydrogen is about 40 nm to 100 nm, and the second conductive barrier layer 31b and the second conductive barrier layer 31b for preventing diffusion of oxygen. , And the thickness of the conductive layer are each about 50 nm to 100 nm. Subsequently, the lower electrode forming film is patterned by the lithography method and the dry etching method so as to include the contact plugs 14 to form a plurality of lower electrodes 31 made of the lower electrode forming film. Thereafter, a first film made of aluminum oxide having a film thickness of about 20 nm to 200 nm and preventing diffusion of oxygen and hydrogen is formed on the interlayer insulating film 13 by sputtering or CVD so as to cover the upper surface and side surfaces of the lower electrode 31. An insulating barrier layer 15 is formed. Here, it is preferable to perform a heat treatment in an oxidizing atmosphere after the formation of the first insulating barrier layer 15 because aluminum oxide included in the first insulating barrier layer 15 is densified. Subsequently, a buried insulating layer of silicon oxide or silicon nitride having a thickness of about 400 nm to 600 nm is formed so as to cover the first insulating barrier layer 15 by a CVD method in a hydrogen-containing atmosphere using, for example, monosilane as a raw material. A film 16 is deposited.

次に、図10(b)に示すように、CMP法を用いて、埋込み絶縁膜16及び第1の絶縁性バリア層15に対して下部電極31が露出するまで平坦化することにより、各下部電極31の周囲を埋込み絶縁膜16により埋め込む。従って、下部電極31の上面は埋込み絶縁膜16及び第1の絶縁性バリア層15の露出面とほぼ同一の高さとなる。   Next, as shown in FIG. 10B, each lower portion of the buried insulating film 16 and the first insulating barrier layer 15 is planarized by using a CMP method until the lower electrode 31 is exposed. The periphery of the electrode 31 is buried with the buried insulating film 16. Therefore, the upper surface of the lower electrode 31 has substantially the same height as the exposed surfaces of the buried insulating film 16 and the first insulating barrier layer 15.

次に、図10(c)に示すように、MOD法、MOCVD法又はスパッタリング法により、第1の絶縁性バリア層15、埋込み絶縁膜16及び下部電極31の上に全面にわたって、膜厚が50nm〜150nm程度のビスマス層状ペロブスカイト構造を持つタンタルニオブ酸ストロンチウムビスマス(SrBi2(Ta1-xNbx)29 )からなる容量絶縁膜形成膜32Aを成膜する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、成膜した容量絶縁膜形成膜32Aにおける上部電極接続用電極31Aの上側部分を選択的に除去する。これにより、容量絶縁膜形成膜32Aに開口部32aが形成され、形成された開口部32aから上部電極接続用電極31Aが露出する。続いて、スパッタリング法により、容量絶縁膜形成膜32Aの上に開口部32aを充填するように、膜厚が50nm〜150nm程度の白金からなる上部電極形成膜33Aを成膜する。これにより、開口部32aには白金が充填されて上部電極プラグ33aが形成され、この上部電極プラグ33aによって上部電極接続用電極31Aと上部電極33とが電気的に接続される。その後、温度が650℃〜800℃程度の酸素雰囲気で熱処理を行なって、容量絶縁膜形成膜32Aを構成する金属酸化物を結晶化する。 Next, as shown in FIG. 10C, the thickness is 50 nm over the entire surface of the first insulating barrier layer 15, the buried insulating film 16, and the lower electrode 31 by the MOD method, the MOCVD method, or the sputtering method. forming a capacitor insulating film forming film 32A made of tantalum niobate, strontium bismuth (SrBi 2 (Ta 1-x Nb x) 2 O 9) having a bismuth layered perovskite structure of about ~150Nm. Subsequently, the upper portion of the upper electrode connecting electrode 31A in the formed capacitor insulating film forming film 32A is selectively removed by lithography and dry etching. Thus, an opening 32a is formed in the capacitor insulating film forming film 32A, and the upper electrode connecting electrode 31A is exposed from the formed opening 32a. Subsequently, an upper electrode forming film 33A made of platinum having a thickness of about 50 nm to 150 nm is formed by sputtering so as to fill the opening 32a on the capacitor insulating film forming film 32A. As a result, the opening 32a is filled with platinum to form the upper electrode plug 33a, and the upper electrode 33A is electrically connected to the upper electrode connecting electrode 31A by the upper electrode plug 33a. Thereafter, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of about 650 ° C. to 800 ° C. to crystallize the metal oxide forming the capacitance insulating film forming film 32A.

次に、図11(a)に示すように、各セルブロック50をマスクするレジストマスク(図示せず)を用いて、上部電極形成膜33A、容量絶縁膜形成膜32A、埋込み絶縁膜16、及び第1の絶縁性バリア層15に対して順次ドライエッチングを行なって、上部電極形成膜33Aから上部電極33を形成し、容量絶縁膜形成膜32Aから容量絶縁膜32を形成する。このとき、第1の絶縁性バリア層15がパターニングされてなる第1の絶縁性バリア層15Aが得られる。   Next, as shown in FIG. 11A, using a resist mask (not shown) for masking each cell block 50, the upper electrode forming film 33A, the capacitor insulating film forming film 32A, the buried insulating film 16, and Dry etching is sequentially performed on the first insulating barrier layer 15 to form the upper electrode 33 from the upper electrode forming film 33A, and form the capacitive insulating film 32 from the capacitive insulating film forming film 32A. At this time, a first insulating barrier layer 15A obtained by patterning the first insulating barrier layer 15 is obtained.

