JPH0917965A - Semiconductor integrated circuit device, and its manufacture - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device, and its manufacture

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JPH0917965A
JPH0917965A JP7167338A JP16733895A JPH0917965A JP H0917965 A JPH0917965 A JP H0917965A JP 7167338 A JP7167338 A JP 7167338A JP 16733895 A JP16733895 A JP 16733895A JP H0917965 A JPH0917965 A JP H0917965A
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film
ferroelectric
flip
integrated circuit
circuit device
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JP7167338A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Ogasawara
誠 小笠原
Kazue Sato
和重 佐藤
Isamu Asano
勇 浅野
Hisao Asakura
久雄 朝倉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To materialize a RAM high in integration degree which has a nonvolatile memory function. SOLUTION: A memory cell MC is composed of a flip flop circuit consisting of MISFETs Qd1 and Qd2 for driving and MISFETs Qp1 and Qp2 , MISFETs Qt1 and Qt2 for transfer, and ferroelectric capacitors Qf1 and Qf2 connected, respectively, to the storage nodes N1 and N2 of the flip flop circuit. When the power of the memory cell is cut, the direction of polarization of ferroelectric capacitors Qf1 and Qf2 is set by controlling the power voltage VL and plate voltage Vp each, based on the information accumulated each in the storage nodes N1 and N2 , and the information accumulated in the storage nodes N1 and N2 is read out to the ferroelectric capacitors Cf1 and Cf2 and is kept.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置お
よびその製造技術に関し、特に、メモリ機能を有する半
導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and its manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor integrated circuit device having a memory function.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体メモリの一種であるRAM(Rand
om Access Memoey)には、ダイナミックRAM(Dynami
c RAM、DRAM)とスタティックRAM(Static
RAM、SRAM)がある。
2. Description of the Related Art A RAM (Rand), which is a type of semiconductor memory,
om Access Memoey) has dynamic RAM (Dynami
c RAM, DRAM) and static RAM (Static
RAM, SRAM).

【0003】DRAMのメモリセルは、スイッチの役割
をするMISFET(Metal Insulator Semiconductor
Field Effect Transistor)と情報電荷を蓄積するキャパ
シタからなり、このMISFETがキャパシタと、メモ
リセルの情報を周辺回路に転送するデータ線とを選択的
に結合する。この簡単な構成のために、DRAMのメモ
リセルは小面積で、高密度に製造することができる。
A memory cell of a DRAM is a MISFET (Metal Insulator Semiconductor) that functions as a switch.
A field effect transistor) and a capacitor for accumulating information charges, and this MISFET selectively couples the capacitor and a data line for transferring information of the memory cell to a peripheral circuit. Due to this simple structure, the DRAM memory cell can be manufactured in a small area and with high density.

【0004】しかし、上記MISFETのpn接合には
漏洩電流があるので、最初にキャパシタに与えられた情
報電荷量は、この漏洩電流によって消失してしまう。す
なわち、記憶情報が破壊されてしまう。そこで、電荷量
が完全に消失する前にメモリセルを読み出して、その読
み出し情報をもとに周期的に初期の十分な電荷量をキャ
パシタに与える動作(リフレッシュ動作)を行う必要が
ある。
However, since there is a leakage current in the pn junction of the MISFET, the amount of information charges initially given to the capacitor disappears due to this leakage current. That is, the stored information is destroyed. Therefore, it is necessary to read the memory cell before the charge amount completely disappears and periodically perform an operation (refresh operation) of giving a sufficient initial charge amount to the capacitor based on the read information.

【0005】SRAMは上記リフレッシュ動作を行う必
要のないメモリセルによって構成されている点がDRA
Mと相違する。SRAMのメモリセルは、情報を記憶す
るフリップフロップ回路と2個の転送用MISFETか
らなり、転送用MISFETをオン状態にすることによ
って、データ対線(DL1,Dl2)とフリップフロップ回
路間で情報が授受される。
The point that the SRAM is composed of memory cells that do not need to perform the refresh operation is DRA.
Different from M. The memory cell of the SRAM is composed of a flip-flop circuit for storing information and two transfer MISFETs. By turning on the transfer MISFET, the data pair line (DL 1 , Dl 2 ) and the flip-flop circuit are connected. Information is exchanged.

【0006】書き込み時には、データ対線の一方に高電
圧(”H”)を、他方に低電圧(”L”)を印加し、そ
れを一対の記憶ノードに与えるが、その2通りの与え型
の組み合わせ(DL1,DL2 がそれぞれ”H”,”L”
あるいは”L”,”H”)を2進の書き込み情報に対応
させる。
At the time of writing, a high voltage ("H") is applied to one of the data pair lines, and a low voltage ("L") is applied to the other, which is applied to a pair of storage nodes. Combination (DL 1 and DL 2 are "H" and "L" respectively)
Alternatively, "L", "H") is associated with binary write information.

【0007】読み出しは、一対の記憶ノードの電圧の高
低の組み合わせに対応してデータ対線に現れた電圧を検
出して行う。記憶ノードにリーク電流があっても、フリ
ップフロップ回路の電源が印加されている限り、減少し
た電荷量分は負荷を通して電源から供給されるので、リ
フレッシュ動作の必要はない。
Reading is performed by detecting the voltage appearing on the data pair line corresponding to the combination of the high and low voltages of the pair of storage nodes. Even if there is a leak current in the storage node, as long as the power supply of the flip-flop circuit is applied, the reduced charge amount is supplied from the power supply through the load, so that the refresh operation is not necessary.

