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JP2000124409A - 強誘電体を用いた半導体記憶素子の構造 - Google Patents

強誘電体を用いた半導体記憶素子の構造

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JP2000124409A
JP2000124409A JP10296770A JP29677098A JP2000124409A JP 2000124409 A JP2000124409 A JP 2000124409A JP 10296770 A JP10296770 A JP 10296770A JP 29677098 A JP29677098 A JP 29677098A JP 2000124409 A JP2000124409 A JP 2000124409A
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JP
Japan
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semiconductor memory
memory device
film
capacitor
ferroelectric film
Prior art date
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Pending
Application number
JP10296770A
Other languages
English (en)
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Inventor
Koichi Tani
幸一 谷
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.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP10296770A priority Critical patent/JP2000124409A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 強誘電体を用いた半導体記憶素子において、
セル面積を縮小し、より微細なセル構造を実現すること
で、素子の集積度を向上させることを目的とする。 【構成】 本願発明は、強誘電体膜を用いた半導体記憶
素子であって、強誘電体膜を相対向する2つの電極で挟
んで形成され、かつ強誘電体膜の分極方向により2値の
情報を保存可能な容量素子が、コントロールトランジス
タのソース若しくはドレインに接続されている構造を有
した不揮発性の半導体記憶素子の構造において、ビット
ラインを隣り合うコントロールトランジスタどうしで共
有し、また隣り合う容量素子どうしが各々のプレート線
を共有し、かつコントロールトランジスタ上に前記容量
素子を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体膜を用い
た半導体記憶素子の構造に関し、特に半導体記憶素子の
素子面積を縮小し、高度な集積化を可能とする不揮発性
メモリーの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】文献名 “半導体装置およびその製造方
法”、松木 武雄、林 喜宏、、特開平8-17822 従来の強誘電体メモリは、上記文献に示されるようなも
のがあった。図15は、従来の強誘電体を用いた半導体
記憶素子の概略図である。以下、図15を用いて簡単に
説明する。まず半導体基板(101)上に素子分離領域
(102)、ゲート酸化膜(103)、ゲート電極(1
04)、ソース/ドレイン領域(105)、層間絶縁膜
(106)からなる下地構造を作り、下部電極(プレー
ト電極)(109)、強誘電体膜(110)、上部電極
(111)を素子分離領域(102)上に形成し加工す
る。
【0003】その後、層間絶縁膜形成後、半導体と容量
素子を接続するためにコンタクト(113)を開口しAl
配線(114)により接続を図る。この構造によれば、
強誘電体膜を平坦な領域で形成できるため、素子不良を
防止することができ、しかも配線を加工性のよいAlで形
成できることから、容量素子を容易に形成できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図15に示した半導体
記憶素子を上から見た概略図を図16に示す。ここで
は、1例として2×2のメモリアレイを示した。図16
に示す構造では、アレイに配置した場合、図中に示す○
の部分が、ほとんど積層化されていない無駄なスペース
になってしまう。そのため、1セル当たりの占有面積が
大きく、無駄なスペース部分により高集積化が難しくな
る、という問題点があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本願発明は、強誘電体膜
を用いた半導体記憶素子であって、強誘電体膜を相対向
する2つの電極で挟んで形成され、かつ強誘電体膜の分
極方向により2値の情報を保存可能な容量素子が、コン
トロールトランジスタのソース若しくはドレインに接続
されている構造を有した不揮発性の半導体記憶素子の構
造において、ビットラインを隣り合うコントロールトラ
ンジスタどうしで共有し、また隣り合う容量素子どうし
が各々のプレート線を共有し、かつコントロールトラン
ジスタ上に前記容量素子を配置したことにより、無駄な
スペースをなくし、高集積化が容易に行えるようにした
ものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、この発明の
実施例について説明する。なお、図面はこの発明が理解
できる程度に概略的に示してあるにすぎず、従ってこの
発明を図示例に限定するものではない。
【0007】本発明は強誘電体を用いた半導体記憶素子
において、より高集積化がはかれ、しかも容易に形成で
きるキャパシタ構造を提供することを目的とする。なお
本発明にかかれている下地構造、数値等は何ら限定され
るものではない。
【0008】また、本発明では強誘電体膜としてタンタ
ル酸ビスマスストロンチウム膜(SrBi2Ta2O9膜:以下SB
T膜)を例に説明するが、ヒステリシス特性を有する強
誘電体であれば、どの材料を用いても実施可能である。
【0009】<実施例>図1に本発明の半導体記憶素子
の断面図を示す。また図2に本発明の半導体記憶素子の
セル回路図を示す。本発明のメモリセル構造の特徴は、
容量素子が一つのアクティブ領域に二つ形成する構造を
有し、ビットラインコンタクトを隣り合うコントロール
トランジスタ同士で共有するとともに、ビットラインを
容量素子の下層に配線を形成するようにしている。ま
た、隣り合う容量素子のプレート線も共有している構造
