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JP2004303988A - Semiconductor storage device and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2004303988A
JP2004303988A JP2003095969A JP2003095969A JP2004303988A JP 2004303988 A JP2004303988 A JP 2004303988A JP 2003095969 A JP2003095969 A JP 2003095969A JP 2003095969 A JP2003095969 A JP 2003095969A JP 2004303988 A JP2004303988 A JP 2004303988A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
insulating film
metal film
lower electrode
forming
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2003095969A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Asakawa
勉 浅川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2003095969A priority Critical patent/JP2004303988A/en
Publication of JP2004303988A publication Critical patent/JP2004303988A/en
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Abstract

【課題】クロスポイント型のFeRAMにおける電極配列ピッチの安定的な縮小化を実現し、高集積化を達成し得る半導体記憶装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板上の所定層に平坦化された下地のバリア用の絶縁膜11が設けられている。絶縁膜11上に下部電極12が形成されている。下部電極12を覆う層間絶縁膜13が形成されている。強誘電体膜14は、下部電極12の所定領域に到達する層間絶縁膜13の開孔部に埋め込まれた形態となっている。これにより、強誘電体膜13は、下部電極12のエッチング形状に依存しない。層間絶縁膜13上において強誘電体膜13上を含み下部電極12に交差するように上部電極15が設けられている。
【選択図】 図1
The present invention provides a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same capable of achieving a high integration by realizing a stable reduction of an electrode arrangement pitch in a cross-point type FeRAM.
An underlayer barrier insulating film is provided on a predetermined layer on a semiconductor substrate. A lower electrode 12 is formed on the insulating film 11. An interlayer insulating film 13 covering the lower electrode 12 is formed. The ferroelectric film 14 is embedded in an opening of the interlayer insulating film 13 reaching a predetermined region of the lower electrode 12. Thus, the ferroelectric film 13 does not depend on the etching shape of the lower electrode 12. An upper electrode 15 is provided on the interlayer insulating film 13 so as to intersect with the lower electrode 12 including on the ferroelectric film 13.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にクロスポイント型のFeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)セルを有する半導体記憶装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
FeRAM、いわゆる強誘電体メモリは高速性、低消費電力、高集積性、耐書き換え特性に優れた不揮発性メモリの一つである。強誘電体メモリは強誘電体薄膜のヒステリシス特性、すなわち高速分極反転とその残留分極を利用する高速書き換えが可能である。特にクロスポイント型のFeRAMは、下部電極と上部電極が強誘電体薄膜を介して交差させた構造のメモリセルがマトリクス状に配列される構成を有し、高集積性に優れている。
【0003】
図11は、従来のクロスポイント型のFeRAMにおける一部のメモリセル部を示す断面図である。半導体基板上の所定層に下地のバリア絶縁膜、例えばシリコン窒化膜101が形成されている。シリコン窒化膜101上に下部電極102がストライプ状に形成されている。下部電極102上方には上部電極104が交差するようにストライプ状に形成されている。下部電極102と上部電極104の間に強誘電体薄膜103を配しており、両電極の交差領域がマトリクス状に配列されるメモリセル構造となり、メモリ部105を構成する。