【0008】しかし、SRAMのメモリセルは素子数が
多いので、DRAMのメモリセルに比べてセル面積が大
きく、従って半導体チップ上に高密度に実装することが
できない。
However, since the SRAM memory cell has a large number of elements, the cell area is larger than that of the DRAM memory cell, and therefore it cannot be mounted on a semiconductor chip at a high density.

【0009】DRAMもSRAMもランダムアクセスし
得る利点を有するが揮発性のメモリセルを有する。すな
わち、電源をメモリセルから切ると情報が消失する。D
RAMではメモリセル内のキャパシタに蓄積された電荷
が消失し、SRAMではメモリセル内のフリップフロッ
プ状態を保持する電圧が0Vに低下するため、フリップ
フロップがその情報を消失する。
Both DRAM and SRAM have the advantage of being randomly accessible, but have volatile memory cells. That is, information is lost when the power is turned off from the memory cell. D
In the RAM, the charge stored in the capacitor in the memory cell disappears, and in the SRAM, the voltage holding the flip-flop state in the memory cell drops to 0V, so that the flip-flop loses the information.

【0010】そこで、スイッチの役割をするMISFE
Tと強誘電体コンデンサによって構成されるメモリセル
を用いたRAM(Ferroelectric RAM、FRAM)が
開発されている。このFRAMは不揮発性メモリであ
る。すなわち、強誘電体コンデンサは一対の極板間に強
誘電体材料を介挿したものであり、電源をメモリセルか
ら切っても、強誘電体材料の分極状態が変化しないの
で、情報は記憶され続ける。
Therefore, the MISFE functioning as a switch
A RAM (Ferroelectric RAM, FRAM) using a memory cell composed of T and a ferroelectric capacitor has been developed. This FRAM is a non-volatile memory. In other words, a ferroelectric capacitor is one in which a ferroelectric material is inserted between a pair of electrode plates, and the polarization state of the ferroelectric material does not change even when the power supply is turned off from the memory cell, so information is stored. to continue.

【0011】強誘電体材料は2つの異なる安定な分極状
態を有し、この2つの状態は印加電圧に対し分極をプロ
ットして示されるヒステリシスループにより定まる。電
圧を強誘電体コンデンサに供給したときに流れる電荷を
測定することにより強誘電体材料の分極状態を決定する
ことができる。
Ferroelectric materials have two different stable polarization states, which are defined by a hysteresis loop shown by plotting polarization against applied voltage. The polarization state of the ferroelectric material can be determined by measuring the charge that flows when a voltage is applied to the ferroelectric capacitor.

【0012】2進値の”0”を一方の分極状態に割り当
て、2進値の”1”を他方の分極状態に割り当てること
により、強誘電体コンデンサを2進情報の蓄積に用いる
ことができる。しかし、強誘電体コンデンサをメモリセ
ルの情報記憶用素子に用いると、強誘電体コンデンサが
一方の分極状態から他方の分極状態へと繰り返し反転さ
れるので、その強誘電体材料が疲労により劣化し、分極
電荷が減ってしまう。
By assigning a binary value "0" to one polarization state and a binary value "1" to the other polarization state, the ferroelectric capacitor can be used for storing binary information. . However, when a ferroelectric capacitor is used as an information storage element of a memory cell, the ferroelectric capacitor is repeatedly inverted from one polarization state to the other polarization state, and the ferroelectric material deteriorates due to fatigue. , The polarization charge is reduced.

【0013】そこで、強誘電体コンデンサを用いるが、
上記強誘電体材料の分極疲労の問題を解決し、ランダム
アクセスし得る高速度で長寿命の不揮発性半導体メモリ
が提供されている。
Therefore, a ferroelectric capacitor is used,
A high-speed, long-life non-volatile semiconductor memory capable of random access and solving the problem of polarization fatigue of the ferroelectric material is provided.

【0014】例えば、特開昭64−66899号公報に
記載されているSRAMの揮発性メモリセルと強誘電体
回路を組み合わせた不揮発性半導体メモリである。この
半導体メモリは、SRAMのメモリセルを構成するフリ
ップフロップ回路のそれぞれの記憶ノードに、結合トラ
ンジスタを介して強誘電体回路が接続されたメモリセル
MCによって構成されている。
For example, it is a non-volatile semiconductor memory in which a volatile memory cell of SRAM and a ferroelectric circuit described in JP-A-64-66899 are combined. This semiconductor memory is composed of a memory cell MC in which a ferroelectric circuit is connected to each storage node of a flip-flop circuit forming a memory cell of SRAM via a coupling transistor.

【0015】メモリセルMCの常規動作中は結合トラン
ジスタをオフ状態にしておき、フリップフロップ回路と
強誘電体回路を切り離す。従って、メモリセルMCがS
RAMのメモリセルとして完全に機能し、そのデータ線
およびワード線によりアクセスしてフリップフロップ回
路に情報を書き込み、読み出すことができる。
During the normal operation of the memory cell MC, the coupling transistor is turned off to disconnect the flip-flop circuit and the ferroelectric circuit. Therefore, the memory cell MC is S
It functions perfectly as a memory cell of RAM, and can access and read / write information to / from a flip-flop circuit by its data line and word line.

