JP3189094B2 - Ferroelectric memory device - Google Patents

Ferroelectric memory device

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JP3189094B2 JP04685599A JP4685599A JP3189094B2 JP 3189094 B2 JP3189094 B2 JP 3189094B2 JP 04685599 A JP04685599 A JP 04685599A JP 4685599 A JP4685599 A JP 4685599A JP 3189094 B2 JP3189094 B2 JP 3189094B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体メモリ装
置に関し、特に電界効果トランジスタと強誘電体キャパ
シタでメモリセルを構成する強誘電体メモリ装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory device, and more particularly to a ferroelectric memory device in which a memory cell is composed of a field effect transistor and a ferroelectric capacitor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体記憶装置の主流は、ダイナ
ミックランダムアクセスメモリ(DRAM)である。D
RAMは、揮発性メモリであり、電源の供給を停止する
と、記憶内容は消滅してしまう。電源の供給を停止して
も記憶内容が消滅しない不揮発性メモリの開発が進めら
れている。
2. Description of the Related Art The mainstream of a conventional semiconductor memory device is a dynamic random access memory (DRAM). D
The RAM is a volatile memory, and when the power supply is stopped, the stored contents are lost. A non-volatile memory that does not lose its stored contents even when the supply of power is stopped has been developed.

【0003】近年、不揮発性メモリの一つとして強誘電
体材料を用いた強誘電体メモリが注目されている。強誘
電体メモリには、大きく分けて2つの方式がある。1つ
は、強誘電体キャパシタの蓄積容量の変化を検出する方
式であり、もう1つは、強誘電体膜の残留分極の影響に
よる半導体の抵抗変化を検出する方式である。
In recent years, a ferroelectric memory using a ferroelectric material has attracted attention as one of nonvolatile memories. There are roughly two types of ferroelectric memories. One is a method for detecting a change in the storage capacitance of a ferroelectric capacitor, and the other is a method for detecting a resistance change of a semiconductor due to the influence of remanent polarization of a ferroelectric film.

【0004】前者の方式を用いた強誘電体メモリには、
2つのトランジスタと2つのキャパシタで1ビットの情
報を記憶する2Tr−2C型のものと、1つのトランジ
スタと1つのキャパシタで1ビットの情報を記憶する1
Tr−1C型のものがある。後者の方式を用いた強誘電
体メモリには、ゲート絶縁膜を強誘電体で形成した1T
r型のものが知られている。
A ferroelectric memory using the former method includes:
2Tr-2C type that stores 1-bit information with two transistors and two capacitors, and 1 that stores 1-bit information with one transistor and one capacitor
There is a Tr-1C type. A ferroelectric memory using the latter method has a 1T in which a gate insulating film is formed of a ferroelectric.
An r-type is known.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】2Tr−2C型の強誘
電体メモリとして、64kビットの記憶容量のものが実
用化されている。しかし、1ビットの情報を記憶するた
めに、2つのトランジスタと2つのキャパシタを必要と
するため、集積度を高めることが困難である。1Tr−
1C型の強誘電体メモリは、集積度を高めることが比較
的容易である。しかし、駆動にともなって参照セル(リ
ファレンスセル)が劣化しやすく、信頼性を高め、長寿
命化を図ることが困難である。
A 2Tr-2C type ferroelectric memory having a storage capacity of 64 kbits has been put to practical use. However, since two transistors and two capacitors are required to store one-bit information, it is difficult to increase the degree of integration. 1Tr-
It is relatively easy to increase the degree of integration of the 1C type ferroelectric memory. However, a reference cell (reference cell) is easily degraded with driving, and it is difficult to improve reliability and extend the life.

【0006】1Tr型の強誘電体メモリの場合には、素
子単体レベルでの動作が確認されているに止まり、セル
アレイの駆動方式が確立されていない。さらに、ワード
線とビット線の他にソース線が必要となり、かつバック
ゲートの分離も必要になるため、セル面積を小さくする
ことが困難である。
[0006] In the case of a 1Tr type ferroelectric memory, operation at the element single level has only been confirmed, and a driving method of the cell array has not been established. Further, since a source line is required in addition to a word line and a bit line, and a back gate is also required, it is difficult to reduce the cell area.

【0007】本発明の目的は、高集積化に適した強誘電
体メモリ装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device suitable for high integration.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、ソース領域、ドレイン領域、及びゲート電極とを含
んで構成される電界効果トランジスタと、前記ソース領
域と前記ゲート電極とを接続する第1の強誘電体キャパ
シタと、前記ドレイン領域と前記ゲート電極とを接続す
る第2の強誘電体キャパシタとを有する強誘電体メモリ
装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, a field effect transistor including a source region, a drain region, and a gate electrode is provided, and a field effect transistor for connecting the source region and the gate electrode is provided. There is provided a ferroelectric memory device having one ferroelectric capacitor and a second ferroelectric capacitor connecting the drain region and the gate electrode.

【0009】ソース領域とドレイン領域との間に所定の
電圧を印可することにより、強誘電体キャパシタの誘電
体膜に残留分極を生じさせることができる。この残留分
極の向きを情報の“0”と“1”に対応付けておくこと
により、情報を記憶することができる。
[0009] By applying a predetermined voltage between the source region and the drain region, remnant polarization can be generated in the dielectric film of the ferroelectric capacitor. The information can be stored by associating the direction of the remanent polarization with the information “0” and “1”.

【0010】本発明の他の観点によると、基板の表面内
の第1の方向に延在する複数の第1の配線と、前記基板
の表面内の、前記第1の方向と交差する第2の方向に延
在する複数の第2の配線と、前記第1の配線と第2の配
線との交差箇所において、両者を相互に絶縁する層間絶
縁膜と、前記第1の配線と第2の配線との交差個所に対
応して配置されたメモリセルであって、該メモリセルの
各々が、電界効果トランジスタ、第1の強誘電体キャパ
シタ、及び第2の強誘電体キャパシタを含んで構成さ
れ、各電界効果トランジスタが、ソース領域、ドレイン
領域、及びゲート電極を含み、前記第1の強誘電体キャ
パシタが、当該メモリセルの電界効果トランジスタのソ
ース領域とゲート電極とを接続し、前記第2の強誘電体
キャパシタが、当該メモリセルの電界効果トランジスタ
のドレイン領域とゲート電極とを接続し、該ソース領域
が、対応する第1の配線に接続され、該ドレイン領域
が、対応する第2の配線に接続された前記複数のメモリ
セルとを有する強誘電体メモリ装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, a plurality of first wirings extending in a first direction on the surface of the substrate and a second wiring intersecting the first direction on the surface of the substrate. A plurality of second wirings extending in the direction of the arrow, an interlayer insulating film for mutually insulating the first wiring and the second wiring at intersections between the first wiring and the second wiring, A memory cell arranged corresponding to an intersection with a wiring, wherein each of the memory cells includes a field-effect transistor, a first ferroelectric capacitor, and a second ferroelectric capacitor. Each of the field effect transistors includes a source region, a drain region, and a gate electrode; the first ferroelectric capacitor connects a source region and a gate electrode of the field effect transistor of the memory cell; Of the ferroelectric capacitor The plurality of memories, wherein a drain region and a gate electrode of a field effect transistor of a memory cell are connected, the source region is connected to a corresponding first wiring, and the drain region is connected to a corresponding second wiring. A ferroelectric memory device having a cell is provided.

【0011】第1の配線と第2の配線の所定の配線に書
込信号を印可することにより、1つのメモリセルを選択
して、当該メモリセルの強誘電体キャパシタに残留分極
を生じさせることができる。残留分極の向きを情報の
“0”と“1”に対応付けておくことにより、情報を記
憶することができる。残留分極により、電界効果トラン
ジスタの電流電圧特性が変化する。この変化を読み出す
ことにより、メモリセルに記憶された情報を識別するこ
とができる。
A memory cell is selected by applying a write signal to predetermined wirings of the first wiring and the second wiring to cause remanent polarization in a ferroelectric capacitor of the memory cell. Can be. The information can be stored by associating the directions of the remanent polarization with the information “0” and “1”. The remanent polarization changes the current-voltage characteristics of the field effect transistor. By reading this change, information stored in the memory cell can be identified.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】まず、本発明の実施例による強誘
電体メモリ装置の回路構成と動作原理について説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the circuit configuration and operation principle of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention will be described.

【0013】図1(A)は、実施例による強誘電体メモ
リ装置のセルアレイの構成を示す。相互に平行に配置さ
れた複数のワード線WLと相互に平行に配置された複数
のビット線BLとが交差する。ワード線WLとビット線
BLとの各交差箇所に対応して、メモリセル3が配置さ
れている。各メモリセル3は、対応するワード線WL及
びビット線BLに接続されている。すべてのワード線W
Lは、ワード線制御回路1に接続され、すべてのビット
線BLは、ビット線制御回路2に接続されている。
FIG. 1A shows a configuration of a cell array of a ferroelectric memory device according to an embodiment. A plurality of word lines WL arranged in parallel with each other and a plurality of bit lines BL arranged in parallel with each other intersect. A memory cell 3 is arranged at each intersection between the word line WL and the bit line BL. Each memory cell 3 is connected to a corresponding word line WL and bit line BL. All word lines W
L is connected to the word line control circuit 1, and all bit lines BL are connected to the bit line control circuit 2.

【0014】図1(B)は、1つのメモリセルの等価回
路図を示す。各メモリセル3は、nチャネルMISFE
T5、第1のキャパシタ6、及び第2のキャパシタ7を
含んで構成される。MISFET5のソース領域5S及
びドレイン領域5Dは、それぞれ対応するワード線WL
及びビット線BLに接続されている。MISFET5の
チャネル領域には接地電位が与えられている。なお、M
ISFET5のチャネル領域をソース領域5Sに接続し
てもよい。
FIG. 1B shows an equivalent circuit diagram of one memory cell. Each memory cell 3 is an n-channel MISFE
T5, the first capacitor 6, and the second capacitor 7 are included. The source region 5S and the drain region 5D of the MISFET 5 are connected to the corresponding word lines WL.
And the bit line BL. The ground potential is applied to the channel region of the MISFET 5. Note that M
The channel region of ISFET 5 may be connected to source region 5S.

【0015】第1及び第2のキャパシタ6及び7は、強
誘電体キャパシタである。第1のキャパシタ6は、MI
SFET5のゲート電極5Gとソース領域5Sとを接続
し、第2のキャパシタ7は、ゲート電極5Gとドレイン
領域5Dとを接続している。
The first and second capacitors 6 and 7 are ferroelectric capacitors. The first capacitor 6 is
The gate electrode 5G of the SFET 5 is connected to the source region 5S, and the second capacitor 7 connects the gate electrode 5G and the drain region 5D.

【0016】なお、本明細書では、MISFET5のソ
ース領域およびドレイン領域のうち、ワード線WLに接
続されている方をソース領域5Sと呼び、ビット線BL
に接続されている方をドレイン領域5Dと呼んでいる
が、ソース領域とドレイン領域とを明確に区別する必要
はない。ワード線WLに接続されている領域をドレイン
領域と呼び、ビット線BLに接続されている領域をソー
ス領域と呼んでもよい。
In this specification, of the source region and the drain region of the MISFET 5, the one connected to the word line WL is called the source region 5S, and the bit line BL
Is called the drain region 5D, but it is not necessary to clearly distinguish the source region and the drain region. A region connected to the word line WL may be called a drain region, and a region connected to the bit line BL may be called a source region.

【0017】次に、図2を参照して、各メモリセルに情
報“1”または情報“0”を書き込む方法について説明
する。図2の各図では、図1(B)のMISFET5
を、そのチャネルとゲート電極5Gとによって形成され
るMISキャパシタ5Cとして表している。
Next, a method of writing information "1" or information "0" to each memory cell will be described with reference to FIG. In each drawing of FIG. 2, the MISFET 5 of FIG.
Is represented as a MIS capacitor 5C formed by the channel and the gate electrode 5G.

【0018】図2(A)は、情報“1”を書き込む状態
を示す。ワード線WLに接地電位0Vを印加し、ビット
線BLに電圧VCCを印加する。第1のキャパシタ6にM
ISキャパシタ5Cが並列接続されているため、第2の
キャパシタ7には、第1のキャパシタ6とMISキャパ
シタ5Cとに蓄積された電荷の総和に相当する電荷が蓄
積される。第1及び第2のキャパシタ6及び7の強誘電
体膜が、蓄積された電荷に対応して分極する。
FIG. 2A shows a state where information "1" is written. A ground potential of 0 V is applied to the word line WL, and a voltage V CC is applied to the bit line BL. The first capacitor 6 has M
Since the IS capacitors 5C are connected in parallel, charges corresponding to the sum of charges stored in the first capacitor 6 and the MIS capacitor 5C are stored in the second capacitor 7. The ferroelectric films of the first and second capacitors 6 and 7 are polarized according to the stored charges.

【0019】書き込み時に選択されないワード線WL及
びビット線BLには、例えば電圧V CC/2を印加する。
電圧VCC/2は、第1及び第2のキャパシタ6及び7の
強誘電体膜の残留分極の向きを反転させない程度の電圧
である。これにより、ワード線WL及びビット線BLの
みで、1つのメモリセルに選択的に情報“1”を書き込
むことができる。
The word lines WL and WL not selected at the time of writing
For example, the voltage V CC/ 2 is applied.
Voltage VCC/ 2 is the value of the first and second capacitors 6 and 7
Voltage that does not reverse the direction of the remanent polarization of the ferroelectric film
It is. Thereby, the word line WL and the bit line BL
Only, selectively write information "1" to one memory cell
Can be taken.

【0020】図2(B)は、情報“1”を記憶している
状態を示す。ビット線BL及びワード線WLに、接地電
位0Vが印加される。第1及び第2のキャパシタ6及び
7の強誘電体膜には、残留分極が残る。残留分極の大き
さは、第1のキャパシタ6と第2のキャパシタ7とで異
なる。第1及び第2のキャパシタ6及び7には、残留分
極に相当する電荷が残る。第1及び第2のキャパシタ6
及び7に残された電荷の差に相当する電荷が、MISキ
ャパシタ5Cに残る。すなわち、ゲート電極5Gに正電
荷が残る。チャネル領域においては、正孔が基板の深い
領域に移動し、基板表面は空乏化した状態になる。この
ため、ゲート電極5Gにわずかの正電圧を印加すれば、
チャネル領域に電子が蓄積され、導通状態になる。
FIG. 2B shows a state where information "1" is stored. A ground potential of 0 V is applied to the bit line BL and the word line WL. Remanent polarization remains in the ferroelectric films of the first and second capacitors 6 and 7. The magnitude of the remanent polarization differs between the first capacitor 6 and the second capacitor 7. Charges corresponding to the remanent polarization remain in the first and second capacitors 6 and 7. First and second capacitors 6
And 7 remain in the MIS capacitor 5C. That is, a positive charge remains on the gate electrode 5G. In the channel region, holes move to a deep region of the substrate, and the substrate surface is depleted. Therefore, if a slight positive voltage is applied to the gate electrode 5G,
Electrons are accumulated in the channel region and are turned on.

