JP2021120981A - Memory element, semiconductor device, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、記憶素子に関する。詳しくは、強誘電体材料を用いた記憶素子、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present technology relates to a storage element. More specifically, the present invention relates to a storage element, a semiconductor device, and a method for manufacturing the semiconductor device using a ferroelectric material.
近年、強誘電体材料を用いた不揮発性メモリの開発が注目されている。強誘電体メモリは、以下の2種類に大別される。一つは、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)トランジスタのゲート酸化膜に強誘電体材料を用いた1T(1 Transistor)型FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体RAM)である(例えば、特許文献1参照。)。もう一つは、トランジスタ部のソースまたはドレインに強誘電体キャパシタが接続された1T1C(1 Transistor 1 Capacitor)型FeRAMである(例えば、特許文献2参照。)。強誘電キャパシタは、上部電極、強誘電膜および下部電極が積層された構造を有している。
In recent years, attention has been paid to the development of non-volatile memory using a ferroelectric material. Ferroelectric memory is roughly classified into the following two types. One is a 1T (1 Transistor) type FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory: ferroelectric RAM) in which a ferroelectric material is used for the gate oxide film of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) transistor (for example, Patent Document 1). reference.). The other is a 1T1C (1
上述の2種類のFeRAMを駆動するためには、メモリアレイ部の他に回路部が必要となる。回路部はCMOSロジックのトランジスタによって形成されるため、プロセス工程数の増加や、CMOSトランジスタとFeRAMそれぞれの形成過程における熱履歴等による特性劣化が問題となる。さらに、1T型FeRAMと1T1C型FeRAMの両方を有する構造の場合は、CMOSトランジスタ形成プロセスだけでなく、1T型FeRAMと1T1C型FeRAMとを作り分ける必要があるため、さらなるプロセス工程数の増加や特性劣化が問題となる。 In order to drive the above-mentioned two types of FeRAM, a circuit unit is required in addition to the memory array unit. Since the circuit unit is formed by CMOS logic transistors, there are problems such as an increase in the number of process steps and deterioration of characteristics due to thermal history in the formation process of each of the CMOS transistor and FeRAM. Further, in the case of a structure having both 1T type FeRAM and 1T1C type FeRAM, it is necessary to separate not only the CMOS transistor forming process but also 1T type FeRAM and 1T1C type FeRAM, so that the number of process steps is further increased and the characteristics. Deterioration becomes a problem.
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、プロセス工程数増加を抑制しながら、特性の良い強誘電体メモリを製造することを目的とする。 This technology was created in view of such a situation, and aims to manufacture a ferroelectric memory having good characteristics while suppressing an increase in the number of process steps.
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の側面は、半導体基板上に設けられる半導体領域と、上記半導体領域に形成されるサイドウォールと、上記サイドウォールの内側に形成される強誘電体材料部と、上記強誘電体材料部の上部に形成される上部電極と、上記上部電極の内側に埋め込まれる埋込み電極とを具備する記憶素子である。これにより、ダマシン構造を有する強誘電体記憶素子を形成するという作用をもたらす。 The present technology has been made to solve the above-mentioned problems, and the first aspect thereof is a semiconductor region provided on a semiconductor substrate, a sidewall formed in the semiconductor region, and the sidewall. It is a storage element including a ferroelectric material portion formed inside the semiconductor material portion, an upper electrode formed on the upper portion of the ferroelectric material portion, and an embedded electrode embedded inside the upper electrode. This brings about the action of forming a ferroelectric memory element having a damascene structure.
また、この第1の側面において、上記強誘電体材料部の下部に形成される下部電極をさらに具備してもよい。これにより、ダマシン構造において強誘電体キャパシタを形成するという作用をもたらす。 Further, on the first side surface, a lower electrode formed below the ferroelectric material portion may be further provided. This has the effect of forming a ferroelectric capacitor in the damascene structure.
また、この第1の側面において、上記上部電極の仕事関数は、上記下部電極の仕事関数より小さいことが望ましい。書込み電圧を低電圧化するという作用をもたらす。 Further, in this first aspect, it is desirable that the work function of the upper electrode is smaller than the work function of the lower electrode. It has the effect of lowering the write voltage.
また、この第1の側面において、記憶素子は、1トランジスタ型強誘電体不揮発性メモリを形成してもよい。また、上記サイドウォール形成後のイオン注入により得られた拡散領域をさらに具備して強誘電体キャパシタを形成し、上記拡散領域を介して他のトランジスタと接続されて1トランジスタ1キャパシタ型強誘電体不揮発性メモリを形成するようにしてもよい。 Further, in this first aspect, the storage element may form a one-transistor type ferroelectric non-volatile memory. Further, a ferroelectric capacitor is further provided with a diffusion region obtained by ion implantation after the sidewall formation, and is connected to another transistor via the diffusion region to form a 1-transistor 1-capacitor type ferroelectric substance. A non-volatile memory may be formed.
また、この第1の側面において、上記強誘電体材料部は、HfO2(ハフニア)を含んでもよい。 Further, in the first aspect, the ferroelectric material portion may contain HfO2 (hafnia).
また、本技術の第2の側面は、半導体基板上に設けられる第1の半導体領域と、上記第1の半導体領域に形成される第1のサイドウォールと、上記第1のサイドウォールの内側に形成される第1の強誘電体材料部と、上記第1の強誘電体材料部の上部に形成される第1の上部電極と、上記第1の上部電極の内側に埋め込まれる第1の埋込み電極とを備える第1の強誘電体不揮発性メモリと、上記半導体基板上に設けられる第2の半導体領域と、上記第2の半導体領域に形成される第2のサイドウォールと、上記第2のサイドウォールの内側に形成される第2の強誘電体材料部と、上記第2の強誘電体材料部の上部に形成される第2の上部電極と、上記第2の上部電極の内側に埋め込まれる第2の埋込み電極と、上記第2の強誘電体材料部の下部に形成される下部電極と、上記第2のサイドウォール形成後のイオン注入により得られた拡散領域と、上記拡散領域を介して接続する他のトランジスタとを備える第2の強誘電体不揮発性メモリと、上記第1および第2の強誘電体不揮発性メモリにアクセスするトランジスタを備える周辺回路とを具備する半導体装置である。これにより、ダマシン構造を有する強誘電体記憶素子を形成した半導体装置を構成するという作用をもたらす。 Further, the second aspect of the present technology is on the inside of the first semiconductor region provided on the semiconductor substrate, the first sidewall formed in the first semiconductor region, and the first sidewall. A first dielectric material portion to be formed, a first upper electrode formed on the upper portion of the first dielectric material portion, and a first embedding embedded inside the first upper electrode. A first strong dielectric non-volatile memory including electrodes, a second semiconductor region provided on the semiconductor substrate, a second sidewall formed in the second semiconductor region, and the second Embedded inside the second strong dielectric material portion formed inside the sidewall, the second upper electrode formed on the upper portion of the second strong dielectric material portion, and the second upper electrode. The second embedded electrode, the lower electrode formed under the second strong dielectric material portion, the diffusion region obtained by ion injection after the formation of the second sidewall, and the diffusion region. It is a semiconductor device including a second dielectric non-volatile memory including other transistors connected via the semiconductor, and a peripheral circuit including a transistor for accessing the first and second strong dielectric non-volatile memories. .. This has the effect of forming a semiconductor device on which a ferroelectric storage element having a damascene structure is formed.