次に、図11(b)に示すように、CVD法又はスパッタ法により、層間絶縁膜13の上に、それぞれセルブロック50ごとにパターニングされた、上部電極33の上面及び側面、容量絶縁膜32及び埋込み絶縁膜16の側面、並びに第1の絶縁性バリア層15Aの端面を覆うように全面にわたって、膜厚が5nm〜100nm程度の酸化アルミニウムからなり水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層17を成膜する。これにより、第2の絶縁性バリア層17は、セルブロック50の周囲において、埋込み絶縁膜16の下側に位置する第1の絶縁性バリア層15Aの端面と接する構成を得る。続いて、図9(a)に示すように、成膜した第2の絶縁性バリア層17に対して、互いに隣接する2つのセルブロック50を含むように、ドライエッチング法によりパターニングを行なう。但し、この第2の絶縁性バリア層17に対するパターニングは必ずしも行なう必要はない。   Next, as shown in FIG. 11B, the upper and side surfaces of the upper electrode 33 and the capacitor insulating film 32, which are patterned for each cell block 50, on the interlayer insulating film 13 by the CVD method or the sputtering method. A second insulating barrier layer made of aluminum oxide having a thickness of about 5 nm to 100 nm and preventing diffusion of hydrogen over the entire surface so as to cover the side surface of the buried insulating film 16 and the end surface of the first insulating barrier layer 15A. 17 is formed. Thus, a configuration is obtained in which the second insulating barrier layer 17 is in contact with the end surface of the first insulating barrier layer 15A located below the buried insulating film 16 around the cell block 50. Subsequently, as shown in FIG. 9A, the formed second insulating barrier layer 17 is patterned by dry etching so as to include two cell blocks 50 adjacent to each other. However, patterning of the second insulating barrier layer 17 is not necessarily performed.

第3の実施形態に係る製造方法の一変形例として、第1の実施形態に係る製造方法と同様に、図11(a)に示した、上部電極33及び容量絶縁膜32等をセルブロック50ごとにパターニングする工程において、第1の絶縁性バリア層15に対してはパターニングを行なわず、図11(b)に示した後工程で、第2の絶縁性バリア層17と連続して第1の絶縁性バリア層15をパターニングしてもよい。   As a modification of the manufacturing method according to the third embodiment, as in the manufacturing method according to the first embodiment, the upper electrode 33, the capacitor insulating film 32, and the like shown in FIG. In the step of patterning each time, the first insulating barrier layer 15 is not subjected to patterning, and the first insulating barrier layer 15 is continuously patterned with the second insulating barrier layer 17 in a subsequent step shown in FIG. May be patterned.

(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図12(a)〜図12(c)は本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置であって、図12(a)はメモリセルアレイを構成する複数のセルからなるセルブロックの平面構成を示し、図12(b)は図12(a)のXIIb−XIIb線における断面構成を示し、図12(c)は図12(a)のXIIc−XIIc線における断面構成を示している。また、これら図12(a)〜図12(c)において、図9(a)〜図9(c)に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIGS. 12A to 12C show a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 12A shows a plan configuration of a cell block including a plurality of cells constituting a memory cell array. FIG. 12B shows a cross-sectional configuration taken along line XIIb-XIIb in FIG. 12A, and FIG. 12C shows a cross-sectional configuration taken along line XIIc-XIIc in FIG. In FIGS. 12A to 12C, the same components as those shown in FIGS. 9A to 9C are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図12(b)及び図12(c)に示すように、第4の実施形態に係る第1の絶縁性バリア層45は、層間絶縁膜13の上にのみ形成されており、従って、コンタクトプラグ14は層間絶縁膜13及び第1の絶縁性バリア層45を貫通して形成されている。さらに、容量素子30の下部電極31を構成する第1の導電性バリア層31aは、第1の絶縁性バリア層45の上に形成されている。   As shown in FIGS. 12B and 12C, the first insulating barrier layer 45 according to the fourth embodiment is formed only on the interlayer insulating film 13, and therefore, the contact plug 14 is formed penetrating through the interlayer insulating film 13 and the first insulating barrier layer 45. Further, the first conductive barrier layer 31 a constituting the lower electrode 31 of the capacitor 30 is formed on the first insulating barrier layer 45.

ここで、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層45は、第1〜第3の実施形態と同様に、酸化アルミニウム、酸化チタンアルミニウム又は酸化タンタルアルミニウムを用いることが好ましく、さらには、窒化シリコン(Si34)又は酸窒化シリコン(SiON)を用いることが好ましい。窒化シリコン又は酸窒化シリコンを用いると、コンタクトプラグ14の形成時のコンタクトホールの形成が、酸化アルミニウム等と比べて容易となる。 Here, as in the first to third embodiments, the first insulating barrier layer 45 for preventing diffusion of oxygen and hydrogen is preferably made of aluminum oxide, titanium aluminum oxide, or tantalum aluminum oxide. It is preferable to use silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon oxynitride (SiON). The use of silicon nitride or silicon oxynitride facilitates formation of a contact hole when forming the contact plug 14 as compared with aluminum oxide or the like.

また、図12(a)に示すように、第2の絶縁性バリア層17は、互いに隣接する2つのセルブロック50を覆うように形成されている。さらに、図12(b)に示すように、第2の絶縁性バリア層17は、各セルブロック50におけるゲート電極23と交差する方向において層間絶縁膜13と接している。これにより、容量素子30における下部電極31は、該下部電極31を埋め込む埋込み絶縁膜16の側面を含め、容量素子の上部電極33の上面及び側面並びに容量絶縁膜32の側面が第2の絶縁性バリア層17によって、セルブロック単位(ここでは2ブロック単位)で覆われている。このとき、第2の絶縁性バリア層17は、埋込み絶縁膜16の下側に位置する第1の絶縁性バリア層15とはその端面で接している。   Further, as shown in FIG. 12A, the second insulating barrier layer 17 is formed so as to cover two cell blocks 50 adjacent to each other. Further, as shown in FIG. 12B, the second insulating barrier layer 17 is in contact with the interlayer insulating film 13 in a direction crossing the gate electrode 23 in each cell block 50. As a result, the lower electrode 31 of the capacitor 30 includes the upper surface and the side surface of the upper electrode 33 of the capacitor and the side surface of the capacitor insulating film 32 including the side surface of the buried insulating film 16 burying the lower electrode 31. It is covered by the barrier layer 17 in cell block units (here, two block units). At this time, the second insulating barrier layer 17 is in contact with the first insulating barrier layer 15 located below the buried insulating film 16 at its end face.

