JP3332036B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3332036B2
JP3332036B2 JP2000275535A JP2000275535A JP3332036B2 JP 3332036 B2 JP3332036 B2 JP 3332036B2 JP 2000275535 A JP2000275535 A JP 2000275535A JP 2000275535 A JP2000275535 A JP 2000275535A JP 3332036 B2 JP3332036 B2 JP 3332036B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する分野】本発明は、不揮発性メモリ等に適
用可能の強誘電体キャパシタ等の強誘電体を備えた半導
体装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device having a ferroelectric material such as a ferroelectric capacitor applicable to a nonvolatile memory or the like.

【背景技術および発明が解決しようとする課題】印加電
圧の正逆極性により分極反転可能の強誘電体を用いた不
揮発性メモリは、情報書き込み時間と情報読み出し時間
が原理的に等しい。また静止状態(バックアップ時)は
電圧無印加でも分極(残留分極)が保持されるため、理
想的な不揮発性メモリとして有望視されている。
2. Description of the Related Art In a nonvolatile memory using a ferroelectric material whose polarization can be inverted by the polarity of an applied voltage, information writing time and information reading time are equal in principle. Further, in the stationary state (at the time of backup), polarization (remanent polarization) is maintained even when no voltage is applied, so that it is considered promising as an ideal nonvolatile memory.

【0002】従来、強誘電体キャパシタを用いた半導体
不揮発性メモリとしては、米国特許4149032号の
ように、シリコン(Si)基板上に強誘電体キャパシタ
を集積した構造のものや、米国特許3832700号の
ように、MIS型トランジスタのゲート電極上に強誘電
体膜を配置した構造のものが提案されている。
Conventionally, as a semiconductor non-volatile memory using a ferroelectric capacitor, a structure in which a ferroelectric capacitor is integrated on a silicon (Si) substrate as disclosed in US Pat. As described above, a structure in which a ferroelectric film is disposed on a gate electrode of a MIS transistor has been proposed.

【0003】不揮発性メモリセルは、一般的に、図8に
示すように、ワード線Wに接続されたゲート電極Gとビ
ット線Bに接続されたドレイン電極Dと強誘電体キャパ
シタCの一方の電極に接続されたソース電極SをもつN
型トランジスタTRを有し、強誘電体キャパシタCの他
方の電極がプレート線Pに接続された回路構成である。
このようなメモリセルの現実的な半導体構造としては、
最近では図9に示すものが提案されている。図9に示す
半導体構造は、P型シリコン基板1上のゲート酸化膜2
を介して形成されたポリシリコン(多結晶シリコン)の
ゲート電極3と、セルフアラインによりシリコン基板1
内に拡散形成された高濃度N型のソース領域4及びドレ
イン領城5とからなるN型MOSトランジスタTRと、
素子分離用の局所酸化膜(LOCOS)6上において燐
ガラス等の層間絶縁膜7の上に形成された強誘電体キャ
パシタCを有し、層間絶縁膜7上の強誘電体キャパシタ
Cは、白金(Pt)等の下部電極8、PZT等の強誘電
体膜9及び金(Au)や白金(Pt)等の上部電極10
が順次積層形成されてなるものである。そして、高濃度
の拡散領域たるソース領域と上部電極10とはコンタク
ト孔11を介してAlの配線12をもって接続されてい
る。なお、13は燐ガラス等の第2層間絶縁膜である。
A non-volatile memory cell generally has a gate electrode G connected to a word line W, a drain electrode D connected to a bit line B, and one of a ferroelectric capacitor C, as shown in FIG. N with source electrode S connected to the electrode
This is a circuit configuration having a type transistor TR and the other electrode of a ferroelectric capacitor C connected to a plate line P.
As a realistic semiconductor structure of such a memory cell,
Recently, the one shown in FIG. 9 has been proposed. The semiconductor structure shown in FIG. 9 includes a gate oxide film 2 on a P-type silicon substrate 1.
(Polycrystalline silicon) gate electrode 3 formed through the silicon substrate 1 by self-alignment.
An N-type MOS transistor TR including a high-concentration N-type source region 4 and a drain region 5 diffused therein;
A ferroelectric capacitor C is formed on an interlayer insulating film 7 such as phosphor glass on a local oxide film (LOCOS) 6 for element isolation. The ferroelectric capacitor C on the interlayer insulating film 7 is made of platinum. (Pt) lower electrode 8, ferroelectric film 9 such as PZT, and upper electrode 10 such as gold (Au) or platinum (Pt).
Are sequentially laminated. The source region, which is a high-concentration diffusion region, and the upper electrode 10 are connected via the contact hole 11 with the Al wiring 12. Reference numeral 13 denotes a second interlayer insulating film such as phosphor glass.

【0004】さて、上部電極10である金(Au)や白
金(Pt)は、貴金属であるため、強誘電体膜と反応せ
ず良好な界面特性が得られるという理由から強誘電体キ
ャパシタの電極としてよく使われる。また、白金(P
t)は格子常数がPZT等の強誘電体と近いことから結
晶性の改善という効果も望め、多用されている。
[0004] Since gold (Au) or platinum (Pt) as the upper electrode 10 is a noble metal, it does not react with the ferroelectric film and good interface characteristics can be obtained. Often used as Also, platinum (P
Since t) has a lattice constant close to that of ferroelectrics such as PZT, the effect of improving crystallinity can be expected, and t) is widely used.

【0005】しかし、これらの上部電極10である白金
(Pt)や金(Au)は、配線電極12であるAlと、
300℃前後で容易に反応する。従って、配線電極12
形成後にアニールを行なおうとした場合や最終保護膜
(パッシベーション膜)を形成しようとした場合には、
配線電極であるAlが上部電極10と反応して、上部電
極と強誘電体膜の界面まで到達してしまい、結果として
残留分極の低下、即ち信号電荷量の低下や、比誘電率E
sの低下などの電気特性の劣化がおきてしまっていた。
However, platinum (Pt) or gold (Au) as the upper electrode 10 is different from Al as the wiring electrode 12,
Reacts easily at around 300 ° C. Therefore, the wiring electrode 12
If you try to anneal after formation or if you want to form the final protective film (passivation film),
Al serving as a wiring electrode reacts with the upper electrode 10 and reaches the interface between the upper electrode and the ferroelectric film. As a result, the residual polarization decreases, that is, the signal charge decreases, and the relative dielectric constant E decreases.
Deterioration of electrical characteristics such as a decrease in s has occurred.