【0021】図2(C)及び図2(D)は、それぞれ情
報“0”を書き込む状態、及び情報“0”を記憶してい
る状態を示す。情報“0”を書き込むときには、ビット
線BLに負電圧(−VCC)を印加する。各キャパシタ
が、図2(A)に示す充電状態とは反対の向きに充電さ
れる。ビット線BLを接地電位にすると、ゲート電極5
Gに負電荷が残り、チャネル領域に正孔が蓄積された状
態になる。このため、チャネルを導通させるためには、
ゲート電極5Gに大きな電圧を印加しなければならなく
なる。
FIGS. 2C and 2D show a state where information "0" is written and a state where information "0" is stored, respectively. When writing information "0", a negative voltage is applied (-V CC) to the bit line BL. Each capacitor is charged in a direction opposite to the state of charge shown in FIG. When the bit line BL is set to the ground potential, the gate electrode 5
A state in which negative charges remain in G and holes are accumulated in the channel region. Therefore, to make the channel conductive,
A large voltage must be applied to the gate electrode 5G.

【0022】書き込み時に選択されないワード線WL及
びビット線BLには、例えば電圧(−VCC/2)を印加
する。これにより、ワード線WL及びビット線BLのみ
で、1つのメモリセルに選択的に情報“0”を書き込む
ことができる。
[0022] The non-selected word line WL and bit line BL at the time of writing for example, is applied voltage (-V CC / 2). Thus, information “0” can be selectively written into one memory cell only by the word line WL and the bit line BL.

【0023】図3は、図1(B)のMISFET5の電
流電圧特性を示す。横軸は、ゲート電極5Gに現れるゲ
ート電圧を表し、縦軸は、MISFET5を流れる電流
を表す。図3中の曲線L1及びL0は、それぞれ図2
(B)の状態、すなわち情報“1”が記憶されている状
態のときの電流電圧特性、及び図2(D)の状態、すな
わち情報“0”が記憶されている状態のときの電流電圧
特性を示す。
FIG. 3 shows the current-voltage characteristics of the MISFET 5 of FIG. The horizontal axis represents the gate voltage appearing on the gate electrode 5G, and the vertical axis represents the current flowing through the MISFET5. The curves L1 and L0 in FIG.
2B, that is, the current-voltage characteristic when the information “1” is stored, and FIG. 2D, that is, the current-voltage characteristic when the information “0” is stored. Is shown.

【0024】情報“1”が記憶されている場合、ゲート
電圧をVrとした時にドレイン電流Ireadが流れる。こ
れに対し、情報“0”が記憶されている場合には、ゲー
ト電圧をVrとしてもドレイン電流はほとんど流れな
い。この電流の相違により、記憶されている情報を読み
出すことができる。例えば、この電流は、ワード線WL
ごとに、図1(A)のワード線制御回路1で検出するこ
とができる。なお、ゲート電極に電圧Vrが印加される
ようにするためには、ワード線WLに接地電位を与え、
ビット線BLに約2Vrの電圧を印加すればよい。
When information "1" is stored, a drain current Iread flows when the gate voltage is set to Vr. On the other hand, when the information “0” is stored, almost no drain current flows even if the gate voltage is set to Vr. Due to this difference in current, stored information can be read. For example, this current is applied to the word line WL
Every time, it can be detected by the word line control circuit 1 of FIG. In order to apply the voltage Vr to the gate electrode, a ground potential is applied to the word line WL.
A voltage of about 2 Vr may be applied to the bit line BL.

【0025】次に、図4及び図5を参照して、本発明の
第1の実施例について説明する。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0026】図4(A)に至るまでの工程を説明する。
p型シリコン基板11の表面を選択酸化することによ
り、フィールド酸化膜12を形成する。フィールド酸化
膜12により活性領域が画定される。活性領域の表面
に、熱酸化により厚さ10nmのSiO2膜を形成す
る。このSiO2膜の上に、厚さ30nmのTi膜と厚
さ200nmのPt膜を、スパッタリングにより積層す
る。Ti膜は、接着層として機能する。なお、Ti膜の
厚さを5〜50nmとし、Pt膜の厚さを100〜30
0nmとしてもよい。
The steps up to FIG. 4A will be described.
By selectively oxidizing the surface of the p-type silicon substrate 11, a field oxide film 12 is formed. An active region is defined by field oxide film 12. A 10 nm thick SiO 2 film is formed on the surface of the active region by thermal oxidation. On this SiO 2 film, a Ti film having a thickness of 30 nm and a Pt film having a thickness of 200 nm are laminated by sputtering. The Ti film functions as an adhesive layer. The thickness of the Ti film is 5 to 50 nm, and the thickness of the Pt film is 100 to 30 nm.
It may be 0 nm.

【0027】Pt膜からSiO2膜までをパターニング
し、ゲート絶縁膜13、ゲート電極14を残す。このパ
ターニングは、CF4とArを用いた反応性イオンエッ
チング(RIE)により行う。
Patterning is performed from the Pt film to the SiO 2 film, and the gate insulating film 13 and the gate electrode 14 are left. This patterning is performed by reactive ion etching (RIE) using CF 4 and Ar.

【0028】全面にSiO2膜を堆積した後、異方性エ
ッチングを行うことにより、ゲート絶縁膜13及びゲー
ト電極14の側面上にサイドウォール絶縁膜15を残
す。P等のn型不純物を拡散法等によって導入すること
により、n型のソース領域16及びドレイン領域17を
形成する。本実施例では、相互に隣接して配置されたM
ISFETがドレイン領域17を共有するような構成と
されているが、必ずしも共有する構成を採用する必要は
ない。
After depositing a SiO 2 film on the entire surface, anisotropic etching is performed to leave the sidewall insulating film 15 on the side surfaces of the gate insulating film 13 and the gate electrode 14. The n-type source region 16 and the drain region 17 are formed by introducing an n-type impurity such as P by a diffusion method or the like. In the present embodiment, M
Although the ISFET is configured to share the drain region 17, it is not always necessary to adopt the shared configuration.

【0029】図4(B)に至るまでの工程を説明する。
まず、Sr、Bi、及びTaの粉末を混合した混合アル
コキシド溶液を基板表面上に塗布する。塗布後、温度2
50℃の雰囲気中で乾燥させる。塗布と乾燥の工程を合
計4回繰り返した後、温度800℃の酸素雰囲気中で3
0分間の熱処理を行う。この熱処理により、厚さ200
nmのSrBi2Ta29(SBT)膜が得られる。な
お、SBT膜の厚さを50〜500nmとしてもよい。
Steps up to FIG. 4B will be described.
First, a mixed alkoxide solution in which powders of Sr, Bi, and Ta are mixed is applied on the substrate surface. After application, temperature 2
Dry in an atmosphere of 50 ° C. After repeating the steps of coating and drying a total of four times, the coating and drying are performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 800 ° C.
A heat treatment for 0 minutes is performed. By this heat treatment, a thickness of 200
nm SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT) film is obtained. Note that the thickness of the SBT film may be 50 to 500 nm.

【0030】このSBT膜をパターニングすることによ
り、ゲート電極14を覆う強誘電体膜18を残す。SB
T膜のパターニングは、CF4とArとの混合ガスを用
いたRIEにより行うことができる。
By patterning the SBT film, a ferroelectric film 18 covering the gate electrode 14 is left. SB
The patterning of the T film can be performed by RIE using a mixed gas of CF 4 and Ar.

【0031】図4(C)に至るまでの工程を説明する。
基板の全面上に、厚さ50nmのIrO2膜、及び厚さ
100nmのPt膜を、スパッタリングにより形成す
る。なお、IrO2膜の厚さを10〜100nmとし、
Pt膜の厚さを50〜500nmとしてもよい。IrO
2膜は、拡散防止層として働く。IrO2膜とPt膜との
積層をパターニングし、ワード線19を残す。ワード線
19は、ソース領域16の表面から、強誘電体膜18の
表面のうち当該ドレイン領域側の約半分の領域を覆う。
このワード線19は、図4(C)の紙面に垂直な方向に
延在する。
Steps up to FIG. 4C will be described.
An IrO 2 film having a thickness of 50 nm and a Pt film having a thickness of 100 nm are formed on the entire surface of the substrate by sputtering. In addition, the thickness of the IrO 2 film is set to 10 to 100 nm,
The Pt film may have a thickness of 50 to 500 nm. IrO
The two films act as diffusion barrier layers. The lamination of the IrO 2 film and the Pt film is patterned to leave the word lines 19. The word line 19 covers approximately half of the surface of the ferroelectric film 18 from the surface of the source region 16 on the drain region side.
This word line 19 extends in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

【0032】図4(D)に至るまでの工程を説明する。
基板の全面上に、化学気相成長(CVD)によりSiO
2膜を堆積する。強誘電体膜18の表面のうちワード線
19で覆われていない領域、及びドレイン領域17の表
面が露出するように、このSiO2膜をパターニングす
る。ワード線19を覆う層間絶縁膜20が残る。
Steps up to FIG. 4D will be described.
On the whole surface of the substrate, SiO is formed by chemical vapor deposition (CVD)
Deposit two films. This SiO 2 film is patterned so that a region of the surface of the ferroelectric film 18 that is not covered with the word line 19 and a surface of the drain region 17 are exposed. The interlayer insulating film 20 covering the word line 19 remains.

【0033】基板の全面上に、厚さ50nmのIrO2
膜及び厚さ100nmのPt膜を形成する。IrO2
とPt膜との積層構造をパターニングし、ビット線21
を残す。ビット線21は、ドレイン領域17の表面、及
び強誘電体膜18の表面のうちドレイン領域17側の約
半分の領域を覆い、ワード線19と交差する方向に延在
する。
On the entire surface of the substrate, a 50 nm-thick IrO 2
A film and a Pt film having a thickness of 100 nm are formed. The lamination structure of the IrO 2 film and the Pt film is patterned, and the bit line 21 is formed.
Leave. The bit line 21 covers approximately half of the surface of the drain region 17 and the surface of the ferroelectric film 18 on the drain region 17 side, and extends in a direction crossing the word line 19.

【0034】ゲート電極14、強誘電体膜18、及びワ
ード線19により、図1(B)に示す第1のキャパシタ
6が形成され、ゲート電極14、強誘電体膜18、及び
ビット線21により、第2のキャパシタ7が形成され
る。
The first capacitor 6 shown in FIG. 1B is formed by the gate electrode 14, the ferroelectric film 18 and the word line 19, and is formed by the gate electrode 14, the ferroelectric film 18 and the bit line 21. , A second capacitor 7 is formed.

【0035】図5は、第1の実施例による強誘電体メモ
リ装置の平面図を示す。フィールド酸化膜12により、
行列状に分布する活性領域が画定されている。活性領域
の各列に対応して、2本のワード線19が配置され、各
行に対応して1本のビット線21が配置されている。ワ
ード線19とビット線21との各交差箇所に、ゲート電
極14が配置されている。なお、図5においては、ソー
ス領域16の位置を明示するために、ソース領域16が
ワード線19からはみ出すように示している。
FIG. 5 is a plan view of the ferroelectric memory device according to the first embodiment. By the field oxide film 12,
Active regions distributed in a matrix are defined. Two word lines 19 are arranged corresponding to each column of the active region, and one bit line 21 is arranged corresponding to each row. The gate electrode 14 is arranged at each intersection between the word line 19 and the bit line 21. In FIG. 5, the source region 16 is shown to extend beyond the word line 19 in order to clearly indicate the position of the source region 16.

【0036】上記第1の実施例による強誘電体メモリ装
置においては、図4(D)に示すようにゲート電極14
を覆う強誘電体膜18を利用して、強誘電体キャパシタ
を構成している。すなわち、実質的に1トランジスタの
みで1つのメモリセルが形成されている。このため、従
来の2Tr−2C型のFeRAMに比べて1メモリセル
の占有面積を小さくすることができ、高集積化を図るこ
とが可能になる。
In the ferroelectric memory device according to the first embodiment, as shown in FIG.
The ferroelectric film 18 is used to form a ferroelectric capacitor. That is, one memory cell is formed by substantially only one transistor. Therefore, the area occupied by one memory cell can be reduced as compared with the conventional 2Tr-2C type FeRAM, and high integration can be achieved.

【0037】また、ワード線19とビット線21との2
種類のバスラインのみで、任意のメモリセルをランダム
にアクセスすることが可能である。このため、メモリ駆
動方式を簡素化することができる。さらに、従来の1T
r−1C型のFeRAMに必要であったソース線が不要
になるため、高集積化に有利である。
The word line 19 and the bit line 21
Arbitrary memory cells can be randomly accessed only by the types of bus lines. For this reason, the memory driving method can be simplified. Furthermore, conventional 1T
Since the source line required for the r-1C type FeRAM becomes unnecessary, it is advantageous for high integration.

【0038】次に、図6を参照して、本発明の第2の実
施例について説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0039】図6は、第2の実施例による強誘電体メモ
リ装置の断面図を示す。p型シリコン基板31の表面を
選択酸化しフィールド酸化膜(図示せず)を形成する。
フィールド酸化膜により画定された活性領域の表面を熱
酸化し、厚さ10nmのSiO2膜を形成する。このS
iO2膜の上に、CVDにより厚さ180nmの多結晶
シリコン膜を堆積する。なお、多結晶シリコン膜の厚さ
を100〜500nmとしてもよい。
FIG. 6 is a sectional view of a ferroelectric memory device according to the second embodiment. The surface of the p-type silicon substrate 31 is selectively oxidized to form a field oxide film (not shown).
The surface of the active region defined by the field oxide film is thermally oxidized to form a 10 nm thick SiO 2 film. This S
On the iO 2 film, a polycrystalline silicon film having a thickness of 180 nm is deposited by CVD. Note that the thickness of the polycrystalline silicon film may be 100 to 500 nm.

