JP5452911B2 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5452911B2 JP5452911B2 JP2008323911A JP2008323911A JP5452911B2 JP 5452911 B2 JP5452911 B2 JP 5452911B2 JP 2008323911 A JP2008323911 A JP 2008323911A JP 2008323911 A JP2008323911 A JP 2008323911A JP 5452911 B2 JP5452911 B2 JP 5452911B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- orthogonal
- active
- impurity
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 38
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 61
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 42
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 29
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 10
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 24
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 16
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- ULFQGKXWKFZMLH-UHFFFAOYSA-N iridium tantalum Chemical compound [Ta].[Ir] ULFQGKXWKFZMLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
本発明は、キャパシタを備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a capacitor.
不揮発性メモリの一種として、強誘電体のヒステリシス(履歴現象)を利用してデータを保持するFeRAM(Ferroelectric Random Access Memory:強誘電体メモリ)が知られている。 As a kind of nonvolatile memory, there is known an FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) that retains data by using a hysteresis (history phenomenon) of a ferroelectric substance.
FeRAMには、セル構造の相違から大きき分類して2種類がある。1つは、メモリセル選択用の電界効果トランジスタと強誘電体キャパシタとを備える1T1C型セル構造を有するものであり、他の1つは、ゲート絶縁膜が強誘電体からなる電界効果トランジスタを備える1T型セル構造を有するものである。 There are two types of FeRAM, which are roughly classified according to the difference in cell structure. One has a 1T1C type cell structure including a field effect transistor for selecting a memory cell and a ferroelectric capacitor, and the other has a field effect transistor whose gate insulating film is made of a ferroelectric. It has a 1T type cell structure.
図4は、従来の1T1C型セル構造を有するFeRAMの図解的な平面図である。 FIG. 4 is a schematic plan view of a FeRAM having a conventional 1T1C type cell structure.
FeRAMは、P型のシリコン基板(図示せず)を備えている。シリコン基板の表面には、素子分離部(たとえば、LOCOS酸化膜)が選択的に形成されており、この素子分離部から複数の平面視長方形状のアクティブ領域101が露出している。アクティブ領域101は、その長手方向および長手方向と直交する方向に整列するマトリクス状に配置されている。
The FeRAM includes a P-type silicon substrate (not shown). An element isolation portion (for example, a LOCOS oxide film) is selectively formed on the surface of the silicon substrate, and a plurality of rectangular
アクティブ領域101には、2つのメモリセルが形成されている。各メモリセルは、1T1C型セル構造を有している。
In the
アクティブ領域101の長手方向の両端部および中央部には、シリコン基板の表層部に、N型の不純物領域が互いに間隔を空けて形成されている。アクティブ領域101の一端部の不純物領域は、一方のメモリセルに備えられる電界効果トランジスタのドレイン領域をなす。アクティブ領域101の他端部の不純物領域は、他方のメモリセルに備えられる電界効果トランジスタのドレイン領域をなす。アクティブ領域101の中央部の不純物領域は、2つのメモリセルに備えられる電界効果トランジスタに共通のソース領域をなす。
N-type impurity regions are formed at both ends and a central portion of the
シリコン基板上には、ソース領域と各ドレイン領域との間の各チャネル領域に対向する位置に、ゲート電極102が設けられている。アクティブ領域101の長手方向と直交する方向に配列される電界効果トランジスタのゲート電極102は、一体化され、1本のワードラインWLを構成している。
On the silicon substrate, a
シリコン基板上には、層間絶縁膜が積層されている。層間絶縁膜上には、各メモリセルのドレイン領域と対向する位置(アクティブ領域101の長手方向の一端部および他端部の上方)に、強誘電体キャパシタ103が設けられている。強誘電体キャパシタ103は、下部電極104と上部電極105との間に強誘電体膜を介在させた積層構造を有している。
An interlayer insulating film is stacked on the silicon substrate. On the interlayer insulating film, a
下部電極104は、平面視略正方形状をなしている。下部電極104の中央部とドレイン領域との間には、第1コンタクトプラグ106が層間絶縁膜を貫通して設けられている。下部電極104は、第1コンタクトプラグ106を介して、ドレイン領域と電気的に接続されている。
The
上部電極105は、下部電極104よりも小さな平面視略正方形状をなしている。上部電極105の中央部の上方において、プレートラインPLがアクティブ領域101の長手方向と直交する方向に延びている。プレートラインPLは、上部電極105と電気的に接続されている。
The
また、アクティブ領域101の上方において、ビットラインBLがアクティブ領域101の長手方向に延びている。ビットラインBLは、第2コンタクトプラグ107を介して、アクティブ領域101の中央部のソース領域と電気的に接続されている。
In addition, the bit line BL extends in the longitudinal direction of the