【0016】しかし、電源がメモリセルから切れるよう
な状態のときには、結合トランジスタをオン状態とし
て、フリップフロップ回路と強誘電体回路を接続し、強
誘電体回路にフリップフロップ回路の情報を読み出し、
情報を記憶する。
However, when the power is cut off from the memory cell, the coupling transistor is turned on, the flip-flop circuit and the ferroelectric circuit are connected, and the information of the flip-flop circuit is read to the ferroelectric circuit.
Store the information.

【0017】従って、メモリセルMCは、通常はSRA
Mのメモリセルとして動作するが、電源が切れても情報
を消失することはない。さらに、メモリセルMCの電源
が切れたときのみに強誘電体回路を用いるので、FRA
Mと比べて上記メモリセルMCの強誘電体材料が分極反
転する回数が減少し、強誘電体材料の寿命は著しく伸び
ることになる。
Therefore, the memory cell MC is normally SRA.
It operates as an M memory cell, but does not lose information even when the power is turned off. Further, since the ferroelectric circuit is used only when the power of the memory cell MC is turned off, the FRA
Compared with M, the number of times the ferroelectric material of the memory cell MC undergoes polarization reversal is reduced, and the life of the ferroelectric material is significantly extended.

【0018】次に、上記メモリセルMCの動作特性につ
いて説明する。フリップフロップ回路の電源電圧がVCC
に維持されている時は、それぞれの記憶ノードの電圧は
高レベル(VCC)と低レベル(基準電圧VSS)である。
基準電圧VSSは、例えば0V(グランド電位)であり、
電源電圧VCCは、例えば5Vである。
Next, the operating characteristics of the memory cell MC will be described. The power supply voltage of the flip-flop circuit is V CC
, The voltage of each storage node is at high level (V CC ) and low level (reference voltage V SS ).
The reference voltage V SS is, for example, 0 V (ground potential),
The power supply voltage V CC is, for example, 5V.

【0019】高レベル(VCC)の記憶ノードに接続され
た結合トランジスタをオン状態にすると、この記憶ノー
ドに接続された強誘電体コンデンサの上側極板の電圧が
CCに上昇する。この時、強誘電体コンデンサの下側極
板の電圧をVSSとすると、強誘電体コンデンサが一方の
分極状態(”高”分極状態と称す)に駆動される。
When the coupling transistor connected to the high level (V CC ) storage node is turned on, the voltage of the upper plate of the ferroelectric capacitor connected to this storage node rises to V CC . At this time, assuming that the voltage of the lower plate of the ferroelectric capacitor is V SS , the ferroelectric capacitor is driven to one polarization state (referred to as “high” polarization state).

【0020】他方、低レベル(VSS)の記憶ノードに接
続された結合トランジスタをオン状態にすると、記憶ノ
ードに接続された強誘電体コンデンサの上側極板の電圧
はVSSとなる。この時、強誘電体コンデンサの下側極板
の電圧をVCCとすると、強誘電体コンデンサが他方の分
極状態(”低”分極状態と称す)に駆動される。
On the other hand, when the coupling transistor connected to the low level (V SS ) storage node is turned on, the voltage of the upper plate of the ferroelectric capacitor connected to the storage node becomes V SS . At this time, when the voltage of the lower plate of the ferroelectric capacitor is V CC , the ferroelectric capacitor is driven to the other polarization state (referred to as "low" polarization state).

【0021】このように、フリップフロップ回路の記憶
ノードの高レベルは、この記憶ノードに接続された強誘
電体コンデンサに”高”分極状態で記憶され、記憶ノー
ドの低レベルは、この記憶ノードに接続された強誘電体
コンデンサに”低”分極状態で記憶される。電源がメモ
リセルMCから切れても強誘電体コンデンサの分極状態
は存続するため、情報は強誘電体回路に保持される。
In this way, the high level of the storage node of the flip-flop circuit is stored in the "high" polarization state in the ferroelectric capacitor connected to this storage node, and the low level of the storage node is stored in this storage node. It is stored in the "low" polarization state in the connected ferroelectric capacitor. Even if the power is turned off from the memory cell MC, the polarization state of the ferroelectric capacitor still exists, so that the information is retained in the ferroelectric circuit.

【0022】メモリセルMCに再び電源が供給される
と、結合トランジスタをオン状態として、フリップフロ
ップ回路と強誘電体回路を接続し、強誘電体回路から情
報が回収されてフリップフロップ回路に書き込まれる。
When power is supplied to the memory cell MC again, the coupling transistor is turned on, the flip-flop circuit and the ferroelectric circuit are connected, and information is recovered from the ferroelectric circuit and written in the flip-flop circuit. .

【0023】まず、フリップフロップ回路の一対の記憶
ノードは、共に0Vに予備充電される。その後、強誘電
体コンデンサの下側極板の電圧をVCCに設定し、次い
で、結合トランジスタをオン状態とする。この時、”
高”分極状態の強誘電体コンデンサは分極反転を生じ
る。
First, the pair of storage nodes of the flip-flop circuit are both precharged to 0V. After that, the voltage of the lower plate of the ferroelectric capacitor is set to V CC , and then the coupling transistor is turned on. This time,"
Ferroelectric capacitors in the "high" polarization state cause polarization reversal.