さらに、第3の実施形態と同様に、上部電極33が複数の下部電極31のうちのいずれか1つと電気的に接続されるように開口部32aを設け、この開口部32aに上部電極33の一部が充填されることにより上部電極プラグ33aが形成されている。このため、セルブロック50の上面及び側面を覆う第2の絶縁性バリア層17を開口することなく、セルトランジスタ20を介して上部電極33に動作電圧を印加することができる。従って、開口後のレジストのアッシング処理、プラグの充填処理及び配線処理が不要となるため、第2の絶縁性バリア層17の形成後には、容量素子30が水素にさらされることがなくなるので、容量素子30の特性の劣化を防止することができる。   Further, similarly to the third embodiment, an opening 32a is provided so that the upper electrode 33 is electrically connected to any one of the plurality of lower electrodes 31, and the upper electrode 33 is formed in the opening 32a. The upper electrode plug 33a is formed by being partially filled. Therefore, an operating voltage can be applied to the upper electrode 33 via the cell transistor 20 without opening the second insulating barrier layer 17 that covers the upper and side surfaces of the cell block 50. Therefore, the ashing process of the resist after the opening, the filling process of the plug, and the wiring process are not required, and the capacitor 30 is not exposed to hydrogen after the formation of the second insulating barrier layer 17. Deterioration of the characteristics of the element 30 can be prevented.

なお、第4の実施形態においても、第3の実施形態と同様に、第2の絶縁性バリア層17が2つのセルブロック50を覆う構成としたが、これに限られず、1つ以上のセルブロック50を覆う構成であればよい。   In the fourth embodiment, the second insulating barrier layer 17 covers the two cell blocks 50 as in the third embodiment. However, the present invention is not limited to this. Any configuration that covers the block 50 may be used.

また、上部電極33とセルトランジスタ20との電気的な接続には、必ずしも上部電極接続用電極31Aを介在させる必要はない。   The electrical connection between the upper electrode 33 and the cell transistor 20 does not necessarily require the upper electrode connection electrode 31A to be interposed.

以下、前記のように構成された容量素子及び上部電極接続用電極を含む半導体記憶装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor memory device including the capacitor element and the upper electrode connecting electrode configured as described above will be described with reference to the drawings.

図13(a)〜図13(c)及び図14(a)、図14(b)は本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法であって、図12(a)のXIIc−XIIc線における工程順の断面構成を示している。   FIGS. 13A to 13C and FIGS. 14A and 14B show a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention. The cross-sectional configuration in the order of steps along the line XIIc-XIIc is shown.

まず、シリコンからなる半導体基板11上に、図12(b)に示したゲート絶縁膜22、ゲート電極23及びサイドウォール絶縁膜24を選択的に形成し、続いて、半導体基板11におけるゲート電極23の両側方の領域にソースドレイン領域21を形成することにより、複数のセルトランジスタ20を形成する。   First, the gate insulating film 22, the gate electrode 23, and the sidewall insulating film 24 shown in FIG. 12B are selectively formed on the semiconductor substrate 11 made of silicon. A plurality of cell transistors 20 are formed by forming the source / drain regions 21 in the regions on both sides of.

次に、図13(a)に示すように、CVD法により、半導体基板11の上に複数のセルトランジスタ20を含む全面にわたって、例えばBPSG等の酸化シリコンからなる層間絶縁膜13を堆積する。続いて、堆積した層間絶縁膜13の上面をCMP法等により平坦化し、その後、CVD法又はスパッタリング法により、膜厚が20nm〜200nm程度の、例えば窒化シリコン又は酸化アルミニウムからなり、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の絶縁性バリア層45を成膜する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、層間絶縁膜13及び第1の絶縁性バリア層45における各セルトランジスタ20のソースドレイン領域21の一方にコンタクトホールをそれぞれ形成し、CVD法により、タングステン又はポリシリコンからなる導体膜を各コンタクトホールに充填されるように堆積する。続いて、堆積した導体膜に対してエッチバック法又はCMP法によって層間絶縁膜13上の導体膜を除去することにより、複数のコンタクトプラグ14を形成する。その後、形成したコンタクトプラグ14を含む層間絶縁膜13の上に、例えばスパッタリング法により、酸素及び水素の拡散を防ぐ窒化チタンアルミニウムからなる第1の導電性バリア層31a、酸素の拡散を防ぐイリジウムからなる第2の導電性バリア層、酸素の拡散を防ぐ二酸化イリジウムからなる第3の導電性バリア層、及び白金からなる導電層を順次堆積して下部電極形成膜を成膜する。ここで、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層31aの膜厚は40nm〜100nm程度とし、酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層31b及び第2の導電性バリア層31b、並びに導電層の膜厚はそれぞれ50nm〜100nm程度としている。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、下部電極形成膜に対してコンタクトプラグ14を含むようにパターニングを行なって、下部電極形成膜からなる複数の下部電極31を形成する。続いて、例えばモノシランを原料とする、水素を含む雰囲気でのCVD法により、複数の下部電極31を覆うように、膜厚が400nm〜600nm程度の酸化シリコン又は窒化シリコンからなる埋込み絶縁膜16を堆積する。   Next, as shown in FIG. 13A, an interlayer insulating film 13 made of silicon oxide such as BPSG is deposited on the semiconductor substrate 11 over the entire surface including the plurality of cell transistors 20 by the CVD method. Subsequently, the upper surface of the deposited interlayer insulating film 13 is flattened by a CMP method or the like, and thereafter, is formed of, for example, silicon nitride or aluminum oxide having a thickness of about 20 nm to 200 nm by a CVD method or a sputtering method, and contains oxygen and hydrogen. A first insulating barrier layer 45 for preventing diffusion is formed. Subsequently, contact holes are respectively formed in the interlayer insulating film 13 and one of the source / drain regions 21 of each cell transistor 20 in the first insulating barrier layer 45 by lithography and dry etching, and tungsten or tungsten is formed by CVD. A conductor film made of polysilicon is deposited so as to fill each contact hole. Subsequently, a plurality of contact plugs 14 are formed by removing the conductive film on the interlayer insulating film 13 by etch-back method or CMP method for the deposited conductive film. Thereafter, a first conductive barrier layer 31a made of titanium aluminum nitride for preventing diffusion of oxygen and hydrogen is formed on the interlayer insulating film 13 including the formed contact plug 14 by, for example, a sputtering method. A second conductive barrier layer, a third conductive barrier layer made of iridium dioxide for preventing diffusion of oxygen, and a conductive layer made of platinum are sequentially deposited to form a lower electrode forming film. Here, the thickness of the first conductive barrier layer 31a for preventing diffusion of oxygen and hydrogen is about 40 nm to 100 nm, and the second conductive barrier layer 31b and the second conductive barrier layer 31b for preventing diffusion of oxygen. , And the thickness of the conductive layer are each about 50 nm to 100 nm. Subsequently, the lower electrode forming film is patterned by the lithography method and the dry etching method so as to include the contact plugs 14 to form a plurality of lower electrodes 31 made of the lower electrode forming film. Subsequently, a buried insulating film 16 made of silicon oxide or silicon nitride having a thickness of about 400 nm to 600 nm is formed so as to cover the plurality of lower electrodes 31 by, for example, a CVD method in an atmosphere containing hydrogen using monosilane as a raw material. accumulate.

