JP2003068990A - Ferroelectric nonvolatile semiconductor memory and its manufacturing method - Google Patents

Ferroelectric nonvolatile semiconductor memory and its manufacturing method

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JP2003068990A
JP2003068990A JP2001252375A JP2001252375A JP2003068990A JP 2003068990 A JP2003068990 A JP 2003068990A JP 2001252375 A JP2001252375 A JP 2001252375A JP 2001252375 A JP2001252375 A JP 2001252375A JP 2003068990 A JP2003068990 A JP 2003068990A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a ferroelectric nonvolatile semiconductor memory having a structure without lowering reliability even by oxidation heat treatment at a high temperature in the case of forming a ferroelectric layer. SOLUTION: The method for manufacturing the ferroelectric nonvolatile semiconductor memory having a selective transistor and a memory cell comprises a step of forming the selective transistor, a step of forming an insulating layer 16 on the entire surface, a step of forming a patterned first electrode on the layer 16, a step of forming a ferroelectric layer 22 on at least the first electrode 21, a step of forming connectors 18, 18A for electrically connecting one source/drain region 14A to the first electrode 21, and a step of forming a second electrode 23 on the layer 22.

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、強誘電体型不揮発
性半導体メモリ(所謂FERAM)及びその製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric non-volatile semiconductor memory (so-called FERAM) and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大容量の強誘電体型不揮発性半導
体メモリに関する研究が盛んに行われている。強誘電体
型不揮発性半導体メモリ(以下、不揮発性メモリと略称
する場合がある)は、高速アクセスが可能で、しかも、
不揮発性であり、また、小型で低消費電力であり、更に
は、衝撃にも強く、例えば、ファイルのストレージやレ
ジューム機能を有する各種電子機器、例えば、携帯用コ
ンピュータや携帯電話、ゲーム機の主記憶装置としての
利用、あるいは、音声や映像を記録するための記録メデ
ィアとしての利用が期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, much research has been conducted on large-capacity ferroelectric non-volatile semiconductor memories. A ferroelectric non-volatile semiconductor memory (hereinafter, may be abbreviated as a non-volatile memory) can be accessed at high speed and
It is non-volatile, small in size, low in power consumption, and resistant to shocks. It is expected to be used as a storage device or a recording medium for recording audio and video.

【0003】この不揮発性メモリは、強誘電体薄膜の高
速分極反転とその残留分極を利用し、強誘電体層を有す
るキャパシタ部の蓄積電荷量の変化を検出する方式の、
高速書き換えが可能な不揮発性メモリであり、基本的に
は、メモリセル(キャパシタ部)と選択用トランジスタ
(スイッチング用トランジスタ)とから構成されてい
る。メモリセル(キャパシタ部)は、例えば、下部電
極、上部電極、及び、これらの電極間に挟まれた強誘電
体層から構成されている。この不揮発性メモリにおける
データの書き込みや読み出しは、図30に示す強誘電体
のP−Eヒステリシスループを応用して行われる。即
ち、強誘電体層に外部電界を加えた後、外部電界を除い
たとき、強誘電体層は自発分極を示す。そして、強誘電
体層の残留分極は、プラス方向の外部電界が印加された
とき+Pr、マイナス方向の外部電界が印加されたとき
−Prとなる。ここで、残留分極が+Prの状態(図30
の「D」参照)の場合を「0」とし、残留分極が−Pr
の状態(図30の「A」参照)の場合を「1」とする。
This non-volatile memory utilizes a high-speed polarization reversal of a ferroelectric thin film and its residual polarization to detect a change in the amount of accumulated charge in a capacitor section having a ferroelectric layer.
It is a high-speed rewritable non-volatile memory, and basically includes a memory cell (capacitor portion) and a selection transistor (switching transistor). The memory cell (capacitor section) is composed of, for example, a lower electrode, an upper electrode, and a ferroelectric layer sandwiched between these electrodes. Writing and reading of data in this nonvolatile memory are performed by applying the PE hysteresis loop of the ferroelectric substance shown in FIG. That is, when the external electric field is removed after applying the external electric field to the ferroelectric layer, the ferroelectric layer exhibits spontaneous polarization. The remanent polarization of the ferroelectric layer becomes + P r when an external electric field in the positive direction is applied, and −P r when an external electric field in the negative direction is applied. Here, the state where the remanent polarization is + P r (see FIG. 30)
"D"), the residual polarization is -P r
The state (see “A” in FIG. 30) is set to “1”.

【0004】「1」あるいは「0」の状態を判別するた
めに、強誘電体層に例えばプラス方向の外部電界を印加
する。これによって、強誘電体層の分極は図30の
「C」の状態となる。このとき、データが「0」であれ
ば、強誘電体層の分極状態は、「D」から「C」の状態
に変化する。一方、データが「1」であれば、強誘電体
層の分極状態は、「A」から「B」を経由して「C」の
状態に変化する。データが「0」の場合には、強誘電体
層の分極反転は生じない。一方、データが「1」の場合
には、強誘電体層に分極反転が生じる。その結果、メモ
リセル(キャパシタ部)の蓄積電荷量に差が生じる。選
択された不揮発性メモリの選択用トランジスタをオンに
することで、この蓄積電荷を信号電流として検出する。
データの読み出し後、外部電界を0にすると、データが
「0」のときでも「1」のときでも、強誘電体層の分極
状態は図30の「D」の状態となってしまう。即ち、読
み出し時、データ「1」は、一旦、破壊されてしまう。
それ故、データが「1」の場合、マイナス方向の外部電
界を印加して、「D」、「E」という経路で「A」の状
態とし、データ「1」を再度書き込む。
In order to determine the state of "1" or "0", an external electric field in the positive direction, for example, is applied to the ferroelectric layer. As a result, the polarization of the ferroelectric layer becomes the state of "C" in FIG. At this time, if the data is "0", the polarization state of the ferroelectric layer changes from "D" to "C". On the other hand, if the data is “1”, the polarization state of the ferroelectric layer changes from “A” to “C” via “B”. When the data is "0", polarization inversion of the ferroelectric layer does not occur. On the other hand, when the data is "1", polarization inversion occurs in the ferroelectric layer. As a result, a difference occurs in the amount of charge stored in the memory cell (capacitor section). By turning on the selection transistor of the selected nonvolatile memory, this accumulated charge is detected as a signal current.
When the external electric field is set to 0 after reading the data, the polarization state of the ferroelectric layer becomes the state of “D” in FIG. 30, regardless of whether the data is “0” or “1”. That is, at the time of reading, the data “1” is once destroyed.
Therefore, when the data is "1", an external electric field in the negative direction is applied to bring the state of "A" through the paths "D" and "E", and the data "1" is written again.

【0005】現在主流となっている不揮発性メモリの構
造及びその動作は、米国特許第4873664号におい
て、S.Sheffiledらが提案したものである。
この不揮発性メモリは、図31に回路図を示すように、
2つの不揮発性メモリセルから構成されている。尚、図
31において、1つの不揮発性メモリを点線で囲った。
各不揮発性メモリは、例えば、選択用トランジスタTR
11,TR12、メモリセル(キャパシタ部)FC11,FC
12から構成されている。
The structure and operation of a non-volatile memory, which is currently the mainstream, is described in US Pat. No. 4,873,664. It was proposed by Sheffiled et al.
This nonvolatile memory has a circuit diagram as shown in FIG.
It is composed of two non-volatile memory cells. Incidentally, in FIG. 31, one nonvolatile memory is surrounded by a dotted line.
Each nonvolatile memory has, for example, a selection transistor TR.
11 , TR 12 , memory cell (capacitor part) FC 11 , FC
It consists of 12 .

【0006】尚、2桁あるいは3桁の添字、例えば添字
「11」は、本来、添字「1,1」と表示すべき添字で
あり、例えば「111」は、本来、添字「1,1,1」
と表示すべき添字であるが、表示の簡素化のため、2桁
あるいは3桁の添字で表示する。また、添字「M」を、
例えば複数のメモリセルやプレート線を総括的に表示す
る場合に使用し、添字「m」を、例えば複数のメモリセ
ルやプレート線を個々に表示する場合に使用し、添字
「N」を、例えば選択用トランジスタやメモリユニット
を総括的に表示する場合に使用し、添字「n」を、例え
ば選択用トランジスタやメモリユニットを個々に表示す
る場合に使用する。
A two-digit or three-digit subscript, for example, a subscript "11" is originally a subscript that should be displayed as a subscript "1,1". For example, "111" is originally a subscript "1,1,". 1 "
Is a subscript to be displayed, but for simplification of the display, it is displayed with a two-digit or three-digit subscript. Also, add the subscript "M" to
For example, it is used to collectively display a plurality of memory cells or plate lines, and the subscript “m” is used, for example, to display a plurality of memory cells or plate lines individually, and the subscript “N” is used, for example. It is used to collectively display the selection transistors and memory units, and the subscript “n” is used to individually display the selection transistors and memory units, for example.

【0007】そして、それぞれのメモリセルに相補的な
データを書き込むことにより、1ビットを記憶する。図
31において、符号「WL」はワード線を示し、符号
「BL」はビット線を示し、符号「PL」はプレート線
を意味する。1つの不揮発性メモリに着目すると、ワー
ド線WL1は、ワード線デコーダ/ドライバWDに接続
されている。また、ビット線BL1,BL2は、センスア
ンプSAに接続されている。更には、プレート線PL1
は、プレート線デコーダ/ドライバPDに接続されてい
る。
Then, one bit is stored by writing complementary data in each memory cell. In FIG. 31, reference numeral “WL” indicates a word line, reference numeral “BL” indicates a bit line, and reference numeral “PL” indicates a plate line. Focusing on one nonvolatile memory, the word line WL 1 is connected to the word line decoder / driver WD. The bit lines BL 1 and BL 2 are connected to the sense amplifier SA. Furthermore, the plate line PL 1
Are connected to the plate line decoder / driver PD.

【0008】このような構造を有する不揮発性メモリに
おいて、記憶されたデータを読み出す場合、ワード線W
1を選択し、更には、プレート線PL1を駆動すると、
相補的なデータが、対となったメモリセル(キャパシタ
部)FC11,FC12から選択用トランジスタTR11,T
12を介して対となったビット線BL1,BL2に電圧
(ビット線電位)として現れる。かかる対となったビッ
ト線BL1,BL2の電圧(ビット線電位)を、センスア
ンプSAで検出する。
In the nonvolatile memory having such a structure, when reading the stored data, the word line W
When L 1 is selected and the plate line PL 1 is driven,
Complementary data is transmitted from the paired memory cells (capacitor sections) FC 11 and FC 12 to the selection transistors TR 11 and T.
It appears as a voltage (bit line potential) on the paired bit lines BL 1 and BL 2 via R 12 . The voltage (bit line potential) of the paired bit lines BL 1 and BL 2 is detected by the sense amplifier SA.

【0009】このような不揮発性メモリをスタック型不
揮発性メモリから構成した場合の、スタック型不揮発性
メモリの模式的な一部断面図を図32に示す。このスタ
ック型不揮発性メモリは、半導体基板10に形成された
選択用トランジスタと、全面に形成された絶縁層216
と、絶縁層216上に形成された下部電極221と、下
部電極221上に形成された強誘電体層222と、強誘
電体層222上に形成された上部電極223と、選択用
トランジスタの一方のソース/ドレイン領域14Aと下
部電極221とを電気的に接続する接続孔218から構
成されている。接続孔218は、絶縁層216に形成さ
れた開口部内をポリシリコンやタングステンといった導
電材料で埋め込むことによって形成される。接続孔21
8を形成した後、下部電極221、強誘電体層222、
上部電極223の形成を順次行う。図中、参照番号11
は素子分離領域、参照番号12はゲート絶縁膜、参照番
号13はゲート電極、参照番号14Bはビット線BLと
接続された他方のソース/ドレイン領域、参照番号22
4はプレート線、参照番号226Aはパッシベーション
膜である。
FIG. 32 is a schematic partial cross-sectional view of a stack type non-volatile memory when such a non-volatile memory is composed of a stack type non-volatile memory. This stack type non-volatile memory includes a selection transistor formed on a semiconductor substrate 10 and an insulating layer 216 formed on the entire surface.
A lower electrode 221 formed on the insulating layer 216, a ferroelectric layer 222 formed on the lower electrode 221, an upper electrode 223 formed on the ferroelectric layer 222, and one of the selection transistors. Of the source / drain regions 14A and the lower electrode 221 are electrically connected. The connection hole 218 is formed by filling the inside of the opening formed in the insulating layer 216 with a conductive material such as polysilicon or tungsten. Connection hole 21
8 is formed, the lower electrode 221, the ferroelectric layer 222,
The upper electrode 223 is sequentially formed. In the figure, reference numeral 11
Is an element isolation region, reference numeral 12 is a gate insulating film, reference numeral 13 is a gate electrode, reference numeral 14B is the other source / drain region connected to the bit line BL, reference numeral 22
Reference numeral 226A is a plate line, and reference numeral 226A is a passivation film.

【0010】強誘電体層222を構成する強誘電体材料
として、ペロブスカイト構造を有する酸化物[例えば、
Pb(Zr,Ti)O3、(Ba,Sr)TiO3等]
や、ビスマス系層状ペロブスカイト構造を有する酸化物
[例えば、Bi2Sr(Ta,Nb)29、(Bi,L
a)4Ti312等]が使用されている。そして、良好な
特性を得るためには、高温での酸化熱処理を行い、酸素
欠損の無い強誘電体層222を形成する必要がある。
As a ferroelectric material constituting the ferroelectric layer 222, an oxide having a perovskite structure [eg,
Pb (Zr, Ti) O 3 , (Ba, Sr) TiO 3 etc.]
Or an oxide having a bismuth-based layered perovskite structure [eg, Bi 2 Sr (Ta, Nb) 2 O 9 , (Bi, L
a) 4 Ti 3 O 12 etc.] is used. Then, in order to obtain good characteristics, it is necessary to perform the oxidation heat treatment at a high temperature to form the ferroelectric layer 222 having no oxygen deficiency.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化熱
処理を行ったとき、下部電極221を構成する材料の原
子と接続孔218を構成する導電材料の原子とが相互拡
散したり、これらの材料が酸化され、不揮発性メモリの
信頼性の低下、導通不良等が発生する場合がある。尚、
このような原子の相互拡散を、以下、単に、相互拡散と
表現する。
However, when the oxidation heat treatment is performed, the atoms of the material forming the lower electrode 221 and the atoms of the conductive material forming the connection hole 218 are interdiffused, or these materials are oxidized. As a result, the reliability of the non-volatile memory may be reduced, and conduction failure may occur. still,
Hereinafter, such interdiffusion of atoms will be simply referred to as interdiffusion.

【0012】相互拡散防止のため、例えば、TiNやT
iAlN等から構成されたバリア層を下部電極221と
接続孔218との間に形成することが検討され、あるい
は又、酸化防止のため、下部電極221を構成する材料
を、高温酸化雰囲気でも安定であり、しかも、酸素バリ
ア性を有するIrやIrO2、SrRuO3等の白金族材
料あるいはその酸化物から構成することが検討されてい
る。しかしながら、いずれにせよ、下部電極221の構
造が複雑になり、下部電極221に要求される厚さが厚
くなるのみならず、下部電極221を白金族材料から構
成する場合、バリア層と下部電極221との間の密着性
の問題が新たに生じ、また、下部電極221を酸化物か
ら構成する場合、下部電極221形成時のバリア層の酸
化の問題が残る等、高い信頼性を有する不揮発性メモリ
の製造技術が確立されているとは云い難い。
To prevent mutual diffusion, for example, TiN or T
It is considered to form a barrier layer composed of iAlN or the like between the lower electrode 221 and the connection hole 218. Alternatively, in order to prevent oxidation, the material forming the lower electrode 221 is stable even in a high temperature oxidizing atmosphere. In addition, it is being studied to use a platinum group material such as Ir, IrO 2 , or SrRuO 3 having an oxygen barrier property, or an oxide thereof. However, in any case, the structure of the lower electrode 221 becomes complicated, and not only the thickness required for the lower electrode 221 increases, but when the lower electrode 221 is made of a platinum group material, the barrier layer and the lower electrode 221 A non-volatile memory having a high reliability such as a new problem of adhesion between the lower electrode 221 and the lower electrode 221 is formed, and when the lower electrode 221 is made of oxide, the problem of oxidation of the barrier layer during the formation of the lower electrode 221 remains. It is hard to say that the manufacturing technology has been established.

【0013】このような現状のため、模式的な一部断面
図を図33に示すプレーナ型不揮発性メモリが一般に採
用している。このプレーナ型不揮発性メモリにあって
は、選択用トランジスタの形成、絶縁層216の形成、
絶縁層216上への下部電極221の形成、酸化熱処理
を含む強誘電体層222の形成を行った後、全面にパッ
シベーション膜226Aを形成し、その後、パッシベー
ション膜226A及び絶縁層216に開口部を形成し、
選択用トランジスタの一方のソース/ドレイン領域14
Aと下部電極221とを接続孔228A,228B及び
配線229で接続する。
Due to such a current situation, the planar non-volatile memory whose schematic partial sectional view is shown in FIG. 33 is generally adopted. In this planar non-volatile memory, selection transistors are formed, an insulating layer 216 is formed,
After forming the lower electrode 221 on the insulating layer 216 and forming the ferroelectric layer 222 including oxidation heat treatment, a passivation film 226A is formed on the entire surface, and then openings are formed in the passivation film 226A and the insulating layer 216. Formed,
One source / drain region 14 of the selecting transistor
A and the lower electrode 221 are connected by the connection holes 228A and 228B and the wiring 229.

【0014】しかしながら、プレーナ型不揮発性メモリ
は、構造上、集積度を高めることが困難であるといった
問題を有する。
However, the planar type nonvolatile memory has a problem that it is difficult to increase the degree of integration because of its structure.

【0015】特開平9−116107号公報には、1つ
の選択用トランジスタに並列に複数のメモリセルが接続
された構造を有する不揮発性メモリが開示されている。
しかしながら、この特許公開公報に開示された不揮発性
メモリにおいては、基本的に、局所酸化膜上(素子分離
領域上)に複数のメモリセルが形成されている。それ
故、選択用トランジスタと素子分離領域の面積が集積化
の限界を決めており、一層の高集積化に対応し難いとい
った問題を有する。また、1つの選択用トランジスタに
並列に複数のメモリセルが接続された構造を有する不揮
発性メモリにおいて、複数のメモリセルを選択用トラン
ジスタの上方に絶縁層を介して形成した場合、スタック
型不揮発性メモリと同様の問題が生じる場合がある。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-116107 discloses a non-volatile memory having a structure in which a plurality of memory cells are connected in parallel to one selection transistor.
However, in the nonvolatile memory disclosed in this patent publication, basically, a plurality of memory cells are formed on the local oxide film (on the element isolation region). Therefore, the area of the selection transistor and the element isolation region determines the limit of integration, and there is a problem that it is difficult to cope with higher integration. Further, in a nonvolatile memory having a structure in which a plurality of memory cells are connected in parallel to one selection transistor, when a plurality of memory cells are formed above the selection transistor via an insulating layer, a stack type nonvolatile Problems similar to memory may occur.

【0016】従って、本発明の目的は、強誘電体層を形
成する際の高温での酸化熱処理によっても信頼性が低下
することのない構造を有する強誘電体型不揮発性半導体
メモリ及びその製造方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a ferroelectric non-volatile semiconductor memory having a structure in which reliability is not deteriorated even by an oxidative heat treatment at a high temperature when forming a ferroelectric layer, and a manufacturing method thereof. To provide.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の強誘電体型不揮発性半導体メモリの製造方
法は、(A)半導体基板に形成され、ソース/ドレイン
領域及びゲート電極を備えた選択用トランジスタ、及
び、(B)選択用トランジスタの上方に絶縁層を介して
形成された第1の電極と、少なくとも該第1の電極上に
形成され強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された第
2の電極から成るメモリセル、を有する強誘電体型不揮
発性半導体メモリの製造方法であって、(a)選択用ト
ランジスタを形成する工程と、(b)全面に絶縁層を形
成する工程と、(c)パターニングされた第1の電極を
絶縁層上に形成する工程と、(d)少なくとも第1の電
極上に強誘電体層を形成する工程と、(e)一方のソー
ス/ドレイン領域と第1の電極とを電気的に接続する接
続部を形成する工程と、(f)強誘電体層上に第2の電
極を形成する工程、を具備することを特徴とする。尚、
この本発明の強誘電体型不揮発性半導体メモリの製造方
法を、便宜上、本発明の第1の態様に係る強誘電体型不
揮発性半導体メモリの製造方法と呼ぶ。
A method of manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the present invention for achieving the above object comprises (A) a semiconductor substrate, which is provided with a source / drain region and a gate electrode. A selection transistor, and (B) a first electrode formed above the selection transistor via an insulating layer, a ferroelectric layer formed on at least the first electrode, and the ferroelectric substance. A method of manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory, comprising: a memory cell including a second electrode formed on a layer; (a) a step of forming a selection transistor; and (b) an insulating layer over the entire surface. And (c) forming a patterned first electrode on the insulating layer, (d) forming a ferroelectric layer on at least the first electrode, and (e) one Source / drain regions of Forming a connecting portion for electrically connecting the first electrode, characterized by comprising the steps of forming a second electrode on the (f) the ferroelectric layer. still,
This method of manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory of the present invention is referred to as a method of manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first aspect of the present invention for convenience.

【0018】尚、工程(e)と工程(f)の順序を逆と
することもでき、係る態様も本発明の第1の態様に係る
強誘電体型不揮発性半導体メモリの製造方法に包含され
る。
The order of step (e) and step (f) can be reversed, and such an aspect is also included in the method for manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first aspect of the present invention. .

【0019】本発明の第1の態様に係る強誘電体型不揮
発性半導体メモリの製造方法にあっては、前記接続部
は、絶縁層に形成された接続孔、及び、第1の電極の側
部又は頂面まで延在した該接続孔の頂部から成る構成と
することができる。
In the method of manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first aspect of the present invention, the connection portion is a connection hole formed in an insulating layer, and a side portion of the first electrode. Alternatively, it may be configured by the top of the connection hole extending to the top surface.

【0020】本発明の強誘電体型不揮発性半導体メモリ
の製造方法にあっては、絶縁層は、下層絶縁層と上層絶
縁層とが積層された構造を有し、前記工程(b)は、全
面に下層絶縁層を形成した後、下層絶縁層上に、一方の
ソース/ドレイン領域と電気的に接続された中間配線層
を形成し、次いで、下層絶縁層及び中間配線層上に上層
絶縁層を形成する工程から成り、前記工程(e)におい
ては、一方のソース/ドレイン領域と第1の電極とを電
気的に接続する接続部を形成する代わりに、中間配線層
と第1の電極とを電気的に接続する接続部を形成する構
成とすることもできる。このような本発明の強誘電体型
不揮発性半導体メモリの製造方法を、便宜上、本発明の
第2の態様に係る強誘電体型不揮発性半導体メモリの製
造方法と呼ぶ。
In the method of manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory of the present invention, the insulating layer has a structure in which a lower insulating layer and an upper insulating layer are laminated, and the step (b) is performed on the entire surface. After forming the lower insulating layer on the lower insulating layer, an intermediate wiring layer electrically connected to one of the source / drain regions is formed on the lower insulating layer, and then an upper insulating layer is formed on the lower insulating layer and the intermediate wiring layer. In the step (e), the intermediate wiring layer and the first electrode are replaced with each other by forming a connecting portion for electrically connecting one of the source / drain regions and the first electrode. It is also possible to adopt a configuration in which a connection portion for electrically connecting is formed. Such a method for manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory of the present invention is referred to as a method for manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the second aspect of the present invention for convenience.

【0021】本発明の第2の態様に係る強誘電体型不揮
発性半導体メモリの製造方法にあっては、一方のソース
/ドレイン領域と中間配線層との電気的な接続は、下層
絶縁層に形成された第1の接続孔によってなされ、前記
接続部は、上層絶縁層に形成された第2の接続孔、及
び、第1の電極の側部又は頂面まで延在した該第2の接
続孔の頂部から成る構成とすることができる。
In the method of manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the second aspect of the present invention, the electrical connection between the one source / drain region and the intermediate wiring layer is formed in the lower insulating layer. And a second connection hole formed in the upper insulating layer, and the second connection hole extending to a side portion or a top surface of the first electrode. Can be configured to include the top of the.

【0022】本発明の第2の態様に係る強誘電体型不揮
発性半導体メモリの製造方法にあっては、中間配線層と
第1の電極との間の相互拡散防止のために、中間配線層
の上面に、例えば、TiNやWN、TaN、TiAlN
から成る拡散障壁層を形成してもよい。
In the method of manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the second aspect of the present invention, in order to prevent mutual diffusion between the intermediate wiring layer and the first electrode, the intermediate wiring layer is formed. On the upper surface, for example, TiN, WN, TaN, TiAlN
You may form the diffusion barrier layer which consists of.

【0023】上記の目的を達成するための本発明の第1
の態様に係る強誘電体型不揮発性半導体メモリは、
(A)半導体基板に形成され、ソース/ドレイン領域及
びゲート電極を備えた選択用トランジスタ、及び、
(B)選択用トランジスタの上方に絶縁層を介して形成
された第1の電極と、少なくとも該第1の電極上に形成
され強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された第2の
電極から成るメモリセル、を有する強誘電体型不揮発性
半導体メモリであって、選択用トランジスタの一方のソ
ース/ドレイン領域と第1の電極とは、絶縁層に形成さ
れた接続孔、及び、第1の電極の側部又は頂面まで延在
した該接続孔の頂部を介して電気的に接続されているこ
とを特徴とする。
A first aspect of the present invention for achieving the above object
A ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the aspect of
(A) A selection transistor formed on a semiconductor substrate, having a source / drain region and a gate electrode, and
(B) A first electrode formed above the selection transistor via an insulating layer, a ferroelectric layer formed on at least the first electrode, and a first electrode formed on the ferroelectric layer. A ferroelectric non-volatile semiconductor memory having a memory cell including two electrodes, wherein one source / drain region of the selection transistor and the first electrode are connection holes formed in an insulating layer, and It is characterized in that the first electrode is electrically connected through a top portion of the connection hole extending to a side portion or a top surface of the first electrode.

【0024】上記の目的を達成するための本発明の第2
の態様に係る強誘電体型不揮発性半導体メモリは、
(A)半導体基板に形成され、ソース/ドレイン領域及
びゲート電極を備えた選択用トランジスタ、及び、
(B)選択用トランジスタの上方に絶縁層を介して形成
された第1の電極と、少なくとも該第1の電極上に形成
され強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された第2の
電極から成るメモリセル、を有する強誘電体型不揮発性
半導体メモリであって、絶縁層は、下層絶縁層と上層絶
縁層とが積層された構造を有し、下層絶縁層上に中間配
線層が形成され、選択用トランジスタの一方のソース/
ドレイン領域と中間配線層とは、下層絶縁層に形成され
た第1の接続孔を介して電気的に接続され、第1の電極
と中間配線層とは、上層絶縁層に形成された第2の接続
孔、及び、第1の電極の側部又は頂面まで延在した該第
2の接続孔の頂部を介して電気的に接続されていること
を特徴とする。
Second aspect of the present invention for achieving the above object
A ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the aspect of
(A) A selection transistor formed on a semiconductor substrate, having a source / drain region and a gate electrode, and
(B) A first electrode formed above the selection transistor via an insulating layer, a ferroelectric layer formed on at least the first electrode, and a first electrode formed on the ferroelectric layer. A ferroelectric non-volatile semiconductor memory having a memory cell including two electrodes, wherein the insulating layer has a structure in which a lower insulating layer and an upper insulating layer are stacked, and an intermediate wiring layer is formed on the lower insulating layer. Is formed, and one source of the selection transistor /
The drain region and the intermediate wiring layer are electrically connected to each other through a first connecting hole formed in the lower insulating layer, and the first electrode and the intermediate wiring layer are second electrodes formed in the upper insulating layer. Is electrically connected through the connection hole and the top portion of the second connection hole extending to the side portion or the top surface of the first electrode.