【0024】この分極反転を生じた強誘電体コンデンサ
は、他方の”低”分極状態に書き込まれている強誘電体
コンデンサよりも大きな電流をフリップフロップ回路の
対応する記憶ノードに供給する。この電流の不均衡を利
用して、高電流側の記憶ノードが高レベルに対応するよ
うにフリップフロップ回路のそれぞれの記憶ノードを設
定する。
The ferroelectric capacitor having the polarization inversion supplies a larger current to the corresponding storage node of the flip-flop circuit than the ferroelectric capacitor written in the other "low" polarization state. By utilizing this current imbalance, each storage node of the flip-flop circuit is set so that the storage node on the high current side corresponds to the high level.

【0025】このように、強誘電体コンデンサの”高”
分極状態は、この強誘電体コンデンサに接続されている
フリップフロップ回路の記憶ノードを高レベル(VCC
とし、強誘電体コンデンサの”低”分極状態は、この強
誘電体コンデンサに接続されているメモリセルの記憶ノ
ードを低レベル(VSS)とする。
Thus, the "high" of the ferroelectric capacitor
The polarization state causes the storage node of the flip-flop circuit connected to this ferroelectric capacitor to be at a high level (V CC ).
The "low" polarization state of the ferroelectric capacitor causes the storage node of the memory cell connected to this ferroelectric capacitor to be at a low level (V SS ).

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フリッ
プフロップ回路と強誘電体回路とを組み合わせることに
よって得られる前記不揮発性半導体メモリにおいては、
以下の問題点があることが本発明者によって見い出され
た。
However, in the nonvolatile semiconductor memory obtained by combining the flip-flop circuit and the ferroelectric circuit,
It has been found by the present inventors that the following problems exist.

【0027】すなわち、フリップフロップ回路と強誘電
体回路の間には、結合トランジスタが配置されており、
フリップフロップ回路の一対の記憶ノードは、一対の結
合トランジスタのソース領域−ドレイン領域パスを経
て、一対の強誘電体コンデンサの上側極板に結合されて
いる。
That is, a coupling transistor is arranged between the flip-flop circuit and the ferroelectric circuit,
The pair of storage nodes of the flip-flop circuit are coupled to the upper plates of the pair of ferroelectric capacitors via the source region-drain region paths of the pair of coupling transistors.

【0028】この結合トランジスタをオフ状態とするこ
とにより、フリップフロップ回路は強誘電体回路から切
り離され、記憶ノードに生ずる電圧遷移は強誘電体コン
デンサに直接伝達されずに、メモリセルMCはSRAM
のメモリセルとして機能する。また、結合トランジスタ
をオン状態とすることにより、フリップフロップ回路と
強誘電体回路間での情報のやり取りを行うことが可能と
なる。
By turning off the coupling transistor, the flip-flop circuit is disconnected from the ferroelectric circuit, the voltage transition occurring at the storage node is not directly transmitted to the ferroelectric capacitor, and the memory cell MC is SRAM.
Function as a memory cell. Further, by turning on the coupling transistor, it becomes possible to exchange information between the flip-flop circuit and the ferroelectric circuit.

【0029】従って、上記結合トランジスタは、メモリ
セルMCを動作させるためには重要なゲートである。し
かし、結合トランジスタを設けることによって、メモリ
セルMCの面積が大きくなり、半導体メモリの高集積化
を実現することが困難となっている。
Therefore, the coupling transistor is an important gate for operating the memory cell MC. However, by providing the coupling transistor, the area of the memory cell MC becomes large, and it is difficult to realize high integration of the semiconductor memory.

【0030】本発明の目的は、不揮発性メモリ機能を有
する高集積のRAMを実現することのできる技術を提供
することにある。
It is an object of the present invention to provide a technique capable of realizing a highly integrated RAM having a non-volatile memory function.

【0031】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。すなわち、 (1)本発明の半導体集積回路装置は、ワード線で制御
される転送用MISFETとフリップフロップ回路から
なるSRAMのメモリセルおよびフリップフロップ回路
が有する2個の記憶ノードのそれぞれに接続された2個
の強誘電体コンデンサによって構成される不揮発性機能
を備えたメモリセルを有するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows. That is, (1) the semiconductor integrated circuit device of the present invention is connected to each of the SRAM memory cell including the transfer MISFET controlled by the word line and the flip-flop circuit, and the two storage nodes included in the flip-flop circuit. It has a memory cell having a non-volatile function, which is composed of two ferroelectric capacitors.

【0033】(2)また、本発明の半導体集積回路装置
は、(1)記載の半導体集積回路装置であって、フリッ
プフロップ回路は、負荷用MISFETと駆動用MIS
FETからなる1対の交差結合CMOSトランジスタに
よって構成され、さらに、第1の動作電圧源に結合され
た第1のノード、基準電圧源に結合された第2のノード
および2個の記憶ノードを有しており、また、2個の強
誘電体コンデンサのそれぞれ一方の極板はフリップフロ
ップ回路の記憶ノードにそれぞれ接続され、2個の強誘
電体コンデンサのそれぞれ他方の極板は第2の動作電圧
源に結合された第3のノードに接続されているものであ
る。
(2) Further, the semiconductor integrated circuit device of the present invention is the semiconductor integrated circuit device according to (1), wherein the flip-flop circuit comprises a load MISFET and a drive MIS.
It is composed of a pair of cross-coupled CMOS transistors formed of FETs, and further has a first node coupled to a first operating voltage source, a second node coupled to a reference voltage source, and two storage nodes. In addition, one plate of each of the two ferroelectric capacitors is connected to the storage node of the flip-flop circuit, and the other plate of each of the two ferroelectric capacitors is connected to the second operating voltage. Connected to a third node coupled to the source.