【0006】また図9のように局所酸化膜6上の層間絶
縁膜7を介して強誘電体キャパシタCを形成した構造で
は、局所酸化膜6上のスペースを有効活用して強誘電体
キャパシタCが形成されているものの、ソース預域4か
ら上部電極10までの配線12の長さが冗長化してお
り、メモリセル占有面積の増大を招いている。そこで本
発明者は、図10に示すように強誘電体膜9をソース領
域4上に直接堆積したメモリセル構造を試作した。強誘
電体膜9の上に白金(Pt)の上部電極14が形成さ
れ、上部電極14はAlの配線電極16により、プレー
ト線Pに接続される。強誘電体膜9の下方には、燐ガラ
スなどの層間絶縁膜15に開けられたコンタクトを介し
て、Ptなどの下部電極17が形成されている。このよ
うな構造においても、配線電極16の形成後に、強誘電
体キャパシタの特性改善のためにアニール処理を施す場
合や、最終保護膜(パッシベーション膜)を形成しよう
とした場合には上部電極14と配線電極16が反応して
しまい正常なメモリ動作ができなくなってしまった。
In the structure in which the ferroelectric capacitor C is formed via the interlayer insulating film 7 on the local oxide film 6 as shown in FIG. However, the length of the wiring 12 from the source storage region 4 to the upper electrode 10 is made redundant, and the area occupied by the memory cell is increased. Therefore, the inventor prototyped a memory cell structure in which a ferroelectric film 9 was directly deposited on the source region 4 as shown in FIG. An upper electrode 14 of platinum (Pt) is formed on the ferroelectric film 9, and the upper electrode 14 is connected to the plate line P by an Al wiring electrode 16. Below the ferroelectric film 9, a lower electrode 17 of Pt or the like is formed via a contact opened in an interlayer insulating film 15 of phosphor glass or the like. Even in such a structure, if the annealing process is performed after the formation of the wiring electrode 16 to improve the characteristics of the ferroelectric capacitor, or if the final protection film (passivation film) is to be formed, the upper electrode 14 and the The wiring electrode 16 reacted, and a normal memory operation could not be performed.

【0007】このような理由により、図9や図10に示
す構造は、上述したように、強誘電体の特性の向上と、
最終保護膜の形成を両立させることができないという問
題点を有していた。
For these reasons, the structure shown in FIGS. 9 and 10 improves the characteristics of the ferroelectric, as described above.
There was a problem that the formation of the final protective film could not be achieved at the same time.

【0008】そこで本発明は、上記各構造の問題点に鑑
み、強誘電体を用いた不揮発性メモリとしての機能を損
なわずに、パッシベーション膜の形成やアニール処理な
どができる構造の半導体装置を提供することにある。
In view of the above problems, the present invention provides a semiconductor device having a structure capable of forming a passivation film and performing an annealing process without impairing the function as a nonvolatile memory using a ferroelectric substance. Is to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体装
置は、強誘電体膜または、高誘電率膜からなるキャパシ
タを素子要素として含む半導体装置に於て、該キャパシ
タの電極の少なくとも一方が導電性反応防止膜によって
接続されることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device including a capacitor made of a ferroelectric film or a high dielectric constant film as an element element, wherein at least one of the electrodes of the capacitor is conductive. It is characterized by being connected by a sex reaction preventing film.

【0010】更に、本発明にかかる半導体装置は、半導
体基体の主表面上または内部に形成された能動素子と、
電極を介して形成された強誘電体膜または高誘電率膜か
らなるキャパシタと、該能動素子分離酸化膜と該キャパ
シタを接続する配線電極とを素子要素とする半導体装置
において、該配線電極には、少なくとも導電性反応防止
膜が形成され、該電極と該導電性反応防止膜が接触して
いることを特徴とする。
Further, a semiconductor device according to the present invention comprises an active element formed on or inside a main surface of a semiconductor substrate;
In a semiconductor device in which a capacitor made of a ferroelectric film or a high dielectric constant film formed via an electrode and a wiring electrode connecting the active element isolation oxide film and the capacitor are used as element elements, the wiring electrode includes At least a conductive reaction preventing film is formed, and the electrode and the conductive reaction preventing film are in contact with each other.

【0011】更に、本発明にかかる半導体装置は、半導
体基体の主表面上または内部に形成された能動素子と、
電極を介して形成された強誘電体膜または高誘電体膜か
らなるキャパシタと、該能動素子分離酸化膜と該キャパ
シタを接続する配線電極とを素子要素とする半導体装置
において、該配線電極に接続される該電極が、該配線電
極に接触する導電性反応防止膜と、該強誘電体膜または
高誘電率膜に接触する電極との積層構造となっているこ
とを特徴とする。
Further, the semiconductor device according to the present invention comprises: an active element formed on or inside a main surface of a semiconductor substrate;
In a semiconductor device in which a capacitor made of a ferroelectric film or a high dielectric film formed via an electrode and a wiring electrode connecting the active element isolation oxide film and the capacitor are element elements, the semiconductor device is connected to the wiring electrode. The electrode is characterized in that the electrode has a laminated structure of a conductive reaction preventing film in contact with the wiring electrode and an electrode in contact with the ferroelectric film or the high dielectric constant film.

【0012】更に、本発明にかかる半導体装置は、半導
体基体の主表面上または内部に形成された能動素子と、
電極を介して形成された強誘電体膜または高誘電率膜か
らなるキャパシタと、該能動素子分離酸化膜と該キャパ
シタを接続する配線電極とを素子要素とする半導体装置
において、該キャパシタの電極と、該半導体基体の主表
面または内部に形成された拡散層との接続を導電性反応
防止膜を介して接続されることを特徴とする。
Further, the semiconductor device according to the present invention comprises: an active element formed on or inside a main surface of a semiconductor substrate;
In a semiconductor device in which a capacitor made of a ferroelectric film or a high dielectric constant film formed through an electrode and a wiring electrode connecting the active element isolation oxide film and the capacitor are element elements, an electrode of the capacitor The semiconductor substrate is connected to a diffusion layer formed on the main surface or inside thereof through a conductive reaction preventing film.

【0013】更に、本発明にかかる半導体装置は、前記
導電性反応防止膜が前記半導体基体の主表面上または内
部に形成された拡敢層と接触する界面に、金属シリサイ
ドが形成されていることを特徴とする。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, a metal silicide is formed at an interface where the conductive reaction preventing film contacts a spreading layer formed on or inside the main surface of the semiconductor substrate. It is characterized by.

【0014】更に、本発明にかかる半導体装置は、前記
導電性反応防止膜がMo、W、Ti、Ta、Ru、Re
の高融点金属膜、 Mo、W、Ti、Ta、Ru、Re
の高融点金属シリサイド膜、 Mo、W、Ti、Ta、
Ru、Reの高融点金属窒化膜、 Mo、W、Ti、T
a、Ru、Reの高融点金属酸化膜、Mo、W、Ti、
Ta、Ru、Reの高融点金属窒化酸化膜、及びこれら
の複合膜のうちいずれかであることを特徴とする。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the conductive reaction preventing film may be made of Mo, W, Ti, Ta, Ru, Re.
Mo, W, Ti, Ta, Ru, Re
High melting point metal silicide film of Mo, W, Ti, Ta,
Ru, Re high melting point metal nitride film, Mo, W, Ti, T
a, Ru, Re high melting point metal oxide film, Mo, W, Ti,
It is characterized by being one of a refractory metal nitrided oxide film of Ta, Ru, and Re, and a composite film thereof.

【0015】更に、本発明にかかる半導体装置は、前記
金属シリサイドがMo、W、Ti、Ta、Ru、Reの
高融点金属シリサイド膜、及びこれらの複合膜のうちい
ずれかであることを特徴とする。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the metal silicide is any one of a high melting point metal silicide film of Mo, W, Ti, Ta, Ru, Re, and a composite film thereof. I do.

【0016】更に、本発明にかかる半導体装置は、前記
強誘電体膜または高誘電率膜がPZT,PLZT,Sr
TiO3,Ta2O5のうちの何れかであることを特徴
とする。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the ferroelectric film or the high dielectric constant film may be made of PZT, PLZT, Sr.
It is one of TiO3 and Ta2O5.