次に、図13(b)に示すように、CMP法を用いて、埋込み絶縁膜16に対して下部電極31が露出するまで平坦化することにより、各下部電極31の周囲を埋込み絶縁膜16により埋め込む。従って、下部電極31の上面は埋込み絶縁膜16の露出面とほぼ同一の高さとなる。   Next, as shown in FIG. 13B, the buried insulating film 16 is planarized by using a CMP method until the lower electrode 31 is exposed to the buried insulating film 16 so that the periphery of each lower electrode 31 is buried. Embed by Therefore, the upper surface of the lower electrode 31 has substantially the same height as the exposed surface of the buried insulating film 16.

次に、図13(c)に示すように、MOD法、MOCVD法又はスパッタリング法により、埋込み絶縁膜16及び下部電極31の上に全面にわたって、膜厚が50nm〜150nm程度のビスマス層状ペロブスカイト構造を持つタンタルニオブ酸ストロンチウムビスマスからなる容量絶縁膜形成膜32Aを成膜する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、成膜した容量絶縁膜形成膜32Aにおける上部電極接続用電極31Aの上側部分を選択的に除去する。これにより、容量絶縁膜形成膜32Aに開口部32aが形成され、形成された開口部32aから上部電極接続用電極31Aが露出する。続いて、スパッタリング法により、容量絶縁膜形成膜32Aの上に開口部32aを充填するように、膜厚が50nm〜150nm程度の白金からなる上部電極形成膜33Aを成膜する。これにより、開口部32aには白金が充填されて上部電極プラグ33aが形成され、この上部電極プラグ33aによって上部電極接続用電極31Aと上部電極33とが電気的に接続される。その後、温度が650℃〜800℃程度の酸素雰囲気で熱処理を行なって、容量絶縁膜形成膜32Aを構成する金属酸化物を結晶化する。   Next, as shown in FIG. 13C, a bismuth layered perovskite structure having a thickness of about 50 nm to 150 nm is formed over the entire surface of the buried insulating film 16 and the lower electrode 31 by MOD, MOCVD, or sputtering. A capacitor insulating film forming film 32A made of strontium bismuth tantalum niobate having the same is formed. Subsequently, the upper portion of the upper electrode connecting electrode 31A in the formed capacitor insulating film forming film 32A is selectively removed by lithography and dry etching. Thus, an opening 32a is formed in the capacitor insulating film forming film 32A, and the upper electrode connecting electrode 31A is exposed from the formed opening 32a. Subsequently, an upper electrode forming film 33A made of platinum having a thickness of about 50 nm to 150 nm is formed by sputtering so as to fill the opening 32a on the capacitor insulating film forming film 32A. As a result, the opening 32a is filled with platinum to form the upper electrode plug 33a, and the upper electrode 33A is electrically connected to the upper electrode connecting electrode 31A by the upper electrode plug 33a. Thereafter, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of about 650 ° C. to 800 ° C. to crystallize the metal oxide forming the capacitance insulating film forming film 32A.

次に、図14(a)に示すように、各セルブロック50をマスクするレジストマスク(図示せず)を用いて、上部電極形成膜33A、容量絶縁膜形成膜32A、埋込み絶縁膜16、及び第1の絶縁性バリア層45に対して順次ドライエッチングを行なって、上部電極形成膜33Aから上部電極33を形成し、容量絶縁膜形成膜32Aから容量絶縁膜32を形成する。   Next, as shown in FIG. 14A, using a resist mask (not shown) for masking each cell block 50, the upper electrode forming film 33A, the capacitor insulating film forming film 32A, the buried insulating film 16, and Dry etching is sequentially performed on the first insulating barrier layer 45 to form the upper electrode 33 from the upper electrode forming film 33A, and form the capacitive insulating film 32 from the capacitive insulating film forming film 32A.