ワードラインWLへの電圧の印加により電界効果トランジスタがオンされた状態で、プレートラインPLとビットラインBLとの間に電圧が印加されると、強誘電体キャパシタ103の強誘電体膜に自発分極が生じる。これにより、データの書き込みが達成され、その分極状態が維持されることにより、データが保持される。データの読み出し時には、ワードラインWLへの電圧の印加により電界効果トランジスタがオンされた状態で、プレートラインPLとビットラインBLとの間にパルス電圧が印加される。このパルス電圧の印加により強誘電体膜の分極方向が変わると、プレートラインPLとビットラインBLとの間に電流が流れるので、その電流の有無により、論理信号「1」または「0」を得ることができる。
FeRAMには、デザインルールがある。このデザインルールでは、ゲート電極102と第1コンタクトプラグ106との間の最小距離、下部電極104の周端縁と第1コンタクトプラグ106との間の最小距離、第1コンタクトプラグ106と第2コンタクトプラグ107との間の最小距離などが定められている。デザインルールに従いつつ、メモリセルの面積(セル面積)に対する強誘電体キャパシタの面積(キャパシタ面積)の割合を増やすには、FeRAMの各部のレイアウトに工夫が必要である。セル面積に対するキャパシタ面積の割合が大きいほど、FeRAMの動作マージン(動作安定性)が向上する。
FeRAM has design rules. In this design rule, the minimum distance between the
そこで、本発明の目的は、デザインルールに従いつつ、セル面積に対するキャパシタ面積の割合の増大を図ることができる、半導体装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of increasing the ratio of the capacitor area to the cell area while following the design rule.
前記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、第1導電型の半導体層と、前記半導体層の表面に選択的に形成され、複数のアクティブ領域を互いに分離する素子分離部と、各アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型の第1不純物領域と、各アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に前記第1不純物領域と間隔を空けて形成された第2導電型の第2不純物領域と、前記半導体層上に形成され、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間の領域に対向するゲート電極と、前記第1不純物領域の上方に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に介在された強誘電体膜と、前記上部電極の上方に形成されたプレートラインと、下端が前記上部電極に接続され、上端が前記プレートラインに接続されたプレートビアと、前記プレートビアと平面視で重なる位置に形成され、かつ上端が前記下部電極に接続され、下端が前記第1不純物領域に接続された容量コンタクトプラグと、前記第2不純物領域の上方に形成されたビットラインと、下端が前記第2不純物領域に接続され、前記ビットラインと電気的に接続されたビットコンタクトプラグとを含み、前記アクティブ領域は、所定方向に延びる直線領域および前記直線領域の前記所定方向の中央において前記直線領域と直交する直交領域を有する平面視T字状をなし、隣接する前記アクティブ領域同士が前記所定方向および前記所定方向に直交する方向のいずれにおいても互いにずれることがないように、前記所定方向と直交する方向に複数並べて形成され、前記アクティブ領域の前記直線領域における前記直交領域が形成された側の辺と反対側の辺には、凹部が形成され、前記第1不純物領域は、各アクティブ領域の前記直線領域の両端部にそれぞれ形成され、前記第2不純物領域は、各アクティブ領域の前記直交領域の端部に形成され、前記ビットコンタクトプラグは、前記所定方向と直交する方向に隣り合う2つのアクティブ領域に形成されている4つの前記第1不純物領域に接続された前記容量コンタクトプラグを頂点とする四角形の中心に配置されており、前記下部電極、前記上部電極および前記強誘電体膜からなる強誘電体キャパシタを備え、前記強誘電体キャパシタは、平面視五角形状をなしている、半導体装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to
この半導体装置では、第1導電型の半導体層の表面に、複数のアクティブ領域を互いに分離する素子分離部が選択的に形成されている。各アクティブ領域は、所定方向に延びる直線領域および直線領域の所定方向の中央において直線領域と直交する直交領域を有する平面視T字状をなしている。そして、アクティブ領域は、所定方向と直交する方向に複数並べて形成されている。直線領域の両端部には、半導体層の表層部に、第2導電型の第1不純物領域が形成されている。直交領域の端部には、半導体層の表層部に、第2導電型の第2不純物領域が形成されている。半導体層上には、ゲート電極が設けられている。ゲート電極は、第1不純物領域と第2不純物領域との間の領域に対向している。また、第1不純物領域の上方には、下部電極および上部電極を備えるキャパシタが形成されている。第1不純物領域と下部電極とは、容量コンタクトプラグを介して、電気的に接続されている。また、第2不純物領域の上方には、ビットラインが形成されている。第2不純物領域とビットラインとは、ビットコンタクトプラグを介して、電気的に接続されている。 In this semiconductor device, an element isolation portion for isolating a plurality of active regions from each other is selectively formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer. Each active region has a T-shape in plan view having a linear region extending in a predetermined direction and an orthogonal region orthogonal to the linear region at the center of the linear region in the predetermined direction. A plurality of active areas are formed side by side in a direction orthogonal to the predetermined direction. At both ends of the straight line region, a first impurity region of the second conductivity type is formed in the surface layer portion of the semiconductor layer. A second impurity region of the second conductivity type is formed in the surface layer portion of the semiconductor layer at the end of the orthogonal region. A gate electrode is provided on the semiconductor layer. The gate electrode is opposed to a region between the first impurity region and the second impurity region. A capacitor including a lower electrode and an upper electrode is formed above the first impurity region. The first impurity region and the lower electrode are electrically connected via a capacitive contact plug. A bit line is formed above the second impurity region. The second impurity region and the bit line are electrically connected via a bit contact plug.
