JPH03284817A - Ferroelectric capacitor - Google Patents

Ferroelectric capacitor

Info

Publication number
JPH03284817A
JPH03284817A JP19499390A JP19499390A JPH03284817A JP H03284817 A JPH03284817 A JP H03284817A JP 19499390 A JP19499390 A JP 19499390A JP 19499390 A JP19499390 A JP 19499390A JP H03284817 A JPH03284817 A JP H03284817A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ferroelectric
layer
electrode
electrodes
groove
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.)
Pending
Application number
JP19499390A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhide Abe
和秀 阿部
Hiroshi Toyoda
啓 豊田
Koji Yamakawa
晃司 山川
Motomasa Imai
今井 基真
Mitsuo Harada
光雄 原田
Yasushi Sakui
康司 作井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP19499390A priority Critical patent/JPH03284817A/en
Publication of JPH03284817A publication Critical patent/JPH03284817A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To accumulate large charges by a small area, to avoid the series connection of parasitic capacitance, and to enable excellent ferroelectricity even when a ferroelectric layer, a spontaneous polarization axis of which is directed only in the surface direction, is used by mounting first and second electrodes filled into mutually opposed groove sections along the thickness direction of the ferroelectric layer through a ferroelectric substance. CONSTITUTION:The insides of a pair of groove sections 15a, 15b are filled with first and second electrodes 16a, 16b, and a plurality of capacitors having structure in which a ferroelectric layer 14 section between the groove sections 15a, 15b is held by the electrodes 16a, 16b are arranged to the ferroelectric layer 14. According to the constitution, large charges can be accumulated by a small area. Parasitic capacitance resulting from a low dielectric constant layer unavoidably generated between the ferroelectric layer 14 and a foundation when the ferroelectric layer 14 is deposited is not connected in series with ferroelectric capacitance, and a ferroelectric capacitor having excellent ferroelectric characteristics is acquired. Excellent ferroelectricity is displayed even when a ferroelectric layer, a spontaneous polarization axis of which is directed only in the surface direction is employed owing to structure in which an electric field is applied along the surface direction of the ferroelectric layer 14.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は、強誘電体コンデンサに関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a ferroelectric capacitor.

(従来の技術) ダイナミックφランダム・アクセス中メモリ(DRAM
)を初めとする半導体集積回路において、大容量化、高
集積化が進行するに伴ってメモリ・セル中のコンデンサ
が占める面積の割合が大きくなってきている。このため
、例えば4MビットDRAMにおいてはメモリやセル内
のコンデンサとして半導体基板上に電極、誘電体層及び
電極を積層したスタック構造、同基板に溝を掘り、溝内
に薄い誘電体層を介して電極を埋め込んだトレンチ構造
などの3次元構造が採用されている。しかしながら、今
後更に集積化が進行することが予想されており、メモリ
・セルの構造はますます複雑になることが考えられる。
(Prior art) Dynamic φ random access memory (DRAM)
2. Description of the Related Art In semiconductor integrated circuits such as those shown in FIG. For this reason, for example, in a 4M bit DRAM, a stack structure in which an electrode, a dielectric layer, and an electrode are laminated on a semiconductor substrate is used as a capacitor in a memory or cell, and a groove is dug in the substrate and a thin dielectric layer is placed in the groove. A three-dimensional structure such as a trench structure with embedded electrodes is used. However, it is expected that integration will further progress in the future, and the structure of memory cells is likely to become more and more complex.

このようなことから、従来使用されているシリコンの酸
化物や窒化物の代わりに大きな誘電率を持つ強誘電体を
誘電体膜として用いることによりコンデンサの構造を簡
略化することが検討されている。例えば、典型的な強誘
電体であるジルコン酸チタン酸鉛(PZT)の比誘電率
は1000以上であり、原理的にブレーナ構造であって
も小さな面積で電荷を蓄積可能である。かかるブレーナ
構造の強誘電体コンデンサとしては、従来、第35図(
A)、(B)に示すものが知られている。即ち、図中の
301は、例えばp型のシリコン基板であり、該基板3
01の表面には素子領域を電気的に分離するためのフィ
ールド酸化膜302が形成されている。
For these reasons, it is being considered to simplify the structure of capacitors by using ferroelectric materials with a large dielectric constant as the dielectric film instead of the conventionally used silicon oxides and nitrides. . For example, the dielectric constant of lead zirconate titanate (PZT), which is a typical ferroelectric material, is 1000 or more, and in principle, it is possible to store charge in a small area even with a Brehner structure. Conventionally, a ferroelectric capacitor with such a Brener structure is shown in Fig. 35 (
Those shown in A) and (B) are known. That is, 301 in the figure is, for example, a p-type silicon substrate, and the substrate 3
A field oxide film 302 is formed on the surface of 01 to electrically isolate the element regions.

前記フィールド酸化膜302で囲まれた基板301の表
面には、n′″型のソース、ドレイン領域303.30
4が互いに電気的に分離して形成されている。
On the surface of the substrate 301 surrounded by the field oxide film 302, there are n''' type source and drain regions 303.30.
4 are formed electrically separated from each other.

これらソース、ドレイン領域303.304間のチャン
ネル領域を含む基板301上には、ゲート酸化膜305
を介して例えば多結晶シリコンからなるゲート電極30
6が形成されている。前記フィールド酸化膜302及び
ゲート電極306を含む基板301全面には、例えば5
in2からなる第1の層間絶縁膜307が被覆されてい
る。前記ソース、ドレイン領域303.304の一部に
対応する前記層間絶縁膜307には、コンタクトホール
30Bが開口されている。前記層間絶縁膜307上には
、前記ソース、ドレイン領域303.304と前記コン
タクトホール308を通して接続される多結晶シリコン
からなるソース電極(図示せず)、ドレイン電極309
がそれぞれ設けられている。前記ドレイン電極309の
他端には、面積の広い第1電極310aが形成されてい
る。前記ソース電極、ドレイン電極309を含む前記層
間絶縁膜307上には、例えばS i O2からなる第
2の層間絶縁膜311が被覆されている。この層間絶縁
膜311の前記第1電極310aに対応する部分には、
穴312が開口され、該穴312内にはPZT等からな
る強誘電体層313が充填されている。この強誘電体層
313を含む前記第2の層間絶縁膜311上には、面積
の広い第2電極310bが設けられ、かつ該第2電極3
10bには前記第2の該層間絶縁膜311上に配置され
る配線314が接続されている。
A gate oxide film 305 is formed on the substrate 301 including the channel region between these source and drain regions 303 and 304.
A gate electrode 30 made of polycrystalline silicon, for example,
6 is formed. The entire surface of the substrate 301, including the field oxide film 302 and the gate electrode 306, has a
A first interlayer insulating film 307 made of in2 is coated. A contact hole 30B is opened in the interlayer insulating film 307 corresponding to a part of the source and drain regions 303 and 304. On the interlayer insulating film 307, a source electrode (not shown) and a drain electrode 309 made of polycrystalline silicon are connected to the source and drain regions 303 and 304 through the contact hole 308.
are provided for each. A first electrode 310a having a large area is formed at the other end of the drain electrode 309. The interlayer insulating film 307 including the source electrode and drain electrode 309 is coated with a second interlayer insulating film 311 made of, for example, SiO2. In a portion of this interlayer insulating film 311 corresponding to the first electrode 310a,
A hole 312 is opened, and the hole 312 is filled with a ferroelectric layer 313 made of PZT or the like. A second electrode 310b having a large area is provided on the second interlayer insulating film 311 including the ferroelectric layer 313, and the second electrode 310b has a large area.
A wiring 314 disposed on the second interlayer insulating film 311 is connected to 10b.

ところで、強誘電体のコンデンサを用いて電気的に消去
可能な不揮発性のRAMを製造することが検討されてい
る。この強誘電体は、電界と分極の間にヒステリシス特
性をもつことを利用したもので、強誘電体コンデンサに
は電圧をゼロに戻しても印加した電圧の向きに応じた残
留分極が保持される。強誘電体に残留する電荷の向きを
“0゜と“1”に対応させることにより強誘電体コンデ
ンサにデジタル情報を記憶させることが可能となる。
By the way, it is being considered to manufacture electrically erasable nonvolatile RAM using ferroelectric capacitors. This ferroelectric material takes advantage of the fact that it has a hysteresis characteristic between the electric field and polarization, and even if the voltage is returned to zero, the ferroelectric capacitor retains residual polarization depending on the direction of the applied voltage. . By making the direction of the charge remaining in the ferroelectric material correspond to "0°" and "1", it becomes possible to store digital information in the ferroelectric capacitor.

前述した強誘電体を有するコンデンサにおいては、電界
Eと電気分極Pとの間に第33図、第34図に見られる
ような関係がある。即ち、第33図はキュリー温度以下
(強誘電相)、第34図はキュリー温度以上(常誘電相
)で観測されるE−P特性線である。第33図より前記
不揮発性のRAMでは、残留分極を示すキュリー温度以
下(強誘電相)の状態で使用される。また、第33図及
び第34図から電界がある程度以上に高くなるとそれ以
上分極Pは大きくならない、いわゆる分極の飽和現象が
見られる。このため、強誘電体コンデンサにおいては強
誘電体層を挟む電極間距離を小さくすることにより静電
容量を大きくし、これによって多(の電荷を蓄積すると
いう効果は期待できない。むしろ強誘電体の絶縁耐圧は
比較的低いことがら、電極間距離をシリコンの酸化物や
窒化物を用いた場合より短くしないことが望まれる。集
積回路に使用される電源電圧は、通常、5V〜3,3V
 、将来的には更に低くなることが予想されるが、強誘
電体コンデンサの電極間距離は前記理由から使用電圧と
強誘電体のしきい値電界(もしくは分極が飽和する電界
)、絶縁耐圧などから決定されるべきである。
In the capacitor having the above-mentioned ferroelectric material, there is a relationship between the electric field E and the electric polarization P as shown in FIGS. 33 and 34. That is, FIG. 33 shows an E-P characteristic line observed below the Curie temperature (ferroelectric phase), and FIG. 34 shows an E-P characteristic line observed above the Curie temperature (paraelectric phase). As can be seen from FIG. 33, the nonvolatile RAM is used in a state below the Curie temperature (ferroelectric phase) indicating residual polarization. Furthermore, from FIGS. 33 and 34, it is seen that when the electric field increases beyond a certain level, the polarization P does not increase any further, a so-called saturation phenomenon of polarization. For this reason, in a ferroelectric capacitor, the capacitance is increased by reducing the distance between the electrodes that sandwich the ferroelectric layer, and the effect of accumulating a large amount of charge cannot be expected. Since the dielectric strength voltage is relatively low, it is desirable that the distance between the electrodes is not shorter than when silicon oxide or nitride is used.The power supply voltage used for integrated circuits is usually 5V to 3.3V.
Although it is expected that the distance between the electrodes of a ferroelectric capacitor will become even lower in the future, for the reasons mentioned above, the distance between the electrodes of a ferroelectric capacitor depends on the operating voltage, the threshold electric field of the ferroelectric (or the electric field at which polarization saturates), the dielectric strength voltage, etc. It should be determined from

このように強誘電体コンデンサにおいては、電極間距離
を短(することは必ずしも得策ではない。
In this way, in a ferroelectric capacitor, it is not necessarily a good idea to shorten the distance between the electrodes.

強誘電体コンデンサに蓄積する電荷を多くするためには
、電極面積Aを大きくする必要がある。例えば、残留分
極P3が0.3C/ m 2である強誘電体を使用して
コンデンサを作製し、このコンデンサに300fCの電
荷Qを蓄積しようとすると、電極面積Aは1.0μm2
必要である。これは、前述した第35図のブレーナ型の
強誘電体コンデンサを適用した場合、メモリ・セルの面
積をこれ以上小さくすることができないことを意味し、
微細化には限界がある。
In order to increase the amount of charge accumulated in the ferroelectric capacitor, it is necessary to increase the electrode area A. For example, if a capacitor is made using a ferroelectric material with a residual polarization P3 of 0.3 C/m2 and a charge Q of 300 fC is to be stored in this capacitor, the electrode area A is 1.0 μm2.
is necessary. This means that when the Brehner type ferroelectric capacitor shown in FIG. 35 described above is applied, the area of the memory cell cannot be made any smaller.
There are limits to miniaturization.

また、前述した第35図のプレーナ型の強誘電体コンデ
ンサにおいては強誘電体層313のスパッタ蒸着等に際
し、該強誘電体層313と下地である第1電極310a
との界面に低誘電率i域層が不可避的に形成される。こ
のため、かかる強誘電体コンデンサは第36図に示す等
価回路となり、前記低誘電率1層に起因する寄生コンデ
ンサC゛が強誘電体コンデンサCに直列に接続される。
In addition, in the planar type ferroelectric capacitor shown in FIG. 35 described above, when sputtering the ferroelectric layer 313, the ferroelectric layer 313 and the first electrode 310a, which is the base, are removed.
A low dielectric constant i region layer is inevitably formed at the interface. Therefore, such a ferroelectric capacitor has an equivalent circuit shown in FIG. 36, in which a parasitic capacitor C' caused by the single low dielectric constant layer is connected in series with the ferroelectric capacitor C.

その結果、トータル的な強誘電特性を低下させるという
開局があった。
As a result, the overall ferroelectric properties were reduced.

更に、ある種の強誘電体では決まった結晶軸に対しての
み自発分極を持つ。このため、結晶の自発分極軸が面方
向に向いた強誘電体層が形成される場合がある。かかる
強誘電体層を用いて前述した第35図のようなブレーナ
型のコンデンサを構成すると、電極310a、 310
b間方向に強誘電体層313の自発分極が向かないため
、強誘電性を示さないという問題がある。
Furthermore, some ferroelectric materials have spontaneous polarization only with respect to fixed crystal axes. Therefore, a ferroelectric layer may be formed in which the spontaneous polarization axis of the crystal is oriented in the in-plane direction. When such a ferroelectric layer is used to construct a Brehner type capacitor as shown in FIG. 35, the electrodes 310a, 310
Since the spontaneous polarization of the ferroelectric layer 313 is not directed in the direction between b, there is a problem that it does not exhibit ferroelectricity.

(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、小さい面積で大きな電荷が蓄積でき、高密度化
が可能で、かつ寄生容量の直列接続を回避して強誘電性
を維持し、更に自発分極軸が面方向にのみ向いている強
誘電体層を使用しても良好な強誘電性を示す強誘電体コ
ンデンサを提供しようとするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the conventional art. The present invention aims to provide a ferroelectric capacitor that maintains ferroelectricity by avoiding this, and also exhibits good ferroelectricity even when using a ferroelectric layer in which the axis of spontaneous polarization is oriented only in the plane direction. be.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、基板上に設けられた強誘電体層と、この強誘
電体層に開口され、該強誘電体層の厚さ方向に沿い互い
に強誘電体を介して対向するように形成される電極が充
填される溝部と、この溝部内で前記強誘電体を介して対
向するように充填された第1、第2の電極とを具備した
ことを特徴とする強誘電体コンデンサである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention includes a ferroelectric layer provided on a substrate, and an opening formed in the ferroelectric layer along the thickness direction of the ferroelectric layer. A groove filled with electrodes formed to face each other with a ferroelectric material in between, and first and second electrodes filled in the trench so as to face each other with the ferroelectric material in between. This is a ferroelectric capacitor that is characterized by:

上記基板としては、例えばシリコン基板等を挙げること
ができる。
Examples of the substrate include a silicon substrate.

上記強誘電体のうち、キュリー温度が室温より十分高い
強誘電体(室温で強誘電相の強誘電体)は不揮発性の強
誘電体メモリの記録媒体として使用でき、キュリー温度
がそれより低い強誘電体(常誘電相の強誘電体)はDR
AMのメモリ・セル用コンデンサとして使用できる。代
表的な強誘電体としてジルコン酸チタン酸鉛(PZT)
が挙げられる。
Among the ferroelectrics mentioned above, ferroelectrics whose Curie temperature is sufficiently higher than room temperature (ferroelectrics in a ferroelectric phase at room temperature) can be used as recording media for nonvolatile ferroelectric memories, and ferroelectrics whose Curie temperature is lower than The dielectric (ferroelectric in the paraelectric phase) is DR
Can be used as a capacitor for AM memory cells. Lead zirconate titanate (PZT) is a typical ferroelectric material.
can be mentioned.

上記電極としては、例えばアルミニウム、多結晶シリコ
ン、タングステン、白金、金等を挙げることができる。
Examples of the electrode include aluminum, polycrystalline silicon, tungsten, platinum, and gold.

上記強誘電体層の厚さ方向に沿う互いに対向する二つ面
を少なくとも露出させるための溝部としては、誘電体層
に互いに一定の距離をあけて平行して開口された柱状を
なす2つの溝部、又は枠状の溝部が挙げられる。後者の
溝部を誘電体層に開口した場合には、溝部内に厚さ方向
に4つの側面を有する柱状物が形成される。
The grooves for exposing at least the two surfaces facing each other along the thickness direction of the ferroelectric layer include two columnar grooves that are opened parallel to each other at a certain distance from each other in the dielectric layer. , or a frame-shaped groove. When the latter groove is opened in the dielectric layer, a columnar object having four side surfaces in the thickness direction is formed within the groove.

また、本発明に係わる強誘電体コンデンサでは前記第1
、第2の電極を前記溝部内に前記強誘電体の厚さ方向に
沿う互いに対向する接触部以外は絶縁材を介在して充填
した構造を有する。
Further, in the ferroelectric capacitor according to the present invention, the first
, has a structure in which the second electrode is filled in the groove portion with an insulating material interposed therebetween except for the contact portions facing each other along the thickness direction of the ferroelectric material.

