JP3210292B2 - Ferroelectric memory device and driving method thereof - Google Patents

Ferroelectric memory device and driving method thereof

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JP3210292B2
JP3210292B2 JP29711498A JP29711498A JP3210292B2 JP 3210292 B2 JP3210292 B2 JP 3210292B2 JP 29711498 A JP29711498 A JP 29711498A JP 29711498 A JP29711498 A JP 29711498A JP 3210292 B2 JP3210292 B2 JP 3210292B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体メモリに
関し、特に1つのトランジスタと1つの強誘電体キャパ
シタを用いて1つのメモリセルを構成する1T−1C型
メモリに適した強誘電体メモリ装置およびその駆動方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory, and more particularly to a ferroelectric memory suitable for a 1T-1C type memory in which one memory cell is formed by using one transistor and one ferroelectric capacitor. The present invention relates to an apparatus and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】一対の電極間に強誘電体を配置した強誘
電体キャパシタは、印加電圧に応じた分極を示す。分極
量対印加電圧の特性はヒステリシスを示し、印加電圧を
0にしても残留分極が残る。
2. Description of the Related Art A ferroelectric capacitor in which a ferroelectric substance is arranged between a pair of electrodes exhibits polarization according to an applied voltage. The characteristic of the amount of polarization versus the applied voltage shows hysteresis, and residual polarization remains even when the applied voltage is set to zero.

【0003】情報に応じた残留分極を形成すると、強誘
電体キャパシタで不揮発性メモリを形成することができ
る。強誘電体キャパシタの分極を読み出すために電界効
果トランジスタを用いることができる。たとえば、絶縁
ゲート型電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極に強誘
電体キャパシタの一方の電極を接続し、分極に応じてト
ランジスタのオン/オフを制御する。
[0003] When remanent polarization according to information is formed, a nonvolatile memory can be formed with a ferroelectric capacitor. A field effect transistor can be used to read the polarization of the ferroelectric capacitor. For example, one electrode of a ferroelectric capacitor is connected to an insulated gate electrode of an insulated gate field effect transistor, and on / off of the transistor is controlled according to polarization.

【0004】現在、1メモリセル当たり2つのトランジ
スタと2つのキャパシタを用いる2T−2Cタイプの強
誘電体ランダムアクセスメモリ(FeRAM)は64k
ビットまで製品化されている。しかしながら、1メモリ
セル当たり1つのトランジスタと1つのキャパシタを用
いる1T−1C型FeRAMは未だ実用化の研究段階で
ある。
At present, a 2T-2C type ferroelectric random access memory (FeRAM) using two transistors and two capacitors per memory cell is 64k.
Even bits have been commercialized. However, a 1T-1C FeRAM using one transistor and one capacitor per memory cell is still in the research stage for practical use.

【0005】図8(A)〜(C)は、従来の技術による
強誘電体メモリを示す。図8(A)に示すように、p型
シリコン基板51の表面上に、ゲート酸化膜52を介し
て多結晶シリコン等の浮遊ゲート電極53が形成され
る。浮遊ゲート電極53の上に強誘電体層54が形成さ
れ、さらにその上にコントロールゲート電極55が形成
される。以上の積層がパターニングされ、ゲート電極が
形成される。このゲート電極の両側にイオン注入などに
より、n型不純物を添加してソース領域61、ドレイン
領域62が形成される。
FIGS. 8A to 8C show a conventional ferroelectric memory. As shown in FIG. 8A, a floating gate electrode 53 of polycrystalline silicon or the like is formed on the surface of a p-type silicon substrate 51 via a gate oxide film 52. A ferroelectric layer 54 is formed on the floating gate electrode 53, and a control gate electrode 55 is further formed thereon. The above stack is patterned to form a gate electrode. A source region 61 and a drain region 62 are formed by adding an n-type impurity to both sides of the gate electrode by ion implantation or the like.

【0006】コントロールゲート電極55に正電圧+V
を印加した後この電圧を除去したとする。+Vの電圧印
加により、強誘電体層54は図に示すように分極する。
この分極は、コントロールゲート電極55への印加電圧
を除去した後も残留する。残留分極により、浮遊ゲート
電極53は正に帯電し、p型シリコン基板51表面にn
チャネル60を誘起する。従って、ソース61、ドレイ
ン62間はnチャネル60によって電気的に接続され
る。
A positive voltage + V is applied to control gate electrode 55.
It is assumed that this voltage is removed after the voltage is applied. By applying a voltage of + V, the ferroelectric layer 54 is polarized as shown in the figure.
This polarization remains even after the voltage applied to the control gate electrode 55 is removed. Due to the remanent polarization, the floating gate electrode 53 is positively charged, and n
Induce channel 60. Therefore, the source 61 and the drain 62 are electrically connected by the n-channel 60.

【0007】図8(B)に示すように、コントロールゲ
ート電極55に負電圧−Vを印加した後この電圧を除去
する。−Vの印加により、強誘電体層54は逆極性に分
極する。コントロールゲート電極55への印加電圧を除
去した後も、分極が残留する。このため、浮遊ゲート電
極53は負に帯電し、p型シリコン基板51の表面のチ
ャネルを消滅させる。従って、ソース61、ドレイン6
2間は電気的に分離される。
As shown in FIG. 8B, after applying a negative voltage -V to the control gate electrode 55, this voltage is removed. The application of -V polarizes the ferroelectric layer 54 to the opposite polarity. Polarization remains even after the voltage applied to the control gate electrode 55 is removed. Therefore, the floating gate electrode 53 is negatively charged, and extinguishes the channel on the surface of the p-type silicon substrate 51. Therefore, the source 61 and the drain 6
The two are electrically separated.

【0008】このようにして、基板51に対するコント
ロールゲート電極55の印加電圧により強誘電体層54
の分極を制御し、不揮発的に情報を記録することができ
る。
In this manner, the ferroelectric layer 54 is applied by the voltage applied to the control gate electrode 55 to the substrate 51.
Can be controlled to record information in a nonvolatile manner.

【0009】図8(A)、(B)に示す強誘電体メモリ
においては、ゲート酸化膜52をキャパシタ誘電体層と
するキャパシタC2と、強誘電体層54をキャパシタ誘
電体層とするキャパシタC1が直列に接続された回路形
式となる。強誘電体層54の誘電率はゲート酸化膜52
の誘電率と比べ著しく高いため、キャパシタC1の容量
はキャパシタC2の容量よりも大きくなり易い。
In the ferroelectric memory shown in FIGS. 8A and 8B, a capacitor C2 having a gate oxide film 52 as a capacitor dielectric layer and a capacitor C1 having a ferroelectric layer 54 as a capacitor dielectric layer. Is a circuit type connected in series. The dielectric constant of the ferroelectric layer 54 is
, The capacitance of the capacitor C1 tends to be larger than the capacitance of the capacitor C2.

【0010】図8(C)に示すように、基板51とコン
トロールゲート電極55の間に電圧Vを印加した時、強
誘電体キャパシタC1に印加される電圧V1は、直列接
続されるキャパシタC2に印加される電圧V2よりも小
さくなってしまう。
As shown in FIG. 8C, when a voltage V is applied between the substrate 51 and the control gate electrode 55, the voltage V1 applied to the ferroelectric capacitor C1 is applied to the capacitor C2 connected in series. It becomes smaller than the applied voltage V2.

【0011】強誘電体キャパシタの履歴特性が、電圧V
1を必要とする場合、コントロールゲート電極55に印
加すべき電圧は、V1+V2となり、大きな電圧が必要
となってしまう。
The hysteresis characteristic of the ferroelectric capacitor is as follows:
When 1 is required, the voltage to be applied to the control gate electrode 55 is V1 + V2, and a large voltage is required.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、小さ
な電圧で情報の書き込みが可能な強誘電体メモリを提供
することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a ferroelectric memory in which information can be written with a small voltage.

【0013】本発明の他の目的は、新規な構成を有する
強誘電体メモリを提供することである。
Another object of the present invention is to provide a ferroelectric memory having a novel structure.

【0014】本発明の他の目的は、簡単な構成の1T−
1Cタイプの強誘電体メモリ装置を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to provide a simple structure of 1T-
An object of the present invention is to provide a 1C type ferroelectric memory device.

【0015】本発明の他の目的は、ワード線とビット線
の2線だけで書き込み動作を行うことのできる強誘電体
メモリ装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device capable of performing a write operation with only two lines, a word line and a bit line.

【0016】本発明のさらに他の目的は、1T−1C型
強誘電体メモリ装置の新規な駆動方法を提供することで
ある。
Still another object of the present invention is to provide a novel driving method of a 1T-1C type ferroelectric memory device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、半導体基板と、前記半導体基板表面上に形成された
ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲー
ト電極と、前記ゲート電極の両側で前記半導体基板表面
に形成された一対のソース/ドレイン領域とを有する絶
縁ゲート型電界効果トランジスタと、前記ゲート電極を
覆って、前記半導体基板表面上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された強誘電体膜と、前記強誘電体
膜上に対向して形成された一対のキャパシタ電極であっ
て、前記一対のキャパシタ電極の一方と前記ゲート電極
とが電気的に接続されている一対のキャパシタ電極とを
有する強誘電体メモリが提供される。
According to one aspect of the present invention, a semiconductor substrate, a gate insulating film formed on a surface of the semiconductor substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, An insulated gate field effect transistor having a pair of source / drain regions formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode; an insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode;
A ferroelectric film formed on the insulating film, and a pair of capacitor electrodes formed to face each other on the ferroelectric film, wherein one of the pair of capacitor electrodes and the gate electrode are electrically connected to each other. And a pair of capacitor electrodes connected to the ferroelectric memory.

【0018】強誘電体層に接して対向した一対の電極を
形成し、強誘電体キャパシタを構成することにより、所
望容量の強誘電体キャパシタを作成することができる。
強誘電体キャパシタの一方の電極をゲート電極上方に重
ねて配置することにより、キャパシタ電極の有する浮遊
容量を低減することができる。
By forming a pair of electrodes opposed to and in contact with the ferroelectric layer to form a ferroelectric capacitor, a ferroelectric capacitor having a desired capacitance can be produced.
By arranging one electrode of the ferroelectric capacitor over the gate electrode, the stray capacitance of the capacitor electrode can be reduced.

【0019】本発明の他の観点によれば、ソース、ドレ
イン、絶縁ゲートを有する絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタと、強誘電体層の1表面上に配置された1対のキ
ャパシタ電極を有し、前記ドレインと前記絶縁ゲートと
の間に接続された強誘電体キャパシタとを有するメモリ
セルを備えた強誘電体メモリ装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided an insulated gate field effect transistor having a source, a drain and an insulated gate, and a pair of capacitor electrodes disposed on one surface of the ferroelectric layer, A ferroelectric memory device including a memory cell having a ferroelectric capacitor connected between the drain and the insulated gate is provided.

【0020】絶縁ゲート型電界効果トランジスタの絶縁
ゲートとドレインとを強誘電体キャパシタで結合するこ
とにより、ダイオード接続された電界効果トランジスタ
が形成される。強誘電体キャパシタの残留分極により、
ダイオード接続された電界効果トランジスタの立ち上が
り電位(閾値)が制御される。
By coupling the insulated gate and the drain of the insulated gate field effect transistor with a ferroelectric capacitor, a diode-connected field effect transistor is formed. Due to the remanent polarization of the ferroelectric capacitor,
The rising potential (threshold) of the diode-connected field effect transistor is controlled.

【0021】ソース・ドレイン間に印加される電圧に応
じ、強誘電体キャパシタの分極を制御できる。
The polarization of the ferroelectric capacitor can be controlled according to the voltage applied between the source and the drain.