【0017】本発明は、基本的には、半導体基体ないし
半導体基板の主表面または内部における強誘電体の形成
構造を提供するものである。代表的な半導体基板として
はシリコン基板があるが、ガリウム砒素等の化合物半導
体なども同様なように、酸素結合性のある基体に対して
適用できる。強誘電体形成構造の領域は真性半導体領域
でもよいし、不純物拡散領域のN型またはP型領域でも
構わない。不純物拡散領域としてはMIS型トランジス
タのソース領域またはドレイン領域やバイポーラ・トラ
ンジスタの3電極の拡散領域などが代表例であるが、能
動素子の活性領域に限らず、拡散抵抗層やストッパ領域
などの受動素子の各領域の上に強誘電体形成構造を実現
することができる。素子分離上や拡散領域上に積み上げ
的に強誘電体キャパシタ構造を実現する場合は勿論のこ
と、トレンチ内にも強誘電体形成構造を実現できる。即
ち、本発明の講じた手段は、上部電極と配線電極との間
に導電性反応防止膜を形成した点、または、導電性反応
防止膜自体を配線電極とした点にある。つまり、本発明
では、下部電極、強誘電体膜、上部電極、導電性反応防
止膜、及び配線電極の順の積層構造を採用する。強誘電
体膜としては、一般にPbTiO3,PZT(PbTi
3,PbZrO3)またはPLZT(La,PbTiO
3,PbZrO3)などが用いられる。そしてこの種の
強誘電体膜は例えばスパッタ法やゾルゲル法で成膜さ
れ、その後、誘電率等を改善するために酸素アニール処
理を必要とする。強誘電体膜の電極は例えばPt、Pd
やAuで、強誘電体膜の結晶の格子常数が近いPtが望
ましい。
The present invention basically provides a structure for forming a ferroelectric substance on the main surface or inside of a semiconductor substrate or semiconductor substrate. A typical semiconductor substrate is a silicon substrate, but a compound semiconductor such as gallium arsenide can be similarly applied to a substrate having an oxygen binding property. The region of the ferroelectric formation structure may be an intrinsic semiconductor region or an N-type or P-type impurity diffusion region. Representative examples of the impurity diffusion region include a source region or a drain region of a MIS transistor and a three-electrode diffusion region of a bipolar transistor. However, the impurity diffusion region is not limited to an active region of an active element, but may be a passive region such as a diffusion resistance layer or a stopper region. A ferroelectric formation structure can be realized on each region of the device. The ferroelectric capacitor structure can be realized in the trench as well as when the ferroelectric capacitor structure is realized in a stacked manner on the element isolation or the diffusion region. That is, the means adopted by the present invention lies in that a conductive reaction preventing film is formed between the upper electrode and the wiring electrode, or that the conductive reaction preventing film itself is used as the wiring electrode. In other words, the present invention employs a laminated structure of a lower electrode, a ferroelectric film, an upper electrode, a conductive reaction preventing film, and a wiring electrode in this order. Generally, as a ferroelectric film, PbTiO3, PZT (PbTi
3, PbZrO3) or PLZT (La, PbTiO)
3, PbZrO3) and the like. Such a ferroelectric film is formed by, for example, a sputtering method or a sol-gel method, and then requires an oxygen annealing treatment to improve a dielectric constant or the like. The electrodes of the ferroelectric film are, for example, Pt, Pd
Pt, which is close to the lattice constant of the crystal of the ferroelectric film in Au or Au, is desirable.

【0018】導電性反応防止膜は、例えばMo膜、W
膜、Ti膜などの高融点金属膜や、MoSi膜、TiS
i膜などの高融点金属シリサイド膜や、TiN膜等の導
電性金属窒化膜や、RuO2膜、ReO2膜などの導電
性金属酸化膜や、TiON膜等の導電性金属窒化酸化膜
であり、さらにこれらの膜の複合膜であってもよい。こ
のような導電性反応防止膜を上部電極と配線電極極との
間に挟み込んだ構造は、配線電極形成後のアニール処理
や、最終保護膜の形成工程における配線電極と上部電極
との反応を阻止し、強誘電体膜の界面への配線電極材料
(Al)の拡散を防止し、比誘電率の低下や分極電荷の
低下等の電気特性の劣化を阻止する。それ故、強誘電体
を用いたメモリとしての機能を損なわずに、パッシベー
ション膜の形成やアニール処理などができる構造の強誘
電体メモリが実現できる。
As the conductive reaction preventing film, for example, a Mo film, W
Film, refractory metal film such as Ti film, MoSi film, TiS
a refractory metal silicide film such as an i film, a conductive metal nitride film such as a TiN film, a conductive metal oxide film such as a RuO2 film and a ReO2 film, and a conductive metal nitride oxide film such as a TiON film. A composite film of these films may be used. Such a structure in which the conductive reaction prevention film is sandwiched between the upper electrode and the wiring electrode prevents the annealing process after the formation of the wiring electrode and the reaction between the wiring electrode and the upper electrode in the process of forming the final protective film. In addition, the diffusion of the wiring electrode material (Al) to the interface of the ferroelectric film is prevented, and the deterioration of the electrical characteristics such as a decrease in the relative dielectric constant and a decrease in the polarization charge is prevented. Therefore, a ferroelectric memory having a structure in which a passivation film can be formed or an annealing process can be performed without impairing the function as a memory using a ferroelectric.

【0019】また本発明の第2の手段としては、上述の
導電性反応防止膜をそのまま配線電極として利用した構
造としたものである。Alからなる配線電極と、導電性
反応防止膜からなる配線電極は独立となるため、平面的
に積層することが可能となり、素子の高集積化に多大に
寄与する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a structure using the above-mentioned conductive reaction preventing film as a wiring electrode as it is. Since the wiring electrode made of Al and the wiring electrode made of the conductive reaction preventing film become independent, they can be stacked two-dimensionally, greatly contributing to high integration of elements.

【0020】また、半導体基体に形成された拡散層と、
導電性反応防止膜との接触抵抗の低減のためには拡散層
の界面に金属シリサイド膜を形成することが望ましい。
これらのシリサイド膜としてはTi、Pt、Ru、R
e、Mo、Ta、Wのうちいずれかの金属を主成分とし
たシリサイド膜である。
A diffusion layer formed on the semiconductor substrate;
To reduce the contact resistance with the conductive reaction preventing film, it is desirable to form a metal silicide film at the interface of the diffusion layer.
These silicide films include Ti, Pt, Ru, R
This is a silicide film containing any one of e, Mo, Ta, and W as a main component.

【0021】[0021]

【実施例】次に、本発明に係わる実施例を図面に基づい
て説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0022】図1は本発明の実施例1に係わる強誘電体
キャパシタを備えた半導体装置を示す主要平面図であ
り、図2は図1の平面図におけるA−A’断面を示す主
要断面図である。
FIG. 1 is a main plan view showing a semiconductor device provided with a ferroelectric capacitor according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a main cross-sectional view showing a cross section taken along the line AA 'in FIG. It is.