上記絶縁材としては、例えばシリコン酸化物、シリコン
窒化物、アルミナ、マグネシア等の低誘電率絶縁材料を
挙げることができる。
Examples of the insulating material include low dielectric constant insulating materials such as silicon oxide, silicon nitride, alumina, and magnesia.

更に、本発明に係わる強誘電体コンデンサでは第1、第
2の電極と外部の配線等との接続により以下に示す形態
のものが挙げられる。
Further, the ferroelectric capacitor according to the present invention may have the following configurations depending on the connection between the first and second electrodes and external wiring.

■、半導体基板上に低誘電率絶縁層を介して設けられた
強誘電体層と、この強誘電体層に開口され、該強誘電体
層の厚さ方向に沿い互いに強誘電体を介して対向する柱
状の溝部と、これら溝部内に前記強誘電体層を介して対
向するように充填された第1、第2の電極とを具備し、
前記溝部のうち一方の溝部底部を前記基板表面に形成さ
れた拡散層まで到達させ、該溝部内に充填した第1電極
を該拡散層に接続し、かつ他方の溝部内に充填された第
2電極を前記強誘電体層の表面側に配置した配線に接続
した強誘電体コンデンサ。
(2) A ferroelectric layer provided on a semiconductor substrate with a low dielectric constant insulating layer interposed therebetween; comprising opposing columnar grooves, and first and second electrodes filled in these grooves so as to face each other with the ferroelectric layer interposed therebetween;
The bottom of one of the grooves reaches a diffusion layer formed on the surface of the substrate, a first electrode filled in the groove is connected to the diffusion layer, and a second electrode filled in the other groove is connected to the diffusion layer. A ferroelectric capacitor in which an electrode is connected to wiring arranged on the surface side of the ferroelectric layer.

■、半導体基板上に低誘電率絶縁層を介して設けられた
強誘電体層と、この強誘電体層に開口され、該強誘電体
層の厚さ方向に沿い互いに強誘電体層を介して対向する
柱状の溝部と、この溝部内に前記強誘電体を介して対向
するように充填された第1、第2の電極とを具備し、前
記溝部のうち一方の溝部底部を前記基板と前記低誘電率
絶縁層の間に位置し該基板の拡散層と接続された配線ま
で到達させ、該溝部内に充填した第1電極を該配線に接
続し、他方の溝部に充填された第2電極を前記強誘電体
層の表面側に配置した配線に接続した強誘電体コンデン
サ。
(2) A ferroelectric layer provided on a semiconductor substrate with a low dielectric constant insulating layer interposed therebetween; and first and second electrodes filled in the groove so as to face each other with the ferroelectric material in between, the bottom of one of the grooves being connected to the substrate. A first electrode, which is located between the low dielectric constant insulating layers and connected to a diffusion layer of the substrate, is connected to the wiring, and a second electrode, which is filled in the other groove, is connected to the wiring. A ferroelectric capacitor in which an electrode is connected to wiring arranged on the surface side of the ferroelectric layer.

前記■、■の構成ににおいて、前記他方の溝部底部を前
記低誘電率絶縁層に位置させ、該溝部内に充填された第
2電極の底面を該低誘電率絶縁層で絶縁した強誘電体コ
ンデンサ。
In the configurations (1) and (2) above, the bottom of the other groove is located in the low dielectric constant insulating layer, and the bottom surface of the second electrode filled in the groove is insulated with the low dielectric constant insulating layer. capacitor.

■、半導体基板上に低誘電率絶縁層を介して設けられた
強誘電体層と、この強誘電体層に開口され、該強誘電体
層の厚さ方向に沿い互いに強誘電体層を介して対向する
柱状の溝部と、これら溝部内に前記強誘電体を介して対
向するように充填された第11第2の電極とを具備し、
前記溝部のうち一方の溝部の底部を前記基板に形成され
た拡散層まで到達させ、該溝部内に充填した第1電極を
該拡散層に接続し、かつ他方の溝部底部を前記基板と前
記低誘電率絶縁層の間に配置された配線まで到達させ、
該溝部内に充填された第2電極を該配線に接続した強誘
電体コンデンサ。
(2) A ferroelectric layer provided on a semiconductor substrate with a low dielectric constant insulating layer interposed therebetween; comprising columnar grooves facing each other, and eleventh and second electrodes filled in these grooves so as to face each other with the ferroelectric material interposed therebetween;
The bottom of one of the grooves reaches the diffusion layer formed on the substrate, the first electrode filled in the groove is connected to the diffusion layer, and the bottom of the other groove is connected to the substrate and the diffusion layer. It reaches the wiring placed between the dielectric constant insulating layers,
A ferroelectric capacitor in which a second electrode filled in the groove is connected to the wiring.

■、前記■〜■の構成において、前記強誘電体層の表面
に別の低誘電率絶縁層を被覆し、該低誘電率絶縁層を通
して該強誘電体層に厚さ方向に沿い互いに強誘電体層を
介して対向する柱状の溝部を開口し、これら溝部内に第
1、第2の電極をその上端側が前記低誘電率絶縁層から
突出するように充填した強誘電体コンデンサ。
(2) In the configurations (2) to (3) above, the surface of the ferroelectric layer is coated with another low dielectric constant insulating layer, and the ferroelectric layer is mutually ferroelectrically connected in the thickness direction through the low dielectric constant insulating layer. A ferroelectric capacitor in which columnar grooves facing each other with a body layer in between are opened, and first and second electrodes are filled in these grooves so that their upper ends protrude from the low dielectric constant insulating layer.

■、半導体基板上に低誘電率絶縁層を介して設けられた
強誘電体層と、この強誘電体層に開口され、該強誘電体
層の厚さ方向に沿い互いに強誘電体層を介して対向する
複数の柱状の溝部と、これら溝部内に前記強誘電体を介
して対向するように充填された第1、第2の電極とを具
備し、隣接する前記第1電極間に前記第2電極が介在さ
れるように前記第1、第2の電極を配置し、かつ各第1
電極が充填された溝部底部を前記基板に形成された拡散
層まで到達させて各第1電極を拡散層にそれぞれ接続し
、各第2電極を前記強誘電体層の表面側に配置した配線
に共通接続したことを特徴とする強誘電体コンデンサ。
(2) A ferroelectric layer provided on a semiconductor substrate with a low dielectric constant insulating layer interposed therebetween; a plurality of columnar grooves facing each other, and first and second electrodes filled in these grooves so as to face each other with the ferroelectric material interposed therebetween; The first and second electrodes are arranged so that two electrodes are interposed therebetween, and each first
The bottom of the groove filled with electrodes is made to reach the diffusion layer formed on the substrate, each first electrode is connected to the diffusion layer, and each second electrode is connected to a wiring arranged on the surface side of the ferroelectric layer. A ferroelectric capacitor characterized by common connection.

■、半導体基板上に低誘電率絶縁層を介して設けらた強
誘電体層と、この強誘電体層に開口され、該強誘電体層
の厚さ方向に沿い互いに強誘電体層を介して対向する複
数の柱状の溝部と、これら溝部内に前記強誘電体を介し
て対向するように充填された第1、第2の電極とを具備
し、隣接する前記第1電極間に前記第2電極が介在され
るように前記第1、第2の電極を配置し、かつ各第1電
極が充填された溝部底部を前記基板に形成された拡散層
まで到達させて各第1電極を拡散層にそれぞれ接続し、
各第2電極が充填された溝部底部を前記半導体基板と前
記低誘電率絶縁層の間に配置された配線まで到達させ、
各第2電極を該配線に共通接続した強誘電体コンデンサ
(2) A ferroelectric layer provided on a semiconductor substrate with a low dielectric constant insulating layer interposed therebetween; a plurality of columnar grooves facing each other, and first and second electrodes filled in these grooves so as to face each other with the ferroelectric material interposed therebetween; The first and second electrodes are arranged so that two electrodes are interposed therebetween, and the bottom of the groove filled with each first electrode is made to reach a diffusion layer formed on the substrate to diffuse each first electrode. Connect to each layer,
allowing the bottom of the groove filled with each second electrode to reach the wiring disposed between the semiconductor substrate and the low dielectric constant insulating layer;
A ferroelectric capacitor in which each second electrode is commonly connected to the wiring.

前記■〜■で用いられる低誘電率絶縁層としては、例え
ばMgO等を挙げることができる。
Examples of the low dielectric constant insulating layer used in items (1) to (4) above include MgO.

(作用) 本発明によれば、基板上に設けられた強誘電体層と、こ
の強誘電体層に開口され、例えば該強誘電体層の厚さ方
向に沿う互いに対向する二つの面を少なくとも露出させ
るための溝部と、これら溝部内に前記強誘電体の露出し
た二つの面に接触するように充填された第1、第2の電
極とを具備した構造とすることによって、小さい面積で
大きな電荷が蓄積することが可能な強誘電体コンデンサ
を得ることができる。
(Function) According to the present invention, a ferroelectric layer provided on a substrate and an opening in the ferroelectric layer, for example, at least two surfaces facing each other along the thickness direction of the ferroelectric layer, are provided. By adopting a structure that includes grooves for exposure and first and second electrodes filled in these grooves so as to contact the two exposed surfaces of the ferroelectric material, a large A ferroelectric capacitor capable of storing charge can be obtained.

例えば、残留分極が0.3C/m2である強誘電体層を
有するコンデンサを作製し、300fCの電荷か蓄積さ
れるコンデンサを設計することを想定する。この場合、
コンデンサの電極面積はl、0μm2必要である。かか
る電極面積を従来のように強誘電体層の上下を電極で挟
むプレーナ構造で実現するには、例えばi、ox  t
、oμmの面積の電極を形成する必要があり、コンデン
サは同様な1、OX  1.0μmの面積を占有する。
For example, it is assumed that a capacitor having a ferroelectric layer with a residual polarization of 0.3 C/m2 is manufactured and a capacitor that stores a charge of 300 fC is designed. in this case,
The electrode area of the capacitor is required to be 1,0 μm2. In order to realize such an electrode area with a conventional planar structure in which the upper and lower sides of the ferroelectric layer are sandwiched between electrodes, for example, i, ox t
, oμm in area, and the capacitor occupies a similar area of 1, OX 1.0μm.

これに対し、本発明に係わる強誘電体コンデンサにおい
ては例えば第4図に示すように基板1上に厚さ 2μm
の強誘電体層2を形成し、この強誘電体層2に開口面積
が0 、5 ×0 、2 μm %深さが2.0μmの
2つの溝部3a、 3bを0,1μm間隔で形成し、こ
れら溝部3a、3bに金属を充填して第1、第2電極4
a、4bとすると、実効的な電極面積は1.0μm2と
なる。
On the other hand, in the ferroelectric capacitor according to the present invention, for example, as shown in FIG.
A ferroelectric layer 2 is formed, and in this ferroelectric layer 2, two grooves 3a and 3b with an opening area of 0, 5 × 0, 2 μm and a depth of 2.0 μm are formed at an interval of 0.1 μm. , these grooves 3a and 3b are filled with metal to form the first and second electrodes 4.
a, 4b, the effective electrode area is 1.0 μm2.

かかる構造を採用することによりコンデンサの占有面積
は、0.5X  O,5μmになるため、前記従来のブ
レーナ構造と同等の電極面積を持つコンデンサの1/4
の有面積に抑えることが可能となる。
By adopting such a structure, the area occupied by the capacitor becomes 0.5×O, 5 μm, which is 1/4th of that of a capacitor having the same electrode area as the conventional brainer structure.
This makes it possible to keep the area within a certain area.

また、基板上の強誘電体層に溝部を開口し、該強誘電体
層の厚さ方向に沿う互いに対向する二つの面を少なくと
も露出させ、これら溝部内に前記強誘電体の露出した二
つの面に接触するように第1、第2の電極を充填するこ
とによって、前記強誘電体層の堆積時に該強誘電体層と
下地の間に不可避的に生じる低誘電率I層に起因する寄
生容:・−7量は強誘電体容量に直列に接続されず、並
列的に接続されるため、強誘電特性の優れた強誘電体コ
ンデンサを得ることができる。
Further, a groove is opened in the ferroelectric layer on the substrate to expose at least two surfaces facing each other along the thickness direction of the ferroelectric layer, and the two exposed surfaces of the ferroelectric are formed in the groove. By filling the first and second electrodes so as to be in contact with the surface, parasitic effects caused by the low dielectric constant I layer that inevitably occur between the ferroelectric layer and the underlayer during deposition of the ferroelectric layer can be avoided. Since the capacitance: -7 is not connected in series with the ferroelectric capacitor but in parallel, a ferroelectric capacitor with excellent ferroelectric properties can be obtained.

更に、本発明によれば強誘電体層の面方向に沿って電界
を加える構造であるため、自発分極軸が面方向にのみ向
いている強誘電体層を使用しても、良好な強誘電性を示
す強誘電体コンデンサを実現できる。
Furthermore, according to the present invention, since the structure is such that an electric field is applied along the plane direction of the ferroelectric layer, even if a ferroelectric layer whose spontaneous polarization axis is oriented only in the plane direction is used, a good ferroelectric property can be obtained. It is possible to realize a ferroelectric capacitor that exhibits high properties.

更に、溝部内に第1、第2の電極を低誘電率の絶縁膜を
介して充填する構造とすることによって、該絶縁膜でコ
ンデンサ間、コンデンサと配線間の電気的な分離が可能
となるため、誤動作が少なく、しかも浮遊容量に起因す
る遅延時間を小さい多数のコンデンサを同一基板上に配
列、集積化したコンデンサ・アレイを実現できる。これ
は、電極の上面を除く側面及び底面が絶縁膜中に埋め込
まれるため、絶縁膜上の領域を配線領域として利用でき
ることである。この場合、コンデンサの第1又は第2の
電極が絶縁膜上に引出され、同様にして引出された別の
コンデンサの電極との共通電極となる配線を形成するこ
とが可能となる。
Furthermore, by filling the trench with the first and second electrodes via an insulating film with a low dielectric constant, the insulating film can electrically isolate the capacitors and between the capacitor and the wiring. Therefore, it is possible to realize a capacitor array in which a large number of capacitors are arranged and integrated on the same substrate with fewer malfunctions and a smaller delay time due to stray capacitance. This is because the side surfaces and bottom surface of the electrode except for the top surface are embedded in the insulating film, so the area on the insulating film can be used as a wiring area. In this case, the first or second electrode of the capacitor is drawn out onto the insulating film, and it becomes possible to form a wiring serving as a common electrode with the electrode of another capacitor drawn out in the same way.

更に、前述した■〜■で説明したように第1、第2の電
極のうち、第1電極を半導体基板に形成した拡散層に直
接もしくは配線を介して接続し、第2電極を前記強誘電
体層の上部側に配置された配線、又は基板と低誘電率絶
縁層の間に配置した配線に接続した構造とすることによ
って、以下に列挙する種々の優れた特性を発揮できる。
Furthermore, as explained in the above-mentioned sections 1 to 2, the first electrode of the first and second electrodes is connected directly or via wiring to the diffusion layer formed on the semiconductor substrate, and the second electrode is connected to the ferroelectric Various excellent characteristics listed below can be exhibited by forming a structure in which the structure is connected to a wiring placed on the upper side of the body layer or a wiring placed between the substrate and the low dielectric constant insulating layer.

(1)同一基板上に多数のコンデンサを配列した高集積
度のDRAMや強誘電体メモリを実現できる。即ち、D
RAMや強誘電体メモリではマトリックス状にメモリψ
セルが配列されている。各メモリ・セルは、通常1ない
し2個のコンデンサと、シリコン基板上に形成された1
ないし2個のトランジスタから構成されている。コンデ
ンサの第1電極はシリコン基板上のトランジスタに接続
され、第2電極は共通電極として接続される。かかる構
造において、第1電極をトランジスタを介してビット線
に接続し、第2電極をプレート線(電極)に接続し、特
定のワード線、ビット線を選択することによって、特定
のメモリ・セルをアクセスすることができる。
(1) Highly integrated DRAM and ferroelectric memory in which a large number of capacitors are arranged on the same substrate can be realized. That is, D
In RAM and ferroelectric memory, memory ψ is arranged in a matrix.
Cells are arranged. Each memory cell typically includes one or two capacitors and one memory cell formed on a silicon substrate.
It is composed of one or two transistors. A first electrode of the capacitor is connected to a transistor on a silicon substrate, and a second electrode is connected as a common electrode. In such a structure, a first electrode is connected to a bit line via a transistor, a second electrode is connected to a plate line (electrode), and a specific word line or bit line is selected to control a specific memory cell. can be accessed.

(2)前述した■〜■の強誘電体コンデンサにおいては
、第1電極を半導体基板の拡散層(トランジスタのソー
ス又はドレイン)に接続することによって、強誘電体層
表面での配線形成を省略できると共に、配線長さを短く
できる。また、第2電極は強誘電体層の上部側または基
板と低誘電率絶縁層の間の配線から取出され、幾つかの
コンデンサの第2電極と共に共通に接続される。共通の
配線に接続される第2電極は、同一行や同一列にのみ配
列されたコンデンサでもよく、配列された全てのコンデ
ンサでもよい。前者の配線構造では、第2電極に接続さ
れた共通配線を例えば強誘電体メモリのプレート線とし
て使用できる。後者の配線構造では第2電極に接続され
た共通配線を例えばDRAMのプレート電極として使用
できる。従って、これらの配線構造を採用することによ
って強誘電体コンデンサを有するメモリ・セルが集積さ
れた高集積度のDRAMや強誘電体メモリを実現できる
(2) In the ferroelectric capacitors of ■ to ■ mentioned above, wiring formation on the surface of the ferroelectric layer can be omitted by connecting the first electrode to the diffusion layer (source or drain of the transistor) of the semiconductor substrate. At the same time, the wiring length can be shortened. Further, the second electrode is taken out from the upper side of the ferroelectric layer or from the wiring between the substrate and the low dielectric constant insulating layer, and is commonly connected with the second electrodes of several capacitors. The second electrodes connected to the common wiring may be capacitors arranged only in the same row or column, or may be all the capacitors arranged. In the former wiring structure, the common wiring connected to the second electrode can be used, for example, as a plate line of a ferroelectric memory. In the latter wiring structure, the common wiring connected to the second electrode can be used, for example, as a plate electrode of a DRAM. Therefore, by employing these wiring structures, highly integrated DRAMs and ferroelectric memories in which memory cells having ferroelectric capacitors are integrated can be realized.

