JP2004088123A - Mixed mounted semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、強誘電体キャパシタをゲート電位の制御に用いた電界効果型のトランジスタからなるメモリセルとCMOSFETとを備えた混載型半導体装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a hybrid semiconductor device including a memory cell composed of a field effect transistor using a ferroelectric capacitor for controlling a gate potential and a CMOSFET.
従来より、ゲート中に強誘電体薄膜からなる不揮発性の記憶部を含む電界効果型トランジスタであって、例えばMFISFET,MFSFET,MFMISFETなどと呼ばれる電界効果型トランジスタ(以下、この明細書においては、「強誘電体FET」という)を備えた半導体記憶装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a field-effect transistor including a nonvolatile storage portion made of a ferroelectric thin film in a gate, for example, a field-effect transistor called an MFISFET, an MFSFET, or an MFMISFET (hereinafter, in this specification, A semiconductor memory device having a “ferroelectric FET”) is known.
図6は、従来のMFISFET型の強誘電体FETの断面図である。同図に示すように、従来の強誘電体FETは、シリコン基板101の上に設けられたシリコン酸化膜102と、シリコン酸化膜102の上に設けられたジルコン−チタン酸鉛(PZT)またはタンタル酸ビスマスストロンチウム(SBT)などの金属酸化物からなる強誘電体膜103と、Ptなどの導体材料からなるゲート電極104と、シリコン基板101内におけるゲート電極104の両側方にそれぞれ設けられたソース領域105及びドレイン領域106とを備えている。そして、シリコン基板101のうちシリコン酸化膜102の下方に位置する領域がチャネル領域となっている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional MFISFET type ferroelectric FET. As shown in FIG. 1, a conventional ferroelectric FET includes a silicon oxide film 102 provided on a
図6に示す構造において、強誘電体膜103中には、ゲート電極−シリコン基板間に印加される電圧の極性に応じて、上向き(上方が正極となるダイポールモーメントが生じている状態)または下向き(下方が正極となるダイポールモーメントが生じている状態)の分極が生じ、電圧の印加を停止した後も分極が残留するというヒステリシス特性を有している。そして、ゲート電極104に電圧が印加されていない状態では、この相異なる2種類の残留分極の状態に対応して、強誘電体FETのチャネル領域107は、そのポテンシャルの深さが相異なる2つの状態にある。一方、強誘電体FETのソース−ドレイン間の抵抗値は、チャネル領域107のポテンシャルの深さに応じて変化する。したがって、強誘電体膜103の2種類の残留分極状態に応じて、ソース−ドレイン間の抵抗は高い値と低い値とのいずれかに定まり、このソース−ドレイン間の抵抗が相異なる2種類の値のいずれかを示す状態は、強誘電体膜103の残留分極の状態が保持される限り保持(記憶)される。したがって、強誘電体FETを用いて不揮発性メモリデバイスを構成することができる。
In the structure shown in FIG. 6, depending on the polarity of the voltage applied between the gate electrode and the silicon substrate, the
そして、従来の強誘電体FETを用いた不揮発性メモリデバイスにおいては、たとえば強誘電体膜103中に下向きの残留分極が生じている状態をデータ“1”に、強誘電体膜103中に上向きの残留分極が生じている状態をデータ“0”にそれぞれ対応させている。強誘電体膜103中に下向きの残留分極を生じさせるには、たとえばシリコン基板101の裏面部を接地電位として、ゲート電極104に正の電圧を印加した後、ゲート電極104の電圧を接地電位に戻す。また、強誘電体膜103中に上向きの残留分極を生じさせるには、たとえばシリコン基板101の裏面部を接地電位として、ゲート電極104に負の電圧を印加した後、ゲート電極104の電圧を接地電位に戻す。
しかしながら、従来、このような強誘電体FETを集積回路中で動作させるために適した構造について、十分検討されていなかった。そのため、強誘電体FETをメモリセルとして配置したメモリセルアレイ及びこれを動作させるための回路や、プロセッサ等のロジック回路を含めた混載型半導体装置の高集積化やコストの低減を図ることが困難であった。 However, a structure suitable for operating such a ferroelectric FET in an integrated circuit has not been sufficiently studied. For this reason, it is difficult to achieve high integration and cost reduction of an embedded semiconductor device including a memory cell array in which ferroelectric FETs are arranged as memory cells, a circuit for operating the memory cell array, and a logic circuit such as a processor. there were.
本発明は、強誘電体FETからなるメモリセルを集積回路中で動作させるために適した,メモリとメモリを制御するためのトランジスタとを含む混載型半導体装置を提供することにある。 The present invention provides a hybrid semiconductor device including a memory and a transistor for controlling the memory, which is suitable for operating a memory cell formed of a ferroelectric FET in an integrated circuit.
本発明の混載型半導体装置は 半導体基板と、上記半導体基板の上方に設けられた強誘電体膜,該強誘電体膜上に設けられた制御ゲート電極,及び上記半導体基板内に設けられたソース・ドレイン領域を有する強誘電体FETを複数個配置して構成される記憶回路部と、ゲート絶縁膜,ゲート電極及びソース・ドレイン領域を有し、上記強誘電体FETに接続されるMISFETを複数個配置して構成され、上記記憶回路部を制御するための制御回路部と、ゲート絶縁膜,ゲート電極及びソース・ドレイン領域を有するMISFETを複数個配置して構成され、上記記憶回路部とデータを授受するためのプロセッサを含むロジック回路部とを備え、上記記憶回路部,制御回路部及びロジック回路部が上記共通の半導体基板に設けられている。 The hybrid semiconductor device of the present invention comprises: a semiconductor substrate, a ferroelectric film provided above the semiconductor substrate, a control gate electrode provided on the ferroelectric film, and a source provided in the semiconductor substrate. A storage circuit portion including a plurality of ferroelectric FETs each having a drain region, and a plurality of MISFETs each including a gate insulating film, a gate electrode, and a source / drain region and connected to the ferroelectric FET. A control circuit section for controlling the storage circuit section, and a plurality of MISFETs each having a gate insulating film, a gate electrode, and source / drain regions. And a logic circuit section including a processor for transmitting and receiving the data. The storage circuit section, the control circuit section, and the logic circuit section are provided on the common semiconductor substrate.
これにより、強誘電体FETとMISFETとが共通の半導体基板上に設けられているので、強誘電体FETを記憶回路部のメモリセルとして用い、MISFETをメモリセルを駆動するトランジスタなどとして用いることが可能になる。つまり、メモリセルとメモリセルを制御するための制御回路や、プロセッサを含むロジック回路を共通の半導体基板に混載した集積化された混載型半導体装置の提供を図ることができる。 Thus, since the ferroelectric FET and the MISFET are provided on a common semiconductor substrate, it is possible to use the ferroelectric FET as a memory cell of the storage circuit portion and use the MISFET as a transistor for driving the memory cell. Will be possible. That is, it is possible to provide an integrated semiconductor device in which a memory cell and a control circuit for controlling the memory cell and a logic circuit including a processor are mounted on a common semiconductor substrate.