【0004】
クロスポイント型のFeRAMにおいては、下部電極102の副ビット線電位と上部電極104のワード線電位の関係を制御して、それぞれ強誘電体薄膜103を有する強誘電体キャパシタを所定の印加電界方向に分極させる。選択されたメモリセルは、強電体キャパシタの分極状態に応じた副ビット線電位となり、図示しない選択トランジスタ及びビット線に伝達される。このようなクロスポイント型のFeRAMは例えば特許文献1に開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−116107(第5−10頁)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
メモリセル構造に関し、一般に上部電極104及び下部電極102はPtで形成されている。Ptをエッチングする際には化学反応エッチングを用いることができず、不活性原子などで物理的にエッチングするリミング加工をとる。このため、エッチング後の形状はテーパ形状となる。このため、下部電極102の配列ピッチの制御が難しい。また、強誘電体膜103も上記エッチング加工時のテーパ形状を継承する。これにより、キャパシタとして有効利用できる電極が小さくなる問題がある。
【0007】
上記構成によれば、下部電極102の配列ピッチの制御が難しく、いっそうの高集積化が困難となる。また、高集積化に伴い、キャパシタとして有効利用できる電極をなるべく大きくしたいが、強誘電体膜103も上記エッチング加工時のテーパ形状を継承しているので、小さくなる問題がある。
【0008】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、クロスポイント型のFeRAMにおける電極配列ピッチの安定的な縮小化を実現し、高集積化を達成し得る半導体記憶装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜と、前記絶縁膜上の下部電極と、下部電極を覆う層間絶縁膜と、
前記下部電極の所定領域に到達する前記層間絶縁膜の開孔部に埋め込まれた強誘電体膜と、前記層間絶縁膜上において前記強誘電体膜上を含み前記下部電極に交差するように設けられた上部電極と、を具備したことを特徴とする。
【0010】
また、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜と、前記絶縁膜上の下部電極と、前記下部電極を覆う層間絶縁膜と、少なくとも前記下部電極の所定領域上に設けられる強誘電体膜と、前記層間絶縁膜上において前記強誘電体膜上を含み前記下部電極に交差するように設けられた上部電極と、を具備し、少なくとも前記強誘電体膜に関し、前記下部電極の伸長方向に対する断面形状は第1の加工に応じた矩形を現出し前記上部電極の伸長方向に対する断面形状は第2の加工に応じた台形を現出することを特徴とする。
【0011】
上記本発明に係る半導体装置によれば、強誘電体膜の断面形状は単なる順テーパ形状とはならず、断面積を稼ぐ構成が可能である。電極の配列ピッチの縮小化に寄与する形態となる。
【0012】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に下部電極となる第1金属膜を形成する工程と、前記第1金属膜上に第2金属膜を形成する工程と、前記第2金属膜上に第1のマスクパターンを形成する工程と、前記第1のマスクパターンに従って前記第2金属膜及び前記第1金属膜を選択的に除去するエッチング工程と、前記エッチング工程を経た前記第1金属膜及び第2金属膜の形状を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記第2金属膜の上面を露出させる前記層間絶縁膜の平坦化工程と、前記第2金属膜を除去する工程と、少なくとも前記第2金属膜の除去部分に強誘電体膜を埋め込む工程と、前記強誘電体膜及び前記層間絶縁膜上に上部電極となる第3金属膜を形成する工程と、前記第3金属膜上に第2のマスクパターンを形成する工程と、前記第2のマスクパターンに従って前記第3金属膜及び前記強誘電体膜を選択的に除去するエッチング工程と、を具備したことを特徴とする。
【0013】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、少なくとも第2金属膜の除去部分に強誘電体膜を埋め込む工程を有する。第2金属膜としてより加工性の優れたものを選ぶことにより、強誘電体膜のよりよい形状が得られる。第1金属膜の加工もし易い。これにより、メモリ部のセル配列ピッチはより縮小される方向に改善される。
【0014】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に下部電極となる第1金属膜を形成する工程と、前記第1金属膜上に加工用膜を形成する工程と、前記加工用膜上に第1のマスクパターンを形成する工程と、前記第1のマスクパターンに従って前記加工用膜及び前記第1金属膜を選択的に除去するエッチング工程と、前記エッチング工程を経た前記第1金属膜及び加工用膜の形状を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記加工用膜の上面を露出させる前記層間絶縁膜の平坦化工程と、前記加工用膜を除去する工程と、少なくとも前記加工用膜の除去部分に強誘電体膜を埋め込む工程と、前記強誘電体膜及び前記層間絶縁膜上に上部電極となる第2金属膜を形成する工程と、 前記第2金属膜上に第2のマスクパターンを形成する工程と、前記第2のマスクパターンに従って前記第2金属膜及び前記強誘電体膜を選択的に除去するエッチング工程と、を具備したことを特徴とする。
【0015】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、少なくとも加工用膜の除去部分に強誘電体膜を埋め込む工程を有する。加工用膜は加工性の優れたものを選ぶことにより、強誘電体膜のよりよい形状が得られる。第1金属膜の加工もし易い。これにより、メモリ部のセル配列ピッチはより縮小される方向に改善される。