(3)低誘電率絶縁層を第2電極が充填される溝部形成
に際してのストッパとして作用させることこよって、1
回のエツチング工程により深さの異なる溝部を形成する
ことが可能となるため、電極形成のための金属等の蒸着
を1回で済ますことかでき、工程の簡略化を図ることが
できる。
(3) By making the low dielectric constant insulating layer act as a stopper when forming the groove portion filled with the second electrode, 1
Since grooves having different depths can be formed through multiple etching steps, the deposition of metal, etc. for electrode formation can be completed in one step, and the process can be simplified.

(4)強誘電体層の下面や上面に第1、第2の電極と接
続される配線を設けたり、前記電極の上端を強誘電体か
ら突出させると共に該電極自体で配線をも形成して強誘
電体上を横切らせたり、或いは電極上端が強誘電体層上
に被って加工されると、配線等を通して強誘電体層に電
圧を印加した場合、電極近傍の強誘電体層の面に被る配
線等の箇所で電界集中を生じる。かかる場合、強誘電体
層の下面側や、上面側に低誘電率絶縁層の配置すること
によって、前記電界集中を回避できる。
(4) Wiring connected to the first and second electrodes may be provided on the lower or upper surface of the ferroelectric layer, or the upper end of the electrode may be made to protrude from the ferroelectric material, and the electrode itself may also form wiring. If the electrode is processed to cross over the ferroelectric material, or if the upper end of the electrode is processed to cover the ferroelectric layer, when a voltage is applied to the ferroelectric layer through wiring, etc., the surface of the ferroelectric layer near the electrode may Electric field concentration occurs at locations such as overlying wiring. In such a case, the electric field concentration can be avoided by arranging a low dielectric constant insulating layer on the lower surface side or the upper surface side of the ferroelectric layer.

(5)前述した■、■のように第1、第2の電極を複数
の溝部内に交互に充填し、かつ各第1電極が充填された
溝部底部を前記基板に形成された拡散層まで到達させて
各第1電極を拡散層にそれぞれ接続し、各第2電極を前
記強誘電体層の表面側に配置した配線や基板と低誘電率
絶縁層の間に配置された配線に共通接続することによっ
て、例えば第1電極に対して第2電極を少なくとも2つ
対向配置できるため、第1電極に対して少なくとも2つ
の容量がぶらさがった強誘電体コンデンサが得られる。
(5) Fill the plurality of grooves with the first and second electrodes alternately as described in ■ and ■ above, and extend the bottom of the groove filled with each first electrode to the diffusion layer formed on the substrate. Each of the first electrodes is connected to the diffusion layer, and each of the second electrodes is commonly connected to the wiring arranged on the surface side of the ferroelectric layer or the wiring arranged between the substrate and the low dielectric constant insulating layer. By doing so, for example, at least two second electrodes can be arranged opposite to the first electrode, so that a ferroelectric capacitor in which at least two capacitors are suspended from the first electrode can be obtained.

また、第1電極間でのクロストークもそれらの電極間に
配置された第2電極によって抑制できる。その結果、コ
ンパクトで高密度かつ高信頼性の強誘電体コンデンサを
有する強誘電体メモリを実現できる。
Further, crosstalk between the first electrodes can also be suppressed by the second electrode arranged between those electrodes. As a result, a ferroelectric memory having a compact, high-density, and highly reliable ferroelectric capacitor can be realized.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施例1 第1図(A)は、本実施例1の強誘電体コンデンサ・ア
レイを示す平面図、同図(B)は同図(A)のB−B線
に沿う断面図である。図中の11は、シリコン基板であ
り、該基板11表面には例えば熱酸化により成長された
シリコン酸化膜12が被覆されている。このシリコン酸
化膜12上には、例えばCVD法により堆積された厚さ
5000人の低誘電率絶縁層であるMgOからなるバッ
ファ層13が被覆されている。このバッファ層13は、
プロセス中に後述する強誘電体層のpb等が基板ll側
に拡散、反応するのを抑制する作用を有する。前記バッ
ファ層13上には、例えばRFスパッタリングにより厚
さ 2μmのジルコン酸チタン酸鉛からなる強誘電体層
14が被覆されている。このジルコン酸チタン酸鉛は、
P b (Z r 0.52T L O,4g) Os
の組成をもつセラミックス・ターゲットを用いて600
℃でRFスパッタリングを行なったものが用いられる。
Example 1 FIG. 1(A) is a plan view showing a ferroelectric capacitor array of Example 1, and FIG. 1(B) is a sectional view taken along line BB in FIG. 1(A). 11 in the figure is a silicon substrate, and the surface of the substrate 11 is covered with a silicon oxide film 12 grown by, for example, thermal oxidation. This silicon oxide film 12 is covered with a buffer layer 13 made of MgO, which is a low dielectric constant insulating layer deposited, for example, by the CVD method and has a thickness of 5,000 nm. This buffer layer 13 is
It has the effect of suppressing the diffusion and reaction of PB of the ferroelectric layer, which will be described later, toward the substrate 11 during the process. A ferroelectric layer 14 made of lead zirconate titanate and having a thickness of 2 μm is coated on the buffer layer 13 by, for example, RF sputtering. This lead zirconate titanate is
P b (Z r 0.52T L O, 4g) Os
600 using a ceramic target with a composition of
A material subjected to RF sputtering at .degree. C. is used.

また、前記強誘電体層14には長さ 1.0μm1幅0
.5μm1深さ2μmの矩形柱状をなす2つの溝部15
a 、 15bが約0.5μm間隔て開口されている。
Further, the ferroelectric layer 14 has a length of 1.0 μm and a width of 0.
.. Two grooves 15 in the shape of a rectangular column with a depth of 5 μm and a depth of 2 μm.
a and 15b are opened at intervals of approximately 0.5 μm.

こうした2つの溝部15a 、 15bは、前記強誘電
体層14に複数組(例えば500組)開口されている。
A plurality of sets (for example, 500 sets) of these two grooves 15a and 15b are opened in the ferroelectric layer 14.

なお、前記溝部15a 、15bは塩素系の反応性ガス
を用いたイオンエツチングによるリソグラフィ技術によ
り形成される。前記各溝部15a 、15bには、金属
タングステンからなる第1、第2の電極16a116b
が充填されている。これら電極tea 、 16bは、
例えば六フッ化タングステンを水素ガスで還元するCV
D法により形成される。前記強誘電体層14上には、A
ll配線17a 、 17bがそれぞれ配設されている
。これら配線17a 、 17bの一端は、前記強誘電
体層14表面露出した前記複数組の第1、第2の電極1
6a 、 16bにそれぞれ接続され、他端側は1本の
配線で共通化されている。
The grooves 15a and 15b are formed by a lithography technique using ion etching using a chlorine-based reactive gas. First and second electrodes 16a and 116b made of metal tungsten are provided in each of the grooves 15a and 15b.
is filled. These electrodes tea, 16b are
For example, CV that reduces tungsten hexafluoride with hydrogen gas.
Formed by method D. On the ferroelectric layer 14, A
11 wirings 17a and 17b are provided, respectively. One ends of these wirings 17a and 17b connect to the plurality of sets of first and second electrodes 1 exposed on the surface of the ferroelectric layer 14.
6a and 16b, respectively, and the other end is shared by one wiring.

このような構成のコンデンサ・アレイによれば、対をな
す溝部15a 、 15b内に第1、第2の電極lea
 516bを充填し、溝部15a 、 15b間の強誘
電体層14部分を前記第1、第2の電極1t3a 、 
16bで挾んだ構造の複数のコンデンサを強誘電体層I
4に配列することによって、小さい面積で大きな電荷が
蓄積することかできる。
According to the capacitor array having such a configuration, the first and second electrodes lea are arranged in the pair of grooves 15a and 15b.
516b, and the portion of the ferroelectric layer 14 between the grooves 15a and 15b is filled with the first and second electrodes 1t3a,
A plurality of capacitors sandwiched by ferroelectric layer I
By arranging them in 4, a large amount of charge can be accumulated in a small area.

また、上記構成のコンデンサΦアレイについて共通の配
線17a 、 17bにより各第1、第2の電極16a
 、 18b間に電圧を印加することにより、第2図に
示す電圧と電荷のヒステリシス特性図が得られた。この
第2図から、第1、第2の電極16a 。
Further, for the capacitor Φ array having the above configuration, each of the first and second electrodes 16a is connected to the common wiring 17a, 17b.
, 18b, the voltage and charge hysteresis characteristic diagram shown in FIG. 2 was obtained. From this FIG. 2, the first and second electrodes 16a.

18b及びこれら電極Lea 、 18b間に配置され
た強誘電体層14部分からなるコンデンサはメモリ特性
を有することが確認された。
It was confirmed that the capacitor consisting of the ferroelectric layer 14 portion arranged between the electrodes Lea and 18b has memory characteristics.

更に、前記コンデンサの第1、第2の電極16a1JE
ib間に方形波パルスを印加し、この時コンデンサに流
れ込む過渡電流を観測したところ、第3図に示すスイッ
チング特性図が得られた。第3図中のAは印加電圧波形
、B、は反転電流波形、B2は非反転電流波形をそれぞ
れ示す。この第3図がらも実施例1の各コンデンサがメ
モリ特性を有すること、分極反転に要する時間が約1o
ns程度であることが確認された。
Furthermore, the first and second electrodes 16a1JE of the capacitor
When a square wave pulse was applied between ib and the transient current flowing into the capacitor at this time was observed, the switching characteristic diagram shown in FIG. 3 was obtained. In FIG. 3, A shows the applied voltage waveform, B shows the inverted current waveform, and B2 shows the non-inverted current waveform. As shown in FIG. 3, each capacitor of Example 1 has memory characteristics, and the time required for polarization reversal is about 1o.
It was confirmed that it was about ns.

実施例2 第5図は、本実施例2に係わる複数の強誘電体コンデン
サを有する強誘電体メモリを示す断面図である。図中の
21は、例えばp型のシリコン基板であり、該基板21
の表面には素子領域を電気的に分離するためのフィール
ド酸化膜22が形成されている。前記フィールド酸化膜
22て囲まれた基板21の表面には、n“型のソース、
ドレイン領域23.24が互いに電気的に分離して形成
されている。これらソース、ドレイン領域23.24間
のチャンネル領域を含む基板21上には、ゲート酸化膜
25を介して例えば多結晶シリコンからなるゲート電極
26が形成されている。前記フィールド酸化膜22及び
ゲート電極26を含む基板21全面には、例えばSiO
2からなる第1の層間絶縁膜27が被覆されている。前
記ソース、ドレイン領域23.24の一部に対応する前
記層間絶縁膜27には、コンタクトホール28が開口さ
れている。前記層間絶縁膜27上には、前記ソース、ド
レイン領域23.24と前記コンタクトホール28を通
して接続される多結晶シリコンからなるソース電極29
、ドレイン電極30がそれぞれ設けられている。
Embodiment 2 FIG. 5 is a sectional view showing a ferroelectric memory having a plurality of ferroelectric capacitors according to Embodiment 2. 21 in the figure is, for example, a p-type silicon substrate, and the substrate 21
A field oxide film 22 is formed on the surface of the semiconductor device to electrically isolate the device regions. On the surface of the substrate 21 surrounded by the field oxide film 22, an n" type source,
Drain regions 23 and 24 are formed electrically separated from each other. A gate electrode 26 made of, for example, polycrystalline silicon is formed on the substrate 21 including the channel region between the source and drain regions 23 and 24 with a gate oxide film 25 interposed therebetween. The entire surface of the substrate 21 including the field oxide film 22 and the gate electrode 26 is covered with, for example, SiO.
A first interlayer insulating film 27 made of 2 is coated. A contact hole 28 is opened in the interlayer insulating film 27 corresponding to a part of the source and drain regions 23 and 24. A source electrode 29 made of polycrystalline silicon is connected to the source and drain regions 23 and 24 through the contact hole 28 on the interlayer insulating film 27.
, and drain electrodes 30 are provided, respectively.

前記ソース電極29、ドレイン電極30を含む前記層間
絶縁膜27上には、例えば5in2からなる第2の層間
絶縁膜31が被覆されている。この層間絶縁膜31上に
は、例えばCVD法により堆積された低誘電率絶縁層で
ある厚さ5000人のMgOからなるバッファ層32が
被覆されている。前記バッファー層32上には、例えば
厚さ 2μmのジルコン酸チタン酸鉛からなる強誘電体
層33が被覆されている。
The interlayer insulating film 27 including the source electrode 29 and the drain electrode 30 is covered with a second interlayer insulating film 31 made of, for example, 5 in 2 . This interlayer insulating film 31 is coated with a buffer layer 32 made of MgO and having a thickness of 5000 nm, which is a low dielectric constant insulating layer deposited by, for example, a CVD method. The buffer layer 32 is coated with a ferroelectric layer 33 made of lead zirconate titanate and having a thickness of 2 μm, for example.

前記強誘電体層33には、前記バッファ層32、第2の
層間絶縁膜31を貫通して前記ドレイン電極30表面に
達する溝部34a1及び前記バッファ層32表面まで達
する長さ 1.0μm1幅0.5μm、深さ 2μmの
矩形状の溝部34b約0.5μm間隔で開口されている
。こうした一対の溝部34a 、 34bは、前記強誘
電体層33に複数組開口されている。前記各溝部34a
 、 34bには、金属タングステンからなる第1、第
2の電極35a 、 35bが充填されている。
The ferroelectric layer 33 includes a groove portion 34a1 that penetrates the buffer layer 32 and the second interlayer insulating film 31 and reaches the surface of the drain electrode 30, and a length that reaches the surface of the buffer layer 32 of 1.0 μm and a width of 0.0 μm. Rectangular grooves 34b each having a width of 5 .mu.m and a depth of 2 .mu.m are opened at intervals of about 0.5 .mu.m. A plurality of pairs of such groove portions 34a and 34b are opened in the ferroelectric layer 33. Each groove portion 34a
, 34b are filled with first and second electrodes 35a, 35b made of metallic tungsten.

前記第1電極35aは、前記強誘電体層33下方のドレ
イン電極30に直接接続される。前記強誘電体層33上
には、All配線3Bか配設されており、かつ該配線3
6の一端は、前記強誘電体層33の列方向に表面を露出
した前記複数組の電極のうちの第2電極35bに接続さ
れている。このような配線の形成により、第1電極35
aは基板21のドレイン領域23に接続され、第2電極
35bは強誘電体層33表面側の配線36に接続される
。かかる強誘電体メモリは、第6図に示す等両回路とな
る。なお、第6図中のTrは前記ソース、ドレイン領域
23.24、ゲート酸化膜25及びゲート電極26で構
成される電界効果トランジスタ、Cは前記第1、第2電
極35a135b及びこれらの間に挟まれた強誘電体層
33部分て構成される強誘電体コンデンサ、Bは前記ソ
ース電極29と繋がるビット線、Wは前記電界効果トラ
ンジスタTrのゲート電極26に繋がるワードライン、
Dは前記配線36としてのプレート線である。
The first electrode 35a is directly connected to the drain electrode 30 below the ferroelectric layer 33. An All wiring 3B is disposed on the ferroelectric layer 33, and the wiring 3
One end of the electrode 6 is connected to the second electrode 35b of the plurality of electrodes whose surfaces are exposed in the column direction of the ferroelectric layer 33. By forming such wiring, the first electrode 35
a is connected to the drain region 23 of the substrate 21, and the second electrode 35b is connected to the wiring 36 on the surface side of the ferroelectric layer 33. Such a ferroelectric memory has the same circuit as shown in FIG. Note that Tr in FIG. 6 is a field effect transistor composed of the source and drain regions 23 and 24, the gate oxide film 25, and the gate electrode 26, and C is the first and second electrode 35a135b and the field effect transistor sandwiched between them. B is a bit line connected to the source electrode 29; W is a word line connected to the gate electrode 26 of the field effect transistor Tr;
D is a plate line serving as the wiring 36.

このような構成によれば、強誘電体層33に開口した溝
部34a 、 34b内に第1、第2の電極35a13
5bを充填し、溝部34a 、34b間の強誘電体層3
3部分を該電極35a 、 35bで挾んだ構造の複数
のコンデンサを強誘電体層33に配列することによって
、小さい面積で大きな電荷か蓄積することかできる。
According to such a configuration, the first and second electrodes 35a13 are formed in the grooves 34a and 34b opened in the ferroelectric layer 33.
5b and fills the ferroelectric layer 3 between the grooves 34a and 34b.
By arranging a plurality of capacitors having three portions sandwiched between the electrodes 35a and 35b in the ferroelectric layer 33, a large amount of charge can be stored in a small area.

しかも、第1電極35aを強誘電体層33の下方に配置
され、シリコン基板21のドレイン領域24と接続され
た配線29と接続することによって、強誘電体層33表
面側での配線形成を省略できると共に、配線長さを短く
できる。従って、こうしたコンデンサの電極構造及び配
線構造を採用することによって強誘電体コンデンサを有
するメモリ・セルが高密度に集積された強誘電体メモリ
を実現できる。
Moreover, by connecting the first electrode 35a to the wiring 29 disposed below the ferroelectric layer 33 and connected to the drain region 24 of the silicon substrate 21, wiring formation on the surface side of the ferroelectric layer 33 is omitted. At the same time, the wiring length can be shortened. Therefore, by employing such a capacitor electrode structure and wiring structure, a ferroelectric memory in which memory cells having ferroelectric capacitors are integrated at high density can be realized.