【0025】本発明の第2の態様に係る強誘電体型不揮
発性半導体メモリにあっては、中間配線層と第1の電極
との間の相互拡散防止のために、中間配線層の上面に、
例えば、TiNやWN、TaN、TiAlNから成る拡
散障壁層を形成してもよい。
In the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the second aspect of the present invention, in order to prevent mutual diffusion between the intermediate wiring layer and the first electrode, the upper surface of the intermediate wiring layer is
For example, a diffusion barrier layer made of TiN, WN, TaN, TiAlN may be formed.

【0026】本発明の第1の態様若しくは第2の態様に
係る強誘電体型不揮発性半導体メモリの製造方法、ある
いは又、本発明の第1の態様若しくは第2の態様に係る
強誘電体型不揮発性半導体メモリ(以下、これらを総称
して、単に本発明と呼ぶ)にあっては、ビット線と、M
個(但し、M≧2)のメモリセルから構成されたメモリ
ユニットと、M本のプレート線、を更に備え、メモリユ
ニットは絶縁層上に形成されており、メモリユニットに
おいて、メモリセルの第1の電極は共通であり、該共通
の第1の電極は、選択用トランジスタを介してビット線
に接続され、メモリユニットにおいて、第m番目(但
し、m=1,2・・・,M)のメモリセルの第2の電極
は、第m番目のプレート線に接続されている構成とする
ことができる。尚、このような構成を、便宜上、第1の
構成の不揮発性メモリと呼ぶ。
A method of manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first or second aspect of the present invention, or a ferroelectric non-volatile according to the first or second aspect of the present invention. In a semiconductor memory (hereinafter collectively referred to as the present invention), a bit line, an M
The memory unit is further provided with a memory unit composed of (where M ≧ 2) memory cells and M plate lines, and the memory unit is formed on an insulating layer. Electrode is common, and the common first electrode is connected to the bit line through the selection transistor, and is the m-th (where m = 1, 2 ..., M) in the memory unit. The second electrode of the memory cell can be connected to the m-th plate line. Note that such a configuration is referred to as a first configuration nonvolatile memory for convenience.

【0027】あるいは又、本発明にあっては、ビット線
と、それぞれがM個(但し、M≧2)のメモリセルから
構成された、N個(但し、N≧2)のメモリユニット
と、M×N本のプレート線、を更に備え、第1層目のメ
モリユニットは絶縁層上に形成されており、N個のメモ
リユニットは、層間絶縁層を介して積層されており、各
メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電極は共
通であり、該共通の第1の電極は、選択用トランジスタ
を介してビット線に接続され、第n層目(但し、n=
1,2・・・,N)のメモリユニットにおいて、第m番
目(但し、m=1,2・・・,M)のメモリセルの第2
の電極は、第[(n−1)M+m]番目のプレート線に
接続されている構成とすることができる。尚、このよう
な構成を、便宜上、第2の構成の不揮発性メモリと呼
ぶ。
Alternatively, according to the present invention, a bit line and N (but N ≧ 2) memory units each composed of M (where M ≧ 2) memory cells, M × N plate lines are further provided, the first-layer memory unit is formed on an insulating layer, and the N memory units are stacked via an interlayer insulating layer. , The first electrode of the memory cell is common, and the common first electrode is connected to the bit line through the selection transistor, and the nth layer (where n =
1, 2, ..., N), the second of the m-th (where m = 1, 2 ..., M) memory cells
The electrode may be connected to the [(n-1) M + m] th plate line. Note that such a configuration is referred to as a second configuration non-volatile memory for convenience.

【0028】あるいは又、本発明にあっては、ビット線
と、それぞれがM個(但し、M≧2)のメモリセルから
構成された、N個(但し、N≧2)のメモリユニット
と、M本のプレート線、を更に備え、選択用トランジス
タをN個備え、第1層目のメモリユニットは絶縁層上に
形成されており、N個のメモリユニットは、層間絶縁層
を介して積層されており、各メモリユニットにおいて、
メモリセルの第1の電極は共通であり、第n層目(但
し、n=1,2・・・,N)のメモリユニットにおける
共通の第1の電極は、第n番目の選択用トランジスタを
介してビット線に接続され、第n層目のメモリユニット
において、第m番目(但し、m=1,2・・・,M)の
メモリセルの第2の電極は、メモリユニット間で共通と
された第m番目のプレート線に接続されている構成とす
ることができる。尚、このような構成を、便宜上、第3
の構成の不揮発性メモリと呼ぶ。
Alternatively, according to the present invention, a bit line and N (where N ≧ 2) memory units, each of which is composed of M (where M ≧ 2) memory cells, M plate lines are further provided, N selection transistors are provided, the first-layer memory unit is formed on an insulating layer, and the N memory units are stacked with an interlayer insulating layer interposed therebetween. In each memory unit,
The first electrode of the memory cell is common, and the common first electrode in the memory unit of the n-th layer (where n = 1, 2, ..., N) is the n-th selection transistor. The second electrode of the m-th (where m = 1, ..., M) memory cell in the n-th layer memory unit is connected to the bit line via the common line between the memory units. It can be configured to be connected to the m-th plate line. It should be noted that, for the sake of convenience, such a configuration is adopted as the third
It is called a non-volatile memory having the above configuration.

【0029】あるいは又、本発明にあっては、N本(但
し、N≧2)のビット線と、それぞれがM個(但し、M
≧2)のメモリセルから構成された、N個のメモリユニ
ットと、M本のプレート線、を更に備え、選択用トラン
ジスタをN個備え、第1層目のメモリユニットは絶縁層
上に形成されており、N個のメモリユニットは、層間絶
縁層を介して積層されており、各メモリユニットにおい
て、メモリセルの第1の電極は共通であり、第n層目
(但し、n=1,2・・・,N)のメモリユニットにお
ける共通の第1の電極は、第n番目の選択用トランジス
タを介して第n番目のビット線に接続され、第n層目の
メモリユニットにおいて、第m番目(但し、m=1,2
・・・,M)のメモリセルの第2の電極は、メモリユニ
ット間で共通とされた第m番目のプレート線に接続され
ている構成とすることができる。尚、このような構成
を、便宜上、第4の構成の不揮発性メモリと呼ぶ。
Alternatively, in the present invention, N bit lines (where N ≧ 2) and M bit lines (where M ≧ 2) are provided.
≧ 2) further comprising N memory units and M plate lines, each including N selection transistors, and the first layer memory unit is formed on an insulating layer. N memory units are stacked via an interlayer insulating layer, the first electrode of the memory cell is common in each memory unit, and the nth layer (where n = 1, 2, , N) is connected to the n-th bit line via the n-th selection transistor, and the m-th memory unit in the n-th layer memory unit. (However, m = 1,2
, M), the second electrode of the memory cell may be connected to the m-th plate line common to the memory units. Note that such a configuration is referred to as a fourth configuration non-volatile memory for convenience.

【0030】第2の構成〜第4の構成の不揮発性メモリ
にあっては、第1層目のメモリユニットを構成するメモ
リセルの構造に、本発明の第1の態様若しくは第2の態
様に係る強誘電体型不揮発性半導体メモリの製造方法、
あるいは又、本発明の第1の態様若しくは第2の態様に
係る強誘電体型不揮発性半導体メモリを適することがで
きる。一方、2層目からN層目までのメモリユニットを
構成するメモリセルに、本発明の第1の態様に係る強誘
電体型不揮発性半導体メモリの製造方法、あるいは又、
本発明の第1の態様に係る強誘電体型不揮発性半導体メ
モリを適することができる。即ち、2層目からN層目ま
でのメモリユニットを構成するメモリセルを、 全面に層間絶縁層を形成する工程 パターニングされた第1の電極を層間絶縁層上に形成
する工程 少なくとも第1の電極上に強誘電体層を形成する工程 一方のソース/ドレイン領域と第1の電極とを電気的
に接続する接続部を形成する工程 強誘電体層上に第2の電極を形成する工程 によって製造することができる。尚、工程と工程の
順序を逆にすることもできる。
In the non-volatile memories having the second to fourth configurations, the structure of the memory cell forming the memory unit of the first layer is the same as that of the first or second aspect of the present invention. A method for manufacturing such a ferroelectric non-volatile semiconductor memory,
Alternatively, the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first aspect or the second aspect of the present invention can be applied. On the other hand, the method for manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first aspect of the present invention is used for the memory cells constituting the memory units of the second layer to the Nth layer, or
The ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first aspect of the present invention can be applied. That is, the step of forming the interlayer insulating layer on the entire surface of the memory cells constituting the memory units of the second to Nth layers, the step of forming the patterned first electrode on the interlayer insulating layer, at least the first electrode Process of forming a ferroelectric layer thereon Process of forming a connecting portion for electrically connecting one source / drain region and the first electrode Manufactured by a process of forming a second electrode on the ferroelectric layer can do. The steps may be reversed in order.

【0031】尚、この場合、接続部は、層間絶縁層に形
成された接続孔、及び、第1の電極の側部又は頂面まで
延在した該接続孔の頂部から成る構成とすることができ
る。ここで、層間絶縁層に形成された接続孔は、絶縁層
に形成された接続孔の上に形成することが構造の簡素化
といった観点から望ましい。
In this case, the connection portion may be composed of a connection hole formed in the interlayer insulating layer and a top portion of the connection hole extending to a side portion or a top surface of the first electrode. it can. Here, it is desirable to form the connection hole formed in the interlayer insulating layer on the connection hole formed in the insulating layer from the viewpoint of simplifying the structure.

【0032】第1の構成〜第4の構成に係る不揮発性メ
モリにおいては複数のメモリセルに1つの選択用トラン
ジスタを共有させ、しかも、第2の構成〜第4の構成に
係る不揮発性メモリにおいてはメモリユニットを積層構
造とすることにより、半導体基板表面を占有するトラン
ジスタの数に制約されることが無くなり、従来の強誘電
体型不揮発性半導体メモリに比べて飛躍的に記憶容量を
増大させることができ、ビット記憶単位の実効占有面積
を大幅に縮小することが可能となる。尚、ロー方向のア
ドレス選択は選択用トランジスタとプレート線とによっ
て構成された二次元マトリクスにて行う。例えば、8個
の選択用トランジスタとプレート線8本とでロー・アド
レスの選択単位を構成すれば、16個のデコーダ/ドラ
イバ回路で、例えば、64ビットのメモリセルを選択す
ることができる。従って、強誘電体型不揮発性半導体メ
モリの集積度が従来と同等でも、記憶容量は4倍とする
ことができる。また、アドレス選択における周辺回路や
駆動配線数を削減することができる。
In the non-volatile memories according to the first to fourth structures, a plurality of memory cells share one selection transistor, and moreover, in the non-volatile memories according to the second to fourth structures. Since the memory unit has a laminated structure, the number of transistors occupying the surface of the semiconductor substrate is not restricted, and the storage capacity can be dramatically increased as compared with the conventional ferroelectric nonvolatile semiconductor memory. Therefore, the effective occupied area of the bit storage unit can be significantly reduced. The address selection in the row direction is performed by a two-dimensional matrix composed of selection transistors and plate lines. For example, if a row address selection unit is composed of eight selection transistors and eight plate lines, 16 decoder / driver circuits can select, for example, 64-bit memory cells. Therefore, even if the degree of integration of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory is the same as the conventional one, the storage capacity can be increased four times. In addition, the number of peripheral circuits and drive wiring in address selection can be reduced.

【0033】第1の構成〜第4の構成に係る不揮発性メ
モリにおいては、M≧2を満足すればよく、実際的なM
の値として、例えば、2のべき数(2,4,8,16・
・・)を挙げることができる。また、第2の構成〜第4
の構成に係る不揮発性メモリにおいては、N≧2を満足
すればよく、実際的なNの値として、例えば、2のべき
数(2,4,8・・・)を挙げることができる。
In the nonvolatile memories according to the first to fourth configurations, it is sufficient that M ≧ 2 is satisfied, and the practical M is satisfied.
As a value of, for example, a power of 2 (2, 4, 8, 16
・ ・) Can be mentioned. Also, the second configuration to the fourth configuration
In the non-volatile memory according to the above configuration, N ≧ 2 may be satisfied, and as a practical value of N, for example, a power of 2 (2, 4, 8 ...) Can be cited.

【0034】第1の電極が共通である構造として、具体
的には、ストライプ状の第1の電極を形成し、かかるス
トライプ状の第1の電極の全面を覆うように強誘電体層
を形成する構成を挙げることができる。尚、このような
構造においては、第1の電極と強誘電体層と第2の電極
の重複領域がメモリセルに相当する。第1の電極が共通
である構造として、その他、第1の電極の所定の領域及
びその近傍の絶縁層上に、それぞれの強誘電体層が形成
され、強誘電体層上に第2の電極が形成された構造を挙
げることができるが、これらの構成に限定するものでは
ない。強誘電体層を得るために、強誘電体薄膜をパター
ニングしてもよいし、パターニングしなくともよい。ま
た、プレート線は、第2の電極から延在している構成と
することもできるし、第2の電極とは別途に形成され、
第2の電極と接続された構成とすることもできる。後者
の場合、プレート線を構成する配線材料として、例えば
アルミニウムやアルミニウム系合金を例示することがで
きる。
As a structure in which the first electrode is common, specifically, a stripe-shaped first electrode is formed, and a ferroelectric layer is formed so as to cover the entire surface of the stripe-shaped first electrode. The configuration can be mentioned. In such a structure, the overlapping region of the first electrode, the ferroelectric layer and the second electrode corresponds to the memory cell. As a structure in which the first electrode is common, other ferroelectric layers are formed on a predetermined region of the first electrode and the insulating layer in the vicinity thereof, and the second electrode is formed on the ferroelectric layer. However, the structure is not limited to these. The ferroelectric thin film may or may not be patterned in order to obtain the ferroelectric layer. Further, the plate line may be configured to extend from the second electrode, or may be formed separately from the second electrode,
It may be configured to be connected to the second electrode. In the latter case, the wiring material forming the plate line can be exemplified by aluminum or aluminum alloy.

【0035】第1の電極は、周りを絶縁層で埋め込まれ
た構造、即ち、所謂ダマシン構造を有していることが、
強誘電体層を平坦な下地上、即ち、第1の電極及び絶縁
層上に形成することができるが故に、各層の平坦化を図
ることができ、一層容易にメモリセルあるいはメモリユ
ニットの多層化を達成することができるといった観点か
ら好ましい。ここで、絶縁層の頂面と、第1の電極の頂
面とは、同一平面内にあってもよいし、絶縁層から第1
の電極の頂面が突出した状態、あるいは、絶縁層から第
1の電極の頂面が沈んだ状態であってもよい。
The first electrode has a structure in which the surroundings are filled with an insulating layer, that is, a so-called damascene structure,
Since the ferroelectric layer can be formed on a flat base, that is, on the first electrode and the insulating layer, each layer can be flattened and the memory cell or memory unit can be more easily multilayered. Is preferable from the viewpoint that the above can be achieved. Here, the top surface of the insulating layer and the top surface of the first electrode may be in the same plane, or the top surface of the insulating layer may be the first surface.
The top surface of the electrode may protrude, or the top surface of the first electrode may sink from the insulating layer.

【0036】第1の電極上に強誘電体層を形成した後、
一方のソース/ドレイン領域と第1の電極とを電気的に
接続する接続部を形成する際、強誘電体層が多結晶粒か
ら構成されている場合、接続部を構成する導電材料が結
晶粒界に入り込み、強誘電体層内部で短絡が発生する虞
がある。このような場合には、第1の電極上に強誘電体
層を形成した後、強誘電体層上に保護層を形成し、一方
のソース/ドレイン領域と第1の電極とを電気的に接続
する接続部を導電材料から形成した後、保護層及びその
上の導電材料を、例えば、化学的機械的研磨法(CMP
法)やエッチバック法に基づき除去すればよい。
After forming the ferroelectric layer on the first electrode,
When forming the connection part that electrically connects one of the source / drain regions and the first electrode, when the ferroelectric layer is made of polycrystalline grains, the conductive material forming the connection part is made of crystal grains. There is a possibility that a short circuit may occur inside the ferroelectric layer by entering the field. In such a case, after forming a ferroelectric layer on the first electrode, a protective layer is formed on the ferroelectric layer to electrically connect one of the source / drain regions and the first electrode. After forming the connection part to be connected from the conductive material, the protective layer and the conductive material thereon are subjected to, for example, a chemical mechanical polishing method (CMP).
Method) or the etch back method.

【0037】強誘電体型不揮発性半導体メモリにおける
強誘電体層を構成する材料として、ビスマス層状化合
物、より具体的には、Bi系層状構造ペロブスカイト型
の強誘電体材料を挙げることができる。Bi系層状構造
ペロブスカイト型の強誘電体材料は、所謂不定比化合物
に属し、金属元素、アニオン(O等)元素の両サイトに
おける組成ずれに対する寛容性がある。また、化学量論
的組成からやや外れたところで最適な電気的特性を示す
ことも珍しくない。Bi系層状構造ペロブスカイト型の
強誘電体材料は、例えば、一般式(Bi222+(A
m-1m3m+12-で表すことができる。ここで、「A」
は、Bi、Pb、Ba、Sr、Ca、Na、K、Cd等
の金属から構成された群から選択された1種類の金属を
表し、「B」は、Ti、Nb、Ta、W、Mo、Fe、
Co、Crから成る群から選択された1種類、若しくは
複数種の任意の比率による組み合わせを表す。また、m
は1以上の整数である。
As a material for forming the ferroelectric layer in the ferroelectric non-volatile semiconductor memory, a bismuth layer compound, more specifically, a Bi-based layered structure perovskite type ferroelectric material can be mentioned. The Bi-based layered structure perovskite type ferroelectric material belongs to a so-called non-stoichiometric compound, and is tolerant of composition shifts at both sites of a metal element and an anion (O etc.) element. In addition, it is not uncommon to show optimum electrical characteristics when the composition deviates slightly from the stoichiometric composition. The Bi-based layered structure perovskite type ferroelectric material is, for example, a compound represented by the general formula (Bi 2 O 2 ) 2+ (A
m-1 B m O 3m + 1) can be represented by 2. Where "A"
Represents one kind of metal selected from the group consisting of metals such as Bi, Pb, Ba, Sr, Ca, Na, K and Cd, and “B” represents Ti, Nb, Ta, W and Mo. , Fe,
It represents one kind selected from the group consisting of Co and Cr, or a combination of a plurality of kinds at an arbitrary ratio. Also, m
Is an integer of 1 or more.

【0038】あるいは又、強誘電体層を構成する材料
は、 (BiX,Sr1-X2(SrY,Bi1-Y)(TaZ,Nb1-Z2d 式(1) (但し、0.9≦X≦1.0、0.7≦Y≦1.0、0
≦Z≦1.0、8.7≦d≦9.3)で表される結晶相
を主たる結晶相として含んでいることが好ましい。ある
いは又、強誘電体層を構成する材料は、 BiXSrYTa2d 式(2) (但し、X+Y=3、0.7≦Y≦1.3、8.7≦d
≦9.3)で表される結晶相を主たる結晶相として含ん
でいることが好ましい。これらの場合、式(1)若しく
は式(2)で表される結晶相を主たる結晶相として85
%以上含んでいることが一層好ましい。尚、式(1)
中、(BiX,Sr1-X)の意味は、結晶構造における本
来Biが占めるサイトをSrが占め、このときのBiと
Srの割合がX:(1−X)であることを意味する。ま
た、(SrY,Bi1-Y)の意味は、結晶構造における本
来Srが占めるサイトをBiが占め、このときのSrと
Biの割合がY:(1−Y)であることを意味する。式
(1)若しくは式(2)で表される結晶相を主たる結晶
相として含む強誘電体層を構成する材料には、Biの酸
化物、TaやNbの酸化物、Bi、TaやNbの複合酸
化物が若干含まれている場合もあり得る。
Alternatively, the material forming the ferroelectric layer is (Bi X , Sr 1-X ) 2 (Sr Y , Bi 1-Y ) (Ta Z , Nb 1-Z ) 2 O d formula (1 (However, 0.9 ≦ X ≦ 1.0, 0.7 ≦ Y ≦ 1.0, 0
≦ Z ≦ 1.0, 8.7 ≦ d ≦ 9.3) is preferably contained as the main crystal phase. Alternatively, the material forming the ferroelectric layer is Bi X Sr Y Ta 2 O d formula (2) (where X + Y = 3, 0.7 ≦ Y ≦ 1.3, 8.7 ≦ d
It is preferable that the crystal phase represented by ≦ 9.3) is contained as a main crystal phase. In these cases, the crystal phase represented by the formula (1) or (2) is used as the main crystal phase.
% Or more is more preferable. The formula (1)
In the meaning, (Bi X , Sr 1-X ) means that Sr occupies the site originally occupied by Bi in the crystal structure, and the ratio of Bi and Sr at this time is X: (1-X). . Further, the meaning of (Sr Y , Bi 1 -Y ) means that Bi occupies the site originally occupied by Sr in the crystal structure, and the ratio of Sr and Bi at this time is Y: (1-Y). . Examples of the material forming the ferroelectric layer containing the crystal phase represented by the formula (1) or (2) as a main crystal phase include Bi oxide, Ta or Nb oxide, and Bi, Ta or Nb oxide. In some cases, a small amount of complex oxide may be contained.

【0039】あるいは又、強誘電体層を構成する材料
は、 BiX(Sr,Ca,Ba)Y(TaZ,Nb1-Z2d 式(3) (但し、1.7≦X≦2.5、0.6≦Y≦1.2、0
≦Z≦1.0、8.0≦d≦10.0)で表される結晶
相を含んでいてもよい。尚、「(Sr,Ca,Ba)」
は、Sr、Ca及びBaから構成された群から選択され
た1種類の元素を意味する。これらの各式で表される強
誘電体層を構成する材料の組成を化学量論的組成で表せ
ば、例えば、Bi2SrTa29、Bi2SrNb29
Bi2BaTa29、Bi2Sr(Ta,Nb)29等を
挙げることができる。あるいは又、強誘電体層を構成す
る材料として、Bi4SrTi415、Bi3TiNb
9、Bi3TiTaO9、Bi4Ti312、Bi2PbT
29等を例示することができるが、これらの場合にお
いても、各金属元素の比率は、結晶構造が変化しない程
度に変化させ得る。即ち、金属元素及び酸素元素の両サ
イトにおける組成ずれがあってもよい。
Alternatively, the material forming the ferroelectric layer is Bi X (Sr, Ca, Ba) Y (Ta Z , Nb 1 -Z ) 2 O d Formula (3) (where 1.7 ≦ X ≤2.5, 0.6≤Y≤1.2,0
≦ Z ≦ 1.0, 8.0 ≦ d ≦ 10.0) may be included. In addition, "(Sr, Ca, Ba)"
Means one kind of element selected from the group consisting of Sr, Ca and Ba. When the composition of the material forming the ferroelectric layer represented by each of these formulas is represented by a stoichiometric composition, for example, Bi 2 SrTa 2 O 9 , Bi 2 SrNb 2 O 9 ,
Bi 2 BaTa 2 O 9, Bi 2 Sr (Ta, Nb) can be exemplified 2 O 9, or the like. Alternatively, as a material for forming the ferroelectric layer, Bi 4 SrTi 4 O 15 , Bi 3 TiNb is used.
O 9 , Bi 3 TiTaO 9 , Bi 4 Ti 3 O 12 , Bi 2 PbT
can be exemplified a 2 O 9, etc., even in these cases, the ratio of the respective metal elements may change to the extent that the crystal structure does not change. That is, there may be a compositional shift at both the metal element and oxygen element sites.

【0040】あるいは又、強誘電体層を構成する材料と
して、PbTiO3、ペロブスカイト型構造を有するP
bZrO3とPbTiO3の固溶体であるチタン酸ジルコ
ン酸鉛[PZT,Pb(Zr1-y,Tiy)O3(但し、
0<y<1)]、PZTにLaを添加した金属酸化物で
あるPLZT、あるいはPZTにNbを添加した金属酸
化物であるPNZTといったPZT系化合物を挙げるこ
とができる。
Alternatively, as a material forming the ferroelectric layer, PbTiO 3 or P having a perovskite structure is used.
Lead zirconate titanate [PZT, Pb (Zr 1 -y , Ti y ) O 3 (provided that bZrO 3 and PbTiO 3 are solid solutions.
0 <y <1)], PLZT which is a metal oxide obtained by adding La to PZT, or PZT compound such as PNZT which is a metal oxide obtained by adding Nb to PZT.

【0041】強誘電体層を得るためには、強誘電体薄膜
を形成した後の工程において、使用する強誘電体材料に
応じた強誘電体薄膜の酸化熱処理を行い、強誘電体薄膜
をパターニングすればよい。場合によっては、強誘電体
薄膜のパターニングは不要である。強誘電体薄膜の形成
は、例えば、MOCVD法、パルスレーザアブレーショ
ン法、スパッタ法、ゾル−ゲル法といった強誘電体薄膜
を構成する材料に適宜適した方法にて行うことができ
る。また、強誘電体薄膜のパターニングは、例えば異方
性イオンエッチング(RIE)法にて行うことができ
る。
In order to obtain the ferroelectric layer, the ferroelectric thin film is subjected to oxidation heat treatment according to the ferroelectric material to be used in the step after the ferroelectric thin film is formed, and the ferroelectric thin film is patterned. do it. In some cases, patterning of the ferroelectric thin film is unnecessary. The ferroelectric thin film can be formed by a method suitable for the material forming the ferroelectric thin film, such as MOCVD, pulse laser ablation, sputtering, and sol-gel method. The ferroelectric thin film can be patterned by, for example, anisotropic ion etching (RIE) method.

【0042】本発明において、第1の電極及び第2の電
極は、白金族から選択された少なくとも1種類の金属、
あるいは、その酸化物から構成され、あるいは又、ルテ
ニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(P
d)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金
(Pt)及びレニウム(Re)から成る群から選択され
た少なくとも1種類の金属、あるいは、その酸化物から
構成されていることが望ましく、具体的には、例えば、
Ir、IrO2-X、IrO2-X/Ir、Ir/Ir
2-X、SrIrO3、Ru、RuO2-X、SrRuO3
Pt、Pt/IrO2-X、Pt/RuO2-X、Pd、Pt
/Tiの積層構造、Pt/Taの積層構造、Pt/Ti
/Taの積層構造を例示することができ、あるいは又、
La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)、Pt/LSCO
の積層構造、YBa2Cu37を挙げることができる。
ここで、Xの値は、0≦X<2である。尚、積層構造に
おいては、「/」の前に記載された材料が上層を構成
し、「/」の後ろに記載された材料が下層を構成する。
第1の電極と第2の電極は、同じ材料から構成されてい
てもよいし、同種の材料から構成されていてもよいし、
異種の材料から構成されていてもよい。第1の電極ある
いは第2の電極を形成するためには、第1の電極を構成
する第1の導電材料層あるいは第2の電極を構成する第
2の導電材料層を形成した後の工程において、第1の導
電材料層あるいは第2の導電材料層をパターニングすれ
ばよい。第1の導電材料層あるいは第2の導電材料層の
形成は、例えばスパッタ法、反応性スパッタ法、電子ビ
ーム蒸着法、MOCVD法、あるいはパルスレーザアブ
レーション法といった第1の導電材料層や第2の導電材
料層を構成する材料に適宜適した方法にて行うことがで
きる。また、第1の導電材料層や第2の導電材料層のパ
ターニングは、例えばイオンミーリング法やRIE法、
化学的機械的研磨法(CMP法)にて行うことができ
る。
In the present invention, the first electrode and the second electrode are at least one metal selected from the platinum group,
Alternatively, it is composed of its oxide, or alternatively, ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (P
d), at least one metal selected from the group consisting of osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt) and rhenium (Re), or an oxide thereof. For example,
Ir, IrO 2-X , IrO 2-X / Ir, Ir / Ir
O 2-X , SrIrO 3 , Ru, RuO 2-X , SrRuO 3 ,
Pt, Pt / IrO 2-X , Pt / RuO 2-X , Pd, Pt
/ Ti laminated structure, Pt / Ta laminated structure, Pt / Ti
/ Ta can be exemplified as a laminated structure, or
La 0.5 Sr 0.5 CoO 3 (LSCO), Pt / LSCO
And the laminated structure of YBa 2 Cu 3 O 7 .
Here, the value of X is 0 ≦ X <2. In the laminated structure, the material described before "/" constitutes the upper layer and the material described after "/" constitutes the lower layer.
The first electrode and the second electrode may be made of the same material or may be made of the same material,
It may be composed of different materials. In order to form the first electrode or the second electrode, in a step after forming the first conductive material layer forming the first electrode or the second conductive material layer forming the second electrode, The first conductive material layer or the second conductive material layer may be patterned. The first conductive material layer or the second conductive material layer is formed by, for example, a first conductive material layer or a second conductive material layer such as a sputtering method, a reactive sputtering method, an electron beam evaporation method, a MOCVD method, or a pulse laser ablation method. This can be performed by a method that is appropriately suitable for the material forming the conductive material layer. The patterning of the first conductive material layer and the second conductive material layer is performed by, for example, the ion milling method, the RIE method, or the like.
It can be performed by a chemical mechanical polishing method (CMP method).