【0022】本発明の他の観点によれば、並列に配置さ
れた複数本のビット線と、前記複数本のビット線と交差
するように、並列に配置された複数本のワード線と、前
記ビット線と前記ワード線の各交点に接続された強誘電
体メモリセルであって、各強誘電体メモリセルは、ソー
ス、ドレイン、絶縁ゲートを有する絶縁ゲート電界効果
型トランジスタと前記ドレインと前記絶縁ゲートとの間
に接続された強誘電体キャパシタとを有する、強誘電体
メモリセルとを有する強誘電体メモリ装置を駆動する方
法であって、(a)選択したワード線を接地し、他のワ
ード線および全てのビット線に第1の基準電位を印加
し、選択したワード線に接続された全ての強誘電体メモ
リセルに第1の情報を書き込む工程と、(b)前記選択
したワード線に接続された強誘電体メモリセルのうち第
1の情報を書き込むべき強誘電体メモリセルには引続き
接地電位と第1の基準電位を供給し、その他のビット線
には第1の基準電位より小さな第2の基準電位、その他
のワード線には第1の基準電位より小さく、第2の基準
電位より大きな第3の基準電位を供給して選択された強
誘電体メモリセルにのみ第1の情報を書き込む工程と、
(c)前記ビット線の電位、および前記選択したワード
線以外のワード線の電位を工程(b)と同一とし、前記
選択したワード線に前記第1の基準電位より大きな第4
の基準電位を供給し、前記選択されたワード線に接続さ
れた強誘電体メモリセルのうち工程(b)で第1の情報
を書き込まれなかった強誘電体メモリセルに第2の情報
を書き込む工程とを含む強誘電体メモリ装置の駆動方法
が提供される。
According to another aspect of the present invention, a plurality of bit lines arranged in parallel, a plurality of word lines arranged in parallel so as to intersect with the plurality of bit lines, and A ferroelectric memory cell connected to each intersection of a bit line and the word line, wherein each ferroelectric memory cell has a source, a drain, an insulated gate field effect transistor having an insulated gate, the drain and the insulated gate. A method for driving a ferroelectric memory device having a ferroelectric memory cell having a ferroelectric capacitor connected between the gate and a gate, comprising the steps of: (a) grounding a selected word line to ground; Applying a first reference potential to a word line and all bit lines, and writing first information in all ferroelectric memory cells connected to the selected word line; and (b) selecting the selected word line. Connect to The ground potential and the first reference potential are continuously supplied to the ferroelectric memory cells to which the first information is to be written among the ferroelectric memory cells thus written, and the other bit lines are supplied with the first potential smaller than the first reference potential. The first information is supplied only to the selected ferroelectric memory cell by supplying a third reference potential lower than the first reference potential and higher than the second reference potential to the second reference potential and the other word lines. Writing process,
(C) setting the potential of the bit line and the potential of a word line other than the selected word line to the same as in step (b), and setting the potential of the selected word line to be higher than the first reference potential;
And the second information is written to the ferroelectric memory cells to which the first information has not been written in the step (b) among the ferroelectric memory cells connected to the selected word line. And a method of driving the ferroelectric memory device.

【0023】同一ワード線に接続された複数のメモリセ
ルに対し、一旦第1の情報を書き込んだ後、第1の情報
を書き込むべきメモリセルに再び第1の情報を書き込
み、第2の情報を書き込むべきセルに第2の情報を書き
込むことにより、書き込みのディスターブ耐性のある書
き込み方式が提供される。
After the first information is once written to a plurality of memory cells connected to the same word line, the first information is written again to the memory cell to which the first information is to be written, and the second information is written to the memory cell to which the first information is to be written. By writing the second information in the cell to be written, a writing method that is resistant to write disturb is provided.

【0024】本発明のさらに他の観点によれば、半導体
基板と、前記半導体基板上に形成された絶縁ゲート電極
と、前記絶縁ゲート電極の両側で、前記半導体基板表面
に形成されたソース領域とドレイン領域と、前記絶縁ゲ
ート電極を囲んで同一面を形成するように半導体基板表
面上に形成された第1絶縁層と、前記第1絶縁層を貫通
して、前記ドレインに達する開口溝と、前記開口溝を埋
めて前記絶縁層と同一面を形成するビット配線と、前記
絶縁ゲート電極、前記ビット配線を覆って前記同一面上
に形成された強誘電体層とを有する強誘電体メモリ装置
が提供される。
According to still another aspect of the present invention, a semiconductor substrate, an insulated gate electrode formed on the semiconductor substrate, and a source region formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the insulated gate electrode. A drain region, a first insulating layer formed on the surface of the semiconductor substrate so as to form the same surface surrounding the insulated gate electrode, an opening groove penetrating the first insulating layer and reaching the drain, A ferroelectric memory device comprising: a bit line filling the opening groove to form the same surface as the insulating layer; and a ferroelectric layer formed on the same surface covering the insulated gate electrode and the bit line. Is provided.

【0025】絶縁ゲート電極、第1絶縁層、ビット配線
によって同一面を形成し、この同一面上に強誘電体層を
形成することにより、小型化が容易で特性の安定した強
誘電体メモリセルが提供できる。
By forming an insulated gate electrode, a first insulating layer, and a bit line on the same surface and forming a ferroelectric layer on the same surface, a ferroelectric memory cell which is easy to miniaturize and has stable characteristics. Can be provided.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】図8(A)、(B)に示した強誘
電体メモリにおいては、ゲート酸化膜、浮遊ゲート電
極、強誘電体層、コントロールゲート電極を積層し、同
一形状にパターニングするため、強誘電体キャパシタの
容量が浮遊ゲート電極と基板の形成する容量に比べ大き
くなりやすかった。強誘電体キャパシタの容量を小さな
ものにしようとすると、強誘電体層の厚さを異常に厚く
することになり、製造工程上困難が伴った。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the ferroelectric memory shown in FIGS. 8A and 8B, a gate oxide film, a floating gate electrode, a ferroelectric layer and a control gate electrode are laminated and patterned into the same shape. Therefore, the capacitance of the ferroelectric capacitor tends to be larger than the capacitance formed by the floating gate electrode and the substrate. If the capacity of the ferroelectric capacitor is to be reduced, the thickness of the ferroelectric layer becomes unusually large, which involves difficulties in the manufacturing process.

【0027】また、浮遊ゲート電極とコントロールゲー
ト電極との間に強誘電体層を挟む構成は、浮遊ゲート電
極と強誘電体層との間の界面と、強誘電体層とコントロ
ールゲート電極との間の界面の性質が異なりやすく、安
定な性能を得るのが容易でなかった。
Further, the configuration in which the ferroelectric layer is interposed between the floating gate electrode and the control gate electrode is characterized in that the interface between the floating gate electrode and the ferroelectric layer and the interface between the ferroelectric layer and the control gate electrode are formed. The properties of the interface between the two tended to differ, and it was not easy to obtain stable performance.

【0028】本発明者は、強誘電体層の一表面上に平行
に一対の電極を配置し、これらの電極間に強誘電体キャ
パシタを形成することを提案する。強誘電体層の厚さお
よび電極間の間隔を調整することにより、強誘電体キャ
パシタの容量はほとんど自由に設定することが可能とな
る。
The present inventor proposes disposing a pair of electrodes in parallel on one surface of a ferroelectric layer and forming a ferroelectric capacitor between these electrodes. By adjusting the thickness of the ferroelectric layer and the distance between the electrodes, the capacitance of the ferroelectric capacitor can be set almost freely.

【0029】図4(A)、(B)、図5(A)、(B)
は、本発明者が行った予備実験を説明するための図であ
る。
FIGS. 4 (A), 4 (B), 5 (A), 5 (B)
FIG. 3 is a diagram for explaining a preliminary experiment performed by the present inventors.

【0030】図4(A)、(B)は、作成したサンプル
の構成を概略的に示す断面図および平面図である。図4
(A)はサンプルの断面構成を示す。シリコン基板21
表面上に厚さ350nmのシリコン酸化膜28を形成
し、その上に厚さ200nmのSrBi2 Ta2
9 (SBT)強誘電体層29を積層した。強誘電体層2
9の表面上に0.1μmの間隔で1対の電極31、32
を平行に配置した。
FIGS. 4A and 4B are a cross-sectional view and a plan view schematically showing the structure of the prepared sample. FIG.
(A) shows a cross-sectional configuration of a sample. Silicon substrate 21
A silicon oxide film 28 having a thickness of 350 nm is formed on the surface, and SrBi 2 Ta 2 O having a thickness of 200 nm is formed thereon.
9 (SBT) Ferroelectric layer 29 was laminated. Ferroelectric layer 2
A pair of electrodes 31, 32 on the surface of 9 at intervals of 0.1 μm.
Were arranged in parallel.

【0031】図4(B)は、電極31、32の平面パタ
ーンを示す。電極31、32は、長さ200μmに亘っ
てギャップ0.1μmで対向する平行電極部を有し、そ
れぞれのほぼ中央から電圧を印加するためのパッドP
1、P2が引き出されている。図において、平行電極の
長さlは200μmであり、これらの間隔gは0.1μ
mである。電極31、32は、白金膜で形成した。
FIG. 4B shows a plane pattern of the electrodes 31 and 32. The electrodes 31 and 32 have parallel electrode portions facing each other with a gap of 0.1 μm over a length of 200 μm, and a pad P for applying a voltage from substantially the center of each.
1, P2 has been pulled out. In the figure, the length l of the parallel electrodes is 200 μm, and the distance g between them is 0.1 μm.
m. The electrodes 31 and 32 were formed of a platinum film.

【0032】SBT膜の誘電率は、作成方法に依存する
が、約200程度あり、空気の誘電率と比べ著しく大き
い。従って、電極31、32間に形成される強誘電体キ
ャパシタの容量は、ほとんど強誘電体層29の誘電率お
よび厚さ、電極31、32の間隔および対向長によって
決定される。
The dielectric constant of the SBT film depends on the method of preparation, but is about 200, which is significantly higher than the dielectric constant of air. Therefore, the capacitance of the ferroelectric capacitor formed between the electrodes 31 and 32 is almost determined by the dielectric constant and thickness of the ferroelectric layer 29, the distance between the electrodes 31 and 32, and the opposing length.

【0033】図5(A)、(B)は、図4(A)、
(B)に示したサンプルの特性を示すグラフである。図
5(A)は、シリコン基板21の上に酸化膜28、強誘
電体層29、電極31、32を積層した構成において、
強誘電体層がどのような結晶性を有するかを示すX線回
折パターンである。横軸はX線回折角2θを単位度で示
し、縦軸は回折強度を任意目盛で示す。
FIGS. 5A and 5B show FIGS.
5 is a graph showing characteristics of the sample shown in FIG. FIG. 5A shows a structure in which an oxide film 28, a ferroelectric layer 29, and electrodes 31 and 32 are stacked on a silicon substrate 21.
3 is an X-ray diffraction pattern showing what crystallinity a ferroelectric layer has. The horizontal axis indicates the X-ray diffraction angle 2θ in unit degree, and the vertical axis indicates the diffraction intensity on an arbitrary scale.

【0034】図中シリコン基板の(100)面の回折ピ
ークおよびPt電極の(111)面の回折ピーク以外の
ピークがSBTの回折ピークに相当する。この結果か
ら、シリコン酸化膜上に形成したSBT層は、強誘電体
層として良好に結晶化していることが判る。
In the figure, the peaks other than the (100) plane diffraction peak of the silicon substrate and the (111) plane diffraction peak of the Pt electrode correspond to the SBT diffraction peak. From this result, it can be seen that the SBT layer formed on the silicon oxide film is well crystallized as a ferroelectric layer.

【0035】図5(B)は、図4(A)、(B)に示す
サンプルのヒステリシス特性を示す。横軸は対向電極間
の印加電圧を単位Vで示し、縦軸は蓄積電荷を単位pC
で示す。印加電圧V=0の時の電荷量が、残留分極の大
きさを示す。図に示した測定値から残留分極が0.5p
Cであるとすると、1μm当たりの残留分極は2.5f
C/μmとなる。
FIG. 5B shows the hysteresis characteristics of the samples shown in FIGS. 4A and 4B. The horizontal axis represents the applied voltage between the counter electrodes in units of V, and the vertical axis represents the accumulated charge in units of pC.
Indicated by The amount of charge when the applied voltage V = 0 indicates the magnitude of the remanent polarization. From the measured values shown in the figure, the remanent polarization is 0.5 p.
C, the remanent polarization per 1 μm is 2.5 f
C / μm.

【0036】MOSトランジスタの半導体表面にチャネ
ルを誘起するためには、0.1μC/cm2 程度の電荷
密度が提供されればよい。MOSトランジスタのゲート
面積を1μm2 と仮定し、0.1μC/cm2 の電荷密
度を与えると、約1×10-1 5 Cの電荷量となる。上述
の残留分極2.5fC/μmから、必要なキャパシタ電
極の対向長は、約0.4μmとなる。この程度のキャパ
シタ電極の寸法は、高集積度の強誘電体メモリを作成す
るために障害とならない寸法である。
In order to induce a channel on the semiconductor surface of the MOS transistor, a charge density of about 0.1 μC / cm 2 may be provided. The gate area of the MOS transistor assuming 1 [mu] m 2, given a charge density of 0.1 C / cm 2, a charge amount of about 1 × 10 -1 5 C. From the above-mentioned remanent polarization of 2.5 fC / μm, the required facing length of the capacitor electrode is about 0.4 μm. Such a dimension of the capacitor electrode is a dimension that does not hinder the fabrication of a highly integrated ferroelectric memory.

【0037】なお、上述のサンプルにおいてはキャパシ
タ対向電極の間隔を0.1μmとしたが、製造工程の容
易さのためにこの間隔を広げ、対向長を増加する等種々
の変更を行ってもよいことは当業者に自明であろう。
In the above-described sample, the interval between the capacitor counter electrodes is set to 0.1 μm. However, various changes may be made such as widening the interval and increasing the opposing length for ease of the manufacturing process. That will be obvious to those skilled in the art.