また、このような強誘電体メモリについて、シリコン基
板21に形成した適当な周辺回路を付加することによっ
て、マトリックス状に配列されたメモリ・セルのうち任
意のセルに対して情報の書込み、読み出しを行うことが
でき、かつその情報を記憶できる。
Furthermore, for such a ferroelectric memory, by adding an appropriate peripheral circuit formed on the silicon substrate 21, it is possible to write and read information to and from any memory cell arranged in a matrix. can be performed and the information can be memorized.

実施例3 本実施例3は、強誘電体コンデンサ・アレイに適用した
ものて、このアレイを第7図(A)、(B)〜第1O図
(A)、(B)に示す製造工程を併記して説明する。
Example 3 This example 3 is applied to a ferroelectric capacitor array, and the manufacturing process shown in FIGS. 7(A), (B) to 10(A), (B) is This will be explained as well.

まず、シリコン基板41を熱酸化して該基板41表面に
シリコン酸化膜42を成長した後、CVD法により該シ
リコン酸化膜42上に低誘電性絶縁膜である厚さ500
0人のMgOからなるバッファ層43を堆積した。つづ
いて、このバッファ層43上に(Z r 0.52T 
i O,48) 03の組成をもつセラミックス・ター
ゲットを用いて600℃でRFスパッタリングを行なう
ことにより厚さ 2,5μmのジルコン酸チタン酸鉛か
らなる強誘電体層44を被覆した。
First, a silicon oxide film 42 is grown on the surface of the substrate 41 by thermal oxidation of the silicon substrate 41, and then a 500-thick film, which is a low dielectric insulating film, is grown on the silicon oxide film 42 by CVD.
A buffer layer 43 consisting of 0 MgO was deposited. Next, on this buffer layer 43 (Z r 0.52T
A ferroelectric layer 44 made of lead zirconate titanate with a thickness of 2.5 μm was coated by RF sputtering at 600° C. using a ceramic target having a composition of i O,48)03.

ひきつづき、前記強誘電体層44を塩素系の反応性ガス
を用いたイオンエツチングによるリソグラフィ技術によ
り選択的にエツチングして幅1μm1深さ 2μmの枠
状溝45を開口した。こうした枠状溝45の開口により
、第7図(A)、(B)に示すように矩形柱4Bが形成
される。
Subsequently, the ferroelectric layer 44 was selectively etched by ion etching lithography using a chlorine-based reactive gas to open a frame-shaped groove 45 having a width of 1 μm and a depth of 2 μm. The opening of the frame-shaped groove 45 forms a rectangular column 4B as shown in FIGS. 7(A) and 7(B).

次いで、SiH4とN20を原料ガスとしたプラズマC
VD法によりプラズマ5in2膜47を前記枠状溝45
を含む強誘電体層44上に堆積した(第8図CA)、(
B)図示)。
Next, plasma C using SiH4 and N20 as source gases
The plasma 5in2 film 47 is formed into the frame-shaped groove 45 by the VD method.
(FIG. 8 CA), (
B) As shown).

次いで、前記プラズマ5in2膜47及び強誘電体から
なる矩形柱4Bの一部を塩素系の反応性ガスを用いたイ
オンエツチングによるリソグラフィ技術により選択的に
エツチングして幅0.5μm1長さ 1.0μms深さ
 L8u mの対をなす溝部48a148bを複数組(
例えば500組)開口した(第9図(A)、(B)図示
)。
Next, the plasma 5in2 film 47 and a part of the rectangular column 4B made of ferroelectric material are selectively etched by a lithography technique using ion etching using a chlorine-based reactive gas to have a width of 0.5 μm and a length of 1.0 μm. A plurality of pairs of groove portions 48a148b having a depth of L8um are formed (
For example, 500 pairs) were opened (as shown in FIGS. 9(A) and 9(B)).

次いで、前記各一対の溝部48a 、 48bに六フッ
化タングステンを水素ガスで還元するCVD法により金
属タングステンからなる第1、第2の電極49a 、 
49bを充填した。つづいて、プラズマ5in2膜47
の全面にAg膜を蒸着し、バターニングしてAg配線5
0a 、 50bを形成した(第1O図(A)、(B)
図示)。これら配線50a 、50bの一端は、前記プ
ラズマ5in2膜47表面露出した前記複数組の第1、
第2の電極49a 、 49bにそれぞれ接続され、他
端側は1本の配線で共通化されている。
Next, first and second electrodes 49a made of metallic tungsten are formed in each pair of grooves 48a and 48b by a CVD method in which tungsten hexafluoride is reduced with hydrogen gas.
49b was filled. Next, plasma 5in2 film 47
An Ag film is deposited on the entire surface of
0a and 50b were formed (Fig. 1O (A), (B)
(Illustrated). One end of these wirings 50a, 50b is connected to the first wire of the plurality of sets exposed on the surface of the plasma 5in2 film 47.
They are connected to the second electrodes 49a and 49b, respectively, and the other end is shared by one wiring.

このような構成の強誘電体コンデンサ・アレイによれば
、各溝部48a 、 48b内に第1、第2の電極49
a 、 49bを充填し、溝部48a 、 48b間の
強誘電体層44部分を各電極49a 、 49bで挾ん
だ構造の複数のコンデンサを強誘電体層44に配列する
ことによって、小さい面積で大きな電荷か蓄積すること
ができる。
According to the ferroelectric capacitor array having such a configuration, the first and second electrodes 49 are provided in each of the grooves 48a and 48b.
By arranging in the ferroelectric layer 44 a plurality of capacitors having a structure in which the portions of the ferroelectric layer 44 between the grooves 48a and 48b are sandwiched between the electrodes 49a and 49b, large capacitors can be formed in a small area. Charge can be accumulated.

また、上記構成の強誘電体コンデンサ・アレイについて
共通の配線50a 、 50bにより各節1、第2の電
極49a 、49b間に電圧を印加することにより、前
述した第2図に示す電圧と電荷のヒステリシス特性図が
得られ、各コンデンサはメモリ特性を有することが確認
された。更に、前記コンデンサの第1、第2の電極49
a 、 49b間に方形波パルスを印加し、この時コン
デンサに流れ込む過渡電流を観測したところ、前述した
第3図に示すスイッチング特性図が得られ、各コンデン
サがメモリ特性を有すること、分極反転に要する時間が
約1Ons程度であることが確認された。
Furthermore, by applying a voltage between each node 1 and the second electrodes 49a and 49b through the common wiring 50a and 50b in the ferroelectric capacitor array having the above configuration, the voltage and charge ratio shown in FIG. 2 described above can be obtained. A hysteresis characteristic diagram was obtained, and it was confirmed that each capacitor had memory characteristics. Furthermore, the first and second electrodes 49 of the capacitor
When a square wave pulse was applied between a and 49b and the transient current flowing into the capacitor at this time was observed, the switching characteristic diagram shown in Figure 3 mentioned above was obtained, indicating that each capacitor has memory characteristics and that polarization reversal occurs. It was confirmed that the time required was about 1 Ons.

実施例4 第11図(A)は、本実施例4の強誘電体コンデンサを
を有する強誘電体メモリ示す平面図、同図(B)は同図
(A)のB−B線に沿う断面図である。図中の61は、
例えばp型のシリコン基板であり、該基板61の表面に
は素子領域を電気的に分離するためのフィールド酸化膜
62が形成されている。
Embodiment 4 FIG. 11(A) is a plan view showing a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor according to Embodiment 4, and FIG. 11(B) is a cross section taken along line BB in FIG. It is a diagram. 61 in the figure is
For example, the substrate 61 is a p-type silicon substrate, and a field oxide film 62 is formed on the surface of the substrate 61 to electrically isolate element regions.

前記フィールド酸化膜62で囲まれた基板61の表面に
は、n゛型のソース、ドレイン領域63.64が互いに
電気的に分離して形成されている。これらソース、ドレ
イン領域63.64間のチャンネル領域を含む基板61
上には、ゲート酸化膜65を介して例えば多結晶シリコ
ンからなるゲート電極66か形成されている。前記フィ
ールド酸化膜62及びゲート電極66を含む基板61全
面には、例えば5in2からなる層間絶縁膜67が被覆
されている。この層間絶縁膜67上には、低誘電率絶縁
層であるMgOからなるバッファ層68が被覆されてい
る。このバッファ層68上には、例えばジルコン酸チタ
ン酸鉛からなる強誘電体層B9が被覆されている。この
強誘電体層69表面から前記バッファ層68及び層間絶
縁膜67を貫通して前記基板61のドレイン領域64ま
で達する矩形柱状の溝部70aが開口され、該溝部70
a内には金属タングステンからなる第1電極71aが充
填されている。なお、前記第1電極71aの上端側はエ
ツチングによる加工の関係から前記強誘電体層69表面
にオーバラップして庇部72が形成されている。前記強
誘電体層69上には、例えば低融点ガラスからなる絶縁
層73が被覆されている。この絶縁層73表面から前記
強誘電体層69を貫通して前記バッファ層68表面まで
達するの矩形柱状の溝部70bが開口され、該溝部70
b内には金属タングステンからなる第2電極71bが充
填されている。なお、前記第2電極71bの上端は絶縁
層73から突出し、該電極形成材料である金属タングス
テンのバターニングにより前記ゲート電極66と同一方
向に延びる配線74が一体的に接続されている。
On the surface of the substrate 61 surrounded by the field oxide film 62, n' type source and drain regions 63 and 64 are formed electrically isolated from each other. A substrate 61 including a channel region between these source and drain regions 63 and 64
A gate electrode 66 made of polycrystalline silicon, for example, is formed thereon with a gate oxide film 65 interposed therebetween. The entire surface of the substrate 61 including the field oxide film 62 and the gate electrode 66 is covered with an interlayer insulating film 67 made of, for example, 5 in 2 . This interlayer insulating film 67 is coated with a buffer layer 68 made of MgO, which is a low dielectric constant insulating layer. This buffer layer 68 is coated with a ferroelectric layer B9 made of, for example, lead zirconate titanate. A rectangular columnar groove 70a is opened from the surface of this ferroelectric layer 69, penetrating the buffer layer 68 and interlayer insulating film 67, and reaching the drain region 64 of the substrate 61.
A first electrode 71a made of metal tungsten is filled in the space a. Note that an eaves portion 72 is formed on the upper end side of the first electrode 71a so as to overlap the surface of the ferroelectric layer 69 due to the etching process. The ferroelectric layer 69 is coated with an insulating layer 73 made of, for example, low-melting glass. A rectangular columnar groove 70 b is opened from the surface of the insulating layer 73 to the surface of the buffer layer 68 through the ferroelectric layer 69 .
A second electrode 71b made of metal tungsten is filled in the second electrode 71b. The upper end of the second electrode 71b protrudes from the insulating layer 73, and is integrally connected to a wiring 74 extending in the same direction as the gate electrode 66 by patterning the metal tungsten that is the electrode forming material.

このような構成によれば、強誘電体層69に開口された
溝部70a 、 70b内に第1、第2の電極yta 
According to such a configuration, the first and second electrodes yta are provided in the grooves 70a and 70b opened in the ferroelectric layer 69.
.

71bを充填し、溝部70a 、 70b間の強誘電体
層69部分を該電極71a 、71bで挟んだ構造の複
数のコンデンサを強誘電体層69に配列することによっ
て、小さい面積で大きな電荷が蓄積することができる。
By filling the ferroelectric layer 71b and arranging a plurality of capacitors in the ferroelectric layer 69, the portion of the ferroelectric layer 69 between the grooves 70a and 70b is sandwiched between the electrodes 71a and 71b, a large amount of charge can be accumulated in a small area. can do.

しかも、第1電極71aを強誘電体層69の下方のシリ
コン基板61のドレイン領域64と直接接続することに
よって、強誘電体層69表面側での配線形成を省略でき
ると共に、配線長さを短くできる。従って、こうしたコ
ンデンサの電極構造及び配線構造を採用することによっ
て、強誘電体コンデンサを有するメモリ・セルが高密度
で集積された強誘電体メモリを実現できる。
Furthermore, by directly connecting the first electrode 71a to the drain region 64 of the silicon substrate 61 below the ferroelectric layer 69, wiring formation on the surface side of the ferroelectric layer 69 can be omitted, and the wiring length can be shortened. can. Therefore, by employing such a capacitor electrode structure and wiring structure, a ferroelectric memory in which memory cells having ferroelectric capacitors are integrated at high density can be realized.

また、このような強誘電体メモリについて、シリコン基
板61に形成した適当な周辺回路を付加することによっ
て、マトリックス状に配列されたメモリ・セルのうち任
意のセルに対して情報の書込み、読み出しを行うことが
でき、かつその情報を記憶できる。
Furthermore, for such a ferroelectric memory, by adding an appropriate peripheral circuit formed on the silicon substrate 61, it is possible to write and read information to and from any memory cell arranged in a matrix. can be performed and the information can be memorized.

更に、前記強誘電体層69とこの下地であるバッファ層
68の界面に不可避的に低誘電率絶縁層が形成される。
Further, a low dielectric constant insulating layer is unavoidably formed at the interface between the ferroelectric layer 69 and the buffer layer 68 underlying the ferroelectric layer 69.

こうした低誘電率I層が強誘電体層69とバッファ層B
8の界面に形成された構造において、本発明では前記強
誘電体層69と前記バッファ層68の界面を貫通する矩
形柱状の溝部70a 、 70bを開口すると共にこれ
ら溝部70a 、 70b内に第1、第2の電極71a
 、71bを充填し、前記低誘電率絶縁層に対して前記
各電極71a 、71bが垂直もしくはそれに近い状態
で対向させることによって、前記低誘電率8層に起因す
る寄生容量C′は第12図の等両回路に示すように強誘
電体コンデンサCに対して並列的に接続される。従って
、前述した第35図、第36図に示す従来のブレーナ型
強誘電体コンデンサのように寄生容量が直列に接続され
るのを回避できるため、強誘電特性の優れた強誘電体コ
ンデンサを得ることができる。なお、かかる効果は前記
実施例1.2のように第1、第2の電極がバッファ層と
強誘電体層の界面に達する強誘電体コンデンサにおいて
も同様に実現できる。
These low dielectric constant I layers are the ferroelectric layer 69 and the buffer layer B.
In the structure formed at the interface of No. 8, in the present invention, rectangular columnar grooves 70a and 70b penetrating the interface between the ferroelectric layer 69 and the buffer layer 68 are opened, and first and second grooves are formed in these grooves 70a and 70b. Second electrode 71a
, 71b, and the electrodes 71a, 71b are made to face the low dielectric constant insulating layer in a perpendicular or nearly vertical state, so that the parasitic capacitance C' due to the eight low dielectric constant layers is reduced as shown in FIG. As shown in both circuits, the capacitor C is connected in parallel to the ferroelectric capacitor C. Therefore, it is possible to avoid connecting parasitic capacitances in series as in the conventional Brenna type ferroelectric capacitor shown in FIGS. 35 and 36 described above, thereby obtaining a ferroelectric capacitor with excellent ferroelectric characteristics. be able to. Note that this effect can be similarly achieved in a ferroelectric capacitor in which the first and second electrodes reach the interface between the buffer layer and the ferroelectric layer as in Example 1.2.

更に、第2電極71bの底部をバッファ層68表面で止
めることによって、該バッファ層68の下の領域(層間
絶縁膜67の領域)に配線を配置することが可能となり
、多層配線構造を有する高密度に集積された強誘電体メ
モリを実現できる。
Furthermore, by stopping the bottom of the second electrode 71b on the surface of the buffer layer 68, it becomes possible to arrange wiring in the area under the buffer layer 68 (in the area of the interlayer insulating film 67), which makes it possible to A densely integrated ferroelectric memory can be realized.

実施例5 第13図は、本実施例5の強誘電体コンデンサを有する
強誘電体メモリを示す断面図である。なお、前述した第
11図と同様なものは同符号を付して説明を省略する。
Example 5 FIG. 13 is a sectional view showing a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor according to Example 5. Components similar to those in FIG. 11 described above are designated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted.

本実施例5の強誘電体コンデンサは、強誘電体層69上
に例えばMgO等からなる別の低誘電率絶縁層75を被
覆し、この低誘電率絶縁層75表面から前記強誘電体層
69、バッファ層68及び層間絶縁膜67を貫通してシ
リコン基板61のドレイン領域64まで達する矩形柱状
の溝部70aを開口し、該溝部70a内に金属タングス
テンからなる第1電極71aを充填した強誘電体コンデ
ンサを有する構造になっている。なお、前記第1電極7
1aの上端側はエツチングによる加工の関係から前記低
誘電率絶縁層75表面にオーバラップして庇部72が形
成されている。
In the ferroelectric capacitor of Example 5, the ferroelectric layer 69 is coated with another low dielectric constant insulating layer 75 made of, for example, MgO. , a ferroelectric material in which a rectangular columnar groove 70a penetrating the buffer layer 68 and the interlayer insulating film 67 and reaching the drain region 64 of the silicon substrate 61 is opened, and the groove 70a is filled with a first electrode 71a made of metallic tungsten. It has a structure with a capacitor. Note that the first electrode 7
On the upper end side of 1a, an eaves portion 72 is formed so as to overlap the surface of the low dielectric constant insulating layer 75 due to the etching process.