なお、上記本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記下地の絶縁膜は少なくとも前記下部電極に対するバリア機能を有する膜を選択することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の要部構成であり、クロスポイント型のFeRAMにおける一部のメモリ部を示す断面図である。
半導体基板上の所定層に平坦化された下地のバリア用の絶縁膜11が設けられている。絶縁膜11上に下部電極12が形成されている。下部電極12を覆う層間絶縁膜13が形成されている。強誘電体膜14は、下部電極12の所定領域に到達する層間絶縁膜13の開孔部に埋め込まれた形態となっている。これにより、強誘電体膜13は、下部電極12のエッチング形状に依存しない。層間絶縁膜13上において強誘電体膜13上を含み下部電極12に交差するように上部電極15が設けられている。
【0017】
上記実施形態によれば、強誘電体膜14の断面形状は単なる順テーパ形状とはならず、断面積を稼ぐ構成が可能である。以下、説明する。
図2〜図6は、図1の構成を実現するための製造工程の要部を示す断面図である。図1と同様の箇所には同一の符号を付す。
図2に示すように、半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜11を形成する。絶縁膜11はバリア絶縁膜、例えばシリコン窒化膜とする。次に、絶縁膜11上に下部電極12となる金属膜21及び、加工用の金属膜22を形成する。金属膜21は、例えばPtであり、スパッタ法により100nm程度、加工用の金属膜22は例えばTiNであり、スパッタ法により100nm程度成膜する。金属膜22上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン23を形成する。
【0018】
次に、図3に示すように、レジストパターン23に従って金属膜22及び金属膜21をエッチングする。Ptでなる金属膜21は主にスパッタ的エッチングとなり、側部はテーパ形状を含む形態となる。
次に、図4に示すように、層間絶縁膜13を堆積し、CMP(化学的機械的研磨)技術を用いて平坦化する。平坦化は金属膜22の露出検出で終了する。
次に、図5に示すように、金属膜22をエッチング除去する。TiNで構成される金属膜22は、ある程度高温(60℃程度)のRCA洗浄用の薬液、例えばアンモニアと過酸化水素の混合液でエッチングすることができる。これにより、底部に金属膜21を有する溝24ができる。
【0019】
次に、図6に示すように、ゾル・ゲル法を用いて強誘電体膜をスピン塗布し、ベークする。強誘電体膜は様々考えられ、例えば、PZT(Pb(Zr,Ti)O)系の化合物、層状構造を有するBi系化合物(SBT(SrBiTa)等)などから選択して採用する。これにより、溝24に埋め込まれた強誘電体膜14が現出する。平坦化が必要であればCMP(化学的機械的研磨)技術を用いて平坦化する。
次に、図7に示すように、層間絶縁膜13上に強誘電体膜14上を含めて上部電極となる金属膜25を形成する。金属膜25は、例えばPtでありスパッタ法により100nm程度成膜する。その後は、パターンニングして上部電極15を構成し、図1の構成を得る。
【0020】
上記実施形態及び方法によれば、少なくとも加工用の金属膜22の除去部分に強誘電体膜14を埋め込む工程を有する。金属膜22としてより加工性の優れたものを選ぶことにより、強誘電体膜14のよりよい形状が得られる。また、下部電極(Pt)となる金属膜21の加工もし易い。これにより、メモリ部のセル配列ピッチはより縮小される方向に改善される。
【0021】
なお、上記加工用の金属膜22はTiNに限らず加工性のよい金属膜が利用できる。また、金属膜でない加工用の膜を用いてもよい。
図8〜図10は、上記図2〜図4に対応する断面図であり、加工用の金属膜22の代りに、金属膜でない加工用の膜32を用いている。加工用の膜32は例えばSiN膜であり、図5のように選択的に除去するには、熱リン酸(120℃程度)のエッチング液に浸漬すればよい。
【0022】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも加工用膜の除去部分に強誘電体膜を埋め込む工程を有する。加工用膜は加工性の優れたものを選ぶことにより、強誘電体膜のよりよい形状が得られる。これにより、メモリ部のセル配列ピッチはより縮小される方向に改善される。この結果、クロスポイント型のFeRAMにおける電極配列ピッチの安定的な縮小化を実現し、高集積化を達成し得る半導体記憶装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体装置の要部構成であり、クロスポイント型のFeRAMにおける一部のメモリ部を示す断面図。
【図2】図1の構成を実現するための途中工程を示す第1断面図。
【図3】図2に続く第2断面図。
【図4】図3に続く第3断面図。
【図5】図4に続く第4断面図。
【図6】図5に続く第5断面図。
【図7】図6に続く第6断面図。
【図8】図2に対応する他の一例を示す断面図。
【図9】図3に対応する他の一例を示す断面図。
【図10】図4に対応する他の一例を示す断面図。
【図11】従来のクロスポイント型のFeRAMにおける一部のメモリセル部を示す断面図。
【符号の説明】
11…絶縁膜、12…下部電極、13…層間絶縁膜、14…強誘電体膜、15…上部電極、21,25…金属膜、22…加工用の金属膜、23…レジストパターン、24…溝、32…加工用の膜。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to a semiconductor memory device having a cross-point type FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) cell and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