【0043】本発明において、絶縁層や層間絶縁層を構
成する材料として、酸化シリコン(SiO2)、窒化シ
リコン(SiN)、SiON、SOG、NSG、BPS
G、PSG、BSGあるいはLTOを例示することがで
きる。
In the present invention, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), SiON, SOG, NSG and BPS are used as materials for forming the insulating layer and the interlayer insulating layer.
G, PSG, BSG or LTO can be exemplified.

【0044】接続部や接続孔は、強誘電体層の形成時の
酸化熱処理温度(一般的に、600゜C〜800゜C)
に耐え得る導電材料(例えば、TiNや、不純物を含有
したポリシリコン、タングステン等の高融点金属材料)
を、絶縁層や層間絶縁層に形成された開口部に埋め込
み、また、絶縁層や層間絶縁層上に延在させることによ
って得ることができる。また、必要に応じて、例えば、
TiNやWN、TaN、TiAlNから成る相互拡散防
止のための拡散障壁層を接続部や接続孔に形成してもよ
い。接続部や接続孔の形成方法として、CVD法、スパ
ッタ法やメッキ法を例示することができる。
The connection portion and the connection hole are subjected to an oxidation heat treatment temperature when forming the ferroelectric layer (generally 600 ° C. to 800 ° C.).
Conductive material that can withstand (for example, refractory metal materials such as TiN, polysilicon containing impurities, and tungsten)
Can be obtained by burying in the opening formed in the insulating layer or the interlayer insulating layer and extending on the insulating layer or the interlayer insulating layer. Also, if necessary, for example,
A diffusion barrier layer made of TiN, WN, TaN, or TiAlN for preventing mutual diffusion may be formed in the connection portion or the connection hole. A CVD method, a sputtering method, and a plating method can be exemplified as the method of forming the connection portion and the connection hole.

【0045】メモリセルの下方の半導体基板に絶縁層を
介して形成された選択用トランジスタ(スイッチング用
トランジスタ)や各種のトランジスタは、例えば、周知
のMIS型FETやMOS型FETから構成することが
できる。ビット線を構成する材料として、不純物がドー
ピングされたポリシリコンや高融点金属材料を挙げるこ
とができる。
The selection transistor (switching transistor) and various transistors formed on the semiconductor substrate below the memory cell via the insulating layer can be composed of, for example, a well-known MIS type FET or MOS type FET. .. Examples of the material forming the bit line include polysilicon doped with impurities and a refractory metal material.

【0046】第1の構成〜第4の構成に係る不揮発性メ
モリにおいて、実用的には、かかる不揮発性メモリを一
対とし(便宜上、不揮発性メモリ−A、不揮発性メモリ
−Bと呼ぶ)、一対の不揮発性メモリを構成するビット
線は、同一のセンスアンプに接続されている構成とする
ことができる。そして、この場合、不揮発性メモリ−A
を構成する選択用トランジスタと、不揮発性メモリ−B
を構成する選択用トランジスタとは、同一のワード線に
接続されていてもよいし、異なるワード線に接続されて
いてもよい。不揮発性メモリ−A及び不揮発性メモリ−
Bの構成及び動方法に依り、不揮発性メモリ−Aと不揮
発性メモリ−Bとを構成するそれぞれのメモリセルに1
ビットを記憶させることもできるし、不揮発性メモリ−
Aを構成するメモリセルの1つと、このメモリセルと同
じプレート線に接続された不揮発性メモリ−Bを構成す
るメモリセルの1つとを対として、これらの対となった
メモリセルに相補的なデータを記憶させることもでき
る。
In the nonvolatile memories according to the first to fourth configurations, practically, such nonvolatile memories are paired (for convenience, referred to as nonvolatile memory-A and nonvolatile memory-B), and paired. The bit lines forming the non-volatile memory can be connected to the same sense amplifier. In this case, the non-volatile memory-A
Selection transistor and a non-volatile memory-B
The selection transistor constituting the above may be connected to the same word line or different word lines. Nonvolatile Memory-A and Nonvolatile Memory-
Depending on the configuration and operating method of B, 1 is set for each memory cell that constitutes the nonvolatile memory-A and the nonvolatile memory-B.
Bits can be stored, and non-volatile memory
One of the memory cells forming A and one of the memory cells forming the non-volatile memory-B connected to the same plate line as this memory cell are set as a pair, and are complementary to these paired memory cells. Data can also be stored.

【0047】本発明においては、強誘電体層を形成した
後の工程において、一方のソース/ドレイン領域と第1
の電極とを電気的に接続する接続部を形成するので、強
誘電体層を形成する際の高温での酸化熱処理によっても
強誘電体型不揮発性半導体メモリの信頼性が低下するこ
とを確実に回避することができる。
In the present invention, one source / drain region and the first source / drain region are formed in the step after the ferroelectric layer is formed.
Since the connection part that electrically connects with the electrode of is formed, it is possible to reliably prevent the reliability of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory from being deteriorated even by the oxidation heat treatment at high temperature when forming the ferroelectric layer. can do.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態(以下、実施の形態と略称する)に基づき本発
明を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below with reference to the drawings on the basis of an embodiment of the invention (hereinafter, simply referred to as an embodiment).

【0049】(実施の形態1)実施の形態1は、本発明
の第1の態様に係る強誘電体型不揮発性半導体メモリ
(以下、不揮発性メモリと略称する)及びその製造方法
に関し、更に詳しくは、第1の構成及び第2の構成の不
揮発性メモリに関する。ビット線の延びる方向と平行な
仮想垂直面で実施の形態1の不揮発性メモリを切断した
ときの模式的な一部断面図を図1に示す。更には、本発
明の第2の構成に係る不揮発性メモリの概念的な回路図
を図2の(A)及び(B)に示し、図2の(A)の概念
的な回路図のより具体的な回路図を図3に示し、図2の
(B)の概念的な回路図のより具体的な回路図を図4に
示す。尚、図3及び図4には、2つの不揮発性メモリM
1,M2を図示するが、これらの不揮発性メモリM1,M2
の構造は同一であり、以下においては、不揮発性メモリ
1に関しての説明を行う。
(Embodiment 1) Embodiment 1 relates to a ferroelectric non-volatile semiconductor memory (hereinafter abbreviated as non-volatile memory) according to the first aspect of the present invention and a method for manufacturing the same, and more specifically, , A nonvolatile memory having the first configuration and the second configuration. FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of the nonvolatile memory according to the first embodiment taken along a virtual vertical plane that is parallel to the extending direction of bit lines. Furthermore, a conceptual circuit diagram of the non-volatile memory according to the second configuration of the present invention is shown in FIGS. 2A and 2B, and is more concrete than the conceptual circuit diagram of FIG. A schematic circuit diagram is shown in FIG. 3, and a more specific circuit diagram of the conceptual circuit diagram of FIG. 2B is shown in FIG. In addition, in FIGS. 3 and 4, two nonvolatile memories M are shown.
1 and M 2 are shown, these nonvolatile memories M 1 and M 2
The structure is the same, and the non-volatile memory M 1 will be described below.

【0050】実施の形態1の不揮発性メモリは、選択用
トランジスタTR1、及び、メモリセルMC111〜MC
114のそれぞれから構成されている。選択用トランジス
タTR 1は、半導体基板10に形成され、ソース/ドレ
イン領域14A,14B及びゲート電極13を備えてい
る。各メモリセルMC111〜MC114は、選択用トランジ
スタTR1の上方に絶縁層16を介して形成された第1
の電極21と、少なくとも第1の電極21上(実施の形
態1においては、より具体的には、絶縁層16及び第1
の電極21上)に形成され強誘電体層22と、強誘電体
層22上に形成された第2の電極23から構成されてい
る。そして、選択用トランジスタTR1の一方のソース
/ドレイン領域14Aと第1の電極21とは、絶縁層1
6に形成された接続孔18、及び、第1の電極21の頂
面まで延在した接続孔18の頂部18Aを介して電気的
に接続されている。
The non-volatile memory according to the first embodiment is for selection.
Transistor TR1And a memory cell MC111~ MC
114It is composed of each. Transis for selection
TR 1Are formed on the semiconductor substrate 10 and are source / drain.
The in-regions 14A and 14B and the gate electrode 13 are provided.
It Each memory cell MC111~ MC114Is a transition for selection
Star TR1Formed on the upper side of the insulating layer 16 via the insulating layer 16
Electrode 21 and at least on the first electrode 21 (embodiment
In State 1, more specifically, the insulating layer 16 and the first
A ferroelectric layer 22 formed on the electrode 21) of the
Comprising a second electrode 23 formed on the layer 22
It Then, the selection transistor TR1One source
/ Drain region 14A and first electrode 21 are insulating layers 1
6 and the contact hole 18 formed in 6 and the top of the first electrode 21.
Electrically through the top portion 18A of the connection hole 18 extending to the surface
It is connected to the.

【0051】あるいは又、実施の形態1の不揮発性メモ
リは、(1)ビット線BL1と、(2)M’個(但し、
M’≧2であり、実施の形態1においては、M’=8)
のメモリセルMC111〜MC114,MC121〜MC124から
構成されたメモリユニットMU1Nと、(3)M’本のプ
レート線、を更に備えている。
Alternatively, the nonvolatile memory according to the first embodiment has (1) bit line BL 1 and (2) M ′ pieces (however,
M ′ ≧ 2, and in the first embodiment, M ′ = 8)
Further includes a memory unit MU 1N composed of memory cells MC 111 to MC 114 and MC 121 to MC 124 , and (3) M ′ plate lines.

【0052】そして、メモリセルは、第1の電極21,
31と強誘電体層22,32と第2の電極23,33と
から成り、メモリユニットは絶縁層16上に形成されて
おり、メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電
極21,31は共通であり、該共通の第1の電極21,
31は、選択用トランジスタTR1を介してビット線B
1に接続され、メモリユニットにおいて、第m’番目
(但し、m’=1,2・・・,M’)のメモリセルの第
2の電極23,33は、第m’番目のプレート線に接続
されている。
The memory cell has a first electrode 21,
31 and the ferroelectric layers 22 and 32 and the second electrodes 23 and 33, the memory unit is formed on the insulating layer 16, and in the memory unit, the first electrodes 21 and 31 of the memory cells are common. And the common first electrode 21,
31 is a bit line B via the selection transistor TR 1.
The second electrodes 23 and 33 of the m'th (where m '= 1, 2, ..., M') memory cell connected to L 1 are the m'th plate line. It is connected to the.

【0053】あるいは又、実施の形態1の不揮発性メモ
リは、(1)ビット線BL1と、(2)それぞれがM個
(但し、M≧2であり、実施の形態1においては、M=
4)のメモリセルMC1NMから構成された、N個(但
し、N≧2であり、実施の形態1においては、N=2)
のメモリユニットMU1Nと、(3)M×N本のプレート
線、を更に備えている。
Alternatively, in the nonvolatile memory of the first embodiment, (1) bit lines BL 1 and (2) are M in number (where M ≧ 2, and in the first embodiment, M =
4) N memory cells MC 1NM (where N ≧ 2, in the first embodiment, N = 2)
Memory unit MU 1N , and (3) M × N plate lines.

【0054】そして、第1層目のメモリユニットMU11
は絶縁層16上に形成されており、N個のメモリユニッ
トMU1Nは、層間絶縁層26を介して積層されており、
各メモリセルは、第1の電極21,31と強誘電体層2
2,32と第2の電極23,33とから成り、各メモリ
ユニットMU1Nにおいて、メモリセルMC1NMの第1の
電極は共通であり、該共通の第1の電極は、選択用トラ
ンジスタTR1を介してビット線BL1に接続されてい
る。具体的には、メモリユニットMU11において、メモ
リセルMC11Mの第1の電極21は共通であり(この共
通の第1の電極を第1の共通ノードCN11と呼ぶ)、共
通の第1の電極21(第1の共通ノードCN11)は、選
択用トランジスタTR1を介してビット線BL1に接続さ
れている。また、メモリユニットMU12において、メモ
リセルMC12Mの第1の電極31は共通であり(この共
通の第1の電極を第2の共通ノードCN12と呼ぶ)、共
通の第1の電極31(第2の共通ノードCN12)は、選
択用トランジスタTR1を介してビット線BL1に接続さ
れている。更には、第n層目(但し、n=1,2・・
・,N)のメモリユニットMU1nにおいて、第m番目
(但し、m=1,2・・・,M)のメモリセルMC1nm
の第2の電極23,33は、第[(n−1)M+m]番
目のプレート線PL(n-1)M+mに接続されている。尚、こ
のプレート線PL(n-1)M+mは、不揮発性メモリM2を構
成する各メモリセルの第2の電極23,33にも接続さ
れている。実施の形態1においては、より具体的には、
各プレート線は、第2の電極23,33から延在してい
る。
Then, the first-layer memory unit MU 11
Is formed on the insulating layer 16, and the N memory units MU 1N are stacked via the interlayer insulating layer 26.
Each memory cell includes a first electrode 21, 31 and a ferroelectric layer 2
Consists 2,32 and second electrodes 23 and 33 Prefecture, in each of the memory units MU 1N, the first electrode of the memory cell MC 1NM are common, the common first electrode, the selection transistor TR 1 It is connected to the bit line BL 1 via. Specifically, in the memory unit MU 11 , the first electrode 21 of the memory cell MC 11M is common (this common first electrode is referred to as the first common node CN 11 ) and the common first electrode 21 is common. The electrode 21 (first common node CN 11 ) is connected to the bit line BL 1 via the selection transistor TR 1 . Also, in the memory unit MU 12 , the first electrode 31 of the memory cell MC 12M is common (this common first electrode is referred to as the second common node CN 12 ) and the common first electrode 31 ( The second common node CN 12 ) is connected to the bit line BL 1 via the selection transistor TR 1 . Furthermore, the nth layer (where n = 1, 2 ...
, N) memory unit MC 1nm of the m-th (where m = 1, 2 ..., M) memory cell MU 1n
The second electrodes 23 and 33 of are connected to the [(n-1) M + m] th plate line PL (n-1) M + m . The plate line PL (n-1) M + m is also connected to the second electrodes 23 and 33 of each memory cell forming the nonvolatile memory M 2 . In the first embodiment, more specifically,
Each plate line extends from the second electrode 23, 33.

【0055】選択用トランジスタTR1の他方のソース
/ドレイン領域14Bはコンタクトホール15を介して
ビット線BL1に接続されており、選択用トランジスタ
TR1の一方のソース/ドレイン領域14Aは、絶縁層
16に設けられた接続孔18(第1層目の接続孔18と
呼ぶ)、及び、第1の電極21の頂面まで延在した接続
孔18の頂部18Aを介して、第1層目のメモリユニッ
トMU11における共通の第1の電極21(第1の共通ノ
ードCN11)に接続されている。更には、選択用トラン
ジスタTR1の一方のソース/ドレイン領域14Bは、
絶縁層16に設けられた第1層目の接続孔18、パッド
部25、層間絶縁層26に設けられた接続孔28(第2
層目の接続孔28と呼ぶ)、第1の電極31の頂面まで
延在した接続孔28の頂部28Aを介して、第2層目の
メモリユニットMU12における共通の第1の電極31
(第2の共通ノードCN12)に接続されている。尚、図
中、参照番号36Aはパッシベーション層である。
[0055] The other of the source / drain region 14B of the selection transistor TR 1 is connected to the bit line BL 1 through a contact hole 15, one of the source / drain region 14A of the selection transistor TR 1, the insulating layer 16 through the connection hole 18 (referred to as the connection hole 18 of the first layer) and the top portion 18A of the connection hole 18 extending to the top surface of the first electrode 21. It is connected to the common first electrode 21 (first common node CN 11 ) in the memory unit MU 11 . Furthermore, one source / drain region 14B of the selection transistor TR 1 is
The connection hole 18 of the first layer provided in the insulating layer 16, the pad portion 25, and the connection hole 28 provided in the interlayer insulating layer 26 (second
(Called the connection hole 28 of the second layer), and the common first electrode 31 in the memory unit MU 12 of the second layer via the top 28A of the connection hole 28 extending to the top surface of the first electrode 31.
(Second common node CN 12 ). In the figure, reference numeral 36A is a passivation layer.

【0056】ビット線BL1は、センスアンプSAに接
続されている。また、プレート線PL(n-1)M+mはプレー
ト線デコーダ/ドライバPDに接続されている。更に
は、ワード線WL(あるいはワード線WL1,WL2
は、ワード線デコーダ/ドライバWDに接続されてい
る。ワード線WLは、図1の紙面垂直方向に延びてい
る。また、不揮発性メモリM1を構成するメモリセルM
11mの第2の電極23は、図1の紙面垂直方向に隣接
する不揮発性メモリM2を構成するメモリセルMC21m
第2の電極と共通であり、プレート線PL(n-1)M+mを兼
ねている。更には、不揮発性メモリM1を構成するメモ
リセルMC12mの第2の電極33は、図1の紙面垂直方
向に隣接する不揮発性メモリM2を構成するメモリセル
MC22mの第2の電極と共通であり、プレート線PL
(n-1)M+mを兼ねている。また、ワード線WLは、不揮発
性メモリM1を構成する選択用トランジスタTR1と、図
1の紙面垂直方向に隣接する不揮発性メモリM2を構成
する選択用トランジスタTR2とで共通である。
The bit line BL 1 is connected to the sense amplifier SA. The plate line PL (n-1) M + m is connected to the plate line decoder / driver PD. Furthermore, the word line WL (or the word lines WL 1 and WL 2 )
Are connected to the word line decoder / driver WD. The word line WL extends in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. In addition, the memory cell M that constitutes the nonvolatile memory M 1
The second electrode 23 of C 11m is common to the second electrode of the memory cell MC 21m that constitutes the nonvolatile memory M 2 that is adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1, and is the plate line PL (n-1) M. Also serves as + m . Further, the second electrode 33 of the memory cell MC 12m forming the non-volatile memory M 1 is the same as the second electrode of the memory cell MC 22m forming the non-volatile memory M 2 which is adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Common, plate line PL
Also serves as (n-1) M + m . The word line WL is common for selection transistors TR 1 constituting the nonvolatile memory M 1, a selection transistor TR 2 constituting the nonvolatile memory M 2 adjacent in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1.

【0057】図2の(A)及び図3に回路図を示す不揮
発性メモリM1,M2において、不揮発性メモリM1,M2
を構成する選択用トランジスタTR1,TR2は同じワー
ド線WLに接続されている。そして、対となったメモリ
セルMC1nm,MC2nm(n=1,2・・・,N、及び、
m=1,2・・・,M)に相補的なデータが記憶され
る。例えば、メモリセルMC1nm,MC2nm(ここで、m
は1,2,3,4のいずれか)に記憶されたデータを読
み出す場合、ワード線WLを選択し、プレート線PLj
(m≠j)には、例えば(1/3)Vccの電圧を印加し
た状態で、プレート線PL(n-1)M+mを駆動する。ここ
で、Vccは、例えば、電源電圧である。これによって、
相補的なデータが、対となったメモリセルMC1nm,M
2nmから選択用トランジスタTR1,TR2を介して対
となったビット線BL1,BL2に電圧(ビット線電位)
として現れる。そして、かかる対となったビット線BL
1,BL2の電圧(ビット線電位)を、センスアンプSA
で検出する。尚、不揮発性メモリM1,M2を構成する選
択用トランジスタTR1,TR2を、それぞれ、異なるワ
ード線WL1,WL2に接続し、メモリセルMC1nm,M
2nmを独立して制御し、対となったビット線BL1,B
2の一方に参照電圧を印加することによって、メモリ
セルMC1nm,MC2nmのそれぞれからデータを読み出す
こともできる。このような構成を採用する場合の回路図
は、図2の(B)及び図4を参照のこと。尚、選択用ト
ランジスタTR1,TR2を同時に駆動すれば、図2の
(A)及び図3に示した回路と等価となる。このよう
に、各メモリセルMC1nm,MC2nm(n=1,2であ
り、m=1,2,3,4)のそれぞれに1ビットがデー
タとして記憶され(図2の(B)及び図4参照)、ある
いは又、対となったメモリセルMC1nm,MC2nmに相補
的なデータが1ビットとして記憶される(図2の(A)
及び図3参照)。実際の不揮発性メモリにおいては、こ
の16ビットあるいは8ビットを記憶するメモリユニッ
トの集合がアクセス単位ユニットとしてアレイ状に配設
されている。尚、Mの値は4に限定されない。Mの値
は、M≧2を満足すればよく、実際的なMの値として、
例えば、2のべき数(2,4,8,16・・・)を挙げ
ることができる。また、Nの値は、N≧2を満足すれば
よく、実際的なNの値として、例えば、2のべき数
(2,4,8・・・)を挙げることができる。
In the nonvolatile memories M 1 and M 2 whose circuit diagrams are shown in FIGS. 2A and 3, the nonvolatile memories M 1 and M 2 are
The selection transistors TR 1 and TR 2 constituting the above are connected to the same word line WL. Then, the paired memory cells MC 1nm , MC 2nm (n = 1, 2, ..., N, and
Data complementary to m = 1, 2, ..., M) is stored. For example, memory cells MC 1nm and MC 2nm (where m
Is any one of 1, 2, 3, and 4), the word line WL is selected to read the data stored in the plate line PL j
The (m ≠ j), for example, (1/3) while applying a voltage of V cc, driving the plate line PL (n-1) M + m. Here, V cc is, for example, a power supply voltage. by this,
Complementary data are stored in a pair of memory cells MC 1nm , M
Voltage (bit line potential) from C 2nm to the paired bit lines BL 1 and BL 2 through the selection transistors TR 1 and TR 2.
Appears as. Then, the paired bit line BL
The voltage of 1 and BL 2 (bit line potential) is applied to the sense amplifier SA
Detect with. The selection transistors TR 1 and TR 2 forming the nonvolatile memories M 1 and M 2 are connected to different word lines WL 1 and WL 2 , respectively, and the memory cells MC 1nm and M 1 are connected.
C 2nm is independently controlled to form a pair of bit lines BL 1 and B
By applying a reference voltage to one of L 2, it can be read out memory cells MC 1 nm, the data from each of the MC 2 nm. For the circuit diagram in the case of adopting such a configuration, refer to FIG. If the selection transistors TR 1 and TR 2 are driven at the same time, the circuit becomes equivalent to the circuit shown in FIG. 2A and FIG. Thus, 1 bit is stored as data in each of the memory cells MC 1nm , MC 2nm (n = 1, 2, m = 1, 2, 3, 4) ((B) of FIG. 2 and FIG. 4), or alternatively, data complementary to the paired memory cells MC 1nm and MC 2nm is stored as 1 bit ((A) of FIG. 2).
And FIG. 3). In an actual non-volatile memory, a set of memory units that store 16 bits or 8 bits is arranged in an array as an access unit. The value of M is not limited to 4. The value of M may satisfy M ≧ 2, and as a practical value of M,
For example, a power of 2 (2, 4, 8, 16 ...) Can be mentioned. Further, the value of N only needs to satisfy N ≧ 2, and examples of the practical value of N include powers of 2 (2, 4, 8 ...).

【0058】対となった不揮発性メモリにおける一対の
選択用トランジスタTR1及びTR2は、ワード線WL、
及び、対となったビット線BL1,BL2によって囲まれ
た領域を占めている。従って、仮に、ワード線及びビッ
ト線が最短ピッチで配置されるとすると、対となった不
揮発性メモリにおける一対の選択用トランジスタTR 1
及びTR2の最小面積は、8F2である。しかしながら、
一対の選択用トランジスタTR1,TR2を、M組の対と
なったメモリセルMC11m,MC12m,MC21m,MC22m
(m=1,2・・・,M)で共有するが故に、1ビット
当たりの選択用トランジスタTR1,TR2の数が少なく
て済み、また、ワード線WLの配置も緩やかなので、不
揮発性メモリの縮小化を図り易い。しかも、周辺回路に
ついても、1本のワード線デコーダ/ドライバWDとM
本のプレート線デコーダ/ドライバPDでMビットを選
択することができる。従って、このような構成を採用す
ることで、セル面積が8F2に近いレイアウトを実現可
能であり、DRAM並のチップサイズを実現することが
できる。
A pair of non-volatile memories in a pair
Selection transistor TR1And TR2Is the word line WL,
And a pair of bit lines BL1, BL2Surrounded by
Occupied area. Therefore, if the word line and bit
If the wires are placed at the shortest pitch, the
A pair of selection transistors TR in a volatile memory 1
And TR2Area is 8F2Is. However,
A pair of selection transistors TR1, TR2With M pairs
Memory cell MC11m, MC12m, MC21m, MC22m
1 bit because it is shared by (m = 1, 2, ..., M)
Per-selection transistor TR1, TR2The number of
In addition, since the arrangement of the word lines WL is loose,
It is easy to reduce the size of the volatile memory. Moreover, in the peripheral circuit
Even with one word line decoder / driver WD and M
Select M bit with book plate line decoder / driver PD
You can choose. Therefore, such a configuration is adopted.
As a result, the cell area is 8F2Realize a layout close to
It is possible to realize a chip size comparable to DRAM.
it can.

【0059】以下、半導体基板等の模式的な一部断面図
である図5〜図10を参照して、実施の形態1の不揮発
性メモリの製造方法の概要を説明する。
The outline of the method for manufacturing the non-volatile memory according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.

【0060】[工程−100]先ず、不揮発性メモリに
おける選択用トランジスタを構成するトランジスタとし
て機能するMOS型トランジスタを半導体基板10に形
成する。そのために、例えばLOCOS構造を有する素
子分離領域11を公知の方法に基づき形成する。尚、素
子分離領域は、トレンチ構造を有していてもよいし、L
OCOS構造とトレンチ構造の組合せとしてもよい。そ
の後、半導体基板10の表面を例えばパイロジェニック
法により酸化し、ゲート絶縁膜12を形成する。次い
で、不純物がドーピングされたポリシリコン層をCVD
法にて全面に形成した後、ポリシリコン層をパターニン
グし、ゲート電極13を形成する。このゲート電極13
はワード線を兼ねている。尚、ゲート電極13をポリシ
リコン層から構成する代わりに、ポリサイドや金属シリ
サイドから構成することもできる。次に、半導体基板1
0にイオン注入を行い、LDD構造を形成する。その
後、全面にCVD法にてSiO2層を形成した後、この
SiO2層をエッチバックすることによって、ゲート電
極13の側面にゲートサイドウオール(図示せず)を形
成する。次いで、半導体基板10にイオン注入を施した
後、イオン注入された不純物の活性化アニール処理を行
うことによって、ソース/ドレイン領域14A,14B
を形成する。
[Step-100] First, a MOS transistor that functions as a transistor forming a selecting transistor in a nonvolatile memory is formed on the semiconductor substrate 10. Therefore, the element isolation region 11 having, for example, a LOCOS structure is formed by a known method. Incidentally, the element isolation region may have a trench structure, or L
A combination of the OCOS structure and the trench structure may be used. Then, the surface of the semiconductor substrate 10 is oxidized by, for example, a pyrogenic method to form the gate insulating film 12. Next, the impurity-doped polysilicon layer is CVD-treated.
Then, the polysilicon layer is patterned to form the gate electrode 13. This gate electrode 13
Also serves as a word line. The gate electrode 13 may be made of polycide or metal silicide instead of being made of a polysilicon layer. Next, the semiconductor substrate 1
Ion implantation is performed at 0 to form an LDD structure. After that, a SiO 2 layer is formed on the entire surface by a CVD method, and then the SiO 2 layer is etched back to form a gate sidewall (not shown) on the side surface of the gate electrode 13. Then, after ion-implanting the semiconductor substrate 10, activation / annealing treatment of the ion-implanted impurities is performed to thereby form the source / drain regions 14A and 14B.
To form.