上記強誘電体FETが、上記半導体基板のうち上記ソース・ドレイン領域間に位置する領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極を覆う層間絶縁膜と、該層間絶縁膜の上に設けられた中間電極と、該中間電極と上記ゲート電極とを接続するコンタクト部材とをさらに備えていることにより、強誘電体膜と半導体基板との間に層間絶縁膜が介在しているので、強誘電体膜の成分元素が半導体基板に拡散することによる強誘電体FETの動作不良の発生を抑制することができる。 A gate insulating film provided on a region of the semiconductor substrate located between the source / drain regions; a gate electrode provided on the gate insulating film; A ferroelectric film and a semiconductor substrate, further comprising an interlayer insulating film covering the semiconductor substrate, an intermediate electrode provided on the interlayer insulating film, and a contact member connecting the intermediate electrode and the gate electrode. Since the interlayer insulating film is interposed between the ferroelectric film and the semiconductor substrate, the occurrence of operation failure of the ferroelectric FET due to the diffusion of the component elements of the ferroelectric film into the semiconductor substrate can be suppressed.
上記強誘電体FETのゲート電極と、上記各MISFETのゲート電極とが、同じ導体膜から形成されていることにより、製造コストの低減を図ることができる。 (4) Since the gate electrode of the ferroelectric FET and the gate electrode of each of the MISFETs are formed of the same conductive film, the manufacturing cost can be reduced.
上記中間電極に接続される第1の配線と、上記制御ゲート電極に接続される第2の配線とをさらに備え、上記第1の配線と第2の配線との間に印加する電圧により、上記強誘電体膜に分極を生じさせることが可能に構成されていることにより、強誘電体膜に下向きの分極を生じさせるときと上向きの分極を生じさせるときとで印加電圧の絶対値を任意に調整することが可能になるので、強誘電体膜の分極が次第に弱くなるディスターブ現象によってデータの読み出し誤差が生じないようなデータの書き込みが可能になる。 A first wiring connected to the intermediate electrode; and a second wiring connected to the control gate electrode, wherein a voltage applied between the first wiring and the second wiring is Since the ferroelectric film is configured to be capable of causing polarization, the absolute value of the applied voltage can be arbitrarily set between when the ferroelectric film causes downward polarization and when it causes upward polarization. Since the adjustment can be performed, data can be written such that a data reading error does not occur due to a disturb phenomenon in which the polarization of the ferroelectric film gradually weakens.
本発明の混載型半導体装置の製造方法は、強誘電体膜及び電極を有する強誘電体FETを複数個配置して構成される記憶回路部と、上記強誘電体FETに接続されるpMISFET及びnMISFETをそれぞれ複数個配置して構成され、上記記憶回路部を制御するための制御回路部と、pMISFE及びnMISFETをそれぞれ複数個配置して構成され、上記記憶回路部とデータを授受するためのプロセッサを含むロジック回路部とを備えた混載型半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に、上記pMISFET及びnMISFETのゲート絶縁膜及びゲート電極と、強誘電体FETのゲート絶縁膜及びゲート電極とを形成する工程(a)と、上記pMISFET又はnMISFETのうちいずれか一方のMISFET及び上記強誘電体FETのゲート電極の上方からソース・ドレイン形成用の不純物のイオン注入を行なう工程(b)と、上記pMISFET又はnMISFETのうち他方のMISFETのゲート電極の上方からソース・ドレイン形成用の不純物のイオン注入を行なう工程(c)と、上記MISFET及び上記強誘電体FETの各ゲート電極を覆う層間絶縁膜を形成した後、上記強誘電体FETのゲート電極に電気的に接続される中間電極を上記層間絶縁膜の上に形成する工程(d)と、上記中間電極の上面に接する強誘電体膜と、該強誘電体膜を挟んで上記中間電極に対向する制御ゲート電極とを形成する工程(e)とを含んでいる。 A method of manufacturing a hybrid semiconductor device according to the present invention includes a storage circuit unit including a plurality of ferroelectric FETs each having a ferroelectric film and an electrode, and a pMISFET and an nMISFET connected to the ferroelectric FET. A control circuit unit for controlling the storage circuit unit, and a processor for arranging a plurality of pMISFEs and nMISFETs, respectively, for transmitting and receiving data to and from the storage circuit unit. A method of manufacturing a hybrid semiconductor device comprising a logic circuit portion including: a gate insulating film and a gate electrode of the pMISFET and the nMISFET; and a gate insulating film and a gate electrode of the ferroelectric FET on a semiconductor substrate. The step (a) of forming, the MISFET of either the pMISFET or the nMISFET and the (B) ion-implanting a source / drain forming impurity from above the gate electrode of the dielectric FET; and implanting a source / drain forming impurity from above the gate electrode of the other MISFET of the pMISFET or nMISFET. After the step (c) of performing ion implantation and forming an interlayer insulating film covering each gate electrode of the MISFET and the ferroelectric FET, an intermediate electrode electrically connected to the gate electrode of the ferroelectric FET is formed. Forming a step (d) on the interlayer insulating film, forming a ferroelectric film in contact with the upper surface of the intermediate electrode, and forming a control gate electrode facing the intermediate electrode with the ferroelectric film interposed therebetween (E).