【0023】この半導体装置は不揮発性メモリで、等価
回路的には図8に示すメモリセルを有するものである。
この実施例では例えば200hm.cmの比抵抗のウェ
ハたるP型シリコン基板21を用い、それにN型MOS
トランジスタTrと強誘電体キャパシタCの構造が形成
されている。周知のように、N型MOSトランジスタT
rの半導体構造は、シリコン基板21上のゲート絶縁膜
(シリコン酸化膜)22を介して形成された燐ドープの
ポリシリコンたるゲート電極23と、このゲート電極2
3をマスクとしセルフアライン(自己整合)により燐を
80KV,5E15cm−2でイオン注入して形成され
た基板内の高濃度N型不純物拡散領域たるソース領域2
4及びドレイン領域25とからなる。26は厚さ約60
0nmの素子分離用の局所酸化膜(LOCOS)であ
る。また30は第1層間絶縁膜であり、本実施例におい
ては、第1層間絶縁膜上において強誘電体形成構造たる
強誘電体キャパシタCの構造体が設けられている。この
構造体は、基本となる強誘電体膜29とこれを上下に挟
む電極層たる上部電極32及び下部電極28を有する。
強誘電体膜29としてはPbTiO3,PZT(PbT
iO3,PbZrO3),またはPLZT(La,Pb
TiO3,PbZO3)などで、例えばスパッタ法で例
えば500nmの厚さで形成されている。上部電極とし
ては白金(Pt)、パラジウム(Pd)または金(A
u)で、蒸着法やスパッタ法により300nmの厚みに
形成されている。下部電極28としては白金(Pt)ま
たはパラジウム(Pd)で、例えばスパッタ法で300
nmの厚さで形成されている。白金(Pt)を下部電極
28、及び上部電極32として選択した場合には、戴誘
電体膜29のPbTiO3,PZT,またはPLZTと
格子常数が近いので、強誘電体膜29に対する酸素アニ
ール処理により結晶性が改質されるので、良好な電気特
性が得られる。33は第2層間絶縁膜で、例えば、気相
成長法による厚さ約400nmの燐ガラスである。上部
電極32とソース領域24との接続は、スパッタ法によ
り形成された100nm程度の厚みからなるTiNなど
の導電性反応防止膜35と、スパッタ法や蒸着法により
形成された1000nm程度の厚みのAlからなる配線
電極34が積層化された配線により行なわれる。ドレイ
ン領域25にはコンタクト孔を介して、ソース領域と同
様の、導電性反応防止膜35とAl配線電極34の積層
膜が接続されている。
This semiconductor device is a non-volatile memory, and has a memory cell shown in FIG. 8 in terms of an equivalent circuit.
In this embodiment, for example, 200 hm. cm P-type silicon substrate 21 as a wafer having a specific resistance of
The structure of the transistor Tr and the ferroelectric capacitor C is formed. As is well known, an N-type MOS transistor T
The semiconductor structure r includes a gate electrode 23 which is a phosphorus-doped polysilicon formed via a gate insulating film (silicon oxide film) 22 on a silicon substrate 21 and a gate electrode 2
Source region 2 as a high-concentration N-type impurity diffusion region in a substrate formed by ion-implanting phosphorus at 80 KV and 5E15 cm −2 by self-alignment (self-alignment) using mask 3 as a mask.
4 and the drain region 25. 26 is about 60 thickness
It is a local oxide film (LOCOS) for element isolation of 0 nm. Reference numeral 30 denotes a first interlayer insulating film. In this embodiment, a structure of a ferroelectric capacitor C as a ferroelectric forming structure is provided on the first interlayer insulating film. This structure has a basic ferroelectric film 29 and upper and lower electrodes 32 and 28 serving as electrode layers vertically sandwiching the ferroelectric film 29.
As the ferroelectric film 29, PbTiO3, PZT (PbT
iO3, PbZrO3) or PLZT (La, Pb
TiO3, PbZO3) or the like, and is formed with a thickness of, for example, 500 nm by, for example, a sputtering method. As the upper electrode, platinum (Pt), palladium (Pd) or gold (A
In u), it is formed to a thickness of 300 nm by a vapor deposition method or a sputtering method. The lower electrode 28 is made of platinum (Pt) or palladium (Pd).
It is formed with a thickness of nm. When platinum (Pt) is selected as the lower electrode 28 and the upper electrode 32, since the lattice constant is close to that of PbTiO3, PZT, or PLZT of the dielectric film 29, the ferroelectric film 29 is crystallized by oxygen annealing. Since the properties are improved, good electrical properties can be obtained. Reference numeral 33 denotes a second interlayer insulating film, which is, for example, phosphor glass having a thickness of about 400 nm formed by a vapor growth method. The connection between the upper electrode 32 and the source region 24 is performed by connecting a conductive reaction preventing film 35 such as TiN having a thickness of about 100 nm formed by a sputtering method and an Al film having a thickness of about 1000 nm formed by a sputtering method or an evaporation method. The wiring electrode 34 is formed by the laminated wiring. The drain region 25 is connected via a contact hole to a laminated film of a conductive reaction preventing film 35 and an Al wiring electrode 34, similar to the source region.

【0024】このような強誘電体キャパシタを含む半導
体装置の形成法としては、先ず、半導体基体表面上を被
覆した第1層間絶縁膜30を形成後に、白金(Pt)を
スパッタ法により半導体基体表面上に被覆する。そして
従来技術であるホト技術により所定のパターンを形成
し、例えば従来技術であるイオン・ミリングにより下部
電極をエッチングし所定の下部電極28のパターンを形
成する。その後、強誘電体膜としてPZTをスパッタ法
やゾルゲル法で被覆し、従来技術であるホト技術により
所定のパターンを形成し、例えば従来技術であるイオン
・ミリングにより強誘電体膜をエッチングし所定の強誘
電体膜29のパターンを形成する。次に白金(Pt)を
スパッタ法により半導体基体表面上に被覆し、従来技術
であるホト技術により所定のパターンを形成し、例えば
従来技術であるイオン・ミリングにより上部電極をエッ
チングし所定の上部電極32のパターンを形成する。上
述の強誘電体からなるキャパシタの形成工程において、
適宜、結晶性向上のための酸素を含む雰囲気中でのアニ
ールを行なうと特性改善に効果的である。
As a method of forming a semiconductor device including such a ferroelectric capacitor, first, after forming a first interlayer insulating film 30 covering the surface of the semiconductor substrate, platinum (Pt) is sputtered on the surface of the semiconductor substrate. Coat on top. Then, a predetermined pattern is formed by a photo technique as a conventional technique, and the lower electrode is etched by, for example, ion milling as a conventional technique to form a pattern of a predetermined lower electrode 28. Thereafter, PZT is coated as a ferroelectric film by a sputtering method or a sol-gel method, and a predetermined pattern is formed by a conventional photo technique. For example, the ferroelectric film is etched by a conventional ion milling to obtain a predetermined pattern. A pattern of the ferroelectric film 29 is formed. Next, platinum (Pt) is coated on the surface of the semiconductor substrate by a sputtering method, a predetermined pattern is formed by a conventional photo technique, and an upper electrode is etched by, for example, ion milling of a conventional technique to etch a predetermined upper electrode. 32 patterns are formed. In the step of forming a capacitor made of the above ferroelectric,
If appropriate, annealing in an atmosphere containing oxygen for improving crystallinity is effective for improving characteristics.