【0061】[工程−110]次いで、全面に絶縁層を
形成する。具体的には、SiO2及びSiNの積層構造
を有する下層絶縁層(厚さ1μm)をCVD法にて形成
した後、CMP法にて平坦化処理を行い、下層絶縁層の
厚さを0.6μmとする。その後、他方のソース/ドレ
イン領域14Bの上方の下層絶縁層に開口部をRIE法
にて形成する。そして、かかる開口部内を含む下層絶縁
層上に不純物がドーピングされたポリシリコン層をCV
D法にて形成する。次いで、850゜C、30分間の活
性化アニール処理を行い、ポリシリコン層中の不純物の
活性化を行う。これによって、コンタクトホール15が
形成される。次に、下層絶縁層上のポリシリコン層をパ
ターニングすることによって、ビット線BL1を形成す
る。その後、SiO2から成る上層絶縁層(厚さ0.4
μm)をCVD法にて全面に形成し、CMP法にて平坦
化処理を行い、上層絶縁層の厚さを0.2μmとする。
尚、下層絶縁層と上層絶縁層を纏めて、絶縁層16と呼
ぶ。尚、ビット線BL1は、後の工程で形成する接続孔
18と短絡しないように形成されている。
[Step-110] Next, an insulating layer is formed on the entire surface. Specifically, after forming a lower insulating layer (thickness 1 μm) having a laminated structure of SiO 2 and SiN by a CVD method, a flattening process is performed by a CMP method to reduce the thickness of the lower insulating layer to 0. 6 μm. After that, an opening is formed by the RIE method in the lower insulating layer above the other source / drain region 14B. Then, the impurity-doped polysilicon layer is CV-formed on the lower insulating layer including the inside of the opening.
It is formed by the D method. Then, activation annealing treatment is performed at 850 ° C. for 30 minutes to activate the impurities in the polysilicon layer. As a result, the contact hole 15 is formed. Next, the bit line BL 1 is formed by patterning the polysilicon layer on the lower insulating layer. Thereafter, an upper insulating layer made of SiO 2 (thickness 0.4
(.mu.m) is formed on the entire surface by the CVD method, and planarization processing is performed by the CMP method so that the thickness of the upper insulating layer is 0.2 .mu.m.
The lower insulating layer and the upper insulating layer are collectively referred to as an insulating layer 16. The bit line BL 1 is formed so as not to short-circuit with the connection hole 18 formed in a later step.

【0062】[工程−120]次いで、パターニングさ
れた第1の電極21を絶縁層16上に形成する。具体的
には、厚さ50nmのSiN膜及び厚さ100nmのS
iO2膜をCVD法にて、順次、絶縁層16上に形成し
た後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術によ
ってSiO2膜に溝部を形成する。図においては、これ
らの積層膜を参照番号16Aで示す。その後、例えばT
iO2から成る厚さ20nmの密着層(図示せず)をス
パッタ法にて全面に形成し、更に、第1の電極21を構
成する白金(Pt)から成る第1の導電材料層(厚さ1
50nm)を全面にスパッタ法にて形成する。そして、
積層膜16A上の第1の導電材料層及び密着層をCMP
法にて除去することで、積層膜16Aに設けられた溝部
内に、密着層及び第1の導電材料層から構成されたスト
ライプ状の第1の電極21、即ち、所謂ダマシン構造を
有する第1の電極21を得ることができる。尚、密着層
を構成する材料はTiO2に限定されず、例えば、Ti
やTaを用いることもでき、場合によっては密着層の形
成を省略することもできる。また、第1の電極21は、
ダマシン構造を有していなくともよい。即ち、絶縁層1
6上に第1の導電材料層を形成し、リソグラフィ技術及
びドライエッチング技術に基づき、パターニングされた
第1の電極21を形成してもよい。更には、この場合、
パターニングされた第1の電極21の間を絶縁材料で埋
め込んでもよい。
[Step-120] Next, the patterned first electrode 21 is formed on the insulating layer 16. Specifically, a SiN film with a thickness of 50 nm and an S with a thickness of 100 nm are used.
An iO 2 film is sequentially formed on the insulating layer 16 by the CVD method, and then a groove is formed in the SiO 2 film by the lithography technique and the dry etching technique. In the drawing, these laminated films are indicated by reference numeral 16A. Then, for example, T
An adhesion layer (not shown) made of iO 2 and having a thickness of 20 nm is formed on the entire surface by a sputtering method, and further, a first conductive material layer (thickness) made of platinum (Pt) that constitutes the first electrode 21 is formed. 1
50 nm) is formed on the entire surface by sputtering. And
CMP the first conductive material layer and the adhesion layer on the laminated film 16A.
By removing it by the method, the stripe-shaped first electrode 21 including the adhesion layer and the first conductive material layer, that is, the first damascene structure having the so-called damascene structure is formed in the groove provided in the laminated film 16A. The electrode 21 can be obtained. The material forming the adhesion layer is not limited to TiO 2 , and for example, Ti
Or Ta can be used, and in some cases, the formation of the adhesion layer can be omitted. In addition, the first electrode 21 is
It does not have to have a damascene structure. That is, the insulating layer 1
It is also possible to form a first conductive material layer on 6 and form a patterned first electrode 21 based on the lithography technique and the dry etching technique. Furthermore, in this case,
An insulating material may be embedded between the patterned first electrodes 21.

【0063】[工程−130]その後、例えば、MOC
VD法によって、Bi系層状構造ペロブスカイト型の強
誘電体材料(具体的には、例えば、結晶化温度750゜
CのBi2SrTa2 9)から成る強誘電体薄膜を全面
に形成する。その後、250゜Cの空気中で乾燥処理を
行った後、750゜Cの酸素ガス雰囲気で1時間の酸化
熱処理を施し、結晶化を促進させ、強誘電体層22を形
成する。こうして、図5に示す構造を得ることができ
る。
[Step-130] Thereafter, for example, MOC
By the VD method, a Bi-based layered structure perovskite-type strong
Dielectric material (specifically, for example, crystallization temperature 750 °
Bi of C2SrTa2O 9) Ferroelectric thin film consisting of
To form. After that, dry in 250 ° C air
After that, oxidize for 1 hour at 750 ° C in oxygen gas atmosphere
The ferroelectric layer 22 is formed by heat treatment to accelerate crystallization.
To achieve. Thus, the structure shown in FIG. 5 can be obtained.
It

【0064】[工程−140]次に、一方のソース/ド
レイン領域14Aと第1の電極21(共通ノードC
11)とを電気的に接続する接続部を形成する。具体的
には、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基
づき、一方のソース/ドレイン領域14Aの上方の強誘
電体層22、積層膜16A及び絶縁層16に開口部17
を形成する(図6参照)。ドライエッチングの際、第1
の電極21は白金から構成されているが故に、蒸気圧の
高い反応生成物を生成し難く、強誘電体層22や密着層
はエッチングされるが、第1の電極21はエッチングさ
れ難く、図6に示すような開口部17を形成することが
できる。尚、第1の電極21を導電性酸化物材料から構
成した場合、第1の電極21が若干エッチングされる場
合があるが、何ら問題は生じない。その後、CVD法に
基づき開口部17内をTiN層にて埋め込み、次いで、
強誘電体層22をストッパー層としたCMP法にて、強
誘電体層22上のTiN層を除去し、接続孔18、及
び、第1の電極21の頂面まで延在した接続孔18の頂
部18Aを完成させる(図7参照)。
[Step-140] Next, one source / drain
Rain region 14A and first electrode 21 (common node C
N 11) To form a connection portion for electrically connecting with. concrete
Is based on lithography technology and dry etching technology.
Therefore, the forcing above the one source / drain region 14A is performed.
The opening 17 is formed in the electric body layer 22, the laminated film 16A and the insulating layer 16.
Are formed (see FIG. 6). When dry etching, first
Since the electrode 21 of is composed of platinum,
It is difficult to generate high reaction products, and the ferroelectric layer 22 and the adhesion layer
Is etched, but the first electrode 21 is etched.
It is difficult to form the openings 17 as shown in FIG.
it can. The first electrode 21 is made of a conductive oxide material.
If formed, if the first electrode 21 is slightly etched.
There is no problem, but no problem occurs. After that, the CVD method
Based on this, the inside of the opening 17 is filled with a TiN layer, and then
By the CMP method using the ferroelectric layer 22 as a stopper layer,
The TiN layer on the dielectric layer 22 is removed, and the connection hole 18 and the
And the top of the connection hole 18 extending to the top surface of the first electrode 21.
The part 18A is completed (see FIG. 7).

【0065】接続孔18をTiN層から構成することに
よって、第1の電極21と半導体基板10との間の相互
拡散の発生を確実に防止することができる。尚、第1の
電極21を構成する第1の導電材料層に依っては、Ti
Nの代わりに他の導電材料層を選択してもよい。また、
接続孔の形成方法はCVD法に限定されず、スパッタ法
やメッキ法を採用することもできる。更には、強誘電体
層22上のTiN層の除去は、CMP法に限定されるも
のではなく、例えば、エッチバック法によって行うこと
もできる。
By forming the connection hole 18 from the TiN layer, it is possible to reliably prevent the occurrence of mutual diffusion between the first electrode 21 and the semiconductor substrate 10. Note that depending on the first conductive material layer forming the first electrode 21, Ti
Other conductive material layers may be selected instead of N. Also,
The method of forming the connection hole is not limited to the CVD method, and a sputtering method or a plating method can be adopted. Furthermore, the removal of the TiN layer on the ferroelectric layer 22 is not limited to the CMP method, but may be performed by the etch back method, for example.

【0066】[工程−150]その後、強誘電体層22
上に第2の電極23を形成する。具体的には、全面に厚
さ100nmのSiO2膜16Bを形成し、リソグラフ
ィ技術及びドライエッチング技術によって、第2の電極
を形成すべき部分のSiO2膜16Bを除去し、併せ
て、接続孔18の上方のSiO2膜16Bを除去する。
その後、白金(Pt)層をスパッタ法にて全面に形成し
た後、CMP法にてSiO2膜16B上の白金層を除去
し、第2の電極23を形成し、併せて、接続孔18の頂
面にパッド部25を形成する。こうして、図8に示す構
造を得ることができる。
[Step-150] Then, the ferroelectric layer 22
The second electrode 23 is formed thereon. Specifically, to form the SiO 2 film 16B having a thickness of 100nm on the entire surface, by lithography and dry etching, the SiO 2 film 16B portions to form the second electrode is removed, together, connecting holes The SiO 2 film 16B above 18 is removed.
After that, a platinum (Pt) layer is formed on the entire surface by a sputtering method, and then the platinum layer on the SiO 2 film 16B is removed by a CMP method to form a second electrode 23, and at the same time, the connection hole 18 is formed. The pad portion 25 is formed on the top surface. In this way, the structure shown in FIG. 8 can be obtained.

【0067】[工程−160]その後、 層間絶縁層26を形成し、平坦化処理する工程 ダマシン構造を有し、パターニングされた第1の電極
31を層間絶縁層26上に形成する工程 少なくとも第1の電極31上に、結晶化温度700゜
CのBi2Sr(Ta1.5Nb0.5)O9から成る強誘電体
層32を形成する工程 一方のソース/ドレイン領域14Aと第1の電極31
とを電気的に接続する接続部を形成する工程(図9及び
図10参照) 強誘電体層32上に第2の電極33を形成する工程 パッシベーション層36Aを形成する工程 を、順次、実行する。尚、Bi2Sr(Ta1.5
0.5)O9から成る強誘電体層32に対して、結晶化促
進のための熱処理を、700゜Cの酸素ガス雰囲気で1
時間、行えばよい。
[Step-160] After that, the step of forming the interlayer insulating layer 26 and the step of planarizing the step of forming the patterned first electrode 31 on the interlayer insulating layer 26 having a damascene structure. Of forming the ferroelectric layer 32 of Bi 2 Sr (Ta 1.5 Nb 0.5 ) O 9 having a crystallization temperature of 700 ° C. on the electrode 31 of the first source / drain region 14 A and the first electrode 31
A step of forming a connection portion for electrically connecting with (see FIGS. 9 and 10) A step of forming the second electrode 33 on the ferroelectric layer 32, and a step of forming a passivation layer 36A are sequentially performed. . In addition, Bi 2 Sr (Ta 1.5 N
The ferroelectric layer 32 made of b 0.5 ) O 9 is subjected to heat treatment for promoting crystallization in an oxygen gas atmosphere at 700 ° C.
You can go on time.

【0068】尚、この場合、接続部は、層間絶縁層26
に形成された開口部27内に設けられた接続孔28、及
び、第1の電極31の頂面まで延在した接続孔28の頂
部28Aから成る。上記の工程である、一方のソース
/ドレイン領域14Aと第1の電極31とを電気的に接
続する接続部を形成する工程(図9及び図10参照)
は、実質的に、[工程−140]と同様の工程とするこ
とができる。また、層間絶縁層26に形成された接続孔
28は、絶縁層16に形成された接続孔18の上に形成
されたパッド部25の上に形成する。尚、参照番号26
A,26Bは、それぞれ、積層膜16A、SiO2膜1
6Bと同じ機能を有する同種の膜である。
In this case, the connecting portion is the interlayer insulating layer 26.
And a top portion 28A of the connection hole 28 that extends to the top surface of the first electrode 31. The step of forming the connection portion for electrically connecting the one source / drain region 14A and the first electrode 31 in the above step (see FIGS. 9 and 10)
Can be substantially the same as [Step-140]. Further, the connection hole 28 formed in the interlayer insulating layer 26 is formed on the pad portion 25 formed on the connection hole 18 formed in the insulating layer 16. Incidentally, reference numeral 26
A and 26B are the laminated film 16A and the SiO 2 film 1 respectively.
It is the same type of film having the same function as 6B.

【0069】[工程−140]において、リソグラフィ
技術及びドライエッチング技術に基づき、一方のソース
/ドレイン領域14Aの上方の強誘電体層22、積層膜
16A及び絶縁層16に開口部17を形成する際の開口
部17の大きさ、位置によっては、最終的に形成される
接続部が、図11に模式的な一部断面図を示すように、
絶縁層16に形成された接続孔18、及び、第1の電極
21の側部まで延在した接続孔の頂部18Bから成る構
成とすることもでき、あるいは又、層間絶縁層26に形
成された接続孔28、及び、第1の電極31の側部まで
延在した接続孔の頂部28Bから成る構成とすることも
できる。
In the process [140], when the opening 17 is formed in the ferroelectric layer 22, the laminated film 16A and the insulating layer 16 above the one source / drain region 14A based on the lithography technique and the dry etching technique. Depending on the size and position of the opening 17 of the, the finally formed connecting portion is
Alternatively, the connection hole 18 formed in the insulating layer 16 and the top portion 18B of the connection hole extending to the side of the first electrode 21 may be formed. Alternatively, the connection hole 18 may be formed in the interlayer insulating layer 26. Alternatively, the connection hole 28 and the top portion 28B of the connection hole extending to the side of the first electrode 31 may be used.

【0070】また、各第2の電極はプレート線を兼ねて
いなくともよい。この場合には、例えば、パッシベーシ
ョン層36Aの形成完了後、第2の電極23、第2の電
極33をビアホールによって接続し、併せて、パッシベ
ーション層36A上に、かかるビヤホールと接続したプ
レート線を形成すればよい。
Further, each second electrode may not also serve as a plate line. In this case, for example, after the formation of the passivation layer 36A is completed, the second electrode 23 and the second electrode 33 are connected by a via hole, and at the same time, a plate line connected to the via hole is formed on the passivation layer 36A. do it.

【0071】尚、強誘電体層を構成する材料を適宜選択
することによって、上方に位置するメモリセルを構成す
る強誘電体層の結晶化温度(酸化熱処理温度)を、下方
に位置するメモリセルを構成する強誘電体層の結晶化温
度よりも低くすることができ、あるいは又、上方に位置
するメモリユニットを構成するメモリセルの強誘電体層
の結晶化温度を、下方に位置するメモリユニットを構成
するメモリセルの強誘電体層の結晶化温度よりも低くす
ることができる。以下の表1に、強誘電体層を構成する
代表的な材料の結晶化温度を示すが、強誘電体層を構成
する材料をかかる材料に限定するものではない。
By properly selecting the material forming the ferroelectric layer, the crystallization temperature (oxidation heat treatment temperature) of the ferroelectric layer forming the upper memory cell is set to the lower memory cell. Can be lower than the crystallization temperature of the ferroelectric layer forming the memory cell, or the crystallization temperature of the ferroelectric layer of the memory cell forming the memory unit located above can be lower than the crystallization temperature of the memory unit located below. Can be lower than the crystallization temperature of the ferroelectric layer of the memory cell constituting the. Table 1 below shows crystallization temperatures of typical materials forming the ferroelectric layer, but the material forming the ferroelectric layer is not limited to such materials.

【0072】メモリセルを構成する強誘電体層の結晶化
温度は、例えば、X線回折装置や表面走査型電子顕微鏡
を用いて調べることができる。具体的には、例えば、強
誘電体薄膜を形成した後、強誘電体薄膜の結晶化を行う
ための熱処理温度を種々変えて結晶化促進のための熱処
理を行い、熱処理後の強誘電薄膜のX線回折分析を行
い、強誘電体材料に特有の回折パターン強度(回折ピー
クの高さ)を評価することによって、強誘電体層の結晶
化温度を求めることができる。
The crystallization temperature of the ferroelectric layer forming the memory cell can be examined by using, for example, an X-ray diffractometer or a surface scanning electron microscope. Specifically, for example, after forming a ferroelectric thin film, heat treatment for crystallization promotion is performed by changing the heat treatment temperature for crystallization of the ferroelectric thin film, and the ferroelectric thin film after the heat treatment is The crystallization temperature of the ferroelectric layer can be determined by performing X-ray diffraction analysis and evaluating the diffraction pattern intensity (diffraction peak height) peculiar to the ferroelectric material.

【0073】ところで、第2の構成〜第4の構成の強誘
電体型不揮発性半導体メモリを製造する場合、強誘電体
層を構成する強誘電体薄膜の結晶化のために、酸化熱処
理(結晶化熱処理)を積層されたメモリセルやメモリユ
ニットの段数だけ行わなければならない。従って、下段
に位置するメモリセルやメモリユニットほど、長時間の
結晶化熱処理を受け、上段に位置するほど、メモリセル
やメモリユニットは短時間の酸化熱処理を受けることに
なる。それ故、上段に位置するメモリセルやメモリユニ
ットに対して最適な酸化熱処理を施すと、下段に位置す
るメモリセルやメモリユニットは過度の熱負荷を受ける
虞があり、下段に位置するメモリセルやメモリユニット
の特性劣化が生じる虞がある。尚、多段のメモリセルや
メモリユニットを作製した後、一度で酸化熱処理を行う
方法も考えられるが、結晶化の際に強誘電体層に大きな
体積変化が生じたり、各強誘電体層から脱ガスが生じる
可能性が高く、強誘電体層にクラックや剥がれが生じる
といった問題が発生し易い。
By the way, when manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memories of the second to fourth structures, oxidation heat treatment (crystallization is carried out) in order to crystallize the ferroelectric thin film constituting the ferroelectric layer. (Heat treatment) must be performed for the number of stacked memory cells or memory units. Therefore, the memory cells and memory units located in the lower stage are subjected to the crystallization heat treatment for a long time, and the memory cells and memory units located in the upper stage are subjected to the oxidation heat treatment for a short time. Therefore, when the optimum oxidation heat treatment is applied to the memory cells or memory units located in the upper stage, the memory cells or memory units located in the lower stage may be subjected to an excessive heat load. The characteristics of the memory unit may be deteriorated. Although it is possible to perform the oxidation heat treatment at once after fabricating the multi-stage memory cell or memory unit, a large volume change occurs in the ferroelectric layer during crystallization, or the ferroelectric layer is removed from each ferroelectric layer. Gas is likely to be generated, and problems such as cracking and peeling of the ferroelectric layer are likely to occur.

【0074】上方に位置するメモリセルやメモリユニッ
トを構成する強誘電体層の結晶化温度を、下方に位置す
るメモリセルやメモリユニットを構成する強誘電体層の
結晶化温度よりも低くすれば、積層されたメモリセルや
メモリユニットの段数だけ酸化熱処理を行っても、下方
に位置するメモリセルやメモリユニットを構成するメモ
リセルの特性劣化といった問題は生じない。また、各段
におけるメモリセルやメモリユニットを構成するメモリ
セルに対して、最適な条件での酸化熱処理を行うことが
でき、特性の優れた強誘電体型不揮発性半導体メモリを
得ることができる。
If the crystallization temperature of the ferroelectric layer forming the memory cell or the memory unit located above is set lower than the crystallization temperature of the ferroelectric layer forming the memory cell or the memory unit located below. Even if the oxidation heat treatment is performed by the number of stacked memory cells or memory units, there is no problem of characteristic deterioration of the memory cells located below and the memory cells forming the memory unit. Further, the memory cells in each stage and the memory cells forming the memory unit can be subjected to the oxidation heat treatment under optimum conditions, and a ferroelectric non-volatile semiconductor memory having excellent characteristics can be obtained.

【0075】 [表1] 材料名 結晶化温度 Bi2SrTa29 700〜800゜C Bi2Sr(Ta1.5,Nb0.5)O9 650〜750゜C Bi4Ti312 600〜700゜C Pb(Zr0.48,Ti0.52)O3 550〜650゜C PbTiO3 500〜600゜C[Table 1] Material name Crystallization temperature Bi 2 SrTa 2 O 9 700 to 800 ° C Bi 2 Sr (Ta 1.5 , Nb 0.5 ) O 9 650 to 750 ° C Bi 4 Ti 3 O 12 600 to 700 ° C Pb (Zr 0.48, Ti 0.52 ) O 3 550~650 ° C PbTiO 3 500 to 600 ° C

【0076】例えば、Bi2SrTa29から成る強誘
電体薄膜の形成条件を以下の表2に例示する。尚、表2
中、「thd」は、テトラメチルヘプタンジオネートの
略である。また、表2に示したソース原料はテトラヒド
ロフラン(THF)を主成分とする溶媒中に溶解されて
いる。
For example, the conditions for forming the ferroelectric thin film made of Bi 2 SrTa 2 O 9 are shown in Table 2 below. Table 2
In the above, “thd” is an abbreviation for tetramethylheptanedionate. The source materials shown in Table 2 are dissolved in a solvent containing tetrahydrofuran (THF) as a main component.

【0077】 [表2] MOCVD法による形成 ソース材料 :Sr(thd)2−tetraglyme Bi(C653 Ta(O−iC374(thd) 形成温度 :400〜700゜C プロセスガス:Ar/O2=1000/1000cm3 形成速度 :5〜20nm/分[Table 2] Formation by MOCVD Source material: Sr (thd) 2 -tetraglyme Bi (C 6 H 5 ) 3 Ta (O-iC 3 H 7 ) 4 (thd) Formation temperature: 400 to 700 ° C Process gas: Ar / O 2 = 1000/1000 cm 3 Formation rate: 5 to 20 nm / min

【0078】あるいは又、Bi2SrTa29から成る
強誘電体薄膜をパルスレーザアブレーション法、ゾル−
ゲル法、あるいはRFスパッタ法にて全面に形成するこ
ともできる。これらの場合の形成条件を以下に例示す
る。尚、ゾル−ゲル法によって厚い強誘電体薄膜を形成
する場合、所望の回数、スピンコート及び乾燥、あるい
はスピンコート及び焼成(又は、アニール処理)を繰り
返せばよい。
Alternatively, a ferroelectric thin film made of Bi 2 SrTa 2 O 9 is formed by pulse laser ablation method, sol-
It can also be formed on the entire surface by a gel method or an RF sputtering method. The formation conditions in these cases are illustrated below. When forming a thick ferroelectric thin film by the sol-gel method, spin coating and drying, or spin coating and baking (or annealing treatment) may be repeated a desired number of times.

【0079】[表3] パルスレーザアブレーション法による形成 ターゲット:Bi2SrTa29 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、5Hz) 形成温度 :400〜800゜C 酸素濃度 :3Pa
[Table 3] Target formed by pulse laser ablation method: Bi 2 SrTa 2 O 9 Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 5 Hz) Forming temperature: 400 to 800 ° C Oxygen concentration: 3 Pa

【0080】 [表4] ゾル−ゲル法による形成 原料:Bi(CH3(CH23CH(C25)COO)3 [ビスマス・2エチルヘキサン酸,Bi(OOc)3] Sr(CH3(CH23CH(C25)COO)2 [ストロンチウム・2エチルヘキサン酸,Sr(OOc)2] Ta(OEt)5 [タンタル・エトキシド] スピンコート条件:3000rpm×20秒 乾燥:250゜C×7分 焼成:700〜800゜C×1時間(必要に応じてRTA処理を加える)[0080] [Table 4] sol - gel method by forming ingredients: Bi (CH 3 (CH 2 ) 3 CH (C 2 H 5) COO) 3 [ bismuth 2-ethylhexanoate, Bi (OOc) 3] Sr ( CH 3 (CH 2 ) 3 CH (C 2 H 5 ) COO) 2 [strontium.2-ethylhexanoic acid, Sr (OOc) 2 ] Ta (OEt) 5 [tantalum ethoxide] Spin coating conditions: 3000 rpm × 20 seconds Drying : 250 ° C x 7 minutes Firing: 700 to 800 ° C x 1 hour (RTA treatment is added if necessary)

【0081】[表5] RFスパッタ法による形成 ターゲット:Bi2SrTa29セラミックターゲット RFパワー:1.2W〜2.0W/ターゲット1cm2 雰囲気圧力:0.2〜1.3Pa 形成温度 :室温〜600゜C プロセスガス:Ar/O2の流量比=2/1〜9/1[Table 5] Target formed by RF sputtering method: Bi 2 SrTa 2 O 9 ceramic target RF power: 1.2 W to 2.0 W / target 1 cm 2 Atmospheric pressure: 0.2 to 1.3 Pa Formation temperature: Room temperature ˜600 ° C. Process gas: Ar / O 2 flow rate ratio = 2/1 to 9/1

【0082】強誘電体層を、PZTあるいはPLZTか
ら構成するときの、マグネトロンスパッタ法によるPZ
TあるいはPLZTの形成条件を以下の表6に例示す
る。あるいは又、PZTやPLZTを、反応性スパッタ
法、電子ビーム蒸着法、ゾル−ゲル法、又はMOCVD
法にて形成することもできる。
PZ by magnetron sputtering method when the ferroelectric layer is composed of PZT or PLZT
The conditions for forming T or PLZT are shown in Table 6 below. Alternatively, PZT or PLZT may be formed by reactive sputtering, electron beam evaporation, sol-gel method, or MOCVD.
It can also be formed by a method.

【0083】[表6] ターゲット :PZTあるいはPLZT プロセスガス:Ar/O2=90体積%/10体積% 圧力 :4Pa パワー :50W 形成温度 :500゜C[Table 6] Target: PZT or PLZT process gas: Ar / O 2 = 90% by volume / 10% by volume Pressure: 4 Pa Power: 50 W Formation temperature: 500 ° C

【0084】更には、PZTやPLZTをパルスレーザ
アブレーション法にて形成することもできる。この場合
の形成条件を以下の表7に例示する。
Furthermore, PZT or PLZT can be formed by the pulse laser ablation method. The forming conditions in this case are illustrated in Table 7 below.