【0038】図4(A)に示すサンプル構成において
は、強誘電体層29の厚さを薄くすることにより、強誘
電体層の分極が十分な強度で生じても、強誘電体キャパ
シタの容量を所望の値に制限する事が容易である。ま
た、電極間隔などの選択により、駆動電圧を所望の値に
設定する事も容易になる。
In the sample structure shown in FIG. 4A, by reducing the thickness of the ferroelectric layer 29, even if the polarization of the ferroelectric layer occurs with sufficient strength, the capacitance of the ferroelectric capacitor can be reduced. Is easily limited to a desired value. Further, it becomes easy to set the drive voltage to a desired value by selecting the electrode interval and the like.

【0039】図1(A)、(B)は、本発明の実施例に
よる強誘電体メモリの構成を概略的に示す。図1(A)
は、強誘電体メモリの断面構成を概略的に示し、図1
(B)は、その等価回路を示す。
FIGS. 1A and 1B schematically show the structure of a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (A)
1 schematically shows a cross-sectional configuration of a ferroelectric memory, and FIG.
(B) shows the equivalent circuit.

【0040】図1(A)において、例えばp型のシリコ
ン基板1の表面上に、周知のLOCOS技術によりフィ
ールド酸化膜2を形成する。フィールド酸化膜2で囲ま
れた活性領域表面上に、例えば厚さ10nmのゲート酸
化膜3を形成し、その上に多結晶シリコンのゲート電極
4を例えば厚さ200nm形成する。ゲート電極4の両
側にn型不純物をイオン注入し、一対のソース/ドレイ
ン領域5、6を形成する。
In FIG. 1A, a field oxide film 2 is formed on a surface of, for example, a p-type silicon substrate 1 by a known LOCOS technique. A gate oxide film 3 having a thickness of, for example, 10 nm is formed on the surface of the active region surrounded by the field oxide film 2, and a gate electrode 4 of polycrystalline silicon is formed thereon, for example, having a thickness of 200 nm. N-type impurities are ion-implanted into both sides of the gate electrode 4 to form a pair of source / drain regions 5 and 6.

【0041】なお、必要に応じゲート電極4側壁上にシ
リコン酸化膜等のサイドスペーサを形成し、さらにイオ
ン注入を行うこともできる。また、ソース/ドレイン領
域5、6に対する配線を作成することもできる。
Incidentally, if necessary, a side spacer such as a silicon oxide film may be formed on the side wall of the gate electrode 4 and further ion implantation may be performed. In addition, wiring for the source / drain regions 5 and 6 can be formed.

【0042】その後、ゲート電極4を覆ってシリコン酸
化膜8を化学気相堆積(CVD)等によって形成する。
シリコン酸化膜8の表面は、好ましくは平坦化処理す
る。シリコン酸化膜8の表面上にSBT、Pb(Zr、
Ti)O3 (PZT)等の強誘電体層9を形成する。強
誘電体層9は、例えば厚さ200nmのSBT層とす
る。強誘電体層9の表面上にPt等による対向電極1
1、12を形成する。この時強誘電体層9および絶縁層
8を貫通してゲート電極4の一部に達するビヤホールを
形成しておき、電極11がゲート電極4と電気的に接触
するようにすることが好ましい。
Thereafter, a silicon oxide film 8 covering the gate electrode 4 is formed by chemical vapor deposition (CVD) or the like.
The surface of the silicon oxide film 8 is preferably flattened. On the surface of the silicon oxide film 8, SBT, Pb (Zr,
Ti) A ferroelectric layer 9 such as O 3 (PZT) is formed. The ferroelectric layer 9 is, for example, an SBT layer having a thickness of 200 nm. Counter electrode 1 of Pt or the like on the surface of ferroelectric layer 9
1 and 12 are formed. At this time, it is preferable to form a via hole that penetrates through the ferroelectric layer 9 and the insulating layer 8 and reaches a part of the gate electrode 4 so that the electrode 11 is in electrical contact with the gate electrode 4.

【0043】また、電極11とゲート電極4とが基板表
面方向においてオーバーラップするように配置すること
により、電極11の浮遊容量を低減することができる。
Further, by arranging the electrode 11 and the gate electrode 4 so as to overlap in the substrate surface direction, the floating capacitance of the electrode 11 can be reduced.

【0044】図1(B)は、このようにして形成された
強誘電体メモリの等価回路を示す。ソースS、ドレイン
D、ゲートGを有するMOSトランジスタTのゲート電
極Gに、強誘電体キャパシタCF が接続されている。ソ
ースS、ドレインDはそれぞれ第1ビット線B1、第2
ビット線B2に接続し、強誘電体キャパシタCf の他方
の電極はワード線Wに接続する。
FIG. 1B shows an equivalent circuit of the ferroelectric memory thus formed. A ferroelectric capacitor CF is connected to a gate electrode G of a MOS transistor T having a source S, a drain D and a gate G. The source S and the drain D are the first bit line B1 and the second bit line B1, respectively.
Connected to the bit line B2, the other electrode of the ferroelectric capacitor C f is connected to the word line W.

【0045】一対のビット線B1、B2間の導通を調べ
ることにより、記録された情報を知ることができる。ま
た、ビット線B1、B2とワード線Wとの間に一定以上
の電圧を印加することにより、強誘電体キャパシタCf
に情報を書き込むことができる。
The recorded information can be known by checking the conduction between the pair of bit lines B1 and B2. Further, by applying a voltage equal to or more than a certain value between the bit lines B1, B2 and the word line W, the ferroelectric capacitor C f
Information can be written to the

【0046】以下、図1に示す強誘電体メモリの製造プ
ロセスを図2(AV)〜図3(CP)を参照して説明す
る。図2(AV)〜図3(CP)において、(AV)、
(BV)、(CV)はそれぞれ断面図を示し、(A
P)、(BP)、(CP)はそれぞれ平面図を示す。
Hereinafter, a manufacturing process of the ferroelectric memory shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 (AV) to 3 (CP). 2 (AV) to 3 (CP), (AV),
(BV) and (CV) show cross-sectional views, respectively, and (A)
(P), (BP), and (CP) show plan views, respectively.

【0047】図2(AV)、(AP)に示すように、p
型シリコン基板1の表面上にLOCOSによりフィール
ド酸化膜2を形成した後、活性領域表面上に厚さ10n
mのゲート酸化膜3を熱酸化により作成する。フィール
ド酸化膜2、ゲート酸化膜3の表面上に厚さ約200n
mの多結晶シリコン層4を例えば化学気相堆積(CV
D)により形成する。この多結晶シリコン層4は、n型
不純物をドープしたn型領域とする。
As shown in FIGS. 2 (AV) and (AP), p
Field oxide film 2 is formed on the surface of the active silicon substrate 1 by LOCOS, and then a thickness of 10 n
m gate oxide film 3 is formed by thermal oxidation. About 200 n thick on the surfaces of the field oxide film 2 and the gate oxide film 3
m of polycrystalline silicon layer 4 is formed, for example, by chemical vapor deposition (CV).
D). This polycrystalline silicon layer 4 is an n-type region doped with an n-type impurity.

【0048】多結晶シリコン層4をレジストパターンを
用いたホトリソグラフィによりパターニングし、ゲート
酸化膜3からフィールド酸化膜2上に延在するゲート電
極4を作成する。ゲート電極4をマスクとして用い、n
型不純物をイオン注入し、n型のソース/ドレイン領域
を形成する(図1(A)参照)。イオン注入は、例えば
Asイオンを用い、加速エネルギ30keV、ドーズ量
1×1015cm-2の条件でほぼ垂直方向から行う。
The polycrystalline silicon layer 4 is patterned by photolithography using a resist pattern to form a gate electrode 4 extending from the gate oxide film 3 onto the field oxide film 2. Using the gate electrode 4 as a mask, n
An n-type source / drain region is formed by ion implantation of a type impurity (see FIG. 1A). The ion implantation is performed from a substantially vertical direction using, for example, As ions under the conditions of an acceleration energy of 30 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 .

【0049】図2(BV)、(BP)に示すように、ゲ
ート電極4を覆うようにシリコン酸化膜8をCVDによ
り作成する。シリコン酸化膜8作成後、表面を化学機械
研磨(CMP)により平坦化する。CMPは、例えばロ
デール社の商品名SC112を用いて行う。
As shown in FIGS. 2B and 2B, a silicon oxide film 8 is formed by CVD so as to cover the gate electrode 4. After forming the silicon oxide film 8, the surface is flattened by chemical mechanical polishing (CMP). The CMP is performed using, for example, a trade name SC112 of Rodale.

【0050】図2(CV)、(CP)に示すように、表
面を平坦化したシリコン酸化膜8の表面上に、例えば厚
さ200nmのSBT層9を形成する。SBT層は、例
えばゾルゲル法により形成することができる。基板表面
上に出発原料となる混合アルコキシド溶液をスピン塗布
し、温度250℃で乾燥させる。この工程を4回繰り返
し、その後O2 雰囲気中、温度800℃で30分間の結
晶化アニールを行う。
As shown in FIGS. 2C and 2C, an SBT layer 9 having a thickness of, for example, 200 nm is formed on the surface of the silicon oxide film 8 whose surface is flattened. The SBT layer can be formed by, for example, a sol-gel method. A mixed alkoxide solution as a starting material is spin-coated on the substrate surface, and dried at a temperature of 250 ° C. This step is repeated four times, and then crystallization annealing is performed at a temperature of 800 ° C. for 30 minutes in an O 2 atmosphere.

【0051】強誘電体層9表面上にレジストパターンを
形成し、例えばCF4 とArの混合ガスを用いた反応性
イオンエッチング(RIE)により、強誘電体層をパタ
ーニングしてキャパシタの強誘電体層9を作成する。
A resist pattern is formed on the surface of the ferroelectric layer 9, and the ferroelectric layer is patterned by, for example, reactive ion etching (RIE) using a mixed gas of CF 4 and Ar to form a ferroelectric layer of the capacitor. Create layer 9.

【0052】図3(AV)、(AP)に示すように、強
誘電体層9を覆うようにシリコン酸化膜10をCVDに
より作成する。シリコン酸化膜10の表面上に、レジス
トパターンを作成し、ゲート電極4に達するビヤホール
VHを形成する。その後レジストパターンは除去する。
As shown in FIGS. 3 (AV) and (AP), a silicon oxide film 10 is formed by CVD so as to cover the ferroelectric layer 9. A resist pattern is formed on the surface of the silicon oxide film 10, and a via hole VH reaching the gate electrode 4 is formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

【0053】図3(BV)、(BP)に示すように、さ
らにCVDによるシリコン酸化膜10も除去する。この
時、シリコン酸化膜10のエッチングと共に、シリコン
酸化膜8も若干エッチングされることは避け難いが、シ
リコン酸化膜10の厚さを薄く選択しておくことによ
り、シリコン酸化膜8の形状はほぼ変化しないように保
つことができる。
As shown in FIGS. 3 (BV) and 3 (BP), the silicon oxide film 10 is further removed by CVD. At this time, it is inevitable that the silicon oxide film 8 is slightly etched together with the etching of the silicon oxide film 10. However, by selecting the thickness of the silicon oxide film 10 to be small, the shape of the silicon oxide film 8 can be substantially reduced. It can be kept unchanged.

【0054】図3(CV)、(CP)に示すように、ビ
ヤホールVHを形成した基板表面上に、Ti層12a、
TiN層12b、Al層12cの積層からなるアルミニ
ウム配線層を形成し、パターニングすることによってキ
ャパシタの対向電極11、12を作成する。Ti層12
aは密着性を改良するために役立ち、TiN層12bは
AlとSiの固相拡散を防止するバリア層として機能す
る。
As shown in FIGS. 3 (CV) and 3 (CP), a Ti layer 12a is formed on the substrate surface on which the via holes VH are formed.
The counter electrodes 11, 12 of the capacitor are formed by forming and patterning an aluminum wiring layer composed of a laminate of the TiN layer 12b and the Al layer 12c. Ti layer 12
a serves to improve the adhesion, and the TiN layer 12b functions as a barrier layer for preventing solid phase diffusion of Al and Si.

【0055】図3(CP)に示すように、強誘電体層9
の表面上で電極11、12が対向している部分が強誘電
体キャパシタCf を構成する。
As shown in FIG. 3C, the ferroelectric layer 9
Part electrodes 11 and 12 on the surface of the faces constitute a ferroelectric capacitor C f.