【0025】上述したように強誘電体からなるキャパシ
タを形成した後に第2層間絶縁膜33を形成し、その
後、ドレイン領域、ソース領域、及び上部電極へのコン
タクト孔38、39、40を開孔し、導電性反応防止膜
35、配線電極34を積層し、ホト技術、およびエッチ
ング技術により配線を形成する。導電性反応防止膜とし
てTiN膜を使用した場合のTiN膜の形成方法として
は、TiNターゲットを用いたスパッタ法や、Tiター
ゲットを用い窒素を含む雰囲気中での反応性スパッタ法
や、Tiをスパッタした後、窒素を含む雰囲気中でのア
ニールによりTiN膜を形成する方法などが挙げられ
る。
After forming the ferroelectric capacitor as described above, the second interlayer insulating film 33 is formed, and then the contact holes 38, 39, and 40 for the drain region, the source region, and the upper electrode are formed. Then, the conductive reaction preventing film 35 and the wiring electrode 34 are laminated, and a wiring is formed by a photo technique and an etching technique. When a TiN film is used as the conductive reaction preventing film, the TiN film can be formed by a sputtering method using a TiN target, a reactive sputtering method in an atmosphere containing nitrogen using a Ti target, or a sputtering method using Ti. Then, a method of forming a TiN film by annealing in an atmosphere containing nitrogen is cited.

【0026】このようにAlからなる配線電極34の下
層に導電性反応防止膜35が形成される。このため、配
線電極を形成した後でも500℃前後のアニール処理が
可能となる。また、配線電極形成後にSiO2膜やSi
N膜などからなる最終保護膜の形成や、2層配線電極構
造をとった場合のSiO2膜などの層間絶縁膜の形成に
は約400℃での気相成長が使われるが、配線電極34
と下部電極32との間には導電性反応防止膜35が存在
するため、なんら特性の劣化がなく実現できる。
As described above, the conductive reaction preventing film 35 is formed under the wiring electrode 34 made of Al. For this reason, even after forming the wiring electrode, the annealing process at about 500 ° C. can be performed. After the formation of the wiring electrode, a SiO2 film or Si
Vapor-phase growth at about 400 ° C. is used for forming a final protective film made of an N film or the like or for forming an interlayer insulating film such as a SiO 2 film in the case of a two-layer wiring electrode structure.
Since the conductive reaction preventing film 35 exists between the lower electrode 32 and the lower electrode 32, it can be realized without any deterioration in characteristics.

【0027】実際、従来構造のようにAlの配線電極と
Ptの上部電極が直接接触していた場合には、最終保護
膜の形成前に残留分極が10マイクロ・クーロン、比誘
電率が1000であったのが、SiO2膜からなる保護
膜形成後には、残留分極が2マイクロ・クーロン、比誘
電率が250と著しく劣化したのに対して本例のように
導電性反応防止膜を形成したため、残留分極が9.8マ
イクロ・クーロン、比誘電率が1000とほとんど劣化
が無い強誘電体メモリを構成することが出来た。また、
最終保護膜として従来から半導体ICに使用されている
プラズマSiNなども形成することが出来るため、耐湿
性等の長期信頼性も改善する事が出来た。さらに、2層
以上の配線構造が可能となるため、配線の配置の自由度
が大幅にまし、より高機能のICを構成することができ
た。2層以上の配線構造が可能となることの利点は、た
だ単に配線の配置の自由度が増すことばかりでなく強誘
電体メモリの動作の安定化にも寄与する。即ち、図1に
おいてプレート線Pは、下部電極28で構成されてい
る。下部電極にPtを用いた場合にはPtのシート抵抗
はAlに比較し約1桁大きいためプレート線に抵抗がの
ってしまい、プレート線における信号の遅延や電位の不
安定化がおこる。2層配線を用い1層目の配線を図1の
ようにソース領域24と上部電極32との接続に用い、
2層目の配線をプレート線と平行に設置しプレート線と
2層目の配線を接続することにより、実質的にプレート
線の配線抵抗は2層目の配線、即ちAl配線の抵抗と同
等になるため、プレート線の低抵抗化が可能となり、結
R>果としてプレート線の電位を安定化させることが出来
る。
In fact, when the Al wiring electrode and the Pt upper electrode are in direct contact as in the conventional structure, the remanent polarization is 10 microcoulombs and the relative permittivity is 1000 before the formation of the final protective film. However, after the formation of the protective film made of the SiO2 film, the remanent polarization was significantly degraded to 2 microcoulombs and the relative dielectric constant was 250, whereas the conductive reaction preventing film was formed as in this example. A remanent polarization of 9.8 microcoulombs and a relative permittivity of 1000 resulted in a ferroelectric memory with almost no deterioration. Also,
Since plasma SiN and the like conventionally used for semiconductor ICs can be formed as the final protective film, long-term reliability such as moisture resistance can be improved. Furthermore, since a wiring structure of two or more layers can be realized, the degree of freedom in wiring arrangement is greatly increased, and a more sophisticated IC can be configured. The advantage of enabling the wiring structure of two or more layers not only increases the degree of freedom of wiring arrangement, but also contributes to the stabilization of the operation of the ferroelectric memory. That is, in FIG. 1, the plate line P is constituted by the lower electrode 28. When Pt is used for the lower electrode, the sheet resistance of Pt is about one digit larger than that of Al, so that the resistance is put on the plate line, and signal delay and potential instability in the plate line occur. The first layer wiring is used for connection between the source region 24 and the upper electrode 32 as shown in FIG.
By placing the second layer wiring in parallel with the plate line and connecting the plate line and the second layer wiring, the wiring resistance of the plate line is substantially equal to the resistance of the second layer wiring, that is, the Al wiring. The resistance of the plate wire can be reduced,
As a result, the potential of the plate line can be stabilized.

【0028】また、導電性反応防止膜35はソース領域
との接触部、及びドレイン領域との接触部にも形成され
ているため、配線電極34中のAlとドレイン、または
ソース領域のSiとの反応も阻止する。従ってAlとS
iの反応による接合リ一ク電流の増大や、Siがコンタ
クト孔に析出しておきるコンタクト抵抗の増大に対して
も効果がある。
Further, since the conductive reaction preventing film 35 is also formed at the contact portion with the source region and the contact portion with the drain region, the conductive reaction preventing film 35 is formed between Al and the drain in the wiring electrode 34 or Si in the source region. It also blocks reactions. Therefore, Al and S
This is also effective in increasing the junction leakage current due to the reaction of i and increasing the contact resistance in which Si is deposited in the contact hole.

【0029】図3は本実施例の変形例を示す半導体装置
を示す主要断面図である。なお、同図においで図1に示
す部分と同一部分には同一参照記号を付し、その説明は
省略する。上記の実施例においては強誘電体からなるキ
ャパシタは素子分離用の局所酸化膜上に形成されていた
が、この変形例においてばソース領域24の上に強誘電
体キャパシタCが積み上げ的に積層されている。このた
め、ソース領域24と下部電極42との間の配線平面占
有面積を有効的に節約できるので、セル面積の縮小化が
実現されている。
FIG. 3 is a main sectional view showing a semiconductor device according to a modification of the present embodiment. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference symbols, and the description thereof will be omitted. In the above embodiment, the ferroelectric capacitor is formed on the local oxide film for element isolation. In this modification, the ferroelectric capacitor C is stacked on the source region 24 in a stacked manner. ing. Therefore, the area occupied by the wiring plane between the source region 24 and the lower electrode 42 can be effectively saved, and the cell area can be reduced.