【0085】[表7] ターゲット:PZT又はPLZT 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、3Hz) 出力エネルギー:400mJ(1.1J/cm2) 形成温度 :550〜600゜C 酸素濃度 :40〜120Pa
[Table 7] Target: PZT or PLZT Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 3 Hz) Output energy: 400 mJ (1.1 J / cm 2 ) Formation temperature: 550 to 600 ° C Oxygen concentration: 40 to 120 Pa

【0086】(実施の形態2)実施の形態2は、本発明
の第2の態様に係る不揮発性メモリ及びその製造方法に
関し、更に詳しくは、第1の構成及び第2の構成の不揮
発性メモリに関する。ビット線の延びる方向と平行な仮
想垂直面で実施の形態2の不揮発性メモリを切断したと
きの模式的な一部断面図を図12に示す。
(Embodiment 2) Embodiment 2 relates to a non-volatile memory according to a second aspect of the present invention and a method for manufacturing the same, and more specifically, a non-volatile memory having the first configuration and the second configuration. Regarding FIG. 12 shows a schematic partial cross-sectional view of the nonvolatile memory according to the second embodiment taken along a virtual vertical plane parallel to the extending direction of the bit lines.

【0087】実施の形態2の不揮発性メモリにおいて
は、絶縁層は、下層絶縁層116Aと上層絶縁層116
Bとが積層された構造を有し、下層絶縁層116A上に
中間配線層42が形成され、選択用トランジスタTR1
の一方のソース/ドレイン領域14Aと中間配線層42
とは、下層絶縁層116Aに形成された第1の接続孔4
1を介して電気的に接続され、第1の電極21と中間配
線層42とは、上層絶縁層116Bに形成された第2の
接続孔118、及び、第1の電極21の頂面まで延在し
た該第2の接続孔118Aの頂部を介して電気的に接続
されている。その他の構成、構造は実施の形態1にて説
明した不揮発性メモリと同様とすることができるので、
詳細な説明は省略する。
In the nonvolatile memory according to the second embodiment, the insulating layers are the lower insulating layer 116A and the upper insulating layer 116.
Has a structure in which are stacked B, the intermediate wiring layer 42 is formed on the lower insulating layer 116A, the selection transistor TR 1
One source / drain region 14A and the intermediate wiring layer 42
Is the first connection hole 4 formed in the lower insulating layer 116A.
The first electrode 21 and the intermediate wiring layer 42 are electrically connected to each other via the first connection electrode 1 and the second connection hole 118 formed in the upper insulating layer 116B and the top surface of the first electrode 21. It is electrically connected through the top of the existing second connection hole 118A. Since other configurations and structures can be the same as those of the nonvolatile memory described in the first embodiment,
Detailed description is omitted.

【0088】以下、実施の形態2の不揮発性メモリの製
造方法の概要を説明する。
The outline of the method of manufacturing the nonvolatile memory according to the second embodiment will be described below.

【0089】[工程−200]先ず、実施の形態1の
[工程−100]と同様にして、不揮発性メモリにおけ
る選択用トランジスタを構成するトランジスタとして機
能するMOS型トランジスタを半導体基板10に形成す
る。
[Step-200] First, in the same manner as in [Step-100] of the first embodiment, a MOS transistor which functions as a transistor forming a selection transistor in a nonvolatile memory is formed on the semiconductor substrate 10.

【0090】[工程−210]次いで、全面に下層絶縁
層116Aを形成する。具体的には、SiO2及びSi
Nの積層構造を有する下層絶縁層(厚さ1μm)116
AをCVD法にて形成した後、CMP法にて平坦化処理
を行い、下層絶縁層116Aの厚さを0.6μmとす
る。その後、一方のソース/ドレイン領域14Aの上方
の下層絶縁層116Aに開口部40をRIE法にて形成
し、併せて、他方のソース/ドレイン領域14Bの上方
の下層絶縁層116Aに開口部をRIE法にて形成す
る。そして、これらの開口部内を含む下層絶縁層116
A上に不純物がドーピングされたポリシリコン層をCV
D法にて形成する。次いで、850゜C、30分間の活
性化アニール処理を行い、ポリシリコン層中の不純物の
活性化を行う。これによって、第1の接続孔41及びコ
ンタクトホール15が形成される。次に、下層絶縁層1
16A上のポリシリコン層をパターニングすることによ
って、中間配線層42及びビット線BL1を下層絶縁層
116A上に形成する。こうして、下層絶縁層116A
上に一方のソース/ドレイン領域14Aと第1の接続孔
41を介して電気的に接続された中間配線層42を形成
することができる。その後、SiO2から成る上層絶縁
層116B(厚さ0.4μm)をCVD法にて全面に形
成し、CMP法にて平坦化処理を行い、上層絶縁層11
6Bの厚さを0.2μmとする。
[Step-210] Next, the lower insulating layer 116A is formed on the entire surface. Specifically, SiO 2 and Si
Lower insulating layer (thickness 1 μm) 116 having N laminated structure 116
After A is formed by the CVD method, a planarization process is performed by the CMP method so that the lower insulating layer 116A has a thickness of 0.6 μm. After that, an opening 40 is formed in the lower insulating layer 116A above one of the source / drain regions 14A by the RIE method, and at the same time, an opening is formed in the lower insulating layer 116A above the other source / drain region 14B by RIE. Form by the method. Then, the lower insulating layer 116 including the inside of these openings is formed.
A polysilicon layer doped with impurities is CV
It is formed by the D method. Then, activation annealing treatment is performed at 850 ° C. for 30 minutes to activate the impurities in the polysilicon layer. As a result, the first connection hole 41 and the contact hole 15 are formed. Next, the lower insulating layer 1
By patterning the polysilicon layer on 16A, the intermediate wiring layer 42 and the bit line BL 1 are formed on the lower insulating layer 116A. Thus, the lower insulating layer 116A
An intermediate wiring layer 42 that is electrically connected to one of the source / drain regions 14A via the first connection hole 41 can be formed on the upper side. After that, an upper insulating layer 116B (having a thickness of 0.4 μm) made of SiO 2 is formed on the entire surface by the CVD method and flattened by the CMP method.
The thickness of 6B is 0.2 μm.

【0091】尚、ポリシリコン層をCVD法にて形成し
た後、ポリシリコン層の上にスパッタ法にて、例えば、
TiNから成る厚さ30nmの拡散障壁層を形成しても
よい。これによって、中間配線層42と第1の電極21
との間の相互拡散を一層確実に防止することができる。
After the polysilicon layer is formed by the CVD method, the polysilicon layer is sputtered, for example,
A diffusion barrier layer made of TiN and having a thickness of 30 nm may be formed. As a result, the intermediate wiring layer 42 and the first electrode 21
It is possible to more reliably prevent mutual diffusion between and.

【0092】[工程−220]次いで、実施の形態1の
[工程−120]と同様にして、パターニングされた第
1の電極21を上層絶縁層116B上に形成する。
[Step-220] Next, similarly to [Step-120] of the first embodiment, the patterned first electrode 21 is formed on the upper insulating layer 116B.

【0093】[工程−230]その後、実施の形態1の
[工程−130]と同様にして、強誘電体層22を形成
する。
[Step-230] After that, the ferroelectric layer 22 is formed in the same manner as in [Step-130] of the first embodiment.

【0094】[工程−240]次に、実施の形態1の
[工程−140]と同様にして、中間配線層42と第1
の電極21(共通ノードCN11)とを電気的に接続する
接続部を形成する。具体的には、リソグラフィ技術及び
ドライエッチング技術に基づき、中間配線層42の上方
の強誘電体層22、積層膜16A及び絶縁層16に開口
部17Aを形成する。その後、CVD法に基づき開口部
17A内をTiN層にて埋め込み、強誘電体層22をス
トッパー層としたCMP法にて、強誘電体層22上のT
iN層を除去し、第2の接続孔118、及び、第1の電
極21の頂面まで延在した接続孔118の頂部118A
を完成させる。
[Step-240] Next, in the same manner as in [Step-140] of the first embodiment, the intermediate wiring layer 42 and the first wiring layer are formed.
To form a connection portion for electrically connecting the electrode 21 (common node CN 11 ) of. Specifically, the opening 17A is formed in the ferroelectric layer 22, the laminated film 16A, and the insulating layer 16 above the intermediate wiring layer 42 based on the lithography technique and the dry etching technique. Then, a TN on the ferroelectric layer 22 is formed by a CMP method in which the TiN layer is filled in the opening 17A based on the CVD method and the ferroelectric layer 22 is used as a stopper layer.
The iN layer is removed, and the second connection hole 118 and the top portion 118A of the connection hole 118 extending to the top surface of the first electrode 21.
To complete.

【0095】[工程−250]その後、実施の形態1の
[工程−150]と同様にして、強誘電体層22上に第
2の電極23を形成する。
[Step-250] After that, the second electrode 23 is formed on the ferroelectric layer 22 in the same manner as in [Step-150] of the first embodiment.

【0096】[工程−260]その後、実施の形態1の
[工程−160]と同様にして、 層間絶縁層26を形成し、平坦化処理する工程 パターニングされた第1の電極31を層間絶縁層26
上に形成する工程 少なくとも第1の電極31上に、結晶化温度700゜
CのBi2Sr(Ta1.5Nb0.5)O9から成る強誘電体
層32を形成する工程 一方のソース/ドレイン領域14Aと第1の電極31
とを電気的に接続する接続部28,28Aを形成する工
程 強誘電体層32上に第2の電極33を形成する工程 パッシベーション層36Aを形成する工程 を、順次、実行する。
[Step-260] After that, in the same manner as in [Step-160] of the first embodiment, the step of forming the interlayer insulating layer 26 and performing the planarization treatment is performed by using the patterned first electrode 31 as the interlayer insulating layer. 26
Step of forming above Step of forming a ferroelectric layer 32 of Bi 2 Sr (Ta 1.5 Nb 0.5 ) O 9 having a crystallization temperature of 700 ° C. on at least the first electrode 31 One source / drain region 14A And the first electrode 31
Step of forming connection portions 28 and 28A for electrically connecting to each other Step of forming second electrode 33 on ferroelectric layer 32 Step of forming passivation layer 36A are sequentially performed.

【0097】[工程−240]において、リソグラフィ
技術及びドライエッチング技術に基づき、一方のソース
/ドレイン領域14Aの上方の強誘電体層22、積層膜
16A及び絶縁層16に開口部17を形成する際の開口
部17の大きさ、位置によっては、最終的に形成される
接続部が、図11に模式的な一部断面図を示したと同様
に、絶縁層16に形成された接続孔、及び、第1の電極
21の側部まで延在した接続孔の頂部から成る構成とす
ることもでき、あるいは又、層間絶縁層26に形成され
た接続孔、及び、第1の電極31の側部まで延在した接
続孔の頂部から成る構成とすることもできる。
In the [Step-240], when the opening 17 is formed in the ferroelectric layer 22, the laminated film 16A and the insulating layer 16 above the one source / drain region 14A, based on the lithography technique and the dry etching technique. Depending on the size and position of the opening 17, the finally formed connection part has a connection hole formed in the insulating layer 16, as in the schematic partial cross-sectional view shown in FIG. It is also possible to adopt a structure which comprises a top portion of a connection hole extending to the side portion of the first electrode 21, or alternatively to the connection hole formed in the interlayer insulating layer 26 and the side portion of the first electrode 31. It is also possible to adopt a structure including the top of the extended connection hole.

【0098】(実施の形態3)実施の形態3は実施の形
態1の変形である。第1の電極21上に強誘電体層22
を形成した後、一方のソース/ドレイン領域14Aと第
1の電極21とを電気的に接続する接続部を形成する
際、強誘電体層22が多結晶粒から構成されている場
合、接続部を構成する導電材料が結晶粒界に入り込み、
強誘電体層内部で短絡が発生する虞がある場合がある。
このような場合、第1の電極21上に強誘電体層22を
形成した後、強誘電体層22上に保護層29を形成し、
一方のソース/ドレイン領域14Aと第1の電極21と
を電気的に接続する接続部を導電材料から形成した後、
保護層29及びその上の導電材料を、例えば、CMP法
に基づき除去すればよい。
(Third Embodiment) A third embodiment is a modification of the first embodiment. The ferroelectric layer 22 is formed on the first electrode 21.
When forming the connection part for electrically connecting the one source / drain region 14A and the first electrode 21 after the formation, when the ferroelectric layer 22 is composed of polycrystalline grains, the connection part is formed. The conductive material forming
There is a possibility that a short circuit may occur inside the ferroelectric layer.
In such a case, after forming the ferroelectric layer 22 on the first electrode 21, the protective layer 29 is formed on the ferroelectric layer 22,
After forming a connection part for electrically connecting the one source / drain region 14A and the first electrode 21 from a conductive material,
The protective layer 29 and the conductive material thereon may be removed by, for example, the CMP method.

【0099】以下、半導体基板等の模式的な一部断面図
である図13及び図14を参照して、実施の形態3の不
揮発性メモリの製造方法の概要を説明する。
The outline of the method for manufacturing the nonvolatile memory according to the third embodiment will be described below with reference to FIGS. 13 and 14 which are schematic partial cross-sectional views of the semiconductor substrate and the like.

【0100】[工程−300]先ず、実施の形態1の
[工程−100]と同様にして、不揮発性メモリにおけ
る選択用トランジスタを構成するトランジスタとして機
能するMOS型トランジスタを半導体基板10に形成す
る。
[Step-300] First, in the same manner as in [Step-100] of the first embodiment, a MOS transistor functioning as a transistor forming a selection transistor in a nonvolatile memory is formed on the semiconductor substrate 10.

【0101】[工程−310]次いで、実施の形態1の
[工程−110]と同様にして、全面に絶縁層16を形
成する。
[Step-310] Next, the insulating layer 16 is formed on the entire surface in the same manner as in [Step-110] of the first embodiment.

【0102】[工程−320]次いで、実施の形態1の
[工程−120]と同様にして、パターニングされた第
1の電極21を絶縁層16上に形成する。
[Step-320] Then, in the same manner as in [Step-120] of the first embodiment, the patterned first electrode 21 is formed on the insulating layer 16.

【0103】[工程−330]その後、実施の形態1の
[工程−130]と同様にして、強誘電体層22を形成
する。
[Step-330] After that, the ferroelectric layer 22 is formed in the same manner as in [Step-130] of the first embodiment.

【0104】[工程−340]次に、一方のソース/ド
レイン領域14Aと第1の電極21(共通ノードC
11)とを電気的に接続する接続部を形成する。具体的
には、強誘電体層22上にCVD法にてSiO2から成
る保護層29を形成する(図13参照)。その後、リソ
グラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、一方
のソース/ドレイン領域14Aの上方の保護層29、強
誘電体層22、積層膜16A及び絶縁層16に開口部1
7を形成する(図14参照)。ドライエッチングの際、
第1の電極21は白金から構成されているが故に、蒸気
圧の高い反応生成物を生成し難く、強誘電体層22や密
着層はエッチングされるが、第1の電極21はエッチン
グされ難く、図14に示すような開口部17を形成する
ことができる。尚、第1の電極21を導電性酸化物材料
から構成した場合、第1の電極21が若干エッチングさ
れる場合があるが、何ら問題は生じない。その後、CV
D法に基づき開口部17内をTiN層にて埋め込み、強
誘電体層22をストッパー層としたCMP法にて、強誘
電体層22上のTiN層及び保護層29を除去し、接続
孔18を完成させる。こうして、図7に示したと同様の
構造を得ることができ、一方のソース/ドレイン領域1
4Aと第1の電極21とを電気的に接続する接続部が完
成する。
[Step-340] Next, one source / drain
Rain region 14A and first electrode 21 (common node C
N 11) To form a connection portion for electrically connecting with. concrete
Is formed on the ferroelectric layer 22 by the CVD method.2Consisting of
A protective layer 29 is formed (see FIG. 13). Then litho
Based on the graphic technology and dry etching technology,
Of the protective layer 29 above the source / drain region 14A of
The opening 1 is formed in the dielectric layer 22, the laminated film 16A and the insulating layer 16.
7 is formed (see FIG. 14). When dry etching
Since the first electrode 21 is composed of platinum, vapor
It is difficult to generate reaction products with high pressure, and
The deposition layer is etched, but the first electrode 21 is etched.
It is hard to be rugged and forms the opening 17 as shown in FIG.
be able to. The first electrode 21 is made of a conductive oxide material.
If the first electrode 21 is slightly etched,
However, there is no problem. Then CV
Based on the D method, the inside of the opening 17 is filled with a TiN layer,
Induced by the CMP method using the dielectric layer 22 as a stopper layer.
The TiN layer and the protective layer 29 on the electric body layer 22 are removed and connection is made.
The hole 18 is completed. Thus, the same as shown in FIG.
Structure can be obtained, one source / drain region 1
4A and the first electrode 21 are electrically connected to each other.
To achieve.

【0105】[工程−350]その後、実施の形態1の
[工程−150]と同様にして、強誘電体層22上に第
2の電極23を形成し、更に、[工程−160]と同様
の工程を実行する。
[Step-350] After that, the second electrode 23 is formed on the ferroelectric layer 22 in the same manner as in [Step-150] of the first embodiment, and further, the same as in [Step-160]. Perform the process of.

【0106】(実施の形態4)実施の形態4は、第1の
構成及び第3の構成に係る不揮発性メモリに関する。ビ
ット線の延びる方向と平行な仮想垂直面で実施の形態4
の不揮発性メモリを切断したときの模式的な一部断面図
を図15に示す。更には、第3の構成に係る不揮発性メ
モリの概念的な回路図を図16の(A)及び(B)に示
し、図16の(A)の概念的な回路図のより具体的な回
路図を図17に示し、図16の(B)の概念的な回路図
のより具体的な回路図を図18に示す。尚、図17及び
図18には、2つの不揮発性メモリM1,M2を図示する
が、これらの不揮発性メモリM1,M2の構造は同一であ
り、以下においては、不揮発性メモリM1に関しての説
明を行う。
(Embodiment 4) Embodiment 4 relates to the nonvolatile memory according to the first and third configurations. Embodiment 4 in a virtual vertical plane parallel to the extending direction of the bit line
FIG. 15 is a schematic partial sectional view of the nonvolatile memory of FIG. Further, conceptual circuit diagrams of the non-volatile memory according to the third configuration are shown in (A) and (B) of FIG. 16, and more specific circuit of the conceptual circuit diagram of FIG. FIG. 17 shows the diagram, and FIG. 18 shows a more specific circuit diagram of the conceptual circuit diagram of FIG. 16 (B). 17 and 18 show two non-volatile memories M 1 and M 2 , but the non-volatile memories M 1 and M 2 have the same structure. I will explain about 1 .

【0107】実施の形態4の不揮発性メモリM1は、
(1)ビット線BL1と、(2)N個(但し、N≧2で
あり、実施の形態4においては、N=2)の選択用トラ
ンジスタTR1Nと、(3)それぞれがM個(但し、M≧
2であり、実施の形態4においては、M=4)のメモリ
セルMC1NMから構成された、N個のメモリユニットM
1Nと、(4)M本のプレート線PLM、から成る。
The nonvolatile memory M 1 according to the fourth embodiment is
(1) bit line BL 1 and (2) N (where N ≧ 2, N = 2 in the fourth embodiment) selection transistors TR 1N and (3) M (M) ( However, M ≧
2 and in the fourth embodiment, N memory units M each composed of M = 4) memory cells MC 1NM.
U 1N and (4) M plate lines PL M.

【0108】そして、第1層目のメモリユニットMU11
は絶縁層16上に形成されており、N個のメモリユニッ
トMU1Nは、層間絶縁層26を介して積層されている。
各メモリセルは、第1の電極と強誘電体層と第2の電極
とから成る。具体的には、第1層目のメモリユニットM
11を構成する各メモリセルMC11Mは、第1の電極2
1と強誘電体層22と第2の電極23とから成り、第2
層目のメモリユニットMU12を構成する各メモリセルM
12Mは、第1の電極31と強誘電体層32と第2の電
極33とから成る。更には、各メモリユニットMU1n
おいて、メモリセルMC1nmの第1の電極21,31は
共通である。具体的には、第1層目のメモリユニットM
11において、メモリセルMC11Mの第1の電極21は
共通である。この共通の第1の電極21を第1の共通ノ
ードCN11と呼ぶ場合がある。また、第2層目のメモリ
ユニットMU12において、メモリセルMC12Mの第1の
電極31は共通である。この共通の第1の電極31を第
2の共通ノードCN12と呼ぶ場合がある。更には、第n
層目(但し、n=1,2・・・,N)のメモリユニット
MU1nにおいて、第m番目(但し、m=1,2・・・,
M)のメモリセルの第2の電極23,33は、メモリユ
ニットMU1n間で共通とされた第m番目のプレート線P
mに接続されている。実施の形態4においては、より
具体的には、各プレート線は、第2の電極23,33か
ら延在している。
Then, the memory unit MU 11 of the first layer
Are formed on the insulating layer 16, and the N memory units MU 1N are stacked via the interlayer insulating layer 26.
Each memory cell comprises a first electrode, a ferroelectric layer and a second electrode. Specifically, the first-layer memory unit M
Each memory cell MC 11M forming U 11 has a first electrode 2
1 and the ferroelectric layer 22 and the second electrode 23, the second
Each memory cell M constituting the memory unit MU 12 of the layer
C 12M comprises a first electrode 31, a ferroelectric layer 32 and a second electrode 33. Further, in each memory unit MU 1n , the first electrodes 21 and 31 of the memory cell MC 1nm are common. Specifically, the first-layer memory unit M
In U 11 , the first electrode 21 of the memory cell MC 11M is common. This common first electrode 21 may be referred to as a first common node CN 11 . Further, in the memory unit MU 12 of the second layer, the first electrode 31 of the memory cell MC 12M is common. This common first electrode 31 may be referred to as a second common node CN 12 . Furthermore, the nth
In the memory unit MU 1n of the layer (n = 1, 2, ..., N), the m-th (however, m = 1, 2 ..., N).
The second electrodes 23 and 33 of the memory cell M) are connected to the m-th plate line P common to the memory units MU 1n.
It is connected to L m . In the fourth embodiment, more specifically, each plate line extends from the second electrodes 23 and 33.

【0109】第n層目(但し、n=1,2・・・,N)
のメモリユニットMU1nにおける共通の第1の電極は、
第n番目の選択用トランジスタTR1nを介してビット線
BL 1に接続されている。具体的には、各選択用トラン
ジスタTR11,TR12の他方のソース/ドレイン領域1
4Bはビット線BL1に接続され、第1番目の選択用ト
ランジスタTR11の一方のソース/ドレイン領域14A
は、絶縁層16に設けられた第1層目の接続孔18、及
び、第1の電極21の側部又は頂面まで延在した接続孔
の頂部18Aを介して、第1層目のメモリユニットMU
11における共通の第1の電極21(第1の共通ノードC
11)に接続されている。また、第2番目の選択用トラ
ンジスタTR12の一方のソース/ドレイン領域14A
は、絶縁層16に設けられた第1層目の接続孔18、パ
ッド部25、層間絶縁層26に設けられた第2層目の接
続孔28、及び、第1の電極31の側部又は頂面まで延
在した接続孔の頂部28Aを介して、第2層目のメモリ
ユニットMU12における共通の第1の電極31(第2の
共通ノードCN12)に接続されている。
The nth layer (however, n = 1, 2, ..., N)
Memory unit MU1nThe common first electrode in
Nth selection transistor TR1nThrough bit line
BL 1It is connected to the. Specifically, each selection
Dista TR11, TR12Source / drain region 1 of the other
4B is a bit line BL1Connected to the first selection gate
Langista TR11One source / drain region 14A
Is the first-layer connection hole 18 provided in the insulating layer 16, and
And a connection hole extending to the side or top surface of the first electrode 21.
Through the top portion 18A of the memory unit MU of the first layer
11Common first electrode 21 (first common node C
N11)It is connected to the. Also, the second selection tiger
Register TR12One source / drain region 14A
Is a first-layer connection hole 18 provided on the insulating layer 16,
The contact between the pad portion 25 and the second layer provided on the interlayer insulating layer 26.
The continuous hole 28 and the side surface or top surface of the first electrode 31
The memory of the second layer is passed through the top 28A of the existing connection hole.
Unit MU12Common first electrode 31 (second
Common node CN12)It is connected to the.

【0110】ビット線BL1は、センスアンプSAに接
続されている。また、プレート線PLMはプレート線デ
コーダ/ドライバPDに接続されている。更には、ワー
ド線WL1,WL2(あるいはワード線WL11,WL12
WL21,WL22)は、ワード線デコーダ/ドライバWD
に接続されている。ワード線WL1,WL2は、図15の
紙面垂直方向に延びている。また、不揮発性メモリM1
を構成するメモリセルMC11mの第2の電極23は、図
15の紙面垂直方向に隣接する不揮発性メモリM2を構
成するメモリセルMC21mの第2の電極と共通であり、
プレート線PLmを兼ねている。更には、不揮発性メモ
リM1を構成するメモリセルMC12mの第2の電極33
は、図15の紙面垂直方向に隣接する不揮発性メモリM
2を構成するメモリセルMC22mの第2の電極と共通であ
り、プレート線PLmを兼ねている。これらのプレート
線PLmは、図示しない領域において接続されている。
また、ワード線WL1は、不揮発性メモリM1を構成する
選択用トランジスタTR11と、図15の紙面垂直方向に
隣接する不揮発性メモリM2を構成する選択用トランジ
スタTR21とで共通である。更には、ワード線WL
2は、不揮発性メモリM1を構成する選択用トランジスタ
TR12と、図15の紙面垂直方向に隣接する不揮発性メ
モリM2を構成する選択用トランジスタTR22とで共通
である。
The bit line BL 1 is connected to the sense amplifier SA. Further, the plate line PL M is connected to the plate line decoder / driver PD. Furthermore, word lines WL 1 and WL 2 (or word lines WL 11 and WL 12 ,
WL 21 and WL 22 ) are word line decoders / drivers WD
It is connected to the. The word lines WL 1 and WL 2 extend in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. In addition, the nonvolatile memory M 1
The second electrode 23 of the memory cell MC 11m forming the memory cell MC 21m is common to the second electrode of the memory cell MC 21m forming the nonvolatile memory M 2 which is adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
It also serves as the plate line PL m . Furthermore, the second electrode 33 of the memory cell MC 12m forming the nonvolatile memory M 1
Is a non-volatile memory M adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
It is also common to the second electrode of the memory cell MC 22m constituting 2 and also serves as the plate line PL m . These plate lines PL m are connected in a region (not shown).
Further, the word line WL 1 is common to the selection transistor TR 11 which constitutes the nonvolatile memory M 1 and the selection transistor TR 21 which constitutes the nonvolatile memory M 2 which is adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. . Furthermore, the word line WL
2 is common to the selection transistor TR 12 which constitutes the non-volatile memory M 1 and the selection transistor TR 22 which constitutes the non-volatile memory M 2 which is adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.