また、この第2の側面において、上記周辺回路のトランジスタは、ゲートの絶縁膜として熱酸化膜を備えるゲートファースト構造であってもよく、ゲートの絶縁膜として高誘電体膜および金属導電膜を備えるゲートファースト構造であってもよく、また、ゲートの絶縁膜として高誘電体膜および金属導電膜を備えるゲートラスト構造であってもよい。 Further, in the second aspect, the transistor of the peripheral circuit may have a gate-first structure having a thermal oxide film as an insulating film of the gate, and has a high dielectric film and a metal conductive film as the insulating film of the gate. It may have a gate-first structure, or may have a gate-last structure including a high-dielectric film and a metal conductive film as the insulating film of the gate.
また、この第2の側面において、上記第1の強誘電体不揮発性メモリにおいて積和演算を行い、上記第2の強誘電体不揮発性メモリにおいて上記積和演算の結果および上記積和演算に使用する重みを保持するニューロモフィックデバイスを構成してもよい。 Further, in the second aspect, the product-sum calculation is performed in the first ferroelectric non-volatile memory, and the product-sum calculation result and the product-sum calculation are used in the second ferroelectric non-volatile memory. A neuromorphic device may be configured to hold the weights to be used.
また、本技術の第3の側面は、半導体基板上に複数の半導体領域を形成する工程と、上記複数の半導体領域の各々にサイドウォールを形成する工程と、上記複数の半導体領域の一部の上記サイドウォールの内側を除去する工程と、上記除去されたサイドウォールの内側の何れかに下部電極を形成する工程と、上記除去されたサイドウォールの内側に強誘電膜を形成する工程と、上記強誘電膜の上部に上部電極を形成する工程と、上記上部電極の内側に埋込み電極を形成する工程とを具備する半導体装置の製造方法である。これにより、ダマシン構造において強誘電体記憶素子を形成した半導体装置を製造するという作用をもたらす。 Further, the third aspect of the present technology is a step of forming a plurality of semiconductor regions on a semiconductor substrate, a step of forming sidewalls in each of the plurality of semiconductor regions, and a part of the plurality of semiconductor regions. A step of removing the inside of the sidewall, a step of forming a lower electrode on any of the inside of the removed sidewall, a step of forming a dielectric film on the inside of the removed sidewall, and the above. This is a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming an upper electrode on an upper part of a dielectric film and a step of forming an embedded electrode inside the upper electrode. This brings about the effect of manufacturing a semiconductor device in which a ferroelectric storage element is formed in a damascene structure.
また、この第3の側面において、上記強誘電膜を形成する工程の後に結晶化アニール工程をさらに具備してもよい。 Further, in the third aspect, a crystallization annealing step may be further provided after the step of forming the ferroelectric film.
また、この第3の側面において、上記下部電極を形成する工程において上記下部電極に掘り込みを入れるようにしてもよい。これにより、上部電極を形成した際に、上部電極と下部電極がショートすることを防ぐという作用をもたらす。 Further, on the third side surface, a digging may be made in the lower electrode in the step of forming the lower electrode. This has the effect of preventing the upper electrode and the lower electrode from short-circuiting when the upper electrode is formed.
以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)について説明する。説明は以下の順序により行う。
1.第1の実施の形態(周辺回路のトランジスタの絶縁膜が熱酸化膜を備えるゲートファースト構造である場合の例)
2.第2の実施の形態(周辺回路のトランジスタの絶縁膜が高誘電体膜および金属導電膜を備えるゲートファースト構造である場合の例)
3.第3の実施の形態(周辺回路のトランジスタの絶縁膜が高誘電体膜および金属導電膜を備えるゲートラスト構造である場合の例)
4.適用例(ニューロモフィックデバイスに適用した例)
Hereinafter, embodiments for carrying out the present technology (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The explanation will be given in the following order.
1. 1. First Embodiment (Example in the case where the insulating film of the transistor of the peripheral circuit has a gate-first structure including a thermal oxide film)
2. Second embodiment (example in the case where the insulating film of the transistor of the peripheral circuit has a gate first structure including a high dielectric film and a metal conductive film)
3. 3. Third Embodiment (Example in the case where the insulating film of the transistor of the peripheral circuit has a gate last structure including a high dielectric film and a metal conductive film)
4. Application example (example applied to neuromorphic devices)
<1.第1の実施の形態>
[半導体装置]
図1は、本技術の実施の形態における半導体装置の全体構成例を示す図である。
<1. First Embodiment>
[Semiconductor device]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration example of a semiconductor device according to an embodiment of the present technology.
本技術の実施の形態における半導体装置は、2種類のメモリアレイ部20および30と、周辺回路部10とを備える。メモリアレイ部20は、ダマシンプロセスで作製された1T型FeRAMである。メモリアレイ部30は、ダマシンプロセスで作製された強誘電体キャパシタを有する1T1C型FeRAMである。周辺回路部10は、メモリアレイ部20および30を駆動するためのCMOSトランジスタ回路である。
The semiconductor device according to the embodiment of the present technology includes two types of
図2は、本技術の第1の実施の形態における半導体装置のデバイス構造の例を示す図である。これらデバイス構造は、半導体基板上の半導体領域に設けられる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a device structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present technology. These device structures are provided in the semiconductor region on the semiconductor substrate.