次に、図14(b)に示すように、CVD法又はスパッタ法により、層間絶縁膜13の上に、それぞれセルブロック50ごとにパターニングされた、上部電極33の上面及び側面、容量絶縁膜32及び埋込み絶縁膜16の側面、並びに第1の絶縁性バリア層45の端面を覆うように全面にわたって、膜厚が5nm〜100nm程度の酸化アルミニウムからなり水素の拡散を防ぐ第2の絶縁性バリア層17を成膜する。これにより、第2の絶縁性バリア層17は、セルブロック50の周囲において、埋込み絶縁膜16の下側に位置する第1の絶縁性バリア層45の端面と接する構成を得る。続いて、図12(a)に示すように、成膜した第2の絶縁性バリア層17に対して、互いに隣接する2つのセルブロック50を含むように、ドライエッチング法によりパターニングを行なう。但し、この第2の絶縁性バリア層17に対するパターニングは必ずしも行なう必要はない。   Next, as shown in FIG. 14B, the upper surface and the side surface of the upper electrode 33 and the capacitor insulating film 32, which are patterned for each cell block 50, on the interlayer insulating film 13 by the CVD method or the sputtering method. And a second insulating barrier layer made of aluminum oxide having a thickness of about 5 nm to 100 nm to prevent diffusion of hydrogen over the entire surface so as to cover the side surface of the buried insulating film 16 and the end surface of the first insulating barrier layer 45. 17 is formed. Thus, a configuration is obtained in which the second insulating barrier layer 17 is in contact with the end surface of the first insulating barrier layer 45 located below the buried insulating film 16 around the cell block 50. Subsequently, as shown in FIG. 12A, the formed second insulating barrier layer 17 is patterned by dry etching so as to include two cell blocks 50 adjacent to each other. However, patterning of the second insulating barrier layer 17 is not necessarily performed.

第4の実施形態に係る製造方法の一変形例として、第1の実施形態に係る製造方法と同様に、図14(a)に示した、上部電極33及び容量絶縁膜32等をセルブロック50ごとにパターニングする工程において、第1の絶縁性バリア層45に対してはパターニングを行なわず、図14(b)に示した後工程で、第2の絶縁性バリア層17と連続して第1の絶縁性バリア層45をパターニングしてもよい。   As a modification of the manufacturing method according to the fourth embodiment, as in the manufacturing method according to the first embodiment, the upper electrode 33, the capacitor insulating film 32, and the like shown in FIG. In the step of patterning each time, patterning is not performed on the first insulating barrier layer 45, and the first insulating barrier layer 45 is continuously formed with the second insulating barrier layer 17 in a subsequent step shown in FIG. May be patterned.

なお、第1〜第4の実施形態においては、容量絶縁膜32に、タンタルニオブ酸ストロンチウムビスマス(SrBi2(Ta1-xNbx)29 )を用いたが、これに限られず、ビスマス層状ペロブスカイト構造を有する強誘電体であればよい。例えば、チタン酸ジルコン鉛、チタン酸ストロンチウムバリウム又は五酸化タンタル等を用いるとよい。 In the first to fourth embodiments, strontium bismuth tantalum niobate (SrBi 2 (Ta 1-x Nb x ) 2 O 9 ) is used for the capacitance insulating film 32, but the present invention is not limited to this. Any ferroelectric material having a layered perovskite structure may be used. For example, lead zirconate titanate, strontium barium titanate, tantalum pentoxide, or the like may be used.

また、第1〜第4の実施形態において、第1の絶縁性バリア層15、15A、45には、酸化アルミニウム(Al23)を用いたが、これに代えて、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)又は酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)を用いてもよい。このようにすると、酸化アルミニウムを含め、これらの金属酸化物は、埋込み絶縁膜16から下部電極31への側面方向からの酸素及び水素の拡散をほぼ完全に防止することができる。但し、前述したように、第4の実施形態に係る第1の絶縁性バリア層45については、その加工性の容易さから窒化シリコン(Si34)又は酸窒化シリコン(SiON)を用いることが好ましい。 In the first to fourth embodiments, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used for the first insulating barrier layers 15, 15 A, and 45. Instead, titanium aluminum oxide (TiAlO) is used. ) Or tantalum aluminum oxide (TaAlO). By doing so, these metal oxides, including aluminum oxide, can almost completely prevent diffusion of oxygen and hydrogen from the buried insulating film 16 to the lower electrode 31 from the side direction. However, as described above, for the first insulating barrier layer 45 according to the fourth embodiment, silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon oxynitride (SiON) is used because of its easy workability. Is preferred.

同様に、第2の絶縁性バリア層17は、酸化アルミニウム(Al23 )の代わりに、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)又は酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)を用いてもよい。このようにすると、容量絶縁膜32に対する基板面に垂直な方向及び平行な方向からの水素の拡散をほぼ完全に抑止することができる。 Similarly, the second insulating barrier layer 17 may use titanium aluminum oxide (TiAlO) or tantalum aluminum oxide (TaAlO) instead of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). By doing so, diffusion of hydrogen from the direction perpendicular to and parallel to the substrate surface with respect to the capacitive insulating film 32 can be almost completely suppressed.

また、第1〜第4の実施形態に係る下部電極31は、第1の導電性バリア層31aとして、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)を用いたが、これに代えて、チタンアルミニウム(TiAl)、窒化珪化チタン(TiSiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化珪化タンタル(TaSiN)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、及びタンタルアルミニウム(TaAl)のうちのいずれか1つにより構成されるか、又はTiAlNを含め、これらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成されていることが好ましい。このようにすると、容量絶縁膜32を構成する高誘電体又は強誘電体の結晶化を行なうための高温の酸素アニール時に、酸素がコンタクトプラグ14にまで拡散することを防止でき、且つ、下部電極31から容量絶縁膜32への基板方向からの水素の拡散を防止することができる。   Although the lower electrode 31 according to the first to fourth embodiments uses titanium aluminum nitride (TiAlN) as the first conductive barrier layer 31a, titanium aluminum (TiAl), nitride aluminum Composed of any one of titanium silicide (TiSiN), tantalum nitride (TaN), tantalum silicide (TaSiN), tantalum aluminum nitride (TaAlN), and tantalum aluminum (TaAl), or including TiAlN; It is preferable to be constituted by a laminated film including at least two of these. By doing so, it is possible to prevent oxygen from diffusing to the contact plug 14 during high-temperature oxygen annealing for crystallization of the high dielectric or ferroelectric constituting the capacitive insulating film 32, and to prevent the lower electrode Diffusion of hydrogen from the direction of the substrate 31 to the capacitance insulating film 32 can be prevented.

また、下部電極31を構成する第2の導電性バリア層31bにはイリジウム(Ir)を用い、第3の導電性バリア層31cには、二酸化イリジウム(IrO2 )を用いたが、これらに限られない。 In addition, iridium (Ir) is used for the second conductive barrier layer 31b constituting the lower electrode 31, and iridium dioxide (IrO 2 ) is used for the third conductive barrier layer 31c. I can't.