【0040】このSiO2膜と多結晶シリコン膜との積
層構造をパターニングし、ゲート絶縁膜32及び多結晶
シリコンゲート電極33を残す。このとき、周辺回路部
においても、MISFETのゲート電極が形成される。
The laminated structure of the SiO 2 film and the polycrystalline silicon film is patterned to leave the gate insulating film 32 and the polycrystalline silicon gate electrode 33. At this time, the gate electrode of the MISFET is also formed in the peripheral circuit section.

【0041】基板の全面上にSiO2膜を堆積した後、
異方性エッチングを行うことにより、ゲート電極33の
側面上にサイドウォール絶縁膜34を残す。次いで、P
等のn型不純物を拡散法等によって導入することによ
り、n型のドレイン領域35及びソース領域36を形成
する。なお、図4(D)に示す第1の実施例のように、
ドレイン領域35を、相互に隣接する2つのMISFE
Tが共有するような構成としてもよい。
After depositing a SiO 2 film on the entire surface of the substrate,
By performing anisotropic etching, the sidewall insulating film 34 is left on the side surface of the gate electrode 33. Then P
The n-type drain region 35 and the source region 36 are formed by introducing an n-type impurity such as by a diffusion method. Incidentally, as in the first embodiment shown in FIG.
The drain region 35 is formed by two adjacent MISFEs.
It is good also as composition which T shares.

【0042】基板の全面上に、厚さ50nmのTiN
膜、及び厚さ100nmのPt膜を、スパッタリングに
より積層する。なお、TiN膜の厚さを20〜100n
mとし、Pt膜の厚さを50〜500nmとしてもよ
い。このTiN膜とPt膜との積層構造をパターニング
することにより、多結晶シリコンゲート電極33の上
に、TiN膜37とPt膜38からなるゲート電極を残
す。TiN膜37は、拡散防止層として働く。TiN膜
とPt膜のエッチングは、CF4とArとの混合ガスを
用いたRIEにより行うことができる。図4(B)で説
明した第1の実施例の場合と同様の方法により、ゲート
電極37、38を覆う強誘電体膜39を形成する。
On the entire surface of the substrate, a 50 nm-thick TiN
A film and a Pt film having a thickness of 100 nm are stacked by sputtering. Note that the thickness of the TiN film is set to 20 to 100 n.
m, and the thickness of the Pt film may be 50 to 500 nm. By patterning the laminated structure of the TiN film and the Pt film, a gate electrode composed of the TiN film 37 and the Pt film 38 is left on the polycrystalline silicon gate electrode 33. The TiN film 37 functions as a diffusion prevention layer. Etching of the TiN film and the Pt film can be performed by RIE using a mixed gas of CF 4 and Ar. A ferroelectric film 39 covering the gate electrodes 37 and 38 is formed by a method similar to that of the first embodiment described with reference to FIG.

【0043】基板の全面上に、厚さ50nmのIrO2
膜と厚さ100nmのPt膜とを堆積する。このIrO
2膜とPt膜をパターニングし、ワード線41及びビッ
ト線接続電極40を残す。ワード線41は、図4(D)
に示す第1の実施例におけるワード線19と同様の形状
を有する。
On the entire surface of the substrate, a 50 nm-thick IrO 2
A film and a Pt film having a thickness of 100 nm are deposited. This IrO
The two films and the Pt film are patterned to leave the word lines 41 and the bit line connection electrodes 40. The word line 41 is shown in FIG.
Has the same shape as the word line 19 in the first embodiment shown in FIG.

【0044】ビット線接続電極40は、ドレイン領域3
5の表面、及び強誘電体膜39の表面のうちドレイン領
域35側の約半分の領域を覆う。ビット線接続電極40
は、図には示さない上層の配線層に形成されるビット線
に接続される。なお、図4(D)に示す第1の実施例の
ワード線19、層間絶縁膜20、及びビット線21と同
様の構成にしてもよい。
The bit line connection electrode 40 is connected to the drain region 3
5 and about half of the surface of the ferroelectric film 39 on the drain region 35 side. Bit line connection electrode 40
Are connected to bit lines formed in an upper wiring layer not shown. Note that the word line 19, the interlayer insulating film 20, and the bit line 21 of the first embodiment shown in FIG.

【0045】第2の実施例では、ゲート電極の下層部が
多結晶シリコンで形成されているため、ソース及びドレ
イン領域を形成する工程までを、周辺回路のMISFE
Tと共通化することができる。
In the second embodiment, since the lower part of the gate electrode is made of polycrystalline silicon, the steps of forming the source and drain regions are performed by the MISFE of the peripheral circuit.
Can be shared with T.

【0046】図6に示すTiN膜37は、多結晶シリコ
ンゲート電極33とPt膜38とが合金反応することを
防止するためのものである。合金反応を防止することに
より、Pt膜の表面に凹凸が形成されることを防止する
ことができる。ただし、TiN膜37は、必須のもので
はなく、場合によっては多結晶シリコンゲート電極33
の上に直接Pt膜38を形成してもよい。
The TiN film 37 shown in FIG. 6 is for preventing an alloy reaction between the polycrystalline silicon gate electrode 33 and the Pt film 38. By preventing the alloy reaction, it is possible to prevent the formation of irregularities on the surface of the Pt film. However, the TiN film 37 is not essential, and in some cases, the polysilicon gate electrode 33 may be used.
The Pt film 38 may be formed directly on the substrate.

【0047】次に、図7を参照して、第3の実施例につ
いて説明する。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.

【0048】図7は、第3の実施例による強誘電体メモ
リ装置のメモリセルの等価回路図を示す。図1(B)に
示す強誘電体メモリ装置では、メモリセルを構成するM
ISFET5のドレイン領域5Dが、対応するビット線
BLに直接接続されている。これに対し、第3の実施例
では、図7に示すように、MISFET51のドレイン
領域51Dがスイッチングトランジスタ54を介して、
対応するビット線55に接続されている。ソース領域5
1Sは、対応するワード線56に接続されている。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a memory cell of the ferroelectric memory device according to the third embodiment. In the ferroelectric memory device shown in FIG.
The drain region 5D of the ISFET 5 is directly connected to the corresponding bit line BL. On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 7, the drain region 51D of the MISFET 51 is
It is connected to the corresponding bit line 55. Source area 5
1S is connected to the corresponding word line 56.

【0049】スイッチングトランジスタ54のゲート電
極は、ワード線56と並走するスイッチング制御線57
に接続されている。スイッチング制御線57に印可され
る信号によってスイッチングトランジスタ54の導通状
態が制御される。スイッチングトランジスタ54を設け
ることにより、非選択メモリセルに対する書込み時のデ
ィスターブを防止することができる。
The gate electrode of the switching transistor 54 is connected to a switching control line 57 running in parallel with the word line 56.
It is connected to the. The conduction state of the switching transistor 54 is controlled by a signal applied to the switching control line 57. By providing the switching transistor 54, disturb at the time of writing to an unselected memory cell can be prevented.

【0050】スイッチングトランジスタ54のゲート電
極は、図6に示す第2の実施例のように、多結晶シリコ
ンで形成することが好ましい。
The gate electrode of the switching transistor 54 is preferably formed of polycrystalline silicon as in the second embodiment shown in FIG.

【0051】上記第1及び第2の実施例では、ゲート電
極の側面上にサイドウォール絶縁膜15または34を形
成したが、このサイドウォール絶縁膜は、必須ではな
い。強誘電体膜18または39がゲート電極の側面に直
接接触するような構成としてもよい。
In the first and second embodiments, the sidewall insulating film 15 or 34 is formed on the side surface of the gate electrode. However, the sidewall insulating film is not essential. The ferroelectric film 18 or 39 may be configured to directly contact the side surface of the gate electrode.

【0052】第1の実施例では、図4(B)に示すよう
に強誘電体膜18はソース領域16及びドレイン領域1
7を覆っていない。第2の実施例でも、図6に示すよう
に強誘電体膜39はソース領域36及びドレイン領域3
5を覆っていない。他の構成例として、これらの強誘電
体膜がソース領域及びドレイン領域を覆うようにしても
よい。この場合には、ソース領域及びドレイン領域上の
強誘電体膜にコンタクトホールを形成し、このコンタク
トホールを経由してソース領域とワード線とを接続し、
ドレイン領域とビット線とを接続する。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4B, the ferroelectric film 18 is formed of the source region 16 and the drain region 1.
7 is not covered. Also in the second embodiment, as shown in FIG. 6, the ferroelectric film 39 includes the source region 36 and the drain region 3.
5 is not covered. As another configuration example, these ferroelectric films may cover the source region and the drain region. In this case, a contact hole is formed in the ferroelectric film on the source region and the drain region, and the source region and the word line are connected via the contact hole.
Connect the drain region and the bit line.

【0053】上記第1及び第2の実施例では、MISF
ETのソース及びドレイン領域を単純な構造としたが、
低濃度ドレイン(LDD)構造としてもよい。
In the first and second embodiments, the MISF
Although the source and drain regions of the ET have a simple structure,
A low concentration drain (LDD) structure may be used.

【0054】また、上記実施例では、ワード線及びビッ
ト線をPt層とIrO2層との2層構造とした。IrO2
層は、強誘電体層に直接接し、拡散防止層及び接着層と
して働く。このIrO2層の代わりに、他の貴金属酸化
物層、例えばRuO2層、RhO2層等を用いてもよい。
また、Pt層は、純粋なPtで形成してもよいが、I
r、Rh、Ru等を含んだPt合金で形成してもよい。
In the above embodiment, the word lines and the bit lines have a two-layer structure of a Pt layer and an IrO 2 layer. IrO 2
The layer is in direct contact with the ferroelectric layer and acts as a diffusion barrier and an adhesion layer. Instead of the IrO 2 layer, another noble metal oxide layer, for example, a RuO 2 layer, a RhO 2 layer, or the like may be used.
Further, the Pt layer may be formed of pure Pt.
It may be formed of a Pt alloy containing r, Rh, Ru, or the like.

【0055】また、上記実施例では、強誘電体層をSB
Tで形成したが、他の強誘電体材料で形成してもよい。
強誘電体材料の一例として、一般式
In the above embodiment, the ferroelectric layer is formed of SB
Although formed of T, it may be formed of another ferroelectric material.
As an example of a ferroelectric material, a general formula

【0056】[0056]

【化1】(Bi222+(An-1n3n+12- で表されるBi系層状ペロブスカイト系酸化物が挙げら
れる。ここで、Aは、Bi、Pb、Ba、Sr、Ca、
Na、またはKであり、Bは、Ti、Ta、Nb、W、
Mo、Fe、Co、またはCrであり、nは1〜5の整
数である。特に、AをSrとし、BをTaとNbとの混
晶としてもよい。なお、SBTは、上記一般式のAをS
rとし、BをTaとし、nを2とした場合に相当する。
Embedded image A Bi-based layered perovskite-based oxide represented by (Bi 2 O 2 ) 2+ (A n-1 B n O 3n + 1 ) 2- is exemplified. Here, A is Bi, Pb, Ba, Sr, Ca,
Na or K, B is Ti, Ta, Nb, W,
Mo, Fe, Co, or Cr, and n is an integer of 1 to 5. In particular, A may be Sr and B may be a mixed crystal of Ta and Nb. The SBT is obtained by converting A in the above general formula to S
This corresponds to the case where r is set, B is set to Ta, and n is set to 2.

【0057】さらに他の強誘電体材料として、チタン酸
ストロンチウム(ST)、チタン酸ストロンチウムバリ
ウム(BST)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チ
タン酸ジルコン酸鉛ランタン(PLZT)等が挙げられ
る。SBT等のBi系層状ペロブスカイト酸化物を用い
ると、強誘電体キャパシタのスイッチング電荷量QSW
小さくなるが、S/N比を大きくすることができる。一
方、PZT等を用いると、スイッチング電荷量QSWを大
きくすることができる。
Still other ferroelectric materials include strontium titanate (ST), strontium barium titanate (BST), lead zirconate titanate (PZT), and lanthanum lead zirconate titanate (PLZT). When a Bi-based layered perovskite oxide such as SBT is used, the switching charge amount Q SW of the ferroelectric capacitor is reduced, but the S / N ratio can be increased. On the other hand, when PZT or the like is used, the switching charge amount Q SW can be increased.

【0058】上記第1及び第2の実施例において、図1
(B)に示す第1のキャパシタ6と第2のキャパシタ7
との静電容量を等しくすることが好ましい。両者を等し
くすると、強誘電体膜が劣化する場合にも、2つの強誘
電体キャパシタが均等に劣化する。このため、安定なメ
モリ動作を維持することができる。
In the first and second embodiments, FIG.
First capacitor 6 and second capacitor 7 shown in FIG.
It is preferable to make the capacitances equal to each other. If the two are made equal, even when the ferroelectric film is deteriorated, the two ferroelectric capacitors are equally deteriorated. Therefore, a stable memory operation can be maintained.

【0059】次に、図8及び図9を参照して、第3の実
施例について説明する。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS.

【0060】図8は、第3の実施例による強誘電体メモ
リ装置の要部の等価回路図を示す。メモリセル3、ワー
ド線WL、及びビット線BLは、図1(B)に示す実施
例の回路と同一である。第3の実施例では、メモリセル
3の外にダミーセル4が設けられている。ダミーセル4
の基本回路構成は、メモリセル3の回路構成と同様であ
る。ただし、ダミーセル4においては、MISFETの
ゲート幅がメモリセル3のMISFETのゲート幅より
も狭くされている。例えば、ダミーセル4のMISFE
Tのゲート幅は、メモリセル3のMISFETのゲート
幅の1/2にされている。ダミーセル4のMISFET
のソース領域はダミーワード線DWLに接続され、ドレ
イン領域はリファレンス線RLに接続されている。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a main part of the ferroelectric memory device according to the third embodiment. The memory cell 3, the word line WL, and the bit line BL are the same as the circuit of the embodiment shown in FIG. In the third embodiment, a dummy cell 4 is provided outside the memory cell 3. Dummy cell 4
Is the same as the circuit configuration of the memory cell 3. However, in the dummy cell 4, the gate width of the MISFET is smaller than the gate width of the MISFET of the memory cell 3. For example, the MISFE of the dummy cell 4
The gate width of T is set to の of the gate width of the MISFET of the memory cell 3. MISFET of dummy cell 4
Are connected to a dummy word line DWL, and the drain region is connected to a reference line RL.