【0111】図16の(A)及び図17に回路図を示す
不揮発性メモリM1,M2において、不揮発性メモリ
1,M2を構成する選択用トランジスタTR1n,TR2n
は同じワード線WLnに接続されている。そして、対と
なったメモリセルMC1nm,MC2n m(n=1,2、及
び、m=1,2・・・,M)に相補的なデータが記憶さ
れる。例えば、メモリセルMC11m,MC21m(ここで、
mは1,2,3,4のいずれか)に記憶されたデータを
読み出す場合、ワード線WL1を選択し、プレート線P
j(m≠j)には、例えば(1/3)Vccの電圧を印
加した状態で、プレート線PLmを駆動する。これによ
って、相補的なデータが、対となったメモリセルMC
11m,MC21mから選択用トランジスタTR11,TR21
介して対となったビット線BL1,BL2に電圧(ビット
線電位)として現れる。そして、かかる対となったビッ
ト線BL1,BL2の電圧(ビット線電位)を、センスア
ンプSAで検出する。尚、不揮発性メモリM1,M2を構
成する選択用トランジスタTR11,TR12,TR21,T
22を、それぞれ、異なるワード線WL11,WL12,W
21,WL22に接続し、メモリセルMC1nm,MC2nm
独立して制御し、対となったビット線BL1,BL2の一
方に参照電圧を印加することによって、メモリセルMC
1nm,MC2nmのそれぞれからデータを読み出すこともで
きる。このような構成を採用する場合の回路図は、図1
6の(B)及び図18を参照のこと。尚、選択用トラン
ジスタTR11,TR21を同時に駆動し、選択用トランジ
スタTR12,TR22を同時に駆動すれば、図16の
(A)及び図17に示した回路と等価となる。このよう
に、各メモリセルMC1nm,MC2nm(n=1,2であ
り、m=1,2,3,4)のそれぞれに1ビットがデー
タとして記憶され(図16の(B)及び図18参照)、
あるいは又、対となったメモリセルMC1nm,MC2nm
相補的なデータが1ビットとして記憶される(図16の
(A)及び図17参照)。実際の不揮発性メモリにおい
ては、この16ビットあるいは8ビットを記憶するメモ
リユニットの集合がアクセス単位ユニットとしてアレイ
状に配設されている。尚、Mの値は4に限定されない。
Mの値は、M≧2を満足すればよく、実際的なMの値と
して、例えば、2のべき数(2,4,8,16・・・)
を挙げることができる。また、Nの値は、N≧2を満足
すればよく、実際的なNの値として、例えば、2のべき
数(2,4,8・・・)を挙げることができる。
In the nonvolatile memories M 1 and M 2 whose circuit diagrams are shown in FIGS. 16A and 17, the selection transistors TR 1n and TR 2n forming the nonvolatile memories M 1 and M 2 are selected.
Are connected to the same word line WL n . Then, complementary data is stored in the paired memory cells MC 1nm and MC 2n m (n = 1, 2, and m = 1, 2, ..., M). For example, memory cells MC 11m and MC 21m (where
m is one of 1, 2, 3, and 4), the word line WL 1 is selected to read the data stored in the plate line P.
For L j (m ≠ j), the plate line PL m is driven in a state where a voltage of (1/3) V cc is applied, for example. As a result, complementary data is stored in the paired memory cells MC.
A voltage (bit line potential) appears on the paired bit lines BL 1 and BL 2 from 11m and MC 21m through the selection transistors TR 11 and TR 21 . Then, the sense amplifier SA detects the voltage (bit line potential) of the paired bit lines BL 1 and BL 2 . In addition, the selection transistors TR 11 , TR 12 , TR 21 , and T that form the nonvolatile memories M 1 and M 2.
R 22 has different word lines WL 11 , WL 12 , W
The memory cells MC 1nm and MC 2nm are independently controlled by being connected to L 21 and WL 22 , and a reference voltage is applied to one of the paired bit lines BL 1 and BL 2 so that the memory cells MC 1nm and MC 2nm are controlled.
Data can also be read from each of 1 nm and MC 2 nm . A circuit diagram when such a configuration is adopted is shown in FIG.
See (B) of 6 and FIG. If the selection transistors TR 11 and TR 21 are driven at the same time and the selection transistors TR 12 and TR 22 are driven at the same time, the circuit becomes equivalent to the circuit shown in FIGS. 16A and 17. Thus, 1 bit is stored as data in each of the memory cells MC 1nm , MC 2nm (n = 1, 2, m = 1, 2, 3, 4) ((B) of FIG. 16 and FIG. 18),
Alternatively, data complementary to the paired memory cells MC 1nm and MC 2nm is stored as 1 bit (see (A) of FIG. 16 and FIG. 17). In an actual non-volatile memory, a set of memory units that store 16 bits or 8 bits is arranged in an array as an access unit. The value of M is not limited to 4.
It suffices that the value of M satisfies M ≧ 2, and as a practical value of M, for example, a power of 2 (2, 4, 8, 16 ...)
Can be mentioned. Further, the value of N only needs to satisfy N ≧ 2, and examples of the practical value of N include powers of 2 (2, 4, 8 ...).

【0112】実施の形態4の不揮発性メモリは、実質的
に、実施の形態1、実施の形態2あるいは実施の形態3
にて説明した不揮発性メモリの製造方法によって製造す
ることができるので、詳細な説明は省略する。
The nonvolatile memory of the fourth embodiment is substantially the same as that of the first, second or third embodiment.
Since it can be manufactured by the method of manufacturing a non-volatile memory described in 1), detailed description will be omitted.

【0113】(実施の形態5)実施の形態5は、第1の
構成及び第4の構成に係る不揮発性メモリに関する。ビ
ット線の延びる方向と平行な仮想垂直面で実施の形態5
の不揮発性メモリを切断したときの模式的な一部断面図
を図19に示す。更には、第4の態様に係る不揮発性メ
モリの概念的な回路図を図20の(A)及び(B)に示
し、具体的な回路図を図21に示す。尚、図20の
(A)及び(B)には、2つの不揮発性メモリM1,M2
を図示するが、これらの不揮発性メモリM1,M2の構造
は同一であり、以下においては、不揮発性メモリM1
関しての説明を行う。
(Embodiment 5) Embodiment 5 relates to a nonvolatile memory according to the first and fourth configurations. Embodiment 5 in a virtual vertical plane parallel to the extending direction of bit lines
FIG. 19 is a schematic partial sectional view of the nonvolatile memory of FIG. Furthermore, a conceptual circuit diagram of the nonvolatile memory according to the fourth aspect is shown in FIGS. 20A and 20B, and a concrete circuit diagram is shown in FIG. 20A and 20B, two nonvolatile memories M 1 and M 2 are shown.
Although the structure of these non-volatile memories M 1 and M 2 is the same, the non-volatile memory M 1 will be described below.

【0114】実施の形態5の不揮発性メモリM1は、
(1)N本(但し、N≧2であり、実施の形態5におい
ては、N=2)のビット線BL1Nと、(2)N個の選択
用トランジスタTR1Nと、(3)それぞれがM個(但
し、M≧2であり、実施の形態5においては、M=4)
のメモリセルMC1NMから構成された、N個のメモリユ
ニットMU1Nと、(4)M本のプレート線PLM、から
成る。
The nonvolatile memory M 1 of the fifth embodiment is
(1) N (where N ≧ 2, in the fifth embodiment, N = 2) bit lines BL 1N , (2) N selection transistors TR 1N , and (3) respectively M (however, M ≧ 2, and M = 4 in the fifth embodiment)
Memory cells MC 1NM of N, and N memory units MU 1N and (4) M plate lines PL M.

【0115】尚、図20、図21中、ビット線BL
11と、選択用トランジスタTR11と、メモリセルMC
11Mから構成されたメモリユニットMU11を、サブユニ
ットSU11で表し、ビット線BL12と、選択用トランジ
スタTR12と、メモリセルMC12Mから構成されたメモ
リユニットMU12を、サブユニットSU12で表す。
20 and 21, bit line BL
11 , a selection transistor TR 11, and a memory cell MC
The memory unit MU 11 composed of 11M is represented by a subunit SU 11 , and the memory unit MU 12 composed of a bit line BL 12 , a selection transistor TR 12 and a memory cell MC 12M is represented by a subunit SU 12 . Represent

【0116】そして、第1層目のメモリユニットMU11
は絶縁層16上に形成されており、N個のメモリユニッ
トMU1Nは、層間絶縁層26を介して積層されている。
各メモリセルは、第1の電極と強誘電体層と第2の電極
とから成る。具体的には、第1層目のメモリユニットM
11を構成する各メモリセルMC11Mは、第1の電極2
1と強誘電体層22と第2の電極23とから成り、第2
層目のメモリユニットMU12を構成する各メモリセルM
12Mは、第1の電極31と強誘電体層32と第2の電
極33とから成る。更には、各メモリユニットMU1n
おいて、メモリセルMC1nmの第1の電極21,31は
共通である。具体的には、第1層目のメモリユニットM
11において、メモリセルMC11Mの第1の電極21は
共通である。この共通の第1の電極21を第1の共通ノ
ードCN11と呼ぶ場合がある。また、第2層目のメモリ
ユニットMU12において、メモリセルMC12Mの第1の
電極31は共通である。この共通の第1の電極31を第
2の共通ノードCN12と呼ぶ場合がある。更には、第n
層目(但し、n=1,2・・・,N)のメモリユニット
MU1nにおいて、第m番目(但し、m=1,2・・・,
M)のメモリセルの第2の電極23,33は、メモリユ
ニットMU1n間で共通とされた第m番目のプレート線P
mに接続されている。実施の形態5においては、より
具体的には、各プレート線は、第2の電極23,33か
ら延在している。
Then, the memory unit MU 11 of the first layer
Are formed on the insulating layer 16, and the N memory units MU 1N are stacked via the interlayer insulating layer 26.
Each memory cell comprises a first electrode, a ferroelectric layer and a second electrode. Specifically, the first-layer memory unit M
Each memory cell MC 11M forming U 11 has a first electrode 2
1 and the ferroelectric layer 22 and the second electrode 23, the second
Each memory cell M constituting the memory unit MU 12 of the layer
C 12M comprises a first electrode 31, a ferroelectric layer 32 and a second electrode 33. Further, in each memory unit MU 1n , the first electrodes 21 and 31 of the memory cell MC 1nm are common. Specifically, the first-layer memory unit M
In U 11 , the first electrode 21 of the memory cell MC 11M is common. This common first electrode 21 may be referred to as a first common node CN 11 . Further, in the memory unit MU 12 of the second layer, the first electrode 31 of the memory cell MC 12M is common. This common first electrode 31 may be referred to as a second common node CN 12 . Furthermore, the nth
In the memory unit MU 1n of the layer (n = 1, 2, ..., N), the m-th (however, m = 1, 2 ..., N).
The second electrodes 23 and 33 of the memory cell M) are connected to the m-th plate line P common to the memory units MU 1n.
It is connected to L m . In the fifth embodiment, more specifically, each plate line extends from the second electrodes 23 and 33.

【0117】第n層目(但し、n=1,2・・・,N)
のメモリユニットMU1nにおける共通の第1の電極は、
第n番目の選択用トランジスタTR1nを介して第n番目
のビット線BL1nに接続されている。具体的には、第n
番目の選択用トランジスタTR1nの他方のソース/ドレ
イン領域14Bは第n番目のビット線BL1nに接続さ
れ、第1番目の選択用トランジスタTR11の一方のソー
ス/ドレイン領域14Aは、絶縁層16に設けられた第
1層目の接続孔18、及び、第1の電極21の側部又は
頂面まで延在した接続孔の頂部18Aを介して、第1層
目のメモリユニットMU11における共通の第1の電極2
1(第1の共通ノードCN11)に接続されている。ま
た、第2番目の選択用トランジスタTR12の一方のソー
ス/ドレイン領域14Aは、絶縁層16に設けられた第
1層目の接続孔18、パッド部25、層間絶縁層26に
設けられた第2層目の接続孔28、及び、第1の電極3
1の側部又は頂面まで延在した接続孔の頂部28Aを介
して、第2層目のメモリユニットMU12における共通の
第1の電極31(第2の共通ノードCN12)に接続され
ている。
Nth layer (however, n = 1, 2, ..., N)
The common first electrode in the memory unit MU 1n of
It is connected to the n-th bit line BL 1n via the n-th selection transistor TR 1n . Specifically, the nth
Th other source / drain region 14B of the selection transistor TR 1n is connected to the n-th bit line BL 1n, one of the source / drain region 14A of the first selection transistor TR 11, an insulating layer 16 Common to the memory unit MU 11 of the first layer via the connection hole 18 of the first layer and the top portion 18A of the connection hole extending to the side or top surface of the first electrode 21. First electrode 2
1 (first common node CN 11 ). Further, one source / drain region 14A of the second selection transistor TR 12 is provided with the first-layer connection hole 18 provided in the insulating layer 16, the pad portion 25, and the first insulating layer 26 provided in the interlayer insulating layer 26. Second-layer connection hole 28 and first electrode 3
1 is connected to the common first electrode 31 (second common node CN 12 ) in the memory unit MU 12 of the second layer via the top 28A of the connection hole extending to the side portion or the top surface of the first layer. There is.

【0118】ビット線BL1nは、センスアンプSAに接
続されている。また、プレート線PLMはプレート線デ
コーダ/ドライバPDに接続されている。更には、ワー
ド線WL1,WL2(あるいはワード線WL11,WL12
WL21,WL22)は、ワード線デコーダ/ドライバWD
に接続されている。ワード線WL1,WL2は、図19の
紙面垂直方向に延びている。また、不揮発性メモリM1
を構成するメモリセルMC11mの第2の電極23は、図
19の紙面垂直方向に隣接する不揮発性メモリM2を構
成するメモリセルMC21mの第2の電極と共通であり、
プレート線PLmを兼ねている。更には、不揮発性メモ
リM1を構成するメモリセルMC12mの第2の電極33
は、図19の紙面垂直方向に隣接する不揮発性メモリM
2を構成するメモリセルMC22mの第2の電極と共通であ
り、プレート線PLmを兼ねている。これらのプレート
線PLmは、図示しない領域において接続されている。
また、ワード線WL1は、不揮発性メモリM1を構成する
選択用トランジスタTR11と、図19の紙面垂直方向に
隣接する不揮発性メモリM2を構成する選択用トランジ
スタTR21とで共通である。更には、ワード線WL
2は、不揮発性メモリM1を構成する選択用トランジスタ
TR12と、図19の紙面垂直方向に隣接する不揮発性メ
モリM2を構成する選択用トランジスタTR22とで共通
である。
The bit line BL 1n is connected to the sense amplifier SA. Further, the plate line PL M is connected to the plate line decoder / driver PD. Furthermore, word lines WL 1 and WL 2 (or word lines WL 11 and WL 12 ,
WL 21 and WL 22 ) are word line decoders / drivers WD
It is connected to the. The word lines WL 1 and WL 2 extend in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. In addition, the nonvolatile memory M 1
The second electrode 23 of the memory cell MC 11m forming the memory cell MC 11m is common to the second electrode of the memory cell MC 21m forming the non-volatile memory M 2 adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
It also serves as the plate line PL m . Furthermore, the second electrode 33 of the memory cell MC 12m forming the nonvolatile memory M 1
Is a non-volatile memory M adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
It is also common to the second electrode of the memory cell MC 22m constituting 2 and also serves as the plate line PL m . These plate lines PL m are connected in a region (not shown).
Further, the word line WL 1 is common to the selection transistor TR 11 which constitutes the non-volatile memory M 1 and the selection transistor TR 21 which constitutes the non-volatile memory M 2 which is adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. . Furthermore, the word line WL
2 is common to the selection transistor TR 12 which constitutes the non-volatile memory M 1 and the selection transistor TR 22 which constitutes the non-volatile memory M 2 which is adjacent in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.

【0119】図20の(A)及び図21に回路図を示す
不揮発性メモリM1,M2においては、不揮発性メモリM
1,M2を構成する選択用トランジスタTR11,TR21
同じワード線WL1に接続され、選択用トランジスタT
12,TR22は同じワード線WL2に接続されている。
そして、対となったメモリセルMC1nm,MC2nm(n=
1,2、及び、m=1,2・・・,M)に相補的なデー
タが記憶される。例えば、メモリセルMC11m,MC21m
(ここで、mは1,2,3,4のいずれか)に記憶され
たデータを読み出す場合、ワード線WL1を選択し、プ
レート線PLj(m≠j)には、例えば(1/3)Vcc
の電圧を印加した状態で、プレート線PL mを駆動す
る。これによって、相補的なデータが、対となったメモ
リセルMC11m,MC21mから選択用トランジスタT
11,TR21を介して対となったビット線BL11,BL
21に電圧(ビット線電位)として現れる。そして、かか
る対となったビット線BL11,BL21の電圧(ビット線
電位)を、センスアンプSAで検出する。尚、不揮発性
メモリM1,M2を構成する選択用トランジスタTR11
TR 12,TR21,TR22を、それぞれ、異なるワード線
WL11,WL12,WL21,WL22に接続し、メモリセル
MC1nm,MC2nmを独立して制御し、対となったビット
線BL11,BL21、あるいは、対となったビット線BL
12,BL22の一方に参照電圧を印加することによって、
メモリセルMC1nm,MC2nmのそれぞれからデータを読
み出すこともできる。このような構成を採用する場合の
回路図は、図20の(B)及び図21を参照のこと。
尚、選択用トランジスタTR11,TR21を同時に駆動
し、選択用トランジスタTR12,TR22を同時に駆動す
れば、図20の(A)に示した回路と等価となる。この
ように、各メモリセルMC1nm,MC2 nm(n=1,2で
あり、m=1,2,3,4)のそれぞれに1ビットがデ
ータとして記憶され(図20の(B)参照)、あるいは
又、対となったメモリセルMC 1nm,MC2nmに相補的な
データが1ビットとして記憶される(図20の(A)参
照)。実際の不揮発性メモリにおいては、この16ビッ
トあるいは8ビットを記憶するメモリユニットの集合が
アクセス単位ユニットとしてアレイ状に配設されてい
る。尚、Mの値は4に限定されない。Mの値は、M≧2
を満足すればよく、実際的なMの値として、例えば、2
のべき数(2,4,8,16・・・)を挙げることがで
きる。また、Nの値は、N≧2を満足すればよく、実際
的なNの値として、例えば、2のべき数(2,4,8・
・・)を挙げることができる。
Circuit diagrams are shown in FIGS. 20A and 21.
Non-volatile memory M1, M2In the non-volatile memory M
1, M2Selection transistor TR11, TRtwenty oneIs
Same word line WL1Connected to the selection transistor T
R12, TRtwenty twoIs the same word line WL2It is connected to the.
And a pair of memory cells MC1 nm, MC2 nm(N =
1, 2 and m = 1, 2 ..., M)
Data is memorized. For example, the memory cell MC11m, MC21m
(Where m is 1, 2, 3, or 4)
Read word data WL1Select
Rate line PLjFor (m ≠ j), for example, (1/3) Vcc
With the voltage applied to the plate line PL mDrive
It This allows complementary data to be paired into a memo.
Resel MC11m, MC21mSelect transistor T
R11, TRtwenty oneBit line BL paired via11, BL
twenty oneAppears as a voltage (bit line potential). And a heel
Paired bit line BL11, BLtwenty oneVoltage (bit line
Potential) is detected by the sense amplifier SA. Non-volatile
Memory M1, M2Selection transistor TR11
TR 12, TRtwenty one, TRtwenty twoDifferent word lines
WL11, WL12, WLtwenty one, WLtwenty twoConnected to the memory cell
MC1 nm, MC2 nmIndependently control and paired bits
Line BL11, BLtwenty one, Or a pair of bit lines BL
12, BLtwenty twoBy applying a reference voltage to one of
Memory cell MC1 nm, MC2 nmRead data from each of
It can also be seen. When adopting such a configuration
For circuit diagrams, see FIGS. 20B and 21.
In addition, the selection transistor TR11, TRtwenty oneDrive simultaneously
And select transistor TR12, TRtwenty twoDrive at the same time
Then, the circuit is equivalent to the circuit shown in FIG. this
So that each memory cell MC1 nm, MC2 nm(When n = 1, 2,
Yes, and 1 bit for each of m = 1, 2, 3, 4)
Stored as data (see FIG. 20B), or
Also, a pair of memory cells MC 1 nm, MC2 nmComplementary to
Data is stored as 1 bit (see (A) of FIG. 20).
See). In an actual non-volatile memory, this 16-bit
Or a set of memory units that store 8 bits
Arranged in an array as an access unit
It The value of M is not limited to 4. The value of M is M ≧ 2
Should be satisfied, and as a practical value of M, for example, 2
You can list the powers of (2, 4, 8, 16 ...)
Wear. Also, the value of N should satisfy N ≧ 2, and
As a typical N value, for example, a power of 2 (2, 4, 8 ...
・ ・) Can be mentioned.

【0120】あるいは又、図20の(A)及び図21に
回路図を示す不揮発性メモリM1において、例えば、対
となったメモリセルMC11m,MC12m(m=1,2・・
・,M)に相補的なデータを記憶してもよい。例えば、
メモリセルMC11m,MC12m(ここで、mは1,2,
3,4のいずれか)に記憶されたデータを読み出す場
合、ワード線WL1,WL2を選択し、プレート線PLj
(m≠j)には、例えば(1/3)Vccの電圧を印加し
た状態で、プレート線PLmを駆動する。これによっ
て、相補的なデータが、対となったメモリセルM
11m,MC12mから選択用トランジスタTR11,TR12
を介して対となったビット線BL11,BL12に電圧(ビ
ット線電位)として現れる。そして、かかる対となった
ビット線BL11,BL 12の電圧(ビット線電位)を、セ
ンスアンプSAで検出する。尚、メモリセルMC11m
MC12mを独立して制御し、対となったビット線B
11,BL12の一方に参照電圧を印加することによっ
て、メモリセルMC11m,MC12mのそれぞれからデータ
を読み出すこともできる。このような構成を採用する場
合の回路図は、図20の(B)及び図21を参照のこ
と。
Alternatively, in FIG. 20 (A) and FIG.
Non-volatile memory M showing a circuit diagram1Where, for example,
Memory cell MC11m, MC12m(M = 1, 2 ...
,, M) may store complementary data. For example,
Memory cell MC11m, MC12m(Where m is 1, 2,
When reading the data stored in (3, 4)
Word line WL1, WL2Select the plate line PLj
For (m ≠ j), for example, (1/3) VccThe voltage of
Plate line PLmTo drive. By this
And complementary data is stored in the paired memory cells M
C11m, MC12mSelect transistor TR from11, TR12
Bit line BL paired via11, BL12Voltage (V
Line potential). And it became such a pair
Bit line BL11, BL 12Voltage (bit line potential) of
It is detected by the sense amplifier SA. The memory cell MC11m
MC12mBit line B that controls the
L11, BL12By applying a reference voltage to one of
Memory cell MC11m, MC12mData from each
Can also be read. When adopting such a configuration
For the circuit diagram of the combination, see Fig. 20 (B) and Fig. 21.
When.

【0121】実施の形態5の不揮発性メモリは、実質的
に、実施の形態1、実施の形態2あるいは実施の形態3
にて説明した不揮発性メモリの製造方法によって製造す
ることができるので、詳細な説明は省略する。
The nonvolatile memory of the fifth embodiment is substantially the same as that of the first, second or third embodiment.
Since it can be manufactured by the method of manufacturing a non-volatile memory described in 1), detailed description will be omitted.

【0122】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。発明の実施の形態にて説明した不揮発性メモリの構
造、使用した材料、各種の形成条件、回路構成、駆動方
法等は例示であり、適宜変更することができる。
Although the present invention has been described based on the embodiments of the present invention, the present invention is not limited to these. The structure of the nonvolatile memory described in the embodiments of the invention, the materials used, various forming conditions, circuit configurations, driving methods, etc. are merely examples, and can be changed as appropriate.

【0123】一方のソース/ドレイン領域と第1の電極
とを電気的に接続する接続部を形成する工程と、強誘電
体層上に第2の電極を形成する工程との順序を逆にする
こともできる。この場合には、例えば、実施の形態3に
おいて、[工程−330]に引き続き、[工程−35
0]を実行し、その後、全面に絶縁膜を形成し、次い
で、一方のソース/ドレイン領域14Aと第1の電極2
1(共通ノードCN11)とを電気的に接続する接続部を
形成すればよい。具体的には、全面にCVD法にてSi
2から成る絶縁膜を形成する。その後、リソグラフィ
技術及びドライエッチング技術に基づき、一方のソース
/ドレイン領域14Aの上方の絶縁膜、強誘電体層2
2、積層膜16A及び絶縁層16に開口部17を形成す
る。その後、CVD法に基づき開口部17内をTiN層
にて埋め込み、絶縁膜をストッパー層としたCMP法に
て、絶縁膜上のTiN層を除去すればよい。
The order of the step of forming a connection portion for electrically connecting one of the source / drain regions and the first electrode and the step of forming the second electrode on the ferroelectric layer is reversed. You can also In this case, for example, in the third embodiment, after [Step-330], [Step-35]
0] is performed, and then an insulating film is formed on the entire surface, and then one source / drain region 14A and the first electrode 2 are formed.
It suffices to form a connecting portion for electrically connecting the same (common node CN 11 ). Specifically, the entire surface is formed by CVD using Si.
An insulating film made of O 2 is formed. After that, based on the lithography technique and the dry etching technique, the insulating film and the ferroelectric layer 2 above the one source / drain region 14A are formed.
2. An opening 17 is formed in the laminated film 16A and the insulating layer 16. Then, the TiN layer is filled in the opening 17 based on the CVD method, and the TiN layer on the insulating film may be removed by the CMP method using the insulating film as a stopper layer.

【0124】強誘電体層の応力が強く、強誘電体層が絶
縁層や層間絶縁層から剥離するといった問題が生じる場
合には、強誘電体薄膜を所望の形状にパターニングすれ
ばよい。これによって、強誘電体層の応力緩和を図るこ
とができる。尚、エッチングによって、強誘電体層にダ
メージが加わる場合には、ダメージ回復に必要とされる
温度にて、熱処理を行えばよい。
When the stress of the ferroelectric layer is so strong that the ferroelectric layer may be peeled off from the insulating layer or the interlayer insulating layer, the ferroelectric thin film may be patterned into a desired shape. As a result, the stress of the ferroelectric layer can be relaxed. When the ferroelectric layer is damaged by etching, heat treatment may be performed at a temperature required for damage recovery.

【0125】本発明の第1の態様あるいは第2の態様に
係る不揮発性メモリ及びその製造方法を、図29の
(A)及び(B)に模式的な一部断面図で示すように、
スタック型不揮発性メモリに適用することもできる。
As shown in the schematic partial cross-sectional views of FIGS. 29A and 29B, the non-volatile memory according to the first aspect or the second aspect of the present invention and the method for manufacturing the same will be described.
It can also be applied to a stack-type non-volatile memory.

【0126】一般に、単位ユニットの駆動用の信号線の
合計本数をA本、その内のワード線本数をB本、プレー
ト線の本数をC本とすると、A=B+Cである。ここ
で、合計本数Aを一定とした場合、単位ユニットの総ア
ドレス数(=B×C)が最大となるには、B=Cを満足
すればよい。従って、最も効率良く周辺回路を配置する
ためには、単位ユニットにおけるワード線本数Bとプレ
ート線の本数Cとを等しくすればよい。また、ロー・ア
ドレスのアクセス単位ユニットにおけるワード線本数
は、例えば、メモリセルの積層段数(N)に一致し、プ
レート線本数はメモリユニットを構成するメモリセルの
数(M)に一致するが、これらのワード線本数、プレー
ト線本数が多いほど、実質的な不揮発性メモリの集積度
は向上する。そして、ワード線本数とプレート線本数の
積がアクセス可能なアドレス回数である。ここで、一括
して、且つ、連続したアクセスを前提とすると、その積
から「1」を減じた値がディスターブ回数である。従っ
て、ワード線本数とプレート線本数の積の値は、メモリ
セルのディスターブ耐性、プロセス要因等から決定され
る。ここで、ディスターブとは、非選択のメモリセルを
構成する強誘電体層に対して、分極が反転する方向に、
即ち、保存されていたデータが劣化若しくは破壊される
方向に、電界が加わる現象を指す。
Generally, if the total number of signal lines for driving the unit unit is A, the number of word lines is B, and the number of plate lines is C, then A = B + C. Here, when the total number A is constant, B = C may be satisfied in order to maximize the total number of addresses (= B × C) of the unit unit. Therefore, in order to arrange the peripheral circuits most efficiently, the number of word lines B and the number of plate lines C in the unit unit should be equal. Also, the number of word lines in the row address access unit unit matches, for example, the number of stacked stages of memory cells (N), and the number of plate lines matches the number of memory cells (M) forming the memory unit. The greater the number of word lines and the number of plate lines, the higher the degree of integration of the non-volatile memory. The product of the number of word lines and the number of plate lines is the number of accessible addresses. Here, if it is assumed that the accesses are performed collectively and continuously, the value obtained by subtracting “1” from the product is the number of times of disturbance. Therefore, the value of the product of the number of word lines and the number of plate lines is determined by the disturbance resistance of the memory cell, process factors, and the like. Here, the disturb is a direction in which the polarization is inverted with respect to the ferroelectric layer forming the non-selected memory cell,
That is, it refers to a phenomenon in which an electric field is applied in a direction in which stored data is deteriorated or destroyed.

【0127】第3の構成に係る不揮発性メモリを、図2
2に示す構造のように変形することもできる。尚、回路
図を図23に示す。
The nonvolatile memory according to the third configuration is shown in FIG.
It can also be modified like the structure shown in FIG. The circuit diagram is shown in FIG.