【0030】また、上部電極41と配線電極34との間
には、導電性反応防止膜35が形成されているため、上
述の実施例と同じく配線電極34と上部電極41との反
応が阻止でき、配線電極形成後のアニールや層間膜、最
終保護膜の形成が可能となる。
Further, since the conductive reaction preventing film 35 is formed between the upper electrode 41 and the wiring electrode 34, the reaction between the wiring electrode 34 and the upper electrode 41 can be prevented as in the above-described embodiment. In addition, annealing after formation of wiring electrodes and formation of an interlayer film and a final protective film can be performed.

【0031】また図2と図3との址較から明らかなよう
に、図2の上部電極32が本例の下部電極42に、図2
の下部電極28が本例の上部電極41にトポロジー的に
対応しているため、プレート線Pたる上部電極41及び
その配線はAlで形成可能である。つまりプレート線P
が強誘電体29の上に形成できるからである。このた
め、従来に比してセル毎のプレート電位のバラツキが顕
著に改善される。更に、従来は厚いLOCOS上に強誘
電体キャパシタCが縦積み構成されており、各膜の段差
被覆性に問題があったが、本例ではゲート電極23の両
脇に強誘電体キャパシタCが形成されているので、段差
被覆性が改善されている。
As is clear from the comparison between FIG. 2 and FIG. 3, the upper electrode 32 of FIG.
Since the lower electrode 28 corresponds to the upper electrode 41 of this example in a topological manner, the upper electrode 41 serving as the plate line P and its wiring can be formed of Al. That is, the plate line P
Can be formed on the ferroelectric 29. For this reason, the variation of the plate potential for each cell is remarkably improved as compared with the related art. Further, conventionally, the ferroelectric capacitors C are vertically stacked on a thick LOCOS, and there is a problem in the step coverage of each film. In this example, the ferroelectric capacitors C are provided on both sides of the gate electrode 23. As a result, the step coverage is improved.

【0032】図4は本発明の実施例2に係わる強誘電体
キャパシタを備えた半導体装置を示す主要断面図であ
る。この実施例においては図2と同様に、強誘電体キャ
パシタCは素子分離用の局所酸化膜26上に形成されて
いる。この実施例においては実施例1につけ加えて、導
電性反応防止膜35とソース領域24との接触部分、及
びドレイン領域25との接触部分にそれぞれ金属シリサ
イド44と43が設けられている。金属シリサイドとし
てはTi、Pt、Ru、Re、Mo、Ta、Wのうちい
ずれかの金属を主成分としたシリサイド膜である。これ
らの金属シリサイドは導電性反応防止膜35とソース、
ドレイン領域との接触抵抗を低減させる効果がある。
FIG. 4 is a main sectional view showing a semiconductor device provided with a ferroelectric capacitor according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, as in FIG. 2, the ferroelectric capacitor C is formed on a local oxide film 26 for element isolation. In this embodiment, in addition to the first embodiment, metal silicides 44 and 43 are provided at a contact portion between the conductive reaction preventing film 35 and the source region 24 and a contact portion with the drain region 25, respectively. The metal silicide is a silicide film containing any one of Ti, Pt, Ru, Re, Mo, Ta, and W as a main component. These metal silicides are composed of the conductive reaction preventing film 35 and the source,
This has the effect of reducing the contact resistance with the drain region.

【0033】金属シリサイドの形成方法としては、Ti
シリサイドの場合、上部電極への開孔部40、ソース領
域への開孔部39およびドレイン領域への開孔部38を
形成した後、Tiを全面にスパッタ法により被覆し、窒
素を含む雰囲気中でアニールすることによりSiと接触
している部分にはTiシリサイド43、44を形成し、
Ti表面には導電性反応防止膜であるTiN膜35を同
時に形成する方法や、Tiシリサイドのみをアニール処
理により形成し、アンモニア・酢酸・水の混合液により
未反応のTiのみをエッチングし、ソース領域44、ド
レイン領域43にTiシリサイドのみを残す方法などが
ある。
As a method for forming metal silicide, Ti
In the case of silicide, after forming the opening 40 to the upper electrode, the opening 39 to the source region, and the opening 38 to the drain region, Ti is coated on the entire surface by a sputtering method, and an atmosphere containing nitrogen is formed. Ti silicides 43 and 44 are formed in portions that are in contact with Si by annealing in
A method of simultaneously forming a TiN film 35, which is a conductive reaction preventing film, on the Ti surface or a method of forming only Ti silicide by annealing, etching only unreacted Ti with a mixed solution of ammonia, acetic acid and water, There is a method of leaving only Ti silicide in the region 44 and the drain region 43.

【0034】この実施例2は図3のように強誘電体キャ
パシタCがソース領域上に積み上げ的に形成されている
場合にも適用できることは言うまでもない。
Needless to say, the second embodiment can be applied to the case where the ferroelectric capacitors C are formed on the source region as shown in FIG.

【0035】図5は本発明の実施例3に係わる強誘電体
キャパシタを備えた半導体装置を示す主要断面図であ
る。この実施例においては、図1と同様に強誘電体キャ
パシタCは素子分離用の局所酸化膜上に形成されてい
る。上部電極52の上に導電性反応防止膜50が積層さ
れている。導電性反応防止膜50と上部電極52は、上
部電極のエッチングの際に同時に行えばよい。配線電極
51であるAlは上部電極52上に積層された導電性反
応防止膜50と接触しているためAlとPtの反応は実
施例1、2と同様に阻止される。また配線電極は従来と
同様にAlで形成されているため、Siとの接触部分に
おいて金属シリサイドなどを特に設ける必要がなく工程
の短縮化が図れる。もちろん、実施例2のように金属シ
リサイドを設けてコンタクト抵抗を低減してもよいこと
はいうまでもない。またこの実施例3も、図3のような
強誘電体キャパシタCがソース領域上に積み上げ的に形
成されている場合にも適用できることも言うまでもな
い。
FIG. 5 is a main sectional view showing a semiconductor device having a ferroelectric capacitor according to Embodiment 3 of the present invention. In this embodiment, as in FIG. 1, the ferroelectric capacitor C is formed on a local oxide film for element isolation. The conductive reaction preventing film 50 is laminated on the upper electrode 52. The conductive reaction preventing film 50 and the upper electrode 52 may be simultaneously formed when the upper electrode is etched. Since Al serving as the wiring electrode 51 is in contact with the conductive reaction preventing film 50 laminated on the upper electrode 52, the reaction between Al and Pt is stopped as in the first and second embodiments. In addition, since the wiring electrode is formed of Al as in the conventional case, it is not necessary to particularly provide a metal silicide or the like at a portion in contact with Si, and the process can be shortened. Needless to say, the contact resistance may be reduced by providing a metal silicide as in the second embodiment. Needless to say, the third embodiment can also be applied to the case where the ferroelectric capacitors C as shown in FIG. 3 are formed in a stacked manner on the source region.