【0061】ビット線BLは、センスアンプ9の一方の
電流検出端子9Aに接続され、リファレンス線RLは、
センスアンプ9の他方の電流検出端子9Bに接続されて
いる。センスアンプ9は、電流検出端子9A及び9Bに
ある電圧を印可し、その時に電流検出端子9Aと9Bに
流れる電流の差を検出する。
The bit line BL is connected to one current detection terminal 9A of the sense amplifier 9, and the reference line RL is
It is connected to the other current detection terminal 9B of the sense amplifier 9. The sense amplifier 9 applies a voltage at the current detection terminals 9A and 9B, and detects a difference between currents flowing through the current detection terminals 9A and 9B at that time.

【0062】図9は、図8のメモリセル3及びダミーセ
ル4の電流電圧特性を示す。横軸はビット線BLとワー
ド線WLとの間の電圧、及びダミーワード線DWLとリ
ファレンス線RLとの間の電圧を表す。縦軸は、メモリ
セル3及びダミーセル4を流れる電流を表す。
FIG. 9 shows current-voltage characteristics of the memory cell 3 and the dummy cell 4 of FIG. The horizontal axis represents the voltage between the bit line BL and the word line WL, and the voltage between the dummy word line DWL and the reference line RL. The vertical axis represents the current flowing through the memory cell 3 and the dummy cell 4.

【0063】図9中の曲線Nm1は、メモリセル3に情報
“1”が記憶されている状態の特性を示し、曲線N
m0は、メモリセル3に情報“0”が記憶されている状態
の特性を示し、曲線Nd1は、ダミーセル4に情報“1”
が記憶されている状態の特性を示す。ダミーセル4のM
ISFETのゲート幅が、メモリセル3のMISFET
のゲート幅の約半分であるため、情報“1”が記憶され
ている時ダミーセル4を流れる電流(曲線Nd1に対応)
はメモリセル3を流れる電流(曲線Nm1に対応)の約1
/2である。
A curve N m1 in FIG. 9 shows a characteristic in a state where information “1” is stored in the memory cell 3, and a curve N m1 .
m0 indicates a characteristic in a state where the information “0” is stored in the memory cell 3, and a curve N d1 indicates the information “1” in the dummy cell 4.
Indicates the characteristic in the state where is stored. M of dummy cell 4
The gate width of the ISFET is equal to the MISFET of the memory cell 3.
, The current flowing through the dummy cell 4 when the information “1” is stored (corresponding to the curve N d1 )
Is about 1 of the current flowing through the memory cell 3 (corresponding to the curve N m1 ).
/ 2.

【0064】次ぎに、図8及び図9を参照して、メモリ
セル3に記憶されている情報の読み出し方法について説
明する。ワード線WL及びダミーワード線DWLに接地
電位を印可し、センスアンプ9の2つの電流検出端子9
A及び9Bに、電圧Vrを印可する。電圧Vrが印可さ
れた時の、曲線Nm1、Nd1、及びNm0で示される電流
は、それぞれInm1、Ind1、及びInm0である。電圧V
rは、条件式Inm1>Ind 1>Inm0が成立するような電
圧である。
Next, referring to FIG. 8 and FIG.
A method for reading information stored in cell 3 will be described.
I will tell. Ground to word line WL and dummy word line DWL
A potential is applied, and two current detection terminals 9 of the sense amplifier 9 are applied.
A voltage Vr is applied to A and 9B. Applicable voltage Vr
Curve N when hitm1, Nd1, And Nm0Current indicated by
Is Inm1, Ind1, And Inm0It is. Voltage V
r is the conditional expression Inm1> Ind 1> Inm0Such that
Pressure.

【0065】センスアンプ9は、電流検出端子9Aに流
れる電流を、電流検出端子9Bに流れる電流と比較す
る。メモリセル3に情報“1”が記憶されている場合に
は、電流検出端子9Aに電流Inm1が流れ、電流検出端
子9Bに電流Ind1が流れる。すなわち、電流検出端子
9Aに電流検出端子9Bよりも多くの電流が流れる。メ
モリセル3に情報“0”が記憶されている場合には、電
流検出端子9Aに電流Inm 0が流れ、電流検出端子9B
に電流Ind1が流れる。すなわち、電流検出端子9Aに
電流検出端子9Bよりも少ない電流が流れる。
The sense amplifier 9 supplies a current to the current detection terminal 9A.
Current that flows through the current detection terminal 9B.
You. When information “1” is stored in the memory cell 3
Is the current I at the current detection terminal 9A.nm1Flows and the current detection end
Current I to child 9Bnd1Flows. That is, the current detection terminal
More current flows through 9A than at current detection terminal 9B. Me
If information “0” is stored in the memory cell 3,
The current I is supplied to the current detection terminal 9A.nm 0Flows, and the current detection terminal 9B
Current Ind1Flows. That is, the current detection terminal 9A
A smaller current flows than the current detection terminal 9B.

【0066】従って、2つの電流検出端子9Aと9Bに
流れる電流の大小関係を検出することにより、メモリセ
ル3に記憶されている情報を識別することができる。こ
のため、安定して情報の読み出しを行うことが可能にな
る。
Therefore, the information stored in the memory cell 3 can be identified by detecting the magnitude relationship between the currents flowing through the two current detection terminals 9A and 9B. Therefore, it is possible to read information stably.

【0067】上記第3の実施例では、ダミーセル4のM
ISFETのゲート幅を、メモリセル3のMISFET
のゲート幅よりも狭くする場合を説明した。ゲート幅を
異ならせる代わりに、ダミーセル4のMISFETのゲ
ート長をメモリセル3のMISFETのゲート長よりも
長くしてもよい。例えば、ダミーセル4のMISFET
のゲート長を、メモリセル3のMISFETのゲート長
の2倍にしてもよい。このように、ダミーセル4のMI
SFETの、導通状態における抵抗値が、メモリセル3
のMISFETのそれよりも大きくなるようにすること
により、図9に示すような電流電圧特性を得ることがで
きる。
In the third embodiment, the M of the dummy cell 4
Set the gate width of the ISFET to the MISFET of the memory cell 3.
The case where the gate width is made smaller than the gate width described above has been described. Instead of making the gate width different, the gate length of the MISFET of the dummy cell 4 may be longer than the gate length of the MISFET of the memory cell 3. For example, the MISFET of the dummy cell 4
May be twice the gate length of the MISFET of the memory cell 3. Thus, the MI of the dummy cell 4
When the resistance value of the SFET in the conductive state is
The current-voltage characteristics as shown in FIG. 9 can be obtained by making the MISFET larger than that of the MISFET.

【0068】図10は、本発明の第5の実施例による強
誘電体メモリ装置の要部の等価回路図を示す。図8に示
す第4の実施例では、メモリセル3及びダミーセル4内
のMISFETをnチャネルのもので構成した。これに
対し、第5の実施例では、メモリセル3P及びダミーセ
ル4P内のMISFETをpチャネルのもので構成す
る。ダミーセル4P内のpチャネルMISFETのゲー
ト幅は、第4の実施例の場合と同様に、メモリセル3P
内のMISFETのゲート幅の約1/2である。その他
の構成は、図8に示す第4の実施例の場合と同様であ
る。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a main part of a ferroelectric memory device according to a fifth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment shown in FIG. 8, the MISFETs in the memory cell 3 and the dummy cell 4 are of n-channel type. On the other hand, in the fifth embodiment, the MISFETs in the memory cell 3P and the dummy cell 4P are configured by p-channel MISFETs. The gate width of the p-channel MISFET in the dummy cell 4P is the same as that of the fourth embodiment.
Is about 1/2 of the gate width of the MISFET. Other configurations are the same as those of the fourth embodiment shown in FIG.

【0069】メモリセル3Pに情報“1”を記憶させる
場合には、ワード線WLに接地電位を与え、ビット線B
Lに書込電圧Vccを印可する。メモリセル3Pに情報
“0”を記憶させる場合には、ビット線BLに接地電位
を与え、ワード線WLに書込電圧Vccを印可する。ダミ
ーセル4Pには、情報“0”を記憶させておく。
To store information "1" in memory cell 3P, a ground potential is applied to word line WL and bit line B
A write voltage Vcc is applied to L. When storing information "0" in the memory cell 3P, a ground potential is applied to the bit line BL, and a write voltage Vcc is applied to the word line WL. Information “0” is stored in the dummy cell 4P.

【0070】図11は、メモリセル3Pとダミーセル4
Pの電流電圧特性を示す。図11のグラフは、図9のグ
ラフの電圧及び電流の符号を反転させたものと同等であ
る。すなわち、ビット線BLとワード線WLとの間、及
びリファレンス線RLとダミーワード線DWLとの間に
−Vrの電圧を印可したとき、メモリセル3Pには、電
流−Ipm1または−Ipm0が流れ、ダミーセル4Pには電
流−Ipd0が流れる。これらの電流には、(−Ipm1)>
(−Ipm0)>(−Ipd0)の関係がある。従って、第4
の実施例の場合と同様に、メモリセル3Pに記憶されて
いる情報を安定して読み出すことができる。
FIG. 11 shows the memory cell 3P and the dummy cell 4
4 shows the current-voltage characteristics of P. The graph of FIG. 11 is equivalent to the graph of FIG. 9 with the signs of the voltage and current inverted. That is, between the bit line BL and a word line WL, and when applying a voltage -Vr between the reference line RL and the dummy word-line DWL, the the memory cell 3-Way, current -I pm1 or -I pm0 The current -I pd0 flows through the dummy cell 4P. These currents include (−I pm1 )>
(−I pm0 )> (− I pd0 ). Therefore, the fourth
As in the case of the embodiment, the information stored in the memory cell 3P can be read stably.

【0071】次に、図12を参照して、本発明の第6の
実施例による強誘電体メモリ装置の製造方法を説明す
る。
Next, a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0072】図12(A)に示す状態までの工程を説明
する。p型シリコン基板60の表面上に、素子分離構造
体61を形成する。素子分離構造体61は、例えばシリ
コン局所酸化(LOCOS)技術を用いて形成したフィ
ールド酸化膜でもよいし、シャロートレンチ型のもので
もよい。素子分離構造体61により画定された活性領域
の表面に、熱酸化により厚さ10nmのゲート絶縁膜5
Iを形成する。
The steps up to the state shown in FIG. An element isolation structure 61 is formed on a surface of a p-type silicon substrate 60. The element isolation structure 61 may be, for example, a field oxide film formed by using a local oxidation of silicon (LOCOS) technique or a shallow trench type. A 10 nm-thick gate insulating film 5 is formed on the surface of the active region defined by the element isolation structure 61 by thermal oxidation.
Form I.

【0073】ゲート絶縁膜5Iの上に、厚さ30nmの
Ti膜5G1及び厚さ200nmのPt膜5G2をこの
順番に積層する。Ti膜5G1及びPt膜5G2は、ス
パッタリングにより堆積することができる。Ti膜5G
1は、ゲート絶縁膜5IとPt膜5G2との密着性を高
める機能を有する。
On the gate insulating film 5I, a 30-nm thick Ti film 5G1 and a 200-nm thick Pt film 5G2 are laminated in this order. The Ti film 5G1 and the Pt film 5G2 can be deposited by sputtering. Ti film 5G
1 has a function of improving the adhesion between the gate insulating film 5I and the Pt film 5G2.

【0074】Pt膜5G2、Ti膜5G1、及びゲート
絶縁膜5Iをパターニングし、ゲート電極5Gを形成す
る。Pt膜5G2及びTi膜5G1のエッチングは、C
4とArとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチン
グ(RIE)により行うことができる。RIE時の当初
は、イオンの入射角を約10°とし、その後入射角を6
0°とする。このように、イオンの入射角を制御する
と、ゲート電極5Gの上面の縁に沿って残るフェンス状
のレジスト残留物の生成を防止することができる。ま
た、ゲート電極5Gの側面に傾斜を持たせることができ
る。
The Pt film 5G2, the Ti film 5G1, and the gate insulating film 5I are patterned to form a gate electrode 5G. The etching of the Pt film 5G2 and the Ti film 5G1 is performed by etching C
It can be performed by reactive ion etching (RIE) using a mixed gas of F 4 and Ar. At the beginning of RIE, the incident angle of ions is set to about 10 °
0 °. By controlling the angle of incidence of ions in this way, it is possible to prevent generation of a fence-shaped resist residue remaining along the edge of the upper surface of the gate electrode 5G. Further, the side surface of the gate electrode 5G can be inclined.

【0075】ゲート電極5Gの側面上に、SiO2から
なるサイドウォール絶縁膜65を形成する。サイドウォ
ール絶縁膜65は、基板の全表面上にSiO2膜を堆積
した後、RIEによる異方性エッチングを行うことによ
り形成される。ゲート電極5G及びサイドウォール絶縁
膜65をマスクとして、リン(P)をイオン注入し、ソ
ース領域5S及びドレイン領域5Dを形成する。
A sidewall insulating film 65 made of SiO 2 is formed on the side surface of the gate electrode 5G. The sidewall insulating film 65 is formed by depositing a SiO 2 film on the entire surface of the substrate and then performing anisotropic etching by RIE. Using the gate electrode 5G and the sidewall insulating film 65 as a mask, phosphorus (P) is ion-implanted to form a source region 5S and a drain region 5D.

【0076】図12(B)に示すように、基板の全表面
上に、SBTからなる厚さ200nmの強誘電体膜70
を、ゾルゲル法により形成する。以下、強誘電体膜70
の形成方法について説明する。まず、Sr、Bi、Ta
の各粉末を混合したアルコキシド溶液を基板表面上にス
ピン塗布し、温度250℃で乾燥させる。このスピン塗
布と乾燥工程とを4回繰り返し行う。温度を600℃と
した酸素雰囲気中で、30分間の仮焼成を行う。この段
階では、強誘電体膜70を結晶化させない。ゾルゲル法
により形成した薄膜の表面は平坦になりやすいため、ゲ
ート電極5Gの上方の膜厚が、ソース/ドレイン領域5
S及び5Dの上方の膜厚よりも薄くなる。
As shown in FIG. 12B, a 200 nm thick ferroelectric film 70 made of SBT is formed on the entire surface of the substrate.
Is formed by a sol-gel method. Hereinafter, the ferroelectric film 70
The method for forming the film will be described. First, Sr, Bi, Ta
An alkoxide solution obtained by mixing the above powders is spin-coated on the substrate surface and dried at a temperature of 250 ° C. This spin coating and drying process are repeated four times. Preliminary firing is performed for 30 minutes in an oxygen atmosphere at a temperature of 600 ° C. At this stage, the ferroelectric film 70 is not crystallized. Since the surface of the thin film formed by the sol-gel method tends to be flat, the thickness of the source / drain region 5
It becomes thinner than the film thickness above S and 5D.

