JPH02254748A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH02254748A
JPH02254748A JP1076111A JP7611189A JPH02254748A JP H02254748 A JPH02254748 A JP H02254748A JP 1076111 A JP1076111 A JP 1076111A JP 7611189 A JP7611189 A JP 7611189A JP H02254748 A JPH02254748 A JP H02254748A
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JP
Japan
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capacitor
film
electrode
insulating film
semiconductor device
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Application number
JP1076111A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Kimura
木村 正一
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPH02254748A publication Critical patent/JPH02254748A/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors

Abstract

PURPOSE:To make it possible to form a stable capacitor, which is not affected by an electric field from a base element, by a method wherein a conductor layer grounded through an insulating film is formed under the capacitor using a ferroelectric film. CONSTITUTION:An insulating film 3, a first electrode 11, a ferroelectric thin film 12 and a second electrode 13 are formed on a semiconductor substrate 1, the film 3, the electrode 11 and the film 12, respectively: and the electrode 11, the film 12 and the electrode 13 are formed in the structure of a capacitor. Moreover, a conductor layer 8 having at least one grounded layer is formed in an insulating film 9 under the capacitor. In such a way, as the layer 8 grounded through the film 9 is formed under the capacitor, the capacitor is not affected by an electric field from a gate electrode, for example, under the layer 8 and the like and a stable capacitor characteristic is obtained without depending on the electric field from the gate electrode.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、強誘電体を用いた、不揮発性メモリに関し、
特にキャパシタに適用して有効な技術に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a nonvolatile memory using ferroelectric material,
In particular, it relates to techniques that are effective when applied to capacitors.

[従来の技術] 半導体不揮発性メモリとしては、絶縁ゲート中のトラッ
プまたは浮遊ゲートにシリコン基板からの電荷を注入す
ることにより、シリコン基板の表面ボランシャルが変調
される現象を用いた、MIS型トランジスタが、−eに
使用されており、EPROM (紫外線消去型不揮発性
メモリ)やEEFROM (電気的書き換え可能型不揮
発性メモノ)などとして実用化されている。しかしこれ
らの不揮発性メモリは、情報の書き換え電圧が、通常約
20V前後と高いなどの欠点を有する。電気的に分極が
反転可能である強誘電体を用いた、不揮発性メモリにつ
いては、書き込み電圧も、通常用いられている5■であ
り、また電源を切っても分極は保持されるため、理想的
な不揮発メモリとなる可能性を有する。
[Prior Art] As a semiconductor non-volatile memory, an MIS type transistor uses a phenomenon in which the surface voltage of a silicon substrate is modulated by injecting charge from a silicon substrate into a trap or a floating gate in an insulated gate. , -e, and has been put into practical use as EPROM (ultraviolet erasable nonvolatile memory) and EEFROM (electrically rewritable nonvolatile memory). However, these nonvolatile memories have drawbacks such as a high voltage for rewriting information, usually around 20V. For nonvolatile memories that use ferroelectric materials whose polarization can be electrically reversed, the write voltage is the commonly used 5μ, and the polarization is maintained even when the power is turned off, so it is not ideal. It has the potential to become a non-volatile memory.

[発明が解決しようとする課題] このような強誘電体を用いた不揮発性メモリの構造の一
つに第3図に代表される様な、キャパシタをトランジス
タの上に絶縁膜を介して積層する、いわゆるスタックド
型構造がある。この構造は、積層構造のため、■セルあ
たりの面積が少なくてすみ、非常に微細化、及び高集積
化が可能である。
[Problem to be solved by the invention] One of the structures of a nonvolatile memory using such a ferroelectric material is to stack a capacitor on top of a transistor with an insulating film interposed therebetween, as typified by FIG. There is a so-called stacked structure. Since this structure is a laminated structure, (1) the area per cell is small, and extremely miniaturization and high integration are possible.