周辺回路部10は、通常、P型トランジスタおよびN型トランジスタが用いられるが、同図ではN型トランジスタのみ示している。周辺回路部10において、各素子は、シリコン酸化膜等で形成された素子分離層101によって他の素子と分離される。
A P-type transistor and an N-type transistor are usually used for the
周辺回路部10のトランジスタは、ゲートの底部において熱酸化膜等で形成されたゲート酸化膜102を備える。また、ゲート酸化膜102の上部には、ポリシリコン等で形成されたゲート電極103を備える。
The transistor of the
ゲート電極103が形成された後、PやASのイオン注入により得られたN型拡散領域(LDD:Lightly-Doped Drain)104が形成される。N型拡散領域104の上部には、SiO2膜およびSiN膜で構成されたサイドウォール105および106が形成される。
After the
サイドウォール105および106が形成された後、PやASのイオン注入により得られたN型拡散領域(SD:Single Drain)107が形成される。N型拡散領域107が形成された後、N型拡散領域107およびゲート上に、Co等によるシリサイド領域108が形成される。シリサイド領域108上には、コンタクトストッパ膜としてSiN膜109が形成される。
After the
また、WやTiN膜によるコンタクトプラグ110が形成され、TaやCuで形成された配線層111に接続する。
Further, a
メモリアレイ部20においては、周辺回路部10と同様に、素子分離層201、N型拡散領域204、サイドウォール205および206、N型拡散領域207、シリサイド領域208、および、SiN膜209を備える。さらに、メモリアレイ部20においては、SiN膜209の下に、SiNなどによって形成されたサリサイドブロック膜212を備える。このサリサイドブロック膜212は、シリサイド領域208のシリサイド工程においてN型拡散領域207のみについて選択的にシリサイドを行うために、選択的に設けられている。
The
また、メモリアレイ部20においては、周辺回路部10のようなゲート酸化膜102およびゲート電極103に代えて、1T型の強誘電トランジスタ特有の材料として、強誘電膜213、上部電極214および埋込み電極215を備える。強誘電膜213は、ALD(Atomic Layer Deposition)装置などによって形成された10nm程度のHfO2(ハフニア膜)などによって構成された強誘電体材料である。この強誘電膜213は、後述するプロセスフローにより結晶化されている。上部電極214は、ALD装置などによって強誘電膜213の上部に形成された10nm程度のTiN上部電極である。埋込み電極215は、PVD(Physical Vapor Deposition)装置などで成膜された、W等により形成される埋込み電極である。
Further, in the
これら強誘電膜213、上部電極214および埋込み電極215は、後述するプロセスフローによりサイドウォールの内側に埋め込まれた構造を有しており、一般にダマシン構造と呼ばれる。ダマシン構造では、トランジスタの結晶化アニールやサリサイド工程の後にメモリアレイ部20を形成するため、強誘電膜213はそれらのアニールの影響を回避でき、特性変動は少ない。さらに、メモリアレイ部20の加工時にサイドウォール206やN型拡散領域207にRIE(Reactive Ion Etching)の影響を受けないため、周辺回路部10のCMOSトランジスタの特性変動も少ない。
The
メモリアレイ部30においては、ダマシンプロセスで作製された強誘電体キャパシタが、N型拡散領域316を介してN型トランジスタと接続することによって、1T1C型のFeRAMを構成する。このメモリアレイ部30におけるN型トランジスタは、上述の周辺回路部10のトランジスタと同様の構造を有するものとする。
In the
また、メモリアレイ部30における強誘電体キャパシタは、メモリアレイ部20と同様に形成されたサリサイドブロック膜312を備える。また、強誘電体キャパシタでは、N型拡散領域316がゲート領域と同等の大きさまで拡大されている。
Further, the ferroelectric capacitor in the
また、メモリアレイ部30における強誘電体キャパシタは、メモリアレイ部20と同様に強誘電膜313、上部電極314および埋込み電極315を備え、さらに下部電極317を備える。下部電極317は、ALD装置などによって形成された10nm程度のTiN下部電極である。この下部電極317の材料の仕事関数は、上部電極314の材料よりも高いことが望ましい。さらに、下部電極317のSi面からの高さはゲート電極より低く、端面は強誘電膜313によって完全に覆われていることが望ましい。このように仕事関数差をつけることにより、以下に示すように、メモリアレイ部30にデータを書き込む際の書込み電圧の低電圧化を図ることできる。
Further, the ferroelectric capacitor in the
[仕事関数]
図3は、本技術の実施の形態における強誘電体キャパシタの電圧電荷曲線の一例を示す図である。
[Work function]
FIG. 3 is a diagram showing an example of a voltage charge curve of a ferroelectric capacitor according to an embodiment of the present technology.
この強誘電体キャパシタの電圧電荷曲線は、縦軸が強誘電体キャパシタに蓄えられている電荷Qを示し、横軸がプレート電圧VPLとビット電圧VBLとの間の電圧Vを示している。したがって、この曲線の傾き(Q/V)が強誘電体キャパシタの静電容量Cを示すことになる。 In the voltage charge curve of this ferroelectric capacitor, the vertical axis shows the charge Q stored in the ferroelectric capacitor, and the horizontal axis shows the voltage V between the plate voltage VPL and the bit voltage VBL. Therefore, the slope (Q / V) of this curve indicates the capacitance C of the ferroelectric capacitor.
この実施の形態においては、上部電極314の仕事関数を下部電極317の仕事関数よりも小さくすることにより、強誘電膜313に内部電界が発生する。これにより、通常の電圧電荷曲線(ヒステリシスカーブ)よりも、電圧方向において仕事関数差ΔX(=X2−X1)分だけ負の方向にシフトする。そのため、この実施の形態における電圧電荷曲線の最大電圧は「+V−ΔX」となり、ΔX分だけ電圧が下がる。一方、最小電圧は「−V−ΔX」となり、やはりΔX分だけ電圧が下がる。
In this embodiment, by making the work function of the
すなわち、この実施の形態においては、電圧電荷曲線を電圧方向にΔXだけ負の方向にシフトすることにより、下部電極317を基準とした上部電極314の電圧の最大電圧を低減する。
That is, in this embodiment, the maximum voltage of the voltage of the
具体的な材料として、例えば、下部電極317にTiAlN、上部電極314にTiNなどを利用することが想定される。
As specific materials, for example, it is assumed that TiAlN is used for the
[1T型FeRAM]
図4は、本技術の実施の形態におけるメモリアレイ部20の回路例を示す図である。図5は、本技術の実施の形態におけるメモリアレイ部20の物理レイアウト例を示す図である。
[1T type FeRAM]
FIG. 4 is a diagram showing a circuit example of the
メモリアレイ部20は、1T型FeRAMのFeFET(Ferroelectric Field-Effect Transistor)200をアレイ状に配置して構成される。FeFET200は、ゲートがワードライン226に接続され、ドレインがビットライン225に接続され、ソースがソースライン224に接続される。ソースライン224は、隣接するFeFET200同士で共有される。
The
ワードライン226、ビットライン225およびソースライン224には、それぞれワードラインコンタクト221、ビットラインコンタクト222およびソースラインコンタクト223が設けられる。
The
[1T1C型FeRAM]
図6は、本技術の実施の形態におけるメモリアレイ部30の回路例を示す図である。図7は、本技術の実施の形態におけるメモリアレイ部30の物理レイアウト例を示す図である。
[1T1C type FeRAM]
FIG. 6 is a diagram showing a circuit example of the
メモリアレイ部30は、1T1C型FeRAMの強誘電体キャパシタ300およびN型トランジスタ400をアレイ状に配置して構成される。N型トランジスタ400のゲートはワードライン356に接続され、ドレインがビットライン355に接続され、ソースが強誘電体キャパシタ300の一端に接続される。強誘電体キャパシタ300の他端はプレートライン357に接続される。
The
ワードライン356およびビットライン355には、それぞれワードラインコンタクト351およびビットラインコンタクト352が設けられる。
The
強誘電キャパシタのパターンは下部電極353のパターンの領域で示される。下部電極353のパターンは隣接するメモリセル間で独立して形成されており、隣接する他の下部電極353のパターンとショートしないように適切な距離が設けられる。さらに、下部電極353のパターンの面積は大きいほどメモリの信頼性が確保できるため、単位セル内で最大になるように設計される。これらにより、上述のメモリアレイ部20の特性変動の影響が少なく、良好な強誘電特性を得ることができる。
The pattern of the ferroelectric capacitor is shown in the area of the pattern of the
[製造方法]
図8乃至10は、本技術の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
[Production method]
8 to 10 are diagrams showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present technology.