上記工程(e)の後、上記層間絶縁膜の上に上層の層間絶縁膜を形成する工程(f)と、上記上層の層間絶縁膜を貫通して上記強誘電体FETの中間電極及び制御ゲート電極に到達する接続孔をそれぞれ形成した後、上記各接続孔を導体材料で埋めて上記中間電極及び制御ゲート電極にそれぞれ接触する第1,第2のコンタクト部材を形成する工程(g)と、上記工程(g)と同時又はその後に、上記上層の層間絶縁膜の上に、上記第1,第2のコンタクト部材にそれぞれ接続される第1,第2の配線を形成する工程(h)とをさらに含むことが好ましい。 After the step (e), a step (f) of forming an upper interlayer insulating film on the interlayer insulating film, and an intermediate electrode and a control gate of the ferroelectric FET penetrating the upper interlayer insulating film. (G) forming a first and a second contact member that respectively contact the intermediate electrode and the control gate electrode by filling the respective connection holes with a conductive material after forming the respective connection holes reaching the electrodes; (H) simultaneously or after the step (g), forming first and second wirings respectively connected to the first and second contact members on the upper interlayer insulating film; It is preferable to further include
本発明の混載型半導体装置又はその製造方法によると、強誘電体膜,該強誘電体膜上に設けられた制御ゲート電極,及びソース・ドレイン領域を有する強誘電体FETと、ゲート絶縁膜,ゲート電極及びソース・ドレイン領域を有するMISFETを有する制御回路及びロジック回路とを共通の半導体基板上に設けるようにしたので、強誘電体FETをメモリセルとして用い、MISFETをメモリセルを駆動するトランジスタとして用いることが可能になり、メモリとメモリを制御するためのトランジスタとを含む集積化された混載型半導体装置の提供を図ることができる。 According to the hybrid semiconductor device of the present invention or the method of manufacturing the same, a ferroelectric film, a control gate electrode provided on the ferroelectric film, a ferroelectric FET having source / drain regions, a gate insulating film, Since a control circuit and a logic circuit having a MISFET having a gate electrode and source / drain regions are provided on a common semiconductor substrate, a ferroelectric FET is used as a memory cell, and the MISFET is used as a transistor for driving the memory cell. Thus, an integrated semiconductor device including a memory and a transistor for controlling the memory can be provided.
(第1の実施形態)
次に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について説明する。図1(a)〜(d)は、第1の実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
(1st Embodiment)
Next, a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.
まず、図1(a)に示す工程で、周知の技術を用いて、シリコン基板11上に活性領域(pMOSFET形成領域Rpt,nMOSFET形成領域Rnt及び強誘電体FET形成領域Rftなど)を囲むトレンチ型の素子分離用絶縁膜12を形成する。次に、熱酸化法により、活性領域の上に熱酸化膜からなるシリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜の上にポリシリコン膜を堆積し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりポリシリコン膜及びシリコン酸化膜をパターニングして、pMOSFET,nMOSFET及び強誘電体FETの各ゲート電極14及び各ゲート絶縁膜13をそれぞれ形成する。
First, in a step shown in FIG. 1A, a trench type surrounding an active region (pMOSFET formation region Rpt, nMOSFET formation region Rnt, ferroelectric FET formation region Rft, etc.) is formed on a
次に、図1(b)に示す工程で、pMOSFET形成領域Rptを覆うレジストマスク19を形成し、レジストマスク19の上からn型不純物(例えば砒素(As)のイオン注入を行なうことにより、nMOSFET及び強誘電体FETの各ソース領域15及び各ドレイン領域16を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 1B, a
次に、図1(c)に示す工程で、レジストマスク19を除去した後、nMOSFET形成領域Rnt及び強誘電体FET形成領域Rftを覆うレジストマスク(図示せず)を形成し、このレジストマスクの上方からp型不純物(たとえがフッ化ボロン)のイオン注入を行なうことにより、pMOSFETのソース領域17及びドレイン領域18をそれぞれ形成する。
Next, in the step shown in FIG. 1 (c), after removing the
さらに、基板上にシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜20を堆積し、第1の層間絶縁膜20を貫通して強誘電体FETのゲート電極14に到達する接続孔を開口した後、接続孔をポリシリコンで埋めて、コンタクト部材であるポリシリコンプラグ21を形成する。さらに、第1の層間絶縁膜20の上にPt(白金)膜を堆積した後、Pt膜をパターニングして、ポリシリコンプラグ21に接続される中間電極22を形成する。また、中間電極22の上に、ジルコン−チタン酸鉛(PZT)またはタンタル酸ビスマスストロンチウム(SBT)などの金属酸化物からなる強誘電体膜23を形成する。このとき、金属酸化物からなる強誘電体膜23とゲート電極14との間は第1の層間絶縁膜20で隔離されているので、高温の酸素雰囲気中での処理によって強誘電体膜23を焼成しても、強誘電体膜23の成分元素がシリコン基板11まで拡散することはない。さらに、強誘電体膜23の上に白金からなる制御ゲート電極24を形成する。この制御ゲート電極24は、強誘電体FETの動作を制御するための電極である。
Further, a first interlayer
なお、図1(c)においては、強誘電体FETのゲート電極14にコンタクトしているポリシリコンプラグ21は活性領域上で形成されているが、実際には、ゲート電極14のうち素子分離用絶縁膜12の上に存在する部分にポリシリコンプラグ21が形成されることが多い。
In FIG. 1C, the
次に、図1(d)に示す工程で、第1の層間絶縁膜20の上にシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁膜30を堆積し、第2の層間絶縁膜30を貫通して制御ゲート電極24及び中間電極22にそれぞれ到達する接続孔を形成した後、各接続孔をタングステン(W)で埋めて、コンタクト部材である第1,第2のタングステンプラグ31a,31bを形成する。このとき、第2の層間絶縁膜30及び第1の層間絶縁膜20を貫通して、nMOSFET及びpMOSFETの各ゲート電極14にそれぞれ到達する接続孔を形成した後、各接続孔をタングステンで埋めてタングステンプラグ32を形成する。
Next, in a step shown in FIG. 1D, a second
図1(d)においては、各MOSFETのゲート電極14にコンタクトするタングステンプラグ32は活性領域上で形成されているが、実際には、ゲート電極14のうち素子分離用絶縁膜12の上に存在する部分にタングステンプラグ32が形成されることが多い。
In FIG. 1D, the
さらに、第2の層間絶縁膜30の上に、アルミ合金膜などの金属膜を形成した後、金属膜をパターニングして、各タングステンプラグ31,32に接続される配線層33を形成する。この配線層33のうち第1のタングステンプラグ31aを介して制御ゲート電極24に接続される配線を第1の配線33aとし、配線層33のうち第2のタングステンプラグ31bを介して中間電極22に接続される配線を第2の配線33bとする。
(4) After forming a metal film such as an aluminum alloy film on the second
なお、図1(d)には図示されていないが、第1の層間絶縁膜の上、あるいは第2の層間絶縁膜30の上にさらに上層の層間絶縁膜形成してその上層の層間絶縁膜の上に、nMOSFETのソース領域15及びドレイン領域16、pMOSFETのソース領域17及びドレイン領域18、並びに強誘電体FETのソース領域15及びドレイン領域16に導体プラグを介して接続される配線層を形成する。そして、強誘電体FETの各部に接続される配線と、nMOSFET,pMOSFETの各部に接続される配線とは、いずれかの部位で互いに接続されている。すなわち、nMOSFET,pMOSFETを含む制御回路により、強誘電体FETからなるメモリセルにデータを書き込み,読み出し,書き換えることが可能に構成されている。
Although not shown in FIG. 1D, an upper interlayer insulating film is further formed on the first interlayer insulating film or on the second
以上の手順により、強誘電体FETと、CMOSデバイスのnMOSFET及びpMOSFETとを共通の半導体基板上に設けることができる。つまり、強誘電体FETからなるメモリセルをメモリとして利用するための周辺回路をメモリセルアレイと同じ基板上に設けることができる。また、メモリセルアレイと周辺回路とからなるメモリデバイスだけでなく、演算回路などを含むロジック回路(例えばプロセッサ)をメモリデバイスと混載した,いわゆるシステムLSIなどの大規模集積回路を形成することもできる。 According to the above procedure, the ferroelectric FET and the nMOSFET and the pMOSFET of the CMOS device can be provided on a common semiconductor substrate. That is, a peripheral circuit for utilizing a memory cell formed of a ferroelectric FET as a memory can be provided on the same substrate as the memory cell array. Further, not only a memory device including a memory cell array and a peripheral circuit but also a large-scale integrated circuit such as a so-called system LSI in which a logic circuit (for example, a processor) including an arithmetic circuit and the like are mixed with the memory device can be formed.