このような構成によれば、シリコン基板61に形成した
トランシタ及び配線74により第1、第2の電極71a
 、71b間に電圧を印加した場合、前記第1電極71
aの庇部72での強誘電体層B9への電界集中を緩和で
きる。
According to such a configuration, the first and second electrodes 71a are connected to each other by the transistors and wiring 74 formed on the silicon substrate 61
, 71b, the first electrode 71
The electric field concentration on the ferroelectric layer B9 at the eaves portion 72 of a can be alleviated.

即ち、前述した実施例4のように第1電極71aの上端
側にエツチングによる加工の関係から前記強誘電体層6
9表面にオーバラップする庇部72を形成すると、第1
、第2の電極71a 、 71b間に電圧を印加した場
合、前記第1電極71aの庇部72の強誘電体層69に
電界集中を生じると共に、強誘電体層69に印加される
る電界が不均一となる。強誘電体層B9への電界集中は
、コンデンサの耐圧を下げ、電界の不均一化は前述した
強誘電体コンデンサの自発分極が反転するしきい値電圧
が不安定となり、メモリとして使用する際の障害となる
。本実施例5では、前記強誘電体層69上に更に低誘電
率絶縁層75を被覆し、第1電極71aの庇部72を該
低誘電率絶縁層75上に配置することによって、該庇部
72が位置する強誘電体層69の箇所での電界集中を緩
和でき、強誘電体層69に均一な電界を印加できるため
、耐圧及び強誘電特性の優れた強誘電体コンデンサを有
する強誘電体メモリを得ることができる。なお、本発明
者らの実験によれば、本実施例5で構成される強誘電体
コンデンサはその耐圧が前述した実施例4の同コンデン
サに比べて1.3〜■、6程度と向上できることが確認
された。
That is, as in the fourth embodiment described above, the ferroelectric layer 6 is etched on the upper end side of the first electrode 71a.
When the eaves portion 72 is formed to overlap the surface of the first
, when a voltage is applied between the second electrodes 71a and 71b, an electric field is concentrated on the ferroelectric layer 69 of the eaves part 72 of the first electrode 71a, and the electric field applied to the ferroelectric layer 69 is unsteady. It becomes uniform. The electric field concentration on the ferroelectric layer B9 lowers the withstand voltage of the capacitor, and the unevenness of the electric field makes the threshold voltage at which the spontaneous polarization of the ferroelectric capacitor is reversed as described above unstable, which makes it difficult to use as a memory. It becomes an obstacle. In the fifth embodiment, the ferroelectric layer 69 is further coated with a low dielectric constant insulating layer 75, and the eaves portion 72 of the first electrode 71a is disposed on the low dielectric constant insulating layer 75. It is possible to alleviate the electric field concentration at the part of the ferroelectric layer 69 where the portion 72 is located, and to apply a uniform electric field to the ferroelectric layer 69. You can get body memory. According to experiments conducted by the present inventors, the withstand voltage of the ferroelectric capacitor configured in Example 5 can be improved by approximately 1.3 to 6, compared to the same capacitor in Example 4 described above. was confirmed.

実施例6 本実施例6は、強誘電体コンデンサを有する強誘電体メ
モリに適用したもので、このメモリを第14図(a)〜
(i)に示す製造工程を参照して説明する。
Embodiment 6 This embodiment 6 is applied to a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor, and this memory is shown in FIGS.
This will be explained with reference to the manufacturing process shown in (i).

まず、例えばp型のシリコン基板61を選択酸化して該
基板61の表面に素子領域を電気的に分離するためのフ
ィールド酸化膜62を形成する。つづいて、前記フィー
ルド酸化膜62で囲まれた基板61の表面を熱酸化して
薄い酸化膜を形成し、全面に例えば砒素等の不純物を含
む多結晶シリコン膜を堆積した後、これら多結晶シリコ
ン膜及び酸化膜をバターニングにして前記基板61上に
ゲート酸化膜65を介してゲート電極66を形成する。
First, for example, a p-type silicon substrate 61 is selectively oxidized to form a field oxide film 62 on the surface of the substrate 61 for electrically isolating device regions. Subsequently, the surface of the substrate 61 surrounded by the field oxide film 62 is thermally oxidized to form a thin oxide film, and a polycrystalline silicon film containing impurities such as arsenic is deposited on the entire surface. A gate electrode 66 is formed on the substrate 61 via the gate oxide film 65 by patterning the film and the oxide film.

ひきつづき、前記フィールド酸化膜62及びゲート電極
66をマスクとしてn型不純物、例えば砒素を基板61
にイオン注入し、活性化して互いに電気的に分離された
n′″型のソース、ドレイン領域63.64を形成する
Subsequently, using the field oxide film 62 and gate electrode 66 as a mask, an n-type impurity such as arsenic is applied to the substrate 61.
Ion implantation is performed to form n''' type source and drain regions 63 and 64 which are activated and electrically isolated from each other.

この後、前記フィールド酸化膜62及びゲート電極66
を含む基板61全面には、CVD法等により例えば5i
n2からなる層間絶縁膜67を堆積し、更にRFマグネ
トロンスパッタ法により低誘電率絶縁層であるMgOか
らなるバッファ層68を堆積する(第14図(a)図示
)。
After this, the field oxide film 62 and the gate electrode 66 are
For example, a 5i film is applied to the entire surface of the substrate 61 including the
An interlayer insulating film 67 made of n2 is deposited, and a buffer layer 68 made of MgO, which is a low dielectric constant insulating layer, is further deposited by RF magnetron sputtering (as shown in FIG. 14(a)).

次いで、前記バッファ層68上に写真蝕刻法により前記
ドレイン領域64の一部に対応する箇所(第1電極充填
用の溝部形成予定部)が開口されたレジストパターン7
Bを形成した後、該レジストパターン76をマスクとし
てバッファ層68を選択的にエツチング除去して開口部
77を形成する(同図(b)図示)。つづいて、レジス
トパターン76を除去した後、前記バッファ層68上に
RFマグネトロンスパッタ法により例えばジルコン酸チ
タン酸鉛からなる強誘電体層69を堆積した後、RFマ
グネトロンスパッタ法によりMgOからなる別の低誘電
率絶縁層75を堆積する(同図(c)図示)。
Next, a resist pattern 7 is formed on the buffer layer 68 by photolithography in which a portion corresponding to a portion of the drain region 64 (a portion where a groove portion for filling the first electrode is planned) is opened.
After forming B, the buffer layer 68 is selectively etched away using the resist pattern 76 as a mask to form an opening 77 (as shown in FIG. 3B). Subsequently, after removing the resist pattern 76, a ferroelectric layer 69 made of lead zirconate titanate, for example, is deposited on the buffer layer 68 by RF magnetron sputtering, and then another layer 69 made of MgO is deposited by RF magnetron sputtering. A low dielectric constant insulating layer 75 is deposited (as shown in FIG. 3(c)).

次いで、同図(d)に示すように前記低誘電率絶縁層7
5上に前記開口部77に対応箇所及び前記フィールド酸
化膜62の一部に対応する箇所(第2電極充填用の溝部
形成予定部)が開口されたレジストパターン78を形成
する。つづいて、前記レジストパターン78をマスクと
して塩素系の反応性ガスを用いたイオンビームエツチン
グを行なう。この時、レジストパターン78の一方の開
口穴から露出する低誘電率絶縁層75部分ては、その下
方に位置するバッファ層68に予め開口部77か形成さ
れているため、該絶縁層75、強誘電体層69、前記バ
ッファ層68の開口部77及び層間絶縁膜67を貫通し
てエツチングがなされ、前記基板61のドレイン領域6
4まて達する矩形柱状の溝部70aが形成される。また
、前記フィールド酸化膜62の一部に対応する箇所の開
口穴から露出する低誘電率絶縁層75部分では、その下
方にエツチングのストッパとして作用するバッファ層6
8が存在するため、該絶縁層75、強誘電体層69まで
しかエツチングがなされず、バッファ層68を底部とす
る矩形柱状の溝部70bが形成される(同図(e)図示
)。
Next, as shown in the same figure (d), the low dielectric constant insulating layer 7
A resist pattern 78 is formed on the resist pattern 5 in which a portion corresponding to the opening 77 and a portion corresponding to a portion of the field oxide film 62 (a portion where a groove portion for filling the second electrode is to be formed) are opened. Subsequently, ion beam etching is performed using a chlorine-based reactive gas using the resist pattern 78 as a mask. At this time, since an opening 77 is previously formed in the buffer layer 68 located below the portion of the low dielectric constant insulating layer 75 exposed through one of the openings in the resist pattern 78, the insulating layer 75 is Etching is performed through the dielectric layer 69, the opening 77 of the buffer layer 68, and the interlayer insulating film 67, and the drain region 6 of the substrate 61 is etched.
A rectangular columnar groove 70a reaching four points is formed. Further, in the low dielectric constant insulating layer 75 exposed from the opening hole corresponding to a part of the field oxide film 62, a buffer layer 6 which acts as an etching stopper is provided below the low dielectric constant insulating layer 75.
8 exists, etching is performed only up to the insulating layer 75 and the ferroelectric layer 69, and a rectangular columnar groove 70b with the buffer layer 68 at the bottom is formed (as shown in FIG. 3(e)).

次いで、同図(f)に示すようにレジストパターン78
を残存させた状態にて六フッ化タングステンガスを水素
ガスで還元するCVD法により前記溝部70a 、 7
0bを含むレジストパターン78上に金属タングステン
膜79を堆積する。つづいて、前記レジストパターン7
8を除去し、該レジストパターン78上の金属タングス
テン膜79部分を選択的に除去するりフトオフ法により
前記各溝部70a 、70b内にタングステンを残存さ
せ、第1、第2の電極71a 、 71bをそれぞれ形
成する(同図(g)図示)。ひきつづき、スパッタリン
グによりA、9膜80を全面に堆積し、写真蝕刻法によ
り形成されたレジストパターン(図示せず)をマスクと
して該Al1膜80をパターニングすることによって、
シリコン基板61上に強誘電体コンデンサが作製された
強誘電体メモリを製造する(同図(i)及び第15図図
示)。なお、第15図は第14図(i)の平面図である
Next, a resist pattern 78 is formed as shown in FIG.
The groove portions 70a, 7 are formed by a CVD method in which tungsten hexafluoride gas is reduced with hydrogen gas while the tungsten hexafluoride gas remains.
A metal tungsten film 79 is deposited on the resist pattern 78 including 0b. Next, the resist pattern 7
8 and selectively remove the metal tungsten film 79 portion on the resist pattern 78, or use a lift-off method to leave tungsten in each of the grooves 70a and 70b, and form the first and second electrodes 71a and 71b. (Illustrated in FIG. 2(g)). Subsequently, an A.9 film 80 is deposited on the entire surface by sputtering, and the Al film 80 is patterned using a resist pattern (not shown) formed by photolithography as a mask.
A ferroelectric memory in which a ferroelectric capacitor is formed on a silicon substrate 61 is manufactured (as shown in FIG. 11(i) and FIG. 15). Note that FIG. 15 is a plan view of FIG. 14(i).

本実施例6の方法によれば、バッファ層68に予め開口
部77を形成し、かつ該バッファ層68が存在する箇所
でエツチングのストッパとして作用させることによって
、1つのレジストパターンをマスクとしたイオンビーム
エツチングにより深さの異なる2つの溝部70a 、 
70bを形成できる。その結果、この後の第1、第2の
電極71a 、 71bの形成を1回の金属タングステ
ン膜の蒸着、リフトオフ法等の工程により形成できるた
め、工程の簡略化を図ることができる。しかも、第1、
第2の電極71a 、 71b間に挟まれた強誘電体層
69部分の厚さを設計寸法通りにでき、厚さのばらつき
を解消できるため、第1、第2の電極71a 、 71
bを強誘電体層69に複数組形成した場合、強誘電特性
の優れた強誘電体コンデンサを有する強誘電体メモリを
実現できる。
According to the method of Example 6, by forming an opening 77 in the buffer layer 68 in advance and allowing the buffer layer 68 to act as an etching stopper, ions can be etched using one resist pattern as a mask. Two grooves 70a having different depths by beam etching,
70b can be formed. As a result, the subsequent formation of the first and second electrodes 71a and 71b can be performed by a single process such as vapor deposition of a metal tungsten film and lift-off method, thereby simplifying the process. Moreover, the first
Since the thickness of the ferroelectric layer 69 sandwiched between the second electrodes 71a and 71b can be adjusted to the designed dimensions and variations in thickness can be eliminated, the first and second electrodes 71a and 71
When a plurality of sets of ferroelectric capacitors b are formed in the ferroelectric layer 69, a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor with excellent ferroelectric properties can be realized.

即ち、前述した実施例4.5のような構造では溝部70
a 、 70bを別々の工程で形成する必要があり、こ
れに伴って第1電極71a s第2電極71bも別々に
金属タングステン膜の蒸着、バターニングより形成する
必要があるため、工程が煩雑化する。
That is, in the structure like the embodiment 4.5 described above, the groove portion 70
It is necessary to form electrodes a and 70b in separate steps, and along with this, the first electrode 71a and second electrode 71b also need to be formed separately by vapor deposition and buttering of a metal tungsten film, which makes the process complicated. do.

しかも、第1、第2の電極71a 、 71bが充填さ
れる溝部70a 、70bを別々に形成するために、そ
れらのマスク合わせずれにより第1、第2の電極間に強
誘電体層69部分の厚さの設計寸法より外れるおそれが
ある。その結果、第1、第2の電極71a 。
Furthermore, since the grooves 70a and 70b filled with the first and second electrodes 71a and 71b are formed separately, the mask misalignment causes the portion of the ferroelectric layer 69 to be formed between the first and second electrodes. There is a risk that the thickness will deviate from the design dimension. As a result, the first and second electrodes 71a.

71bを強誘電体層69に複数組形成して強誘電体メモ
リを実現する場合、各強誘電体コンデンサ間で強誘電特
性にばらつきが生じるという問題を招く。
When a ferroelectric memory is realized by forming a plurality of sets of capacitors 71b in the ferroelectric layer 69, a problem arises in that the ferroelectric characteristics vary among the ferroelectric capacitors.

これに対し、本実施例6の方法を採用することによって
既述したように強誘電特性の優れた強誘電体コンデンサ
を有する強誘電体メモリを簡単な工程により製造できる
On the other hand, by employing the method of the sixth embodiment, a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor with excellent ferroelectric properties can be manufactured through simple steps as described above.

また、本実施例6の構成によれば第2電極71bの上端
側の表面に低誘電性絶縁膜75を被覆し、該第2電極7
1bに接続されるAil配線81を低誘電性絶縁膜75
に形成することによって、該第2電極71bの突出近傍
のAp配線81部分での強誘電体層69への電界集中を
緩和でき、しかも強誘電体層69に均一な電界を印加で
きるため、耐圧及び強誘電時・性の優れた強誘電体コン
デンサを有する強誘電体メモリを実現できる。
Further, according to the configuration of the sixth embodiment, the upper end surface of the second electrode 71b is coated with the low dielectric insulating film 75, and the second electrode 71b is coated with the low dielectric insulating film 75.
Ail wiring 81 connected to 1b is covered with a low dielectric insulating film 75.
By forming the ferroelectric layer 69, it is possible to alleviate the electric field concentration on the ferroelectric layer 69 at the portion of the Ap wiring 81 near the protrusion of the second electrode 71b, and also to apply a uniform electric field to the ferroelectric layer 69, thereby increasing the withstand voltage. A ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor with excellent ferroelectric properties and ferroelectric properties can be realized.

なお、上記実施例6ではバッファ層68をエツチングの
ストッパとして利用したが、これに限定されない。例え
ば、第16図(A)、(B)に示すように層間絶縁膜6
7上面に多結晶シリコンからなる配線81を形成し、こ
の上にバッファ層88、強誘電体層69を堆積すること
により、前記多結晶シリコンからなる配線8Iをエツチ
ングストッパとして作用させることができるため、図示
しないレジストパターンをマスクとした1回のイオンビ
ームエツチングにより、深さの異なる、つまりシリコン
基板6Iのドレイン領域64にまで達する溝部70aと
AI配線81表面で止まる溝部7(lbを形成できる。
In the sixth embodiment, the buffer layer 68 is used as an etching stopper, but the present invention is not limited thereto. For example, as shown in FIGS. 16(A) and 16(B), the interlayer insulating film 6
By forming the wiring 81 made of polycrystalline silicon on the upper surface of 7 and depositing the buffer layer 88 and the ferroelectric layer 69 thereon, the wiring 8I made of polycrystalline silicon can act as an etching stopper. By performing ion beam etching once using a resist pattern (not shown) as a mask, it is possible to form grooves 70a with different depths, that is, grooves 70a that reach as far as the drain region 64 of the silicon substrate 6I and grooves 7 (lb) that stop at the surface of the AI wiring 81.

かかる方法によれば前記実施例6と同様な強誘電特性の
優れた強誘電体コンデンサを有する強誘電体メモリを簡
単な工程により製造することができる。
According to this method, a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor with excellent ferroelectric properties similar to that of Example 6 can be manufactured through simple steps.

また、第2電極71bを強誘電体層69の下方の層間絶
縁膜67上に配置したAI配線81に接続することによ
って、前記強誘電体層69の表面側に別の配線を配置す
ることが可能となる。しかも、同第16図(A)、(B
)に示すようにフィールド酸化膜62上に更に別の配線
82を配置することも可能となる。
Furthermore, by connecting the second electrode 71b to the AI wiring 81 placed on the interlayer insulating film 67 below the ferroelectric layer 69, another wiring can be placed on the surface side of the ferroelectric layer 69. It becomes possible. Furthermore, Fig. 16 (A) and (B)
), it is also possible to arrange another wiring 82 on the field oxide film 62.