【0077】図12(C)に示すように、強誘電体膜7
0に、ソース領域5S及びドレイン領域5Gの各々の表
面の一部を露出させるコンタクトホール71S及び71
Dを形成する。強誘電体膜70のエッチングは、例えば
CF4とArとの混合ガスを用いたRIEにより行うこ
とができる。
As shown in FIG. 12C, the ferroelectric film 7
0, contact holes 71S and 71 exposing a part of the surface of each of source region 5S and drain region 5G.
Form D. The etching of the ferroelectric film 70 can be performed by, for example, RIE using a mixed gas of CF 4 and Ar.

【0078】図12(D)に示すように、基板の全表面
上に、厚さ50nmのIrO2膜73及び厚さ100n
mのPt膜74を、この順番に積層する。IrO2膜7
3の堆積は、Irターゲットを用い、スパッタガスとし
てArとO2を用いた反応性スパッタリングにより行
う。スパッタリング条件は、基板温度300℃、雰囲気
圧力5mTorr、DCパワー500W、Ar流量40
sccm、O2流量80sccmである。なお、基板加
熱のためのアシストガスとして、基板ホルダと基板との
間に、Arガスを流量30sccmだけ流す。
As shown in FIG. 12D, an IrO 2 film 73 having a thickness of 50 nm and a thickness of 100 nm were formed on the entire surface of the substrate.
m Pt films 74 are stacked in this order. IrO 2 film 7
The deposition of No. 3 is performed by reactive sputtering using an Ir target and using Ar and O 2 as a sputtering gas. The sputtering conditions were as follows: substrate temperature 300 ° C., atmospheric pressure 5 mTorr, DC power 500 W, Ar flow rate 40
sccm, O 2 flow rate 80 sccm. Note that, as an assist gas for heating the substrate, Ar gas is flowed at a flow rate of 30 sccm between the substrate holder and the substrate.

【0079】上記条件で形成したIrO2膜を、X線回
折により評価したところ、IrO2に相当するピークが
検出された。また、IrO2膜の断面を走査型電子顕微
鏡(SEM)で観察したところ、柱状のIrO2結晶の
グレインが形成されていることが確認された。IrO2
膜23は、拡散防止層として機能する。
When the IrO 2 film formed under the above conditions was evaluated by X-ray diffraction, a peak corresponding to IrO 2 was detected. Further, when the cross section of the IrO 2 film was observed with a scanning electron microscope (SEM), it was confirmed that columnar IrO 2 crystal grains were formed. IrO 2
The film 23 functions as a diffusion prevention layer.

【0080】Pt膜74の堆積は、Ptターゲットを用
い、スパッタガスとしてArを用いたスパッタリングに
より行うことができる。
The Pt film 74 can be deposited by sputtering using a Pt target and using Ar as a sputtering gas.

【0081】IrO2膜73とPt膜74をパターニン
グし、ドレイン領域5Dに接続されたワード線WLとソ
ース領域5Sに接続されたドレイン電極75に分離す
る。Pt膜74及びIrO2膜73のエッチングは、C
4とArとの混合ガスを用いたRIEにより行う。
The IrO 2 film 73 and the Pt film 74 are patterned and separated into a word line WL connected to the drain region 5D and a drain electrode 75 connected to the source region 5S. The Pt film 74 and the IrO 2 film 73 are etched by C
This is performed by RIE using a mixed gas of F 4 and Ar.

【0082】ドレイン電極75は、強誘電体膜70を介
してゲート電極5Gの上面の一部の領域に対向する。ド
レイン電極75、強誘電体膜70、及びゲート電極5G
からなる第2のキャパシタ7が構成される。ワード線W
Lは、強誘電体膜70を介してゲート電極5Gの上面の
一部の領域に対向する。ワード線WL、強誘電体膜7
0、及びゲート電極5Gからなる第1のキャパシタ6が
構成される。ワード線WLは、図12(D)の紙面に垂
直な方向に延在し、図1(A)に示す他のメモリセル3
のソース領域に接続される。
The drain electrode 75 faces a part of the upper surface of the gate electrode 5G via the ferroelectric film 70. Drain electrode 75, ferroelectric film 70, and gate electrode 5G
Is formed. Word line W
L faces a partial region of the upper surface of the gate electrode 5G via the ferroelectric film 70. Word line WL, ferroelectric film 7
0 and a first capacitor 6 composed of the gate electrode 5G. The word line WL extends in a direction perpendicular to the plane of FIG. 12D, and the other memory cells 3 shown in FIG.
Connected to the source region of

【0083】IrO2膜73及びPt膜74をパターニ
ングした後、熱処理を行い、強誘電体膜70を結晶化さ
せる。この熱処理は、温度750〜800℃の酸素雰囲
気中で、約30分間行う。
After patterning the IrO 2 film 73 and the Pt film 74, a heat treatment is performed to crystallize the ferroelectric film 70. This heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 750 to 800 ° C. for about 30 minutes.

【0084】ワード線WL及びドレイン電極75を覆う
層間絶縁膜76を形成する。層間絶縁膜76は、例えば
テトラエチルオルソシリケート(TEOS)を用いたC
VDにより形成される。層間絶縁膜76に、ドレイン電
極75の表面の一部を露出させるコンタクトホールを形
成する。層間絶縁膜76上に、ワード線WLと交差する
方向に延在するビット線BLを形成する。ビット線BL
は、例えばAlで形成される。
An interlayer insulating film 76 covering the word line WL and the drain electrode 75 is formed. The interlayer insulating film 76 is made of, for example, C using tetraethylorthosilicate (TEOS).
It is formed by VD. A contact hole exposing a part of the surface of the drain electrode 75 is formed in the interlayer insulating film 76. On the interlayer insulating film 76, a bit line BL extending in a direction crossing the word line WL is formed. Bit line BL
Is formed, for example, of Al.

【0085】図12(D)に示す強誘電体メモリ装置で
は、第1の実施例の場合と同様に、ほぼMISFET1
個分の領域内に1つのメモリセルが配置される。また、
ワード線WLとビット線BLのみで、所望のメモリセル
にアクセスすることができる。
In the ferroelectric memory device shown in FIG. 12D, the MISFET 1 is almost the same as in the first embodiment.
One memory cell is arranged in each of the regions. Also,
A desired memory cell can be accessed only by the word line WL and the bit line BL.

【0086】また、図12(D)に示す強誘電体メモリ
装置では、ゲート電極5Gの側面上にサイドウォール絶
縁膜65が形成されている。このため、ゲート電極5G
とソース領域5Sとの間、及びゲート電極5Gとドレイ
ン領域5Dとの間のリーク電流を低減させることができ
る。
In the ferroelectric memory device shown in FIG. 12D, a side wall insulating film 65 is formed on the side surface of the gate electrode 5G. Therefore, the gate electrode 5G
And the source region 5S, and between the gate electrode 5G and the drain region 5D.

【0087】図13(A)は、図12(D)に示すメモ
リセルの電流電圧特性を示す。横軸は、ワード線WLに
対するビット線BLの電圧を単位「V」で表し、縦軸
は、ビット線BLとワード線WLとの間に流れる電流を
単位「A」で表す。なお、測定対象のメモリセルのMI
SFETのゲート幅は10μm、ゲート長は1μmであ
る。電圧を徐々に増加させると、電流は曲線FLで示す
ように徐々に増加する。
FIG. 13A shows current-voltage characteristics of the memory cell shown in FIG. The horizontal axis represents the voltage of the bit line BL with respect to the word line WL in the unit “V”, and the vertical axis represents the current flowing between the bit line BL and the word line WL in the unit “A”. Note that the MI of the memory cell to be measured is
The gate width of the SFET is 10 μm and the gate length is 1 μm. When the voltage is gradually increased, the current gradually increases as shown by the curve FL.

【0088】ビット線BLに印加する電圧が5Vになっ
た時点で電圧変化を減少に転じさせる。電圧を徐々に減
少させると、電流は曲線BLで示すように徐々に減少す
る。電圧増加時と減少時で、電流変化は同一経路をたど
らず、ヒステリシスを示す。これは、図12(D)に示
す第1及び第2のキャパシタ6及び7を構成する強誘電
体膜70の分極が印加電圧に対してヒステリシス特性を
有するためである。
When the voltage applied to the bit line BL becomes 5 V, the voltage change starts to decrease. When the voltage is gradually reduced, the current gradually decreases as shown by the curve BL. When the voltage increases and decreases, the current change does not follow the same path and shows hysteresis. This is because the polarization of the ferroelectric film 70 forming the first and second capacitors 6 and 7 shown in FIG. 12D has a hysteresis characteristic with respect to the applied voltage.

【0089】図13(B)は、情報“1”を記憶したメ
モリセルと情報“0”を記憶したメモリセルの電流電圧
特性を示す。横軸は、ワード線WLに対するビット線B
Lの電圧を単位「V」で表し、縦軸は、ビット線BLと
ワード線WLとの間に流れる電流を単位「μA」で表
す。図13(B)中の曲線LD1は、ビット線BLに+
5Vを印加して情報“1”を記憶させたメモリセルの電
流変化を示し、曲線LD0は、ビット線BLに−5Vを
印加して情報“0”を記憶させたメモリセルの電流変化
を示す。
FIG. 13B shows current-voltage characteristics of a memory cell storing information "1" and a memory cell storing information "0". The horizontal axis represents the bit line B with respect to the word line WL.
The voltage of L is represented by the unit “V”, and the vertical axis represents the current flowing between the bit line BL and the word line WL by the unit “μA”. A curve LD1 in FIG. 13B indicates that the bit line BL
A current change of a memory cell storing information "1" by applying 5 V is shown, and a curve LD0 shows a current change of a memory cell storing information "0" by applying -5 V to the bit line BL. .

【0090】情報“1”を記憶したメモリセルを流れる
電流の方が、情報“0”を記憶したメモリセルを流れる
電流よりも多いことがわかる。例えば、電圧1.5Vを
印加した時、情報“1”を記憶したメモリセルには約1
μAの電流が流れるのに対し、情報“0”を記憶したメ
モリセルには約0.3μAの電流しか流れない。この電
流の差を検出することにより、メモリセルに記憶されて
いる情報を読み出すことができる。
It can be seen that the current flowing through the memory cell storing the information “1” is larger than the current flowing through the memory cell storing the information “0”. For example, when a voltage of 1.5 V is applied, about 1
While a current of μA flows, only a current of about 0.3 μA flows in a memory cell storing information “0”. By detecting this current difference, information stored in the memory cell can be read.

【0091】図14は、第7の実施例による強誘電体メ
モリ装置の1メモリセル部分の断面図を示す。図12
(D)に示す第6の実施例では、ソース/ドレイン領域
5S及び5Dが、強誘電体膜70に直接接触していた。
第7の実施例の場合には、ソース/ドレイン領域5S及
び5Dの表面のうち、ワード線WL及びドレイン電極7
5に接触していない領域が、SiO2からなる保護絶縁
膜80で覆われている。なお、図12(D)に示すサイ
ドウォール絶縁膜65は形成されていない。その他の構
成は、図12(D)に示す第6の実施例の場合と同様で
ある。
FIG. 14 is a sectional view of one memory cell part of the ferroelectric memory device according to the seventh embodiment. FIG.
In the sixth embodiment shown in (D), the source / drain regions 5S and 5D are in direct contact with the ferroelectric film 70.
In the case of the seventh embodiment, the word line WL and the drain electrode 7 on the surfaces of the source / drain regions 5S and 5D are formed.
The region not in contact with 5 is covered with a protective insulating film 80 made of SiO 2 . Note that the sidewall insulating film 65 illustrated in FIG. 12D is not formed. Other configurations are the same as those of the sixth embodiment shown in FIG.

【0092】以下、保護絶縁膜80を形成する方法につ
いて説明する。図12(A)に示すソース/ドレイン領
域5S及び5Dを形成するためのイオン注入を行った
後、ソース/ドレイン領域5S及び5Dの表面の自然酸
化膜を除去する。その後、基板表面を熱酸化することに
より、ソース/ドレイン領域5S及び5Dの表面を保護
絶縁膜80で覆うことができる。なお、図12(A)に
示すように、イオン注入前にサイドウォール絶縁膜65
を形成しておいてもよい。
Hereinafter, a method for forming the protective insulating film 80 will be described. After ion implantation for forming the source / drain regions 5S and 5D shown in FIG. 12A, the natural oxide film on the surfaces of the source / drain regions 5S and 5D is removed. Then, the surface of the source / drain regions 5S and 5D can be covered with the protective insulating film 80 by thermally oxidizing the substrate surface. As shown in FIG. 12A, before the ion implantation, the side wall insulating film 65 is formed.
May be formed.

【0093】または、図12(A)に示すTi膜5G1
のエッチングを、SiO2に対するエッチング選択比が
大きくなる条件で行い、ゲート絶縁膜5Iをソース/ド
レイン領域5S及び5Dの表面上に残してもよい。例え
ば、Cl4とBCl3との混合ガスを用いたRIEにより
Ti膜をエッチングする。この条件で、SiO2に対す
るTiのエッチング選択比が約10になる。なお、Ti
膜5G1の上のPt膜5G2は、CF4とArとの混合
ガスを用いたRIEによりエッチングする。
Alternatively, the Ti film 5G1 shown in FIG.
May be performed under conditions that increase the etching selectivity to SiO 2 , and the gate insulating film 5I may be left on the surfaces of the source / drain regions 5S and 5D. For example, the Ti film is etched by RIE using a mixed gas of Cl 4 and BCl 3 . Under these conditions, the etching selectivity of Ti to SiO 2 is about 10. Note that Ti
The Pt film 5G2 on the film 5G1 is etched by RIE using a mixed gas of CF 4 and Ar.

【0094】第7の実施例においては、ソース/ドレイ
ン領域5S及び5Dの表面が保護絶縁膜80で覆われて
いる。このため、ソース/ドレイン領域5Sまたは5D
と強誘電体膜70との間のリーク電流を低減させること
ができる。
In the seventh embodiment, the surfaces of the source / drain regions 5S and 5D are covered with a protective insulating film 80. Therefore, the source / drain regions 5S or 5D
Leakage current between the semiconductor device and the ferroelectric film 70 can be reduced.