しかも、強誘電体FETとして、ゲート電極14に接続される中間電極22を形成し、この中間電極22の上に強誘電体膜23及び制御ゲート電極24を設ける構造としているので、後述するように、強誘電体FETからなるメモリセルの情報読み出し精度の向上を図ることができる。そして、図1(a)に示す工程で、強誘電体FET及び各MOSFETのゲート電極14を共通のポリシリコン膜から同時にパターニングすることにより形成することができるので、工程の簡素化を図ることができる。
Moreover, the ferroelectric FET has a structure in which the
また、図1(b)に示す工程で、強誘電体FETとCMOSデバイスのnMOSFET,pMOSFETとを形成する際に、nMOSFETのソース・ドレイン形成のための不純物イオンの注入と、強誘電体FETのソース・ドレイン形成のための不純物イオンの注入とを同時に行なうことができるので、フォトリソグラフィー工程を低減することにより、工程の簡素化を図ることができる。 In the process shown in FIG. 1B, when forming a ferroelectric FET and nMOSFET and pMOSFET of a CMOS device, implantation of impurity ions for forming the source / drain of the nMOSFET, and Since the implantation of impurity ions for source / drain formation can be performed simultaneously, the number of photolithography steps can be reduced, and the steps can be simplified.
また、図1(c)に示す工程で、強誘電体膜23の高温焼成工程において、強誘電体膜23の成分元素のシリコン基板11への拡散が第1の層間絶縁膜20によって抑制されるので、強誘電体FETのソース・ドレイン間の伝導特性も良好に保持される。
In the step shown in FIG. 1C, the diffusion of the component elements of the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について説明する。図2(a)〜(d)は、第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
(Second embodiment)
Next, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment.
まず、図2(a)に示す工程で、周知の技術を用いて、シリコン基板11上に活性領域(pMOSFET形成領域Rpt,nMOSFET形成領域Rnt及び強誘電体FET形成領域Rftなど)を囲むトレンチ型の素子分離用絶縁膜12を形成する。次に、熱酸化法により、活性領域の上に熱酸化膜からなるシリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜の上にポリシリコン膜を堆積し、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりポリシリコン膜及びシリコン酸化膜をパターニングして、pMOSFET及びnMOSFETの各ゲート電極14及び各ゲート絶縁膜13をそれぞれ形成する。ただし、強誘電体FET形成領域Rft上には、ゲート酸化膜及びゲート電極は形成しない。
First, in a process shown in FIG. 2A, a trench type surrounding an active region (pMOSFET formation region Rpt, nMOSFET formation region Rnt, ferroelectric FET formation region Rft, etc.) is formed on a
次に、強誘電体FET形成領域Rft及びpMOSFET形成領域Rptを覆うレジストマスク(図示せず)を形成し、レジストマスクの上からn型不純物(例えば砒素(As))のイオン注入を行なうことにより、nMOSFETのソース領域15及びドレイン領域16を形成する。その後、上記レジストマスクを除去した後、強誘電体FET形成領域Rft及びnMOSFET形成領域Rntを覆うレジストマスク(図示せず)を新たに形成し、レジストマスクの上からp型不純物(例えばフッ化ボロン)のイオン注入を行なうことにより、pMOSFETのソース領域17及びドレイン領域18を形成する。
Next, a resist mask (not shown) is formed to cover the ferroelectric FET formation region Rft and the pMOSFET formation region Rpt, and ions of an n-type impurity (for example, arsenic (As)) are implanted from above the resist mask. , A
次に、図2(b)に示す工程で、基板上にシリコン酸化膜を堆積した後、シリコン酸化膜をパターニングして、nMOSFET形成領域Rnt及びpMOSFET形成領域Rntを覆い、強誘電体FET形成領域Rftを開口した第1の層間絶縁膜20を形成する。その後、強誘電体FET形成領域Rftにおいて、熱酸化膜と強誘電体膜とPt膜とを形成した後、ゲートパターニング用のレジストマスク45を形成し、レジストマスク45を用いたエッチングにより、ゲート酸化膜41と、強誘電体膜42と、Pt(白金)膜からなる制御ゲート電極43を形成する。強誘電体膜42は、ジルコン−チタン酸鉛(PZT)またはタンタル酸ビスマスストロンチウム(SBT)などの金属酸化物により構成されている。このとき、高温の酸素雰囲気中での処理によって強誘電体膜42を焼成する。
Next, in the step shown in FIG. 2B, after depositing a silicon oxide film on the substrate, the silicon oxide film is patterned to cover the nMOSFET formation region Rnt and the pMOSFET formation region Rnt, and to form a ferroelectric FET formation region. A first
次に、図2(c)に示す工程で、制御ゲート電極43の上方からn型不純物(例えば砒素(As))のイオン注入を行なって、強誘電体FETのソース領域46及びドレイン領域47を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 2C, ion implantation of an n-type impurity (for example, arsenic (As)) is performed from above the
次に、図2(d)に示す工程で、基板上にシリコン酸化膜を堆積した後、CMPにより基板の上面を平坦化する。これにより、第2の層間絶縁膜30を形成する。次に、第2の層間絶縁膜30を貫通して強誘電体FETの制御ゲート電極43に到達する接続孔を形成した後、接続孔をタングステン(W)で埋めて、タングステンプラグ48を形成する。このとき、第2の層間絶縁膜30及び第1の層間絶縁膜20を貫通して、nMOSFET及びpMOSFETのゲート電極14に到達する接続孔を形成し、この接続孔をタングステン(W)で埋めてタングステンプラグ49を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 2D, after depositing a silicon oxide film on the substrate, the upper surface of the substrate is planarized by CMP. Thus, a second
図2(d)においては、各MOSFETのゲート電極14や強誘電体FETの制御ゲート電極43にコンタクトするタングステンプラグ48,49は活性領域上で形成されているが、実際には、ゲート電極14や制御ゲート電極43のうち素子分離用絶縁膜12の上に存在する部分にタングステンプラグ48,49が形成されることが多い。
In FIG. 2D, the tungsten plugs 48 and 49 that contact the
さらに、第2の層間絶縁膜30の上に、アルミ合金膜などの金属膜を形成した後、金属膜をパターニングして、各タングステンプラグ48,49に接続される配線層50を形成する。
(4) After forming a metal film such as an aluminum alloy film on the second
なお、図2(d)には図示されていないが、第2の層間絶縁膜30の上にさらに第3の層間絶縁膜を形成して第3の層間絶縁膜の上に、nMOSFETのソース領域15及びドレイン領域16、pMOSFETのソース領域17及びドレイン領域18、ならびに強誘電体FETのソース領域47及びドレイン領域48に導体プラグを介して接続される配線層を形成することもできる。
Although not shown in FIG. 2D, a third interlayer insulating film is further formed on the second