【0056】なお、SBTでキャパシタ誘電体層を作成
する場合を説明したが、他の強誘電体を用いることもで
きる。例えば、SBTの代わりにPZTを用いてもよ
い。PZTは、SBTと較べてもさらに大きな誘電率を
有する。強誘電体層を形成する強誘電体は、その下に配
置される絶縁層(酸化シリコンの場合誘電率約4)に比
べ、10倍以上の誘電率を有することが好ましい。ほぼ
強誘電体層のみをキャパシタ誘電体層とするために、対
向電極11、12間の間隔は、強誘電体層9の厚さの3
倍以下とすることが好ましい。強誘電体キャパシタと下
の半導体デバイス構造とを電気的に分離する場合には、
絶縁体層8の厚さは最も薄い部分でも10nm以上の厚
さを有することが好ましい。
Although the case where the capacitor dielectric layer is formed by SBT has been described, other ferroelectrics can be used. For example, PZT may be used instead of SBT. PZT has an even higher dielectric constant than SBT. The ferroelectric material forming the ferroelectric layer preferably has a dielectric constant 10 times or more that of the insulating layer (the dielectric constant of silicon oxide is approximately 4 in the case of silicon oxide) disposed thereunder. In order to make almost only the ferroelectric layer a capacitor dielectric layer, the distance between the counter electrodes 11 and 12 should be 3 times the thickness of the ferroelectric layer 9.
It is preferable to set it to twice or less. When electrically separating the ferroelectric capacitor from the underlying semiconductor device structure,
The thickness of the insulator layer 8 is preferably at least 10 nm even at the thinnest part.

【0057】上記実施例においては、MOSトランジス
タの上部を絶縁体層8、強誘電体層9で覆い、強誘電体
層9の上に対向電極11、12を設けた。対向電極1
1、12は、強誘電体層9の表面上に形成する必要があ
るが、強誘電体層9の上部表面上に設ける必要はない。
In the above embodiment, the upper part of the MOS transistor was covered with the insulator layer 8 and the ferroelectric layer 9, and the counter electrodes 11 and 12 were provided on the ferroelectric layer 9. Counter electrode 1
1 and 12 need to be formed on the surface of the ferroelectric layer 9, but need not be provided on the upper surface of the ferroelectric layer 9.

【0058】図6は、本発明の他の実施例による強誘電
体メモリの構成を示す断面図である。本実施例において
は、図1に示す実施例と同様に、シリコン基板1表面に
フィールド酸化膜2を形成した後、フィード酸化膜2で
囲まれた活性領域内にゲート絶縁膜3、ゲート電極4、
ソース領域5、ドレイン領域6を有するMOSトランジ
スタを形成し、その表面を覆うように絶縁層8を設け
る。絶縁層8の表面内に、対向電極11、12を設け、
対向電極11、12の表面と絶縁層8の表面とが同一平
面を有するようにする。
FIG. 6 is a sectional view showing a structure of a ferroelectric memory according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, after forming a field oxide film 2 on the surface of a silicon substrate 1, a gate insulating film 3 and a gate electrode 4 are formed in an active region surrounded by a feed oxide film 2. ,
A MOS transistor having a source region 5 and a drain region 6 is formed, and an insulating layer 8 is provided so as to cover the surface. Counter electrodes 11, 12 are provided on the surface of the insulating layer 8,
The surfaces of the counter electrodes 11 and 12 and the surface of the insulating layer 8 are coplanar.

【0059】このような構成は、たとえば絶縁層8の一
部をまず成膜し、その表面上に対向電極11、12を形
成し、対向電極11、12を覆うように絶縁層8の残り
の部分を成膜し、平坦化処理を行うことによって形成す
ることができる。
In such a configuration, for example, a part of the insulating layer 8 is formed first, the opposing electrodes 11 and 12 are formed on the surface thereof, and the remaining part of the insulating layer 8 is covered so as to cover the opposing electrodes 11 and 12. The portion can be formed by forming a film and performing a planarization process.

【0060】対向電極11、12および絶縁層8の表面
を覆うように、強誘電体層9を成膜する。このようにし
て、図6に示すように、絶縁体層8中に埋め込まれた対
向電極11、12を有する強誘電体メモリが得られる。
The ferroelectric layer 9 is formed so as to cover the surfaces of the opposing electrodes 11 and 12 and the insulating layer 8. In this way, a ferroelectric memory having the counter electrodes 11 and 12 embedded in the insulator layer 8 is obtained as shown in FIG.

【0061】図7は、図1(A)、図6に示すような強
誘電体メモリを用いて構成される強誘電体メモリ装置の
回路図を示す。図中縦方向にビット線BLm、BLm+
1、…が複数本配置され、図中横方向にワード線WL
n、WLn+1、…が複数本設けられる。さらに、複数
のソース線SLn、SLn+1、…が図中横方向に設け
られる。
FIG. 7 is a circuit diagram of a ferroelectric memory device constituted by using a ferroelectric memory as shown in FIGS. Bit lines BLm, BLm +
.. Are arranged, and word lines WL are arranged in the horizontal direction in FIG.
, WLn + 1,... are provided in plurality. Further, a plurality of source lines SLn, SLn + 1,... Are provided in the horizontal direction in the figure.

【0062】ビット線BLは、ビット線制御回路BLC
に接続されると共に、センス回路SCに接続される。ワ
ード線WLは、ワード線制御回路WLCに接続される。
ソース線SLは、ソース線制御回路SLCに接続され
る。
The bit line BL is connected to a bit line control circuit BLC
And to the sense circuit SC. Word line WL is connected to word line control circuit WLC.
Source line SL is connected to source line control circuit SLC.

【0063】ビット線制御回路BLC、ワード線制御回
路WLC、ソース線制御回路SLCは、それぞれビット
線BL、ワード線WL、ソース線SLの電位を制御す
る。センス回路SCは、ビット線BLに流れる電流を検
出する。
The bit line control circuit BLC, word line control circuit WLC, and source line control circuit SLC control the potentials of the bit line BL, word line WL, and source line SL, respectively. The sense circuit SC detects a current flowing through the bit line BL.

【0064】なお、図1(A)、図6の強誘電体メモリ
に種々の変更を行ってもよい。たとえば、MOSトラン
ジスタの代わりに他の絶縁ゲート型電界効果型トランジ
スタを用いてもよい。強誘電体にSBT、PZT以外の
強誘電体を用いてもよい。強誘電体キャパシタの電極に
Pt以外の導電材料を用いてもよい。その他種々の変更
が可能である。メモリセルの回路形式も図7に示すもの
に限られない。
Various changes may be made to the ferroelectric memory of FIGS. 1A and 6. For example, another insulated gate field effect transistor may be used instead of the MOS transistor. A ferroelectric material other than SBT and PZT may be used as the ferroelectric material. A conductive material other than Pt may be used for the electrode of the ferroelectric capacitor. Various other changes are possible. The circuit format of the memory cell is not limited to that shown in FIG.

【0065】図9(A)〜(D)は、本発明の実施例に
よる新規なメモリセルを示す。図9(A)は、1メモリ
セルの回路形式を示し、図9(B)、(C)は書き込み
動作、読み出し動作を示すグラフであり、図9(D)は
読み出し電流を示すグラフである。
FIGS. 9A to 9D show a novel memory cell according to an embodiment of the present invention. 9A shows a circuit format of one memory cell, FIGS. 9B and 9C are graphs showing a write operation and a read operation, and FIG. 9D is a graph showing a read current. .

【0066】図9(A)において、絶縁ゲート型電界効
果トランジスタTは、絶縁ゲートG、ソースS、ドレイ
ンDを有する。絶縁ゲートGとドレインDとの間には、
強誘電体キャパシタCf が接続されている。このように
して、ダイオード接続された絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタが形成される。
In FIG. 9A, an insulated gate field effect transistor T has an insulated gate G, a source S, and a drain D. Between the insulated gate G and the drain D,
The ferroelectric capacitor Cf is connected. Thus, a diode-connected insulated gate field effect transistor is formed.

【0067】さらに、絶縁ゲートGとソースSとの間に
は、容量Cgsが接続されている。この容量Cgsは、キャ
パシタを外付けしなくても、トランジスタTの絶縁ゲー
トGとソースSとの間に形成される絶縁ゲート・ソース
間容量によって形成することができる。ソースS・ドレ
インD間に電圧を印加した時に、強誘電体キャパシタC
f に印加される電圧成分を決定するカップリング比 R
=Cgs/(Cgs+Cf)は0.2以上とすることが好ま
しい。ドレインDはビット線BLに接続され、ソースS
はワード線WLに接続される。
Further, a capacitance C gs is connected between the insulated gate G and the source S. This capacitance C gs can be formed by the capacitance between the insulated gate and the source formed between the insulated gate G and the source S of the transistor T without externally attaching a capacitor. When a voltage is applied between the source S and the drain D, the ferroelectric capacitor C
Coupling ratio R that determines the voltage component applied to f
= C gs / (C gs + C f ) is preferably 0.2 or more. The drain D is connected to the bit line BL, and the source S
Are connected to a word line WL.

【0068】以下、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
Tが、nチャネルである場合を仮定する。ソースSとド
レインDの間に電圧Vが印加されると、この電圧は2つ
のキャパシタCgsとCf によって電圧分割されると考え
ることができる。強誘電体キャパシタCf に印加される
電圧をVf とする。
Hereinafter, it is assumed that the insulated gate field effect transistor T is an n-channel transistor. When a voltage V is applied between the source S and the drain D, this voltage can be considered to be divided by two capacitors C gs and C f . The voltage applied to the ferroelectric capacitor Cf is defined as Vf .

【0069】図9(B)は、強誘電体キャパシタCf
印加電圧Vf に対する分極Pを示すグラフである。破線
で示すヒステリシスカーブは、充分飽和するまで分極を
生じさせた場合のヒステリシス特性を示す。実線で示す
ヒステリシスカーブはメモリ動作に用いるヒステリシス
特性を示す。3本の直線Cgs・(V−Vf )は、キャパ
シタCgsを負荷とした時の負荷直線であり、ソースS、
ドレインD間に電圧V=+Vcc、0、−Vccを印加
した時を示す。一旦+Vccを印加した後は、印加電圧
Vを“0”に戻しても、“1”の残留分極が残ってお
り、一旦−Vccを印加した後は、印加電圧Vを“0”
に戻しても“0”を表す残留分極が残る。
[0069] Figure 9 (B) is a graph showing the polarization P versus the applied voltage V f of the ferroelectric capacitor C f. A hysteresis curve indicated by a broken line shows a hysteresis characteristic in a case where polarization is caused until saturation occurs. A hysteresis curve indicated by a solid line indicates a hysteresis characteristic used for a memory operation. The three straight lines C gs · (V−V f ) are load straight lines when the capacitor C gs is used as a load.
This shows a case where voltages V = + Vcc, 0, and -Vcc are applied between the drains D. Once + Vcc is applied, even if the applied voltage V is returned to "0", the residual polarization of "1" remains, and once -Vcc is applied, the applied voltage V is changed to "0".
, The residual polarization representing "0" remains.

【0070】図9(C)は、読み出し特性を示すグラフ
である。図9(B)に示すように、強誘電体キャパシタ
f には残留分極が生じているとする。メモリ読み出し
時には、書き込み電圧+Vccよりも小さな電圧+Vr
が印加される。読み出し電圧+Vrが印加された状態で
は、強誘電体キャパシタCf が“0”であれば、強誘電
体キャパシタCf の分極が“0”に変化し、“1”であ
れば正極性の分極がさらに増加する。この分極量の差に
応じて絶縁ゲート型電界効果トランジスタTの導電度が
変化し、記憶された情報を読み出すことができる。
FIG. 9C is a graph showing read characteristics. As shown in FIG. 9 (B), the ferroelectric capacitor C f and residual polarization occurs. At the time of memory reading, a voltage + Vr smaller than the writing voltage + Vcc
Is applied. In a state where reading voltage + Vr is applied, the intensity if the dielectric capacitor C f is "0", strong polarization of the ferroelectric capacitor C f is changed to "0", "1" is long if positive polarization Increases further. The conductivity of the insulated gate field effect transistor T changes according to the difference in the amount of polarization, and the stored information can be read.

【0071】図9(D)は、読み出し電流の変化を示
す。横軸は印加電圧Vを示し、縦軸は絶縁ゲート型電界
効果トランジスタTを流れる電流Iを示す。書き込まれ
た情報が“1”の場合、残留分極によりチャネルが発生
しており、電圧Vを増加させると直ちに電流Iは増大す
る。
FIG. 9D shows a change in the read current. The horizontal axis indicates the applied voltage V, and the vertical axis indicates the current I flowing through the insulated gate field effect transistor T. When the written information is "1", a channel is generated due to the remanent polarization, and the current I increases as soon as the voltage V is increased.