An FeRAM, a so-called ferroelectric memory, is one of the non-volatile memories having high speed, low power consumption, high integration, and excellent rewriting resistance. The ferroelectric memory can perform high-speed rewriting using the hysteresis characteristic of the ferroelectric thin film, that is, high-speed polarization inversion and its remanent polarization. In particular, a cross-point type FeRAM has a configuration in which memory cells having a structure in which a lower electrode and an upper electrode intersect via a ferroelectric thin film are arranged in a matrix, and is excellent in high integration.
[0003]
FIG. 11 is a sectional view showing a part of a memory cell part in a conventional cross-point type FeRAM. An underlying barrier insulating film, for example, a silicon nitride film 101 is formed in a predetermined layer on a semiconductor substrate. The lower electrode 102 is formed on the silicon nitride film 101 in a stripe shape. Above the lower electrode 102, an upper electrode 104 is formed in a stripe shape so as to intersect. A ferroelectric thin film 103 is disposed between the lower electrode 102 and the upper electrode 104, and a memory cell structure in which the intersecting regions of the two electrodes are arranged in a matrix form constitutes a memory section 105.
[0004]
In the cross-point type FeRAM, the relationship between the sub-bit line potential of the lower electrode 102 and the word line potential of the upper electrode 104 is controlled so that the ferroelectric capacitors each having the ferroelectric thin film 103 are moved in a predetermined applied electric field direction. Polarize. The selected memory cell has a sub-bit line potential corresponding to the polarization state of the ferroelectric capacitor, and is transmitted to a selection transistor and a bit line (not shown). Such a cross-point type FeRAM is disclosed in Patent Document 1, for example.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-116107 (pages 5 to 10)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Regarding the memory cell structure, the upper electrode 104 and the lower electrode 102 are generally formed of Pt. When etching Pt, chemical reaction etching cannot be used, and a rimming process of physically etching with inert atoms or the like is used. Therefore, the shape after the etching becomes a tapered shape. Therefore, it is difficult to control the arrangement pitch of the lower electrodes 102. Further, the ferroelectric film 103 also inherits the tapered shape during the etching process. As a result, there is a problem that the electrodes that can be effectively used as capacitors are reduced.