【0036】図6は本発明の実施例4に係わる強誘電体
キャパシタを備えた半導体装置を示す主要平面図であ
り、図7は図8のB−B’部分の断面図である。この実
施例においては、強誘電体キャパシタCはゲート電極上
に形成されており、上部電極32とソース領域24との
接続は導電性反応防止膜61により行なっている。導電
性反応防止膜としては、TiNを150nm、スパッタ
法により形成する。導電性反応防止膜による配線61は
第3層間絶縁膜63によりAl配線電極62と分離され
ているため、図6に示すようにAl配線電極62は強誘
電体キャパシタCの上部に配置できる。従って占有面積
を大幅に低減できる。上部電極32とソース拡散層24
の接続を導電性反応防止膜61で行なうことにより、A
l配線電極はビット線のみに使用することになり、実施
例1の平面図、図1と比較し占有面積で半分、集積度で
約2倍となる。上部電極32とソース拡散層24の接続
を導電性反応防止膜61で行なうことによる利点は占有
面積の縮小化だけではない。即ち、導電性反応防止膜6
1は800℃前後まで安定なため、上部電極へのコンタ
クト孔64の形成や、導電性反応防止膜61の形成の際
に、かりに強誘電体キャパシタCに劣化がおきてもその
後のアニールとして800℃のアニールを行なうことに
より完全に回復することができる。また導電性反応防止
膜61とAl配線電極62を層間絶縁膜63で完全に分
離したため、Al配線電極が形成されるコンタクト部分
の深さは何処でも同じため、コンタクト・エッチは同じ
厚さをエッチングすることになり、エッチングが容易と
なり、Al配線の段差被覆性に優れるという利点もあ
る。これにひきかえ、図2では上部電極部分とソース、
ドレイン領域部分でエッチング厚さが違っておりエッチ
ングの終点を検出する際に支障となることがある。ま
た、配線電極としては実施例3の場合と同じく従来技術
であるAlを用いることができるため、工程の短縮化と
いう効果もある。もちろん、配線電極62とドレイン領
域25の界面、及び導電性反応防止膜61とソース領域
24の界面に前述した金属シリサイドを形成して接触抵
抗を低減してもよい。
FIG. 6 is a main plan view showing a semiconductor device having a ferroelectric capacitor according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line BB 'of FIG. In this embodiment, the ferroelectric capacitor C is formed on the gate electrode, and the connection between the upper electrode 32 and the source region 24 is made by the conductive reaction preventing film 61. As the conductive reaction preventing film, a 150 nm TiN film is formed by a sputtering method. Since the wiring 61 made of the conductive reaction preventing film is separated from the Al wiring electrode 62 by the third interlayer insulating film 63, the Al wiring electrode 62 can be arranged above the ferroelectric capacitor C as shown in FIG. Therefore, the occupied area can be greatly reduced. Upper electrode 32 and source diffusion layer 24
Is connected by the conductive reaction preventing film 61,
The 1 wiring electrode is used only for the bit line, and the area occupied is half and the degree of integration is about twice that of the plan view of FIG. The advantage of connecting the upper electrode 32 and the source diffusion layer 24 with the conductive reaction preventing film 61 is not limited to the reduction of the occupied area. That is, the conductive reaction preventing film 6
1 is stable up to about 800 ° C., so that even if the ferroelectric capacitor C deteriorates during formation of the contact hole 64 to the upper electrode or formation of the conductive reaction preventing film 61, the subsequent annealing is performed as 800. It is possible to completely recover by performing annealing at ° C. Further, since the conductive reaction preventing film 61 and the Al wiring electrode 62 are completely separated by the interlayer insulating film 63, the depth of the contact portion where the Al wiring electrode is formed is the same everywhere, so that the contact etch has the same thickness. Therefore, there is also an advantage that the etching becomes easy and the step coverage of the Al wiring is excellent. In contrast, in FIG. 2, the upper electrode portion and the source,
The etching thickness is different in the drain region, which may hinder the detection of the end point of the etching. Further, Al, which is a conventional technique, can be used as the wiring electrode as in the case of the third embodiment, so that there is an effect of shortening the process. Of course, the above-described metal silicide may be formed at the interface between the wiring electrode 62 and the drain region 25 and at the interface between the conductive reaction preventing film 61 and the source region 24 to reduce the contact resistance.

【0037】上述の強誘電体の拡散領域ないし基板上の
形成構造としては、主に不揮発性メモリについて説明し
たが強誘電体膜の比誘電率が大きいことを利用したメモ
リ(DRAM)等に応用できることは言うまでもなく、
また高容量性を必要とする回路網にも適用できる。また
キャパシタを構成する材料としては強誘電体膜について
説明したが、比誘電率が大きい、SrTiO3や、Ta
2O5などの高誘電率の酸化膜を用いてメモリを構成し
ようとした場合にも、これらの材料は白金(Pt)等を
電極として必要とするため、本発明が適用できる。
As the above-described ferroelectric diffusion region or the formation structure on the substrate, a nonvolatile memory has been mainly described. However, the present invention is applied to a memory (DRAM) or the like utilizing the large relative dielectric constant of a ferroelectric film. Needless to say,
Further, the present invention can be applied to a circuit network requiring high capacitance. Also, a ferroelectric film has been described as a material forming the capacitor, but SrTiO3 or Ta having a large relative dielectric constant is used.
The present invention can be applied to a case where a memory is to be formed using an oxide film having a high dielectric constant such as 2O5, since these materials require platinum (Pt) or the like as an electrode.

【0038】また、本発明の実施例においては強誘電体
と電極は積み上げ的に形成されているが、電極と強誘電
体膜を横に配置し本発明のように導電性反応防止膜で電
極を接続してもよい。
In the embodiment of the present invention, the ferroelectric material and the electrode are formed in a stacked manner. However, the electrode and the ferroelectric film are arranged side by side and the electrode is formed by the conductive reaction preventing film as in the present invention. May be connected.

【0039】さらに、上述の強誘電体の適用例としては
メモリに適用した場合について説明したが、強誘電体の
もつ焦電効果や圧電効果を利用した素子、例えば焦電セ
ンサや、圧電素子、例えば圧電センサなどに適用できる
ことはいうまでもない。
Furthermore, as an application example of the above-mentioned ferroelectric, a case where it is applied to a memory has been described. However, an element utilizing a pyroelectric effect or a piezoelectric effect of the ferroelectric, such as a pyroelectric sensor, a piezoelectric element, For example, it goes without saying that the present invention can be applied to a piezoelectric sensor and the like.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る強誘電体を備えた半導体装置は、シリコン基板等の主
表面または内部における強誘電体の形成構造を提供す
る。強誘電体の電極と配線電極が反応性が強くても特性
劣化の無い強誘電体を形成できる。強誘電体形成構造の
領域は真性半導体でも良いし、不純物拡散領域のN型ま
たはP型領域でも構わない。MIS型トランジスタのソ
ース領域またはドレイン領域やバイポーラ・トランジス
タの3電極の不純物拡散領域等が代表例であるが、能動
素子の活性領域に限らず、抵抗拡散層やストッパ領域等
の受動素子の各領域の上に強誘電体形成構造を実現する
ことが出来る。拡散領域上に積み上げ的に強誘電体キャ
パシタ構造を実現する場合は勿論のこと、トレンチ内に
も強誘電体形成構造を実現できる。高密度集積化が要請
されている不揮発生メモリに用いるのに適している。
As described above, the semiconductor device provided with a ferroelectric according to the present invention provides a structure for forming a ferroelectric on a main surface or inside a silicon substrate or the like. Even if the ferroelectric electrode and the wiring electrode have strong reactivity, it is possible to form a ferroelectric with no characteristic deterioration. The region of the ferroelectric formation structure may be an intrinsic semiconductor or an N-type or P-type region of an impurity diffusion region. Representative examples include a source region or a drain region of a MIS type transistor and an impurity diffusion region of three electrodes of a bipolar transistor, but are not limited to an active region of an active element, and each region of a passive element such as a resistance diffusion layer or a stopper region. A ferroelectric structure can be realized on the substrate. The ferroelectric capacitor structure can be realized not only in the case where the ferroelectric capacitor structure is realized by stacking on the diffusion region but also in the trench. It is suitable for use in a nonvolatile memory for which high-density integration is required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1の主要平面図である。FIG. 1 is a main plan view of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1の主要断面図である。FIG. 2 is a main cross-sectional view of Embodiment 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施例1の変形例の主要断面図であ
る。
FIG. 3 is a main cross-sectional view of a modification of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2の主要断面図である。FIG. 4 is a main cross-sectional view of Embodiment 2 of the present invention.