しかし、この構造は、下層にあるトランジスタのゲート
電極と、その上の絶縁膜と、キャパシタの下部電極とが
寄生キャパシタ構造となっている。したがって本来のキ
ャパシタと寄生キャパシタが直列に容量結合しているこ
とになる。
However, in this structure, the gate electrode of the underlying transistor, the insulating film thereon, and the lower electrode of the capacitor form a parasitic capacitor structure. Therefore, the original capacitor and the parasitic capacitor are capacitively coupled in series.

ところが5前述の様に、強誘電体は、低い電圧(例^ば
強誘電体膜厚が5000人の時には2■程度)で分極し
てしまうため、下層にあるトランジスタのゲート電極の
電界により分極が生じ、分極の不拘−及び反転などが生
じ、誤動作を引き起こす。また将来微細化が進み、キャ
パシタとI・ランジスタ間の絶縁膜が薄膜化するにした
がい、前記効果が太き(なるので、微細化はは困難であ
るという問題点を有する。
However, as mentioned above, ferroelectric materials are polarized at low voltages (for example, about 2 cm when the ferroelectric film thickness is 5,000 layers), so they are polarized by the electric field of the gate electrode of the underlying transistor. occurs, resulting in polarization inconsistency and reversal, resulting in malfunction. Further, as miniaturization progresses in the future and the insulating film between the capacitor and the I/transistor becomes thinner, the above-mentioned effect will become thicker, making it difficult to miniaturize.

そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは、下層にあるトランジスタなどの
素子の電界の影響を受けない安定したキャパシタを提供
する所にある。
The present invention is intended to solve these problems, and its purpose is to provide a stable capacitor that is not affected by the electric field of elements such as transistors in the underlying layer.

[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置は。[Means to solve the problem] The semiconductor device of the present invention is:

(1)半導体基板上に絶縁膜が形成されており、前記絶
縁謹上に第11!極が形成されており、前記第11it
!1!上には強誘電体薄膜が形成されており、前記強誘
電体薄膜上には第2電極が形成されており、前記第1電
極及び前記強誘電体薄膜及び前記第2電極はキャパシタ
構造となっている半導体装置において、すくなくとも1
層の接地された導体層が、前記キャパシタの下の前記絶
縁膜中に形成されていることを特徴とする。
(1) An insulating film is formed on the semiconductor substrate, and the 11th! A pole is formed, and the 11th it
! 1! A ferroelectric thin film is formed on top, a second electrode is formed on the ferroelectric thin film, and the first electrode, the ferroelectric thin film, and the second electrode form a capacitor structure. At least one
A grounded conductor layer is formed in the insulating film below the capacitor.

(2)前記強誘電体薄膜の主成分が少なくともPb  
T  i  Oa  、  P  Z  T  (P 
 I)  T  i  Os  / P  b  Z 
 ro 3 ) 、P L Z T CL a / P
 b T i Os / P b Zr○、)のうちの
いずれかであることを特徴とする。
(2) The main component of the ferroelectric thin film is at least Pb.
T i Oa, P Z T (P
I) T i Os / P b Z
ro 3), P L Z T C L a / P
b T i Os / P b Zr○,).

(3)前記導体層は、ポリサイド膜から成ることを特徴
とする。
(3) The conductor layer is characterized by being made of a polycide film.

[実 施 例] 第1図は本発明の1実施例における半導体装置の断面図
である。また 第2図(a)〜第2図(b)+3その製造工程ごとの主
要断面図である。
[Embodiment] FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Further, FIGS. 2(a) to 2(b)+3 are main sectional views for each manufacturing process.

なお実施例の全区において、同一の機能を有するものに
は、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する
In all sections of the embodiment, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanations thereof will be omitted.

以下、第2図(a)〜第2図(c)に従い、説明してい
く、ここでは説明の都合上、Nチャネルトランジスタを
用いた例につき説明する。
The explanation will be made below with reference to FIGS. 2(a) to 2(c). Here, for convenience of explanation, an example using an N-channel transistor will be explained.

