JPH04144282A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH04144282A
JPH04144282A JP2267602A JP26760290A JPH04144282A JP H04144282 A JPH04144282 A JP H04144282A JP 2267602 A JP2267602 A JP 2267602A JP 26760290 A JP26760290 A JP 26760290A JP H04144282 A JPH04144282 A JP H04144282A
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JP
Japan
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electrode
wiring electrode
wiring
diffusion layer
capacitor
Prior art date
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Application number
JP2267602A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Takenaka
竹中 計廣
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、強誘電体を用いた、メモリ、特に電気的に書
き換え可能な不揮発性メモリの構造に関するものである
〔発明の概要〕
本発明は、強誘電体を用いたキャノくシタを半導体装置
基板上に集積したメモリの構造、特にメ4すを形成する
琳位セルの構造において、強誘電やキャパシタの一方の
電極を、MOS)ランジス?を構成するソース拡散層に
接続し、MOSトラシジスタを構成するドレイン拡散層
を例えたAlfa主成分とする第1配線電極に接続し、
キャパシiの他方の電極をそのまま第2配線電極とし、
例天ばA1を主成分とする第3配線電極が、第2配廖電
極と平行に配置され、第1配線電極に直接、yは、第2
配線電極を介して接続することにより、集積化に適し、
かつ高速動作の可能なメモリをやるようにしたものであ
る。
〔従来の技術〕
従来の半導体不揮発性メモリとしては絶縁ゲート中のト
ラップまたは浮遊ゲートにシリコン基もからの電荷を注
入することによりシリコン基板(表面ポテンシャルが変
調される現象を用いたMlS型トランジスタが一般に使
用されており、EFROM(紫外線照射型不揮発性メモ
リ)やEEPROM(電気的書き換え可能型不揮発性メ
モリ)などとして実用化されている。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかしこれらの不揮発性メモリは、情報の書き換え電圧
が、通常約20V前後と高いことや、書き換え時間が非
常に長(・(例えばzEPROMの場合数十ミリ秒)な
どの欠点を有す。また、情報の書き換え回数が約105
回程度であり、非常に少なく、繰り返し使用するような
場合には問題が多い。
電気的に分極が反転可能である強誘電体を用いた不揮発
性メモリに関しては、書き込み時間と読み出し時間が原
理的に同じであり、また電源を切っても分極は保持され
るため、理想的な不揮発性メモリとなる可能性を有する
。こりような強誘電体を用いた不揮発性メモリについて
は、例えば米国特許4149302のように、シリコン
基板上に強誘電体からなるキャパシタを集積化した構造
や、米国特許5852700のようにM工Sトラジスタ
のゲート部分に強誘電体膜を配置した不揮発性メモリな
どが提案されている。また、最近では、第4図のように
MO3型半導体装置に積層した構造の不揮発性メモリが
工EDM’87pp。
850−851に報告されている。第4図において、4
01はP型S1基板であり、402は素子分離用のLO
(!OS酸化膜、405はソースとなるN型拡散層であ
り、404はドレインとなるN型拡散層である。405
はゲート電極であり、406は眉間絶縁膜である。40
9が強誘電体膜であり、電極410と411により挾ま
れ、キャパシタを構成している。407は第2層間絶縁
膜であり、412が配Mt極となるAlである。
さてこのような構造の強誘電体メモリにおいては411
の下部電極は強誘電体膜の結晶性を改善するために、例
えばptなどで形成し、そのまま配線電極を兼ねること
も多いが、Ptの比抵抗はA1などと比較し約−桁以上