そして、ビットコンタクトプラグは、所定方向と直交する方向に隣り合う2つのアクティブ領域に形成されている4つの第1不純物領域に接続された容量コンタクトプラグを頂点とする四角形の中心に配置されている。これにより、容量コンタクトプラグとビットコンタクトプラグとの間にデザインルールで定められた最小距離を確保しつつ、所定方向に並ぶ2つの容量コンタクトプラグの間の距離を小さくすることができる。その結果、セル面積を縮小することができる。また、平面視におけるビットコンタクトプラグと下部電極との間にデザインルールで定められた最小距離を確保しつつ、キャパシタの面積を所定方向に拡大することができる。その結果、キャパシタ面積を増大することができる。よって、デザインルールに従いつつ、セル面積に対するキャパシタ面積の割合の増大を図ることができる。
また、アクティブ領域の直線領域における直交領域が形成された側の辺と反対側の辺には、凹部が形成されている。複数のアクティブ領域を所定方向と直交する方向に複数並べて形成する場合、互いに隣り合うアクティブ領域は、直線領域に形成された当該凹部と、直交領域とが互いに対向するように配置される。このようにアクティブ領域に凹部が形成されている場合、凹部が形成されていないアクティブ領域の場合と比較して、互いに隣り合うアクティブ領域をより一層近づけて形成することができる。これにより、半導体装置の集積度を、より一層向上できる。
The bit contact plug is arranged at the center of a quadrangle with the capacitor contact plugs connected to the four first impurity regions formed in the two active regions adjacent to each other in the direction orthogonal to the predetermined direction. . As a result, the distance between the two capacitor contact plugs arranged in the predetermined direction can be reduced while ensuring the minimum distance defined by the design rule between the capacitor contact plug and the bit contact plug. As a result, the cell area can be reduced. In addition, the area of the capacitor can be expanded in a predetermined direction while ensuring the minimum distance determined by the design rule between the bit contact plug and the lower electrode in plan view. As a result, the capacitor area can be increased. Therefore, it is possible to increase the ratio of the capacitor area to the cell area while following the design rule.
In addition, a recess is formed on the side opposite to the side where the orthogonal region is formed in the straight region of the active region. When a plurality of active regions are formed side by side in a direction orthogonal to the predetermined direction, the adjacent active regions are arranged such that the concave portion formed in the linear region and the orthogonal region face each other. In this way, when the concave portion is formed in the active region, the adjacent active regions can be formed closer to each other as compared with the case of the active region in which the concave portion is not formed. Thereby, the integration degree of the semiconductor device can be further improved.
この半導体装置は、上部電極の上方に形成されたプレートラインと、下端が上部電極に接続され、上端がプレートラインに接続されたプレートビアとをさらに備えている。 The semiconductor device includes a plate line formed above the upper electrode, the lower end is connected to the upper electrode, and further a plate via which the upper end is connected to the plate line.
容量コンタクトプラグおよびプレートビアが平面視で重なっていている。このレイアウトにより、容量コンタクトプラグの形成時のフォトリソグラフィ工程およびプレートビアの形成時のフォトリソグラフィ工程に、同一のフォトマスク(レチクル)を用いることができる。 Capacity contact plug and plate vias are overlap in plan view. With this layout, the same photomask (reticle) can be used for the photolithography process when forming the capacitor contact plug and the photolithography process when forming the plate via.