すなわち、第2及び第3の導電性バリア層31b、31cとして、二酸化イリジウム(IrO2 )からなる単層膜、二酸化ルテニウム(RuO2 )からなる単層膜、及び下層から順次形成されたルテニウム(Ru)と二酸化ルテニウム(RuO2 )とからなる積層膜のいずれを用いてもよい。さらには、イリジウム(Ir)と二酸化イリジウム(IrO2 )とからなる積層膜を含め、これら単層膜及び積層膜のうちの少なくとも2つを含むさらなる積層膜により構成されていてもよい。このようにすると、容量絶縁膜32を構成する高誘電体又は強誘電体の結晶化を行なうための高温の酸素アニール時に、酸素がコンタクトプラグ14にまで拡散して、拡散した酸素がコンタクトプラグ14の表面を酸化することによってコンタクト抵抗が上昇することを防止できる。 That is, as the second and third conductive barrier layers 31b and 31c, a single-layer film made of iridium dioxide (IrO 2 ), a single-layer film made of ruthenium dioxide (RuO 2 ), and ruthenium ( Any of the laminated films composed of Ru) and ruthenium dioxide (RuO 2 ) may be used. Furthermore, it may be constituted by a laminated film including at least two of these single-layer films and laminated films, including a laminated film composed of iridium (Ir) and iridium dioxide (IrO 2 ). In this way, at the time of high-temperature oxygen annealing for crystallization of the high dielectric or ferroelectric constituting the capacitive insulating film 32, oxygen diffuses to the contact plug 14, and the diffused oxygen is diffused into the contact plug 14. Oxidation of the surface can prevent an increase in contact resistance.

また、第1〜第4の実施形態において、下部電極31の側方の領域を埋め込む埋込み絶縁膜16に、酸化シリコン(SiO2)又は窒化シリコン(Si34)を用いているため、互いに隣接する下部電極31同士を電気的に絶縁すると共に平坦化を容易に行なえるため、容量絶縁膜32を成膜する下地層として好ましい。 In the first to fourth embodiments, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) is used for the buried insulating film 16 burying the region on the side of the lower electrode 31. Since the lower electrodes 31 adjacent to each other are electrically insulated from each other and can be easily planarized, the lower electrodes 31 are preferably used as a base layer for forming the capacitor insulating film 32.

(a)は本発明の第1の実施形態に係る容量素子を含む半導体記憶装置の要部を示す構成断面図である。FIG. 1A is a configuration sectional view illustrating a main part of a semiconductor memory device including a capacitor according to a first embodiment of the present invention.

(b)は本発明の第1の実施形態に係る容量素子の下部電極を示す構成断面図である。
(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。 (a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置におけるコンタクトプラグと容量素子の下部電極との間のコンタクト抵抗の測定結果を従来例と比較して表わしたグラフである。 本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置における容量素子の水素アニールを行なう前と行なった後との各残留分極の測定結果を表わしたグラフである。 (a)〜(c)は本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体記憶装置における下部電極とその側面を覆う第1の絶縁性バリア層の近傍とを示し、(a)は第1変形例に係る構成断面図であり、(b)は第2変形例に係る構成断面図であり、(c)は第3変形例に係る構成断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る容量素子を含む半導体記憶装置の要部を示す構成断面図である。 (a)及び(b)は本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示し、第1の実施形態と相違する工程の構成断面図である。 (a)〜(c)は本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の要部を示し、(a)はメモリセルアレイを構成するセルブロックを示す平面図であり、(b)は(a)のIXb−IXb線における断面図であり、(c)は(a)のIXc−IXc線における断面図である。 (a)〜(c)は本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示し、図9(a)のIXc−IXc線における工程順の構成断面図である。 (a)及び(b)は本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示し、図9(a)のIXc−IXc線における工程順の構成断面図である。 (a)〜(c)は本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の要部を示し、(a)はメモリセルアレイを構成するセルブロックを示す平面図であり、(b)は(a)のXIIb−XIIb線における断面図であり、(c)は(a)のXIIc−XIIc線における断面図である。 (a)〜(c)は本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示し、図12(a)のXIIc−XIIc線における工程順の構成断面図である。 (a)及び(b)は本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示し、図12(a)のXIIc−XIIc線における工程順の構成断面図である。 従来の半導体記憶装置の要部を示す構成断面図である。 (a)及び(b)は従来の半導体記憶装置における容量素子の下部電極に不具合が生じる様子を表わした模式的な構成断面図である。 従来の半導体記憶装置における容量素子の容量絶縁膜に不具合が生じる様子を表わした模式的な構成断面図である。
FIG. 2B is a configuration sectional view illustrating a lower electrode of the capacitor according to the first embodiment of the present invention.
3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. 6 is a graph showing a measurement result of a contact resistance between a contact plug and a lower electrode of a capacitor in the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention in comparison with a conventional example. 4 is a graph showing measurement results of respective remanent polarizations before and after performing a hydrogen anneal of the capacitive element in the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. (A) to (c) show a lower electrode in a semiconductor memory device according to a modification of the first embodiment of the present invention and the vicinity of a first insulating barrier layer that covers the side surface thereof, and It is a structure sectional view concerning a 1st modification, (b) is a structure sectional view concerning a 2nd modification, and (c) is a structure sectional view concerning a 3rd modification. FIG. 6 is a configuration sectional view illustrating a main part of a semiconductor memory device including a capacitor according to a second embodiment of the present invention. FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention, which are different from those of the first embodiment. (A) to (c) show main parts of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention, (a) is a plan view showing a cell block constituting a memory cell array, and (b) is a plan view showing ( It is sectional drawing in the IXb-IXb line of (a), (c) is sectional drawing in the IXc-IXc line of (a). 9A to 9C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention, in the order of steps along line IXc-IXc in FIG. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention, in the order of steps along line IXc-IXc in FIG. (A) to (c) show a main part of a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention, (a) is a plan view showing a cell block constituting a memory cell array, and (b) is a plan view showing ( It is sectional drawing in the XIIb-XIIb line of a), (c) is sectional drawing in the XIIc-XIIc line of (a). (A)-(c) show the manufacturing method of the semiconductor memory device concerning 4th Embodiment of this invention, Comprising: It is a structure sectional drawing in the order of a process along XIIc-XIIc line of FIG.12 (a). 12A and 12B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention, in the order of steps along line XIIc-XIIc in FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of a conventional semiconductor memory device. 7A and 7B are schematic cross-sectional views showing a state in which a problem occurs in a lower electrode of a capacitor in a conventional semiconductor memory device. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which a failure occurs in a capacitive insulating film of a capacitive element in a conventional semiconductor memory device.