それぞれ左から順に、周辺回路部10のPMOSトランジスタ、NMOSトランジスタ、メモリアレイ部20の1T型FeRAM、メモリアレイ部30の1T1C型FeRAMのデバイス構造の模式図を表している。なお、サリサイド形成前のSD領域の活性化アニール工程までは、ゲートファーストプロセスで形成されたプレーナ型のCMOSトランジスタ形成工程を踏襲しているものとする。
From left to right, a schematic diagram of the device structure of the MPLS transistor and the NMOS transistor of the
同図におけるaでは、サリサイドブロック膜212および312の形成を行うためにシリコン窒化膜(SiN)511を形成する。その際、1T型FeRAMと1T1C型FeRAMのダミーゲート以外の部分を除去するように、例えばドライエッチング等を用いてパターニングが行われる。
In a in the figure, a silicon nitride film (SiN) 511 is formed in order to form the
次に、コバルトやニッケル等を成膜し、400度から800度のサリサイドアニールを行う。この際、1T型FeRAMと1T1C型FeRAMのダミーゲート部分はシリコン窒化膜511で覆われているため、サリサイド化されない。
Next, cobalt, nickel and the like are formed into a film, and salicide annealing is performed at 400 to 800 degrees. At this time, since the dummy gate portions of the 1T type FeRAM and the 1T1C type FeRAM are covered with the
同図におけるbでは、PVD装置等によって成膜されたシリコン窒化膜521を形成する。さらに、層間絶縁膜として機能する酸化膜522を堆積させる。
In b in the figure, a
同図におけるcでは、酸化膜522の段差を平坦化するためのCMP(Chemical Mechanical Polishing)作業を行う、その際、研磨レートが酸化膜522と比較して低いシリコン窒化膜521がシリコンゲート上に存在するため、研磨はゲートの高さで停止される。
In c in the figure, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) operation is performed to flatten the step of the
同図におけるdでは、1T型FeRAMのダミーゲート部分と1T1C型FeRAMのダミーキャパシタ部上のシリコン窒化膜521を選択的に除去するためのパターニングを行う(531)。パターニングはレジストパターンを用いて行ってもよく、また、酸化膜のハードマスク等を用いてもよい。また、エッチングはドライエッチングを利用してもよく、また、まず酸化膜のハードマスクをパターニングした後、シリコン窒化膜521をウェットエッチングにより選択的に除去してもよい。
In d in the figure, patterning is performed to selectively remove the dummy gate portion of the 1T type FeRAM and the
同図におけるeでは、1T型FeRAMのダミーゲート部分および1T1C型FeRAMのダミーキャパシタ部の除去を行う。除去はアルカリ系の薬液を利用してもよく、また、ドライエッチングを利用してもよい。1T型FeRAMのダミーゲート部分および1T1C型FeRAMのダミーキャパシタ部はシリサイド化されていないため、容易に除去が可能である。 In e in the figure, the dummy gate portion of the 1T type FeRAM and the dummy capacitor portion of the 1T1C type FeRAM are removed. For removal, an alkaline chemical solution may be used, or dry etching may be used. Since the dummy gate portion of the 1T type FeRAM and the dummy capacitor portion of the 1T1C type FeRAM are not silicated, they can be easily removed.
同図におけるfでは、1T1C型FeRAMの強誘電キャパシタ部の下部電極317のパターニングを行う(541、533)。
In f in the figure, the
同図におけるgでは、1T1C型FeRAMの強誘電キャパシタ部の下部電極317に10−20nm程度リセス(掘り込み)を入れる。これにより、後工程で上部電極314を形成した際に、上部電極314と下部電極317のショートを防ぐことができる。このリセスは、同図におけるfで使用したキャパシタ部に埋まったレジストを使うことで、新たなプロセスを追加することなく形成することが可能である。
In g in the figure, a recess (digging) of about 10 to 20 nm is inserted in the
同図におけるhでは、強誘電膜213および313、上部電極214および314、結晶化アニールおよび埋込み電極215および315の成膜を行う(552乃至554)。その際、1T型FeRAMのゲート電極部と、1T1C型FeRAMの強誘電キャパシタ部は同時に成膜される。強誘電膜213および313はALD装置を用いてHfO2をベースとしたものが望ましくZr、Si、La、Nb、Alなどがドープされたものが望ましい。上部電極214および314は、例えば前述の通りTiNなどが想定される。結晶化アニールは、強誘電材料に応じて適切な温度で行うことが望ましく、例えばHfO2にZrを1対1の比率でドープした強誘電体材料を成膜した場合は、400乃至600度で行うことが望ましい。埋込み電極215および315はW、WSi、不純物がドープされた導電性のSiなどが望ましい。また、結晶化アニールの位置は埋込み電極215および315の成膜後でもよく、また、埋込み電極215および315の成膜時の成膜温度や後工程の熱履歴で兼ねてもよい。一方で、周辺回路部のPMOSトランジスタ、NMOSトランジスタも結晶化アニールの熱履歴が加算されてしまうが、SD領域の活性化アニールやサリサイドアニールと比較して、結晶化アニールの熱履歴は十分小さいため、特性への影響は軽微である。
In h in the figure, the
同図におけるiでは、同図におけるhで形成した強誘電材料をCMPにより平坦化する。上述の酸化膜522の平坦化と同様に、シリコン窒化膜521がストッパ膜として機能する。このように、ダマシン構造においては、強誘電材料をCMPにより削り取るため、強誘電膜213および313に対するダメージを回避することができる。強誘電材料としてHfO2を用いることを想定すると、特に塩素系ドライエッチングにおいてHfO2と塩素のガスが反応して削れやすいという問題があるため、そのようなエッチングの影響を受けないダマシン構造を採用することは効果的である。
In i in the figure, the ferroelectric material formed in h in the figure is flattened by CMP. Similar to the flattening of the
このような手順により、熱履歴による特性変動を低減しながら少ないプロセス工程数増で、周辺回路部10のPMOSトランジスタ、NMOSトランジスタ、1T型FeRAM、1T1C型FeRAMのデバイス構造を両立することが可能である。
By such a procedure, it is possible to achieve both the device structures of the MOSFET transistor, the NMOS transistor, the 1T type FeRAM, and the 1T1C type FeRAM of the
このように、本技術の第1の実施の形態によれば、トランジスタの絶縁膜が熱酸化膜を備えるゲートファースト構造である周辺回路と、1T型FeRAMと、1T1C型FeRAMとを備えるデバイス構造を、特性変動を低減しながら少ないプロセス工程数増で実現することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present technology, a peripheral circuit having a gate-first structure in which the insulating film of the transistor is provided with a thermal oxide film, and a device structure including 1T type FeRAM and 1T1C type FeRAM are provided. This can be achieved with a small increase in the number of process steps while reducing characteristic fluctuations.