【0128】この不揮発性メモリは、センスアンプSA
に接続されているビット線BL1と、MOS型FETか
ら構成されたN個(但し、N≧2であり、この例におい
てはN=4)の選択用トランジスタTR11,TR12,T
13,TR14と、N個のメモリユニットMU11,M
12,MU13,MU14と、プレート線から構成されてい
る。第1層目のメモリユニットMU11は、M個(但し、
M≧2であり、この例においてはM=8)のメモリセル
MC11m(m=1,2,・・・,8)から構成されてい
る。また、第2層目のメモリユニットMU12も、M個
(M=8)のメモリセルMC12m(m=1,2・・・,
8)から構成されている。更には、第3層目のメモリユ
ニットMU13も、M個(M=8)のメモリセルMC13m
(m=1,2・・・,8)から構成され、第4層目のメ
モリユニットMU14も、M個(M=8)のメモリセルM
14m(m=1,2・・・,8)から構成されている。
プレート線の数は、M本(この例においては8本)であ
り、PLm(m=1,2・・・,8)で表している。選
択用トランジスタTR1nのゲート電極に接続されたワー
ド線WL1nは、ワード線デコーダ/ドライバWDに接続
されている。一方、各プレート線PLmは、プレート線
デコーダ/ドライバPDに接続されている。
This nonvolatile memory has a sense amplifier SA.
N (where N ≧ 2, N = 4 in this example) selection transistors TR 11 , TR 12 and T each composed of a bit line BL 1 connected to
R 13 and TR 14 and N memory units MU 11 and M
It is composed of U 12 , MU 13 , and MU 14 and a plate line. The first layer memory unit MU 11 has M (however,
M ≧ 2, and in this example, it is composed of M = 8) memory cells MC 11m (m = 1, 2, ..., 8). The second-layer memory unit MU 12 also has M (M = 8) memory cells MC 12m (m = 1, 2 ...
8). Further, the memory unit MU 13 of the third layer also has M (M = 8) memory cells MC 13m.
(M = 1, 2, ..., 8), and the memory unit MU 14 in the fourth layer is also M (M = 8) memory cells M.
It is composed of C 14m (m = 1, 2, ..., 8).
The number of plate lines is M (8 in this example) and is represented by PL m (m = 1, 2, ..., 8). The word line WL 1n connected to the gate electrode of the selection transistor TR 1n is connected to the word line decoder / driver WD. On the other hand, each plate line PL m is connected to the plate line decoder / driver PD.

【0129】また、第1層目のメモリユニットMU11
構成する各メモリセルMC11mは、第1の電極21Aと
強誘電体層22Aと第2の電極23とから成り、第2層
目のメモリユニットMU12を構成する各メモリセルMC
12mは、第1の電極21Bと強誘電体層22Bと第2の
電極23とから成り、第3層目のメモリユニットMU 13
を構成する各メモリセルMC13mは、第1の電極31A
と強誘電体層32Aと第2の電極33とから成り、第4
層目のメモリユニットMU14を構成する各メモリセルM
14mは、第1の電極31Bと強誘電体層32Bと第2
の電極33とから成る。そして、各メモリユニットMU
11,MU12,MU13,MU14において、メモリセルの第
1の電極21A,21B,31A,31Bは共通であ
る。この共通の第1の電極21A,21B,31A,3
1Bを、便宜上、共通ノードCN11,CN12,CN13
CN14と呼ぶ。
Also, the memory unit MU of the first layer11To
Each constituting memory cell MC11mWith the first electrode 21A
The ferroelectric layer 22A and the second electrode 23, and the second layer
Eye memory unit MU12Memory cells MC configuring
12mIs the first electrode 21B, the ferroelectric layer 22B and the second
The memory unit MU of the third layer, which includes the electrode 23 13
Memory cells MC configuring13mIs the first electrode 31A
And a ferroelectric layer 32A and a second electrode 33,
Layer memory unit MU14Each memory cell M constituting the
C14mIs the first electrode 31B, the ferroelectric layer 32B, and the second electrode 31B.
Electrode 33. Then, each memory unit MU
11, MU12, MU13, MU14In the memory cell
One electrode 21A, 21B, 31A, 31B is common
It This common first electrode 21A, 21B, 31A, 3
1B is a common node CN for convenience.11, CN12, CN13
CN14Call.

【0130】ここで、第1層目のメモリユニットMU11
における共通の第1の電極21A(第1の共通ノードC
11)は、第1番目の選択用トランジスタTR11を介し
てビット線BL1に接続されている。また、第2層目の
メモリユニットMU12における共通の第1の電極21B
(第2の共通ノードCN12)は、第2番目の選択用トラ
ンジスタTR12を介してビット線BL1に接続されてい
る。更には、第3層目のメモリユニットMU13における
共通の第1の電極31A(第3の共通ノードCN13
は、第3番目の選択用トランジスタTR13を介してビッ
ト線BL1に接続されている。また、第4層目のメモリ
ユニットMU14における共通の第1の電極31B(第4
の共通ノードCN14)は、第4番目の選択用トランジス
タTR14を介してビット線BL1に接続されている。
Here, the first-layer memory unit MU 11
Common first electrode 21A (first common node C
N 11 ) is connected to the bit line BL 1 via the first selection transistor TR 11 . Further, the common first electrode 21B in the memory unit MU 12 of the second layer
The (second common node CN 12 ) is connected to the bit line BL 1 via the second selection transistor TR 12 . Further, the common first electrode 31A (third common node CN 13 ) in the memory unit MU 13 of the third layer
Is connected to the bit line BL 1 through the third selection transistor TR 13 . Further, the common first electrode 31B in the fourth layer of the memory unit MU 14 (4th
Common node CN 14 ) is connected to the bit line BL 1 via the fourth selection transistor TR 14 .

【0131】また、第1層目のメモリユニットMU11
構成するメモリセルMC11mと、第2層目のメモリユニ
ットMU12を構成するメモリセルMC12mは、第2の電
極23を共有しており、この共有された第m番目の第2
の電極23はプレート線PL mに接続されている。更に
は、第3層目のメモリユニットMU13を構成するメモリ
セルMC13mと、第4層目のメモリユニットMU14を構
成するメモリセルMC1 4mは、第2の電極33を共有し
ており、この共有された第m番目の第2の電極33はプ
レート線PLmに接続されている。具体的には、この共
有された第m番目の第2の電極23の延在部からプレー
ト線PLmが構成され、この共有された第m番目の第2
の電極33の延在部からプレート線PLmが構成されて
おり、各プレート線PLmは図示しない領域で接続され
ている。
Also, the memory unit MU of the first layer11To
Memory cell MC11mAnd the memory unit of the second layer
MU12Memory cell MC constituting the12mIs the second power
Shares pole 23 and shares this mth second
Electrode 23 is plate line PL mIt is connected to the. Further
Is the memory unit MU of the third layer13The memory that makes up
Cell MC13mAnd the memory unit MU of the fourth layer14Construct
Memory cell MC1 4mShare the second electrode 33
And the shared m-th second electrode 33 is
Rate line PLmIt is connected to the. Specifically, this
Play from the extension of the mth second electrode 23
Line PLmIs shared and this shared m-th second
From the extending portion of the electrode 33 of the plate line PLmIs configured
Cage, each plate line PLmAre connected in the area not shown
ing.

【0132】この不揮発性メモリにおいては、メモリユ
ニットMU11,MU12とメモリユニットMU13,MU14
は、層間絶縁層26を介して積層されている。メモリユ
ニットMU14はパッシベーション層36Aで被覆されて
いる。また、メモリユニットMU11は、半導体基板10
の上方に絶縁層16を介して形成されている。半導体基
板10には素子分離領域11が形成されている。また、
選択用トランジスタTR11,TR12,TR13,TR
14は、ゲート絶縁膜12、ゲート電極13、ソース/ド
レイン領域14A,14Bから構成されている。そし
て、第1の選択用トランジスタTR11、第2の選択用ト
ランジスタTR12、第3の選択用トランジスタTR13
第4の選択用トランジスタTR14の他方のソース/ドレ
イン領域14Bはコンタクトホール15を介してビット
線BL1に接続されている。また、第1の選択用トラン
ジスタTR11の一方のソース/ドレイン領域14Aは、
絶縁層16に形成された開口部中に設けられた接続孔1
8、及び、第1の電極21Aの側部又は頂面まで延在し
た接続孔の頂部18Aを介して第1の共通ノードCN11
に接続されている。更には、第2の選択用トランジスタ
TR12の一方のソース/ドレイン領域14Aは、接続孔
18、及び、第1の電極21Bの側部又は頂面まで延在
した接続孔の頂部18Cを介して第2の共通ノードCN
12に接続されている。また、第3の選択用トランジスタ
TR13の一方のソース/ドレイン領域14Aは、接続孔
18、パッド部25、層間絶縁層26に形成された開口
部中に設けられた接続孔28、及び、第1の電極31の
側部又は頂面まで延在した接続孔の頂部28Aを介して
第3の共通ノードCN13に接続されている。更には、第
4の選択用トランジスタTR14の一方のソース/ドレイ
ン領域14Aは、接続孔18、パッド部25、接続孔2
8、及び、第1の電極の側部31又は頂面まで延在した
接続孔の頂部28Cを介して第4の共通ノードCN14
接続されている。
In this nonvolatile memory, the memory units MU 11 and MU 12 and the memory units MU 13 and MU 14 are used.
Are stacked with an interlayer insulating layer 26 interposed therebetween. The memory unit MU 14 is covered with the passivation layer 36A. In addition, the memory unit MU 11 includes the semiconductor substrate 10
Is formed above the insulating layer 16 via the insulating layer 16. An element isolation region 11 is formed on the semiconductor substrate 10. Also,
Selection transistors TR 11 , TR 12 , TR 13 , TR
Reference numeral 14 is composed of a gate insulating film 12, a gate electrode 13, and source / drain regions 14A and 14B. Then, the first selection transistor TR 11 , the second selection transistor TR 12 , the third selection transistor TR 13 ,
The other source / drain region 14B of the fourth selecting transistor TR 14 is connected to the bit line BL 1 through the contact hole 15. Further, one source / drain region 14A of the first selecting transistor TR 11 is
Connection hole 1 provided in the opening formed in the insulating layer 16
8 and the first common node CN 11 via the top portion 18A of the connection hole extending to the side portion or the top surface of the first electrode 21A.
It is connected to the. Further, one of the source / drain regions 14A of the second selection transistor TR 12 is connected via the connection hole 18 and the top portion 18C of the connection hole extending to the side or top surface of the first electrode 21B. Second common node CN
Connected to 12 . Further, one source / drain region 14A of the third selection transistor TR 13 has a connection hole 18, a pad portion 25, a connection hole 28 provided in an opening formed in the interlayer insulating layer 26, and It is connected to the third common node CN 13 via the top portion 28A of the connection hole extending to the side portion or the top surface of the first electrode 31. Furthermore, one of the source / drain regions 14A of the fourth selection transistor TR 14 has a connection hole 18, a pad portion 25, and a connection hole 2.
8 and the side portion 31 of the first electrode or the top portion 28C of the connection hole extending to the top surface is connected to the fourth common node CN 14 .

【0133】また、第1の構成〜第4の構成に係る不揮
発性メモリを、所謂ゲインセル型とすることもできる。
このような不揮発性メモリの回路図を図24に示し、不
揮発性メモリを構成する各種のトランジスタの模式的な
レイアウトを図25に示し、不揮発性メモリの模式的な
一部断面図を図26及び図27に示す。尚、図25にお
いて、各種のトランジスタの領域を点線で囲み、活性領
域及び配線を実線で示し、ゲート電極あるいはワード線
を一点鎖線で示した。また、図26に示す不揮発性メモ
リの模式的な一部断面図は、図25の線A−Aに沿った
模式的な一部断面図であり、図27に示す不揮発性メモ
リの模式的な一部断面図は、図25の線B−Bに沿った
模式的な一部断面図である。
Further, the non-volatile memories according to the first to fourth configurations can be of so-called gain cell type.
A circuit diagram of such a nonvolatile memory is shown in FIG. 24, a schematic layout of various transistors constituting the nonvolatile memory is shown in FIG. 25, and a schematic partial sectional view of the nonvolatile memory is shown in FIG. As shown in FIG. Note that in FIG. 25, regions of various transistors are surrounded by dotted lines, active regions and wirings are shown by solid lines, and gate electrodes or word lines are shown by dashed lines. The schematic partial cross-sectional view of the nonvolatile memory shown in FIG. 26 is a schematic partial cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 25, and the schematic partial cross-sectional view of the nonvolatile memory shown in FIG. 27. The partial cross-sectional view is a schematic partial cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【0134】第3の構成に係る不揮発性メモリにゲイン
セル型を適用した場合を、以下に説明する。この不揮発
性メモリは、例えば、ビット線BLと、書込用トランジ
スタ(第1の構成〜第4の構成に係る不揮発性メモリに
おける選択用トランジスタである)TRWと、M個(但
し、M≧2であり、例えば、M=8)のメモリセルMC
Mから構成され、例えば層間絶縁層を介して積層された
N個のメモリユニットMUと、M本のプレート線PLM
から成るメモリユニットMUから構成されている。尚、
図面においては、第1層目のメモリユニットのみを図示
した。そして、各メモリセルMCMは、第1の電極21
と強誘電体層22と第2の電極23とから成り、メモリ
ユニットMUを構成するメモリセルMCMの第1の電極
21は、メモリユニットMUにおいて共通であり、この
共通の第1の電極(共通ノードCN)は、書込用トラン
ジスタTRWを介してビット線BLに接続され、各メモ
リセルMCmを構成する第2の電極23はプレート線P
mに接続されている。メモリセルMCMは層間絶縁層2
6によって被覆されている。尚、不揮発性メモリのメモ
リユニットMUを構成するメモリセルの数(M)は8個
に限定されず、一般には、M≧2を満足すればよく、2
のべき数(M=2,4,8,16・・・)とすることが
好ましい。
The case where the gain cell type is applied to the nonvolatile memory according to the third structure will be described below. This non-volatile memory includes, for example, a bit line BL, a writing transistor (a selection transistor in the non-volatile memories according to the first to fourth configurations) TR W , and M (however, M ≧ 2 and, for example, M = 8) memory cell MC
Consists M, for example, the N memory units MU are stacked with an interlayer insulating layer, M plate lines PL M
Memory unit MU. still,
In the drawings, only the first layer memory unit is shown. Then, each memory cell MC M has a first electrode 21
It consists DOO ferroelectric layer 22 and a second electrode 23, first electrode 21 of the memory cells MC M constituting the memory unit MU is common in the memory unit MU, the common first electrode ( The common node CN) is connected to the bit line BL via the writing transistor TR W, and the second electrode 23 forming each memory cell MC m is a plate line P.
It is connected to L m . The memory cell MC M is the interlayer insulating layer 2
It is covered by 6. Note that the number (M) of memory cells forming the memory unit MU of the nonvolatile memory is not limited to eight, and generally, M ≧ 2 may be satisfied.
It is preferable to use a power of (M = 2, 4, 8, 16 ...).

【0135】更には、共通の第1の電極の電位変化を検
出し、該検出結果をビット線に電流又は電圧として伝達
する信号検出回路を備えている。言い換えれば、検出用
トランジスタTRS、及び、読出用トランジスタTRR
備えている。信号検出回路は、検出用トランジスタTR
S及び読出用トランジスタTRRから構成されている。そ
して、検出用トランジスタTRSの一端は所定の電位V
ccを有する配線(例えば、不純物層から構成された電源
線)に接続され、他端は読出用トランジスタTRRを介
してビット線BLに接続され、各メモリセルMCmに記
憶されたデータの読み出し時、読出用トランジスタTR
Rが導通状態とされ、各メモリセルMCmに記憶されたデ
ータに基づき共通の第1の電極(共通ノードCN)に生
じた電位により、検出用トランジスタTRSの動作が制
御される。
Furthermore, a signal detection circuit for detecting a potential change of the common first electrode and transmitting the detection result to the bit line as a current or a voltage is provided. In other words, the detecting transistor TR S and the reading transistor TR R are provided. The signal detection circuit is a detection transistor TR.
It is composed of S and a read transistor TR R. Then, one end of the detection transistor TR S has a predetermined potential V
The data stored in each memory cell MC m is connected to a wiring having cc (for example, a power supply line formed of an impurity layer) and the other end is connected to a bit line BL via a read transistor TR R. When read transistor TR
R is rendered conductive, and the potential of the common first electrode (common node CN) generated based on the data stored in each memory cell MC m controls the operation of the detection transistor TR S.

【0136】具体的には、各種のトランジスタはMOS
型FETから構成されており、書込用トランジスタ(選
択用トランジスタ)TRWの他方のソース/ドレイン領
域は絶縁層16に形成されたコンタクトホール15を介
してビット線BLに接続され、一方のソース/ドレイン
領域は、絶縁層16に形成された開口部中に設けられた
接続孔18、及び、第1の電極21の側部又は頂面まで
延在した接続孔の頂部18Aを介して共通の第1の電極
(共通ノードCN)に接続されている。また、検出用ト
ランジスタTRSの一方のソース/ドレイン領域は、所
定の電位Vccを有する配線に接続され、他方のソース/
ドレイン領域は、読出用トランジスタTRRの一方のソ
ース/ドレイン領域に接続されている。より具体的に
は、検出用トランジスタTRSの他方のソース/ドレイ
ン領域と読出用トランジスタTRRの一方のソース/ド
レイン領域とは、1つのソース/ドレイン領域を占めて
いる。更には、読出用トランジスタTRRの他方のソー
ス/ドレイン領域はコンタクトホール15を介してビッ
ト線BLに接続され、更に、共通の第1の電極(共通ノ
ードCN、あるいは、書込用トランジスタTRWの一方
のソース/ドレイン領域)は、開口部中に設けられたコ
ンタクトホール18D、ワード線WLSを介して検出用
トランジスタTRSのゲート電極に接続されている。ま
た、書込用トランジスタTRWのゲート電極に接続され
たワード線WLW及び読出用トランジスタTRRのゲート
電極に接続されたワード線WLRは、ワード線デコーダ
/ドライバWDに接続されている。一方、各プレート線
PLmは、プレート線デコーダ/ドライバPDに接続さ
れている。更には、ビット線BLはセンスアンプSAに
接続されている。
Specifically, various transistors are MOS
Type FET, the other source / drain region of the write transistor (selection transistor) TR W is connected to the bit line BL through a contact hole 15 formed in the insulating layer 16, and one source The / drain region is common via the connection hole 18 provided in the opening formed in the insulating layer 16 and the top portion 18A of the connection hole extending to the side portion or the top surface of the first electrode 21. It is connected to the first electrode (common node CN). Further, one source / drain region of the detection transistor TR S is connected to a wiring having a predetermined potential V cc, and the other source / drain region is connected to the source / drain region of the other.
The drain region is connected to one source / drain region of the read transistor TR R. More specifically, the other source / drain region of the detecting transistor TR S and one source / drain region of the reading transistor TR R occupy one source / drain region. Further, the other source / drain region of the read transistor TR R is connected to the bit line BL through the contact hole 15, and further the common first electrode (common node CN or write transistor TR W). One of the source / drain regions) is connected to the gate electrode of the detection transistor TR S via the contact hole 18D provided in the opening and the word line WL S. The word line WL W connected to the gate electrode of the writing transistor TR W and the word line WL R connected to the gate electrode of the reading transistor TR R are connected to the word line decoder / driver WD. On the other hand, each plate line PL m is connected to the plate line decoder / driver PD. Further, the bit line BL is connected to the sense amplifier SA.

【0137】この不揮発性メモリのメモリセルMC1
らデータを読み出す場合、選択プレート線PL1にVcc
を印加する。このとき、選択メモリセルMC1にデータ
「1」が記憶されていれば、強誘電体層に分極反転が生
じ、蓄積電荷量が増加し、共通ノードCNの電位が上昇
する。一方、選択メモリセルMC1にデータ「0」が記
憶されていれば、強誘電体層に分極反転が生ぜず、共通
ノードCNの電位は殆ど上昇しない。即ち、共通ノード
CNは、非選択メモリセルの強誘電体層を介して複数の
非選択プレート線PLjにカップリングされているの
で、共通ノードCNの電位は0ボルトに比較的近いレベ
ルに保たれる。このようにして、選択メモリセルMC1
に記憶されたデータに依存して共通ノードCNの電位に
変化が生じる。従って、選択メモリセルの強誘電体層に
は、分極反転に十分な電界を与えることができる。そし
て、ビット線BLを浮遊状態とし、読出用トランジスタ
TRRをオン状態とする。一方、選択メモリセルMC1
記憶されたデータに基づき共通の第1の電極(共通ノー
ドCN)に生じた電位により、検出用トランジスタTR
Sの動作が制御される。具体的には、選択メモリセルM
1に記憶されたデータに基づき共通の第1の電極(共
通ノードCN)に高い電位が生じれば、検出用トランジ
スタTRSは導通状態となり、検出用トランジスタTRS
の一方のソース/ドレイン領域は所定の電位Vccを有す
る配線に接続されているので、かかる配線から、検出用
トランジスタTRS及び読出用トランジスタTRRを介し
てビット線BLに電流が流れ、ビット線BLの電位が上
昇する。即ち、信号検出回路によって共通の第1の電極
(共通ノードCN)の電位変化が検出され、この検出結
果がビット線BLに電圧(電位)として伝達される。こ
こで、検出用トランジスタTRSの閾値をVth、検出用
トランジスタTRSのゲート電極の電位(即ち、共通ノ
ードCNの電位)をVgとすれば、ビット線BLの電位
は概ね(Vg−Vth)となる。尚、検出用トランジスタ
TRSをディプレッション型のNMOSFETとすれ
ば、閾値Vthは負の値をとる。これにより、ビット線B
Lの負荷の大小に拘わらず、安定したセンス信号量を確
保できる。尚、検出用トランジスタTRSをPMOSF
ETから構成することもできる。
When reading data from the memory cell MC 1 of this nonvolatile memory, V cc is applied to the selected plate line PL 1.
Is applied. At this time, if data “1” is stored in the selected memory cell MC 1 , polarization inversion occurs in the ferroelectric layer, the amount of accumulated charge increases, and the potential of the common node CN rises. On the other hand, if the data “0” is stored in the selected memory cell MC 1 , polarization inversion does not occur in the ferroelectric layer and the potential of the common node CN hardly rises. That is, since the common node CN is coupled to the plurality of non-selected plate lines PL j via the ferroelectric layer of the non-selected memory cell, the potential of the common node CN is kept at a level relatively close to 0 volt. Be drunk In this way, the selected memory cell MC 1
The potential of the common node CN changes depending on the data stored in. Therefore, a sufficient electric field for polarization reversal can be applied to the ferroelectric layer of the selected memory cell. Then, the bit line BL is brought into a floating state and the reading transistor TR R is turned on. On the other hand, due to the potential generated at the common first electrode (common node CN) based on the data stored in the selected memory cell MC 1 , the detection transistor TR is detected.
The operation of S is controlled. Specifically, the selected memory cell M
If a high potential is generated on the common first electrode (common node CN) based on the data stored in C 1 , the detection transistor TR S becomes conductive and the detection transistor TR S
Since one of the source / drain regions is connected to a wiring having a predetermined potential V cc , current flows from the wiring to the bit line BL via the detection transistor TR S and the reading transistor TR R , and the bit The potential of the line BL rises. That is, the potential change of the common first electrode (common node CN) is detected by the signal detection circuit, and the detection result is transmitted to the bit line BL as a voltage (potential). Here, if the threshold of the detection transistor TR S is V th and the potential of the gate electrode of the detection transistor TR S (that is, the potential of the common node CN) is V g , the potential of the bit line BL is approximately (V g −V th ). If the detection transistor TR S is a depletion type NMOSFET, the threshold value V th has a negative value. As a result, the bit line B
It is possible to secure a stable sense signal amount regardless of the load of L. The detection transistor TR S is connected to the PMOSF
It can also consist of an ET.

【0138】尚、検出用トランジスタの一端が接続され
た配線の所定の電位はVccに限定されず、例えば、接地
されていてもよい。即ち、検出用トランジスタの一端が
接続された配線の所定の電位を0ボルトとしてもよい。
但し、この場合には、選択メモリセルにおけるデータの
読み出し時に電位(Vcc)がビット線に現れた場合、再
書き込み時には、ビット線の電位を0ボルトとし、選択
メモリセルにおけるデータの読み出し時に0ボルトがビ
ット線に現れた場合、再書き込み時には、ビット線の電
位をVccとする必要がある。そのためには、図28に例
示するような、トランジスタTRIV-1,TRIV-2,TR
IV-3,TRIV-4から構成された一種のスイッチ回路(反
転回路)をビット線間に配設し、データの読み出し時に
は、トランジスタTRIV-2,TRIV-4をオン状態とし,
データの再書き込み時には、トランジスタTRIV-1,T
IV-3をオン状態とすればよい。
The predetermined potential of the wiring to which one end of the detection transistor is connected is not limited to V cc and may be grounded, for example. That is, the predetermined potential of the wiring to which one end of the detection transistor is connected may be 0 volt.
However, in this case, when the potential (V cc ) appears on the bit line when reading the data in the selected memory cell, the potential of the bit line is set to 0 volt when rewriting, and 0 when reading the data in the selected memory cell. When the volt appears on the bit line, it is necessary to set the potential of the bit line to V cc when rewriting. To this end, transistors TR IV-1 , TR IV-2 , TR as illustrated in FIG. 28 are used.
A kind of switch circuit (inversion circuit) composed of IV-3 and TR IV-4 is arranged between bit lines, and when reading data, the transistors TR IV-2 and TR IV-4 are turned on,
When data is rewritten, the transistors TR IV-1 , T
R IV-3 may be turned on.

【0139】本発明の不揮発性メモリのキャパシタ構造
を、強誘電体層を用いた不揮発性メモリ(所謂FERA
M)のみならず、DRAMに適用することもできる。こ
の場合には、強誘電体層の常誘電的な電界応答(強誘電
双極子の反転を伴わない応答)のみを利用する。
The capacitor structure of the non-volatile memory of the present invention has a nonvolatile memory using a ferroelectric layer (so-called FERA).
Not only M) but also DRAM can be applied. In this case, only the paraelectric field response of the ferroelectric layer (response without inversion of the ferroelectric dipole) is used.

【0140】[0140]

【発明の効果】本発明においては、強誘電体層を形成し
た後の工程において、一方のソース/ドレイン領域と第
1の電極とを電気的に接続する接続部を形成するので、
強誘電体層を形成する際の高温での酸化熱処理によって
も、相互拡散が発生することがなく、不揮発性メモリの
信頼性が低下することを確実に回避することができる。
また、第1の電極を構成する第1の導電材料に酸素バリ
ア性を要求する必要がなくなり、高温酸化雰囲気中で安
定した材料であればよく、白金やペロブスカイト構造を
有する酸化物等を第1の導電材料として使用することが
可能となり、一般に、下地の影響を受け易い強誘電体薄
膜を制御性良く成膜することができる。
According to the present invention, since the connection portion for electrically connecting one of the source / drain regions and the first electrode is formed in the step after the ferroelectric layer is formed,
Mutual diffusion does not occur even by the oxidation heat treatment at a high temperature when forming the ferroelectric layer, and it is possible to reliably prevent the reliability of the nonvolatile memory from decreasing.
Further, the first conductive material forming the first electrode does not need to have an oxygen barrier property, and any material that is stable in a high temperature oxidizing atmosphere may be used. Platinum, an oxide having a perovskite structure, or the like can be used as the first material. It becomes possible to form a ferroelectric thin film which is easily affected by the underlying layer with good controllability.

【0141】また、従来のスタック型不揮発性メモリに
あっては、材料の耐熱性の問題のために、メモリセルに
十分な特性を付与できず、メモリセルの微細化を進める
に当たって情報の判定に必要な信号量を確保できなくな
るといった問題を、本発明においては、メモリセルの特
性を最大限に引き出すことができるが故に、確実に回避
することができる。また、不揮発性メモリにおいて、第
1の構成〜第4の構成を採用することによって、一層の
高集積化を図ることができる。
Further, in the conventional stack type non-volatile memory, due to the problem of heat resistance of the material, sufficient characteristics cannot be given to the memory cell, and it is necessary to judge information when miniaturizing the memory cell. In the present invention, the problem that the required signal amount cannot be secured can be reliably avoided because the characteristics of the memory cell can be maximized. Further, in the non-volatile memory, by adopting the first to fourth configurations, it is possible to achieve higher integration.