[0007]
According to the above configuration, it is difficult to control the arrangement pitch of the lower electrodes 102, and it is difficult to further increase the integration. Further, with the increase in integration, it is desired to increase the size of an electrode that can be effectively used as a capacitor. However, since the ferroelectric film 103 also inherits the tapered shape at the time of the etching, there is a problem that the electrode becomes smaller.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and realizes a semiconductor memory device capable of realizing a stable reduction of an electrode array pitch in a cross-point type FeRAM and achieving high integration, and a method of manufacturing the same. It is intended to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor device according to the present invention includes a planarized underlying insulating film provided on a predetermined layer on a semiconductor substrate, a lower electrode on the insulating film, and an interlayer insulating film covering the lower electrode,
A ferroelectric film buried in an opening of the interlayer insulating film reaching a predetermined region of the lower electrode; and a ferroelectric film provided on the interlayer insulating film so as to intersect the lower electrode including the ferroelectric film. And an upper electrode provided.
[0010]
The semiconductor device according to the present invention may further include a planarized underlying insulating film provided on a predetermined layer on the semiconductor substrate, a lower electrode on the insulating film, an interlayer insulating film covering the lower electrode, A ferroelectric film provided on a predetermined region of the lower electrode, and an upper electrode provided on the interlayer insulating film so as to intersect the lower electrode including on the ferroelectric film, at least the Regarding the ferroelectric film, the cross-sectional shape of the lower electrode in the direction of extension shows a rectangle according to the first processing, and the cross-sectional shape of the upper electrode in the direction of extension shows a trapezoid according to the second processing. It is characterized by.
[0011]
According to the semiconductor device according to the present invention, the cross-sectional shape of the ferroelectric film is not simply a forward tapered shape, and a configuration in which the cross-sectional area is increased is possible. This is a mode that contributes to reduction of the arrangement pitch of the electrodes.
[0012]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a planarized underlying insulating film provided on a predetermined layer on a semiconductor substrate, and forming a first metal film serving as a lower electrode on the insulating film Forming a second metal film on the first metal film, forming a first mask pattern on the second metal film, and forming the second metal film according to the first mask pattern. An etching step for selectively removing a film and the first metal film, a step of forming an interlayer insulating film covering the shapes of the first metal film and the second metal film after the etching step, and a step of forming the second metal film Flattening the interlayer insulating film exposing the upper surface of the semiconductor device, removing the second metal film, embedding a ferroelectric film in at least a removed portion of the second metal film, And an upper electrode on the interlayer insulating film. Forming a third metal film, forming a second mask pattern on the third metal film, and selectively forming the third metal film and the ferroelectric film according to the second mask pattern. And an etching step of removing the substrate.
[0013]
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the step of burying a ferroelectric film at least in a portion where the second metal film is removed. By selecting a material having better workability as the second metal film, a better shape of the ferroelectric film can be obtained. The processing of the first metal film is also easy. As a result, the cell array pitch of the memory unit is improved in a direction to be reduced.
[0014]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a planarized underlying insulating film provided on a predetermined layer on a semiconductor substrate, and forming a first metal film serving as a lower electrode on the insulating film Performing a step of forming a processing film on the first metal film; forming a first mask pattern on the processing film; and forming the processing film and the processing medium in accordance with the first mask pattern. An etching step of selectively removing the first metal film, a step of forming an interlayer insulating film covering the shapes of the first metal film and the processing film after the etching step, and exposing an upper surface of the processing film A step of flattening the interlayer insulating film, a step of removing the processing film, a step of embedding a ferroelectric film at least in a removed portion of the processing film, and a step of forming a layer on the ferroelectric film and the interlayer insulating film. Second metal to be the upper electrode Forming a second mask pattern on the second metal film; and etching the second metal film and the ferroelectric film selectively according to the second mask pattern. And characterized in that:
[0015]
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the step of embedding a ferroelectric film at least in a removed portion of the processing film. By selecting a film for processing excellent in workability, a better shape of the ferroelectric film can be obtained. The processing of the first metal film is also easy. As a result, the cell array pitch of the memory unit is improved in a direction to be reduced.