以上の手順により、強誘電体FETと、CMOSデバイスのnMOSFET及びpMOSFETとを共通の半導体基板上に設けることができる。つまり、強誘電体FETからなるメモリセルをメモリとして利用するための周辺回路をメモリセルアレイと同じ基板上に設けることができる。また、メモリセルアレイと周辺回路とからなるメモリデバイスだけでなく、演算回路などを含むロジック回路(例えばプロセッサ)をメモリデバイスと混載した,いわゆるシステムLSIなどの大規模集積回路を形成することもできる。 According to the above procedure, the ferroelectric FET and the nMOSFET and the pMOSFET of the CMOS device can be provided on a common semiconductor substrate. That is, a peripheral circuit for utilizing a memory cell formed of a ferroelectric FET as a memory can be provided on the same substrate as the memory cell array. Further, not only a memory device including a memory cell array and a peripheral circuit but also a large-scale integrated circuit such as a so-called system LSI in which a logic circuit (for example, a processor) including an arithmetic circuit and the like are mixed with the memory device can be formed.
(第3の実施形態)
図3は、第3の実施形態におけるメモリ・ロジック混載型の半導体集積回路装置の平面図である。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a plan view of a memory / logic hybrid type semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment.
同図に示すように、本実施形態の半導体集積回路装置は、シリコンチップ61上に設けられた記憶回路部62とCMOS回路部63とを備えている。記憶回路部62は、強誘電体FETからなる複数のメモリセルを配列したメモリセルアレイを有するものである。また、CMOS回路部63は、記憶回路部62を駆動するための制御回路(周辺回路)と、プロセッサ等のロジック回路を含むロジック回路とをまとめてブロック化したものである。
As shown in the figure, the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment includes a
図3に示すように、強誘電体FETとCMOSデバイスとを1つの基板上に形成することにより、不揮発性のメモリセルを配置した記憶回路と、これを制御する回路と、プロセッサなどのロジック回路とを集積化してなる大規模の集積回路装置を得ることができる。 As shown in FIG. 3, by forming a ferroelectric FET and a CMOS device on one substrate, a memory circuit in which nonvolatile memory cells are arranged, a circuit for controlling the memory circuit, and a logic circuit such as a processor And a large-scale integrated circuit device can be obtained.
ここで、記憶回路部62には、第1の実施形態又は第2の実施形態における強誘電体FETのいずれを配置してもよい。これにより、記憶回路部62を構成する強誘電体FETと、CMOS回路部63とを構成するnMOSFET及びpMOSFETを、共通の半導体基板上に形成することができる。
Here, any of the ferroelectric FETs in the first embodiment or the second embodiment may be arranged in the
−第1の実施形態と第2の実施形態との製造工程の比較−
第2の実施形態の強誘電体FET全体の高さ寸法は、第1の実施形態の強誘電体FETの高さ寸法に比べると、大幅に小さいので、第2の層間絶縁膜30の上面の高さをより低くすることができる。その点では、第2の実施形態の方が有利である。
-Comparison of manufacturing process between the first embodiment and the second embodiment-
Since the overall height of the ferroelectric FET according to the second embodiment is significantly smaller than the height of the ferroelectric FET according to the first embodiment, the height of the upper surface of the second
しかし、第1の実施形態においては、図1(b)に示す工程で、nMOSFETのソース・ドレイン形成のための不純物イオンの注入と、強誘電体FETのソース・ドレイン形成のための不純物イオンの注入とを同時に行なうことができることから第1の実施形態の方がフォトリソグラフィー工程が少なくて済む。また、第2の実施形態では、図2(c)に示す工程で、第1の層間絶縁膜20の存在により、強誘電体FETのソース・ドレイン形成のための不純物イオンの注入角度に制限が生じる。さらに、第1の実施形態では、図1(c)に示す工程で、強誘電体膜23の高温焼成工程において、強誘電体膜23の成分元素のシリコン基板11への拡散が第1の層間絶縁膜20によって抑制されるので、強誘電体FETのソース・ドレイン間の伝導特性も良好に保持されるが、第2の実施形態では、図2(b)に示す工程で、強誘電体膜42の高温焼成を行なう際に、強誘電体膜42の成分元素がシリコン基板11に拡散するおそれがある。
However, in the first embodiment, in the step shown in FIG. 1B, implantation of impurity ions for forming the source and drain of the nMOSFET and implantation of the impurity ions for forming the source and drain of the ferroelectric FET are performed. Since the implantation and the implantation can be performed simultaneously, the first embodiment requires less photolithography steps. In the second embodiment, in the step shown in FIG. 2C, the implantation angle of impurity ions for forming the source and drain of the ferroelectric FET is limited by the presence of the first
−第1の実施形態と第2の実施形態との性能の比較−
第2の実施形態の強誘電体FETである強誘電体FETと比較して、第2の実施形態の強誘電体FETにおいては、データの書き込みにおいて、強誘電体膜23に下向きの残留分極(下端が正極で上端が負極となる分極状態)を生じさせるように書き込むときと、強誘電体膜23に上向きの残留分極(上端が正極で下端が負極となる分極状態)を生じさせるように書き込むときとでは、それぞれ強誘電体膜23に印加される電圧の絶対値を異ならせることができる。つまり、第2の実施形態においては、強誘電体膜42の分極を生じさせる際には、制御ゲート電極42−シリコン基板11の間に電圧を印加するために、実際上、強誘電体膜42に下向きの分極を生じさせるときと上向きの分極を生じさせるときとで電圧の絶対値を異ならせることは困難である。それに対し、第1の実施形態においては、データの書き込み時に、制御ゲート電極24−中間電極22間に電圧を印加して、強誘電体膜23の分極を生じさせることができるので、下向きの分極を生じさせるときと上向きの分極を生じさせるときとで、任意に電圧の絶対値を異ならせることができる。以下、第1の実施形態の強誘電体FETのデータの書き込み,読み出しに適した駆動方法について説明する。
-Comparison of performance between the first embodiment and the second embodiment-