【0034】(3)また、本発明の半導体集積回路装置
は、(1)記載の半導体集積回路装置であって、転送用
MISFETおよびフリップフロップ回路を構成する負
荷用MISFETと駆動用MISFETの上方に強誘電
体コンデンサが形成されているものである。
(3) Further, the semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the semiconductor integrated circuit device according to (1), in which a load MISFET and a drive MISFET constituting a transfer MISFET and a flip-flop circuit are provided above the load MISFET and the drive MISFET. A ferroelectric capacitor is formed.

【0035】(4)また、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、(3)記載の半導体集積回路装置の製造
方法であって、まず、半導体基板の主面上に転送用MI
SFETおよび駆動用MISFETを形成した後、前記
駆動用MISFETの上方にボトムゲート構造の負荷用
MISFETを形成する。次に、負荷用MISFETの
ドレイン領域を構成するシリコン膜の上に堆積された絶
縁膜に、上記シリコン膜に達するコンタクトホールを形
成する。次に、半導体基板上に第1の導電膜を堆積した
後、この第1の導電膜を加工して上記シリコン膜に接続
された強誘電体コンデンサの一方の極板を形成する。次
いで、半導体基板上に強誘電体膜および第2の導電膜を
順次堆積した後、上記第2の導電膜を加工して強誘電体
コンデンサの他方の極板を形成し、その後、強誘電体膜
を加工して強誘電体コンデンサを形成するものである。
(4) The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to (3), in which the transfer MI is first formed on the main surface of the semiconductor substrate.
After forming the SFET and the driving MISFET, a load MISFET having a bottom gate structure is formed above the driving MISFET. Next, a contact hole reaching the silicon film is formed in the insulating film deposited on the silicon film forming the drain region of the load MISFET. Next, after depositing the first conductive film on the semiconductor substrate, the first conductive film is processed to form one plate of the ferroelectric capacitor connected to the silicon film. Then, a ferroelectric film and a second conductive film are sequentially deposited on the semiconductor substrate, the second conductive film is processed to form the other plate of the ferroelectric capacitor, and then the ferroelectric film is formed. The film is processed to form a ferroelectric capacitor.

【0036】(5)また、本発明の半導体集積回路装置
の製造方法は、(3)記載の半導体集積回路装置の製造
方法であって、まず、半導体基板の主面上に転送用MI
SFETおよび共通のゲート電極を有する駆動用MIS
FETと負荷用MISFETを形成する。次に、駆動用
MISFETと負荷用MISFETの共通のゲート電極
を構成するシリコン膜の上に堆積された絶縁膜に、上記
シリコン膜に達するコンタクトホールを形成する。次
に、半導体基板上に第1の導電膜を堆積した後、この第
1の導電膜を加工して上記シリコン膜に接続された強誘
電体コンデンサの一方の極板を形成する。次いで、半導
体基板上に強誘電体膜および第2の導電膜を順次堆積し
た後、第2の導電膜を加工して強誘電体コンデンサの他
方の極板を形成し、その後、強誘電体膜を加工して強誘
電体コンデンサを形成するものである。
(5) The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to (3), in which the transfer MI is first formed on the main surface of the semiconductor substrate.
Driving MIS having SFET and common gate electrode
An FET and a load MISFET are formed. Next, a contact hole reaching the silicon film is formed in the insulating film deposited on the silicon film forming the common gate electrode of the driving MISFET and the load MISFET. Next, after depositing the first conductive film on the semiconductor substrate, the first conductive film is processed to form one plate of the ferroelectric capacitor connected to the silicon film. Next, after sequentially depositing a ferroelectric film and a second conductive film on the semiconductor substrate, the second conductive film is processed to form the other plate of the ferroelectric capacitor, and then the ferroelectric film. Is processed to form a ferroelectric capacitor.

【0037】[0037]

【作用】上記した手段によれば、フリップフロップ回路
のそれぞれの記憶ノードに強誘電体コンデンサが直接接
続された構成で不揮発性機能を備えたメモリセルを実現
することができ、また、転送用MISFET、フリップ
フロップ回路を構成する負荷用MISFETと駆動用M
ISFETの上方に強誘電体コンデンサを形成すること
ができるので、強誘電体コンデンサを設けることによる
メモリセル面積の増加を防ぐことができる。従って、メ
モリセルの面積を増すことなく、電源が切れてもフリッ
プフロップ回路の記憶ノードにおける情報を保持できる
強誘電体コンデンサを形成することができるので、不揮
発性メモリ機能を有する高集積のRAMを実現すること
ができる。
According to the above-mentioned means, it is possible to realize a memory cell having a non-volatile function with a structure in which a ferroelectric capacitor is directly connected to each storage node of a flip-flop circuit, and a transfer MISFET. , A load MISFET and a drive M that form a flip-flop circuit
Since the ferroelectric capacitor can be formed above the ISFET, it is possible to prevent the memory cell area from increasing due to the provision of the ferroelectric capacitor. Therefore, it is possible to form a ferroelectric capacitor that can retain information in the storage node of the flip-flop circuit without increasing the area of the memory cell and thus the highly integrated RAM having a nonvolatile memory function. Can be realized.