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a film having a barrier function for at least the lower electrode is selected as the base insulating film.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and showing a part of a memory portion in a cross-point type FeRAM.
An insulating film 11 for a base barrier which is flattened on a predetermined layer on a semiconductor substrate is provided. A lower electrode 12 is formed on the insulating film 11. An interlayer insulating film 13 covering the lower electrode 12 is formed. The ferroelectric film 14 is embedded in an opening of the interlayer insulating film 13 reaching a predetermined region of the lower electrode 12. Thus, the ferroelectric film 13 does not depend on the etching shape of the lower electrode 12. An upper electrode 15 is provided on the interlayer insulating film 13 so as to intersect with the lower electrode 12 including on the ferroelectric film 13.
[0017]
According to the above embodiment, the cross-sectional shape of the ferroelectric film 14 is not simply a forward tapered shape, and a configuration that increases the cross-sectional area is possible. This will be described below.
2 to 6 are cross-sectional views showing the main parts of a manufacturing process for realizing the configuration of FIG. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
As shown in FIG. 2, a planarized base insulating film 11 provided on a predetermined layer on a semiconductor substrate is formed. The insulating film 11 is a barrier insulating film, for example, a silicon nitride film. Next, a metal film 21 to be the lower electrode 12 and a metal film 22 for processing are formed on the insulating film 11. The metal film 21 is, for example, Pt, and is formed to a thickness of about 100 nm by a sputtering method. The metal film 22 for processing is, for example, TiN, and is formed to a thickness of about 100 nm by a sputtering method. A resist pattern 23 is formed on the metal film 22 using a photolithography technique.
[0018]
Next, as shown in FIG. 3, the metal film 22 and the metal film 21 are etched according to the resist pattern 23. The metal film 21 made of Pt is mainly subjected to sputter etching, and the side portion has a form including a tapered shape.
Next, as shown in FIG. 4, an interlayer insulating film 13 is deposited and planarized by using a CMP (chemical mechanical polishing) technique. The planarization ends when the exposure of the metal film 22 is detected.
Next, as shown in FIG. 5, the metal film 22 is removed by etching. The metal film 22 made of TiN can be etched with a somewhat high temperature (about 60 ° C.) chemical solution for RCA cleaning, for example, a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide. Thereby, a groove 24 having the metal film 21 at the bottom is formed.
[0019]
Next, as shown in FIG. 6, a ferroelectric film is spin-coated using a sol-gel method and baked. Various types of ferroelectric films are conceivable. For example, a ferroelectric film is selected from a PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) -based compound and a Bi-based compound having a layered structure (SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 )). adopt. Thus, the ferroelectric film 14 embedded in the groove 24 appears. If planarization is required, planarization is performed using a CMP (chemical mechanical polishing) technique.
Next, as shown in FIG. 7, a metal film 25 serving as an upper electrode is formed on the interlayer insulating film 13 including the ferroelectric film 14. The metal film 25 is, for example, Pt and is formed to a thickness of about 100 nm by a sputtering method. Thereafter, the upper electrode 15 is formed by patterning, and the structure shown in FIG. 1 is obtained.
[0020]
According to the above-described embodiment and method, the step of embedding the ferroelectric film 14 in at least the removed portion of the processing metal film 22 is provided. By selecting a metal film 22 having better workability, a better shape of the ferroelectric film 14 can be obtained. Further, the metal film 21 serving as the lower electrode (Pt) can be easily processed. As a result, the cell array pitch of the memory unit is improved in a direction to be reduced.