<2.第2の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では周辺回路部10のトランジスタの絶縁膜が熱酸化膜を備えるゲートファースト構造を想定していたが、この第2の実施の形態では周辺回路部10のトランジスタがゲートファースト構造のHKMG(High-K/Metal Gate)プロセスで形成された場合を想定する。
<2. Second Embodiment>
In the first embodiment described above, a gate-first structure is assumed in which the insulating film of the transistor of the
[半導体装置]
図11は、本技術の第2の実施の形態における半導体装置のデバイス構造の例を示す図である。
[Semiconductor device]
FIG. 11 is a diagram showing an example of a device structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present technology.
上述の第1の実施の形態と比較して、HKMGプロセスでは、熱酸化膜がHfO2などで成膜された高誘電体膜141となっている。また、高誘電体膜141上に仕事関数調整のための金属導電膜142または143を有している。この金属導電膜は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの閾値電圧を調整するために異なる仕事関数を有しており、PMOSではTiALなどの金属電極、NMOSでは、TiNなどの金属電極が用いられる。
Compared with the first embodiment described above, in the HKMG process, the thermal oxide film is a high-
[製造方法]
図12は、本技術の第2の実施の形態における半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
[Production method]
FIG. 12 is a diagram showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present technology.
同図におけるaは、ゲートファースト構造のHKMG作製プロセスのサリサイドブロック膜212および312を選択的に作り分ける工程を示す。ここで、1T型FeRAMには、ポリシリコンで作製されたダミーゲートが形成される。また、1T1C型のダミーキャパシタには、PMOSトランジスタの金属導電膜作製工程と同じ工程で作製された下部電極上にポリシリコンで作製されたダミーキャパシタが形成される。
In the figure, a shows a step of selectively producing
同図におけるbは、ダミーのポリシリコンを除去する工程である。 Reference numeral b in the figure is a step of removing the dummy polysilicon.
同図におけるcは、強誘電膜と上部電極膜を埋め込む工程である。上述の第1の実施の形態であるため、詳細な説明は省略する。 In the figure, c is a step of embedding the ferroelectric film and the upper electrode film. Since it is the first embodiment described above, detailed description thereof will be omitted.
このような手順により、熱履歴による特性変動を低減しながら少ないプロセス工程数増で、周辺回路部10のPMOSトランジスタ、NMOSトランジスタ、1T型FeRAM、1T1C型FeRAMのデバイス構造を両立することが可能である。
By such a procedure, it is possible to achieve both the device structures of the MOSFET transistor, the NMOS transistor, the 1T type FeRAM, and the 1T1C type FeRAM of the
このように、本技術の第2の実施の形態によれば、トランジスタの絶縁膜が高誘電体膜および金属導電膜を備えるゲートファースト構造である周辺回路と、1T型FeRAMと、1T1C型FeRAMとを備えるデバイス構造を、特性変動を低減しながら少ないプロセス工程数増で実現することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present technology, the peripheral circuit having a gate-first structure in which the insulating film of the transistor includes a high dielectric film and a metal conductive film, a 1T type FeRAM, and a 1T1C type FeRAM. It is possible to realize a device structure including the above with a small increase in the number of process steps while reducing characteristic fluctuations.
<3.第3の実施の形態>
上述の第2の実施の形態では周辺回路部10のトランジスタがゲートファースト構造のHKMGプロセスで形成された場合を想定したが、この第3の実施の形態では周辺回路部10のトランジスタがゲートラスト構造のHKMGプロセスで形成された場合を想定する。ゲートラスト構造では、ダミーのゲートを除去した部分にイオンインプラを行った後に、最後にゲートを形成する。
<3. Third Embodiment>
In the second embodiment described above, it is assumed that the transistor of the
[半導体装置]
図13は、本技術の第3の実施の形態における半導体装置のデバイス構造の例を示す図である。
[Semiconductor device]
FIG. 13 is a diagram showing an example of a device structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present technology.
メモリアレイ部20の1T型FeRAM、および、メモリアレイ部30の1T1C型FeRAMのデバイス構造は、上述の第1の実施の形態と同様である。
The device structure of the 1T type FeRAM of the
上述の第1の実施の形態と比較して、HKMGプロセスでは、熱酸化膜がHfO2などで成膜された高誘電体膜151となっている。この第3の実施の形態ではSD領域の活性化アニール工程の影響を受けないため、上述の第2の実施の形態の高誘電体膜141よりも低リークで高品質の膜が選択可能である。また、高誘電体膜151上に仕事関数調整のための金属導電膜152または153を有している。この金属導電膜は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタの閾値電圧を調整するために異なる仕事関数を有しており、PMOSではTiALなどの金属電極、NMOSでは、TiNなどの金属電極が用いられる。さらに、電極155としては、ゲート電極を低抵抗化するために、WやWsi、Alなどが選択される。
Compared with the first embodiment described above, in the HKMG process, the thermal oxide film is a high-
[製造方法]
図14および図15は、本技術の第3の実施の形態における半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
[Production method]
14 and 15 are diagrams showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present technology.