【0072】これに対し、書き込まれた情報が“0”の
場合、電圧Vを印加しても直ちには電流Iは流れない。
印加電圧Vが読み出し電圧Vrの時、流れる電流は微弱
である。このように、書き込まれた情報が“1”か
“0”であるかによってトランジスタTに流れる電流I
は大幅に変化する。この電流の差を検出することによ
り、情報を読み出すことができる。なお、書込み時には
印加電圧をパルス状とし、電力消費を押えることが好ま
しい。
On the other hand, when the written information is “0”, the current I does not immediately flow even when the voltage V is applied.
When the applied voltage V is the read voltage Vr, the flowing current is weak. Thus, the current I flowing through the transistor T depends on whether the written information is “1” or “0”.
Varies significantly. Information can be read by detecting the difference between the currents. In writing, it is preferable that the applied voltage be pulsed to suppress power consumption.

【0073】図10(A)、(B)は、メモリセルアレ
イの構成と動作を示す。図10(A)はメモリセルアレ
イの構成を示すブロック図であり、図10(B)はワー
ド線WL、ビット線BLに印加する電圧を示すグラフで
ある。実際の印加電圧はパルス波形であるが、説明を簡
単にするため直流波形的に示す。
FIGS. 10A and 10B show the configuration and operation of the memory cell array. FIG. 10A is a block diagram illustrating a configuration of a memory cell array, and FIG. 10B is a graph illustrating voltages applied to word lines WL and bit lines BL. The actual applied voltage has a pulse waveform, but is shown as a DC waveform for simplicity.

【0074】図10(A)において、複数のビット線B
Lが並列に図中縦方向に配置されている。複数のワード
線WLは、ビット線BLと交差するように、図中水平方
向に並列に配置されている。ビット線BLとワード線W
Lの各交点には、図9(A)に示したメモリセルMCが
接続されている。ビット線BLはビット線制御回路BL
Cに接続され、ビット線制御信号を供給される。ビット
線BLは、図中下方においてセンス回路SCに接続さ
れ、ビット線を流れる電流が検出される。ワード線WL
は、ワード線制御回路WLCに接続され、ワード線制御
信号が供給される。
In FIG. 10A, a plurality of bit lines B
L are arranged in parallel in the vertical direction in the figure. The plurality of word lines WL are arranged in parallel in the horizontal direction in the figure so as to intersect with the bit lines BL. Bit line BL and word line W
The memory cell MC shown in FIG. 9A is connected to each intersection of L. The bit line BL is a bit line control circuit BL
C and supplied with a bit line control signal. The bit line BL is connected to the sense circuit SC at the bottom in the figure, and a current flowing through the bit line is detected. Word line WL
Are connected to a word line control circuit WLC and supplied with a word line control signal.

【0075】読み出し時には、読み出すべきメモリセル
に接続されたビット線BLとワード線WLの間に図9
(D)に示すような読み出し電圧Vrを印加し、他のメ
モリセルにはより小さな電圧しか印加されないようにす
ることによって所望のメモリセルの情報を読み出すこと
ができる。
At the time of reading, between the bit line BL and the word line WL connected to the memory cell to be read, FIG.
By applying a read voltage Vr as shown in (D) and applying a smaller voltage to other memory cells, information of a desired memory cell can be read.

【0076】図10(B)は、書き込み時の信号波形を
示す。図中上方にワード線WLに印加する信号波形を示
し、下方にビット線BLに印加する信号波形を示す。ワ
ード線WLの信号波形は、接地電位0、基準電位Vcc
および2Vcc/3、4Vcc/3を含む4準位であ
る。ビット線BLの信号波形は、基準電位VccとVc
c/3の2準位である。
FIG. 10B shows a signal waveform at the time of writing. The upper part of the figure shows the signal waveform applied to the word line WL, and the lower part shows the signal waveform applied to the bit line BL. The word line WL has a signal waveform of ground potential 0, reference potential Vcc.
And 4 levels including 2 Vcc / 3 and 4 Vcc / 3. The signal waveform of the bit line BL has reference potentials Vcc and Vc
It is two levels of c / 3.

【0077】1本のワード線を選択し、このワード線に
接続されたメモリセルに所望の情報を書き込む場合を想
定する。時間領域IIIAは、ワード線の選択状態を示
す。選択したワード線の電位を接地電位“0”とし、非
選択ワード線を基準電位Vccとする。また、全てのビ
ット線BLは基準電位Vccとする。
It is assumed that one word line is selected and desired information is written to a memory cell connected to the word line. Time region IIIA indicates the selected state of the word line. The potential of the selected word line is set to the ground potential “0”, and the non-selected word lines are set to the reference potential Vcc. All bit lines BL are set to the reference potential Vcc.

【0078】図11(A)がワード線選択状態を示す。
選択されたワード線WLにのみ接地電位“0”が与えら
れ、その他のワード線およびビット線には基準電位Vc
cが与えられている。したがって、選択されたワード線
に接続された全てのメモリセルに電圧+Vccが印加さ
れる。この印加電圧により、選択されたワード線に接続
された全てのメモリセルに“1”が書き込まれる。
FIG. 11A shows a word line selection state.
The ground potential “0” is applied only to the selected word line WL, and the reference potential Vc is applied to the other word lines and bit lines.
c is given. Therefore, voltage + Vcc is applied to all memory cells connected to the selected word line. With this applied voltage, “1” is written to all the memory cells connected to the selected word line.

【0079】図10(B)において、時間領域IIIA
から時間領域IIIBに進行すると、選択されたワード
線WLの電位は接地電位に保たれたまま、非選択された
ワード線の電位が基準電位Vccよりも低い2Vcc/
3に変更される。また、ビット線BLにおいては“1”
を書き込むべきビット線は基準電位Vccに保たれたま
ま、その他のビット線の電位はVcc/3に変更され
る。
In FIG. 10B, the time domain IIIA
From time region IIIB to the time region IIIB, the potential of the unselected word line WL is lower than the reference potential Vcc by 2 Vcc / while the potential of the selected word line WL is kept at the ground potential.
Changed to 3. Further, “1” is set in the bit line BL.
Are kept at the reference potential Vcc, and the potentials of the other bit lines are changed to Vcc / 3.

【0080】図11(B)が時間領域IIIBの状態を
示す。“1”を書き込むべきメモリセルには+Vccが
引続き与えられるのに対し、その他のメモリセルには+
Vcc/3または−Vcc/3の電位が与えられてい
る。このような電圧印加により、“1”を書き込むべき
メモリセルには確実に“1”が書き込まれるのに対し、
その他のメモリセルの状態は大きな影響を受けない。
FIG. 11B shows a state in the time domain IIIB. + Vcc is continuously applied to the memory cell to which "1" is to be written, while + Vcc is applied to the other memory cells.
A potential of Vcc / 3 or -Vcc / 3 is applied. By applying such a voltage, "1" is surely written to the memory cell to which "1" is to be written, while
Other memory cell states are not significantly affected.

【0081】図10(B)において、時間領域IIIB
から時間領域IIICに変化すると、選択されたワード
線の電位が接地電位から4Vcc/3に変更される。非
選択ワード線の電位は変化しない。また、ビット線BL
の電位は時間領域IIIBと同様に保たれる。
In FIG. 10B, the time domain IIIB
, The potential of the selected word line is changed from the ground potential to 4 Vcc / 3. The potential of the unselected word line does not change. Also, the bit line BL
Is maintained in the same manner as in the time domain IIIB.

【0082】図11(C)が時間領域IIICの状態を
示す。選択されたワード線の電位が“0”から4Vcc
/3に変更されることにより、選択されたワード線に接
続されたメモリセルのうち、“1”を書き込むべきメモ
リセル以外のメモリセル(“0”を書き込むべきメモリ
セル)に−Vccが印加され、“0”が書き込まれる。
その他のメモリセルには、+Vcc/3または−Vcc
/3の電位しか与えられない。
FIG. 11C shows a state in the time domain IIIC. The potential of the selected word line changes from "0" to 4 Vcc
By changing to // 3, -Vcc is applied to memory cells other than those to which "1" is to be written (memory cells to which "0" is to be written) among the memory cells connected to the selected word line. And "0" is written.
Other memory cells include + Vcc / 3 or -Vcc
Only a potential of / 3 is applied.

【0083】このような書き込み方法を実行することに
より、ディスターブ耐性の大きな書き込み特性が得られ
る。また、“1”の書き込みと“0”の書き込みとを選
択されたワード線WLの電位を変更するのみで行えるた
め、回路構成を簡単化できる。
By executing such a writing method, a writing characteristic with a large disturbance resistance can be obtained. Further, the writing of “1” and the writing of “0” can be performed only by changing the potential of the selected word line WL, so that the circuit configuration can be simplified.

【0084】図12(A)、(B)は、上述の回路形式
を実現するのに適したメモリセルの構成を示す。図12
(A)は、断面図を示し、図12(B)は上面図を示
す。図12(B)中のXII A−XII Aに沿う断面が、図
12(A)の断面に相当する。
FIGS. 12A and 12B show a configuration of a memory cell suitable for realizing the above-described circuit format. FIG.
12A shows a cross-sectional view, and FIG. 12B shows a top view. A cross section along XII A-XII A in FIG. 12B corresponds to the cross section in FIG.

【0085】p型シリコン基板1の表面上に、周知のL
OCOSにより、フィールド酸化膜2を形成する。フィ
ールド酸化膜2で囲まれた各活性領域内に、一対の絶縁
ゲート型電界効果トランジスタを作成する。
On the surface of the p-type silicon substrate 1, a well-known L
A field oxide film 2 is formed by OCOS. A pair of insulated gate field effect transistors are formed in each active region surrounded by the field oxide film 2.

【0086】絶縁ゲート型電界効果トランジスタとし
て、たとえばMOSトランジスタを用いる。各活性領域
内に、ゲート酸化膜3を形成した後、その上に一対のゲ
ート電極4を多結晶シリコン層で形成する。ゲート電極
4の上には、強誘電体キャパシタの電極として適した性
質を有する底部電極18が形成される。図示の構成にお
いては、ゲート電極4と底部電極18がゲート電極構造
を構成している。
As an insulated gate field effect transistor, for example, a MOS transistor is used. After a gate oxide film 3 is formed in each active region, a pair of gate electrodes 4 is formed thereon with a polycrystalline silicon layer. On the gate electrode 4, a bottom electrode 18 having properties suitable for an electrode of a ferroelectric capacitor is formed. In the configuration shown, the gate electrode 4 and the bottom electrode 18 constitute a gate electrode structure.

【0087】ゲート電極構造をマスクとし、ソース領域
5、ドレイン領域6を作成するためのイオン注入を行
う。ここで、ゲート・ソース間容量Cgsを大きくしてカ
ップリング比Rを大きくするため、イオン注入を2段階
に分け、ソース領域5とドレイン領域6を別々のイオン
注入で作成する。
Using the gate electrode structure as a mask, ion implantation for forming the source region 5 and the drain region 6 is performed. Here, in order to increase the coupling ratio R by increasing the gate-source capacitance C gs , ion implantation is divided into two stages, and the source region 5 and the drain region 6 are formed by separate ion implantation.

【0088】たとえば、レジストマスク等によりドレイ
ン領域を形成すべき領域をマスクし、入射角60度、加
速エネルギ60keV、ドーズ量1×1015cm-2の条
件でAsイオンを基板を回転させながら注入する。入射
角を60度にすることにより、注入されたAsイオン
は、ゲート電極下方にまで分布する。このため、作成さ
れるソース領域5とゲート電極4との間に積極的に容量
gsが形成される。
For example, a region where a drain region is to be formed is masked with a resist mask or the like, and As ions are implanted while rotating the substrate under the conditions of an incident angle of 60 degrees, an acceleration energy of 60 keV, and a dose of 1 × 10 15 cm −2. I do. By setting the incident angle to 60 degrees, the implanted As ions are distributed below the gate electrode. Therefore, the capacitance C gs is positively formed between the source region 5 and the gate electrode 4 to be formed.

【0089】ソース領域をレジストマスク等でマスク
し、ドレイン領域を形成すべき領域を露出して、ほぼ垂
直方向から加速エネルギ30keV、ドーズ量1×10
15cm -2の条件でAsイオンを注入する。このイオン注
入により、一対のドレイン領域6が形成される。イオン
注入方向を垂直とするため、ドレイン領域6は若干ゲー
ト電極4の下方にも延在するが、基板表面に射影した
時、ドレイン領域6がゲート電極とオーバラップする量
(面積)はソース領域5がゲート電極とオーバラップす
る量(面積)と較べ著しく小さくなる。従って、ソース
・ゲート間容量はドレイン・ゲート間容量よりも大き
い。
The source region is masked with a resist mask or the like.
Exposing the region where the drain region is to be formed,
Acceleration energy 30 keV from a direct direction, dose 1 × 10
Fifteencm -2As ions are implanted under the following conditions. This ion injection
As a result, a pair of drain regions 6 are formed. ion
Since the injection direction is vertical, the drain region 6 is slightly gated.
Extends below the contact electrode 4 but projects on the substrate surface.
Time, the amount by which the drain region 6 overlaps with the gate electrode
(Area) is that the source region 5 overlaps the gate electrode.
It becomes significantly smaller than the amount (area). Therefore, the source
・ Gate-to-gate capacitance is larger than drain-to-gate capacitance
No.