となる。
【0010】以下、図3乃至図8に、本発明における半
導体記憶素子の製造工程断面図の1例をを示す。また、
図9乃至図14は各工程断面図に対応する、上面から見
た表面図である。いずれも同一部分には、同一の符号を
付してある。
【0011】図3にP型シリコン基板(1)に、既知の
技術により形成されたN型MOSトランジスタを示す。
このトランジスタは、素子分離領域(2)、N+拡散層
(3)、ゲート電極(4)、ゲート酸化膜(5)からな
る。この基板上に、層間絶縁膜(6)を既知の方法によ
り8000Å形成する。次いで、CMP(Chemical Mec
hanical Polishing)技術を用いて層間絶縁膜を平坦化
する。CMPにより基板上の層間絶縁膜を2000Å削
ることにより、平坦な表面を得ることができる。これを
上面から見ると図9に示すようになる。
【0012】次いで、ビット線を形成する。ビット線に
はW(タングステン)膜を用いる。まず、ビット線用の
コンタクトホール(7)を開口する。そしてバリアメタ
ルとして窒化チタン膜(図示せず)を形成し、公知のC
VD法によりW膜を形成する。その後、W膜と窒化チタ
ン膜を、全面エッチバックすることにより、コンタクト
ホール内にのみ、W膜(8)が形成される(図4、図1
0参照)。
【0013】この基板上全面に、再度窒化チタン膜(図
示せず)、W膜を順次形成する。その後、公知のホトリ
ソ/エッチング技術によりW膜を加工してビット線
(9)を形成する(図5、図11参照)。
【0014】以上の基板上に容量素子を形成する。この
基板上に層間絶縁膜(10)を形成し、前述したCMP
技術により表面を平坦化した後、下部電極(11)とし
てPt(プラチナ)膜を2000Å形成する。次に強誘
電体膜(12)を、この下部電極上に形成する。その形
成法は前述したSBTを、有機系溶剤に溶かした溶液を
用い、スピンコート、乾燥(ホットプレートにより15
0℃、5分)、仮焼成(電気炉、650℃、60分、酸
素雰囲気中)の工程を5回繰り返した後、本焼成(80
0℃、60分、乾燥酸素雰囲気中)を行い強誘電体膜
(12)の結晶化を行う。
【0015】なお、この処理により、SBT膜の膜厚は
2500Åとなる。この膜上に上部電極(13)とし
て、Pt膜を2000Å形成する。これらの膜を公知の
ホトリソ技術によりパターニングを行い、公知のドライ
エッチングにより上部電極(13)、SBT膜(1
2)、下部電極(11)をエッチングする。このとき隣
り合う素子のプレート線が共有できるように、上部電極
(13)とSBT膜(12)を離して配置する(図6、
図12参照)。以上の工程により、容量素子が形成され
る。
【0016】この基板に更に層間絶縁膜(14)を形成
し、公知のホトリソ/エッチング技術によりN+拡散層
まで貫通するコンタクトホール(15)を形成し、次い
で、TiN膜(図示せず)、1%のシリコンを含有した
AL(アルミ)膜(16)を形成する。再度公知のホト
リソエッチングにより、コントロールトランジスタのN
+拡散層(3)と容量素子の上部電極(13)との接続
をはかる(図7、図13参照)。
【0017】更に、層間絶縁膜(17)を形成し、下部
電極(11)まで貫通するコンタクトホール(18)を
開口して、プレート配線(19)を形成すると、図8、
図14に示すような半導体記憶素子が形成できる。プレ
ート配線の材料は特に限定しないが、AL膜などを用い
ると良い。
【0018】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、容量素子を
コントロールトランジスタ上に形成し、隣り合う容量素
子のプレート線も共有できるような構造とするのみなら
ず、コントロールトランジスタのビットラインコンタク
トをも共有することにより、従来例で説明した無駄なス
ペースとなる部分が存在しないため、従来のメモリセル
に比べ1セル当たりの占有面積を大幅に縮小することが
でき、高度な集積化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体記憶素子の断面構造図である。
【図2】本発明の半導体記憶素子のセル回路図である。
【図3】本発明の半導体記憶素子の製造工程断面図
(a)である。
【図4】本発明の半導体記憶素子の製造工程断面図
(b)である。
【図5】本発明の半導体記憶素子の製造工程断面図
(c)である。
【図6】本発明の半導体記憶素子の製造工程断面図
(d)である。
【図7】本発明の半導体記憶素子の製造工程断面図
(e)である。
【図8】本発明の半導体記憶素子の製造工程断面図
(f)である。
【図9】図3に対応する、上面から見た表面図(a)で
ある。
【図10】図4に対応する、上面から見た表面図(b)
である。
【図11】図5に対応する、上面から見た表面図(c)
である。
【図12】図6に対応する、上面から見た表面図(d)
である。
【図13】図7に対応する、上面から見た表面図(e)
である。
【図14】図8に対応する、上面から見た表面図(f)
である。
【図15】従来の強誘電体を用いた半導体記憶素子の概
略図である。
【図16】図15に示した半導体記憶素子を上面から見
た概略図である。
【符号の説明】
(7)ビットラインコンタクトホール (8)埋め込みW (9)ビット線 (11)下部電極 (12)強誘電体膜 (13)上部電極 (15)N+拡散層まで貫通するコンタクトホール (16)AL膜 (18)下部電極まで貫通するコンタクトホール (19)プレート配線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強誘電体膜を用いた半導体記憶素子であ
    って、前記強誘電体膜を相対向する2つの電極で挟んで
    形成され、かつ前記強誘電体膜の分極方向により2値の
    情報を保存可能な容量素子がコントロールトランジスタ
    のソース若しくはドレインに接続されている構造を有し
    た半導体記憶素子の構造において、隣り合う前記コント
    ロールトランジスタどうしがビットラインを共有し、ま
    た隣り合う前記容量素子どうしが各々のプレート線を共
    有し、かつ前記コントロールトランジスタ上に前記容量
    素子を配置したこと、を特徴とする半導体記憶素子の構
    造。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003051584A (ja) * 2001-06-26 2003-02-21 Samsung Electronics Co Ltd 拡張されたプレートラインを有する強誘電体メモリ素子及びその製造方法
KR100432881B1 (ko) * 2001-09-21 2004-05-22 삼성전자주식회사 강유전성 메모리 장치 및 그 제조방법

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