【0095】図15は、第8の実施例による強誘電体メ
モリ装置の1メモリセル部分の断面図を示す。図12
(D)に示す第6の実施例では、第1のキャパシタ6を
構成する強誘電体膜70と第2のキャパシタ7を構成す
る強誘電体膜70とが、1枚の連続した薄膜で形成され
ていた。第8の実施例においては、第1及び第2のキャ
パシタ6及び7を構成する強誘電体膜70が相互に分離
されている。その他の構成は、図12(D)に示す第6
の実施例の場合と同様である。
FIG. 15 is a sectional view showing one memory cell portion of the ferroelectric memory device according to the eighth embodiment. FIG.
In the sixth embodiment shown in (D), the ferroelectric film 70 forming the first capacitor 6 and the ferroelectric film 70 forming the second capacitor 7 are formed of one continuous thin film. It had been. In the eighth embodiment, the ferroelectric films 70 constituting the first and second capacitors 6 and 7 are separated from each other. The other configuration is the same as the sixth configuration shown in FIG.
This is the same as the embodiment.

【0096】強誘電体膜70の分離は、第6の実施例の
図12(D)に示すPt膜74とTi膜73とをパター
ニングした後、同一のレジストパターンを用いて強誘電
体膜70をエッチングすることにより行うことができ
る。強誘電体膜70の分離によって形成された溝70a
内は、層間絶縁膜76で埋め込まれる。
The ferroelectric film 70 is separated by patterning the Pt film 74 and the Ti film 73 shown in FIG. 12D of the sixth embodiment and then using the same resist pattern. Can be performed by etching. Groove 70a formed by separation of ferroelectric film 70
The inside is buried with an interlayer insulating film 76.

【0097】層間絶縁膜76の誘電率は、強誘電体膜7
0の誘電率よりも小さい。このため、IrO2膜73と
ゲート電極5Gとの間の電気力線を、強誘電体膜70の
厚さ方向に優先的に発生させることができる。これによ
り、第1及び第2のキャパシタ6及び7の性能向上を図
ることが可能になる。
The dielectric constant of the interlayer insulating film 76 depends on the ferroelectric film 7
It is smaller than the dielectric constant of 0. Therefore, lines of electric force between the IrO 2 film 73 and the gate electrode 5G can be preferentially generated in the thickness direction of the ferroelectric film 70. This makes it possible to improve the performance of the first and second capacitors 6 and 7.

【0098】図16は、第9の実施例による強誘電体メ
モリ装置の製造方法を説明するための1メモリセル部分
の断面図を示す。第6の実施例の図12(B)の状態に
至るまでの工程とほぼ同様の工程を経て、図16(A)
の状態に至る。ただし、第9の実施例では、図12
(B)のサイドウォール絶縁膜65が形成されていな
い。
FIG. 16 is a sectional view of one memory cell portion for explaining a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to the ninth embodiment. 16A through substantially the same steps as the steps up to the state of FIG. 12B of the sixth embodiment.
State. However, in the ninth embodiment, FIG.
The (B) side wall insulating film 65 is not formed.

【0099】図16(B)に示すように、強誘電体膜7
0の表面を化学機械研磨(CMP)して平坦化する。P
t膜5Gの上面が露出した時点でCMPを停止する。基
板の全表面上に、厚さ200nmのSiO2膜85をC
VDにより形成する。
As shown in FIG. 16B, the ferroelectric film 7
The surface of No. 0 is flattened by chemical mechanical polishing (CMP). P
The CMP is stopped when the upper surface of the t film 5G is exposed. A 200 nm thick SiO 2 film 85 is coated on the entire surface of the
It is formed by VD.

【0100】図16(C)に示すように、ソース/ドレ
イン領域5S及び5Dの表面の一部を露出させるコンタ
クトホール86S及び86Dを形成する。SiO2膜8
5及び強誘電体膜70のエッチングは、CF4とArと
の混合ガスを用いたRIEにより行う。ゲート電極5G
の側面とコンタクトホール86Sの側面との間に、強誘
電体膜70bが残り、ゲート電極5Gの反対側の側面と
コンタクトホール86Dの側面との間に、強誘電体膜7
0aが残る。
As shown in FIG. 16C, contact holes 86S and 86D exposing a part of the surface of the source / drain regions 5S and 5D are formed. SiO 2 film 8
5 and the ferroelectric film 70 are etched by RIE using a mixed gas of CF 4 and Ar. Gate electrode 5G
Ferroelectric film 70b remains between the side surface of the contact hole 86S and the side surface of the contact hole 86D.
0a remains.

【0101】図16(D)に示すように、コンタクトホ
ール86D内を埋め込み、ドレイン領域5Dに接続され
たドレイン電極75を形成する。コンタクトホール86
S内を埋め込み、ソース領域5Sに接続されたワード線
WLを形成する。ドレイン電極75及びワード線WLの
形成は、図12(D)に示すドレイン電極75及びワー
ド線WLの形成と同様の方法で行う。
As shown in FIG. 16D, a drain electrode 75 connected to the drain region 5D is formed by filling the contact hole 86D. Contact hole 86
S is buried to form a word line WL connected to the source region 5S. The formation of the drain electrode 75 and the word line WL is performed in the same manner as the formation of the drain electrode 75 and the word line WL illustrated in FIG.

【0102】図16(D)に示す第9の実施例では、ゲ
ート電極5Gの上面の上には強誘電体膜が配置されてお
らず、側面上にのみ強誘電体膜70a及び70bが配置
されている。側面上の強誘電体膜70bを含んで第1の
キャパシタ6が構成され、強誘電体膜70aを含んで第
2のキャパシタ7が構成される。ゲート電極5Gの上面
をキャパシタとして利用しないため、ゲート長を短くす
ることが可能になる。ゲート長を短くすることにより、
高集積化を図ることができる。
In the ninth embodiment shown in FIG. 16D, no ferroelectric film is disposed on the upper surface of the gate electrode 5G, and the ferroelectric films 70a and 70b are disposed only on the side surfaces. Have been. The first capacitor 6 includes the ferroelectric film 70b on the side surface, and the second capacitor 7 includes the ferroelectric film 70a. Since the upper surface of the gate electrode 5G is not used as a capacitor, the gate length can be reduced. By shortening the gate length,
High integration can be achieved.

【0103】図17は、第9の実施例の変形例による強
誘電体メモリ装置の製造方法を説明するための1メモリ
セル部分の断面図を示す。第9の実施例と同様の工程を
経て、図16(A)に示す状態に至る。強誘電体膜70
を異方性エッチングし、ゲート電極5Gの側面上にの
み、強誘電体膜を残す。この異方性エッチングは、例え
ばCF4とArとの混合ガスを用いたRIEにより行
う。
FIG. 17 is a cross-sectional view of one memory cell portion for explaining a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to a modification of the ninth embodiment. Through the same steps as in the ninth embodiment, the state shown in FIG. Ferroelectric film 70
Is anisotropically etched to leave a ferroelectric film only on the side surface of the gate electrode 5G. This anisotropic etching is performed by, for example, RIE using a mixed gas of CF 4 and Ar.

【0104】図17(A)は、異方性エッチング後の状
態を示す。ゲート電極5Gの側面上に強誘電体膜70c
及び70dが残っている。ソース領域5S及びドレイン
領域5Dの表面は露出する。
FIG. 17A shows a state after anisotropic etching. A ferroelectric film 70c is formed on the side surface of the gate electrode 5G.
And 70d remain. The surfaces of the source region 5S and the drain region 5D are exposed.

【0105】図17(B)に示すように、ドレイン領域
5Dに接触するドレイン電極75及びソース領域5Sに
接触するワード線WLを形成する。ドレイン電極75及
びワード線WLの形成は、図12(D)に示すドレイン
電極75及びワード線WLの形成と同様の方法で行う。
As shown in FIG. 17B, a drain electrode 75 in contact with the drain region 5D and a word line WL in contact with the source region 5S are formed. The formation of the drain electrode 75 and the word line WL is performed in the same manner as the formation of the drain electrode 75 and the word line WL illustrated in FIG.

【0106】第9の実施例の変形例の場合も、第9の実
施例の場合と同様に、ゲート電極5Gの側面上の強誘電
体膜70dを含んで第1のキャパシタ6が構成され、強
誘電体膜70cを含んで第2のキャパシタ7が構成され
る。ゲート電極5Gの上面をキャパシタとして利用しな
いため、ゲート長を短くすることが可能になり、高集積
化を図ることができる。
In the modification of the ninth embodiment, as in the ninth embodiment, the first capacitor 6 includes the ferroelectric film 70d on the side surface of the gate electrode 5G. The second capacitor 7 includes the ferroelectric film 70c. Since the upper surface of the gate electrode 5G is not used as a capacitor, the gate length can be reduced, and high integration can be achieved.

【0107】上記第7〜第9の実施例を説明するための
各図面では、1つの活性領域内に1つのメモリセルを配
置した場合を示したが、例えば図4に示す第1の実施例
のように、1つの活性領域内に2つのメモリセルを配置
してもよい。
Each of the drawings for describing the seventh to ninth embodiments shows a case where one memory cell is arranged in one active region. For example, the first embodiment shown in FIG. As described above, two memory cells may be arranged in one active region.

【0108】図18は、第6の実施例によるメモリセル
を、1つの活性領域内に2つ配置した強誘電体メモリ装
置の断面図を示す。1つのメモリセルの構成は、図12
(D)に示すものと同一である。図18の中央に配置さ
れたドレイン領域5Dが、2つのメモリセルで共有され
ている。
FIG. 18 is a sectional view of a ferroelectric memory device in which two memory cells according to the sixth embodiment are arranged in one active region. The configuration of one memory cell is shown in FIG.
It is the same as that shown in (D). The drain region 5D arranged in the center of FIG. 18 is shared by two memory cells.

【0109】ドレイン領域5Dには、IrO2膜73と
Pt膜74との積層からなるビット線接続部77が接触
している。ビット線接続部77は、その両側のMISF
ETの各ゲート電極5Gとの間で、第2のキャパシタ7
を形成する。層間絶縁膜76の上にビット線BLが形成
されている。ビット線BLは、層間絶縁膜76に設けら
れたコンタクトホールを経由してビット線接続部77に
電気的に接続されている。
The drain region 5D is in contact with a bit line connection portion 77 made of a stack of an IrO 2 film 73 and a Pt film 74. The bit line connection part 77 is provided on both sides of the MISF
The second capacitor 7 is provided between each of the gate electrodes 5G of the ET.
To form The bit line BL is formed on the interlayer insulating film 76. The bit line BL is electrically connected to a bit line connection portion 77 via a contact hole provided in the interlayer insulating film 76.

【0110】次に、図19〜図21を参照して、第10
の実施例について説明する。
Next, referring to FIG. 19 to FIG.
An example will be described.

【0111】図19(A)に示す状態までの工程は、一
般的なMISFETの形成工程と同一である。p型シリ
コン基板90の表面に、メモリセル領域と周辺回路領域
とが画定されている。メモリセル領域内の表面層に、p
型ウェル91が形成され、周辺回路領域内の表面層にn
型ウェル92及びp型ウェル93が形成されている。シ
リコン基板90の表面に形成されたフィールド酸化膜9
4により、各ウェルの表面に活性領域が画定されてい
る。
The steps up to the state shown in FIG. 19A are the same as the steps of forming a general MISFET. On the surface of p-type silicon substrate 90, a memory cell region and a peripheral circuit region are defined. In the surface layer in the memory cell area, p
A mold well 91 is formed, and n is formed on the surface layer in the peripheral circuit region.
A mold well 92 and a p-type well 93 are formed. Field oxide film 9 formed on the surface of silicon substrate 90
4, an active area is defined on the surface of each well.

【0112】p型ウェル91内に、nチャネルMISF
ET96が形成され、n型ウェル92内にpチャネルM
ISFET97が形成され、p型ウェル93内にnチャ
ネルMISFET98が形成されている。各MISFE
Tのゲート絶縁膜96I、97I、98Iは厚さ7nm
のSiO2膜で形成され、ゲート電極96G、97G、
98Gは厚さ180nmのn+型多結晶シリコン膜で形
成されている。各ゲート電極96G、97G、98Gの
側面上には、サイドウォール絶縁膜が形成されている。
In the p-type well 91, an n-channel MISF
ET 96 is formed, and p-channel M
An ISFET 97 is formed, and an n-channel MISFET 98 is formed in a p-type well 93. Each MISFE
The gate insulating films 96I, 97I, and 98I of T have a thickness of 7 nm.
Is the formation of SiO 2 film, a gate electrode 96G, 97G,
98G is formed of a 180 nm-thick n + -type polycrystalline silicon film. Sidewall insulating films are formed on the side surfaces of each of the gate electrodes 96G, 97G, 98G.

【0113】図19(B)に示すように、シリコン基板
90の全表面上に、厚さ200nmのSiO2膜100
を形成する。SiO2膜100は、例えばSiH4とO2
とを用いたCVDにより形成することができる。
As shown in FIG. 19B, a 200 nm thick SiO 2 film 100 is formed on the entire surface of the silicon substrate 90.
To form The SiO 2 film 100 is made of, for example, SiH 4 and O 2
And can be formed by CVD using

【0114】図19(C)に示すように、SiO2膜1
00の表面を化学機械研磨(CMP)して平坦化する。
多結晶シリコンからなるゲート電極96G、97G、9
8Gの表面が露出した時点でCMPを停止する。平坦化
されたSiO2膜100の表面上に厚さ50nmのIr
2膜と厚さ175nmのPt膜とを積層する。この2
層をパターニングし、キャパシタ下部電極102を残
す。キャパシタ下部電極102は、ゲート電極96Gの
上面を覆う。
As shown in FIG. 19C, the SiO 2 film 1
The surface of No. 00 is flattened by chemical mechanical polishing (CMP).
Gate electrodes 96G, 97G, 9 made of polycrystalline silicon
When the surface of 8G is exposed, the CMP is stopped. Ir having a thickness of 50 nm is formed on the surface of the planarized SiO 2 film 100.
An O 2 film and a Pt film having a thickness of 175 nm are stacked. This 2
The layer is patterned leaving the capacitor lower electrode 102. The capacitor lower electrode 102 covers the upper surface of the gate electrode 96G.

【0115】基板法線方向から見た時のキャパシタ下部
電極102の形状は、ゲート電極96Gと同一形状とし
てもよいし、図21を参照して後述するように、ゲート
電極96Gを含むような形状としてもよい。
The shape of the capacitor lower electrode 102 when viewed from the normal direction of the substrate may be the same as the shape of the gate electrode 96G, or a shape including the gate electrode 96G as described later with reference to FIG. It may be.