も高い。そのためPtを配線電極とした場合、配線抵抗
が高(なり入力したクロック信号に遅れを生じ、高速動
作ができないとい5練題がある。そこで本発明はこのよ
うな課題を解決するもので、その目的とするところは、
クロック信号に遅れを生じず、高速動作が可能な強誘電
体メモリを提供するところにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、強誘電体を用いたキャパシタを半導体装置基
板上に集積したメモリの構造、特にメモリを形成する離
位セルの構造において、強誘電体キャパシタの一方の電
極を、MOS)ランジスタを構成するソース拡散層に接
続し、MOSトランジスタを構成するドレイン拡散層を
例えばA1を主成分とする第1配線電極に接続し、キャ
パシタの他方の電極をそのまま第2配線電極とし、例え
ばA1を主成分とする第3配線電極が、第2配線電極と
平行に配置され、第1配線電極に直接、又は、第2配線
電極を介して接続したことを特徴とする。
〔実施例〕
第1図は、本発明の半導体装置の一実施例における主要
平面図であり、第2図がメモリの一位セルの回路図であ
る。また、第3図は本発明の一実施例、第1図のA−A
’の断面図である。
以下、・第1図、第2図、第3図により本発明の詳細な
説明する。101がポリ81などからなるゲート電極で
あり、ワードラインを同時に構成する。102がMOS
)ランジスタ領域であり、ドレイン拡散層は105のコ
ンタクトホールにより、104の配線電極からなる、ビ
ットラインに接続される。110が強誘電体キャパシタ
の上部電極であり、111のコンタクトホールによす配
線電極である107に接続され、さらに1.05のコン
タクトホールによりMOS)ランジスタのソース拡散層
に接続されている。109が強誘電体であり(110の
上部電極下部にも形成されている。)、115が下部電
極である。113の下部電極はそのまま各メモリセルの
配線電極となっている。
108が本発明の主旨により設げた、第2配線電極であ
り、113の下部電極と平行に設置されている。112
は115の下部電極と114の第1配線電極を接続する
コンタクトホールであり、さらに115のコンタクトホ
ールにより108の第2配線電極に接続されている。こ
こで平行というのは幾何学的な相関関係ではないことは
言うまでもない。
さて、第1図の獣位メモリセルの回路図を第2図に示す
が、201がピットライン(第1図においては104)
であり、205が20aの強誘電体キャパシタを選択す
るMOS)ランジスタである。202がワードライン(
第1図においては101)であり、203が強誘電体キ
ャパシタの下部電極からなる配線である(第1図におい
ては115)206が本発明の主旨である第2配線電極
であり(第1図においては115)207により205
と接続されている。
さて、次に本発明の詳細な説明する。113の下部電極
は強誘電体膜の結晶性の点からよ(Ptなどの高融点金
属が使用される。これらの高融点金属は抵抗率がA1な
どと比較し約1桁高い。また、膜厚も段差を少なくする
ために薄(する(約1oooX)必要がある。結果とし
て203の配線抵抗は非常に高くなってしまう。このよ
うに203の配線抵抗が高(なると204へ供給される
クロック信号の時定数Tは204の容量をC1205の
配線抵抗をRとすると T =CH となって非常に大きくなり、高速動作ができな(なる。
本発明のように108の第2配線電極を例えばA1で形
成し、115に接続してやると、205、および206
の配線抵抗Rは非常に小さ(なり高速動作が可能になる
。207の、203と206の接続については205、
又は206の抵抗値により例えば256ビツトごとにと
か適宜に設ければよい。
第1図の場合には、113の下部電極と108の第2配
線電極との接続は114の第1配線電極を介して接続さ
れるが、第1配婦電極を介せずに直接接続してもよい。
さて、本発明の構造を第3図の断面図を用いて説明する
。ここでは説明の都合上Nチャンネルトランジスタを用
いた場合について説明するがPチャンネルトランジスタ
を用いても同様である。501はP型S1基板であり、
例えば200hmt口の比抵抗のウェハを用いる。50
2は素子分離用5102膜であり、従来技術であるLO
CtO8法により6000にの厚さで形成する。ioi
はゲート電極となる例えばPo1y−Siであり、気相
成長法により5ooo!成長させる。同時に101はワ
ードラインとなる。505はゲート電極と強誘電体膜を
分離する眉間絶縁膜であり、例えばSin、を4000
X形成する。115が強誘電体キャパシタの下部電極で
あり、例えばPtを5000X形成する。109が強誘
電体膜であり、例えばPZTを60001.スパッタ法
により形成する。110は上部電極であり、例えばPt
を20001スパツタ法により形成する。5゜6はMO
S)ランジスタのソースとなるN型拡散層であり、例え
ばリンをイオン注入により5El5個−2注入すること
により形成する。このソース拡散層は107の第1配線
層、たとえばA1により強誘電体キャパシタの上部電極
に接続される307はMOS)ランジスタのドレインと
なるN型拡散層であり、iD4の第1配線電極、A1に
よりビットラインとなる。304は強誘電体キャパシタ
と第1配線電極であるAIを分離するための眉間絶縁膜
であり、例えばS i O,を5000人成長させる。
108が本発明の主旨により設けた、第3配線電極であ
り、例えばAlを1μmスパッタ法により形成する。本
発明の構造はこのようにして得られる。
〔発明の効果〕
、以上説明してきたように、本発明によれば、強誘電体
を用いたメモリの一位セルの構造において、強誘電体キ
ャパシタの一方の電極を、MOS)ランジスタを構成す
るソース拡散層に接続し、MOS)ランジスタを構成す
るドレイン拡散層を例えばA1を主成分とする第1配線
電極に接続し、キャパシタの他方の電極をそのまま第2
配線電極とし、例えばA1を主成分とする第3配線電極
が、第2配線電極と平行に配置ちれ、第1配線電極に直
接、又は、第2配線電極を介して接続することにより、
集積化に適し、かつ配線抵抗が下がるため高速動作が可
能になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の平面図、第2図は回路図、第
3図は断面図である。第4図は従来の半導体メモリの断
面図である。 101.405・・・・・・ゲート電極102    
・・・・・・素子領域 105 、105 、11−1 、112 、115・
・・・・・・・・・・・コンタクトホール 104    ・・・・・・ビットラインの配線電極1
07 、412・・・・・・上記電極とソースを接続す
る配線電極 108     ・・・・・・第3配線電極109.4
09・・・・・・強誘電体膜.410・・・・・・上部
電極 、411・・・・・・下部電極 ・・・・・・下部電極と第3配線電極を接続する第1配
線電極 ・・・・・・ビットライン ・・・・・・ワードライン ・・・・・・第2配線電極 ・・・・・・強誘電体キャパシタ ・・・・・・MOS)ランジスタ ・・・・・・第3配線電他 ・・・・・・第2配線電極と第3配線電極を接続する接
続線 、401・・・・・・P型S1基板 、402・・・・・・素子分離絶aWX、406・・・
・・・第1層間絶縁膜 、407・・・・・・第2層間絶縁膜 ・・・・・・第3層間絶縁膜 、、 405・・・・・・ソース拡散層404・・・・
・・ドレイン拡散層 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)強誘電体からなるキャパシタと、MOSトランジ
    スタが同一半導体基板上に集積化された半導体装置にお
    いて、 前記キャパシタの一方の電極が、前記MOSトランジス
    タを構成する第1高濃度拡散層に接続され、前記MOS
    トランジスタを構成する第2高濃度拡散層が前記第1配
    線電極に接続され、 前記キャパシタの他方の電極が、第2配線電極となり、 第3配線電極が、前記第2配線電極と平行に配置され、
    前記第1配線電極を介して前記第2配線電極と接続され
    ていることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)強誘電体からなるキャパシタと、MOSトランジ
    スタが同一半導体基板上に集積された半導体装置におい
    て、 前記キャパシタの一方の電極が、前記MOSトランジス
    タを構成する第1高濃度拡散層に接続され、前記MOS
    トランジスタを構成する第2高濃度拡散層が前記第1配
    線電極に接続され、 前記キャパシタの他方の電極が、第2配線電極となり、 第3配線電極が、前記第2配線電極と平行に配置され、
    前記第2配線電極と直接、接続されていることを特徴と
    する半導体装置。
JP2267602A 1990-10-05 1990-10-05 半導体装置 Pending JPH04144282A (ja)

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