また、半導体装置は、下部電極と上部電極との間に介在された強誘電体膜をさらに備えている。すなわち、半導体装置は、下部電極、上部電極およびこれらの間に介在される強誘電体膜からなる強誘電体キャパシタを備えている。前記強誘電体キャパシタは、平面視五角形状をなしている。 The semiconductor device further includes a ferroelectric film interposed between the lower electrode and the upper electrode. That is, the semiconductor device includes a ferroelectric capacitor including a lower electrode, an upper electrode, and a ferroelectric film interposed therebetween . Before SL ferroelectric capacitor is formed in a plan view pentagonal shape.
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1実施形態に係るFeRAMの図解的な平面図である。図2は、図1に示すFeRAMの回路図である。図3は、図1に示すFeRAMの切断線III−IIIにおける模式的な断面図である。 FIG. 1 is a schematic plan view of an FeRAM according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram of the FeRAM shown in FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along section line III-III of FeRAM shown in FIG.
FeRAM1は、複数のメモリセルを備えている。各メモリセルは、1T1C型セル構造を有している。なお、図1,2には、FeRAM1の一部が示されている。また、図2において、1つのメモリセルが破線で囲まれている。
The
FeRAM1は、図3に示すように、P型の半導体層2を備えている。半導体層2は、Si(シリコン)基板またはSiC(炭化珪素)基板などの半導体基板であってもよいし、エピタキシャル成長またはCVD法により形成されるSi層またはSiC層などであってもよい。
The
半導体層2の表面には、複数のアクティブ領域3を避けて、素子分離部4が選択的に形成されている。素子分離部4は、たとえば、半導体層2の表面から比較的浅く掘り下がった溝に絶縁体が埋設されたSTI(Shallow Trench Isolation)構造を有するものであってもよいし、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により半導体層2の表面に選択的に形成されたシリコン酸化膜であってもよい。
An element isolation portion 4 is selectively formed on the surface of the semiconductor layer 2 while avoiding a plurality of
図1には、アクティブ領域3の輪郭が太線で示されている。アクティブ領域3は、行方向および列方向にそれぞれ一定の間隔を空けて、行方向および列方向に整列するマトリクス状に配列されている。より具体的には、各アクティブ領域3は、隣接するアクティブ領域3同士が行方向および列方向のいずれにおいても互いにずれることがないように形成されている。各アクティブ領域3は、列方向に延びる直線領域3Aおよび直線領域3Aの列方向の中央において直線領域3Aと直交する直交領域3Bを有する平面視T字状をなしている。各アクティブ領域3の直線領域3Aは、その直交領域3Bに対して行方向の一方側に配置されている。各アクティブ領域3の直線領域3Aにおける直交領域3Bが形成された側の辺と反対側の辺には、凹部が形成されており、互いに隣り合うアクティブ領域3は、直線領域3Aに形成された当該凹部と、直交領域3Bとが互いに対向するように配置されている。
In FIG. 1, the outline of the
各アクティブ領域3には、図3に示すように、半導体層2の表層部に、2つのNチャネルMOSFET(Negative-channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:以下「NMOS」という。)5のための不純物領域6,7が形成されている。不純物領域6は、直線領域3Aの両端部に形成され、2つのNMOS5の各ドレイン領域をなす。不純物領域7は、アクティブ領域3の直交領域3Bの端部に形成され、2つのNMOS5に共通のソース領域をなす。
In each
半導体層2上には、ドレイン領域6とソース領域7との間の領域(NMOS5のチャネル領域)に対向する位置に、ゲート絶縁膜8が形成されている。ゲート絶縁膜8は、たとえば、SiO2(酸化シリコン)からなる。ゲート絶縁膜8上には、ゲート電極9が形成されている。ゲート電極9は、たとえば、ドープトポリシリコン(たとえば、N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコン)からなる。ゲート電極9の周囲には、サイドウォール10が形成されている。サイドウォール10によって、ゲート絶縁膜8およびゲート電極9の側面の全周が覆われている。サイドウォール10は、たとえば、SiN(窒化シリコン)またはSiO2からなる。
On the semiconductor layer 2, a gate insulating film 8 is formed at a position facing the region between the drain region 6 and the source region 7 (the channel region of the NMOS 5). The gate insulating film 8 is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide). A
図1,2に示すように、行方向に並ぶNMOS5のゲート電極9は、一体化されて、ワードラインWL1,WL2,・・・を構成している。ワードラインWL1,WL2,・・・は、アクティブ領域3の直交領域3Bに対する列方向の両側において、直線領域3Aにおけるドレイン領域6以外の領域と平面視で直交し、行方向に延びる直線状に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3に示すように、半導体層2上には、第1層間絶縁膜11が積層されている。第1層間絶縁膜11は、たとえば、SiO2からなる。
As shown in FIG. 3, a first
第1層間絶縁膜11上には、各ドレイン領域6と対向する位置に、強誘電体キャパシタ12が配置されている。強誘電体キャパシタ12は、下部電極13、強誘電体膜14および上部電極15を第1層間絶縁膜11上にこの順に積層した構造を有している。言い換えれば、強誘電体キャパシタ12は、下部電極13と上部電極15との間に強誘電体膜14が介在された構造を有している。強誘電体キャパシタ12は、平面視で矩形状部分と略二等辺三角形状部分とを結合した五角形状(ホームベース形状)をなしている。また、強誘電体キャパシタ12は、その形成時におけるエッチング困難性のために、上方が窄まった断面台形状をなしている。