【0090】基板表面上には、一旦絶縁膜17が形成さ
れ、ドレイン領域6に達する開口が形成される。この開
口内にドレイン電極を兼ねるビット線19が形成され
る。ビット線19は、強誘電体キャパシタの底部電極も
兼ねる。絶縁ゲート電極上の底部電極18、絶縁層1
7、ビット線19の表面を研磨し、平坦な同一面を形成
し、その上に強誘電体層20を形成する。強誘電体層2
0は、平坦な表面上に形成されるため、その特性を安定
化しやすい。強誘電体膜20を形成した後、必要に応
じ、その不要部分を除去する。
An insulating film 17 is once formed on the substrate surface, and an opening reaching drain region 6 is formed. A bit line 19 also serving as a drain electrode is formed in this opening. The bit line 19 also serves as a bottom electrode of the ferroelectric capacitor. Bottom electrode 18 on insulating gate electrode, insulating layer 1
7. The surface of the bit line 19 is polished to form a flat same surface, and the ferroelectric layer 20 is formed thereon. Ferroelectric layer 2
Since 0 is formed on a flat surface, its characteristics are easily stabilized. After forming the ferroelectric film 20, unnecessary portions thereof are removed as necessary.

【0091】強誘電体層20を覆ってさらに絶縁層21
が形成される。絶縁層21、17を貫通する開口がソー
ス領域5に達するまで形成され、ソース領域5と電気的
に接続されたワード線22が形成される。
The insulating layer 21 covers the ferroelectric layer 20.
Is formed. An opening penetrating through the insulating layers 21 and 17 is formed until reaching the source region 5, and a word line 22 electrically connected to the source region 5 is formed.

【0092】図12(B)で示すように、図中横方向に
ワード線22が延在し、その下には強誘電体層20が延
在する。強誘電体層20の下に、図中縦方向にビット線
19が延在する。コンタクトホール23は、ワード線2
2とソース領域5とのコンタクト領域を示す。また、1
つのメモリセルMCに相当する領域を破線で囲んで示
す。
As shown in FIG. 12B, a word line 22 extends in the horizontal direction in the figure, and a ferroelectric layer 20 extends below it. The bit line 19 extends below the ferroelectric layer 20 in the vertical direction in the figure. The contact hole 23 is connected to the word line 2
2 shows a contact region between the semiconductor device 2 and the source region 5. Also, 1
An area corresponding to one memory cell MC is indicated by a broken line.

【0093】図12(A)、(B)に示すようなメモリ
セルを製造する製造プロセスを、図13(A)〜図15
(C)を参照して説明する。
The manufacturing process for manufacturing the memory cell as shown in FIGS. 12A and 12B will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.

【0094】図13(A)に示すように、p型シリコン
基板1の表面上にフィールド酸化膜を形成した後、ゲー
ト酸化膜3を約10nm形成し、その上に多結晶シリコ
ン層を厚さ200nm程度堆積する。多結晶シリコン層
をパターニングすることにより、ゲート電極4を形成す
る。ゲート電極4および必要に応じてレジストパターン
をマスクとし、ソース領域5、ドレイン領域6を形成す
るイオン注入を行う。
As shown in FIG. 13A, after a field oxide film is formed on the surface of a p-type silicon substrate 1, a gate oxide film 3 is formed to a thickness of about 10 nm, and a polycrystalline silicon layer is formed thereon. Deposit about 200 nm. The gate electrode 4 is formed by patterning the polycrystalline silicon layer. Using the gate electrode 4 and, if necessary, a resist pattern as a mask, ion implantation for forming the source region 5 and the drain region 6 is performed.

【0095】なお、ゲート電極4とソース領域5のオー
バラップ量を大きくするためには、ソース領域5に対す
るイオン注入を入射角60度、加速エネルギ60ke
V、ドーズ量1×1015cm-2の条件でAsイオンを注
入することにより行い、ドレイン領域6を形成するイオ
ン注入は垂直方向から加速エネルギ30keV、ドーズ
量1×1015cm-2の条件でAsイオンを注入すること
により行えばよい。
In order to increase the amount of overlap between the gate electrode 4 and the source region 5, ion implantation into the source region 5 is performed at an incident angle of 60 degrees and an acceleration energy of 60 ke.
V and a dose of 1 × 10 15 cm −2 are implanted by implanting As ions. The ion implantation for forming the drain region 6 is performed under the conditions of an acceleration energy of 30 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 from the vertical direction. It may be performed by implanting As ions.

【0096】図13(B)に示すように、ゲート電極4
を覆うように、CVDにより酸化シリコン膜17aを形
成する。酸化シリコン膜17aを形成した後、表面を化
学機械研磨(CMP)により平坦化する。
As shown in FIG. 13B, the gate electrode 4
A silicon oxide film 17a is formed by CVD so as to cover. After forming the silicon oxide film 17a, the surface is flattened by chemical mechanical polishing (CMP).

【0097】図13(C)に示すように、ソース領域
5、ドレイン領域6を露出する開口をシリコン酸化膜1
7aを貫通して形成し、基板表面上に多結晶シリコン層
30をCVDにより堆積し、開口を埋め戻す。
As shown in FIG. 13C, an opening exposing the source region 5 and the drain region 6 is formed in the silicon oxide film 1.
7a, a polycrystalline silicon layer 30 is deposited on the surface of the substrate by CVD, and the opening is filled back.

【0098】図13(D)に示すように、再び表面側か
らCMPを行うことにより、ゲート電極4を露出させ
る。CMP後の表面は、ゲート電極4、酸化シリコン層
17a、ソース5、ドレイン6に接続された多結晶シリ
コンのプラグ30a、30bが同一平面を形成してい
る。
As shown in FIG. 13D, the gate electrode 4 is exposed by performing CMP again from the front side. On the surface after the CMP, polycrystalline silicon plugs 30a and 30b connected to the gate electrode 4, the silicon oxide layer 17a, the source 5, and the drain 6 form the same plane.

【0099】図14(A)に示すように、同一面を形成
した基板表面上に、TiN/Ti積層で形成された下層
電極18a、Ptで形成された主電極18bを形成す
る。下層電極18aのうち、Ti層は密着性を良くする
ための層であり、TiN層は拡散バリア層として機能す
る。Ptの主電極層18bは、強誘電体とのコンタクト
特性の優れた電極を形成する。
As shown in FIG. 14A, a lower electrode 18a formed of a TiN / Ti laminate and a main electrode 18b formed of Pt are formed on the same surface of the substrate. In the lower electrode 18a, the Ti layer is a layer for improving adhesion, and the TiN layer functions as a diffusion barrier layer. The Pt main electrode layer 18b forms an electrode having excellent contact characteristics with the ferroelectric.

【0100】図14(B)に示すように、電極層18
a、18bの積層の上にレジストパターンを形成し、電
極層をパターニングすることにより、ゲート電極4に接
続された底部電極18Aとドレイン領域に接続された底
部電極18Bを形成する。このパターニングは、たとえ
ばCF4 とArの混合ガスを用いた反応性イオンエッチ
ング(RIE)により行うことができる。
As shown in FIG. 14B, the electrode layer 18
By forming a resist pattern on the lamination of a and 18b and patterning the electrode layer, a bottom electrode 18A connected to the gate electrode 4 and a bottom electrode 18B connected to the drain region are formed. This patterning can be performed, for example, by reactive ion etching (RIE) using a mixed gas of CF 4 and Ar.

【0101】電極18A、18Bのパターニングの後、
CVDにより酸化シリコン層17bを堆積し、底部電極
を完全に覆う。
After patterning the electrodes 18A and 18B,
A silicon oxide layer 17b is deposited by CVD to completely cover the bottom electrode.

【0102】図14(C)に示すように、表面からCM
Pを行うことにより、底部電極18A、18Bが露出し
た平坦面を形成する。
As shown in FIG. 14C, the CM
By performing P, a flat surface where the bottom electrodes 18A and 18B are exposed is formed.

【0103】図15(A)に示すように、形成した平坦
面上に、たとえば厚さ200nmのSrBi2 Ta2
9 (SBT)層20を形成する。SBT層は、たとえば
ゾルゲル法により形成することができる。まず出発原料
となる混合アルコキシド溶液をスピン塗布し、温度25
0℃で乾燥させる。この塗布−乾燥工程を4回繰り返す
ことにより、所望の厚さの塗布膜を得る。次に、O2
囲気中温度を800℃とし、30分間の結晶化アニール
処理を行う。
As shown in FIG. 15A, a 200 nm-thick SrBi 2 Ta 2 O film is formed on the formed flat surface.
9 An (SBT) layer 20 is formed. The SBT layer can be formed by, for example, a sol-gel method. First, a mixed alkoxide solution as a starting material is spin-coated, and the temperature is 25 ° C.
Dry at 0 ° C. This coating-drying step is repeated four times to obtain a coating film having a desired thickness. Next, crystallization annealing treatment is performed for 30 minutes at a temperature of 800 ° C. in an O 2 atmosphere.

【0104】このような工程により、強誘電体特性に優
れたSBT層が得られる。SBT層20を形成した後、
SBT層20表面上にレジストパターンを形成し、SB
T層20のパターニングを行う。このパターニングは、
たとえばCF4 とArの混合ガスを用いた反応性イオン
エッチング(RIE)により行うことができる。強誘電
体層20のパターニング後、その表面を覆ってCVDに
より酸化シリコン膜21を堆積する。
By such steps, an SBT layer having excellent ferroelectric properties can be obtained. After forming the SBT layer 20,
Forming a resist pattern on the surface of the SBT layer 20;
The patterning of the T layer 20 is performed. This patterning
For example, it can be performed by reactive ion etching (RIE) using a mixed gas of CF 4 and Ar. After the patterning of the ferroelectric layer 20, a silicon oxide film 21 is deposited over the surface thereof by CVD.

【0105】図15(B)に示すように、ホトリソグラ
フィを用い、シリコン酸化膜21、17bを貫通する開
口を形成し、ソース領域5に接続されたプラグ30aの
表面を露出させる。この開口内に、多結晶シリコン層を
CVDによって堆積することによって開口を埋め戻し、
図13(D)と同様のCMPを行うことにより平坦面を
形成する。開口内にソース引出電極31が形成される。
As shown in FIG. 15B, an opening is formed through the silicon oxide films 21 and 17b by photolithography, and the surface of the plug 30a connected to the source region 5 is exposed. In this opening, the opening is backfilled by depositing a polycrystalline silicon layer by CVD,
A flat surface is formed by performing the same CMP as in FIG. A source extraction electrode 31 is formed in the opening.

【0106】図15(C)に示すように、平坦面上に下
層配線層32a、主配線層32bからなる積層配線層を
形成する。積層配線層をパターニングすることにより、
ワード配線32が形成される。なお、下層配線層32a
は、たとえばTiN/Tiの積層で形成し、主配線層3
2bはAlまたはAl合金で形成する。
As shown in FIG. 15C, a laminated wiring layer including a lower wiring layer 32a and a main wiring layer 32b is formed on a flat surface. By patterning the laminated wiring layer,
A word line 32 is formed. The lower wiring layer 32a
Is formed of, for example, a laminate of TiN / Ti, and the main wiring layer 3
2b is formed of Al or an Al alloy.

【0107】このような製造プロセスによれば、重要な
構成要素を平坦面上に形成するため、安定した特性を得
ることが容易となる。また、MOSトランジスタ構造上
に強誘電体キャパシタが形成されるため、メモリセル当
たりの占有面積を小さくすることができる。
According to such a manufacturing process, since important constituent elements are formed on a flat surface, stable characteristics can be easily obtained. Further, since the ferroelectric capacitor is formed on the MOS transistor structure, the occupied area per memory cell can be reduced.

【0108】図12(A)の構成においては、強誘電体
層の下面上に電極を並べて配置し、強誘電体キャパシタ
を形成した。強誘電体キャパシタは、強誘電体層の上表
面上に電極を並べて配置することによっても形成するこ
とができる。
In the configuration shown in FIG. 12A, electrodes are arranged on the lower surface of the ferroelectric layer to form a ferroelectric capacitor. The ferroelectric capacitor can also be formed by arranging electrodes on the upper surface of the ferroelectric layer.