まず、第2図(a)の如く、例えばP型のSi基板lを
用いる。比抵抗は20ohm−cm程度が適当であろう
、それに素子分離用絶縁1!12を例^ばLOCOS法
により約6000人形成する。
First, as shown in FIG. 2(a), for example, a P-type Si substrate 1 is used. Appropriate resistivity is about 20 ohm-cm, and about 6,000 insulators for element isolation are formed using the LOCOS method, for example.

7はゲート膜であり、前記素子分離用絶縁膜2を形成後
、酸化雰囲気中で熱酸化させ形成する。例えば300人
程度が適当であろう、4はゲート電極となる、例λばポ
リSiであり、例えば4000人の膜厚で形成する。5
と6は、MO3I−ランジスクのソース、ドレインとな
るN型拡散層であり、例えば前記ゲート電極4を形成し
たあとに、イオン注入法により、リンを4X 10”c
m””注入することにより形成する。3は、前記Si基
板1に形成したMO5型トランジスタと分離するための
第1層間絶縁膜であり、化学気相成長法(CVD法)に
より例えば2000人の5iO=を形成する。
Reference numeral 7 denotes a gate film, which is formed by thermal oxidation in an oxidizing atmosphere after the element isolation insulating film 2 is formed. For example, about 300 layers may be appropriate. 4 is a gate electrode, for example λ, is made of poly-Si, and is formed to have a film thickness of 4000 layers, for example. 5
and 6 are N-type diffusion layers that become the source and drain of the MO3I-randisk. For example, after forming the gate electrode 4, 4×10"c of phosphorus is added by ion implantation.
It is formed by implanting m"". Reference numeral 3 denotes a first interlayer insulating film for separating it from the MO5 type transistor formed on the Si substrate 1, and a film of, for example, 2000 5iO= is formed by chemical vapor deposition (CVD).

次に第2図(b)の如く、前記第1層間絶縁膜3上の、
のちにキャパシタが形成される下に導体118を形成す
る0例えば、リンなどを5×10cm−”以上の高濃度
に不純物をイオン注入したポリSi膜でも良いが、メモ
リーセル以外(周辺の入・出力回路等)では、配線層と
しても用いられることが可能なので、抵抗値の低い、ポ
リサイド膿が最も良い。なおこの前記導体層8は、電源
の接地綿に接続する様に配線する。その後、前記導体層
8とのちに形成されるキャパシタとを分離するための第
2層間絶縁1!19を化学気相成長法で2000人形成
する。
Next, as shown in FIG. 2(b), on the first interlayer insulating film 3,
A conductor 118 is formed below where a capacitor will be formed later.For example, a poly-Si film ion-implanted with impurities such as phosphorus at a high concentration of 5 x 10 cm or more may be used, but For output circuits, etc.), polycide material is best because it has a low resistance value because it can also be used as a wiring layer.The conductor layer 8 is wired so as to be connected to the grounding wire of the power supply.After that, A second interlayer insulator 1!19 for separating the conductor layer 8 from a capacitor to be formed later is formed by 2,000 people by chemical vapor deposition.

次に第2図(C)の如く、前記ソース5と、キャパシタ
の11極とを接続するための接続穴(以下コンタクトホ
ール)10をフォト・エツチングの工程により、形成す
る0次にキャパシタの下部電極11として、例えばAL
を、スパッタ法により例えばILLm形成する。そして
フォト・エツチングの工程により、所定形のパターンを
形成する。
Next, as shown in FIG. 2(C), a connection hole (hereinafter referred to as a contact hole) 10 for connecting the source 5 and the 11 poles of the capacitor is formed by a photo-etching process. As the electrode 11, for example, AL
For example, ILLm is formed using a sputtering method. Then, a predetermined pattern is formed by a photo-etching process.