A
下部電極13は、平面視で矩形状部分と略二等辺三角形状部分とを結合した五角形状(ホームベース形状)をなしている。下部電極13は、Irなどの貴金属を含む導電材料からなる。
The
強誘電体膜14は、下部電極13と相似かつ下部電極13よりも小さく上部電極15よりも大きい平面視五角形状をなしている。強誘電体膜14は、たとえば、PZT(Pb(Zr,Ti)O3:チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。
The
上部電極15は、下部電極13と相似かつ下部電極13よりも小さい平面視五角形状をなしている。上部電極15は、たとえば、IrO2(酸化イリジウム)膜、Ir(イリジウム)膜およびIrTa(イリジウムタンタル)合金膜を強誘電体膜14上にこの順に積層した構造を有している。IrTa合金膜は、水素バリア性を有している。
The
第1層間絶縁膜11および強誘電体キャパシタ12の各表面は、強誘電体膜14の水素還元による特性劣化を防止するための水素バリア膜16により被覆されている。水素バリア膜16は、たとえば、Al2O3(アルミナ)からなる。
Each surface of the first
水素バリア膜16上には、第2層間絶縁膜17が積層されている。第2層間絶縁膜17は、たとえば、SiO2からなる。
A second
図1,2に示すように、FeRAM1は、プレートラインPL1,PL2,・・・およびビットラインBL1,BL2,・・・をさらに備えている。プレートラインPL1,PL2,・・・およびビットラインBL1,BL2,・・・は、たとえば、第2層間絶縁膜17よりも上方において、層間絶縁膜(図示せず)により互いに絶縁される別の配線層に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
プレートラインPL1,PL2,・・・は、行方向に整列する各強誘電体キャパシタ12の上部電極15の中心上を経由する略直線状に延びている。プレートラインPL1,PL2,・・・は、たとえば、Al(アルミニウム)からなる。
The plate lines PL1, PL2,... Extend substantially linearly via the center of the
ビットラインBL1,BL2,・・・は、列方向に並ぶ各アクティブ領域3に形成されたソース領域7上を経由する直線状に延びている。ビットラインBL1,BL2,・・・は、たとえば、Alからなる。
The bit lines BL1, BL2,... Extend in a straight line passing over the source region 7 formed in each
図3に示すように、第1層間絶縁膜11には、各ドレイン領域6とこれに対向する強誘電体キャパシタ12の下部電極13との間に、容量コンタクトプラグ18が埋設されている。図1に示すように、各アクティブ領域3の2つのドレイン領域6上の容量コンタクトプラグ18は、アクティブ領域3の直線領域3Aの列方向の中央に対して対称をなす位置に配置されている。
As shown in FIG. 3, in the first
各容量コンタクトプラグ18は、図3に示すように、第1層間絶縁膜11を貫通する容量コンタクトホール19にバリアメタル20を介して埋設されている。バリアメタル20は、容量コンタクトホール19の側面およびドレイン領域6における容量コンタクトホール19に臨む部分を被覆している。これにより、容量コンタクトプラグ18の下端は、バリアメタル20を介して、ドレイン領域6に接続され、その上端は、下部電極13におけるその中心からワードラインWL1,WL2,・・・側と反対側(直線領域3Aの両端部の対向方向の外側)にずれた位置に接続されている。容量コンタクトプラグ18は、たとえば、W(タングステン)からなる。バリアメタル20は、たとえば、TiN(窒化チタン)からなる。
As shown in FIG. 3, each
また、第2層間絶縁膜17には、各強誘電体キャパシタ12の上部電極15とこれに対向するプレートラインPL1,PL2,・・・との間に、プレートビア21が埋設されている。具体的には、第2層間絶縁膜17には、平面視で容量コンタクトホール19と重なる位置に、プレートビアホール22が形成されている。プレートビアホール22は、第2層間絶縁膜17を貫通し、水素バリア膜16をさらに貫通して、その下端が上部電極15に達している。プレートビアホール22の側面ならびに上部電極15および水素バリア膜16におけるプレートビアホール22に臨む部分上には、バリアメタル23が形成されている。バリアメタル23は、たとえば、TiNからなる。プレートビア21は、バリアメタル23を介して、プレートビアホール22に埋設されている。これにより、プレートビア21の下端は、バリアメタル23を介して、上部電極15におけるその中心からワードラインWL1,WL2,・・・側と反対側にずれた位置に接続され、その上端は、プレートラインPL1,PL2,・・・に接続されている。
In the second
また、各ソース領域7の上方には、第1層間絶縁膜11を貫通するビットコンタクトホール24と、水素バリア膜16および第2層間絶縁膜17を連続して貫通するビットビアホール25とが互いに連通して形成されている。ビットコンタクトホール24の側面およびソース領域7におけるビットコンタクトホール24に臨む部分上には、バリアメタル20と同じ材料からなるバリアメタル26が形成されている。そして、バリアメタル26の内側には、容量コンタクトプラグ18と同じ材料からなるビットコンタクトプラグ27が埋設されている。これにより、ビットコンタクトプラグ27の下端は、バリアメタル26を介して、ソース領域7に接続されている。一方、ビットビアホール25の側面ならびに水素バリア膜16およびビットコンタクトプラグ27におけるビットビアホール25に臨む部分上には、バリアメタル23と同じ材料からなるバリアメタル28が形成されている。バリアメタル28の内側には、プレートビア21と同じ材料からなるビットビア29が埋設されている。ビットコンタクトプラグ27は、バリアメタル28およびビットビア29を介して、ビットラインBL1,BL2,・・・と電気的に接続されている。
In addition, above each source region 7, a
そして、アクティブ領域3の行方向の位置は、行方向に隣り合う2つのアクティブ領域3に形成されている4つのドレイン領域6に接続された容量コンタクトプラグ18を頂点とする四角形の中心に、ビットコンタクトプラグ27が配置されるように設定されている。
The position of the
ワードラインWL1,WL2,・・・への電圧の印加によりNMOS5がオンされた状態で、プレートラインPL1,PL2,・・・とビットラインBL1,BL2,・・・との間に電圧が印加されると、強誘電体キャパシタ12の強誘電体膜14に自発分極が生じる。これにより、データの書き込みが達成され、その分極状態が維持されることにより、データが保持される。データの読み出し時には、ワードラインWL1,WL2,・・・への電圧の印加によりNMOS5がオンされた状態で、プレートラインPL1,PL2,・・・とビットラインBL1,BL2,・・・との間にパルス電圧が印加される。このパルス電圧の印加により強誘電体膜14の分極方向が変わると、プレートラインPL1,PL2,・・・とビットラインBL1,BL2,・・・との間に電流が流れるので、その電流の有無により、論理信号「1」または「0」を得ることができる。