Compared with the ferroelectric FET that is the ferroelectric FET according to the second embodiment, the ferroelectric FET according to the second embodiment has a lower residual polarization ( When writing so as to generate a polarization state in which the lower end is a positive electrode and the upper end is a negative electrode, writing is performed so as to generate upward remanent polarization (a polarization state in which the upper end is a positive electrode and the lower end is a negative electrode) in the
−ゲートバイアス−
図4は、強誘電体FETにより構成されるメモリセルの読み出し時におけるゲートバイアス(制御ゲート電極24又は43に印加する電圧)ΔVgの設定方法を説明するための図である。図4に示すように、ゲートバイアスVgを制御ゲート電極24又は43に印加せずにデータの読み出しを行なうと、データ“1”の状態とデータ“0”の状態とで読み出し電流の差ΔI1が小さい。そこで、上記各実施形態においては、読み出し時に制御ゲート電極24又は43にバイアスを印加することが好ましい。以下、これを前提として、両者の性能を比較する。つまり、強誘電体FETのソース−ドレイン間電流Idsのゲートバイアス依存特性において、データ“1”の状態とデータ“0”の状態とにおける読み出し電流の差がほぼ最大値ΔI2となるゲートバイアスVgの値をΔVgとする。そして、読み出し時におけるゲート電圧Vgを0からΔVgだけずれた位置に設定する。言い換えると、読み出し信号のS/N比を上げるためにΔVgのオフセット電圧を制御ゲート電極24又は43に印加する。
−Gate bias−
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of setting a gate bias (voltage applied to the
−ディスターブ現象−
この読み出し方法によると、読み出し動作時には、強誘電体FETの制御ゲート電極24又は43に必ずオフセット電圧ΔVgが印加されることになる。たとえば正のオフセット電圧ΔVgを制御ゲート電極に印加すると、残留分極が下向き(データ“1”の状態)である場合は、残留分極の方向がゲートバイアスの電界によって誘起される分極方向に一致するので、その分極状態はゲートバイアスによる影響は受けない。しかし、残留分極が上向き(データ“0”の状態)のときには、残留分極の方向とゲートバイアスの電界によって誘起される分極の方向とが逆になるので、制御ゲート電極へのオフセット電圧ΔVgの印加によって、強誘電体膜中の残留分極は少し弱くなる。さらに、読み出し動作を繰り返すと、制御ゲート電極にオフセット電圧ΔVgを印加する毎に少しづつ強誘電体膜中の残留分極が弱くなり、最終的には、強誘電体膜中の残留分極がほぼゼロになる。このように、残留分極を弱める方向の電界を与える電圧をゲート電圧に繰り返し印加することによってデータが消失していく現象をディスターブ現象という。
−Disturb phenomenon−
According to this read method, the offset voltage ΔVg is always applied to the
そして、ディスターブ現象によって分極が消失してゆくと、データ“0”を保持していた強誘電体FETのチャネル領域のポテンシャルは、データ“1”のポテンシャルに近づくように変化するため、データ“0”の状態に対応するソース・ドレイン間電流Idsがその初期値から次第に変化していくという読み出し回路の設計上好ましくない現象を呈する。 When the polarization disappears due to the disturb phenomenon, the potential of the channel region of the ferroelectric FET holding the data “0” changes so as to approach the potential of the data “1”. In the read circuit design, the source-drain current Ids corresponding to the state "" gradually changes from its initial value.
−好ましいデータの書き込み方法−
図5は、第1の実施形態を利用したデータの書き込み動作の例を電圧−分極座標上で説明するためのヒステリシス特性図である。図5において、横軸は制御ゲート24−中間電極22(ゲート電極14)間に印加する電圧を表し、縦軸は、強誘電体膜23に生じる分極を下向き方向を正として表している。なお、以下の説明においては、シリコン基板11の電位は常に接地電位であるとしている。
-Preferred data writing method-
FIG. 5 is a hysteresis characteristic diagram for describing an example of a data write operation using the first embodiment on voltage-polarization coordinates. In FIG. 5, the horizontal axis represents the voltage applied between the
図5に示すように、データが書き込まれる前の強誘電体膜23の分極はほぼゼロであるので、分極状態は原点Oの近傍にある。この強誘電体膜23にデータ“1”を書き込むには、たとえば中間電極22に接続された第2の配線33bを接地電位とし、制御ゲート電極24に接続された第1の配線33aに3Vの電圧を印加すると、分極状態は原点Oから点a”まで実線に沿って移動する。そののち、制御ゲート電極24に接続された第1の配線33aを接地電位とすると、分極状態は点a”から点aに移動し、強誘電体膜23には電圧ゼロの状態で約10μC/cm2 の電荷(残留分極)がデータ“1”として保持される。
As shown in FIG. 5, since the polarization of the
続いて、データ“1”をデータ“0”に書き換えるには、中間電極22の電位はそのままにして、制御ゲート電極24に接続された第1の配線33aに、分極状態を飽和状態まで反転させるために必要な電圧−3Vを印加するのではなく、約−1Vの電圧を印加する。つまり、分極による電荷が負の飽和状態(約−10μC/cm2 )からほぼ0(約0μC/cm2 )までをデータ“0”と定義して、当初からデータ“0”としての分極をおよそ0μC/cm2 に設定する。そこで、制御ゲート電極24に接続された第1の配線33aに電圧約−1Vを印加すると、図5に示す軌跡のように、分極状態は点aから点b’まで移動する。この動作は、制御ゲート電極24に接続された第1の配線33aを接地電位とし、中間電極22に接続された第2の配線33bに電圧1Vを与えることによっても実現される。そののち、制御ゲート電極24に接続された第1の配線33aを接地電位とすると、分極状態は点b’から点bに移動し、電圧ゼロの状態で強誘電体膜23には約0μC/cm2 の電荷がデータ“0”として保持される。
Subsequently, in order to rewrite data “1” to data “0”, the polarization state of the
つまり、第1の実施形態においては、正の残留分極が生じている強誘電体膜23に負の電圧を印加した後、負の電圧を解除した時に強誘電体膜23に生じる分極(残留分極)がほぼ0になるとすると、上記負の電圧(抗電圧)にほぼ等しい電圧を印加して、データを“1”から“0”に書き換えることが可能になる。なお、強誘電体膜23にデータが書き込まれていない状態から強誘電体膜23にデータ“0”を書き込む場合にも、図5に示す抗電圧(約−1V)を強誘電体膜23に印加することが好ましい。
That is, in the first embodiment, after a negative voltage is applied to the
データを書き込んだ後は、中間電極22に接続された第2の配線33bを接地電位とし、これにつながるゲート電極14の電位を確定する。つづいて、スイッチングトランジスタなどを利用して、中間電極22に接続された第2の配線33bを周辺回路から電気的に遮断する。
After the data is written, the
あるいは、データの読み出しの直前に、まず、中間電極22に接続された第2の配線33bを接地電位とし、これにつながるゲート電極14の電位を確定する。これは、この読み出しまでに実行された書き込みおよび読み出しの動作あるいは静止状態で漏れ電流などとしてゲート電極14に蓄積された不要な電荷を除去するためである。つづいて、スイッチングトランジスタなどを利用して、中間電極22に接続された第2の配線33bを周辺回路から電気的に遮断する。その後、データを読み出すために、制御ゲート電極24に接続された第1の配線33aに、読み出し電圧VRを印加する。この読み出し電圧VRは、強誘電体膜23に印加される電圧とシリコン酸化膜13に印加される電圧とに分割される。このとき、強誘電体膜23の分極が下向き(データ“1”)の場合は、強誘電体膜23に印加される電圧によって生じる分極の方向と、保持されている分極(電荷)の方向とは一致しているので、いわゆるディスターブ現象が生じることがなく、読み出し電圧VRを除去しても分極の向きや大きさは変わらない。
Alternatively, immediately before reading data, first, the