なお前記下部電極11の材質は、その後に形成する強誘
電体膜の結晶性に影響するため、例えば、ptを使用し
ても良い、また所定形のパターンの形成は1強誘電体膜
の形成後、あるいは、上部電極の形成後に一括して行な
っても良い。
Note that the material of the lower electrode 11 affects the crystallinity of the ferroelectric film to be formed subsequently, so for example, PT may be used. Also, formation of a predetermined pattern can be performed by forming one ferroelectric film. It may be performed after the formation of the upper electrode or all at once after the formation of the upper electrode.

次に強誘電体膜12を、例えばPbTi○。Next, the ferroelectric film 12 is made of, for example, PbTi◯.

を、例えばスパッタ法により5000人形成する。そし
て次に例えば、N2雰囲気中で550°Cで、1時間熱
処理をする0次に前記強誘電体膜12を、フォト・エツ
チングの工程により所定形のパターンに形成する0次に
上部電極13として、例えばALを1例えば5000人
、スパック法により形成し、フォト・エツチングの工程
により、所定形のパターンに形成する。
For example, 5,000 layers are formed using a sputtering method. Then, for example, the ferroelectric film 12 is heat-treated for 1 hour at 550° C. in a N2 atmosphere, and is formed into a predetermined pattern by a photo-etching process as the upper electrode 13. For example, 5,000 ALs are formed by the spacing method, and then formed into a predetermined pattern by a photo-etching process.

そして最後に、保111114として1例えばSiN膿
を、プラズマ化学気相成長法により形成し、第1図の様
な本発明の1実施例を得る。
Finally, a layer 111114 of SiN, for example, is formed by plasma chemical vapor deposition to obtain an embodiment of the present invention as shown in FIG.

なお本実施例では、強誘電体膜12として5Pb T 
i Oaを用いたが、PZT (PbTi Os /P
bZr0a )、PLZTなどを用いても良い。
In this example, 5PbT is used as the ferroelectric film 12.
iOa was used, but PZT (PbTiOs/P
bZr0a), PLZT, etc. may also be used.

この様に、キャパシタの下に絶縁膜を介して接地された
導体層を形成することにより、その下の例えばゲート電
極などからの電界の影響を受けなくなる(静電遮へい効
果)、シたがって、ゲート電極からの電界によらず、安
定したキャパシタ特性が得られ、しいては、ICチップ
の安定性が、良くなる。゛また。キャパシタと、トラン
ジスタ間の眉間絶縁膜が薄膜化するにしたがい、下のト
ランジスタの電界の影響が受けやすくなるが、本発明で
は、トランジスタと導体層、導体層と下部電極が短絡し
ない程度に薄膜化が可能なため、高さ方向の微細化が可
能である。
In this way, by forming a conductor layer that is grounded through an insulating film under the capacitor, it becomes unaffected by the electric field from the gate electrode, etc. underneath (electrostatic shielding effect), and therefore, Stable capacitor characteristics can be obtained regardless of the electric field from the gate electrode, thereby improving the stability of the IC chip.゛Again. As the insulating film between the capacitor and the transistor becomes thinner, it becomes more susceptible to the electric field of the transistor below. However, in the present invention, the film is thinned to the extent that the transistor and the conductor layer, and the conductor layer and the lower electrode are not short-circuited. Since this is possible, miniaturization in the height direction is possible.

また本実施例では、導体層をキャパシタの下すべてに形
成しているが、下の素子の電界を発する部分上に存在す
れば良いので、キャパシタの下すべてに必要ではない。
Further, in this embodiment, the conductor layer is formed entirely below the capacitor, but it is not necessary to exist entirely below the capacitor, as it only needs to be present on the portion of the underlying element that generates an electric field.

また本実施例では、強誘電体を用いたキャパシタの特性
の改善であるため、下地の構造に関しては、本実施例で
説明した構造ばかりでなく、CMO8構造、バイポーラ
トランジスタを用いた構造を用いても良いことは言うま
でもない。
Furthermore, since this example is about improving the characteristics of a capacitor using a ferroelectric material, the underlying structure is not limited to the structure explained in this example, but also a CMO8 structure and a structure using bipolar transistors. Needless to say, it's a good thing.

