JPH0482266A - 半導体装置、及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置、及びその製造方法

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JPH0482266A
JPH0482266A JP2195864A JP19586490A JPH0482266A JP H0482266 A JPH0482266 A JP H0482266A JP 2195864 A JP2195864 A JP 2195864A JP 19586490 A JP19586490 A JP 19586490A JP H0482266 A JPH0482266 A JP H0482266A
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JP
Japan
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film
ferroelectric film
ferroelectric
semiconductor device
capacitor
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JP2195864A
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Koji Kato
加藤 晃次
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Seiko Epson Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、強誘電体を用いた、メモリ、特に電気的に書
き換え可能な不揮発性メモリの構造、及び製造方法に関
するものである。
[発明の概要] 本発明は、強誘電体膜を用いたメモリの構造において、
半導体基板上に形成された層間絶縁膜にあけられた貫通
・孔の中に、前記強誘電体膜によって形成されたキャパ
シタを埋め込むことにより、前3己キヤパシタによる段
差を減少することによって、その上を通る配線層の信頼
性を向上し、半導体メモリとしての信頼性を高めるもの
である。
[従来の技術] 従来の半導体不揮発性メモリとしては、絶縁ゲート中の
トラップまたは浮遊ゲートにシリコン基板からの電荷を
注入することによりシリコン基板の表面ポテンシャルが
変調される現象を用いた、MIS型トランジスタが一般
的に使用されており、EPROM (紫外線消去型不揮
発性メモリ)やEEPROM (電気的書換え可能型不
揮発性メモリ)などとして実用化されている。
[発明が解決しようとする課題及び目的]しかしこれら
の不揮発性メモリは、情報の書換え電圧が、通常20 
V前後と高いことや、書換え時間が非常に長い(例えば
EEPROMの場合数十m s e c )等の欠点を
有する。また、情報の書換え回数が、約102回程度で
あり、非常に少なく、繰り近し使用する場合には問題が
多い。
電気的に分極が反転可能である強誘電体を用いた、不揮
発性メモリについては、書き込み時間と、読みだし時間
が原理的にほぼ同じであり、また電源を切っても分極は
保持されるため、理想的な不揮発性メモリとなる可能性
を有する。この様な強誘電体を用いた不揮発性メモリに
ついては、例えば米国特許4149302のように、シ
リコン基板上に強誘電体からなるキャパシタを集積した
構造や、米国特許3832700のようにMIS型トラ
ンジスタのゲート部分に強誘電体膜を配置した不揮発性
メモリなどの提案がなされている。また、最近では第3
図のようなMOS型半導体装置に積層した構造の不揮発
性メモリがIEDM’87pp、850−851に提案
されている。
第3図において、(301)はP型S1基板であり、(
302)は素子分離用のLOGO3酸化膜、<303)
はソースとなるN型拡散層であり、(304)はドレイ
ンとなるN型拡散層である。
(305)ゲート電極であり、(306)は層間絶縁膜
である。(307)が強誘電体膜であり、電極(308
)と(309)により挟まれ、キャパシタを構成してい
る。(310)は第2層間絶縁膜であり、 (311)
が配線電極となるA1である。この様にMOS型半導体
装置の上部に強誘電体膜を積層した構造では、強誘電体
からなるキャパシタによる段差のため、その上部に位置
するアルミニウム等による配線層の付き回りが悪く、こ
のために、特に前記段差部分で断線が起き易い等の課題
を有する。そこで本発明はこの様な課題を解決するもの
で、その目的とするところは、強誘電体膜を用いたキャ
パシタによる段差を控え、平坦化することにより、信頼
性に優れた半導体装置、特に不揮発性メモリを提供する
ことにある。
[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置、及びその製造方法は、強誘電体膜
が、能動素子が形成された同一半導体基板上に強誘電体
膜を挟むように形成された@極を介して集積され、かつ
、前記強誘電体膜より上に、配線層を有する半導体装置
において、 前記強誘電体膜が、眉間絶縁膜にあけられた貫通孔に埋
め込まれていることを特徴とし、前記強誘電体膜が、等
方向膜形成技術によって形成される工程と、 異方性エツチングによる全面エッチバックによって平坦
化される工程とを含むことを特徴とする。
[実施例] 第1図(a)〜(C)は、本発明の半導体装置の一実施
例における主要工程断面図である。以下、第1図にした
がい、本発明の半導体装置を説明する。ここでは説明の
都合上、Si基板にNチャンネルトランジスタを形成し
、A12層配線を用いた例につき説明する。
(第1図(a)) (101)はP型S1基板であり、例えば20Ω・Cm
O比抵抗のウェハを用いる。(102)は素子分離用の
絶縁膜であり、例えば、従来技術であるLOCO5法に
より酸化膜を6000人形成する。(103)はソース
となるN型拡散層であり、例えばリンを80keV5X
10”cm−2イオン注入することによって形成する。
 (104)はドレインとなるN型拡散層であり、(1
03)と同時に形成する。(105)はゲート電極であ
り、例えばリンでドープされたポリシリコンを用いる。
(106)は第1層間絶縁膜であり、例えば化学的気相
成長法によりリンガラスを400OA形成した後、従来