この第3の実施の形態では、ダミーゲートの除去は、周辺回路部10とメモリアレイ部20および30との2回に分けて行う。
In this third embodiment, the removal of the dummy gate is performed in two steps, that is, the
同図におけるaでは、周辺回路部10のダミーゲートを選択的に除去する。その際、フォトレジストを利用してドライエンチングしてもよく、また、SiNなどのハードマスクを用いてウェットエッチングで行ってもよい。
In a in the figure, the dummy gate of the
同図におけるbでは、CMOSトランジスタ部のゲートスタックを埋め込む。High−k材料としては、HfO2をベースとし、La,Nb,Alをドープした材料が挙げられる。上部電極としては、PMOSとNMOSで異なる電極を用いる。作り分ける際には、フォトリソグラフィーによりパターニングを行い、ドライエッチングにより加工を行うことで作製する。 In b in the figure, the gate stack of the CMOS transistor section is embedded. Examples of the High-k material include a material based on HfO2 and doped with La, Nb, and Al. As the upper electrode, different electrodes are used for NMOS and NMOS. When they are made separately, they are made by patterning by photolithography and processing by dry etching.
同図におけるcでは、表面の堆積した材料を除去し平坦化するために、CMP研磨を行う。さらに、FeRAM部のダミーゲートを選択的に除去する。同図におけるaと同様に、フォトレジストを利用してドライエンチングしてもよく、また、SiNなどのハードマスクを用いてウェットエッチングで行ってもよい。 In c in the figure, CMP polishing is performed in order to remove the deposited material on the surface and flatten it. Further, the dummy gate of the FeRAM section is selectively removed. Similar to a in the figure, dry etching may be performed using a photoresist, or wet etching may be performed using a hard mask such as SiN.
同図におけるdでは、FeRAM部の材料の埋め込みを行う。この手法は、上述の第1および第2の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。 In d in the figure, the material of the FeRAM portion is embedded. Since this method is the same as the first and second embodiments described above, detailed description thereof will be omitted.
同図におけるeでは、表面の堆積したFeRAM材料を除去し、平坦化するために、CMP研磨を行う。 In e in the figure, CMP polishing is performed in order to remove the FeRAM material deposited on the surface and flatten it.
このような手順により、熱履歴による特性変動を低減しながら少ないプロセス工程数増で、周辺回路部10のPMOSトランジスタ、NMOSトランジスタ、1T型FeRAM、1T1C型FeRAMのデバイス構造を両立することが可能である。
By such a procedure, it is possible to achieve both the device structures of the MOSFET transistor, the NMOS transistor, the 1T type FeRAM, and the 1T1C type FeRAM of the
このように、本技術の第3の実施の形態によれば、トランジスタの絶縁膜が高誘電体膜および金属導電膜を備えるゲートラスト構造である周辺回路と、1T型FeRAMと、1T1C型FeRAMとを備えるデバイス構造を、特性変動を低減しながら少ないプロセス工程数増で実現することができる。 As described above, according to the third embodiment of the present technology, the peripheral circuit having a gate last structure in which the insulating film of the transistor includes a high dielectric film and a metal conductive film, a 1T type FeRAM, and a 1T1C type FeRAM. It is possible to realize a device structure including the above with a small increase in the number of process steps while reducing characteristic fluctuations.
<4.適用例>
周辺回路部10のPMOSトランジスタ、NMOSトランジスタ、1T型FeRAM、1T1C型FeRAMのデバイス構造を有するデバイスとして、人工知能用のニューロモフィックデバイスが挙げられる。ニューロモフィックデバイスでは、積和演算を行う領域と、演算結果や積和演算に使用する重みをバッファする領域と、それらを制御する周辺回路領域とがある。
<4. Application example>
Examples of the device having the device structure of the MPLS transistor, the NMOS transistor, the 1T type FeRAM, and the 1T1C type FeRAM of the
積和演算を行う領域は、書換え回数は少なくてもよいが、非破壊読出しが行え、アレイ密度が高いメモリが要求されるため、1T型FeRAMが適している。一方、バッファメモリは、破壊読出しでもよいが、高信頼性かつアレイ密度が高いメモリが要求されるため、1T1C型FeRAMが適している。これらを動作させるための回路として、ドライバや読出し回路などのCMOS周辺回路が必要となる。 Although the number of rewrites may be small in the area where the product-sum operation is performed, a 1T type FeRAM is suitable because a memory capable of non-destructive reading and a high array density is required. On the other hand, the buffer memory may be destructive read, but 1T1C type FeRAM is suitable because a memory having high reliability and high array density is required. CMOS peripheral circuits such as a driver and a readout circuit are required as circuits for operating these.
そこで、上述の実施の形態をニューロモフィックデバイスに適用して、メモリアレイ部20の1T型FeRAMにおいて積和演算を行い、メモリアレイ部30の1T1C型FeRAMにおいて積和演算や積和演算に使用する重みを保持する。これにより、アレイ密度が高いニューロモフィックデバイスを少ないプロセス工程数で作製することが可能となる。
Therefore, the above-described embodiment is applied to the neuromorphic device, the product-sum calculation is performed in the 1T-type FeRAM of the
このように、本技術の実施の形態によれば、周辺回路と、1T型FeRAMと、1T1C型FeRAMとを備えるデバイス構造を、特性変動を低減しながら少ないプロセス工程数増で実現することができる。また、CMOSプロセスのSD領域活性化アニールによる強誘電体の特性変動を低減し、高信頼性の強誘電体メモリを作製することができる。また、強誘電体結晶化アニールによるCMOSの特性変動を低減可能なプレーナ型周辺ロジック回路を形成することができる。また、強誘電膜のドライエッチング加工によるプラズマダメージを軽減し、高信頼性の強誘電体メモリを作製することができる。また、CMOS周辺回路部とメモリアレイ部の緩衝領域を小さくできるため、半導体装置としてのチップを小型化することができる。 As described above, according to the embodiment of the present technology, a device structure including a peripheral circuit, a 1T type FeRAM, and a 1T1C type FeRAM can be realized with a small increase in the number of process steps while reducing characteristic fluctuations. .. In addition, it is possible to reduce fluctuations in the characteristics of the ferroelectric substance due to SD region activation annealing in the CMOS process, and to manufacture a highly reliable ferroelectric memory. Further, it is possible to form a planar type peripheral logic circuit capable of reducing CMOS characteristic fluctuations due to ferroelectric crystallization annealing. In addition, plasma damage due to dry etching of the ferroelectric film can be reduced, and a highly reliable ferroelectric memory can be manufactured. Further, since the buffer area of the CMOS peripheral circuit portion and the memory array portion can be reduced, the chip as a semiconductor device can be miniaturized.
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。 It should be noted that the above-described embodiment shows an example for embodying the present technology, and the matters in the embodiment and the matters specifying the invention in the claims have a corresponding relationship with each other. Similarly, the matters specifying the invention within the scope of claims and the matters in the embodiment of the present technology having the same name have a corresponding relationship with each other. However, the present technology is not limited to the embodiment, and can be embodied by applying various modifications to the embodiment without departing from the gist thereof.