一方、第2の実施形態の強誘電体FETからなるメモリセルを利用した場合、強誘電体膜23の分極が上向き(データ“0”)の場合は、データの書き込み時に、強誘電体膜23に印加される電圧によって生じる分極の方向と、保持されている分極(電荷)の方向とが逆なので、読み出し電圧VRの印加によって強誘電体膜23はディスターブを受ける。その結果、ディスターブによって分極が消失してゆき、これにともなってデータ“0”に対するソース−ドレイン間電流Idsが変化する。
On the other hand, when the memory cell composed of the ferroelectric FET of the second embodiment is used, when the polarization of the
しかし、第1の実施形態を利用した書き込み方法においては、当初から分極が約0μC/cm2 の状態がデータ“0”として保持されている。さらに、制御ゲート電極24に接続された第1の配線33aに印加される読み出し電圧VRは、強誘電体膜23にかかる電圧が抗電圧を超えないように設定できるので、ディスターブによって分極が消失してゆくことはなく、また、データ“0”の状態がデータ“1”へと反転してしまうこともない。したがって、データ“0”を繰り返して読み出しても、ソース−ドレイン間電流Idsは変化しないことになる。具体的には、強誘電体膜23に印加される電圧とゲート酸化膜13に印加される電圧との比は、中間電極22,強誘電体膜23及び制御ゲート電極24により構成されるキャパシタの容量と、ゲート電極14,ゲート酸化膜13およびシリコン基板11により構成されるキャパシタの容量との比によって決まる。この容量比と読み出し電圧VRとを調整することにより、データ読み出し時に強誘電体膜23に印加される電圧を強誘電体膜23中の分極の抗電圧以下にできる。
However, in the writing method using the first embodiment, a state where the polarization is about 0 μC / cm 2 is held as data “0” from the beginning. Further, the read voltage VR applied to the
そして、データの保存状態においては、これに先立つデータ書き込み動作の最後の段階で、制御ゲート電極24に接続された第1の配線33aと中間電極22に接続された第2の配線33bとを共に接地することにより、強誘電体膜23に印加するバイアスをゼロとする。これにより、データ保持中にバイアスの影響を受けて分極が変化することはなくなる。
Then, in the data storage state, at the last stage of the data writing operation preceding this, the
よって、第1の実施形態を利用した場合、データ“1”を残留分極が下向きにある状態に対応させ、データ“0”を残留分極が上向きの飽和状態に達しない範囲に対応させて、データの書き込み,書き換え,保存及び読み出しを行なうことが可能になり、データ“0”のときのディスターブに起因する読み出し電流の変化を小さくすることができ、読み出し精度の向上を図ることができる。 Therefore, when the first embodiment is used, the data “1” corresponds to the state where the remanent polarization is downward, and the data “0” corresponds to the range where the remanent polarization does not reach the upward saturated state. Can be written, rewritten, stored, and read, the change in the read current caused by the disturbance when the data is "0" can be reduced, and the read accuracy can be improved.
なお、上記各実施形態においては、CMOSデバイスにおいて、ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜により構成したMOSFETについて説明したが、ゲート絶縁膜をシリコン酸窒化膜やシリコン窒化膜などによって構成してもよい。つまり、本発明は、MISFET全般について適用することができる。 In the above embodiments, the MOSFET in which the gate insulating film is formed of the silicon oxide film in the CMOS device has been described. However, the gate insulating film may be formed of a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or the like. That is, the present invention can be applied to all MISFETs.
本発明の混載型半導体装置は、強誘電体キャパシタをゲート電位の制御に用いた電界効果型のトランジスタからなるメモリセルと、CMOSFETを備えた制御回路,ロジック回路を混載してなる半導体デバイスに利用することができる。 The hybrid semiconductor device of the present invention is used for a semiconductor device in which a memory cell composed of a field effect transistor using a ferroelectric capacitor for controlling a gate potential and a control circuit and a logic circuit equipped with a CMOSFET are mixed. can do.
11 シリコン基板
12 素子分離用絶縁膜
13,41 ゲート酸化膜
14 ゲート電極
15,17 ソース領域
16,18 ドレイン領域
19,45 レジストマスク
20 第1の層間絶縁膜
21 ポリシリコンプラグ
22 中間電極
23,42 強誘電体膜
24,43 制御ゲート電極
30 第2の層間絶縁膜
31,32 タングステンプラグ
33 配線層
33a,33b 配線
48,49 タングステンプラグ
50 配線層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記半導体基板の上方に設けられた強誘電体膜,該強誘電体膜上に設けられた制御ゲート電極,及び上記半導体基板内に設けられたソース・ドレイン領域を有する強誘電体FETを複数個配置して構成される記憶回路部と、
ゲート絶縁膜,ゲート電極及びソース・ドレイン領域を有し、上記強誘電体FETに接続されるMISFETを複数個配置して構成され、上記記憶回路部を制御するための制御回路部と、
ゲート絶縁膜,ゲート電極及びソース・ドレイン領域を有するMISFETを複数個配置して構成され、上記記憶回路部とデータを授受するためのプロセッサを含むロジック回路部とを備え、
上記記憶回路部,制御回路部及びロジック回路部が上記共通の半導体基板に設けられている,混載型半導体装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of ferroelectric FETs having a ferroelectric film provided above the semiconductor substrate, a control gate electrode provided on the ferroelectric film, and source / drain regions provided in the semiconductor substrate A memory circuit unit configured and arranged;
A control circuit for controlling the storage circuit, comprising a plurality of MISFETs having a gate insulating film, a gate electrode, and a source / drain region and connected to the ferroelectric FET;
A plurality of MISFETs each having a gate insulating film, a gate electrode, and a source / drain region, comprising a memory circuit unit and a logic circuit unit including a processor for transmitting and receiving data;
A hybrid semiconductor device, wherein the storage circuit section, the control circuit section, and the logic circuit section are provided on the common semiconductor substrate.