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

【図1】発明の実施の形態1の強誘電体型不揮発性半導
体メモリをビット線の延びる方向と平行な仮想垂直面で
切断したときの模式的な一部断面図である。
FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view when a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to a first embodiment of the invention is cut along a virtual vertical plane parallel to a direction in which a bit line extends.

【図2】本発明の第2の態様に係る不揮発性メモリの概
念的な回路図である。
FIG. 2 is a conceptual circuit diagram of a nonvolatile memory according to a second aspect of the present invention.

【図3】図2の(A)に示す概念的な回路図のより具体
的な回路図である。
FIG. 3 is a more specific circuit diagram of the conceptual circuit diagram shown in FIG.

【図4】図2の(B)に示す概念的な回路図のより具体
的な回路図である。
FIG. 4 is a more specific circuit diagram of the conceptual circuit diagram shown in FIG.

【図5】発明の実施の形態1の強誘電体型不揮発性半導
体メモリの製造方法を説明するための半導体基板等の模
式的な一部断面図である。
FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining the method of manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first embodiment of the invention.

【図6】図5に引き続き、発明の実施の形態1の強誘電
体型不揮発性半導体メモリの製造方法を説明するための
半導体基板等の模式的な一部断面図である。
FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor substrate or the like for explaining the method for manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first embodiment of the invention, following FIG. 5;

【図7】図6に引き続き、発明の実施の形態1の強誘電
体型不揮発性半導体メモリの製造方法を説明するための
半導体基板等の模式的な一部断面図である。
7 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining the method of manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first embodiment of the present invention, following FIG.

【図8】図7に引き続き、発明の実施の形態1の強誘電
体型不揮発性半導体メモリの製造方法を説明するための
半導体基板等の模式的な一部断面図である。
FIG. 8 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor substrate or the like for explaining the manufacturing method of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first embodiment of the invention, following FIG. 7;

【図9】図8に引き続き、発明の実施の形態1の強誘電
体型不揮発性半導体メモリの製造方法を説明するための
半導体基板等の模式的な一部断面図である。
9 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor substrate or the like for explaining the method of manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first embodiment of the present invention, following FIG. 8;

【図10】図9に引き続き、発明の実施の形態1の強誘
電体型不揮発性半導体メモリの製造方法を説明するため
の半導体基板等の模式的な一部断面図である。
FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor substrate or the like for explaining the manufacturing method of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first embodiment of the invention, following FIG. 9;

【図11】発明の実施の形態1の強誘電体型不揮発性半
導体メモリの変形例をビット線の延びる方向と平行な仮
想垂直面で切断したときの模式的な一部断面図である。
FIG. 11 is a schematic partial cross-sectional view when a modification of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the first embodiment of the present invention is cut along a virtual vertical plane parallel to the extending direction of the bit line.

【図12】発明の実施の形態2の強誘電体型不揮発性半
導体メモリをビット線の延びる方向と平行な仮想垂直面
で切断したときの模式的な一部断面図である。
FIG. 12 is a schematic partial cross-sectional view when the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the second embodiment of the invention is cut along a virtual vertical plane parallel to the extending direction of bit lines.

【図13】発明の実施の形態3の強誘電体型不揮発性半
導体メモリの製造方法を説明するための半導体基板等の
模式的な一部断面図である。
FIG. 13 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining the method of manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the third embodiment of the invention.

【図14】図13に引き続き、発明の実施の形態3の強
誘電体型不揮発性半導体メモリの製造方法を説明するた
めの半導体基板等の模式的な一部断面図である。
FIG. 14 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor substrate etc. for explaining the method for manufacturing the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the third embodiment of the invention, following FIG. 13;

【図15】発明の実施の形態4の強誘電体型不揮発性半
導体メモリを含む半導体装置をビット線の延びる方向と
平行な仮想垂直面で切断したときの模式的な一部断面図
である。
FIG. 15 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor device including the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to the fourth embodiment of the present invention, taken along a virtual vertical plane parallel to the extending direction of a bit line.

【図16】本発明の第3の態様に係る不揮発性メモリの
概念的な回路図である。
FIG. 16 is a conceptual circuit diagram of a nonvolatile memory according to a third aspect of the present invention.

【図17】図16の(A)に示す概念的な回路図のより
具体的な回路図である。
17 is a more specific circuit diagram of the conceptual circuit diagram shown in FIG.

【図18】図16の(B)に示す概念的な回路図のより
具体的な回路図である。
FIG. 18 is a more specific circuit diagram of the conceptual circuit diagram shown in FIG.

【図19】発明の実施の形態5の強誘電体型不揮発性半
導体メモリを含む半導体装置をビット線の延びる方向と
平行な仮想垂直面で切断したときの模式的な一部断面図
である。
FIG. 19 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device including a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to a fifth embodiment of the present invention, taken along a virtual vertical plane parallel to a direction in which a bit line extends.

【図20】本発明の第4の態様に係る不揮発性メモリの
概念的な回路図である。
FIG. 20 is a conceptual circuit diagram of a nonvolatile memory according to a fourth aspect of the present invention.

【図21】図20に示す概念的な回路図のより具体的な
回路図である。
FIG. 21 is a more specific circuit diagram of the conceptual circuit diagram shown in FIG. 20.

【図22】発明の実施の形態4にて説明した強誘電体型
不揮発性半導体メモリの変形例を示す模式的な一部断面
図である。
FIG. 22 is a schematic partial cross-sectional view showing a modification of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory described in the fourth embodiment of the invention.

【図23】図22に示す強誘電体型不揮発性半導体メモ
リの回路図である。
23 is a circuit diagram of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory shown in FIG.

【図24】ゲインセル型の強誘電体型不揮発性半導体メ
モリの回路図である。
FIG. 24 is a circuit diagram of a gain cell type ferroelectric non-volatile semiconductor memory.

【図25】図24に示した強誘電体型不揮発性半導体メ
モリにおけるレイアウト図である。
FIG. 25 is a layout diagram of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory shown in FIG. 24.

【図26】図24に示した強誘電体型不揮発性半導体メ
モリの模式的な一部断面図である。
FIG. 26 is a schematic partial cross-sectional view of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory shown in FIG.

【図27】図24に示した強誘電体型不揮発性半導体メ
モリの、図26とは異なる断面で見たときの模式的な一
部断面図である。
27 is a schematic partial cross-sectional view of the ferroelectric non-volatile semiconductor memory shown in FIG. 24 when seen in a cross section different from FIG. 26.

【図28】検出用トランジスタの一端が接続された配線
の所定の電位を0ボルトとした場合の、ビット線間に配
設された一種のスイッチ回路を示す回路図である。
FIG. 28 is a circuit diagram showing a type of switch circuit arranged between bit lines when a predetermined potential of a wiring connected to one end of a detection transistor is set to 0 volt.

【図29】スタック型強誘電体型不揮発性半導体メモリ
に本発明を適用した場合の模式的な一部断面図である。
FIG. 29 is a schematic partial cross-sectional view when the present invention is applied to a stack type ferroelectric non-volatile semiconductor memory.

【図30】強誘電体のP−Eヒステリシスループ図であ
る。
FIG. 30 is a PE hysteresis loop diagram of a ferroelectric substance.

【図31】米国特許第4873664号に開示された強
誘電体型不揮発性半導体メモリの回路図である。
FIG. 31 is a circuit diagram of a ferroelectric non-volatile semiconductor memory disclosed in US Pat. No. 4,873,664.

【図32】従来のスタック型強誘電体型不揮発性半導体
メモリの模式的な一部断面図である。
FIG. 32 is a schematic partial cross-sectional view of a conventional stacked ferroelectric non-volatile semiconductor memory.

【図33】従来のプレーナ型強誘電体型不揮発性半導体
メモリの模式的な一部断面図である。
FIG. 33 is a schematic partial sectional view of a conventional planar ferroelectric non-volatile semiconductor memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・シリコン半導体基板、11・・・素子分離領
域、12・・・ゲート絶縁膜、13・・・ゲート電極、
14A,14B・・・ソース/ドレイン領域、15・・
・コンタクトホール、16,116A,116B・・・
絶縁層、16A,26A・・・積層膜、16B,26B
・・・SiO2膜、17,27,40・・・開口部、1
8,118,28,41・・・接続孔、18A,118
A,28A・・・接続孔の頂部、21,21A,21
B,,31,31A,31B・・・第1の電極、22,
22A,22B,32,32A,32B・・・強誘電体
層、23,33・・・第2の電極、25・・・パッド
部、26・・・層間絶縁層、36A,226A・・・パ
ッシベーション層、42・・・中間配線層、TR・・・
選択用トランジスタ、TRW・・・書込用トランジス
タ、TRR・・・読出用トランジスタ、TRS・・・検出
用トランジスタ、TRSW・・・スイッチング用のトラン
ジスタ、WL・・・ワード線、BL・・・ビット線、P
L・・・プレート線、WD・・・ワード線デコーダ/ド
ライバ、SA・・・センスアンプ、PD・・・プレート
線デコーダ/ドライバ、CN・・・共通ノード
10 ... Silicon semiconductor substrate, 11 ... Element isolation region, 12 ... Gate insulating film, 13 ... Gate electrode,
14A, 14B ... Source / drain regions, 15 ...
・ Contact holes, 16, 116A, 116B ...
Insulating layer, 16A, 26A ... Laminated film, 16B, 26B
... SiO 2 film, 17, 27, 40 ... opening, 1
8, 118, 28, 41 ... Connection hole, 18A, 118
A, 28A ... Connection hole tops 21, 21A, 21
B, 31, 31, 31A, 31B ... First electrode, 22,
22A, 22B, 32, 32A, 32B ... Ferroelectric layer, 23, 33 ... Second electrode, 25 ... Pad portion, 26 ... Interlayer insulating layer, 36A, 226A ... Passivation Layer, 42 ... Intermediate wiring layer, TR ...
Selection transistor, TR W ... Writing transistor, TR R ... Reading transistor, TR S ... Detection transistor, TR SW ... Switching transistor, WL ... Word line, BL ... Bit lines, P
L ... Plate line, WD ... Word line decoder / driver, SA ... Sense amplifier, PD ... Plate line decoder / driver, CN ... Common node

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(A)半導体基板に形成され、ソース/ド
レイン領域及びゲート電極を備えた選択用トランジス
タ、及び、 (B)選択用トランジスタの上方に絶縁層を介して形成
された第1の電極と、少なくとも該第1の電極上に形成
され強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された第2の
電極から成るメモリセル、を有する強誘電体型不揮発性
半導体メモリの製造方法であって、 (a)選択用トランジスタを形成する工程と、 (b)全面に絶縁層を形成する工程と、 (c)パターニングされた第1の電極を絶縁層上に形成
する工程と、 (d)少なくとも第1の電極上に強誘電体層を形成する
工程と、 (e)一方のソース/ドレイン領域と第1の電極とを電
気的に接続する接続部を形成する工程と、 (f)強誘電体層上に第2の電極を形成する工程、を具
備することを特徴とする強誘電体型不揮発性半導体メモ
リの製造方法。
1. A selection transistor which is formed on a semiconductor substrate and has a source / drain region and a gate electrode, and a first transistor which is formed above the selection transistor on an insulating layer. Method of manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory having an electrode, a ferroelectric layer formed on at least the first electrode, and a memory cell formed of a second electrode formed on the ferroelectric layer Where (a) a step of forming a selection transistor, (b) a step of forming an insulating layer on the entire surface, (c) a step of forming a patterned first electrode on the insulating layer, (d) a step of forming a ferroelectric layer on at least the first electrode, (e) a step of forming a connecting portion that electrically connects one source / drain region and the first electrode, (f) ) Forming a second electrode on the ferroelectric layer A method of manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory, comprising:
【請求項2】前記接続部は、絶縁層に形成された接続
孔、及び、第1の電極の側部又は頂面まで延在した該接
続孔の頂部から成ることを特徴とする請求項1に記載の
強誘電体型不揮発性半導体メモリの製造方法。
2. The connecting portion comprises a connecting hole formed in the insulating layer and a top portion of the connecting hole extending to a side portion or a top surface of the first electrode. 7. A method for manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to.
【請求項3】絶縁層は、下層絶縁層と上層絶縁層とが積
層された構造を有し、 前記工程(b)は、全面に下層絶縁層を形成した後、下
層絶縁層上に、一方のソース/ドレイン領域と電気的に
接続された中間配線層を形成し、次いで、下層絶縁層及
び中間配線層上に上層絶縁層を形成する工程から成り、 前記工程(e)においては、一方のソース/ドレイン領
域と第1の電極とを電気的に接続する接続部を形成する
代わりに、中間配線層と第1の電極とを電気的に接続す
る接続部を形成することを特徴とする請求項1に記載の
強誘電体型不揮発性半導体メモリの製造方法。
3. The insulating layer has a structure in which a lower insulating layer and an upper insulating layer are laminated, and in the step (b), after the lower insulating layer is formed on the entire surface, one layer is formed on the lower insulating layer. Forming an intermediate wiring layer electrically connected to the source / drain regions, and then forming an upper insulating layer on the lower insulating layer and the intermediate wiring layer. In the step (e), one of A connection part for electrically connecting the intermediate wiring layer and the first electrode is formed instead of forming a connection part for electrically connecting the source / drain region and the first electrode. Item 2. A method of manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to Item 1.
【請求項4】一方のソース/ドレイン領域と中間配線層
との電気的な接続は、下層絶縁層に形成された第1の接
続孔によってなされ、 前記接続部は、上層絶縁層に形成された第2の接続孔、
及び、第1の電極の側部又は頂面まで延在した該第2の
接続孔の頂部から成ることを特徴とする請求項3に記載
の強誘電体型不揮発性半導体メモリの製造方法。
4. An electrical connection between one of the source / drain regions and the intermediate wiring layer is made by a first connection hole formed in the lower insulating layer, and the connecting portion is formed in the upper insulating layer. Second connection hole,
4. The method for manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to claim 3, further comprising a top portion of the second connection hole extending to a side portion or a top surface of the first electrode.
【請求項5】ビット線と、 M個(但し、M≧2)のメモリセルから構成されたメモ
リユニットと、 M本のプレート線、を更に備え、 メモリユニットは絶縁層上に形成されており、 メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電極は共
通であり、該共通の第1の電極は、選択用トランジスタ
を介してビット線に接続され、 メモリユニットにおいて、第m番目(但し、m=1,2
・・・,M)のメモリセルの第2の電極は、第m番目の
プレート線に接続されていることを特徴とする請求項1
乃至請求項4のいずれか1項に記載の強誘電体型不揮発
性半導体メモリの製造方法。
5. A bit line, a memory unit composed of M (where M ≧ 2) memory cells, and M plate lines are further provided, and the memory unit is formed on an insulating layer. , In the memory unit, the first electrode of the memory cell is common, and the common first electrode is connected to the bit line through the selection transistor, and in the memory unit, the m-th electrode (where m = 1,2
The second electrode of the memory cell (..., M) is connected to the m-th plate line.
5. A method for manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to claim 4.
【請求項6】ビット線と、 それぞれがM個(但し、M≧2)のメモリセルから構成
された、N個(但し、N≧2)のメモリユニットと、 M×N本のプレート線、を更に備え、 第1層目のメモリユニットは絶縁層上に形成されてお
り、 N個のメモリユニットは、層間絶縁層を介して積層され
ており、 各メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電極は
共通であり、該共通の第1の電極は、選択用トランジス
タを介してビット線に接続され、 第n層目(但し、n=1,2・・・,N)のメモリユニ
ットにおいて、第m番目(但し、m=1,2・・・,
M)のメモリセルの第2の電極は、第[(n−1)M+
m]番目のプレート線に接続されていることを特徴とす
る請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の強誘電
体型不揮発性半導体メモリの製造方法。
6. A bit line, N (where N ≧ 2) memory units each consisting of M (where M ≧ 2) memory cells, and M × N plate lines, Further, the memory unit of the first layer is formed on the insulating layer, N memory units are stacked via the interlayer insulating layer, and in each memory unit, the first memory cell of the memory cell is formed. The electrodes are common, and the common first electrode is connected to the bit line via the selection transistor, and in the n-th layer (where n = 1, 2, ..., N) memory unit, M-th (however, m = 1, 2 ...
The second electrode of the M) th memory cell is the [(n-1) M +
5. The method for manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to claim 1, wherein the ferroelectric non-volatile semiconductor memory is connected to the [m] th plate line.
【請求項7】ビット線と、 それぞれがM個(但し、M≧2)のメモリセルから構成
された、N個(但し、N≧2)のメモリユニットと、 M本のプレート線、を更に備え、 選択用トランジスタをN個備え、 第1層目のメモリユニットは絶縁層上に形成されてお
り、 N個のメモリユニットは、層間絶縁層を介して積層され
ており、 各メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電極は
共通であり、 第n層目(但し、n=1,2・・・,N)のメモリユニ
ットにおける共通の第1の電極は、第n番目の選択用ト
ランジスタを介してビット線に接続され、 第n層目のメモリユニットにおいて、第m番目(但し、
m=1,2・・・,M)のメモリセルの第2の電極は、
メモリユニット間で共通とされた第m番目のプレート線
に接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項
4のいずれか1項に記載の強誘電体型不揮発性半導体メ
モリの製造方法。
7. A bit line, N (where N ≧ 2) memory units each consisting of M (where M ≧ 2) memory cells, and M plate lines. In addition, N selection transistors are provided, the first-layer memory unit is formed on an insulating layer, and the N memory units are stacked via an interlayer insulating layer. In each memory unit, The first electrode of the memory cell is common, and the common first electrode of the memory unit of the nth layer (where n = 1, 2, ..., N) is the nth selection transistor. Connected to the bit line via the m-th (in the n-th layer memory unit)
The second electrode of the memory cell of m = 1, 2 ..., M) is
5. The method for manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to claim 1, wherein the ferroelectric memory is connected to a m-th plate line that is common to the memory units.
【請求項8】N本(但し、N≧2)のビット線と、 それぞれがM個(但し、M≧2)のメモリセルから構成
された、N個のメモリユニットと、 M本のプレート線、 を更に備え、 選択用トランジスタをN個備え、 第1層目のメモリユニットは絶縁層上に形成されてお
り、 N個のメモリユニットは、層間絶縁層を介して積層され
ており、 各メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電極は
共通であり、 第n層目(但し、n=1,2・・・,N)のメモリユニ
ットにおける共通の第1の電極は、第n番目の選択用ト
ランジスタを介して第n番目のビット線に接続され、 第n層目のメモリユニットにおいて、第m番目(但し、
m=1,2・・・,M)のメモリセルの第2の電極は、
メモリユニット間で共通とされた第m番目のプレート線
に接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項
4のいずれか1項に記載の強誘電体型不揮発性半導体メ
モリの製造方法。
8. N memory units each consisting of N (where N ≧ 2) bit lines, M (where M ≧ 2) memory cells, and M plate lines. , N selection transistors are provided, the first-layer memory unit is formed on an insulating layer, and the N memory units are stacked via an interlayer insulating layer. In the unit, the first electrode of the memory cell is common, and the common first electrode in the memory unit of the nth layer (where n = 1, 2, ..., N) is the nth selection. Is connected to the n-th bit line via the transistor for data transfer, and in the memory unit of the n-th layer, the m-th (however,
The second electrode of the memory cell of m = 1, 2 ..., M) is
5. The method for manufacturing a ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to claim 1, wherein the ferroelectric memory is connected to a m-th plate line that is common to the memory units.
【請求項9】(A)半導体基板に形成され、ソース/ド
レイン領域及びゲート電極を備えた選択用トランジス
タ、及び、 (B)選択用トランジスタの上方に絶縁層を介して形成
された第1の電極と、少なくとも該第1の電極上に形成
され強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された第2の
電極から成るメモリセル、を有する強誘電体型不揮発性
半導体メモリであって、 選択用トランジスタの一方のソース/ドレイン領域と第
1の電極とは、絶縁層に形成された接続孔、及び、第1
の電極の側部又は頂面まで延在した該接続孔の頂部を介
して電気的に接続されていることを特徴とする強誘電体
型不揮発性半導体メモリ。
9. (A) A selection transistor formed on a semiconductor substrate and provided with source / drain regions and a gate electrode; and (B) a first selection transistor formed above the selection transistor with an insulating layer interposed therebetween. A ferroelectric non-volatile semiconductor memory comprising: an electrode; a ferroelectric layer formed on at least the first electrode; and a memory cell including a second electrode formed on the ferroelectric layer. A source / drain region and a first electrode of one of the selection transistors, a connection hole formed in the insulating layer, and a first electrode
2. A ferroelectric non-volatile semiconductor memory, which is electrically connected via a top portion of the connection hole extending to a side portion or a top surface of the electrode.
【請求項10】(A)半導体基板に形成され、ソース/
ドレイン領域及びゲート電極を備えた選択用トランジス
タ、及び、 (B)選択用トランジスタの上方に絶縁層を介して形成
された第1の電極と、少なくとも該第1の電極上に形成
され強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された第2の
電極から成るメモリセル、を有する強誘電体型不揮発性
半導体メモリであって、 絶縁層は、下層絶縁層と上層絶縁層とが積層された構造
を有し、 下層絶縁層上に中間配線層が形成され、 選択用トランジスタの一方のソース/ドレイン領域と中
間配線層とは、下層絶縁層に形成された第1の接続孔を
介して電気的に接続され、 第1の電極と中間配線層とは、上層絶縁層に形成された
第2の接続孔、及び、第1の電極の側部又は頂面まで延
在した該第2の接続孔の頂部を介して電気的に接続され
ていることを特徴とする強誘電体型不揮発性半導体メモ
リ。
10. (A) A source / source formed on a semiconductor substrate.
A selection transistor having a drain region and a gate electrode; and (B) a first electrode formed above the selection transistor with an insulating layer interposed therebetween, and a ferroelectric formed at least on the first electrode. A ferroelectric non-volatile semiconductor memory having a layer and a memory cell including a second electrode formed on the ferroelectric layer, wherein the insulating layer is formed by laminating a lower insulating layer and an upper insulating layer. The intermediate wiring layer is formed on the lower insulating layer, and one source / drain region of the selection transistor and the intermediate wiring layer are formed through the first connection hole formed in the lower insulating layer. The first electrode and the intermediate wiring layer are electrically connected to each other, and the second connection hole formed in the upper insulating layer and the second electrode extending to the side portion or the top surface of the first electrode. That it is electrically connected through the top of the connection hole Ferroelectric-type nonvolatile semiconductor memory to the butterflies.
【請求項11】ビット線と、 M個(但し、M≧2)のメモリセルから構成されたメモ
リユニットと、 M本のプレート線、を更に備え、 メモリユニットは絶縁層上に形成されており、 メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電極は共
通であり、該共通の第1の電極は、選択用トランジスタ
を介してビット線に接続され、 メモリユニットにおいて、第m番目(但し、m=1,2
・・・,M)のメモリセルの第2の電極は、第m番目の
プレート線に接続されていることを特徴とする請求項9
又は請求項10に記載の強誘電体型不揮発性半導体メモ
リ。
11. A bit line, a memory unit composed of M (where M ≧ 2) memory cells, and M plate lines, the memory unit being formed on an insulating layer. , In the memory unit, the first electrode of the memory cell is common, and the common first electrode is connected to the bit line through the selection transistor, and in the memory unit, the m-th electrode (where m = 1,2
..., M), the second electrode of the memory cell is connected to the m-th plate line.
Alternatively, the ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to claim 10.
【請求項12】ビット線と、 それぞれがM個(但し、M≧2)のメモリセルから構成
された、N個(但し、N≧2)のメモリユニットと、 M×N本のプレート線、 を更に備え、 第1層目のメモリユニットは絶縁層上に形成されてお
り、 N個のメモリユニットは、層間絶縁層を介して積層され
ており、 各メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電極は
共通であり、該共通の第1の電極は、選択用トランジス
タを介してビット線に接続され、 第n層目(但し、n=1,2・・・,N)のメモリユニ
ットにおいて、第m番目(但し、m=1,2・・・,
M)のメモリセルの第2の電極は、第[(n−1)M+
m]番目のプレート線に接続されていることを特徴とす
る請求項9又は請求項10に記載の強誘電体型不揮発性
半導体メモリ。
12. A bit line, N (where N ≧ 2) memory units each consisting of M (where M ≧ 2) memory cells, and M × N plate lines, Further, the memory unit of the first layer is formed on the insulating layer, N memory units are stacked via the interlayer insulating layer, and in each memory unit, the first memory cell of the memory cell is formed. The electrodes are common, and the common first electrode is connected to the bit line via the selection transistor, and in the n-th layer (where n = 1, 2, ..., N) memory unit, M-th (however, m = 1, 2 ...
The second electrode of the M) th memory cell is the [(n-1) M +
The ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to claim 9 or 10, wherein the ferroelectric non-volatile semiconductor memory is connected to the (m) th plate line.
【請求項13】ビット線と、 それぞれがM個(但し、M≧2)のメモリセルから構成
された、N個(但し、N≧2)のメモリユニットと、 M本のプレート線、を更に備え、 選択用トランジスタをN個備え、 第1層目のメモリユニットは絶縁層上に形成されてお
り、 N個のメモリユニットは、層間絶縁層を介して積層され
ており、 各メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電極は
共通であり、 第n層目(但し、n=1,2・・・,N)のメモリユニ
ットにおける共通の第1の電極は、第n番目の選択用ト
ランジスタを介してビット線に接続され、 第n層目のメモリユニットにおいて、第m番目(但し、
m=1,2・・・,M)のメモリセルの第2の電極は、
メモリユニット間で共通とされた第m番目のプレート線
に接続されていることを特徴とする請求項9又は請求項
10に記載の強誘電体型不揮発性半導体メモリ。
13. A bit line, N (provided that N ≧ 2) memory units, each of which is composed of M (provided that M ≧ 2) memory cells, and M plate lines. In addition, N selection transistors are provided, the first-layer memory unit is formed on an insulating layer, and the N memory units are stacked via an interlayer insulating layer. In each memory unit, The first electrode of the memory cell is common, and the common first electrode of the memory unit of the nth layer (where n = 1, 2, ..., N) is the nth selection transistor. Connected to the bit line via the m-th (in the n-th layer memory unit)
The second electrode of the memory cell of m = 1, 2 ..., M) is
The ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to claim 9 or 10, wherein the ferroelectric memory is connected to an m-th plate line shared by the memory units.
【請求項14】N本(但し、N≧2)のビット線と、 それぞれがM個(但し、M≧2)のメモリセルから構成
された、N個のメモリユニットと、 M本のプレート線、 を更に備え、 選択用トランジスタをN個備え、 第1層目のメモリユニットは絶縁層上に形成されてお
り、 N個のメモリユニットは、層間絶縁層を介して積層され
ており、 各メモリユニットにおいて、メモリセルの第1の電極は
共通であり、 第n層目(但し、n=1,2・・・,N)のメモリユニ
ットにおける共通の第1の電極は、第n番目の選択用ト
ランジスタを介して第n番目のビット線に接続され、 第n層目のメモリユニットにおいて、第m番目(但し、
m=1,2・・・,M)のメモリセルの第2の電極は、
メモリユニット間で共通とされた第m番目のプレート線
に接続されていることを特徴とする請求項9又は請求項
10に記載の強誘電体型不揮発性半導体メモリ。
14. N (where N ≧ 2) bit lines, N (where M ≧ 2) memory cells each consisting of N memory units, and M plate lines. , N selection transistors are provided, the first-layer memory unit is formed on an insulating layer, and the N memory units are stacked via an interlayer insulating layer. In the unit, the first electrode of the memory cell is common, and the common first electrode in the memory unit of the nth layer (where n = 1, 2, ..., N) is the nth selection. Is connected to the n-th bit line via the transistor for data transfer, and in the memory unit of the n-th layer, the m-th (however,
The second electrode of the memory cell of m = 1, 2 ..., M) is
The ferroelectric non-volatile semiconductor memory according to claim 9 or 10, wherein the ferroelectric memory is connected to an m-th plate line shared by the memory units.
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