【0116】図20(D)に示すように、SiO2膜1
00の上に、厚さ200nmのSBT膜を形成する。S
BT膜は、図12(B)で説明した第6の実施例による
強誘電体膜70の形成と同様の方法で行う。周辺回路領
域上のSBT膜を除去し、メモリセル領域上にSBTか
らなる強誘電体膜103を残す。強誘電体膜103は、
キャパシタ下部電極102を覆う。なお、ゾルゲル法で
SBT膜を形成すると、その膜の表面が平坦になりやす
い。このため、キャパシタ下部電極102の上の強誘電
体膜103の膜厚が、他の領域の膜厚よりも薄くなる。
As shown in FIG. 20D, the SiO 2 film 1
An SBT film having a thickness of 200 nm is formed on the S00. S
The BT film is formed by the same method as the formation of the ferroelectric film 70 according to the sixth embodiment described with reference to FIG. The SBT film on the peripheral circuit region is removed, and the ferroelectric film 103 made of SBT is left on the memory cell region. The ferroelectric film 103
The capacitor lower electrode 102 is covered. When the SBT film is formed by the sol-gel method, the surface of the film tends to be flat. For this reason, the film thickness of the ferroelectric film 103 on the capacitor lower electrode 102 is smaller than the film thickness of other regions.

【0117】図20(E)に示すように、強誘電体膜1
03及びSiO2膜100に、MISFET96のソー
ス領域及びドレイン領域の表面を露出させるコンタクト
ホールを形成する。強誘電体膜103のエッチングは、
CF4とArとの混合ガスを用いたRIEにより行い、
SiO2膜100のエッチングは、CF4とH2との混合
ガスを用いたRIEにより行うことができる。
As shown in FIG. 20E, the ferroelectric film 1
03 and the SiO 2 film 100, to form a contact hole exposing a surface of the source region and the drain region of MISFET96. The etching of the ferroelectric film 103
Performed by RIE using a mixed gas of CF 4 and Ar,
The etching of the SiO 2 film 100 can be performed by RIE using a mixed gas of CF 4 and H 2 .

【0118】基板の最表面上に、厚さ50nmのIrO
2膜と厚さ100nmのPt膜とを積層する。この2層
をパターニングし、ワード線WLとビット線接続部10
7を残す。ワード線WLは、コンタクトホール105内
を経由してMISFET96のソース領域96Sに接続
され、ビット線接続部107は、コンタクトホール10
5内を経由してMISFET96のドレイン領域96D
に接続される。
On the outermost surface of the substrate, a 50 nm thick IrO
Two films and a Pt film having a thickness of 100 nm are laminated. The two layers are patterned to form a word line WL and a bit line connection 10.
Leave 7. The word line WL is connected to the source region 96S of the MISFET 96 via the inside of the contact hole 105, and the bit line connection portion 107 is connected to the contact hole 10
5, the drain region 96D of the MISFET 96
Connected to.

【0119】ワード線WLとキャパシタ下部電極102
とにより第1の強誘電体キャパシタが形成され、ビット
線接続部107とキャパシタ下部電極102とにより第
2の強誘電体キャパシタが形成される。
Word line WL and capacitor lower electrode 102
Thus, a first ferroelectric capacitor is formed, and the bit line connecting portion 107 and the capacitor lower electrode 102 form a second ferroelectric capacitor.

【0120】第10の実施例では、メモリセル部のMI
SFET96のゲート電極が、周辺回路部のMISFE
T97及び98のゲート電極と同様に、多結晶シリコン
で形成される。このため、周辺回路部のMISFETの
形成と同時に、メモリセル部のMISFETを形成する
ことができる。
In the tenth embodiment, the MI of the memory cell portion is
The gate electrode of the SFET 96 is the MISFE of the peripheral circuit section.
Like the gate electrodes of T97 and T98, they are formed of polycrystalline silicon. Therefore, the MISFET in the memory cell section can be formed simultaneously with the formation of the MISFET in the peripheral circuit section.

【0121】図21は、第10の実施例による強誘電体
メモリ装置のメモリセル部の平面図を示す。図21の一
点鎖線A21−A21における断面図が、図20(E)
のMISFET96の断面図に相当する。
FIG. 21 is a plan view of a memory cell portion of a ferroelectric memory device according to the tenth embodiment. FIG. 20E is a cross-sectional view taken along a dashed-dotted line A21-A21 in FIG.
Of the MISFET 96 of FIG.

【0122】活性領域110の図の左右の端部を除く領
域を、ゲート電極96Gが覆う。キャパシタ下部電極1
02は、ゲート電極96Gを含み、より広い領域を覆
う。キャパシタ下部電極102の図のほぼ左半分の領域
が、ビット線接続部107で覆われ、右半分の領域がワ
ード線WLで覆われている。ビット線接続部107は、
コンタクトホール105を介してドレイン領域96Dに
接続され、ワード線WLは、他のコンタクトホール10
5を介してソース領域96Sに接続されている。
The gate electrode 96G covers a region of the active region 110 excluding the left and right ends in the figure. Capacitor lower electrode 1
02 includes a gate electrode 96G and covers a wider area. Almost the left half area of the capacitor lower electrode 102 in the drawing is covered with the bit line connection part 107, and the right half area is covered with the word line WL. The bit line connection unit 107
The word line WL is connected to the drain region 96D via the contact hole 105, and is connected to the other contact hole 10D.
5, and is connected to the source region 96S.

【0123】第10の実施例では、ゲート電極96Gの
パターニングとキャパシタ下部電極102のパターニン
グを、異なる工程で行う。このため、両者の形状を相互
に独立して決定することができる。図21に示すよう
に、キャパシタ下部電極102をゲート電極96Gより
も大きくすることにより、強誘電体キャパシタの静電容
量を大きくすることが可能になる。
In the tenth embodiment, the patterning of the gate electrode 96G and the patterning of the capacitor lower electrode 102 are performed in different steps. For this reason, both shapes can be determined independently of each other. As shown in FIG. 21, by making the capacitor lower electrode 102 larger than the gate electrode 96G, it is possible to increase the capacitance of the ferroelectric capacitor.

【0124】上記第10の実施例では、キャパシタ下部
電極102をIrO2膜とPt膜との2層で形成した
が、その他の構造としてもよい。例えば、IrO2層の
代わりにTiN層を用いてもよいし、Ti層とTiN層
とをこの順番に積層した積層構造を用いてもよい。Ti
層は接着層として働き、TiN層は拡散防止層として働
く。なお、Pt層の代わりにIr層を用いてもよい。
In the tenth embodiment, the capacitor lower electrode 102 is formed of two layers of the IrO 2 film and the Pt film, but may have another structure. For example, a TiN layer may be used instead of the IrO 2 layer, or a stacked structure in which a Ti layer and a TiN layer are stacked in this order may be used. Ti
The layer acts as an adhesion layer, and the TiN layer acts as a diffusion barrier. Note that an Ir layer may be used instead of the Pt layer.

【0125】なお、第10の実施例において、図18に
示す第6の実施例の変形例のように、相互に隣接する2
つのメモリセルを1つの活性領域内に形成し、各々のM
ISFETがドレイン領域を共有するようにしてもよ
い。また、図4(D)に示すように、ビット線を直接ド
レイン領域に接触させる構成としてもよい。
In the tenth embodiment, as in the modification of the sixth embodiment shown in FIG.
One memory cell is formed in one active region, and each M
The ISFET may share the drain region. Further, as shown in FIG. 4D, a structure in which the bit line is directly in contact with the drain region may be employed.

【0126】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0127】[0127]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電界効果トランジスタ1個分の領域に1つのメモリセル
を配置することができる。また、ワード線とビット線の
みにより、所望のメモリセルにアクセスすることができ
る。このため、高集積化を図ることが可能になる。
As described above, according to the present invention,
One memory cell can be arranged in a region for one field effect transistor. Further, a desired memory cell can be accessed only by a word line and a bit line. Therefore, high integration can be achieved.

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

【図1】本発明の実施例による強誘電体メモリ装置のブ
ロック図、及び1つのメモリセルの等価回路図である。
FIG. 1 is a block diagram of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention, and an equivalent circuit diagram of one memory cell.

【図2】本発明の実施例による強誘電体メモリ装置に情
報を書き込み、保持する方法を説明するための1メモリ
セルの等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of one memory cell for describing a method of writing and holding information in a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例による強誘電体メモリ装置の情
報読み出し方法を説明するための、1メモリセルの電流
電圧特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing current-voltage characteristics of one memory cell for explaining a method of reading information in a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例による強誘電体メモリ装
置の製造方法を説明するための基板の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of manufacturing the ferroelectric memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】第1の実施例による強誘電体メモリ装置の平面
図である。
FIG. 5 is a plan view of the ferroelectric memory device according to the first embodiment.

【図6】第2の実施例による強誘電体メモリ装置の1メ
モリセルの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of one memory cell of the ferroelectric memory device according to the second embodiment.

【図7】第3の実施例による強誘電体メモリ装置の1メ
モリセルの等価回路図である。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of one memory cell of the ferroelectric memory device according to the third embodiment.

【図8】第4の実施例による強誘電体メモリ装置の1メ
モリセル及びダミーセルの等価回路図である。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of one memory cell and a dummy cell of a ferroelectric memory device according to a fourth embodiment.

【図9】第4の実施例による強誘電体メモリ装置の情報
読み出し方法を説明するための、1メモリセル及びダミ
ーセルの電流電圧特性を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing current-voltage characteristics of one memory cell and a dummy cell for explaining a method of reading information in a ferroelectric memory device according to a fourth embodiment.

【図10】第5の実施例による強誘電体メモリ装置の1
メモリセル及びダミーセルの等価回路図である。
FIG. 10 illustrates a ferroelectric memory device according to a fifth embodiment.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a memory cell and a dummy cell.

【図11】第5の実施例による強誘電体メモリ装置の情
報読み出し方法を説明するための、1メモリセル及びダ
ミーセルの電流電圧特性を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing current-voltage characteristics of one memory cell and a dummy cell for explaining a method of reading information in a ferroelectric memory device according to a fifth embodiment.

【図12】第6の実施例による強誘電体メモリ装置の製
造方法を説明するための基板の断面図である。
FIG. 12 is a sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to a sixth embodiment.

【図13】図13(A)は、第6の実施例によるメモリ
セルの電流電圧特性の実測値を示すグラフであり、図1
3(B)は、メモリセルに情報“1”を記憶させた状態
と情報“0”を記憶させた状態におけるメモリセルの電
流電圧特性の実測値を示すグラフである。
FIG. 13A is a graph showing measured values of current-voltage characteristics of a memory cell according to a sixth embodiment, and FIG.
FIG. 3B is a graph showing measured values of the current-voltage characteristics of the memory cell in a state where the information “1” is stored in the memory cell and a state where the information “0” is stored in the memory cell.

【図14】第7の実施例による強誘電体メモリ装置の1
メモリセル部分の断面図である。
FIG. 14 illustrates a ferroelectric memory device according to a seventh embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a memory cell portion.

【図15】第8の実施例による強誘電体メモリ装置の1
メモリセル部分の断面図である。
FIG. 15 shows a ferroelectric memory device according to an eighth embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a memory cell portion.

【図16】第9の実施例による強誘電体メモリ装置の製
造方法を説明するための1メモリセル部分の断面図であ
る。
FIG. 16 is a sectional view of one memory cell portion for illustrating a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to a ninth embodiment.

【図17】第9の実施例の変形例による強誘電体メモリ
装置の製造方法を説明するための1メモリセル部分の断
面図である。
FIG. 17 is a sectional view of one memory cell portion for illustrating a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to a modification of the ninth embodiment.

【図18】第6の実施例の変形例による強誘電体メモリ
装置の断面図である。
FIG. 18 is a sectional view of a ferroelectric memory device according to a modification of the sixth embodiment.

【図19】第10の実施例による強誘電体メモリ装置の
製造方法を説明するための基板の断面図(その1)であ
る。
FIG. 19 is a sectional view (part 1) of a substrate for explaining a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to a tenth embodiment.

【図20】第10の実施例による強誘電体メモリ装置の
製造方法を説明するための基板の断面図(その2)であ
る。
FIG. 20 is a sectional view (part 2) of the substrate for describing the method for manufacturing the ferroelectric memory device according to the tenth embodiment.