上記各MISFETのゲート電極を覆う層間絶縁膜と、
上記層間絶縁膜を貫通して上記各MISFETのゲート電極に接続されるコンタクト部材とをさらに備え、
上記層間絶縁膜の上に設けられ、かつ、上記コンタクト部材に接続されている上記強誘電体FETの中間電極と
をさらに備えていることを特徴とする混載型半導体装置。 The hybrid semiconductor device according to claim 1,
An interlayer insulating film covering a gate electrode of each of the MISFETs;
A contact member that penetrates through the interlayer insulating film and is connected to a gate electrode of each of the MISFETs;
An embedded semiconductor device, further comprising: an intermediate electrode of the ferroelectric FET provided on the interlayer insulating film and connected to the contact member.
上記強誘電体FETのゲート電極と、上記各MISFETのゲート電極とは、同じ導体膜から形成されていることを特徴とする混載型半導体装置。 The hybrid semiconductor device according to claim 1 or 2,
A hybrid semiconductor device, wherein the gate electrode of the ferroelectric FET and the gate electrode of each of the MISFETs are formed of the same conductor film.
上記中間電極に接続される第1の配線と、上記電極に接続される第2の配線とをさらに備え、
上記第1の配線と第2の配線との間に印加する電圧により、上記強誘電体膜に分極を生じさせることが可能に構成されていることを特徴とする混載型半導体装置。 The hybrid semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A first wiring connected to the intermediate electrode; and a second wiring connected to the electrode.
A mixed-type semiconductor device, wherein polarization is generated in the ferroelectric film by a voltage applied between the first wiring and the second wiring.
半導体基板上に、上記pMISFET及びnMISFETのゲート絶縁膜及びゲート電極と、強誘電体FETのゲート絶縁膜及びゲート電極とを形成する工程(a)と、
上記pMISFET又はnMISFETのうちいずれか一方のMISFET及び上記強誘電体FETのゲート電極の上方からソース・ドレイン形成用の不純物のイオン注入を行なう工程(b)と、
上記pMISFET又はnMISFETのうち他方のMISFETのゲート電極の上方からソース・ドレイン形成用の不純物のイオン注入を行なう工程(c)と、
上記MISFET及び上記強誘電体FETのゲート電極を覆う層間絶縁膜を形成した後、上記強誘電体FETのゲート電極に電気的に接続される中間電極を上記層間絶縁膜の上に形成する工程(d)と、
上記中間電極の上面に接する強誘電体膜と、該強誘電体膜を挟んで上記中間電極に対向する制御ゲート電極とを形成する工程(e)と
を含む混載型半導体装置の製造方法。 A storage circuit section configured by arranging a plurality of ferroelectric FETs having a ferroelectric film and an electrode; and a storage circuit section configured by arranging a plurality of pMISFETs and nMISFETs connected to the ferroelectric FET, respectively. A hybrid semiconductor device comprising: a control circuit unit for controlling a circuit unit; and a logic circuit unit including a plurality of pMISFEs and nMISFETs and including a processor for exchanging data with the storage circuit unit. The method of manufacturing
Forming (a) a gate insulating film and a gate electrode of the pMISFET and the nMISFET and a gate insulating film and a gate electrode of the ferroelectric FET on a semiconductor substrate;
(B) ion-implanting an impurity for forming a source / drain from above one of the MISFET of the pMISFET or the nMISFET and the gate electrode of the ferroelectric FET;
(C) ion-implanting an impurity for forming a source / drain from above the gate electrode of the other one of the pMISFET or the nMISFET;
Forming an interlayer insulating film covering the gate electrodes of the MISFET and the ferroelectric FET, and then forming an intermediate electrode electrically connected to the gate electrode of the ferroelectric FET on the interlayer insulating film ( d) and
A method for manufacturing a hybrid semiconductor device, comprising: a step (e) of forming a ferroelectric film in contact with an upper surface of the intermediate electrode and a control gate electrode facing the intermediate electrode with the ferroelectric film interposed therebetween.
上記工程(d)では、上記層間絶縁膜を貫通して上記強誘電体FETのゲート電極に到達する接続孔を形成した後、上記接続孔を導体材料で埋めてコンタクト部材を形成し、上記中間電極を上記コンタクト部材の形成と同時又はその後に上記コンタクト部材に接続されるように形成する,混載型半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a hybrid semiconductor device according to claim 5,
In the step (d), after forming a connection hole reaching the gate electrode of the ferroelectric FET through the interlayer insulating film, the connection hole is filled with a conductive material to form a contact member. A method of manufacturing a hybrid semiconductor device, wherein an electrode is formed so as to be connected to the contact member simultaneously with or after the formation of the contact member.
上記工程(e)の後、上記層間絶縁膜の上に上層の層間絶縁膜を形成する工程(f)と、
上記上層の層間絶縁膜を貫通して上記強誘電体FETの中間電極及び制御ゲート電極に到達する接続孔をそれぞれ形成した後、上記各接続孔を導体材料で埋めて上記中間電極及び制御ゲート電極にそれぞれ接触する第1,第2のコンタクト部材を形成する工程(g)と、
上記工程(g)と同時又はその後に、上記上層の層間絶縁膜の上に、上記第1,第2のコンタクト部材にそれぞれ接続される第1,第2の配線を形成する工程(h)と
をさらに含むことを特徴とする混載型半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a hybrid semiconductor device according to claim 5,
After the step (e), a step (f) of forming an upper interlayer insulating film on the interlayer insulating film;
After forming connection holes reaching the intermediate electrode and the control gate electrode of the ferroelectric FET, respectively, through the upper interlayer insulating film, the connection holes are filled with a conductive material to form the intermediate electrode and the control gate electrode. (G) forming first and second contact members that respectively contact the
(H) simultaneously or after the step (g), forming first and second wirings respectively connected to the first and second contact members on the upper interlayer insulating film; And a method for manufacturing a hybrid semiconductor device.
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