実施例7 第17図(A)は、本実施例7の強誘電体コンデンサを
有する強誘電体メモリを示す平面図、同図(B)は同図
(A)のB−B線に沿う断面図である。図中の101は
、例えばp型のシリコン基板であり、該基板101の表
面には素子領域を電気的に分離するためのフィールド酸
化膜102が形成されている。前記フィールド酸化膜1
02で囲まれた基板101の複数素子領域表面には、複
数のn+型のソース、ドレイン領域103.104が互
いに電気的に分離して形成されている。これらソース、
ドレイン領域103.104間のチャンネル領域を含む
基板101上には、ゲート酸化膜105を介して例えば
多結晶シリコンからなるゲート電極106が形成されて
いる。前記フィールド酸化膜102及びゲート電極10
Bを含む基板101全面には、例えばSiO2からなる
第1の層間絶縁膜107が被覆されている。前記ソース
、ドレイン領域103、104の一部に対応する前記層
間絶縁膜27には、複数のコンタクトホール108が開
口されている。前記層間絶縁膜107上には、前記ソー
ス領域103と前記コンタクトホール108を通してそ
れぞれ接続されるAjlからなるソース電極109が設
けられている。
Example 7 FIG. 17 (A) is a plan view showing a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor according to Example 7, and FIG. 17 (B) is a cross section taken along line BB in FIG. 17 (A). It is a diagram. Reference numeral 101 in the figure is, for example, a p-type silicon substrate, and a field oxide film 102 is formed on the surface of the substrate 101 to electrically isolate element regions. The field oxide film 1
On the surface of the multiple element region of the substrate 101 surrounded by 02, a plurality of n+ type source and drain regions 103 and 104 are formed to be electrically isolated from each other. These sources,
A gate electrode 106 made of, for example, polycrystalline silicon is formed on the substrate 101 including the channel region between the drain regions 103 and 104 with a gate oxide film 105 interposed therebetween. The field oxide film 102 and the gate electrode 10
The entire surface of the substrate 101 containing B is coated with a first interlayer insulating film 107 made of, for example, SiO2. A plurality of contact holes 108 are opened in the interlayer insulating film 27 corresponding to parts of the source and drain regions 103 and 104. A source electrode 109 made of Ajl is provided on the interlayer insulating film 107 and is connected to the source region 103 through the contact hole 108, respectively.

前記ソース電極109を含む前記層間絶縁膜107上に
は、例えば5in2からなる第2の層間絶縁膜110が
被覆されている。この層間絶縁膜110上には、例えば
CVD法により堆積された低誘電率絶縁層であるMgO
からなるバッファ層Illが被覆されている。前記バッ
ファ層111上には、例えばジルコン酸チタン酸鉛から
なる強誘電体層112が被覆されている。前記強誘電体
層112表面から前記バッファ層111、第2、第1の
層間絶縁膜107.110を貫通して前記基板lotの
ドレイン領域104表面まで達する複数の矩形柱状の溝
部113aが開口され、かつこれら溝部113a内には
例えば金属タングステンからなる第1電極114aが充
填されている。前記強誘電体層112上には、5i02
からなる第3の層間絶縁膜115が被覆されている。
The interlayer insulating film 107 including the source electrode 109 is covered with a second interlayer insulating film 110 made of, for example, 5 in 2 . On this interlayer insulating film 110, for example, MgO, which is a low dielectric constant insulating layer deposited by the CVD method.
A buffer layer Ill consisting of is coated. The buffer layer 111 is coated with a ferroelectric layer 112 made of, for example, lead zirconate titanate. A plurality of rectangular columnar grooves 113a are opened from the surface of the ferroelectric layer 112, penetrating the buffer layer 111, the second and first interlayer insulating films 107 and 110, and reaching the surface of the drain region 104 of the substrate lot, A first electrode 114a made of tungsten metal, for example, is filled in these grooves 113a. On the ferroelectric layer 112, 5i02
A third interlayer insulating film 115 consisting of is coated.

また、前記溝部113a間に位置する前記第3の層間絶
縁膜115表面部分から前記強誘電体層112を貫通し
てバッファ層111表面まで達する複数の溝部113b
が開口され、かつこれら溝部113b内には例えば金属
タングステンからなる第2電極114bが充填されてい
る。つまり、前記第1、第2の電極114a。
Also, a plurality of grooves 113b extend from the surface portion of the third interlayer insulating film 115 located between the grooves 113a to the surface of the buffer layer 111, penetrating the ferroelectric layer 112.
are opened, and a second electrode 114b made of, for example, metal tungsten is filled in these grooves 113b. That is, the first and second electrodes 114a.

114bは強誘電体層112に交互に配置されている。114b are alternately arranged on the ferroelectric layer 112.

更に、前記第3の層間絶縁膜115上には前記各第2電
極114bの上端と共通接続されるAg配線11Bが設
けられている。
Further, on the third interlayer insulating film 115, an Ag wiring 11B is provided which is commonly connected to the upper end of each of the second electrodes 114b.

本実施例7の強誘電体メモリによれば、前記第1、第2
の電極114a%114bを強誘電体層112に交互に
配置し、かつ各第2電極114bをAg配線11Bで共
通接続しているため、第18図に示す等価回路となり、
1つのトランジスタTrのドレイン側に2つの強誘電体
コンデンサC5が繋がる構成となる。なお、前記Trは
ソース、ドレイン領域103.104、ゲート酸化膜1
05及びゲート電極106で構成される電界効果トラン
ジスタ、2つの05は前記第1電極114aを中心にし
て隣接する第2電極114b、 114bの間に挾まれ
た強誘電体層112部分て構成される強誘電体コンデン
サ、Bは前記ソース電極109と繋がるビット線、Wは
前記電界効果トランジスタTrのゲート電極106に繋
がるワードライン、Dは前記All配線116よりなる
プレート線(電極)である。従って、本実施例7では小
さい占有面積で大きな容量の複数の強誘電体コンデンサ
か形成され、高密度に集積された強誘電体メモリを実現
できる。
According to the ferroelectric memory of Example 7, the first and second
Since the electrodes 114a% 114b are arranged alternately on the ferroelectric layer 112, and the second electrodes 114b are commonly connected by the Ag wiring 11B, the equivalent circuit shown in FIG. 18 is obtained.
Two ferroelectric capacitors C5 are connected to the drain side of one transistor Tr. Note that the Tr has source and drain regions 103 and 104, and gate oxide film 1.
05 and a gate electrode 106, the two 05's are composed of a ferroelectric layer 112 sandwiched between adjacent second electrodes 114b, 114b centered on the first electrode 114a. A ferroelectric capacitor, B is a bit line connected to the source electrode 109, W is a word line connected to the gate electrode 106 of the field effect transistor Tr, and D is a plate line (electrode) made of the All wiring 116. Therefore, in the seventh embodiment, a plurality of ferroelectric capacitors having a large capacity are formed in a small occupied area, and a highly integrated ferroelectric memory can be realized.

また、本実施例7の構成によれば複数の第1電極114
aを中心にしてこれと隣接する複数の第2電極114b
の位置かずれた場合でも1つのトランジスタTrに繋が
る2つのコンデンサの容量変動を抑制できる。これを第
19図(A)、(B)及び第20図の等価回路を参照し
て説明する。
Further, according to the configuration of the seventh embodiment, the plurality of first electrodes 114
A plurality of second electrodes 114b adjacent to center a
Even if the position of the transistor Tr is shifted, the capacitance fluctuation of the two capacitors connected to one transistor Tr can be suppressed. This will be explained with reference to the equivalent circuits of FIGS. 19(A) and 20(B) and FIG.

第19図(A)、(B)では第1電極114.aに隣接
する共通に接続された第2電極114bが位置ずれが生
じたために配列方向にΔLずれた場合を想定したもので
ある。なお、位置ずれを起こさない場合の電極114a
、114b間の距離をし、第1電極114aと片側に隣
接する第2電極114bとの静電容量をC8゜とする。
In FIGS. 19(A) and 19(B), the first electrode 114. It is assumed that the commonly connected second electrode 114b adjacent to a is shifted by ΔL in the arrangement direction due to a positional shift. Note that the electrode 114a in the case where no positional shift occurs
, 114b, and the capacitance between the first electrode 114a and the second electrode 114b adjacent on one side is C8°.

この時、静電容量C9Oは次式で表わことができる。At this time, the capacitance C9O can be expressed by the following equation.

C3O−εA/L・・・(1) ここで、εは誘電率、Aは電極面積である。Lが僅かに
ΔLずれた場合を想定し、前Ha CsをLの周りで展
開すると、 Cs  =C5o+ (d Cso/ d L)  ・
ΔL+  1/2  (d  2 Cs  /  d 
 L  2 )   ・ Δ L ・・・ (2)2次
以上の高次項を無視すると、 C6〜C5゜+(d cs。/d L) φΔLm C
5(、−εAΔL/L2 ” c so−ΔCs          −(3)一
方、位置ずれのために電極間距離が−ΔLずれた場合の
静電容量は、次式で表わされる。
C3O-εA/L...(1) Here, ε is the dielectric constant and A is the electrode area. Assuming that L is slightly shifted by ΔL, if we expand the previous Ha Cs around L, then Cs = C5o+ (d Cso/ d L) ・
ΔL+ 1/2 (d 2 Cs / d
L2) ・ΔL... (2) Ignoring higher-order terms of second order or higher, C6~C5°+(d cs./d L) φΔLm C
5(, -εAΔL/L2 ” c so−ΔCs −(3) On the other hand, the capacitance when the distance between the electrodes shifts by −ΔL due to positional shift is expressed by the following equation.

Cs 〜Cso+ (d Cso/ d L)   (
−ΔL)# (: 5.)+ e AΔL/L2四〇、
。+ΔC5・・・(4) ところで、第19図に示したように第1電極114aを
中心にしてこれと隣接する一方の側(左側)の第2電極
114bとの距離はL+ΔLとなり、容量はこれに伴っ
てC3−ΔC5となる。前記第1電極114aと隣接す
る他方の側(右側)の第2電極114bとの距離は、L
−ΔLとなり、容量はこれに伴ってC5+ΔC5となる
。このため、ΔLが極端に大きくない限り、第1電極1
14aを中心にしてこれと隣接する2つの第2電極11
4bの間の容量は前記C5−ΔC3とC5+ΔC5の和
となり、結局位置ずれを起こしても2C5となって変化
せず、容量変動を抑制できる効果を有する。
Cs ~ Cso+ (d Cso/ d L) (
-ΔL)# (: 5.)+e AΔL/L240,
. +ΔC5...(4) By the way, as shown in FIG. 19, the distance between the first electrode 114a and the adjacent second electrode 114b on one side (left side) is L+ΔL, and the capacitance is this. Accordingly, it becomes C3-ΔC5. The distance between the first electrode 114a and the adjacent second electrode 114b on the other side (right side) is L.
-ΔL, and the capacitance accordingly becomes C5+ΔC5. Therefore, unless ΔL is extremely large, the first electrode 1
Two second electrodes 11 adjacent to center 14a
The capacitance between 4b is the sum of C5-ΔC3 and C5+ΔC5, and even if a positional shift occurs, it becomes 2C5 and remains unchanged, which has the effect of suppressing capacitance fluctuations.

また、第17図(A)、(B)に示すように第1、第2
の電極114a、 114bを強誘電体層112に交互
に配置することによって、第1電極114a間でのクロ
ス・トークを第2電極114bの介在により抑制できる
。この場合、第2電極の平面的な面積を第1電極のそれ
より大きくする構成にすれば、前記クロス・トークをよ
り効果的に抑制できる。
In addition, as shown in FIGS. 17(A) and (B), the first and second
By alternately arranging the electrodes 114a and 114b on the ferroelectric layer 112, cross talk between the first electrodes 114a can be suppressed through the interposition of the second electrode 114b. In this case, the cross talk can be suppressed more effectively by making the planar area of the second electrode larger than that of the first electrode.

実施例8 第21図(A)は、本実施例8の強誘電体コンデンサを
有する強誘電体メモリを示す平面図、同図(B)は同図
(A)のB−B線に沿う断面図である。なお、前述した
第17図と同様な部材を同符号を付して説明を省略する
。本実施例8の強誘電体メモリは、第21図に示すよう
に強誘電体層112に深さの異なる複数の溝部113a
、113bを2次元的に開口し、かつこれら溝部113
a、 113b内に第1、第2の電極114a、 11
4bをXSY方向に交互に配置されるように充填し、更
に各第2電極LL4bを第3の層間絶縁膜115上に配
置したAj)配線116で共通接続°した複数の強誘電
体コンデンサを有する構造になっている。
Example 8 FIG. 21 (A) is a plan view showing a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor according to Example 8, and FIG. 21 (B) is a cross section taken along line BB in FIG. 21 (A). It is a diagram. Note that the same members as those shown in FIG. 17 described above are designated by the same reference numerals and their explanations will be omitted. As shown in FIG. 21, the ferroelectric memory of Example 8 has a plurality of grooves 113a having different depths in the ferroelectric layer 112.
, 113b are two-dimensionally opened, and these grooves 113
a, 113b, first and second electrodes 114a, 11
4b are filled so as to be arranged alternately in the XSY direction, and each second electrode LL4b is arranged on the third interlayer insulating film 115.Aj) A plurality of ferroelectric capacitors are commonly connected by wiring 116. It has a structure.

本実施例8の強誘電体メモリは、第22図に示す等価回
路となり、1つのトランジスタTrのドレイン側に4つ
の強誘電体コンデンサC5が繋がる構成となる。なお、
前記Trはソース、ドレイン領域103.104、ゲー
ト酸化膜105及びゲート電極106で構成される電界
効果トランジスタ、4つのC5は前記第1電極114a
を中心にしてXY力方向隣接する4つの第2電極114
bの間に挟まれた強誘電体層112部分で構成される強
誘電体コンデンサ、Bは前記ソース電極 109と繋が
るビット線、Wは前記電界効果トランジスタTrのゲー
ト電極106に繋がるワードライン、Dは前記AN配線
11Bよりなるプレート線(電極)である。従って、本
実施例8では前記実施例7に比べ、更に小さい占有面積
で大きな容量の複数の強誘電体コンデンサか形成され、
高密度に集積された強誘電体メモリを実現することがで
きる。
The ferroelectric memory of Example 8 has an equivalent circuit shown in FIG. 22, in which four ferroelectric capacitors C5 are connected to the drain side of one transistor Tr. In addition,
The Tr is a field effect transistor composed of source and drain regions 103 and 104, a gate oxide film 105, and a gate electrode 106, and the four C5 are field effect transistors composed of the first electrode 114a.
Four second electrodes 114 adjacent in the XY force direction centering on
B is a bit line connected to the source electrode 109; W is a word line connected to the gate electrode 106 of the field effect transistor Tr; is a plate line (electrode) made of the AN wiring 11B. Therefore, in the eighth embodiment, a plurality of ferroelectric capacitors with a larger capacity are formed in a smaller occupied area than in the seventh embodiment,
A ferroelectric memory that is highly integrated can be realized.

実施例9 第23図(A)は、本実施例9の強誘電体コンデンサを
有する強誘電体メモリを示す平面図、同図(B)は同図
(A)のB−B線に沿う断面図である。なお、前述した
第17図と同様な部材を同符号を付して説明を省略する
。本実施例9の強誘電体メモリは、第23図に示すよう
に強誘電体層112表面からバッファ層Ill、第2、
第1の層間絶縁膜107.110を貫通して前記基板1
01のドレイン領域104表面まで達する複数の矩形柱
状の溝部113aを開口し、これら溝部113a内には
例えば金属タンゲステンからなる第1電極114aをそ
れぞれ充填し、かつ第3の層間絶縁膜115表面部分か
ら前記強誘電体層112を貫通してバッファ層111表
面まで達する格子状の溝部113を前記各溝部113a
をそれぞれ囲むように開口し、該格子状の溝部113内
に例えば金属タングステンからなる第2電極114bを
充填し、前記第2電極114bを第3の層間絶縁膜11
5上に配置したAf!配線116で共通接続した複数の
強誘電体コンデンサを有する構造になっている。
Example 9 FIG. 23 (A) is a plan view showing a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor according to Example 9, and FIG. 23 (B) is a cross section taken along line BB in FIG. 23 (A). It is a diagram. Note that the same members as those shown in FIG. 17 described above are designated by the same reference numerals and their explanations will be omitted. As shown in FIG. 23, the ferroelectric memory of this embodiment 9 includes a buffer layer Ill, a buffer layer Ill, a second layer,
the substrate 1 through the first interlayer insulating film 107, 110;
A plurality of rectangular columnar grooves 113a are opened that reach the surface of the drain region 104 of No. A lattice-shaped groove 113 that penetrates the ferroelectric layer 112 and reaches the surface of the buffer layer 111 is formed in each groove 113a.
The lattice-shaped grooves 113 are filled with a second electrode 114b made of, for example, metal tungsten, and the second electrode 114b is connected to the third interlayer insulating film 11.
Af placed on 5! It has a structure in which a plurality of ferroelectric capacitors are commonly connected by wiring 116.

本実施例9の強誘電体メモリは、前述した実施例8と同
様、第22図に示す等価回路となり、1つのトランジス
タTrのドレイン側に4つの強誘電体コンデンサC5が
繋がる構成となる。従って、本実施例9では前記実施例
7に比べ、更に小さい占有面積で大きな容量の複数の強
誘電体コンデンサが形成され、高密度に集積された強誘
電体メモリを実現できる。
The ferroelectric memory of this embodiment 9 has an equivalent circuit shown in FIG. 22, similar to the above-mentioned embodiment 8, and has a configuration in which four ferroelectric capacitors C5 are connected to the drain side of one transistor Tr. Therefore, in this embodiment 9, a plurality of ferroelectric capacitors with a larger capacity are formed in a smaller occupied area than in the seventh embodiment, and a highly densely integrated ferroelectric memory can be realized.