【図21】第10の実施例による強誘電体メモリ装置の
1メモリセル部分の平面図である。
FIG. 21 is a plan view of one memory cell part of a ferroelectric memory device according to a tenth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ワード線制御回路 2 ビット線制御回路 3 メモリセル 5、51、96、97、98 MISFET 6 第1のキャパシタ 7 第2のキャパシタ 9 センスアンプ 11、31、60、90 p型シリコン基板 12、61、94 フィールド酸化膜 13、32 ゲート絶縁膜 14、33、38 ゲート電極 15、34、65 サイドウォール絶縁膜 16、36 ソース領域 17、35 ドレイン領域 18、39、70、103 強誘電体膜 19、41、56 ワード線 20、76 層間絶縁膜 21、55 ビット線 37 TiN膜 40 ビット線接続電極 54 スイッチングトランジスタ 57 スイッチング制御線 73 IrO2膜 74 Pt膜 75 ドレイン電極 77、107 ビット線接続部 80 保護絶縁膜 85、100 SiO2膜 86D、86S、105 コンタクトホール 91、93 p型ウェル 92 n型ウェル 102 キャパシタ下部電極 110 活性領域REFERENCE SIGNS LIST 1 word line control circuit 2 bit line control circuit 3 memory cell 5, 51, 96, 97, 98 MISFET 6 first capacitor 7 second capacitor 9 sense amplifier 11, 31, 60, 90 p-type silicon substrate 12, 61 , 94 Field oxide film 13, 32 Gate insulating film 14, 33, 38 Gate electrode 15, 34, 65 Side wall insulating film 16, 36 Source region 17, 35 Drain region 18, 39, 70, 103 Ferroelectric film 19, 41, 56 Word line 20, 76 Interlayer insulating film 21, 55 Bit line 37 TiN film 40 Bit line connection electrode 54 Switching transistor 57 Switching control line 73 IrO 2 film 74 Pt film 75 Drain electrode 77, 107 Bit line connection part 80 Protection insulating film 85,100 SiO 2 film 86D, 86S, 1 5 contact holes 91 and 93 p-type well 92 n-type well 102 capacitor lower electrode 110 active region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 亘 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1 番1号 富士通株式会社内 (72)発明者 恵下 隆 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1 番1号 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−221207(JP,A) 特開 平9−45088(JP,A) 特開 平11−204747(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/105 G11C 11/22 G11C 14/00 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Wataru Nakamura 4-1-1, Kamidadanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Takashi Eshita 4-chome, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Fujitsu Limited (56) References JP-A-7-221207 (JP, A) JP-A 9-45088 (JP, A) JP-A 11-204747 (JP, A) (58) Survey Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/105 G11C 11/22 G11C 14/00 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ソース領域、ドレイン領域、及びゲート
電極とを含んで構成される電界効果トランジスタと、 前記ソース領域と前記ゲート電極とを接続する第1の強
誘電体キャパシタと、 前記ドレイン領域と前記ゲート電極とを接続する第2の
強誘電体キャパシタとを有する強誘電体メモリ装置。
A field effect transistor including a source region, a drain region, and a gate electrode; a first ferroelectric capacitor connecting the source region and the gate electrode; A ferroelectric memory device having a second ferroelectric capacitor connected to the gate electrode.
【請求項2】 前記ゲート電極が、多結晶シリコンによ
り形成され、 さらに、前記ゲート電極上に配置され、PtもしくはI
rにより形成されたキャパシタ下部電極を有し、該キャ
パシタ下部電極が、前記第1及び第2の強誘電体キャパ
シタの各々の一方の電極を構成する請求項1に記載の強
誘電体メモリ装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode is formed of polycrystalline silicon, and is further disposed on said gate electrode, wherein Pt or I
2. The ferroelectric memory device according to claim 1, further comprising a capacitor lower electrode formed by r, wherein the capacitor lower electrode forms one electrode of each of the first and second ferroelectric capacitors.
【請求項3】 前記第1及び第2の強誘電体キャパシタ
の強誘電体膜が、前記ゲート電極を覆い、 前記第1の強誘電体キャパシタの、前記ソース領域に接
続された電極、及び前記第2の強誘電体キャパシタの、
前記ドレイン電極に接続された電極が、基板法線方向か
ら見たとき、前記ゲート電極に重なるように配置されて
いる請求項1または2に記載の強誘電体メモリ装置。
3. The ferroelectric film of the first and second ferroelectric capacitors covers the gate electrode, the first ferroelectric capacitor having an electrode connected to the source region, and Of the second ferroelectric capacitor,
3. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein an electrode connected to the drain electrode is arranged so as to overlap the gate electrode when viewed from a normal direction of the substrate.
【請求項4】 前記第1の強誘電体キャパシタの強誘電
体膜と前記第2の強誘電体キャパシタの強誘電体膜と
が、1枚の連続した薄膜で形成されている請求項3に記
載の強誘電体メモリ装置。
4. The ferroelectric film of the first ferroelectric capacitor and the ferroelectric film of the second ferroelectric capacitor are formed of one continuous thin film. The ferroelectric memory device according to claim 1.
【請求項5】 前記第1の強誘電体キャパシタの強誘電
体膜と第2の強誘電体キャパシタの強誘電体膜とが、前
記ゲート電極の表面上に、面内方向に相互にある間隔を
隔てて離れて配置され、 さらに、前記ゲート電極上において、前記第1の強誘電
体キャパシタの強誘電体膜と第2の強誘電体キャパシタ
の強誘電体膜との間の空間を埋めこみ、前記第1及び第
2の強誘電体キャパシタの強誘電体膜よりも小さな誘電
率を有する絶縁材料で形成された埋込部材を有する請求
項3に記載の強誘電体メモリ装置。
5. The ferroelectric film of the first ferroelectric capacitor and the ferroelectric film of the second ferroelectric capacitor are spaced from each other on the surface of the gate electrode in an in-plane direction. And burying a space between the ferroelectric film of the first ferroelectric capacitor and the ferroelectric film of the second ferroelectric capacitor on the gate electrode; 4. The ferroelectric memory device according to claim 3, further comprising an embedded member formed of an insulating material having a smaller dielectric constant than the ferroelectric films of the first and second ferroelectric capacitors.
【請求項6】 前記第1の強誘電体キャパシタの静電容
量と前記第2の強誘電体キャパシタの静電容量とがほぼ
等しい請求項1〜5のいずれかに記載の強誘電体メモリ
装置。
6. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein a capacitance of said first ferroelectric capacitor is substantially equal to a capacitance of said second ferroelectric capacitor. .
【請求項7】 前記第1の強誘電体キャパシタの、前記
ソース領域に接続された電極が、基板表面内の第1の方
向に延在して第1の配線を構成している請求項1〜6の
いずれかに記載の強誘電体メモリ装置。
7. The first ferroelectric capacitor, wherein an electrode connected to the source region extends in a first direction in a substrate surface to form a first wiring. 7. The ferroelectric memory device according to any one of items 1 to 6.
【請求項8】 前記第2の強誘電体キャパシタの、前記
ドレイン領域に接続された電極が、基板表面内において
前記第1の方向に交差する第2の方向に延在して第2の
配線を構成し、 さらに、前記第1の配線と第2の配線との交差箇所にお
いて、両者を電気的に絶縁する層間絶縁膜を有する請求
項7に記載の強誘電体メモリ装置。
8. The second wiring of the second ferroelectric capacitor, wherein an electrode connected to the drain region extends in a second direction intersecting the first direction in a substrate surface. 8. The ferroelectric memory device according to claim 7, further comprising an interlayer insulating film that electrically insulates the first wiring and the second wiring at intersections between the first wiring and the second wiring.
【請求項9】 さらに、 前記ソース領域の表面のうち、前記第1の強誘電体キャ
パシタに接触している領域を除いた領域を覆う第1の保
護絶縁膜と、 前記ドレイン領域の表面のうち、前記第2の強誘電体キ
ャパシタに接触している領域を除いた領域を覆う第2の
保護絶縁膜とを有する請求項1〜8のいずれかに記載の
強誘電体メモリ装置。
9. A first protective insulating film covering a region of the surface of the source region other than a region in contact with the first ferroelectric capacitor, and a surface of the drain region. 9. The ferroelectric memory device according to claim 1, further comprising: a second protective insulating film covering a region excluding a region in contact with said second ferroelectric capacitor.
【請求項10】 さらに、 前記ゲート電極の側面を覆うように配置された絶縁材料
からなるサイドウォール絶縁膜を有する請求項1〜9の
いずれかに記載の強誘電体メモリ装置。
10. The ferroelectric memory device according to claim 1, further comprising a sidewall insulating film made of an insulating material disposed so as to cover a side surface of said gate electrode.
【請求項11】 前記第1の強誘電体キャパシタの、前
記ソース領域に接続されている方の電極、及び前記第2
の強誘電体キャパシタの、前記ドレイン領域に接続され
ている方の電極が、強誘電体膜を介して前記ゲート電極
の側面に対向し、該ゲート電極の上面の上には配置され
ていない請求項1に記載の強誘電体メモリ装置。
11. The electrode of the first ferroelectric capacitor connected to the source region, and the second ferroelectric capacitor,
The electrode of the ferroelectric capacitor connected to the drain region faces the side surface of the gate electrode via a ferroelectric film and is not disposed on the upper surface of the gate electrode. Item 2. The ferroelectric memory device according to item 1.
【請求項12】 基板の表面内の第1の方向に延在する
複数の第1の配線と、 前記基板の表面内の、前記第1の方向と交差する第2の
方向に延在する複数の第2の配線と、 前記第1の配線と第2の配線との交差箇所において、両
者を相互に絶縁する層間絶縁膜と、 前記第1の配線と第2の配線との交差個所に対応して配
置されたメモリセルであって、該メモリセルの各々が、
電界効果トランジスタ、第1の強誘電体キャパシタ、及
び第2の強誘電体キャパシタを含んで構成され、各電界
効果トランジスタが、ソース領域、ドレイン領域、及び
ゲート電極を含み、前記第1の強誘電体キャパシタが、
当該メモリセルの電界効果トランジスタのソース領域と
ゲート電極とを接続し、前記第2の強誘電体キャパシタ
が、当該メモリセルの電界効果トランジスタのドレイン
領域とゲート電極とを接続し、該ソース領域が、対応す
る第1の配線に接続され、該ドレイン領域が、対応する
第2の配線に接続された前記複数のメモリセルとを有す
る強誘電体メモリ装置。
12. A plurality of first wirings extending in a first direction on a surface of the substrate, and a plurality of wirings extending in a second direction on the surface of the substrate, the second direction intersecting the first direction. A second wiring, at an intersection of the first wiring and the second wiring, an interlayer insulating film that insulates the first wiring and the second wiring from each other, and corresponds to an intersection of the first wiring and the second wiring. Memory cells, each of the memory cells being:
A first ferroelectric capacitor including a field effect transistor, a first ferroelectric capacitor, and a second ferroelectric capacitor, wherein each field effect transistor includes a source region, a drain region, and a gate electrode; Body capacitor
The source region and the gate electrode of the field effect transistor of the memory cell are connected, the second ferroelectric capacitor connects the drain region and the gate electrode of the field effect transistor of the memory cell, and the source region is , A plurality of memory cells connected to a corresponding first wiring, and the drain region is connected to the corresponding second wiring.
【請求項13】 さらに、 前記第1の配線に接続され、複数の第1の配線のうち一
部の配線に選択的に第1の書込信号を印可する第1の制
御回路と、 前記第2の配線に接続され、複数の第2の配線のうち一
部の配線に選択的に第2の書込信号を印可し、前記第1
の書込信号が印可された第1の配線と該第2の書込信号
が印可された第2の配線との交差個所に対応するメモリ
セルの第1及び第2の強誘電体キャパシタの強誘電体膜
に特定の方向の残留分極を生じさせ、その他のメモリセ
ルの第1及び第2の強誘電体キャパシタの強誘電体膜の
分極方向は変化させないような前記第2の書込信号を印
可する第2の制御回路とを有する請求項12に記載の強
誘電体メモリ装置。
13. A first control circuit connected to the first wiring, the first control circuit selectively applying a first write signal to a part of the plurality of first wirings, and 2 lines, and selectively applies a second write signal to some of the plurality of second lines.
Of the first and second ferroelectric capacitors of the memory cell corresponding to the intersection of the first wiring to which the first write signal is applied and the second wiring to which the second write signal is applied. The second write signal which causes remanent polarization in a specific direction in the dielectric film and does not change the polarization directions of the ferroelectric films of the first and second ferroelectric capacitors of the other memory cells. 13. The ferroelectric memory device according to claim 12, further comprising a second control circuit to be applied.
【請求項14】 さらに、前記メモリセルの各々のソー
ス領域とそれに対応する第1の配線、またはドレイン領
域とそれに対応する第2の配線とを接続し、外部から印
可される信号によって導通状態と非導通状態とが選択さ
れるスイッチング素子を有する請求項12または13に
記載の強誘電体メモリ装置。
14. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: connecting each source region of said memory cell to a corresponding first wiring or a corresponding drain region and a corresponding second wiring; 14. The ferroelectric memory device according to claim 12, further comprising a switching element for selecting a non-conductive state.
【請求項15】 前記第2の方向に隣接するメモリセル
のドレイン領域同士が相互に共有されている請求項12
〜14のいずれかに記載の強誘電体メモリ装置。
15. The drain region of a memory cell adjacent in the second direction is shared with each other.
15. The ferroelectric memory device according to any one of items 14 to 14.
【請求項16】 前記第1の強誘電体キャパシタの、前
記ソース領域に接続されている方の電極と、前記第1の
配線とが、同一の配線層で形成されている請求項12〜
15のいずれかに記載の強誘電体メモリ装置。
16. The electrode of the first ferroelectric capacitor connected to the source region and the first wiring are formed of the same wiring layer.
16. The ferroelectric memory device according to any one of 15.
【請求項17】 前記第2の強誘電体キャパシタの、前
記ドレイン領域に接続されている方の電極と、前記第2
の配線とが、同一の配線層で形成されている請求項16
に記載の強誘電体メモリ装置。
17. An electrode connected to the drain region of the second ferroelectric capacitor, the second ferroelectric capacitor being connected to the second ferroelectric capacitor.
17. The wiring of claim 16 is formed in the same wiring layer.
3. The ferroelectric memory device according to 1.
【請求項18】 前記第2のキャパシタの、前記ドレイ
ン領域に接続されている電極が、前記第1の配線と同一
の配線層で形成され、 前記第2の配線が、前記層間絶縁膜に形成されたコンタ
クトホール内を経由して、対応するメモリセルの第2の
キャパシタの、ドレイン領域に接続されている方の電極
に接続されている請求項16に記載の強誘電体メモリ装
置。
18. An electrode of the second capacitor connected to the drain region is formed in the same wiring layer as the first wiring, and the second wiring is formed in the interlayer insulating film. 17. The ferroelectric memory device according to claim 16, wherein the ferroelectric memory device is connected to an electrode connected to the drain region of the second capacitor of the corresponding memory cell via the inside of the formed contact hole.
【請求項19】 さらに、前記基板上に形成された第3
の配線及び第4の配線と、 一方の端子が前記第3の配線に接続され、他方の端子が
前記第4の配線に接続されたダミーセルと、 前記第2の配線を流れる電流と前記第4の配線を流れる
電流とを比較する比較回路とを有する請求項12に記載
の強誘電体メモリ装置。
19. The method according to claim 19, further comprising: forming a third substrate on the substrate.
And a fourth wiring; a dummy cell having one terminal connected to the third wiring and the other terminal connected to the fourth wiring; a current flowing through the second wiring; 13. The ferroelectric memory device according to claim 12, further comprising: a comparison circuit for comparing a current flowing through said wiring.
【請求項20】 前記ダミーセルが、 ソース領域を前記第3の配線に接続され、ドレイン領域
を前記第4の配線に接続されたダミー電界効果トランジ
スタと、 前記ダミー電界効果トランジスタのゲート電極とソース
領域とを接続する第3の強誘電体キャパシタと、 前記ダミー電界効果トランジスタのゲート電極とドレイ
ン領域とを接続する第4の強誘電体キャパシタとを含む
請求項19に記載の強誘電体メモリ装置。
20. The dummy cell, comprising: a dummy field effect transistor having a source region connected to the third wiring and a drain region connected to the fourth wiring; a gate electrode of the dummy field effect transistor and a source region. 20. The ferroelectric memory device according to claim 19, further comprising: a third ferroelectric capacitor connecting the first ferroelectric capacitor to the first ferroelectric capacitor, and a fourth ferroelectric capacitor connecting the gate electrode and the drain region of the dummy field effect transistor.
【請求項21】 前記ダミー電界効果トランジスタの導
通状態の抵抗値が、前記メモリセルの電界効果トランジ
スタの導通状態の抵抗値よりも大きい請求項20に記載
の強誘電体メモリ装置。
21. The ferroelectric memory device according to claim 20, wherein the resistance of the dummy field-effect transistor in a conductive state is larger than the resistance of the field-effect transistor of the memory cell in a conductive state.
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