【0109】図16(A)、(B)は、本発明の他の実
施例によるメモリセルの構成を示す。本メモリセルは、
図12(A)に示すメモリセルと同等の機能を有し、強
誘電体層20の上表面上に対向電極18、19が形成さ
れている。対向電極18、19の表面上には、酸化シリ
コン層21が形成され、ソース領域5に達する開孔23
が形成されている。なお、電極18は図示されていない
位置に形成された導電性プラグ25によってゲート電極
4に接続され、電極19は図示されていないところに形
成されたプラグ26によってドレイン領域6に接続され
る。その他の点は、図12(A)に示す構成と同様であ
る。
FIGS. 16A and 16B show a configuration of a memory cell according to another embodiment of the present invention. This memory cell is
Counter electrodes 18 and 19 are formed on the upper surface of the ferroelectric layer 20 and have the same function as the memory cell shown in FIG. A silicon oxide layer 21 is formed on the surfaces of the counter electrodes 18 and 19, and an opening 23 reaching the source region 5.
Are formed. The electrode 18 is connected to the gate electrode 4 by a conductive plug 25 formed at a position not shown, and the electrode 19 is connected to the drain region 6 by a plug 26 formed at a position not shown. The other points are the same as the structure illustrated in FIG.

【0110】図16(B)は、図16(A)に示すメモ
リセルの上面図を示す。一点破線XVI A−XVI Aに沿っ
た断面が図16(A)の断面に相当する。クロスハッチ
で示す領域はコンタクトホールの存在する領域を示す。
FIG. 16B is a top view of the memory cell shown in FIG. A cross section along the dashed-dotted line XVI A-XVI A corresponds to the cross section in FIG. The region indicated by the cross hatch indicates the region where the contact hole exists.

【0111】図17(AV)〜(DP)、図18(A
V)〜(CP)は、図16(A)、(B)に示すメモリ
セルを作成するプロセスを説明するための断面図および
平面図である。Vを付した図面は断面図であり、Pを付
した図面は平面図である。
FIGS. 17 (AV) to (DP) and FIG. 18 (A)
V) to (CP) are a cross-sectional view and a plan view for describing a process for manufacturing the memory cell shown in FIGS. 16A and 16B. The drawing attached with V is a sectional view, and the drawing attached with P is a plan view.

【0112】図17(AP)に示すように、p型シリコ
ン基板1の表面上にフィード酸化膜2を形成し、活性領
域を画定する。
As shown in FIG. 17 (AP), a feed oxide film 2 is formed on the surface of a p-type silicon substrate 1 to define an active region.

【0113】図17(AV)に示すように、活性領域上
にゲート酸化膜3を厚さ約10nm熱酸化で形成し、そ
の上に多結晶シリコン層4を厚さ約200nm堆積す
る。多結晶シリコン層をパターニングし、ゲート酸化膜
からフィード酸化膜上に延在するゲート電極4を形成す
る。ゲート電極4をマスクとし、ソース領域5、ドレイ
ン領域6を形成するイオン注入を行う。
As shown in FIG. 17A, a gate oxide film 3 is formed on the active region by thermal oxidation to a thickness of about 10 nm, and a polycrystalline silicon layer 4 is deposited thereon to a thickness of about 200 nm. The polycrystalline silicon layer is patterned to form a gate electrode 4 extending from the gate oxide film onto the feed oxide film. Using the gate electrode 4 as a mask, ion implantation for forming the source region 5 and the drain region 6 is performed.

【0114】なお、ゲート電極4とソース領域5のオー
バラップ量を大きくするためには、ソース領域5に対す
るイオン注入を入射角60度、加速エネルギ30ke
V、ドーズ量1×1015cm-2の条件でAsをイオン注
入することにより行う。ドレイン領域6を形成するイオ
ン注入は、垂直方向から加速エネルギ30keV、ドー
ズ量1×1015cm-2の条件でAsを注入することによ
り行えばよい。
In order to increase the amount of overlap between the gate electrode 4 and the source region 5, ion implantation into the source region 5 is performed at an incident angle of 60 degrees and an acceleration energy of 30 ke.
The ion implantation of As is performed under the conditions of V and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . The ion implantation for forming the drain region 6 may be performed by implanting As from the vertical direction under the conditions of an acceleration energy of 30 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 .

【0115】図17(BV)、(BP)に示すように、
ゲート電極4を覆うように、CVDによりシリコン酸化
膜17を堆積する。シリコン酸化膜17を堆積した後、
CMPにより表面を平坦化する。
As shown in FIGS. 17 (BV) and (BP),
A silicon oxide film 17 is deposited by CVD so as to cover the gate electrode 4. After depositing the silicon oxide film 17,
The surface is flattened by CMP.

【0116】図17(CV)、(CP)に示すように、
表面を平坦化したシリコン酸化膜17の表面上に、たと
えば厚さ200nmのSBT層20を形成する。SBT
層20は、たとえばゾル−ゲル法により形成することが
できる。堆積したSBT層20を、CF4 とArの混合
ガスによりエッチングしてSBT層20をパターニング
する。
As shown in FIGS. 17 (CV) and (CP),
An SBT layer 20 having a thickness of, for example, 200 nm is formed on the surface of silicon oxide film 17 having a flattened surface. SBT
The layer 20 can be formed by, for example, a sol-gel method. The deposited SBT layer 20 is etched with a mixed gas of CF 4 and Ar to pattern the SBT layer 20.

【0117】次に、Pt層をスパッタリングで形成し、
CF4 とArの混合ガスによりエッチングしてパターニ
ングすることにより、対向電極18、19を形成する。
Next, a Pt layer is formed by sputtering,
The opposite electrodes 18 and 19 are formed by patterning by etching with a mixed gas of CF 4 and Ar.

【0118】図17(DV)、(DP)に示すように、
SBT層20と対向電極18、19を覆うように、CV
Dによるシリコン酸化膜21を形成する。シリコン酸化
膜21の上にレジストパターンを形成し、対向電極1
8、19へのコンタクト孔およびゲート電極およびドレ
イン領域に達するコンタクト孔を形成する。
As shown in FIGS. 17 (DV) and (DP),
CV so as to cover the SBT layer 20 and the counter electrodes 18 and 19.
D forms a silicon oxide film 21. A resist pattern is formed on the silicon oxide film 21 and the counter electrode 1 is formed.
Contact holes to 8 and 19 and contact holes reaching the gate electrode and drain regions are formed.

【0119】図18(AV)、(AP)に示すように、
コンタクト孔を形成した基板表面上にTi層、TiN
層、Al層からなる配線層を形成し、パターニングする
ことにより配線層27、28を形成する。配線層28
は、ビット線となる。なお、Ti層は密着性をよくする
ために役立つ電極層であり、TiN層は拡散バリアとし
て機能する。
As shown in FIGS. 18 (AV) and (AP),
Ti layer, TiN on the substrate surface with contact holes
The wiring layers 27 and 28 are formed by forming and patterning a wiring layer composed of a layer and an Al layer. Wiring layer 28
Becomes a bit line. Note that the Ti layer is an electrode layer useful for improving adhesion, and the TiN layer functions as a diffusion barrier.

【0120】図18(BV)、(BP)に示すように、
基板表面を覆うように酸化シリコン層29をCVDによ
り堆積し、ソース領域5に達するコンタクト孔30を形
成する。
As shown in FIGS. 18 (BV) and (BP),
A silicon oxide layer 29 is deposited by CVD so as to cover the substrate surface, and a contact hole 30 reaching the source region 5 is formed.

【0121】図18(CV)、(CP)に示すように、
Ti層、TiN層、Al層からなる配線層31を形成
し、パターニングすることによりワード線を形成する。
As shown in FIGS. 18 (CV) and (CP),
A wiring layer 31 composed of a Ti layer, a TiN layer, and an Al layer is formed and patterned to form a word line.

【0122】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0123】[0123]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
強誘電体キャパシタが所望の小さな容量を有する強誘電
体メモリが提供される。絶縁ゲート電極の容量と較べ
て、強誘電体キャパシタの容量を小さなものにすると、
印加電圧の主部分を強誘電体キャパシタに印加すること
が可能となる。
As described above, according to the present invention,
A ferroelectric memory in which a ferroelectric capacitor has a desired small capacitance is provided. When the capacitance of the ferroelectric capacitor is made smaller than that of the insulated gate electrode,
The main part of the applied voltage can be applied to the ferroelectric capacitor.

【0124】強誘電体キャパシタの対向電極が強誘電体
層の同一表面上に形成されるため、強誘電体キャパシタ
の特性を安定化し易い。対向電極のパターニング工程も
簡単化することが可能となる。
Since the counter electrode of the ferroelectric capacitor is formed on the same surface of the ferroelectric layer, the characteristics of the ferroelectric capacitor can be easily stabilized. The patterning process of the counter electrode can be simplified.

【0125】簡単な構成の強誘電体メモリ装置が提供さ
れる。メモリセル当たり1つのトランジスタを用いるの
みであるが、書き込み時のディスターブ耐性の高い強誘
電体メモリ装置の駆動方法が提供される。
A ferroelectric memory device having a simple configuration is provided. Although only one transistor is used per memory cell, a method of driving a ferroelectric memory device having high resistance to disturbance during writing is provided.

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

【図1】本発明の実施例による強誘電体メモリを示す断
面図および等価回路図である。
FIG. 1 is a sectional view and an equivalent circuit diagram showing a ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す強誘電体キャパシタの製造工程を説
明するための断面図および平面図である。
FIGS. 2A and 2B are a cross-sectional view and a plan view for explaining a manufacturing process of the ferroelectric capacitor shown in FIG.

【図3】図1に示す強誘電体キャパシタの製造工程を説
明するための断面図および平面図である。
3A and 3B are a cross-sectional view and a plan view for explaining a manufacturing process of the ferroelectric capacitor shown in FIG.

【図4】本発明者等の行った予備実験を説明するための
断面図および平面図である。
4A and 4B are a cross-sectional view and a plan view for explaining a preliminary experiment performed by the present inventors.

【図5】図4に示すサンプルの特性を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing characteristics of the sample shown in FIG.

【図6】本発明の他の実施例による強誘電体メモリを示
す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a ferroelectric memory according to another embodiment of the present invention.

【図7】強誘電体メモリ装置の等価回路図である。FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the ferroelectric memory device.

【図8】従来技術による強誘電体メモリを説明するため
の断面図および等価回路図である。
FIG. 8 is a sectional view and an equivalent circuit diagram for explaining a ferroelectric memory according to the related art.

【図9】本発明の実施例によるメモリセルを示す回路図
及び特性を示すグラフである。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a memory cell according to an embodiment of the present invention and a graph showing characteristics.

【図10】本発明の実施例によるメモリセルアレイの回
路形式を示す回路図および信号波形図である。
FIG. 10 is a circuit diagram and a signal waveform diagram showing a circuit format of a memory cell array according to an embodiment of the present invention.

【図11】図2(B)に示す信号波形によりメモリセル
アレイがどのように動作するかを示す概略平面図であ
る。
FIG. 11 is a schematic plan view showing how the memory cell array operates according to the signal waveforms shown in FIG. 2 (B).

【図12】本発明の実施例による強誘電体メモリ装置の
構成を示す断面図及び平面図である。
FIG. 12 is a sectional view and a plan view showing a configuration of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.

【図13】図12の強誘電体メモリ装置を製造する製造
プロセスを説明するための断面図である。
13 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process for manufacturing the ferroelectric memory device of FIG.

【図14】図4の強誘電体メモリ装置を製造する製造プ
ロセスを説明するための断面図である。
14 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process for manufacturing the ferroelectric memory device of FIG.

【図15】図4の強誘電体メモリ装置を製造する製造プ
ロセスを説明するための断面図である。
15 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process for manufacturing the ferroelectric memory device of FIG.

【図16】本発明の実施例による強誘電体メモリ装置の
構成を示す断面図および平面図である。
FIG. 16 is a sectional view and a plan view showing a configuration of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.

【図17】図16の強誘電体メモリ装置を製造する製造
プロセスを説明するための断面図および平面図である。
17A and 17B are a cross-sectional view and a plan view for explaining a manufacturing process for manufacturing the ferroelectric memory device of FIG.