実施例10 本実施例1Oは、強誘電体コンデンサを有する強誘電体
メモリの製造に適用したもので、その工程を第24図(
a)〜(f)及び第25図〜第32図を参照して説明す
る。
Example 10 Example 1O is applied to the manufacture of a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor, and the process is shown in FIG.
This will be explained with reference to a) to (f) and FIGS. 25 to 32.

まず、例えばp型のシリコン基板201を選択酸化して
該基板201の表面に素子領域を電気的に分離するため
のフィールド酸化膜202を形成する。
First, for example, a p-type silicon substrate 201 is selectively oxidized to form a field oxide film 202 on the surface of the substrate 201 for electrically isolating device regions.

つづいて、前記フィールド酸化膜202で囲まれた基板
201の表面を熱酸化して薄い酸化膜を形成し、全面に
例えば砒素等の不純物を含む多結晶シリコン膜を堆積し
、更に該多結晶シリコン膜を熱酸化して表面にシリコン
酸化膜を成長させた後、これらシリコン酸化膜、多結晶
シリコン膜及び酸化膜をパターニングにして前記基板2
01上にゲート酸化膜203を介してゲート電極204
、シリコン酸化膜パターン205を形成する。ひきつづ
き、前記フィールド酸化膜202及びゲート電極204
をマスクとしてn型不純物、例えば砒素を基板201に
イオン注入し、活性化して互いに電気的に分離されたn
“型のソース、ドレイン領域206.207を形成する
(第24図(a)及び第25図図示)。なお、第25図
は同図(a)の平面図で、かつ同図(a)は同第25図
のX、−X、線に沿う断面図である。
Subsequently, the surface of the substrate 201 surrounded by the field oxide film 202 is thermally oxidized to form a thin oxide film, a polycrystalline silicon film containing impurities such as arsenic is deposited on the entire surface, and the polycrystalline silicon film is further deposited on the entire surface. After thermally oxidizing the film to grow a silicon oxide film on the surface, the silicon oxide film, polycrystalline silicon film, and oxide film are patterned to form the substrate 2.
A gate electrode 204 is formed on 01 through a gate oxide film 203.
, a silicon oxide film pattern 205 is formed. Subsequently, the field oxide film 202 and the gate electrode 204
Using the mask as a mask, n-type impurities such as arsenic are ion-implanted into the substrate 201, activated, and electrically isolated from each other.
Form the source and drain regions 206 and 207 of the mold (as shown in FIGS. 24(a) and 25). Note that FIG. 25 is a plan view of FIG. FIG. 26 is a sectional view taken along the lines X and -X in FIG. 25;

次いで、前記フィールド酸化膜202及びゲート電極2
04を含む基板201全面にCVD法等により例えば5
in2からなる第1の層間絶縁膜208を堆積し、更に
CVD法によりn型不純物、例えば砒素を含む多結晶シ
リコン膜を堆積した後、該多結晶シリコンをパターニン
グしてプレート線209を形成する。°このプレート線
209は、同図(b)及びM2O図に示すように前記ソ
ース、ドレイン領域206.207の箇所て抜け、かつ
2つの列方向に並ぶ強誘電体コンデンサに対して共通接
続するように分離された形状になっている。なお、第2
6図は同図(b)の平面図で、かつ同図(b)は同第2
6図のX、−X、線に沿う断面図である。
Next, the field oxide film 202 and the gate electrode 2
For example, 5 is applied to the entire surface of the substrate 201 including the
After depositing a first interlayer insulating film 208 made of in2 and further depositing a polycrystalline silicon film containing n-type impurities such as arsenic by CVD, the polycrystalline silicon is patterned to form plate lines 209. ° This plate line 209 passes through the source and drain regions 206 and 207 and is commonly connected to the ferroelectric capacitors arranged in the two column directions, as shown in FIG. It has a separated shape. In addition, the second
Figure 6 is a plan view of the same figure (b), and the same figure (b) is a plan view of the same figure (b).
6 is a sectional view taken along the line X, -X, in FIG. 6. FIG.

次いで、前記プレート線209を含む第1の層間絶縁膜
208上にCVD法により例えばボロンリンシリケート
(BPSG)からなる第2の層間絶縁膜210を堆積し
た後、熱処理して表面を平坦化し、更にRFマグネトロ
ンスパッタ法により低誘電率絶縁層であるMgOからな
るバッファ層211を堆積する。つづいて、このバッフ
ァ層211上にRFマグネトロンスパッタ法により例え
ばジルコン酸チタン酸鉛を堆積した後、パターニングす
る。この工程により、同図(c)及び第27図に示すよ
うに前記ソース領域206の箇所で抜け、かつ2つの列
方向に並ぶ強誘電体コンデンサに対して共通化される形
状の強誘電体層212が形成される。なお、第27図は
同図(c)の平面図で、かつ同図(c)は同第27図の
X、−X、線に沿う断面図である。
Next, a second interlayer insulating film 210 made of, for example, boron phosphorus silicate (BPSG) is deposited on the first interlayer insulating film 208 including the plate line 209 by a CVD method, and then heat treated to flatten the surface. A buffer layer 211 made of MgO, which is a low dielectric constant insulating layer, is deposited by RF magnetron sputtering. Subsequently, for example, lead zirconate titanate is deposited on the buffer layer 211 by RF magnetron sputtering, and then patterned. Through this step, as shown in FIG. 27, the ferroelectric layer is removed at the source region 206 and has a shape common to the two ferroelectric capacitors arranged in the column direction. 212 is formed. Note that FIG. 27 is a plan view of FIG. 27(c), and FIG. 27(c) is a sectional view taken along the lines X and -X of FIG. 27.

次いで、全面にCVD法により例えば5in2からなる
第3の層間絶縁膜213を堆積し、更に該層間絶縁膜2
13上に写真蝕刻法により第1、第2の電極用溝部形成
予定部が開口されたレジストパターン(図示せず)を形
成した後、該レジストパターンをマスクとして塩素系の
反応性ガスを用いたイオンビームエツチングを行なう。
Next, a third interlayer insulating film 213 of, for example, 5 in 2 is deposited on the entire surface by CVD method, and the interlayer insulating film 213 is further deposited on the entire surface.
After forming a resist pattern (not shown) in which the first and second electrode grooves are to be formed by photolithography on No. 13, a chlorine-based reactive gas was used using the resist pattern as a mask. Perform ion beam etching.

この工程により、同図(d)及び第28図に示すように
深さの異なる矩形柱状の溝部214a、 214bが開
口される。
Through this step, rectangular columnar grooves 214a and 214b having different depths are opened as shown in FIG. 28(d) and FIG.

前記溝部214aは、ドレイン領域207まで達し、該
溝部214aの周囲の3辺には溝部214bが配置され
る。
The groove 214a reaches the drain region 207, and grooves 214b are arranged on three sides around the groove 214a.

これら溝部214bは、前記プレート線209のエツチ
ングストッパ作用により該プレート線209表面を底部
とする形状をなす。なお、第28図は同図(d)の平面
図で、かつ同図(d)は同第28図のX1X1線に沿う
断面図である。つづいて、レジストパターン(図示せず
)を残存させた状態にて六フッ化タングステンガスを水
素ガスで還元するCVD法により前記溝部214a、 
214bを含むレジストパターン上に金属タングステン
膜を堆積した後、該レジストパターンを除去し、その上
の金属タングステン膜部分を選択的に除去するリフトオ
フ法により前記各溝部214a、 214b内にタング
ステンを残存させ、第1、第2の電極215a、 21
5bをそれぞれ形成する(同図(e)図示)。
These grooves 214b have a shape with the surface of the plate line 209 as the bottom due to the etching stopper action of the plate line 209. 28 is a plan view of FIG. 28(d), and FIG. 28(d) is a sectional view taken along the line X1X1 of FIG. 28. Subsequently, the groove portion 214a is
After a metallic tungsten film is deposited on the resist pattern including the resist pattern 214b, the resist pattern is removed, and tungsten is left in each of the grooves 214a and 214b by a lift-off method that selectively removes the metallic tungsten film portion thereon. , first and second electrodes 215a, 21
5b (as shown in FIG. 5(e)).

次いで、前記第1、第2の電極215a、 215bの
上面が露出した前記第3の層間絶縁膜213上にCVD
法により例えば5in2からなる第4の層間絶縁膜21
6を堆積し、前記ソース領域206に対応する第4、第
3の層間絶縁膜213.21B、バッファ層211、第
2、第1の層間絶縁膜210.208に亘って選択的に
エツチングしてコンタクトホール217を開口した後、
全面にAl膜を堆積し、これをパターニングして前記コ
ンタクトホール217を通して前記ソース領域206に
接続されるAll配線218を形成する。この後、図示
しない保護膜を全面に堆積して強誘電体コンデンサ・ア
レイを製造する(同図(f)、第30図〜第32図図示
)。なお、第29図は同図(f)の平面図゛で、かつ同
図(f)は同第29図のX、−X、線に沿う断面図であ
る。また、第30図〜第32図はそれぞれ第29図のX
2−X2線、Y、−Y、線、Y2−Y2線に沿う断面図
である。
Next, CVD is applied to the third interlayer insulating film 213 with the upper surfaces of the first and second electrodes 215a and 215b exposed.
For example, a fourth interlayer insulating film 21 of 5 in 2 is formed by a method.
6 is deposited and selectively etched over the fourth and third interlayer insulating films 213.21B, the buffer layer 211, and the second and first interlayer insulating films 210.208 corresponding to the source region 206. After opening the contact hole 217,
An Al film is deposited on the entire surface and patterned to form an Al wiring 218 connected to the source region 206 through the contact hole 217. Thereafter, a protective film (not shown) is deposited over the entire surface to produce a ferroelectric capacitor array (as shown in FIG. 3(f) and FIGS. 30 to 32). 29 is a plan view of FIG. 29(f), and FIG. 29(f) is a sectional view taken along the lines X and -X of FIG. 29. In addition, FIGS. 30 to 32 are respectively
2-X2 line, Y, -Y, line, and Y2-Y2 line. FIG.

本実施例10の方法によれば、第1の層間絶縁膜208
上にソース、ドレイン領域206、207に対応する箇
所が抜けた多結晶シリコン等からなるプレート線209
を設け、該プレート線209をエツチングストッパとし
て利用することによって、レジストパターンをマスクと
した1回のイオンビームエツチングにより深さの異なる
溝部214a、 214b、っまりドレイン領域207
まで達する溝部214aと前記プレート線209を底部
とする溝部214bを開口できる。その結果、この後の
第1、第2の電極215a、215bの形成を1回の金
属タングステン膜の蒸着、リフトオフ法等の工程により
形成できるため、工程の簡略化を図ることができる。し
かも、第1、第2の電極215a、 2L5b間に挾ま
れた強誘電体層212部分の厚さを設計寸法通りにでき
るため、容量か安定化でき、強誘電特性の優れた複数の
強誘電体コンデンサを備えた強誘電体メモリを実現でき
る。
According to the method of Example 10, the first interlayer insulating film 208
Above is a plate line 209 made of polycrystalline silicon or the like with holes corresponding to the source and drain regions 206 and 207.
By providing the plate line 209 as an etching stopper, grooves 214a and 214b with different depths and the drain region 207 are formed by one ion beam etching using the resist pattern as a mask.
A groove 214a that reaches up to the plate line 209 and a groove 214b that has the plate line 209 as the bottom can be opened. As a result, the subsequent formation of the first and second electrodes 215a and 215b can be performed by a single process such as vapor deposition of a metal tungsten film and a lift-off method, thereby simplifying the process. Moreover, since the thickness of the ferroelectric layer 212 sandwiched between the first and second electrodes 215a and 2L5b can be adjusted to the designed dimensions, the capacitance can be stabilized and multiple ferroelectric layers with excellent ferroelectric properties can be used. A ferroelectric memory equipped with a physical capacitor can be realized.

また、本実施例10の構成によれば第24図(f)、第
29図〜第32図に示すように1つのトランジスタのド
レイン領域207に接続された第1電極215aの周囲
3辺に強誘電体層212を挟んでプレート線209に共
通接続された第2電極215bを配置できるため、前記
トランジスタのドレイン領域207に3つの強誘電体コ
ンデンサを繋げることができ、高密度に集積された強誘
電体メモリを実現することができる。
In addition, according to the structure of the tenth embodiment, as shown in FIG. 24(f) and FIGS. 29 to 32, there is a strong Since the second electrode 215b commonly connected to the plate line 209 can be placed across the dielectric layer 212, three ferroelectric capacitors can be connected to the drain region 207 of the transistor. A dielectric memory can be realized.

更に、第2電極を強誘電体層212の下方に配置したプ
レート線209で共通接続することによって、ビット線
として用いられるAg配線218を強誘電体層212の
上面側の第4の層間絶縁膜216に配置てきるため、設
計の自由度を上げることできると共に、高密度に集積さ
れた強誘電体メモリを実現できる。
Furthermore, by commonly connecting the second electrodes with a plate line 209 disposed below the ferroelectric layer 212, the Ag wiring 218 used as a bit line is connected to the fourth interlayer insulating film on the upper surface side of the ferroelectric layer 212. 216, the degree of freedom in design can be increased, and a ferroelectric memory that is highly integrated can be realized.

なお、面方向に自発分極軸を持つ強誘電体層(例えば正
方品タングステン・ブロンズ型結晶構造を持つニオブ酸
バリウム・ストロンチウム層)を実施例1〜10と同様
にバッファ層に設け、溝部の形成、これら溝部への第1
、第2の電極の充填を行った構造の強誘電体コンデンサ
では強誘電特性に特有なヒステリシス曲線を示すことが
確認された。
Note that a ferroelectric layer having a spontaneous polarization axis in the plane direction (for example, a barium strontium niobate layer having a tetragonal tungsten bronze type crystal structure) is provided in the buffer layer as in Examples 1 to 10, and a groove is formed. , the first to these grooves
It was confirmed that a ferroelectric capacitor having a structure in which the second electrode is filled exhibits a hysteresis curve specific to ferroelectric characteristics.

[発明の効果・] 以上詳述した如く、本発明の強誘電体コンデンサによれ
ば小さい占有面積で大きな電極面積を持ち大きな電荷を
蓄積することができる。また、本発明の強誘電体コンデ
ンサによれば自発分極軸が面方向にのみ向いている強誘
電体層を用いても良好な強誘電性を発揮できる。更に、
本発明の強誘電体コンデンサによれば低誘電率の絶縁膜
でコンデンサ間、コンデンサと配線間の電気的な分離を
行うことによって、誤動作が少なく、しかも浮遊容量に
起因する遅延時間を小さくすることでき、ひいては高集
積度のDRAMや強誘電体メモリを実現できる。更に、
第1、第2の電極と外部の配線等との接続形態を改良し
たり、第1、第2の電極を交互に配置し、一方の電極を
共通接続する形態を採用することによって、複数の強誘
電体コンデンサ等が高密度に集積された強誘電体メモリ
を実現できる。。
[Effects of the Invention] As detailed above, the ferroelectric capacitor of the present invention has a large electrode area with a small occupied area, and can store a large amount of charge. Further, according to the ferroelectric capacitor of the present invention, good ferroelectricity can be exhibited even when using a ferroelectric layer in which the spontaneous polarization axis is oriented only in the in-plane direction. Furthermore,
According to the ferroelectric capacitor of the present invention, by electrically separating capacitors and between capacitors and wiring using a low dielectric constant insulating film, it is possible to reduce malfunctions and reduce delay time caused by stray capacitance. This makes it possible to realize highly integrated DRAMs and ferroelectric memories. Furthermore,
By improving the connection form between the first and second electrodes and external wiring, etc., or by adopting a form in which the first and second electrodes are arranged alternately and one electrode is commonly connected, multiple A ferroelectric memory in which ferroelectric capacitors and the like are densely integrated can be realized. .