【0038】[0038]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0039】本発明の一実施例である不揮発性メモリ機
能を有するRAMおよびその製造方法を図1〜図22を
用いて説明する。なお、実施例を説明するための全図に
おいて同一機能を有するものは同一の符号を付し、その
繰り返しの説明は省略する。
A RAM having a nonvolatile memory function according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the RAM will be described with reference to FIGS. In all the drawings for explaining the embodiments, those having the same function are designated by the same reference numeral, and the repeated description thereof will be omitted.

【0040】(実施例1)図1は、本実施例の転送用M
ISFETQt1,Qt2 とフリップフロップ回路によっ
て構成されるSRAMのメモリセルと強誘電体コンデン
サCf1,Cf2 を組み合わせたメモリセルMCの等価回
路図を示す。同図に示すように、メモリセルMCは2個
のnチャネルMISFET(駆動用MISFET)Qd
1,Qd2 と2個のpチャネルMISFET(負荷用MI
SFET)Qp1,Qp2 からなるフリップフロップ回路
を含む。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a transfer M of this embodiment.
An equivalent circuit diagram of a memory cell MC in which an SRAM memory cell composed of ISFETs Qt 1 and Qt 2 and a flip-flop circuit and ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 are combined is shown. As shown in the figure, the memory cell MC has two n-channel MISFETs (driving MISFETs) Qd.
1 , Qd 2 and two p-channel MISFETs (MI for load)
SFET) Qp 1 and Qp 2 are included in the flip-flop circuit.

【0041】転送用MISFETQt1,Qt2 はフリッ
プフロップ回路の記憶ノードN1,N2 をデータ線DL1,
DL2 にそれぞれ結合する。転送用MISFETQt1,
Qt2 のゲート電極はワード線WLに結合される。
The transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 connect the storage nodes N 1 and N 2 of the flip-flop circuit to the data lines DL 1 and
Bind to DL 2 respectively. Transfer MISFET Qt 1 ,
The gate electrode of Qt 2 is coupled to word line WL.

【0042】また、記憶ノードN1,N2 は強誘電体コン
デンサCf1,Cf2 の一方の極板にそれぞれ結合されて
おり、強誘電体コンデンサCf1,Cf2 の他方の極板は
ノードN3 で電気的に結合され、ノードN3 にはプレー
ト電圧(VP ) が印加される。
Further, the storage node N 1, N 2 is the ferroelectric capacitor Cf 1, Cf one are respectively coupled to the electrode plate 2, the other plate of the ferroelectric capacitor Cf 1, Cf 2 nodes electrically coupled with N 3, the node N 3 plate voltage (V P) is applied.

【0043】なお、強誘電体コンデンサCf1,Cf
2 は、一方の極板と他方の極板と、これら極板の間に形
成された強誘電体膜とで構成される。
The ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf
2 is composed of one electrode plate, the other electrode plate, and a ferroelectric film formed between these electrode plates.

【0044】まず、メモリセルMCの動作特性について
図2〜図8に示した等価回路図を用いて説明する。な
お、図2〜図8においては、転送用MISFETQt1,
Qt2は省略してある。
First, the operating characteristics of the memory cell MC will be described with reference to the equivalent circuit diagrams shown in FIGS. 2 to 8, the transfer MISFET Qt 1 ,
Qt 2 is omitted.

【0045】また、図9にフリップフロップ回路の電源
電圧(VL )およびプレート電圧(VP )のスイッチン
グのタイミング図を、図10に記憶ノードN1 および記
憶ノードN2 でのそれぞれの電圧変化を示す。
Further, FIG. 9 is a timing chart of switching of the power supply voltage (V L ) and plate voltage (V P ) of the flip-flop circuit, and FIG. 10 is a voltage change at the storage node N 1 and the storage node N 2. Indicates.

【0046】瞬時t0 からt1 までの常規動作中では、
フリップフロップ回路の電源にはVCCが印加される。こ
れによって、フリップフロップ回路の一方の記憶ノード
は高レベル(VCC)に、他方の記憶ノードは低レベル
(VSS)となる。
During the normal operation from instant t 0 to t 1 ,
V CC is applied to the power supply of the flip-flop circuit. As a result, one storage node of the flip-flop circuit becomes high level (V CC ) and the other storage node becomes low level (V SS ).

【0047】この時、電源電圧VCCは記憶ノードに接続
された強誘電体コンデンサに分極反転を起こさない電圧
範囲内に設定され、また、強誘電体コンデンサCf1,C
の一方の極板に印加されるプレート電圧はグランド
電位に設定される。従って、一方の記憶ノードが高レベ
ル(VCC)に上昇しても、これに接続されている強誘
電体コンデンサCf1,Cf2 においては”高”分極状態
のものはそのまま”高”分極状態が保持され、”低”分
極状態のものも分極反転することなく、”低”分極状態
のままに保持される。
At this time, the power supply voltage V CC is set within a voltage range in which polarization inversion does not occur in the ferroelectric capacitor connected to the storage node, and the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf.
The plate voltage applied to one of the plates of f 2 is set to the ground potential. Therefore, even if one of the storage nodes rises to the high level (V CC ), the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 connected to it have the "high" polarization state as they are. Are retained, and those in the "low" polarization state are also retained in the "low" polarization state without reversing the polarization.