【図18】図16の強誘電体メモリ装置を製造する製造
プロセスを説明するための断面図および平面図である。
18A and 18B are a cross-sectional view and a plan view for explaining a manufacturing process for manufacturing the ferroelectric memory device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極 5、6 ソース/ドレイン領域 8 絶縁層 9 強誘電体層 11、12 (強誘電体キャパシタの)対向電極 Cf 強誘電体キャパシタ B ビット線 W ワード線 T 絶縁ゲート型電界効果トランジスタ G 絶縁ゲート S ソース D ドレイン Cf 強誘電体キャパシタ Cgs ソース・ゲート間容量 BL ビット線 WL ワード線 17 絶縁層 18 底部電極 18A、18B 底部電極 19 ビット線 20 強誘電体層 21 絶縁層 22 ワード線 30a、30b プラグ 31 プラグ 32 ワード配線層Reference Signs List 1 silicon substrate 2 field oxide film 3 gate oxide film 4 gate electrode 5, 6 source / drain region 8 insulating layer 9 ferroelectric layer 11, 12 counter electrode (of ferroelectric capacitor) C f ferroelectric capacitor B bit line W Word line T Insulated gate field effect transistor G Insulated gate S Source D Drain C f Ferroelectric capacitor C gs Source-gate capacitance BL Bit line WL Word line 17 Insulating layer 18 Bottom electrode 18A, 18B Bottom electrode 19 Bit line Reference Signs List 20 ferroelectric layer 21 insulating layer 22 word line 30a, 30b plug 31 plug 32 word wiring layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恵下 隆 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1 番1号 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−82905(JP,A) 特開 平6−119773(JP,A) 特開 平11−176958(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/105 H01L 21/822 H01L 27/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takashi Enge 4-1-1, Kamidadanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (56) References JP-A-9-82905 (JP, A) JP-A-6-119773 (JP, A) JP-A-11-176958 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/105 H01L 21/822 H01L 27/04

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板表面上に形成されたゲート絶縁膜と、前
記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ゲー
ト電極の両側で前記半導体基板表面に形成された一対の
ソース/ドレイン領域とを有する絶縁ゲート型電界効果
トランジスタと、 前記ゲート電極を覆って、前記半導体基板表面上に形成
された絶縁膜と、 前記絶縁膜上に形成された強誘電体膜と、 前記強誘電体膜上に対向して形成された一対のキャパシ
タ電極であって、前記一対のキャパシタ電極の一方と前
記ゲート電極とが電気的に接続されている一対のキャパ
シタ電極とを有する強誘電体メモリ装置。
A semiconductor substrate; a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate; a gate electrode formed on the gate insulating film; and a gate electrode formed on both sides of the gate electrode on the surface of the semiconductor substrate. An insulated gate field effect transistor having a pair of source / drain regions; an insulating film covering the gate electrode and formed on the surface of the semiconductor substrate; and a ferroelectric film formed on the insulating film. A ferroelectric film having a pair of capacitor electrodes formed on the ferroelectric film so as to face each other, the pair of capacitor electrodes being electrically connected to one of the pair of capacitor electrodes and the gate electrode; Dielectric memory device.
【請求項2】 前記一対のキャパシタ電極の間の間隔
は、前記強誘電体膜の厚さの3倍以下の値を有する請求
項1記載の強誘電体メモリ装置。
2. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein an interval between the pair of capacitor electrodes has a value not more than three times a thickness of the ferroelectric film.
【請求項3】 前記一対のキャパシタ電極の一方は、前
記ゲート電極上方に配置されている請求項1または2に
記載の強誘電体メモリ装置。
3. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein one of said pair of capacitor electrodes is disposed above said gate electrode.
【請求項4】 前記絶縁膜の厚さが10nm以上である
請求項1〜3のいずれかに記載の強誘電体メモリ装置。
4. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein said insulating film has a thickness of 10 nm or more.
【請求項5】 前記一対のキャパシタ電極は、前記絶縁
膜中に埋め込まれて前記絶縁膜と共通の表面を形成し、
前記強誘電体膜は前記一対のキャパシタ電極と前記絶縁
膜とを覆っている請求項1〜4のいずれかに記載の強誘
電体メモリ装置。
5. The pair of capacitor electrodes are buried in the insulating film to form a common surface with the insulating film,
5. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein said ferroelectric film covers said pair of capacitor electrodes and said insulating film.
【請求項6】 前記一対のキャパシタ電極の他方が、前
記一対のソース/ドレイン領域の一方と電気的に接続さ
れている請求項1〜5のいずれかに記載の強誘電体メモ
リ装置。
6. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the other of said pair of capacitor electrodes is electrically connected to one of said pair of source / drain regions.
【請求項7】 ソース、ドレイン、絶縁ゲートを有する
絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、 強誘電体層の1表面上に配置された1対のキャパシタ電
極を有し、前記ドレインと前記絶縁ゲートとの間に接続
された強誘電体キャパシタとを有するメモリセルを備え
た強誘電体メモリ装置。
7. An insulated gate field effect transistor having a source, a drain, and an insulated gate, and a pair of capacitor electrodes disposed on one surface of a ferroelectric layer, wherein the drain and the insulated gate are connected to each other. A ferroelectric memory device comprising a memory cell having a ferroelectric capacitor connected therebetween.
【請求項8】 並列に配置された複数本のビット線と、 前記複数本のビット線と交差するように、並列に配置さ
れた複数本のワード線と、 前記ビット線と前記ワード線の交点に接続された強誘電
体メモリセルであって、各強誘電体メモリセルは、ソー
ス、ドレイン、絶縁ゲートを有する絶縁ゲート型電界効
果トランジスタと、強誘電体層の1表面上に配置された
1対のキャパシタ電極を有し、前記ドレインと前記絶縁
ゲートとの間に接続された強誘電体キャパシタとを有す
る、強誘電体メモリセルとを有する強誘電体メモリ装
置。
8. A plurality of bit lines arranged in parallel, a plurality of word lines arranged in parallel so as to intersect with the plurality of bit lines, and an intersection of the bit line and the word line , Wherein each ferroelectric memory cell includes an insulated gate field effect transistor having a source, a drain, and an insulated gate, and a ferroelectric memory cell disposed on one surface of the ferroelectric layer. A ferroelectric memory device comprising: a ferroelectric memory cell having a pair of capacitor electrodes and having a ferroelectric capacitor connected between the drain and the insulated gate.
【請求項9】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
は、ドレイン・絶縁ゲート間の容量よりも大きなソース
・絶縁ゲート間容量を有する請求項8に記載の強誘電体
メモリ装置。
9. The ferroelectric memory device according to claim 8, wherein the insulated gate field effect transistor has a larger source-insulated gate capacitance than a drain-insulated gate capacitance.
【請求項10】 前記絶縁ゲート型電界効果トランジス
タは、前記絶縁ゲートと前記ドレインとのオーバラップ
面積と較べて前記絶縁ゲートと前記ソースとのオーバラ
ップ面積が大きい請求項9記載の強誘電体メモリ装置。
10. The ferroelectric memory according to claim 9, wherein the insulated gate field effect transistor has a larger overlap area between the insulated gate and the source than an overlap area between the insulated gate and the drain. apparatus.
【請求項11】 前記強誘電体キャパシタの容量を
f 、前記ソース・絶縁ゲート間の容量をCgsとした
時、 カップリング比 R=Cgs/(Cgs+Cf )が0.2以
上である請求項8〜10のいずれかに記載の強誘電体メ
モリ装置。
11. When the capacitance of the ferroelectric capacitor is C f and the capacitance between the source and the insulated gate is C gs , a coupling ratio R = C gs / (C gs + C f ) is 0.2 or more. The ferroelectric memory device according to claim 8, wherein:
【請求項12】 さらに、前記ワード線、前記ビット線
に接続され、前記ワード線の電位に対して前記ビット線
に正電位を印加して前記強誘電体キャパシタに第1の情
報を書き込む動作と、前記ワード線の電位に対して前記
ビット線に負電位を印加して前記強誘電体キャパシタに
第2の情報を書き込む動作とを実行することのできる制
御回路を有する請求項8〜11のいずれかに記載の強誘
電体メモリ装置。
12. An operation connected to the word line and the bit line, the operation of applying a positive potential to the bit line with respect to the potential of the word line to write first information in the ferroelectric capacitor. 12. A control circuit capable of executing an operation of applying a negative potential to the bit line with respect to the potential of the word line and writing second information to the ferroelectric capacitor. A ferroelectric memory device according to any one of claims 1 to 3.
【請求項13】 並列に配置された複数本のビット線
と、 前記複数本のビット線と交差するように、並列に配置さ
れた複数本のワード線と、 前記ビット線と前記ワード線の各交点に接続された強誘
電体メモリセルであって、各強誘電体メモリセルは、ソ
ース、ドレイン、絶縁ゲートを有する絶縁ゲート電界効
果型トランジスタと前記ドレインと前記絶縁ゲートとの
間に接続された強誘電体キャパシタとを有する、強誘電
体メモリセルとを有する強誘電体メモリ装置を駆動する
方法であって、 (a)選択したワード線を接地し、他のワード線および
全てのビット線に第1の基準電位を印加し、選択したワ
ード線に接続された全ての強誘電体メモリセルに第1の
情報を書き込む工程と、 (b)前記選択したワード線に接続された強誘電体メモ
リセルのうち第1の情報を書き込むべき強誘電体メモリ
セルには引続き接地電位と第1の基準電位を供給し、そ
の他のビット線には第1の基準電位より小さな第2の基
準電位、その他のワード線には第1の基準電位より小さ
く、第2の基準電位より大きな第3の基準電位を供給し
て選択された強誘電体メモリセルにのみ第1の情報を書
き込む工程と、 (c)前記ビット線の電位、および前記選択したワード
線以外のワード線の電位を工程(b)と同一とし、前記
選択したワード線に前記第1の基準電位より大きな第4
の基準電位を供給し、前記選択されたワード線に接続さ
れた強誘電体メモリセルのうち工程(b)で第1の情報
を書き込まれなかった強誘電体メモリセルに第2の情報
を書き込む工程とを含む強誘電体メモリ装置の駆動方
法。
13. A plurality of bit lines arranged in parallel, a plurality of word lines arranged in parallel so as to intersect with the plurality of bit lines, and each of the bit lines and the word lines A ferroelectric memory cell connected to the intersection, wherein each ferroelectric memory cell is connected between the drain and the insulated gate, an insulated gate field effect transistor having a source, a drain, and an insulated gate. A method for driving a ferroelectric memory device having a ferroelectric memory cell having a ferroelectric capacitor, comprising the steps of: (a) grounding a selected word line and connecting other word lines and all bit lines Applying a first reference potential to write first information into all ferroelectric memory cells connected to the selected word line; and (b) ferroelectric memory connected to the selected word line. The ground potential and the first reference potential are continuously supplied to the ferroelectric memory cell to which the first information is to be written, and the second reference potential smaller than the first reference potential is supplied to the other bit lines. (C) supplying a third reference potential lower than the first reference potential and higher than the second reference potential to the word line to write the first information only in the selected ferroelectric memory cell; The potential of the bit line and the potential of the word lines other than the selected word line are the same as in step (b), and the potential of the selected word line is higher than the first reference potential.
And the second information is written to the ferroelectric memory cells to which the first information has not been written in the step (b) among the ferroelectric memory cells connected to the selected word line. And a method for driving a ferroelectric memory device.
【請求項14】 前記第1の基準電位をVccとした
時、第2、第3、第4の基準電位が約Vcc/3、約2
Vcc/3、約4Vcc/3である請求項13記載の強
誘電体メモリ装置の駆動方法。
14. When the first reference potential is Vcc, the second, third, and fourth reference potentials are about Vcc / 3, about 2
14. The driving method of a ferroelectric memory device according to claim 13, wherein Vcc / 3 is about 4 Vcc / 3.
【請求項15】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された絶縁ゲート電極と、 前記絶縁ゲート電極の両側で、前記半導体基板表面に形
成されたソース領域とドレイン領域と、 前記絶縁ゲート電極を囲んで同一面を形成するように半
導体基板表面上に形成された第1絶縁層と、 前記第1絶縁層を貫通して、前記ドレインに達する開口
溝と、 前記開口溝を埋めて前記絶縁層と同一面を形成するビッ
ト配線と、 前記絶縁ゲート電極、前記ビット配線を覆って前記同一
面上に形成された強誘電体層とを有する強誘電体メモリ
装置。
15. A semiconductor substrate, an insulated gate electrode formed on the semiconductor substrate, a source region and a drain region formed on a surface of the semiconductor substrate on both sides of the insulated gate electrode, A first insulating layer formed on the surface of the semiconductor substrate so as to surround and form the same surface; an opening groove penetrating the first insulating layer to reach the drain; and the insulating layer filling the opening groove. A ferroelectric memory device comprising: a bit line forming the same plane as the above; and a ferroelectric layer formed on the same plane covering the insulated gate electrode and the bit line.
【請求項16】 さらに、前記強誘電体層を覆って半導
体基板上に形成された第2絶縁層と、 前記第2絶縁層、第1絶縁層を貫通して前記ソース領域
に達する開口と、 前記開口を埋め、前記ビット配線と交差して第2絶縁層
上を延在するワード配線とを有する請求項15記載の強
誘電体メモリ装置。
16. A second insulating layer formed on the semiconductor substrate so as to cover the ferroelectric layer, an opening reaching the source region through the second insulating layer and the first insulating layer, The ferroelectric memory device according to claim 15, further comprising a word line filling the opening and crossing the bit line and extending on the second insulating layer.
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