符号の説明Explanation of reference numerals

11 半導体基板
12 シャロウトレンチ分離
13 層間絶縁膜
14 コンタクトプラグ
15 第1の絶縁性バリア層
15A 第1の絶縁性バリア層
16 埋込み絶縁膜
17 第2の絶縁性バリア層
20 セルトランジスタ
21 ソースドレイン領域
22 ゲート絶縁膜
23 ゲート電極
24 サイドウォール絶縁膜
30 容量素子
31 下部電極
31A 上部電極接続用電極
31a 第1の導電性バリア層
31b 第2の導電性バリア層
31c 第3の導電性バリア層
31d 導電層
32 容量絶縁膜
32a 開口部
32A 容量絶縁膜形成膜
33 上部電極
33A 上部電極形成膜
33a 上部電極プラグ
45 第1の絶縁性バリア層
50 セルブロック
Reference Signs List 11 semiconductor substrate 12 shallow trench isolation 13 interlayer insulating film 14 contact plug 15 first insulating barrier layer 15A first insulating barrier layer 16 buried insulating film 17 second insulating barrier layer 20 cell transistor 21 source / drain region 22 Gate insulating film 23 Gate electrode 24 Side wall insulating film 30 Capacitance element 31 Lower electrode 31A Upper electrode connecting electrode 31a First conductive barrier layer 31b Second conductive barrier layer 31c Third conductive barrier layer 31d Conductive layer Reference Signs List 32 capacitor insulating film 32a opening 32A capacitor insulating film forming film 33 upper electrode 33A upper electrode forming film 33a upper electrode plug 45 first insulating barrier layer 50 cell block

Claims (13)