の露光技術を用いて、接触孔を形成する。(107)は
第1配線層であり、例えばA1を、例えば5000A形
成する。(108)は強誘電体を用いたキャパシタの、
一方の電極であり、例えばPt、Pd等を、例えばスパ
ッタにより、例えば100OA形成する。(109)は
第2層間絶縁膜であり、例えば化学的気相成長法により
リンガラスを、例えば5000A形成した後、従来の露
光技術を用いて、貫通孔(110)を形成する。(11
1)は本発明の主旨による強誘電体膜であり、バイアス
スパッタ、あるいは化学的気相成長法により、例えばP
 b T i O3を、例えば6000A形成する。こ
の時、前記強誘電体膜(111)の厚さは、少なくとも
前記第2層間絶縁膜(109)と同等か、それ以上であ
ることが望ましい。
(第1図(b)) 次に、前記強誘電体膜(111)を、反応性イオンエツ
チング、あるいはスパッタエツチングによって、全面エ
ッチバックする。この時、第2層間絶縁膜(109)上
には前記強誘電体膜(111)のエツチング残りがなく
、かつ、貫通孔(110)′の中は前記強誘電体膜(1
11)で完全に埋まっている、という状態が望ましいが
、第2層間絶縁膜(109)上に強誘電体膜(111・
)のエツチング残りがあっても、導電性はないため、問
題となることはない。
(第1図(C)) その後、強誘電体膜(111)のもう一方の電極(11
2)として、例えばPt、Pd等を、例えばスパッタに
より、例えば1000八形成する。
次に、第2配線層(113)として、例えばAlを、例
えばスパッタにより、例えば5ooo八形成する。最後
に、パッシベイション膜(114)として、例えばSi
Nを、例えば化学的気相成長法により、例えば100O
OA形成し、本発明の実施例による、半導体装置を得る
第1図のような構造、及び工程を用いることにより、強
誘電体を用いたキャパシタによる段差を減少することに
よって、その上を通る配線層の信頼性を向上せしめる事
が可能である。
さて、第3図のごとく、強誘電体を用いたキャパシタを
、第1層間絶縁膜(306)と、第2層間絶縁膜(31
0)との間に形成した場合、その上層に位置する、配線
層の段差被覆率は、スパッタによるA1の場合で、平坦
部に比べて、約15%であった。しかしながら、本実施
例のごとく、第2層間絶縁膜にあけられた貫通孔に、強
誘電体を用いたキャパシタを埋め込んだ場合、その上層
に位置する、配線層の段差被覆率は、スパッタによるA
1の場合で、平坦部に比べて、約40%に改善された。
同様な効果は、例えば第2図のように、第1層間絶縁膜
にあけられた貫通孔に、強誘電体を用いたキャパシタを
埋め込むことによっても達成されることができる。
以上の説明においては、主に不揮発性メモリについて説
明したが、強誘電体の比誘電率が大きいことを利用した
メモリ(DRAMなど)にも本発明が応用できることは
言うまでもない。
[発明の効果コ 本発明は、強誘電体膜を用いたメモリの構造において、
半導体基板上に形成された層間絶縁膜にあけられた貫通
孔の中に、前記強誘電体膜によって形成されたキャパシ
タを埋め込むことにより、前記キャパシタによる段差を
減少することによって、その上を通る配線層の信頼性を
向上し、信頼性の高い半導体メモリを得ることができる
という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例による、半導体装置の主要工
程断面図である。 第2図は、本発明の、第1図とは別な実施例による、半
導体装置の断面図である。 第3図は従来の技術による、半導体記憶装置の断面図で
ある。 101・・・・・・・・・・・・シリコン基板102・
・・・・・・・・・・・・素子分離膜103・・・・・
・・・・・・・・ソース領域104・・・・・・・・・
・・ ドレイン領域105・・・・・・・・・・・・・
ゲート電極106・・・・・・・・・・・第1層間絶縁
膜107・・・・・・・・・・・・・第1配線層108
・・・・・・強誘電体膜に接触する電極109・・・・
・・・・・・・第2層間絶縁膜110・・・・・・・・
・・・・・・・貫通孔111・・・・・・・・・・・・
・強誘電体膜112・・・・・・強誘電体膜に接触する
電極113・・・・・ ・・・・・・・第2配線層1コ
−4・・・・・ ・・・ ・パッシベイション膜301
・・・・・・・・・ ・ シリコン基板302・・・・
・・−・・・・・・素子分離膜303・・・・・・・・
・・・・・ソース領域304・・・・・・・・・・・・
ドレイン領域305・ ・ ・  ・   ・ ・ ・
 ・ ・ ・ゲート電極306・・・・・・・・・・・
第1層間絶縁膜307・・・・・・・・・・・・・強誘
電体膜308・・ ・ ・・・・・・・・・下部電極3
09 ・ ・・・・・・・・・・・上部電極310・・
・・・・・・・・・第2層間絶縁膜311・・・・・・
・・・・・・・・配線電極以  上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴木喜三部 他1名 前 (b)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)強誘電体膜が、能動素子が形成された同一半導体
    基板上に強誘電体膜を挟むように形成された電極を介し
    て集積され、かつ、前記強誘電体膜より上に、配線層を
    有する半導体装置において、前記強誘電体膜が、層間絶
    縁膜にあけられた貫通孔に埋め込まれていることを特徴
    とする半導体装置。
  2. (2)前記強誘電体膜が、等方的膜形成技術によって形
    成される工程と、 異方性エッチングによる全面エッチバックによって平坦
    化される工程とを含むことを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置の製造方法。
  3. (3)前記等方的膜形成技術が、バイアス・スパッタ、
    あるいは化学的気相成長法のうちいずれかであることを
    特徴とする、請求項(2)記載の半導体装置の製造方法
  4. (4)前記異方性エッチングが、反応性イオンエッチン
    グ、あるいは、スパッタエッチングのうちいずれかであ
    ることを特徴とする、請求項(2)記載の半導体装置の
    製造方法。
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