【図5】本発明の実施例3の主要断面図である。FIG. 5 is a main cross-sectional view of Embodiment 3 of the present invention.

【図6】本発明の第2の手段の実施例4の主要平面図で
ある。
FIG. 6 is a main plan view of Embodiment 4 of the second means of the present invention.

【図7】本発明の第2の手段の実施例4の主要断面図で
ある。
FIG. 7 is a main sectional view of Embodiment 4 of the second means of the present invention.

【図8】不揮発性メモリを示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a nonvolatile memory.

【図9】従来技術に係わる強誘電体キャパシタを備えた
半導体装置を示す主要断面図である。
FIG. 9 is a main cross-sectional view showing a semiconductor device including a ferroelectric capacitor according to the related art.

【図10】従来技術に係わる強誘電体キャパシタを備え
た半導体装置の別例を示す主要断面図である。
FIG. 10 is a main cross-sectional view showing another example of a semiconductor device including a ferroelectric capacitor according to the related art.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/768 H01L 27/10 651 21/8242 21/88 R 27/108 21/90 A (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/105 H01L 21/8242 H01L 27/108 H01L 21/28 H01L 21/3205 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/768 H01L 27/10 651 21/8242 21/88 R 27/108 21/90 A (58) Field surveyed (Int. (Cl. 7 , DB name) H01L 27/105 H01L 21/8242 H01L 27/108 H01L 21/28 H01L 21/3205 H01L 21/768

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 強誘電体膜または高誘電率膜を有するキ
ャパシタを備えた半導体装置において、 前記キャパシタを構成する電極のうち前記強誘電体膜ま
たは高誘電率膜の上方に位置する上部電極上には、導電
性金属窒化膜からなる導電性反応防止膜が形成され、 前記導電性反応防止膜上には配線電極が形成され、 前記導電性反応防止膜と前記上部電極と前記配線電極と
が電気的に接続され、前記導電性反応防止膜及び前記配
線電極が高濃度拡散領域に接続されてなることを特徴と
する半導体装置。
1. A semiconductor device provided with a capacitor having a ferroelectric film or a high dielectric constant film, wherein an upper electrode located above the ferroelectric film or the high dielectric constant film among electrodes constituting the capacitor. Has a conductive
A conductive reaction preventing film made of a conductive metal nitride film is formed; a wiring electrode is formed on the conductive reaction preventing film; and the conductive reaction preventing film, the upper electrode, and the wiring electrode are electrically connected. Wherein the conductive reaction preventing film and the wiring electrode are connected to a high concentration diffusion region.
【請求項2】 前記キャパシタは、前記高濃度拡散領域
を避ける位置に配置されるとともに、前記導電性反応防
止膜及び前記配線電極は、前記上部電極から前記高濃度
拡散領域にまで配置され、前記上部電極と前記高濃度拡
散領域とが前記導電性反応防止膜及び前記配線電極を介
して電気的に接続されてなることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。
2. The capacitor is disposed at a position avoiding the high concentration diffusion region, and the conductive reaction preventing film and the wiring electrode are disposed from the upper electrode to the high concentration diffusion region. 2. The upper electrode and the high concentration diffusion region are electrically connected via the conductive reaction preventing film and the wiring electrode.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 前記導電性反応防止膜上には前記導電性
反応防止膜全体を覆う配線電極が配置されて、前記導電
性反応防止膜と前記配線電極とで配線が構成されてなる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導
体装置。
3. A method according to claim 1, wherein a wiring electrode covering the entire conductive reaction preventing film is disposed on the conductive reaction preventing film, and a wiring is formed by the conductive reaction preventing film and the wiring electrode. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記キャパシタは、前記高濃度拡散領域
上に形成されてなることを特徴とする請求項1または請
求項3のいずれかに記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor is formed on the high concentration diffusion region.
【請求項5】 前記導電性反応防止膜が前記半導体基体
の主表面上または内部に形成された拡散層と接触する界
面に、金属シリサイドが形成されてなることを特徴とす
る請求項4記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein a metal silicide is formed at an interface where the conductive reaction preventing film contacts a diffusion layer formed on or inside a main surface of the semiconductor substrate. Semiconductor device.
【請求項6】 前記金属シリサイドがMo、W、Ti、
Ta、RuまたはReの高融点金属シリサイド膜及びこ
れらの複合膜のうちのいずれかであることを特徴とする
請求項5記載の半導体装置。
6. The method according to claim 1, wherein the metal silicide is Mo, W, Ti,
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is one of a refractory metal silicide film of Ta, Ru or Re and a composite film thereof.
【請求項7】 前記強誘電体膜または高誘電率膜がPZ
T、PLZT、SrTiO3、Ta2O5のうちのいず
れかであることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。
7. The ferroelectric film or the high dielectric constant film is PZ.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is one of T, PLZT, SrTiO3, and Ta2O5.
【請求項8】 強誘電体膜または高誘電率膜を有するキ
ャパシタを素子要素として含む半導体装置において、 前記キャパシタは、高濃度拡散領域を避ける位置に配置
され、 前記キャパシタを構成する電極のうち前記強誘電体膜ま
たは高誘電率膜の上方に位置する上部電極上には、導電
性金属窒化膜からなる導電性反応防止膜が前記上部電極
と電気的に接続された状態にて形成され、 前記導電性反応防止膜は、前記上部電極から前記高濃度
拡散領域の少なくとも一つまで配置され、前記上部電極
と前記高濃度拡散領域の少なくとも一つとが前記導電性
反応防止膜を介して電気的に接続されてなることを特徴
とする半導体装置。
8. A semiconductor device including a capacitor having a ferroelectric film or a high dielectric constant film as an element element, wherein the capacitor is arranged at a position avoiding a high concentration diffusion region, and The upper electrode located above the ferroelectric or high-k film has conductive
A conductive reaction preventing film formed of a conductive metal nitride film is formed in a state of being electrically connected to the upper electrode; and the conductive reaction preventing film extends from the upper electrode to at least one of the high concentration diffusion regions. A semiconductor device, wherein the upper electrode and at least one of the high-concentration diffusion regions are electrically connected via the conductive reaction preventing film.
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