[0021]
The metal film 22 for processing is not limited to TiN, and a metal film having good workability can be used. Further, a processing film other than a metal film may be used.
FIGS. 8 to 10 are cross-sectional views corresponding to FIGS. 2 to 4, in which a processing film 32 that is not a metal film is used in place of the processing metal film 22. The film 32 for processing is, for example, a SiN film, and can be selectively removed as shown in FIG. 5 by immersing it in an etching solution of hot phosphoric acid (about 120 ° C.).
[0022]
As described above, according to the present invention, a step of embedding a ferroelectric film at least in a removed portion of a processing film is provided. By selecting a film for processing excellent in workability, a better shape of the ferroelectric film can be obtained. As a result, the cell array pitch of the memory unit is improved in a direction to be reduced. As a result, it is possible to provide a semiconductor memory device capable of stably reducing the electrode array pitch in a cross-point type FeRAM and achieving high integration, and a method of manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, showing a part of a memory portion in a cross-point type FeRAM.
FIG. 2 is a first sectional view showing an intermediate step for realizing the configuration of FIG. 1;
FIG. 3 is a second sectional view following FIG. 2;
FIG. 4 is a third sectional view following FIG. 3;
FIG. 5 is a fourth sectional view following FIG. 4;
FIG. 6 is a fifth sectional view following FIG. 5;
FIG. 7 is a sixth sectional view following FIG. 6;
FIG. 8 is a sectional view showing another example corresponding to FIG. 2;
FIG. 9 is a sectional view showing another example corresponding to FIG. 3;
FIG. 10 is a sectional view showing another example corresponding to FIG. 4;
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a part of a memory cell part in a conventional cross-point type FeRAM.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Insulating film, 12 ... Lower electrode, 13 ... Interlayer insulating film, 14 ... Ferroelectric film, 15 ... Upper electrode, 21, 25 ... Metal film, 22 ... Metal film for processing, 23 ... Resist pattern, 24 ... Grooves, 32 ... Processing film.

Claims (5)

半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜と、
前記絶縁膜上の下部電極と、
下部電極を覆う層間絶縁膜と、
前記下部電極の所定領域に到達する前記層間絶縁膜の開孔部に埋め込まれた強誘電体膜と、
前記層間絶縁膜上において前記強誘電体膜上を含み前記下部電極に交差するように設けられた上部電極と、
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置。
A planarized underlying insulating film provided on a predetermined layer on the semiconductor substrate,
A lower electrode on the insulating film;
An interlayer insulating film covering the lower electrode,
A ferroelectric film embedded in an opening of the interlayer insulating film reaching a predetermined region of the lower electrode,
An upper electrode provided on the interlayer insulating film so as to intersect the lower electrode including on the ferroelectric film;
A semiconductor memory device comprising:
半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜と、
前記絶縁膜上の下部電極と、
前記下部電極を覆う層間絶縁膜と、
少なくとも前記下部電極の所定領域上に設けられる強誘電体膜と、
前記層間絶縁膜上において前記強誘電体膜上を含み前記下部電極に交差するように設けられた上部電極と、
を具備し、
少なくとも前記強誘電体膜に関し、前記下部電極の伸長方向に対する断面形状は第1の加工に応じた矩形を現出し前記上部電極の伸長方向に対する断面形状は第2の加工に応じた台形を現出することを特徴とする半導体記憶装置。
A planarized underlying insulating film provided on a predetermined layer on the semiconductor substrate,
A lower electrode on the insulating film;
An interlayer insulating film covering the lower electrode,
A ferroelectric film provided on at least a predetermined region of the lower electrode,
An upper electrode provided on the interlayer insulating film so as to intersect the lower electrode including on the ferroelectric film;
With
At least with respect to the ferroelectric film, the cross-sectional shape of the lower electrode in the extension direction shows a rectangle corresponding to the first processing, and the cross-sectional shape of the upper electrode in the extension direction shows a trapezoid corresponding to the second processing. A semiconductor memory device characterized in that:
半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に下部電極となる第1金属膜を形成する工程と、
前記第1金属膜上に第2金属膜を形成する工程と、
前記第2金属膜上に第1のマスクパターンを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンに従って前記第2金属膜及び前記第1金属膜を選択的に除去するエッチング工程と、
前記エッチング工程を経た前記第1金属膜及び第2金属膜の形状を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2金属膜の上面を露出させる前記層間絶縁膜の平坦化工程と、
前記第2金属膜を除去する工程と、
少なくとも前記第2金属膜の除去部分に強誘電体膜を埋め込む工程と、
前記強誘電体膜及び前記層間絶縁膜上に上部電極となる第3金属膜を形成する工程と、
前記第3金属膜上に第2のマスクパターンを形成する工程と、
前記第2のマスクパターンに従って前記第3金属膜及び前記強誘電体膜を選択的に除去するエッチング工程と、
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
Forming a planarized underlying insulating film provided on a predetermined layer on the semiconductor substrate;
Forming a first metal film serving as a lower electrode on the insulating film;
Forming a second metal film on the first metal film;
Forming a first mask pattern on the second metal film;
An etching step of selectively removing the second metal film and the first metal film according to the first mask pattern;
Forming an interlayer insulating film covering the shapes of the first metal film and the second metal film after the etching process;
Flattening the interlayer insulating film exposing an upper surface of the second metal film;
Removing the second metal film;
Embedding a ferroelectric film at least in a removed portion of the second metal film;
Forming a third metal film to be an upper electrode on the ferroelectric film and the interlayer insulating film;
Forming a second mask pattern on the third metal film;
An etching step of selectively removing the third metal film and the ferroelectric film according to the second mask pattern;
A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
半導体基板上の所定層に設けられる平坦化された下地の絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に下部電極となる第1金属膜を形成する工程と、
前記第1金属膜上に加工用膜を形成する工程と、
前記加工用膜上に第1のマスクパターンを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンに従って前記加工用膜及び前記第1金属膜を選択的に除去するエッチング工程と、
前記エッチング工程を経た前記第1金属膜及び加工用膜の形状を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記加工用膜の上面を露出させる前記層間絶縁膜の平坦化工程と、
前記加工用膜を除去する工程と、
少なくとも前記加工用膜の除去部分に強誘電体膜を埋め込む工程と、
前記強誘電体膜及び前記層間絶縁膜上に上部電極となる第2金属膜を形成する工程と、
前記第2金属膜上に第2のマスクパターンを形成する工程と、
前記第2のマスクパターンに従って前記第2金属膜及び前記強誘電体膜を選択的に除去するエッチング工程と、
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
Forming a planarized underlying insulating film provided on a predetermined layer on the semiconductor substrate;
Forming a first metal film serving as a lower electrode on the insulating film;
Forming a processing film on the first metal film;
Forming a first mask pattern on the processing film;
An etching step of selectively removing the processing film and the first metal film according to the first mask pattern;
Forming an interlayer insulating film covering the shapes of the first metal film and the processing film after the etching process;
Flattening the interlayer insulating film exposing the upper surface of the processing film;
Removing the processing film;
Embedding a ferroelectric film in at least the removed portion of the processing film;
Forming a second metal film to be an upper electrode on the ferroelectric film and the interlayer insulating film;
Forming a second mask pattern on the second metal film;
An etching step of selectively removing the second metal film and the ferroelectric film according to the second mask pattern;
A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
前記下地の絶縁膜は少なくとも前記下部電極に対するバリア機能を有する膜を選択することを特徴とする請求項3または4記載の半導体装置の製造方法。5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein a film having a barrier function for at least the lower electrode is selected as the base insulating film.
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