[発明の効果1 以上述べてきた様に、本発明の半導体装置によれば、強
誘電体膜を用いたキャパシタの下に絶縁膜を介して接地
された導体層を形成することにより、下地の素子の電界
の影響を受けない安定したキャパシタを作ることが可能
である。
[Effect of the Invention 1] As described above, according to the semiconductor device of the present invention, by forming a conductor layer grounded through an insulating film under a capacitor using a ferroelectric film, the underlying It is possible to create a stable capacitor that is not affected by the electric field of the device.

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

第1図は、本発明の半導体装置の一実施例を示す主要断
面図。 第2図(a)〜第2図(c)は、本発明の半導体装置の
製造方法の一列を工程順に説明するための主要断面図。 第3図は、従来の半導体装置を示す主要断面図。 l ・ ・ 2 ・ ・ 3 ・ ・ 4 ・ ・ 5 ・ ・ 6 ・ ・ 7 ・ ・ 8 ・ ・ Si基板 素子分離用絶縁膜 第1層間絶縁膜 ゲート電極 ソース ドレイン ゲート膿 導体層 第2層間絶縁膜 コンタクトホール 下部1f極 ・強誘電体膜 ・上部電極 ・保護膜 出願人 セイコーエプソン株式会社
FIG. 1 is a main sectional view showing an embodiment of a semiconductor device of the present invention. FIGS. 2(a) to 2(c) are main cross-sectional views for explaining one step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps. FIG. 3 is a main sectional view showing a conventional semiconductor device. l ・ ・ 2 ・ ・ 3 ・ ・ 4 ・ ・ 5 ・ ・ 6 ・ ・ 7 ・ ・ 8 ・ ・ Si substrate Insulating film for element isolation First interlayer insulating film Gate electrode Source Drain Gate Pus conductor layer Second interlayer insulating film Contact Hall lower 1f pole, ferroelectric film, upper electrode, protective film Applicant: Seiko Epson Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板上に絶縁膜が形成されており、前記絶
縁膜上に第1電極が形成されており、前記第1電極上に
は強誘電体薄膜が形成されており、前記強誘電体薄膜上
には第2電極が形成されており、前記第1電極及び前記
強誘電体薄膜及び前記第2電極はキャパシタ構造となっ
ている半導体装置において、すくなくとも1層の接地さ
れた導体層が、前記キャパシタの下の前記絶縁膜中に形
成されていることを特徴とする半導体装置。
(1) An insulating film is formed on a semiconductor substrate, a first electrode is formed on the insulating film, a ferroelectric thin film is formed on the first electrode, and the ferroelectric thin film is formed on the first electrode. A second electrode is formed on the thin film, and the first electrode, the ferroelectric thin film, and the second electrode have a capacitor structure. A semiconductor device, characterized in that the semiconductor device is formed in the insulating film below the capacitor.
(2)前記強誘電体薄膜の主成分が少なくともPbTi
O_3、PZT(PbTiO_3/PbZrO_3)、
PLZTCLa/PbTiO_3/PbZrO_3)の
うちのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の
半導体装置。
(2) The main component of the ferroelectric thin film is at least PbTi.
O_3, PZT (PbTiO_3/PbZrO_3),
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is one of PLZTCLa/PbTiO_3/PbZrO_3.
(3)前記導体層は、ポリサイド膜から成ることを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。
(3) The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductor layer is made of a polycide film.
JP1076111A 1989-03-28 1989-03-28 Semiconductor device Pending JPH02254748A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5396095A (en) * 1991-05-08 1995-03-07 U.S. Philips Corporation Method of manufacturing a semiconductor device comprising a capacitor with a ferroelectric dielectric, and semiconductor device comprising such a capacitor
KR100533517B1 (en) * 1999-02-15 2005-12-06 가시오게산키 가부시키가이샤 Semiconductor device

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