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

第1図(A)は本発明の実施例1における強誘電体コン
デンサ・アレイを示す平面図、同図(B)は同図(A)
のB−B線に沿う部分断面斜視図、第2図は実施例1の
強誘電体コンデンサの電圧と電荷量のヒステリシス特性
を示す線図、第3図は実施例1の強誘電体コンデンサの
スイッチング特性を示す線図、第4図は本発明の強誘電
体コンデンサの作用を説明するための部分断面斜視図、
第5図は本発明の実施例2における強誘電体メモリを示
す断面図、第6図は第5図の強誘電体メモリの等価回路
図である。第7図(A)、(B)〜第10図(A)、C
B)は本発明の実施例3における強誘電体コンデンサ・
アレイの製造工程を示し、各図中の(A)は平面図、各
図中の(B)はそれに対応する(A)のB−B線に沿う
部分断面斜視図である。第11図(A)は本発明の実施
例4における強誘電体メモリを示す平面図、同図(B)
は同図(A)のB−B線に沿う断面図、第12図は第1
1図の強誘電体メモリの等価回路図、第13図は本発明
の実施例5における強誘電体メモリを示す断面図、第1
4図(a)〜(i)は本実施例6の強誘電体メモリのI
製造工程を示す断面図、第15図は第14図(i)の平
面図、第16図(A)は本発明の実施例6の変形例を示
す強誘電体メモリの平面図、同図(B)は同図(A)の
B−B線に沿う断面図、第17図(A)は本発明の実施
例7における強誘電体メモリを示す平面図、同図(B)
は同図(A)のB−B線に沿う断面図、第18図は第1
7図の強誘電体メモリの等価回路図、第19図(A)は
本発明の実施例7における強誘電体メモリの作用を説明
するための平面図、同図(B)は同図(A)のB−B線
に沿う断面図、第20図は第19図の強誘電体メモリの
等価回路図、第21図(A)は本発明の実施例8におけ
る強誘電体メモリを示す平面図、同図(B)は同図(A
)のB−B線に沿う断面図、第22図は第21図の強誘
電体メモリの等価回路図、第23図(A)は本発明の実
施例9における強誘電体メモリを示す平面図、同図(B
)は同図(A)のB−B線に沿う断面図、第24図(a
) 〜(f)は本発明の実施例10における強誘電体メ
モリの製造工程を示す断面図、第25図は第24図(a
)の平面図、第26図は第24図(b)の平面図、第2
7図は第24図(c)の平面図、第28図は第24図(
d)の平面図、第29図は第24図(f)の平面図、第
30図〜第32図はそれぞれ第29図のX 2− X 
2線、Yl−Y、線、Y2−Y2線に沿う断面図、第3
3図は強誘電相の電界と分極の関係を示す線図、第34
図は常誘電相の電界と分極の関係を示す線図、第35図
(A)は従来のブレーナ型コンデンサを示す平面図、同
図(B)は同図(A)のB−B線に沿う断面図、第36
図は第35図のブレーナ型コンデンサの等価回路図であ
る。 1111.21.41.61.101.201・・・シ
リコン基板、2.14.33.44.69.112.2
12・・・強誘電体層、13.32.43.68.11
1.211・・・バッファ層、13a 、 13b 、
 34a 、 34b 、 48a 、 48b 、 
70a 。 70b 、 113a、 113b、  113.21
4a、 214b−=溝部、15a 、 15b 、 
35a s 35b % 49a 、 49b 、 7
1a 。 71b 、114a、 114b、 215a、 21
5b−・・電極、17a117b 、 3B、50a 
、 50b 、 74.81.82.109.11B、
218・・・配線、23.63.103.20[i・・
・n゛型ソース領域、24.64.104207、・・
・n′″型ドレイン領域、26.66.105.204
・・・ゲート電極、46・・・強誘電体からなる矩形柱
、47・・・プラズマ5in2、Tr・・・電界効果ト
ランジスタ、C,cs・・・強誘電体コンデンサ、B・
・・ビット線、W・・・ワード線、D・・・プレート線
(電極)。 (A) 電圧:2V/div 電荷fil : 200pc/div 第 図 (B) 第 図 1 t (ns ) 1 第 図 第 図 第 図 (A) 第 図 (A) (B) 第 図 6 5 1 第 0 図 49b 第12図 第13 図 (A) (B) (a) 7 (b) 第14図 (C) 77 (d) (9) 第14図 (e) (f) (i) 第14図 第15 図 (A) (B) (a) (b) 第24図 第24図 第30図 第32図 第33図 第34図
FIG. 1(A) is a plan view showing a ferroelectric capacitor array in Example 1 of the present invention, and FIG. 1(B) is a plan view of the same FIG. 1(A).
FIG. 2 is a diagram showing the voltage and charge hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor of Example 1, and FIG. 3 is a diagram showing the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor of Example 1. A diagram showing switching characteristics, FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view for explaining the action of the ferroelectric capacitor of the present invention,
FIG. 5 is a sectional view showing a ferroelectric memory according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the ferroelectric memory shown in FIG. Figure 7 (A), (B) to Figure 10 (A), C
B) is the ferroelectric capacitor in Example 3 of the present invention.
The manufacturing process of the array is shown, and (A) in each figure is a plan view, and (B) in each figure is a corresponding partially sectional perspective view taken along line BB in (A). FIG. 11(A) is a plan view showing a ferroelectric memory in Example 4 of the present invention, and FIG. 11(B)
is a sectional view taken along the line B-B of the same figure (A), and FIG.
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of the ferroelectric memory shown in FIG. 1, FIG.
4 (a) to (i) are I of the ferroelectric memory of Example 6.
15 is a plan view of FIG. 14(i), FIG. 16(A) is a plan view of a ferroelectric memory showing a modification of the sixth embodiment of the present invention, and FIG. B) is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 17(A), FIG. 17(A) is a plan view showing a ferroelectric memory in Example 7 of the present invention, and FIG.
is a cross-sectional view taken along the line B-B of the same figure (A), and FIG.
7 is an equivalent circuit diagram of the ferroelectric memory, FIG. ), FIG. 20 is an equivalent circuit diagram of the ferroelectric memory in FIG. 19, and FIG. 21(A) is a plan view showing the ferroelectric memory in Example 8 of the present invention. , the same figure (B) is the same figure (A
), FIG. 22 is an equivalent circuit diagram of the ferroelectric memory in FIG. 21, and FIG. 23(A) is a plan view showing the ferroelectric memory in Example 9 of the present invention. , the same figure (B
) is a sectional view taken along the line B-B in Figure (A), and Figure 24 (a
) to (f) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the ferroelectric memory in Example 10 of the present invention, and FIG. 25 is the cross-sectional view shown in FIG. 24 (a).
), Fig. 26 is the plan view of Fig. 24(b), and Fig. 26 is the plan view of Fig.
Fig. 7 is a plan view of Fig. 24(c), and Fig. 28 is a plan view of Fig. 24(c).
d), FIG. 29 is a plan view of FIG. 24(f), and FIGS. 30 to 32 are X 2-X of FIG. 29, respectively.
2 line, Yl-Y line, cross-sectional view along Y2-Y2 line, 3rd line
Figure 3 is a diagram showing the relationship between the electric field and polarization of the ferroelectric phase.
The figure is a diagram showing the relationship between the electric field and polarization of the paraelectric phase, Figure 35 (A) is a plan view showing a conventional Brehner type capacitor, and Figure 35 (B) is a line BB in Figure 35 (A). Cross-sectional view, No. 36
The figure is an equivalent circuit diagram of the Brehner type capacitor shown in FIG. 35. 1111.21.41.61.101.201...Silicon substrate, 2.14.33.44.69.112.2
12... Ferroelectric layer, 13.32.43.68.11
1.211... buffer layer, 13a, 13b,
34a, 34b, 48a, 48b,
70a. 70b, 113a, 113b, 113.21
4a, 214b-=groove, 15a, 15b,
35a s 35b % 49a, 49b, 7
1a. 71b, 114a, 114b, 215a, 21
5b--electrode, 17a117b, 3B, 50a
, 50b, 74.81.82.109.11B,
218...Wiring, 23.63.103.20[i...
・N-type source region, 24.64.104207,...
・n''' type drain region, 26.66.105.204
... Gate electrode, 46 ... Rectangular column made of ferroelectric material, 47 ... Plasma 5in2, Tr ... Field effect transistor, C, cs ... Ferroelectric capacitor, B.
... Bit line, W... Word line, D... Plate line (electrode). (A) Voltage: 2V/div Charge fil: 200pc/div Figure (B) Figure 1 t (ns) 1 Figure Figure Figure Figure Figure (A) Figure (A) (B) Figure 6 5 1 0 Figure 49b Figure 12 Figure 13 (A) (B) (a) 7 (b) Figure 14 (C) 77 (d) (9) Figure 14 (e) (f) (i) Figure 14 Figure 15 (A) (B) (a) (b) Figure 24 Figure 24 Figure 30 Figure 32 Figure 33 Figure 34

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板上に設けられた強誘電体層と、この強誘電体
層に開口され、該強誘電体層の厚さ方向に沿い互いに強
誘電体を介して対向するように形成される電極が充填さ
れる溝部と、これら溝部内で前記強誘電体を介して対向
するように充填された第1、第2の電極とを具備したこ
とを特徴とする強誘電体コンデンサ。
(1) A ferroelectric layer provided on a substrate, and electrodes that are opened in this ferroelectric layer and are formed to face each other along the thickness direction of the ferroelectric layer with the ferroelectric interposed therebetween. 1. A ferroelectric capacitor comprising: a groove filled with a ferroelectric substance; and first and second electrodes filled in the groove so as to face each other with the ferroelectric material interposed therebetween.
(2)前記第1、第2の電極は、前記溝部内で前記強誘
電体との接触部以外に絶縁材を介在して充填されること
を特徴とする請求項1記載の強誘電体コンデンサ。
(2) The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein the first and second electrodes are filled in the groove portion with an insulating material interposed in a portion other than the contact portion with the ferroelectric material. .
(3)半導体基板上に低誘電率絶縁層を介して設けられ
た強誘電体層と、この強誘電体層に開口され、該強誘電
体層の厚さ方向に沿い互いに強誘電体を介して対向する
柱状の溝部と、これら溝部内に前記強誘電体層を介して
対向するように充填された第1、第2の電極とを具備し
、前記溝部のうち一方の溝部底部を前記基板表面に形成
された拡散層まで到達させ、該溝部内に充填した第1電
極を該拡散層に接続し、かつ他方の溝部内に充填された
第2電極を前記強誘電体層の表面側に配置した配線に接
続したことを特徴とする強誘電体コンデンサ。
(3) A ferroelectric layer provided on a semiconductor substrate with a low dielectric constant insulating layer interposed therebetween; and first and second electrodes filled in these grooves so as to face each other with the ferroelectric layer interposed therebetween, and the bottom of one of the grooves is connected to the substrate. A first electrode filled in the groove is connected to the diffusion layer, and a second electrode filled in the other groove is placed on the surface side of the ferroelectric layer. A ferroelectric capacitor characterized by being connected to arranged wiring.
(4)半導体基板上に低誘電率絶縁層を介して設けられ
た強誘電体層と、この強誘電体層に開口され、該強誘電
体層の厚さ方向に沿い互いに強誘電体層を介して対向す
る柱状の溝部と、この溝部内に前記強誘電体を介して対
向するように充填された第1、第2の電極とを具備し、
前記溝部のうち一方の溝部底部を前記基板と前記低誘電
率絶縁層の間に位置し該基板の拡散層と接続された配線
まで到達させ、該溝部内に充填した第1電極を該配線に
接続し、他方の溝部に充填された第2電極を前記強誘電
体層の表面側に配置した配線に接続したことを特徴とす
る強誘電体コンデンサ。
(4) A ferroelectric layer provided on a semiconductor substrate with a low dielectric constant insulating layer interposed therebetween; comprising a columnar groove facing each other with the ferroelectric material interposed therebetween, and first and second electrodes filled in the groove so as to face each other with the ferroelectric material interposed therebetween;
The bottom of one of the grooves reaches a wiring located between the substrate and the low dielectric constant insulating layer and connected to a diffusion layer of the substrate, and a first electrode filled in the groove is connected to the wiring. A ferroelectric capacitor, characterized in that the second electrode filled in the other groove is connected to the wiring arranged on the surface side of the ferroelectric layer.
(5)前記他方の溝部底部を前記低誘電率絶縁層に位置
させ、該溝部内に充填された第2電極の底面を前記低誘
電率絶縁層表面で止めたことを特徴とする請求項3又は
4記載の強誘電体コンデンサ。
(5) The bottom of the other groove is located in the low dielectric constant insulating layer, and the bottom surface of the second electrode filled in the groove is stopped at the surface of the low dielectric constant insulating layer. Or the ferroelectric capacitor according to 4.
(6)半導体基板上に低誘電率絶縁層を介して設けられ
た強誘電体層と、この強誘電体層に開口され、該強誘電
体層の厚さ方向に沿い互いに強誘電体層を介して対向す
る柱状の溝部と、これら溝部内に前記強誘電体を介して
対向するように充填された第1、第2の電極とを具備し
、前記溝部のうち一方の溝部の底部を前記基板に形成さ
れた拡散層まで到達させ、該溝部内に充填した第1電極
を該拡散層に接続し、かつ他方の溝部底部を前記基板と
前記低誘電率絶縁層の間に配置された配線まで到達させ
、該溝部内に充填された第2電極を該配線に接続したこ
とを特徴とする強誘電体コンデンサ。
(6) A ferroelectric layer provided on a semiconductor substrate with a low dielectric constant insulating layer interposed therebetween; a columnar groove facing each other through the ferroelectric material, and first and second electrodes filled in the grooves so as to face each other with the ferroelectric material interposed therebetween; A wiring that reaches a diffusion layer formed on the substrate, connects a first electrode filled in the groove to the diffusion layer, and connects the bottom of the other groove between the substrate and the low dielectric constant insulating layer. A ferroelectric capacitor characterized in that a second electrode filled in the groove is connected to the wiring.
(7)前記強誘電体層の表面に別の低誘電率絶縁層を被
覆し、該低誘電率絶縁層を通して該強誘電体層の厚さ方
向に沿い互いに強誘電体層を介して対向する柱状の溝部
を開口し、これら溝部内に第1、第2の電極をその上端
側が前記低誘電率絶縁層から突出するように充填したこ
とを特徴とする請求項3乃至6いずれか1項記載の強誘
電体コンデンサ。
(7) The surface of the ferroelectric layer is coated with another low dielectric constant insulating layer, and the ferroelectric layers are opposed to each other along the thickness direction of the ferroelectric layer through the low dielectric constant insulating layer. 7. The method according to claim 3, wherein columnar grooves are opened and first and second electrodes are filled in these grooves so that their upper ends protrude from the low dielectric constant insulating layer. ferroelectric capacitor.
(8)半導体基板上に低誘電率絶縁層を介して設けられ
た強誘電体層と、この強誘電体層に開口され、該強誘電
体層の厚さ方向に沿い互いに強誘電体層を介して対向す
る複数の柱状の溝部と、これら溝部内に前記強誘電体を
介して対向するように充填された第1、第2の電極とを
具備し、隣接する前記第1電極間に前記第2電極が介在
されるように前記第1、第2の電極を配置し、かつ各第
1電極が充填された溝部底部を前記基板に形成された拡
散層まで到達させて各第1電極を拡散層にそれぞれ接続
し、各第2電極を前記強誘電体層の表面側に配置した配
線に共通接続したことを特徴とする強誘電体コンデンサ
(8) A ferroelectric layer provided on a semiconductor substrate with a low dielectric constant insulating layer interposed therebetween; a plurality of columnar grooves facing each other through the ferroelectric material, and first and second electrodes filled in the grooves so as to face each other with the ferroelectric material interposed therebetween; The first and second electrodes are arranged so that the second electrode is interposed therebetween, and the bottom of the groove filled with each first electrode is made to reach the diffusion layer formed on the substrate to separate each first electrode. A ferroelectric capacitor characterized in that each second electrode is connected to a diffusion layer, and each second electrode is commonly connected to a wiring arranged on a surface side of the ferroelectric layer.
(9)前記各第2電極が充填された溝部底部を前記半導
体基板と前記低誘電率絶縁層の間に配置された配線まで
到達させ、各第2電極を該配線に共通接続したことを特
徴とする請求項8記載の強誘電体コンデンサ。
(9) The bottom of the groove filled with each of the second electrodes reaches a wiring disposed between the semiconductor substrate and the low dielectric constant insulating layer, and each of the second electrodes is commonly connected to the wiring. 9. The ferroelectric capacitor according to claim 8.
JP19499390A 1989-12-25 1990-07-25 Ferroelectric capacitor Pending JPH03284817A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19499390A JPH03284817A (en) 1989-12-25 1990-07-25 Ferroelectric capacitor

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33260489 1989-12-25
JP1-332604 1989-12-25
JP2-84647 1990-03-30
JP19499390A JPH03284817A (en) 1989-12-25 1990-07-25 Ferroelectric capacitor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03284817A true JPH03284817A (en) 1991-12-16

Family

ID=26508860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19499390A Pending JPH03284817A (en) 1989-12-25 1990-07-25 Ferroelectric capacitor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03284817A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008251986A (en) * 2007-03-30 2008-10-16 Fujitsu Ltd Drive control method and apparatus of micro-machine device
US7961448B2 (en) 2007-01-24 2011-06-14 Fujitsu Limited Drive control method and unit for micro machine device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7961448B2 (en) 2007-01-24 2011-06-14 Fujitsu Limited Drive control method and unit for micro machine device
JP2008251986A (en) * 2007-03-30 2008-10-16 Fujitsu Ltd Drive control method and apparatus of micro-machine device
JP4610576B2 (en) * 2007-03-30 2011-01-12 富士通株式会社 Micromachine device drive control method and apparatus
US7903386B2 (en) 2007-03-30 2011-03-08 Fujitsu Limited Apparatus and method for drive controlling micro machine device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5155573A (en) Ferroelectric capacitor and a semiconductor device having the same
US5047817A (en) Stacked capacitor for semiconductor memory device
JP3384599B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100509851B1 (en) Capacitor and method for fabricating the same, and semiconductor device
KR100406536B1 (en) FeRAM having aluminum oxide layer as oxygen diffusion barrier and method for forming the same
US5081559A (en) Enclosed ferroelectric stacked capacitor
JP4042730B2 (en) Ferroelectric memory and manufacturing method thereof
KR100225545B1 (en) Semiconductor memory device and fabricating method thereof
JPH08330545A (en) Dram cell device and manufacture of the dram cell device
US5262343A (en) DRAM stacked capacitor fabrication process
JPH0775247B2 (en) Semiconductor memory device
JP2010062329A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JPH05343615A (en) Semiconductor device and its manufacture
TW202245069A (en) Semiconductor device
JPH04298074A (en) Dram provided with stacked capacitor and manufacture thereof
JPH03284817A (en) Ferroelectric capacitor
JPH03293775A (en) Ferroelectric capacitor and semiconductor device
KR100410716B1 (en) FeRAM capable of connecting bottom electrode to storage node and method for forming the same
JPH0982904A (en) Dynamic type storage device and its manufacture
KR100195262B1 (en) Ferroelectric memory device and method of making the same
JP2001127267A (en) Preventive method for interaction and multi-layer electric device
US20230413523A1 (en) Semiconductor structure and method for forming semiconductor structure
KR20090090597A (en) Ferroelectric random access memory device and method of manufacturing the same
JPH0691216B2 (en) Semiconductor memory device
JPH04196175A (en) Semiconductor device and manufacture thereof