【0048】すなわち、図23に示すように、電源電圧
CCによる電界Ev は、分極反転を起こす電界ER より
も小さく設定される。なお、図23は、強誘電体コンデ
ンサの強誘電体膜のヒステリシスループを示し、横軸は
電界E、縦軸は分極Rを示す。
That is, as shown in FIG. 23, the electric field E v due to the power supply voltage V CC is set to be smaller than the electric field E R which causes polarization reversal. 23 shows a hysteresis loop of the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor, the horizontal axis shows the electric field E, and the vertical axis shows the polarization R.

【0049】すなわち、フリップフロップ回路を電源電
圧VCCで動作させている状態では、メモリセルMCがS
RAMのメモリセルとして機能し、そのデータ線DL1,
DL2 およびワード線WLによりアクセスして、フリッ
プフロップ回路に情報の読み出し、書き込みを行うこと
ができる。
That is, when the flip-flop circuit is operated at the power supply voltage V CC , the memory cell MC is S.
It functions as a memory cell of RAM, and its data line DL 1 ,
Information can be read from and written to the flip-flop circuit by being accessed by DL 2 and the word line WL.

【0050】なお、特に限定されないが常規動作中で
は、強誘電体コンデンサCf1,Cf2のうち、一方は
“高”分極状態、他方は“低”分極状態に保持される。
Although not particularly limited, one of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 is kept in the “high” polarization state and the other is kept in the “low” polarization state during normal operation.

【0051】次に、フリップフロップ回路から強誘電体
コンデンサCf1,Cf2 への情報の読み出し方法につい
て説明する(図2および図3)。
Next, a method of reading information from the flip-flop circuit to the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 will be described (FIGS. 2 and 3).

【0052】瞬時t1 にフリップフロップ回路に蓄積さ
れている情報を強誘電体コンデンサCf1,Cf2 へ転記
することが必要となると、プレート電圧をVSSに保持し
た状態で、フリップフロップ回路の電源電圧をVCCから
CC’へ上昇させる。説明のために、瞬時t1 でのフリ
ップフロップ回路に蓄積されている情報は、記憶ノード
1 が高レベル(VCC')で、記憶ノードN2 が低レベル
(VSS)であるものとする。
When it is necessary to transfer the information stored in the flip-flop circuit to the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 at the instant t 1 , it is necessary to transfer the information to the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 while keeping the plate voltage at V SS . The power supply voltage is increased from V CC to V CC '. For the sake of explanation, the information stored in the flip-flop circuit at the instant t 1 is that the storage node N 1 is at high level (V CC ') and the storage node N 2 is at low level (V SS ). To do.

【0053】VCC’は、強誘電体コンデンサCf1,Cf
2 を分極反転させるのに十分な電圧である。すなわち、
CC’による電界は、分極反転を起こす電界ER よりも
大きい。ノードN3 が低レベル(VSS)であるため、記
憶ノードN1 の電圧の上昇により、図2に示すように、
記憶ノードN1 に接続された強誘電体コンデンサCf1
に”高”分極状態が書き込まれる。
V CC 'is a ferroelectric capacitor Cf 1 , Cf
The voltage is sufficient to invert the polarization of 2 . That is,
The electric field due to V CC 'is larger than the electric field E R that causes polarization reversal. Since the node N 3 is at the low level (V SS ) and the voltage of the storage node N 1 rises, as shown in FIG.
Strongly connected to the storage node N 1 dielectric capacitors Cf 1
The "high" polarization state is written to.

【0054】強誘電体コンデンサCf1 は、瞬時t0
の状態が”高”分極状態であればそのまま”高”分極状
態が維持される。瞬時t0 での状態が”低”分極状態の
ものは、分極反転を生じて”高”分極状態に書き換えら
れるが、この時、分極反転電流が、負荷用MISFET
Qp1 から記憶ノードN1 へと流れて、記憶ノードN1
での電圧が変動する。
The ferroelectric capacitor Cf 1 maintains the “high” polarization state as it is if the state at the instant t 0 is the “high” polarization state. When the state at the instant t 0 is the “low” polarization state, the polarization inversion occurs and the state is rewritten to the “high” polarization state. At this time, the polarization inversion current changes to the load MISFET.
It flows from qp 1 to the storage node N 1, the storage node N 1
The voltage at fluctuates.

【0055】しかし、記憶ノードN1 での電圧(V1)は
強誘電体コンデンサCf1 の容量(C1)と負荷用MIS
FETQp1 および記憶ノードN1 の寄生容量(C2)に
よって決まり、次の式(1)で表されるが、 式(1) V1 =(C1 /(C1 +C2))VCC’ 通常は、C2 に比べてC1 は非常に大きいため、V
1 は、ほぼVCC’となる。
However, the voltage (V 1 ) at the storage node N 1 depends on the capacitance (C 1 ) of the ferroelectric capacitor Cf 1 and the load MIS.
It is determined by the parasitic capacitance (C 2 ) of the FET Qp 1 and the storage node N 1 , and is represented by the following equation (1). Equation (1) V 1 = (C 1 / (C 1 + C 2 )) V CC ′ Normally, C 1 is much larger than C 2 , so V
1 will be approximately V CC '.