When the NMOS 5 is turned on by applying a voltage to the word lines WL1, WL2,..., A voltage is applied between the plate lines PL1, PL2,. Then, spontaneous polarization occurs in the
以上のように、FeRAM1では、複数のアクティブ領域3が行方向に複数並べて形成されている。各アクティブ領域3は、列方向に延びる直線領域3Aおよび直線領域3Aの列方向の中央において直線領域3Aと直交する直交領域3Bを有する平面視T字状をなしている。直線領域3Aの両端部には、P型の半導体層2の表層部に、N型のドレイン領域6が形成されている。直交領域3Bの端部には、半導体層2の表層部に、N型のソース領域7が形成されている。半導体層2上には、ゲート電極9が設けられている。ゲート電極9は、ドレイン領域6とソース領域7との間の領域に対向している。また、ドレイン領域6の上方には、下部電極13、強誘電体膜14および上部電極15を備える強誘電体キャパシタ12が形成されている。ドレイン領域6と下部電極13とは、容量コンタクトプラグ18を介して、電気的に接続されている。また、ソース領域7の上方には、ビットラインBL1,BL2,・・・が形成されている。ソース領域7とビットラインBL1,BL2,・・・とは、ビットコンタクトプラグ27を介して、電気的に接続されている。
As described above, in
そして、ビットコンタクトプラグ27は、行方向に隣り合う2つのアクティブ領域3に形成されている4つのドレイン領域6に接続された容量コンタクトプラグ18を頂点とする四角形の中心に配置されている。これにより、容量コンタクトプラグ18とビットコンタクトプラグ27との間にデザインルールで定められた最小距離を確保しつつ、列方向に並ぶ2つの容量コンタクトプラグ18の間の距離を小さくすることができる。その結果、セル面積を縮小することができる。また、平面視におけるビットコンタクトプラグ27と下部電極との間にデザインルールで定められた最小距離を確保しつつ、強誘電体キャパシタ12の面積を列方向に拡大することができる。その結果、キャパシタ面積を増大することができる。よって、デザインルールに従いつつ、セル面積に対するキャパシタ面積の割合の増大を図ることができる。
The
また、容量コンタクトプラグ18およびプレートビア21が平面視で重なる位置に形成されるので、容量コンタクトプラグ18の形成時のフォトリソグラフィ工程およびプレートビア21の形成時のフォトリソグラフィ工程に、同一のフォトマスク(レチクル)を用いることができる。
また、アクティブ領域3の直線領域3Aにおける直交領域3Bが形成された側の辺と反対側の辺には、凹部が形成されている。複数のアクティブ領域3を行方向に複数並べて形成する場合、互いに隣り合うアクティブ領域3は、直線領域3Aに形成された当該凹部と、直交領域3Bとが互いに対向するように配置される。このようにアクティブ領域3に凹部が形成されている場合、凹部が形成されていないアクティブ領域の場合と比較して、互いに隣り合うアクティブ領域3をより一層近づけて形成することができる。これにより、半導体装置1の集積度を、より一層向上できる。
Further, since the
Further, a concave portion is formed on the side opposite to the side where the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、その実施形態には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, various design changes can be made to the embodiment within the scope of the matters described in the claims.
たとえば、本発明は、FeRAMに限らず、常誘電体キャパシタを備えるDRAM(Dynamic Random Access Memory)に適用することもできる。 For example, the present invention can be applied not only to FeRAM but also to a DRAM (Dynamic Random Access Memory) including a paraelectric capacitor.
1 FeRAM
2 半導体層
3 アクティブ領域
3A 直線領域
3B 直交領域
4 素子分離部
6 ドレイン領域
7 ソース領域
9 ゲート電極
12 強誘電体キャパシタ
13 下部電極
14 強誘電体膜
15 上部電極
18 容量コンタクトプラグ
21 プレートビア
27 ビットコンタクトプラグ
BL1,BL2 ビットライン
PL1,PL2 プレートライン
WL1,WL2 ワードライン
1 FeRAM
Claims (1)
前記半導体層の表面に選択的に形成され、複数のアクティブ領域を互いに分離する素子分離部と、
各アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型の第1不純物領域と、
各アクティブ領域において、前記半導体層の表層部に前記第1不純物領域と間隔を空けて形成された第2導電型の第2不純物領域と、
前記半導体層上に形成され、前記第1不純物領域と前記第2不純物領域との間の領域に対向するゲート電極と、
前記第1不純物領域の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に介在された強誘電体膜と、
前記上部電極の上方に形成されたプレートラインと、
下端が前記上部電極に接続され、上端が前記プレートラインに接続されたプレートビアと、
前記プレートビアと平面視で重なる位置に形成され、かつ上端が前記下部電極に接続され、下端が前記第1不純物領域に接続された容量コンタクトプラグと、
前記第2不純物領域の上方に形成されたビットラインと、
下端が前記第2不純物領域に接続され、前記ビットラインと電気的に接続されたビットコンタクトプラグとを含み、
前記アクティブ領域は、所定方向に延びる直線領域および前記直線領域の前記所定方向の中央において前記直線領域と直交する直交領域を有する平面視T字状をなし、隣接する前記アクティブ領域同士が前記所定方向および前記所定方向に直交する方向のいずれにおいても互いにずれることがないように、前記所定方向と直交する方向に複数並べて形成され、
前記アクティブ領域の前記直線領域における前記直交領域が形成された側の辺と反対側の辺には、凹部が形成され、
前記第1不純物領域は、各アクティブ領域の前記直線領域の両端部にそれぞれ形成され、
前記第2不純物領域は、各アクティブ領域の前記直交領域の端部に形成され、