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。 It should be noted that the effects described in the present specification are merely examples and are not limited, and other effects may be obtained.
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)半導体基板上に設けられる半導体領域と、
前記半導体領域に形成されるサイドウォールと、
前記サイドウォールの内側に形成される強誘電体材料部と、
前記強誘電体材料部の上部に形成される上部電極と、
前記上部電極の内側に埋め込まれる埋込み電極と
を具備する記憶素子。
(2)前記強誘電体材料部の下部に形成される下部電極をさらに具備する
前記(1)に記載の記憶素子。
(3)前記上部電極の仕事関数は、前記下部電極の仕事関数より小さい
前記(2)に記載の記憶素子。
(4)前記サイドウォール形成後のイオン注入により得られた拡散領域をさらに具備して強誘電体キャパシタを形成し、前記拡散領域を介して他のトランジスタと接続されて1トランジスタ1キャパシタ型強誘電体不揮発性メモリを形成する
前記(2)または(3)に記載の記憶素子。
(5)1トランジスタ型強誘電体不揮発性メモリを形成する
前記(1)に記載の記憶素子。
(6)前記強誘電体材料部は、HfO2を含む
前記(1)から(5)のいずれかに記載の記憶素子。
(7)半導体基板上に設けられる第1の半導体領域と、前記第1の半導体領域に形成される第1のサイドウォールと、前記第1のサイドウォールの内側に形成される第1の強誘電体材料部と、前記第1の強誘電体材料部の上部に形成される第1の上部電極と、前記第1の上部電極の内側に埋め込まれる第1の埋込み電極とを備える第1の強誘電体不揮発性メモリと、
前記半導体基板上に設けられる第2の半導体領域と、前記第2の半導体領域に形成される第2のサイドウォールと、前記第2のサイドウォールの内側に形成される第2の強誘電体材料部と、前記第2の強誘電体材料部の上部に形成される第2の上部電極と、前記第2の上部電極の内側に埋め込まれる第2の埋込み電極と、前記第2の強誘電体材料部の下部に形成される下部電極と、前記第2のサイドウォール形成後のイオン注入により得られた拡散領域と、前記拡散領域を介して接続する他のトランジスタとを備える第2の強誘電体不揮発性メモリと、
前記第1および第2の強誘電体不揮発性メモリにアクセスするトランジスタを備える周辺回路と
を具備する半導体装置。
(8)前記周辺回路のトランジスタは、ゲートの絶縁膜として熱酸化膜を備えるゲートファースト構造である
前記(7)に記載の半導体装置。
(9)前記周辺回路のトランジスタは、ゲートの絶縁膜として高誘電体膜および金属導電膜を備えるゲートファースト構造である
前記(7)に記載の半導体装置。
(10)前記周辺回路のトランジスタは、ゲートの絶縁膜として高誘電体膜および金属導電膜を備えるゲートラスト構造である
前記(7)に記載の半導体装置。
(11)前記第1の強誘電体不揮発性メモリにおいて積和演算を行い、前記第2の強誘電体不揮発性メモリにおいて前記積和演算の結果および前記積和演算に使用する重みを保持するニューロモフィックデバイスを構成する
前記(7)から(10)のいずれかに記載の半導体装置。
(12)半導体基板上に複数の半導体領域を形成する工程と、
前記複数の半導体領域の各々にサイドウォールを形成する工程と、
前記複数の半導体領域の一部の前記サイドウォールの内側を除去する工程と、
前記除去されたサイドウォールの内側の何れかに下部電極を形成する工程と、
前記除去されたサイドウォールの内側に強誘電膜を形成する工程と、
前記強誘電膜の上部に上部電極を形成する工程と、
前記上部電極の内側に埋込み電極を形成する工程と
を具備する半導体装置の製造方法。
(13)前記強誘電膜を形成する工程の後に結晶化アニール工程をさらに具備する
前記(12)に記載の半導体装置の製造方法。
(14)前記下部電極を形成する工程において前記下部電極に掘り込みを入れる
前記(12)または(13)に記載の半導体装置の製造方法。
The present technology can have the following configurations.
(1) A semiconductor region provided on a semiconductor substrate and
The sidewall formed in the semiconductor region and
The ferroelectric material portion formed inside the sidewall and
An upper electrode formed on the upper part of the ferroelectric material portion and
A storage element including an embedded electrode embedded inside the upper electrode.
(2) The storage element according to (1) above, further comprising a lower electrode formed below the ferroelectric material portion.
(3) The storage element according to (2), wherein the work function of the upper electrode is smaller than the work function of the lower electrode.
(4) A ferroelectric capacitor is further provided with a diffusion region obtained by ion implantation after the sidewall formation, and is connected to another transistor via the diffusion region to form a 1-transistor 1-capacitor type ferroelectric. The storage element according to (2) or (3) above, which forms a body non-volatile memory.
(5) The storage element according to (1) above, which forms a 1-transistor type ferroelectric non-volatile memory.
(6) The storage element according to any one of (1) to (5) above, wherein the ferroelectric material portion contains HfO2.
(7) A first semiconductor region provided on a semiconductor substrate, a first sidewall formed in the first semiconductor region, and a first ferroelectric formed inside the first sidewall. A first strength comprising a body material portion, a first upper electrode formed above the first ferroelectric material portion, and a first embedded electrode embedded inside the first upper electrode. Dielectric non-volatile memory and
A second semiconductor region provided on the semiconductor substrate, a second sidewall formed in the second semiconductor region, and a second dielectric material formed inside the second sidewall. A portion, a second upper electrode formed on the upper portion of the second dielectric material portion, a second embedded electrode embedded inside the second upper electrode, and the second dielectric material. A second dielectric having a lower electrode formed in the lower part of the material portion, a diffusion region obtained by ion injection after the formation of the second sidewall, and another transistor connected via the diffusion region. Body non-volatile memory and
A semiconductor device including peripheral circuits including transistors that access the first and second ferroelectric non-volatile memories.
(8) The semiconductor device according to (7) above, wherein the transistor of the peripheral circuit has a gate-first structure including a thermal oxide film as an insulating film of the gate.
(9) The semiconductor device according to (7) above, wherein the transistor of the peripheral circuit has a gate-first structure including a high dielectric film and a metal conductive film as an insulating film of the gate.
(10) The semiconductor device according to (7) above, wherein the transistor of the peripheral circuit has a gate last structure including a high dielectric film and a metal conductive film as an insulating film of the gate.
(11) A new product in which the product-sum operation is performed in the first ferroelectric non-volatile memory, and the result of the product-sum operation and the weight used in the product-sum operation are held in the second ferroelectric non-volatile memory. The semiconductor device according to any one of (7) to (10), which constitutes a lomorphic device.