下部電極と、
前記下部電極上に形成された金属酸化物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、
前記下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜とを備え、
前記下部電極は、酸素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含み、
前記下部電極の側面のうち少なくとも前記導電性バリア層の側面と接するように、水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層が形成されていることを特徴とする容量素子。
A lower electrode;
A capacitance insulating film made of a metal oxide formed on the lower electrode,
An upper electrode formed on the capacitive insulating film,
A buried insulating film filling the periphery of the lower electrode,
The lower electrode includes a conductive barrier layer that prevents diffusion of oxygen,
A capacitive element, wherein an insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen is formed so as to contact at least a side surface of the conductive barrier layer among side surfaces of the lower electrode.
前記埋込み絶縁膜は、水素を含む雰囲気下で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の容量素子。   The capacitor according to claim 1, wherein the buried insulating film is formed in an atmosphere containing hydrogen. 前記埋込み絶縁膜は、酸化シリコン(SiO2 )又は窒化シリコン(Si34 )からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の容量素子。 The capacitor according to claim 1, wherein the buried insulating film is made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). 前記絶縁性バリア層は、酸素の拡散をも防ぐことを特徴とする請求項1に記載の容量素子。   The capacitor according to claim 1, wherein the insulating barrier layer also prevents diffusion of oxygen. 前記導電性バリア層は、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層と、酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層とからなる積層膜を含むことを特徴とする請求項1に記載の容量素子。   2. The device according to claim 1, wherein the conductive barrier layer includes a stacked film including a first conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen and a second conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen. The capacitive element according to 1. 前記第1の導電性バリア層は、窒化チタンアルミニウム(TiAlN)、チタンアルミニウム(TiAl)、窒化珪化チタン(TiSiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化珪化タンタル(TaSiN)、窒化タンタルアルミニウム(TaAlN)、及びタンタルアルミニウム(TaAl)のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成されていることを特徴とする請求項5に記載の容量素子。   The first conductive barrier layer includes titanium aluminum nitride (TiAlN), titanium aluminum (TiAl), titanium nitride silicide (TiSiN), tantalum nitride (TaN), tantalum nitride silicide (TaSiN), tantalum aluminum nitride (TaAlN), 6. The capacitive element according to claim 5, wherein the capacitive element is made of any one of aluminum and tantalum aluminum (TaAl) or a laminated film including at least two of them. 前記第2の導電性バリア層は、二酸化イリジウム(IrO2 )、下層から順次形成されたイリジウム(Ir)と二酸化イリジウム(IrO2 )とからなる積層膜、二酸化ルテニウム(RuO2 )、及び下層から順次形成されたルテニウム(Ru)と二酸化ルテニウム(RuO2 )とからなる積層膜のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成されていることを特徴とする請求項5に記載の容量素子。 The second conductive barrier layer is an iridium dioxide (IrO 2), iridium which are sequentially formed from the lower layer (Ir) and iridium dioxide (IrO 2) consisting of a multilayer film, ruthenium dioxide (RuO 2), and from the lower layer It is characterized by being constituted by one of laminated films composed of ruthenium (Ru) and ruthenium dioxide (RuO 2 ) formed sequentially, or by a laminated film containing at least two of them. The capacitive element according to claim 5, wherein 前記絶縁性バリア層は、酸化アルミニウム(Al23 )、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)及び酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)のうちのいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の容量素子。 The insulating barrier layer, an aluminum oxide (Al 2 O 3), the capacity of claim 1, characterized in that it comprises any one of titanium aluminum oxide (TiAlO) and tantalum oxide aluminum (TaAlO) element. 下部電極と、
前記下部電極上に形成された金属酸化物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、
前記下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜とを備え、
前記下部電極は、二酸化イリジウム(IrO2 )、下層から順次形成されたイリジウム(Ir)と二酸化イリジウム(IrO2 )とからなる積層膜、二酸化ルテニウム(RuO2 )、及び下層から順次形成されたルテニウム(Ru)と二酸化ルテニウム(RuO2 )とからなる積層膜のうちのいずれか1つにより、又はこれらのうちの少なくとも2つを含む積層膜により構成された導電性バリア層を含み、
前記下部電極の側面のうち少なくとも前記導電性バリア層の側面と接するように、酸化アルミニウム(Al23 )、酸化チタンアルミニウム(TiAlO)及び酸化タンタルアルミニウム(TaAlO)のうちの少なくとも1つを含む絶縁性バリア層が形成されていることを特徴とする容量素子。
A lower electrode;
A capacitance insulating film made of a metal oxide formed on the lower electrode,
An upper electrode formed on the capacitive insulating film,
A buried insulating film filling the periphery of the lower electrode,
The lower electrode, iridium dioxide (IrO2), consisting of a sequentially formed iridium from the lower layer (Ir) and iridium dioxide (IrO 2) film stack, ruthenium dioxide (RuO 2), and sequentially formed ruthenium from the lower layer ( Ru) and a conductive barrier layer constituted by a laminate film including ruthenium dioxide (RuO 2 ), or a laminate film including at least two of them.
At least one of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium aluminum oxide (TiAlO), and tantalum aluminum oxide (TaAlO) is included so as to contact at least the side surface of the conductive barrier layer among the side surfaces of the lower electrode. A capacitive element having an insulating barrier layer formed thereon.
半導体基板の上に形成され、ソース領域及びドレイン領域を有するトランジスタと、
前記半導体基板の上に前記トランジスタを覆うように形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に前記トランジスタの前記ソース領域又は前記ドレイン領域と電気的に接続されるように形成されたコンタクトプラグと、
前記下部電極が前記コンタクトプラグ上に形成された前記請求項1〜9のうちのいずれか1項に記載の容量素子とを備えていることを特徴とする半導体記憶装置。
A transistor formed on a semiconductor substrate and having a source region and a drain region;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate to cover the transistor;
A contact plug formed in the interlayer insulating film so as to be electrically connected to the source region or the drain region of the transistor;
10. A semiconductor memory device, comprising: the capacitor according to claim 1, wherein the lower electrode is formed on the contact plug.
半導体基板上にゲート電極を形成した後、前記半導体基板における前記ゲート電極の側方にそれぞれソース領域及びドレイン領域を形成することによりトランジスタを形成する第1の工程と、
前記トランジスタを含む前記半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記層間絶縁膜に、前記ソース領域又は前記ドレイン領域と電気的に接続されるコンタクトプラグを形成する第3の工程と、
前記層間絶縁膜の上に、酸素の拡散を防ぐ導電性バリア層を含む第1の導電膜を形成する第4の工程と、
前記第1の導電膜を前記コンタクトプラグと電気的に接続されるようにパターニングすることにより、前記層間絶縁膜の上に前記第1の導電膜から下部電極を形成する第5の工程と、
前記層間絶縁膜の上に前記下部電極の上面及び側面を覆うように水素の拡散を防ぐ絶縁性バリア層を形成する第6の工程と、
前記絶縁性バリア層の上に第1の絶縁膜を形成した後、該第1の絶縁膜及び絶縁性バリア層に対して前記下部電極を露出するように平坦化する第7の工程と、
露出した前記下部電極の上を含む平坦化した前記第1の絶縁膜及び絶縁性バリア層の上に、金属酸化物からなる第2の絶縁膜と、該第2の絶縁膜の上に第2の導電膜とを形成する第8の工程と、
前記下部電極を含むように、前記第2の導電膜、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜をパターニングすることにより、前記下部電極の上に前記第2の導電膜から上部電極を形成し、前記第2の絶縁膜から容量絶縁膜を形成し、前記第1の絶縁膜から下部電極の周囲を埋める埋込み絶縁膜を形成する第9の工程とを備えていることを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
After forming a gate electrode on a semiconductor substrate, a first step of forming a transistor by forming a source region and a drain region respectively on the side of the gate electrode in the semiconductor substrate,
A second step of forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate including the transistor;
A third step of forming a contact plug electrically connected to the source region or the drain region in the interlayer insulating film;
A fourth step of forming a first conductive film including a conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen on the interlayer insulating film;
A fifth step of forming a lower electrode from the first conductive film on the interlayer insulating film by patterning the first conductive film so as to be electrically connected to the contact plug;
A sixth step of forming an insulating barrier layer for preventing diffusion of hydrogen over the interlayer insulating film so as to cover an upper surface and side surfaces of the lower electrode;
A seventh step of forming a first insulating film on the insulating barrier layer, and thereafter planarizing the first insulating film and the insulating barrier layer so as to expose the lower electrode;
A second insulating film made of a metal oxide on the planarized first insulating film and the insulating barrier layer including on the exposed lower electrode, and a second insulating film on the second insulating film; An eighth step of forming a conductive film of
An upper electrode is formed from the second conductive film on the lower electrode by patterning the second conductive film, the second insulating film, and the first insulating film so as to include the lower electrode. A ninth step of forming a capacitive insulating film from the second insulating film and forming a buried insulating film filling the periphery of the lower electrode from the first insulating film. Device manufacturing method.
前記埋込み絶縁膜は、水素を含む雰囲気で形成することを特徴とする請求項11に記載の半導体記憶装置の製造方法。   12. The method according to claim 11, wherein the buried insulating film is formed in an atmosphere containing hydrogen. 前記第4の工程は、酸素及び水素の拡散を防ぐ第1の導電性バリア層を形成する工程と、酸素の拡散を防ぐ第2の導電性バリア層を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体記憶装置の製造方法。   The fourth step includes a step of forming a first conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen and hydrogen, and a step of forming a second conductive barrier layer for preventing diffusion of oxygen. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 11.
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