前記ビットコンタクトプラグは、前記所定方向と直交する方向に隣り合う2つのアクティブ領域に形成されている4つの前記第1不純物領域に接続された前記容量コンタクトプラグを頂点とする四角形の中心に配置されており、
前記下部電極、前記上部電極および前記強誘電体膜からなる強誘電体キャパシタを備え、
前記強誘電体キャパシタは、平面視五角形状をなしている、半導体装置。 A first conductivity type semiconductor layer;
An element isolation portion that is selectively formed on the surface of the semiconductor layer and isolates a plurality of active regions from each other;
In each active region, a first impurity region of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the semiconductor layer;
In each active region, a second impurity region of a second conductivity type formed in the surface layer portion of the semiconductor layer and spaced from the first impurity region;
A gate electrode formed on the semiconductor layer and facing a region between the first impurity region and the second impurity region;
A lower electrode formed above the first impurity region;
An upper electrode formed on the lower electrode;
A ferroelectric film interposed between the lower electrode and the upper electrode;
A plate line formed above the upper electrode;
A plate via having a lower end connected to the upper electrode and an upper end connected to the plate line;
A capacitor contact plug formed at a position overlapping the plate via in plan view, and having an upper end connected to the lower electrode and a lower end connected to the first impurity region;
A bit line formed above the second impurity region;
A bit contact plug having a lower end connected to the second impurity region and electrically connected to the bit line;
The active region has a T-shape in plan view having a linear region extending in a predetermined direction and an orthogonal region orthogonal to the linear region in the center of the linear region in the predetermined direction, and the adjacent active regions are in the predetermined direction And a plurality of them arranged in a direction orthogonal to the predetermined direction so as not to be shifted from each other in any of the directions orthogonal to the predetermined direction,
A concave portion is formed on the side opposite to the side on which the orthogonal region is formed in the linear region of the active region,
The first impurity regions are respectively formed at both ends of the linear region of each active region,
The second impurity region is formed at an end of the orthogonal region of each active region,
The bit contact plug is disposed at the center of a quadrangle having apexes of the capacitor contact plugs connected to the four first impurity regions formed in two active regions adjacent to each other in a direction orthogonal to the predetermined direction. and,
A ferroelectric capacitor comprising the lower electrode, the upper electrode and the ferroelectric film;
The ferroelectric capacitor is a semiconductor device having a pentagonal shape in plan view .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008323911A JP5452911B2 (en) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008323911A JP5452911B2 (en) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | Semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010147301A JP2010147301A (en) | 2010-07-01 |
JP5452911B2 true JP5452911B2 (en) | 2014-03-26 |
Family