(12) A step of forming a plurality of semiconductor regions on a semiconductor substrate and
A step of forming a sidewall in each of the plurality of semiconductor regions and
A step of removing the inside of the sidewall of a part of the plurality of semiconductor regions, and
A step of forming a lower electrode on any of the insides of the removed sidewalls,
The step of forming a ferroelectric film inside the removed sidewall and
The step of forming the upper electrode on the upper part of the ferroelectric film and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming an embedded electrode inside the upper electrode.
(13) The method for manufacturing a semiconductor device according to (12) above, further comprising a crystallization annealing step after the step of forming the ferroelectric film.
(14) The method for manufacturing a semiconductor device according to (12) or (13), wherein the lower electrode is dug in the step of forming the lower electrode.
10 周辺回路部
20 メモリアレイ部(1T型FeRAM)
30 メモリアレイ部(1T1C型FeRAM)
101、201、301 素子分離層
102、402 ゲート酸化膜
103、403 ゲート電極
104、204、304、404 N型拡散領域(LDD:Lightly-Doped Drain)
105、106、205、206、305、306、405、406 サイドウォール
107、207、407 N型拡散領域(SD:Single Drain)
108、208、408 シリサイド領域
109、209、309、409 SiN膜
110、210、310、410 コンタクトプラグ
111、211、311、411 配線層
141、151 高誘電体膜
142、143、152、153 金属導電膜
155、215、315 埋込み電極
212、312 サリサイドブロック膜
213、313 強誘電膜
214、314 上部電極
300 強誘電体キャパシタ
316 N型拡散領域(SD)
317 下部電極
400 N型トランジスタ
10
30 Memory array section (1T1C type FeRAM)
101, 201, 301
105, 106, 205, 206, 305, 306, 405, 406
108, 208, 408
317 Lower electrode 400 N-type transistor
Claims (14)
前記半導体領域に形成されるサイドウォールと、
前記サイドウォールの内側に形成される強誘電体材料部と、
前記強誘電体材料部の上部に形成される上部電極と、
前記上部電極の内側に埋め込まれる埋込み電極と
を具備する記憶素子。 The semiconductor area provided on the semiconductor substrate and
The sidewall formed in the semiconductor region and
The ferroelectric material portion formed inside the sidewall and
An upper electrode formed on the upper part of the ferroelectric material portion and
A storage element including an embedded electrode embedded inside the upper electrode.
請求項1記載の記憶素子。 The storage element according to claim 1, further comprising a lower electrode formed under the ferroelectric material portion.
請求項2記載の記憶素子。 The storage element according to claim 2, wherein the work function of the upper electrode is smaller than the work function of the lower electrode.
請求項2記載の記憶素子。 A ferroelectric capacitor is further provided with a diffusion region obtained by ion implantation after the sidewall formation, and is connected to another transistor via the diffusion region to be 1-transistor, 1-capacitor type ferroelectric non-volatile. The storage element according to claim 2, which forms a memory.
請求項1記載の記憶素子。 The storage element according to claim 1, wherein the 1-transistor type ferroelectric non-volatile memory is formed.
請求項1記載の記憶素子。 The storage element according to claim 1, wherein the ferroelectric material portion includes HfO2.
前記半導体基板上に設けられる第2の半導体領域と、前記第2の半導体領域に形成される第2のサイドウォールと、前記第2のサイドウォールの内側に形成される第2の強誘電体材料部と、前記第2の強誘電体材料部の上部に形成される第2の上部電極と、前記第2の上部電極の内側に埋め込まれる第2の埋込み電極と、前記第2の強誘電体材料部の下部に形成される下部電極と、前記第2のサイドウォール形成後のイオン注入により得られた拡散領域と、前記拡散領域を介して接続する他のトランジスタとを備える第2の強誘電体不揮発性メモリと、
前記第1および第2の強誘電体不揮発性メモリにアクセスするトランジスタを備える周辺回路と
を具備する半導体装置。 A first semiconductor region provided on a semiconductor substrate, a first sidewall formed in the first semiconductor region, and a first ferroelectric material portion formed inside the first sidewall. A first ferroelectric non-volatile material having a first upper electrode formed on the upper part of the first ferroelectric material portion and a first embedded electrode embedded inside the first upper electrode. Sex memory and
A second semiconductor region provided on the semiconductor substrate, a second sidewall formed in the second semiconductor region, and a second dielectric material formed inside the second sidewall. A portion, a second upper electrode formed on the upper portion of the second dielectric material portion, a second embedded electrode embedded inside the second upper electrode, and the second dielectric material. A second dielectric having a lower electrode formed in the lower part of the material portion, a diffusion region obtained by ion injection after the formation of the second sidewall, and another transistor connected via the diffusion region. Body non-volatile memory and
A semiconductor device including peripheral circuits including transistors that access the first and second ferroelectric non-volatile memories.
請求項7記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7, wherein the transistor of the peripheral circuit has a gate-first structure including a thermal oxide film as an insulating film of the gate.
請求項7記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7, wherein the transistor of the peripheral circuit has a gate-first structure including a high dielectric film and a metal conductive film as an insulating film of the gate.
請求項7記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7, wherein the transistor of the peripheral circuit has a gate last structure including a high dielectric film and a metal conductive film as an insulating film of the gate.
請求項7記載の半導体装置。 A neuromorphic device that performs a product-sum operation in the first ferroelectric non-volatile memory and holds the result of the product-sum operation and the weight used in the product-sum operation in the second ferroelectric non-volatile memory. 7. The semiconductor device according to claim 7.
前記複数の半導体領域の各々にサイドウォールを形成する工程と、
前記複数の半導体領域の一部の前記サイドウォールの内側を除去する工程と、
前記除去されたサイドウォールの内側の何れかに下部電極を形成する工程と、
前記除去されたサイドウォールの内側に強誘電膜を形成する工程と、
前記強誘電膜の上部に上部電極を形成する工程と、
前記上部電極の内側に埋込み電極を形成する工程と
を具備する半導体装置の製造方法。 The process of forming multiple semiconductor regions on a semiconductor substrate and
A step of forming a sidewall in each of the plurality of semiconductor regions and
A step of removing the inside of the sidewall of a part of the plurality of semiconductor regions, and
A step of forming a lower electrode on any of the insides of the removed sidewalls,
The step of forming a ferroelectric film inside the removed sidewall and
The step of forming the upper electrode on the upper part of the ferroelectric film and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming an embedded electrode inside the upper electrode.
請求項12記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising a crystallization annealing step after the step of forming the ferroelectric film.
請求項12記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the lower electrode is dug in the step of forming the lower electrode.
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