JP2003174145A

Ferrodielectric material memory device and method of manufacturing the same

Abstract

[Task] Achieve both reliable prevention of hydrogen intrusion into the capacitive insulating film of the ferroelectric capacitor and miniaturization of the ferroelectric memory device.

Solution.The ferroelectric memory device has a lower electrode 109 sequentially formed on a first interlayer insulating film 105 on a semiconductor substrate 100, a capacitive insulating film made of a ferroelectric film, 112, and an upper electrode 113. It includes a plurality of ferroelectric capacitors arranged in the linear direction and the bit linear direction. A first insulating hydrogen barrier film 111 is embedded between the lower electrodes 109 of a plurality of ferroelectric capacitors arranged in the word line direction. A capacitive insulating film 112 common to a plurality of strong dielectric capacitors arranged in the word line direction is formed on the lower electrode 109 and the first insulating hydrogen barrier film 111, and is formed on the common capacitive insulating film 112. Is formed with an upper electrode 113 common to a plurality of strong dielectric capacitors arranged in the word line direction, and a second insulating hydrogen barrier film 115 is formed on the common upper electrode 113.

JP2003174145A, drawing sheet 1
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18 claims: 6 independent, 12 dependent

  1. 1
    【特許請求の範囲】 【請求項1】 半導体基板上の層間絶縁膜の上に順次形成された下部電極、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜及び上部電極を有し、ワード線方向及びビット線方向に配置された複数の強誘電体キャパシタを備えた強誘電体メモリ装置であって、 前記複数の強誘電体キャパシタのうち、ワード線方向及びビット線方向のうちの一方向に並ぶ複数の強誘電体キャパシタの前記下部電極同士の間には第1の絶縁性水素バリア膜が埋め込まれており、 前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタの前記下部電極、及び前記第1の絶縁性水素バリア膜の上には、前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタに共通の容量絶縁膜が形成されており、 前記共通の容量絶縁膜の上には、前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタに共通の上部電極が形成されており、 前記共通の上部電極を覆うように第2の絶縁性水素バリア膜が形成されていることを特徴とする強誘電体メモリ装置。
  2. 2
    【請求項2】 前記第2の絶縁性水素バリア膜は、前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタよりなるキャパシタ列毎に分離して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ装置。
  3. 3
    【請求項3】 前記第2の絶縁性水素バリア膜は、前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタよりなるキャパシタ列のうち、ワード線方向及びビット線方向のうちの他方向に隣り合う一対のキャパシタ列を覆うように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ装置。
  4. 4
    【請求項4】 前記層間絶縁膜に形成されているコンタクトプラグと前記下部電極との間に導電性水素バリア膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ装置。
  5. 5
    【請求項5】 前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタよりなるキャパシタ列は、前記導電性水素バリア膜、前記第1の絶縁性水素バリア膜及び前記第2の絶縁性水素バリア膜によって完全に覆われていることを特徴とする請求項4に記載の強誘電体メモリ装置。
  6. 6
    【請求項6】 前記共通の上部電極と前記第2の絶縁性水素バリア膜との間に、前記共通の上部電極の周縁部に形成される段差を緩和する段差緩和膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ装置。
  7. 7
    【請求項7】 前記第1の絶縁性水素バリア膜は、Si 3 N 4 膜、SiON膜、Al 2 O 3 膜、TiO 2 膜、又はTiとAlとの合金の酸化物膜若しくは酸窒化物膜よりなることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ装置。
  8. 8
    【請求項8】 前記第2の絶縁性水素バリア膜は、Si 3 N 4 膜、SiON膜、Al 2 O 3 膜、TiO 2 膜、TiN膜若しくはTiとAlとの合金膜、又はTiとAlとの合金の酸化物膜、窒化物膜若しくは酸窒化物膜よりなることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ装置。
  9. 9
    【請求項9】 前記導電性水素バリア膜は、TiとAlとの合金膜、TiとAlとの合金の窒化物膜若しくは酸窒化物膜、又はTiN膜よりなることを特徴とする請求項4に記載の強誘電体メモリ装置。
  10. 10
    【請求項10】 半導体基板上の層間絶縁膜の上に順次形成された下部電極、強誘電体膜よりなる容量絶縁膜及び上部電極を有し、ワード線方向及びビット線方向に配置された複数の強誘電体キャパシタを備えた強誘電体メモリ装置の製造方法であって、 前記層間絶縁膜の上に、前記複数の強誘電体キャパシタの下部電極を形成する工程と、 前記層間絶縁膜及び前記下部電極の上に第1の絶縁性水素バリア膜を堆積した後、該第1の絶縁性水素バリア膜を平坦化して、前記複数の強誘電体キャパシタのうち、ワード線方向及びビット線方向のうちの一方向に並ぶ複数の強誘電体キャパシタの前記下部電極同士の間に第1の絶縁性水素バリア膜を埋め込む工程と、 前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタの前記下部電極、及び前記第1の絶縁性水素バリア膜の上に、前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタに共通の容量絶縁膜を形成する工程と、 前記共通の容量絶縁膜の上に、前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタに共通の上部電極を形成する工程と、 前記共通の上部電極の上に、前記共通の上部電極を覆うように第2の絶縁性水素バリア膜を形成する工程とを備えていることを特徴とする強誘電体メモリ装置の製造方法。
  11. 11
    【請求項11】 前記第2の絶縁性水素バリア膜は、前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタよりなるキャパシタ列毎に分離して形成されていることを特徴とする請求項10に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
  12. 12
    【請求項12】 前記第2の絶縁性水素バリア膜は、前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタよりなるキャパシタ列のうち、ワード線方向及びビット線方向のうちの他方向に隣り合う一対のキャパシタ列を覆うように形成されていることを特徴とする請求項10に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
  13. 13
    【請求項13】 前記下部電極を形成する工程よりも前に、前記層間絶縁膜に形成されているコンタクトプラグと前記下部電極との間に介在する導電性水素バリア膜を形成する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項10に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
  14. 14
    【請求項14】 前記一方向に並ぶ前記複数の強誘電体キャパシタよりなるキャパシタ列は、前記導電性水素バリア膜、前記第1の絶縁性水素バリア膜及び前記第2の絶縁性水素バリア膜によって完全に覆われていることを特徴とする請求項13に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
  15. 15
    【請求項15】 前記共通の上部電極を形成する工程と前記第2の絶縁性水素バリア膜を形成する工程との間に、前記共通の上部電極と前記第2の絶縁性水素バリア膜との間に介在し、前記共通の上部電極の周縁部に形成される段差を緩和する段差緩和膜を形成する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項10に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
  16. 16
    【請求項16】 前記第1の絶縁性水素バリア膜は、Si 3 N 4 膜、SiON膜、Al 2 O 3 膜、TiO 2 膜、又はTiとAlとの合金の酸化物膜若しくは酸窒化物膜よりなることを特徴とする請求項10に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
  17. 17
    【請求項17】 前記第2の絶縁性水素バリア膜は、Si 3 N 4 膜、SiON膜、Al 2 O 3 膜、TiO 2 膜、TiN膜若しくはTiとAlとの合金膜、又はTiとAlとの合金の酸化物膜、窒化物膜若しくは酸窒化物膜よりなることを特徴とする請求項10に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
  18. 18
    【請求項18】 前記導電性水素バリア膜は、TiとAlとの合金膜、TiとAlとの合金の窒化物膜若しくは酸窒化物膜、又はTiN膜よりなることを特徴とする請求項13に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。
Independent claims18