ID=42567399
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008323911A Expired - Fee Related JP5452911B2 (en) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5452911B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6937201B2 (en) * | 2016-10-04 | 2021-09-22 | ローム株式会社 | Data holding device, non-volatile data holding device, data reading method |
KR20210091465A (en) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | 에스케이하이닉스 주식회사 | Semiconductor memory device having page buffer |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2738604B2 (en) * | 1990-06-26 | 1998-04-08 | シャープ株式会社 | Semiconductor storage device |
JP4840720B2 (en) * | 2005-10-06 | 2011-12-21 | セイコーエプソン株式会社 | Semiconductor memory device and electronic device |
-
2008
- 2008-12-19 JP JP2008323911A patent/JP5452911B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010147301A (en) | 2010-07-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5864058B2 (en) | Semiconductor device | |
KR102552464B1 (en) | Semiconductor device | |
JP2007266494A (en) | Semiconductor memory device | |
US20150070964A1 (en) | Semiconductor memory device and method of operating the same | |
US20100052021A1 (en) | Semiconductor memory device | |
KR100195845B1 (en) | Highly integrated semiconductor device having stepwise bit lines | |
CN116033743A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP6617394B2 (en) | Semiconductor device | |
US9893068B2 (en) | Method for manufacturing a semiconductor device | |
JP2009099767A (en) | Semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
JP5452911B2 (en) | Semiconductor device | |
US7064366B2 (en) | Ferroelectric memory devices having an expanded plate electrode | |
WO2014181789A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
US8129766B2 (en) | Semiconductor memory device comprising shifted contact plugs | |
JP5426155B2 (en) | Semiconductor device | |
KR20230046013A (en) | Semiconductor devices and manufacturing methods for the same | |
US20050087874A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US9472495B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2010123673A (en) | Semiconductor memory | |
JP2007234959A (en) | Non-volatile semiconductor memory device, and its manufacturing method | |
JP7272098B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
CN115223945B (en) | Method for manufacturing semiconductor structure, semiconductor structure and memory | |
US12035537B2 (en) | Interface film to mitigate size effect of memory device | |
JP2006086292A (en) | Semiconductor memory device and its manufacturing method | |
JP2007273664A (en) | Semiconductor memory and its manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20100630 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111214 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130802 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130815 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131010 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131031 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131204 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140106 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5452911 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |