JPH05190797A - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置Info
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- JPH05190797A JPH05190797A JP4001443A JP144392A JPH05190797A JP H05190797 A JPH05190797 A JP H05190797A JP 4001443 A JP4001443 A JP 4001443A JP 144392 A JP144392 A JP 144392A JP H05190797 A JPH05190797 A JP H05190797A
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- Japan
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- film
- silicon nitride
- nitride film
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- semiconductor memory
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 PZT305の周りを拡散防止膜である窒化
珪素膜304で囲み、PZTの製造工程中および、半導
体記憶装置動作時でのPZT305の特性劣化を防ぎ、
PZT305を挟む上下の窒化珪素膜304の膜厚を3
0A以下とし、キャパシタの容量30fF以上を確保す
ることを目的とする。 【構成】 MOSトランジスタが集積化されたシリコン
基板上に窒化珪素膜304で周りを囲まれたPZT30
5が集積化されている。
珪素膜304で囲み、PZTの製造工程中および、半導
体記憶装置動作時でのPZT305の特性劣化を防ぎ、
PZT305を挟む上下の窒化珪素膜304の膜厚を3
0A以下とし、キャパシタの容量30fF以上を確保す
ることを目的とする。 【構成】 MOSトランジスタが集積化されたシリコン
基板上に窒化珪素膜304で周りを囲まれたPZT30
5が集積化されている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主に強誘電体記憶装置
に使用される強誘電体薄膜キャパシタの構造に関する。
に使用される強誘電体薄膜キャパシタの構造に関する。
【0002】また、主に高集積度の半導体記憶装置に使
用されるキャパシタの構造に関する。
用されるキャパシタの構造に関する。
【0003】
【従来の技術】従来、例えばインターナショナル・エレ
クトロン・デバイセズ・ミーティング(IEDM)テク
ニカルダイジェスト1990年、417項〜420項に
記載されていた様に、強誘電体メモリ装置等に使用され
る強誘電体キャパシタは、その上下に直接白金電極が形
成されていた。
クトロン・デバイセズ・ミーティング(IEDM)テク
ニカルダイジェスト1990年、417項〜420項に
記載されていた様に、強誘電体メモリ装置等に使用され
る強誘電体キャパシタは、その上下に直接白金電極が形
成されていた。
【0004】図2の断面構造図を基に従来例を説明す
る。
る。
【0005】すなわち、ソース201、ドレイン20
2、ゲート203からなる電界効果型トランジスタが形
成されたシリコン基板204上に第1絶縁膜である二酸
化珪素膜(SiO2)205を介して、下部白金電極2
06、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)207、上部白
金電極208が形成されており、上部白金電極から更に
その上部に第二絶縁膜として二酸化珪素膜(SiO2)
209が形成されており、アルミ配線210がそれぞれ
第2、第1絶縁膜である二酸化珪素膜208、205に
開けられたコンタクトホールを介して、上部白金電極2
06とドレイン202を接続している。
2、ゲート203からなる電界効果型トランジスタが形
成されたシリコン基板204上に第1絶縁膜である二酸
化珪素膜(SiO2)205を介して、下部白金電極2
06、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)207、上部白
金電極208が形成されており、上部白金電極から更に
その上部に第二絶縁膜として二酸化珪素膜(SiO2)
209が形成されており、アルミ配線210がそれぞれ
第2、第1絶縁膜である二酸化珪素膜208、205に
開けられたコンタクトホールを介して、上部白金電極2
06とドレイン202を接続している。
【0006】すなわち、PZT207は、その上下で白
金電極206、208と直接接していた。
金電極206、208と直接接していた。
【0007】更に、PZT207の端部では、二酸化珪
素膜209と直接接していた。
素膜209と直接接していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の強誘電
体キャパシタの構造では、製造中に熱処理が必要不可欠
であるため、PZTの構成元素であるPbが熱拡散によ
り、上下の白金電極206、208あるいは、二酸化珪
素膜209の方に拡散していき、PZT膜中の組成比が
化学量論的組成比からずれ、残留分極電荷量の低下、抗
電界の増大といった強誘電体特性が劣化してしまうとい
う問題点を有していた。
体キャパシタの構造では、製造中に熱処理が必要不可欠
であるため、PZTの構成元素であるPbが熱拡散によ
り、上下の白金電極206、208あるいは、二酸化珪
素膜209の方に拡散していき、PZT膜中の組成比が
化学量論的組成比からずれ、残留分極電荷量の低下、抗
電界の増大といった強誘電体特性が劣化してしまうとい
う問題点を有していた。
【0009】更に、強誘電体記憶装置は、分極の向きに
より記録しているため、記録内容を書き変えるたびに分
極を反転させているが、書換え回数が増えるとPZT中
の酸素原子が拡散によりPZTからぬけていくと言う問
題点も有していた。
より記録しているため、記録内容を書き変えるたびに分
極を反転させているが、書換え回数が増えるとPZT中
の酸素原子が拡散によりPZTからぬけていくと言う問
題点も有していた。
【0010】また、高誘電率膜をキャパシタとして用い
るDRAMの場合も同様に、製造中に熱処理が必要不可
欠であるため、高誘電率膜、例えばチタン酸ストロンチ
ウム(SrTiO3)の構成元素であるSrが熱拡散に
より、上下の白金電極206、208あるいは、二酸化
珪素膜209の方に拡散していき、SrTiO3膜中の
組成比が化学量論的組成比からずれ、誘電率が低下して
しまうという問題点を有していた。
るDRAMの場合も同様に、製造中に熱処理が必要不可
欠であるため、高誘電率膜、例えばチタン酸ストロンチ
ウム(SrTiO3)の構成元素であるSrが熱拡散に
より、上下の白金電極206、208あるいは、二酸化
珪素膜209の方に拡散していき、SrTiO3膜中の
組成比が化学量論的組成比からずれ、誘電率が低下して
しまうという問題点を有していた。
【0011】そこで、本発明は従来のこの様な課題を解
決しようとするもので、その目的とするところは、強誘
電体薄膜の周りに拡散防止層として、窒化珪素膜(Si
Nx)を形成することにより、強誘電体薄膜からの構成
元素の熱拡散を防ぎ、強誘電体特性の良好な化学量論的
組成の強誘電体薄膜を得ることである。
決しようとするもので、その目的とするところは、強誘
電体薄膜の周りに拡散防止層として、窒化珪素膜(Si
Nx)を形成することにより、強誘電体薄膜からの構成
元素の熱拡散を防ぎ、強誘電体特性の良好な化学量論的
組成の強誘電体薄膜を得ることである。
【0012】さらに、その窒化珪素膜の膜厚が厚いと、
強誘電体膜の周りを窒化珪素膜で囲んだキャパシタ全体
の容量が小さくなってしまい、強誘電体記憶装置をDR
AMモードで動作させた時、記憶が保持できなくなって
しまうため、窒化珪素膜の膜厚は、30A以下に制限さ
れる。
強誘電体膜の周りを窒化珪素膜で囲んだキャパシタ全体
の容量が小さくなってしまい、強誘電体記憶装置をDR
AMモードで動作させた時、記憶が保持できなくなって
しまうため、窒化珪素膜の膜厚は、30A以下に制限さ
れる。
【0013】高誘電率薄膜の場合も同様で、その目的と
するところは、高誘電率薄膜の周りに拡散防止層とし
て、窒化珪素膜(SiNx)を形成することにより、高
誘電率薄膜からの構成元素の熱拡散を防ぎ、誘電率の高
い化学量論的組成の高誘電率膜を得ることである。
するところは、高誘電率薄膜の周りに拡散防止層とし
て、窒化珪素膜(SiNx)を形成することにより、高
誘電率薄膜からの構成元素の熱拡散を防ぎ、誘電率の高
い化学量論的組成の高誘電率膜を得ることである。
【0014】さらに、その窒化珪素膜の膜厚が厚いと、
高誘電率膜の周りを窒化珪素膜で囲んだキャパシタ全体
の容量が小さくなってしまい、記憶が保持できなくなっ
てしまうため、窒化珪素膜の膜厚は、30A以下に制限
される。
高誘電率膜の周りを窒化珪素膜で囲んだキャパシタ全体
の容量が小さくなってしまい、記憶が保持できなくなっ
てしまうため、窒化珪素膜の膜厚は、30A以下に制限
される。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、 (1)強誘電体膜が能動素子の形成された同一半導体基
板上に集積された半導体記憶装置に於て、前記強誘電体
膜のまわりに窒化珪素膜が具備されており、前記強誘電
体膜の上下に配置された前記窒化珪素膜の膜厚が30A
以下であることを特徴とする。
は、 (1)強誘電体膜が能動素子の形成された同一半導体基
板上に集積された半導体記憶装置に於て、前記強誘電体
膜のまわりに窒化珪素膜が具備されており、前記強誘電
体膜の上下に配置された前記窒化珪素膜の膜厚が30A
以下であることを特徴とする。
【0016】(2)強誘電体膜が能動素子の形成された
同一半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、
前記半導体基板上に絶縁体層、下部電極、膜厚30A以
下の第1の窒化珪素膜、前記強誘電体膜、膜厚30A以
下の第2の窒化珪素膜、上部電極が上記順序で具備され
ており、前記第2の窒化珪素膜が前記上部電極より大き
く、且つ前記第1の窒化珪素膜が前記強誘電体膜より大
きいことを特徴とする。
同一半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、
前記半導体基板上に絶縁体層、下部電極、膜厚30A以
下の第1の窒化珪素膜、前記強誘電体膜、膜厚30A以
下の第2の窒化珪素膜、上部電極が上記順序で具備され
ており、前記第2の窒化珪素膜が前記上部電極より大き
く、且つ前記第1の窒化珪素膜が前記強誘電体膜より大
きいことを特徴とする。
【0017】(3)高誘電率膜が能動素子の形成された
同一半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、
前記高誘電率膜のまわりに窒化珪素膜が具備されてお
り、前記高誘電率膜の上下に配置された前記窒化珪素膜
の膜厚が30A以下であることを特徴とする。
同一半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、
前記高誘電率膜のまわりに窒化珪素膜が具備されてお
り、前記高誘電率膜の上下に配置された前記窒化珪素膜
の膜厚が30A以下であることを特徴とする。
【0018】(4)高誘電率膜が能動素子の形成された
同一半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、
前記半導体基板上に絶縁体層、下部電極、膜厚30A以
下の第1の窒化珪素膜、前記高誘電率膜、膜厚30A以
下の第2の窒化珪素膜、上部電極が上記順序で具備され
ており、前記第2の窒化珪素膜が前記上部電極より大き
く、且つ前記第1の窒化珪素膜が前記高誘電率膜より大
きいことを特徴とする。
同一半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、
前記半導体基板上に絶縁体層、下部電極、膜厚30A以
下の第1の窒化珪素膜、前記高誘電率膜、膜厚30A以
下の第2の窒化珪素膜、上部電極が上記順序で具備され
ており、前記第2の窒化珪素膜が前記上部電極より大き
く、且つ前記第1の窒化珪素膜が前記高誘電率膜より大
きいことを特徴とする。
【0019】
【作用】半導体記憶装置に用いられる強誘電体膜には、
例えばPZTが上げられるが製造工程中の熱処理などで
PZT中のPbは、拡散していき、PZTの化学量論的
組成はずれてゆく。
例えばPZTが上げられるが製造工程中の熱処理などで
PZT中のPbは、拡散していき、PZTの化学量論的
組成はずれてゆく。
【0020】窒化珪素膜はそれら強誘電体膜の構成元素
の熱拡散を防ぐことができ、結局、製造終了後に於いて
も強誘電体膜の化学量論的組成は確保され、良好な強誘
電体特性を得ることができる。
の熱拡散を防ぐことができ、結局、製造終了後に於いて
も強誘電体膜の化学量論的組成は確保され、良好な強誘
電体特性を得ることができる。
【0021】一方、半導体記憶装置に用いられる強誘電
体膜は、一般的に比誘電率が約1100と大きい。
体膜は、一般的に比誘電率が約1100と大きい。
【0022】従来からDRAMに使用されている誘電体
キャパシタの比誘電率は、二酸化珪素の場合4、窒化珪
素の場合6である。
キャパシタの比誘電率は、二酸化珪素の場合4、窒化珪
素の場合6である。
【0023】そこで、比誘電率が1100と大きい誘電
体の周りを比誘電率の小さい誘電体で囲む場合、コンデ
ンサの直列接続となるため、全容量が低下し、半導体記
憶装置として作用しなくなってしまう。
体の周りを比誘電率の小さい誘電体で囲む場合、コンデ
ンサの直列接続となるため、全容量が低下し、半導体記
憶装置として作用しなくなってしまう。
【0024】特に、キャパシタ面積を小さくしなければ
ならない大容量高集積半導体記憶装置の場合は顕著であ
る。
ならない大容量高集積半導体記憶装置の場合は顕著であ
る。
【0025】そこで本発明では、強誘電体あるいは高誘
電体の周りを囲む窒化珪素膜の膜厚を30A以下とする
ことにより、全容量の大なる低下を防ぎ、半導体記憶装
置として作用可能とした。
電体の周りを囲む窒化珪素膜の膜厚を30A以下とする
ことにより、全容量の大なる低下を防ぎ、半導体記憶装
置として作用可能とした。
【0026】図1(a)に本発明のキャパシタの断面構
造を示し、図1(b)にその等価回路を示す。
造を示し、図1(b)にその等価回路を示す。
【0027】101はPZT、102は窒化珪素膜であ
る。
る。
【0028】DRAMに用いられるキャパシタの容量
は、30fF必要とする。
は、30fF必要とする。
【0029】今、PZTの誘電率を1100とし、キャ
パシタ面積を4μm2とすると、簡単な計算により、窒
化珪素膜の膜厚は、30Aとなるため、窒化珪素膜の膜
厚が30A以上の場合は、全容量が30fFとなってし
まい、DRAMとして使う場合、作用しなくなる。
パシタ面積を4μm2とすると、簡単な計算により、窒
化珪素膜の膜厚は、30Aとなるため、窒化珪素膜の膜
厚が30A以上の場合は、全容量が30fFとなってし
まい、DRAMとして使う場合、作用しなくなる。
【0030】
【実施例】本発明の第1実施例を図3の断面構造図に基
づいて説明する。
づいて説明する。
【0031】図において、301は拡散層、302はゲ
ートでありMOSトランジスタが形成されている。
ートでありMOSトランジスタが形成されている。
【0032】同一半導体基板上に、二酸化珪素膜303
を介して強誘電体キャパシタが積層されている。
を介して強誘電体キャパシタが積層されている。
【0033】強誘電体キャパシタは、窒化珪素膜304
でその周りを囲まれたPZT305で、構成されてお
り、その上下に白金電極306、307が形成されてい
る。
でその周りを囲まれたPZT305で、構成されてお
り、その上下に白金電極306、307が形成されてい
る。
【0034】窒化珪素膜304の膜厚はPZT305の
上下で30A、PZT305の側壁部で50Aとなって
いる。
上下で30A、PZT305の側壁部で50Aとなって
いる。
【0035】窒化珪素膜304は、PZT305の構成
元素の熱拡散を防止している。
元素の熱拡散を防止している。
【0036】本発明の第2実施例を図4の断面構造図に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【0037】第1実施例と異なるところは、PZT30
5の側面に窒化珪素膜が形成されていないことである。
5の側面に窒化珪素膜が形成されていないことである。
【0038】すなわち窒化珪素膜は、第1の窒化珪素膜
401と第2の窒化珪素膜402に分離されており、第
2の窒化珪素膜402は上部白金電極306より大き
く、第1の窒化珪素膜401はPZT305より大きく
形成されている。
401と第2の窒化珪素膜402に分離されており、第
2の窒化珪素膜402は上部白金電極306より大き
く、第1の窒化珪素膜401はPZT305より大きく
形成されている。
【0039】第1及び第2の窒化珪素膜401、402
の膜厚はともに、25Aとした。
の膜厚はともに、25Aとした。
【0040】本実施例の場合、PZT305の側壁部
は、二酸化珪素膜403と接しており、拡散バリアの窒
化珪素膜が無いが、有効なキャパシタは、上部白金電極
306のほとんど直下のみであるため、PZT305の
端部での化学量論的組成のずれは、キャパシタ特性に悪
影響を及ぼさないので特に問題はない。
は、二酸化珪素膜403と接しており、拡散バリアの窒
化珪素膜が無いが、有効なキャパシタは、上部白金電極
306のほとんど直下のみであるため、PZT305の
端部での化学量論的組成のずれは、キャパシタ特性に悪
影響を及ぼさないので特に問題はない。
【0041】本実施例では、第2の窒化珪素膜402を
PZT305と同じ大きさとしたが、上部白金電極30
6より大きければ、PZT305より小さくてもよい。
PZT305と同じ大きさとしたが、上部白金電極30
6より大きければ、PZT305より小さくてもよい。
【0042】また、第1の窒化珪素膜401を下部白金
電極307より小さくしたが、PZT305より大きけ
れば下部白金電極307より大きくても良い。
電極307より小さくしたが、PZT305より大きけ
れば下部白金電極307より大きくても良い。
【0043】更に、第1及び第2の窒化珪素膜401、
402の膜厚をともに25Aとしたが、同膜厚でなくて
ももちろん良い。
402の膜厚をともに25Aとしたが、同膜厚でなくて
ももちろん良い。
【0044】第1及び第2実施例では、強誘電体膜であ
るPZTを用いて説明したが、高誘電率膜であるSrT
iO3を用いてもよい。
るPZTを用いて説明したが、高誘電率膜であるSrT
iO3を用いてもよい。
【0045】その場合、SrTiO3の比誘電率は約3
00であるので、容量をかせぐため膜厚を800Aとし
た。
00であるので、容量をかせぐため膜厚を800Aとし
た。
【0046】
【発明の効果】本発明の半導体記憶装置は、以上説明し
たように強誘電体膜あるいは高誘電率膜の周りを拡散防
止膜である窒化珪素膜で囲むことにより強誘電体膜ある
いは高誘電率膜の化学量論的組成を確保し、製造工程中
および動作時での強誘電体特性あるいは高誘電率特性の
劣化を防ぐ効果を有し、更に上記窒化珪素膜の膜厚を3
0A以下とすることで、DRAMとして作用させた場合
の容量を30fF以上に確保し、大容量高集積半導体記
憶装置を平らなキャパシタを用いて作り込むことがで
き、従来の溝堀キャパシタや積層キャパシタに比べて、
製造が非常に簡略化され、歩留りの向上、低ビット単価
を得ることができると言った効果を有する。
たように強誘電体膜あるいは高誘電率膜の周りを拡散防
止膜である窒化珪素膜で囲むことにより強誘電体膜ある
いは高誘電率膜の化学量論的組成を確保し、製造工程中
および動作時での強誘電体特性あるいは高誘電率特性の
劣化を防ぐ効果を有し、更に上記窒化珪素膜の膜厚を3
0A以下とすることで、DRAMとして作用させた場合
の容量を30fF以上に確保し、大容量高集積半導体記
憶装置を平らなキャパシタを用いて作り込むことがで
き、従来の溝堀キャパシタや積層キャパシタに比べて、
製造が非常に簡略化され、歩留りの向上、低ビット単価
を得ることができると言った効果を有する。
【図1】(a)本発明の半導体記憶装置に使用されるキ
ャパシタの断面構造図である。 (b)その等価回路図である。
ャパシタの断面構造図である。 (b)その等価回路図である。
【図2】従来の半導体記憶装置の断面構造図である。
【図3】本発明の第1実施例の半導体記憶装置の断面構
造図である。
造図である。
【図4】本発明の第2実施例の半導体記憶装置の断面構
造図である。
造図である。
101 PZT 102 二酸化珪素膜 201 ソース 202 ドレイン 203 ゲート 204 シリコン基板 205 二酸化珪素膜 206 下部白金電極 207 PZT 208 上部白金電極 209 二酸化珪素膜 210 アルミ配線 301 拡散層 302 ゲート 303 二酸化珪素膜 304 窒化珪素膜 305 PZT 306 上部白金電極 307 下部白金電極 401 第1の窒化珪素膜 402 第2の窒化珪素膜 403 二酸化珪素膜
Claims (4)
- 【請求項1】 強誘電体膜が能動素子の形成された同一
半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、前記
強誘電体膜のまわりに窒化珪素膜が具備されており、前
記強誘電体膜の上下に配置された前記窒化珪素膜の膜厚
が30A以下であることを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項2】 強誘電体膜が能動素子の形成された同一
半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、前記
半導体基板上に絶縁体層、下部電極、膜厚30A以下の
第1の窒化珪素膜、前記強誘電体膜、膜厚30A以下の
第2の窒化珪素膜、上部電極が上記順序で具備されてお
り、前記第2の窒化珪素膜が前記上部電極より大きく、
且つ前記第1の窒化珪素膜が前記強誘電体膜より大きい
ことを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項3】 高誘電率膜が能動素子の形成された同一
半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、前記
高誘電率膜のまわりに窒化珪素膜が具備されており、前
記高誘電率膜の上下に配置された前記窒化珪素膜の膜厚
が30A以下であることを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項4】 高誘電率膜が能動素子の形成された同一
半導体基板上に集積された半導体記憶装置に於て、前記
半導体基板上に絶縁体層、下部電極、膜厚30A以下の
第1の窒化珪素膜、前記高誘電率膜、膜厚30A以下の
第2の窒化珪素膜、上部電極が上記順序で具備されてお
り、前記第2の窒化珪素膜が前記上部電極より大きく、
且つ前記第1の窒化珪素膜が前記高誘電率膜より大きい
ことを特徴とする半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4001443A JPH05190797A (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 半導体記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4001443A JPH05190797A (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 半導体記憶装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05190797A true JPH05190797A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=11501586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4001443A Pending JPH05190797A (ja) | 1992-01-08 | 1992-01-08 | 半導体記憶装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05190797A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0637845A1 (en) * | 1993-08-02 | 1995-02-08 | Motorola, Inc. | Capacitor having a metal-oxide dielectric |
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1992
- 1992-01-08 JP JP4001443A patent/JPH05190797A/ja active Pending
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