【0056】次に、記憶ノードN2 に接続された強誘電
体コンデンサCf2 に情報を転記する必要がある。瞬時
2 で、フリップフロップ回路の電源電圧はVCC’に設
定したまま、プレート電圧をVSSからVCC’へ上昇させ
てノードN3 を高レベル(VCC')に上げる。図3に示す
ように、記憶ノードN2 は低レベル(VSS)であるた
め、記憶ノードN3 に接続された強誘電体コンデンサC
2 に”低”分極状態が書き込まれる。
Next, it is necessary to transfer information to the ferroelectric capacitor Cf 2 connected to the storage node N 2 . Instantaneous t 2, 'while set, a plate voltage from V SS V CC' power supply voltage of the flip-flop circuit is V CC increases the node N 3 is raised to a high level (V CC '). As shown in FIG. 3, since the storage node N 2 is at a low level (V SS ), the ferroelectric capacitor C connected to the storage node N 3 is
The "low" polarization state is written into f 2 .

【0057】”高”書き込みの場合と同様に、強誘電体
コンデンサCf2 は、瞬時t1 での状態が”低”分極状
態であれば、そのまま”低”分極状態に維持される。瞬
時t1 での状態が”高”分極状態のものは、分極反転を
生じて”低”分極状態に書き換えられるが、この時、分
極反転電流が記憶ノードN2 から駆動用MISFETQ
2 へと流れて、記憶ノードN2 の電圧が変動する。
As in the case of the "high" write, the ferroelectric capacitor Cf 2 is maintained in the "low" polarization state as it is if the state at the instant t 1 is the "low" polarization state. When the state at the instant t 1 is the “high” polarization state, polarization inversion occurs and is rewritten to the “low” polarization state. At this time, the polarization inversion current is transferred from the storage node N 2 to the driving MISFET Q.
The voltage of the storage node N 2 fluctuates by flowing to d 2 .

【0058】しかし、記憶ノードN2 での電圧(V2)も
強誘電体コンデンサCf2 の容量(C1)と駆動用MIS
FETQd2 および記憶ノードN2 の寄生容量(C3)に
よって決まり、次の式(2)で表されるが、 式(2) V2 =(C1 /(C1 +C3))VSS 通常は、C3 に比べてC1 は非常に大きいため、V
2 は、ほぼVSSとなる。
However, the voltage (V 2 ) at the storage node N 2 also depends on the capacitance (C 1 ) of the ferroelectric capacitor Cf 2 and the driving MIS.
It is determined by the parasitic capacitance (C 3 ) of the FET Qd 2 and the storage node N 2 , and is represented by the following equation (2). Equation (2) V 2 = (C 1 / (C 1 + C 3 )) V SS Normal C 1 is much larger than C 3 , so V
2 is approximately V SS .

【0059】瞬時t1 、t2 の動作によって、フリップ
フロップ回路の情報は強誘電体コンデンサCf1,Cf2
に蓄積される。一方の記憶ノードN2 の高レベル
(VCC')は、これに接続される強誘電体コンデンサCf
1 に書き込まれた”高”分極状態に対応し、他方の記憶
ノードN2 の低レベル(VSS)は、これに接続される強
誘電体コンデンサCf2 に書き込まれた”低”分極状態
に対応する。
[0059] instant t 1, by the operation of t 2, information of the flip-flop circuit ferroelectric capacitor Cf 1, Cf 2
Is accumulated in The high level (V CC ') of one storage node N 2 is the ferroelectric capacitor Cf connected to it.
Corresponding to the "high" polarization state written in 1 , the low level (V SS ) of the other storage node N 2 becomes the "low" polarization state written in the ferroelectric capacitor Cf 2 connected to it. Correspond.

【0060】瞬時t3 において、全ての電圧が0Vとな
り、記憶ノードN1,N2 での情報が失われても、強誘電
体コンデンサCf1,Cf2 の分極状態は存続するため、
フリップフロップ回路の情報を強誘電体コンデンサCf
1,Cf2 において保持することができる。
At the instant t 3 , all the voltages become 0 V, and even if the information at the storage nodes N 1 and N 2 is lost, the polarization states of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 continue to exist.
Information of the flip-flop circuit is used as the ferroelectric capacitor Cf.
It can be held at 1 and Cf 2 .

【0061】次に、図4〜図8を用いて強誘電体コンデ
ンサCf1,Cf2 からフリップフロップ回路への情報の
書き込み方法について説明する。
Next, a method of writing information from the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 to the flip-flop circuit will be described with reference to FIGS. 4 to 8.

【0062】瞬時t4 に強誘電体コンデンサCf1,Cf
2 に保存されている情報をフリップフロップ回路へ転記
することが必要となると、フリップフロップ回路の電源
電圧をVSSに保持した状態で、プレート電圧をVSSから
CC’へ上昇させる。電源電圧はVSSに設定されている
ので、負荷用MISFETQp1,Qp2 は常にオフ状態
となっている。
At the instant t 4 , the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf
When it is necessary to post the information stored in the 2 to the flip-flop circuit, while maintaining the supply voltage of the flip-flop circuit to V SS, thereby increasing the plate voltage from V SS to V CC '. Since the power supply voltage is set to V SS , the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 are always off.

【0063】しかし、瞬時t4 において、負荷用MIS
FETQp1 および駆動用MISFETQd1 から記憶
ノードN1 に電流が流れ込み、記憶ノードN1 の電圧は
瞬時VN1に上昇する。同様に、負荷用MISFETQp
2 および駆動用MISFETQd2 から記憶ノードN2
に電流が流れ込み、記憶ノードN2 の電圧は瞬時VN1
上昇する。VN1は強誘電体コンデンサCf1,Cf2 の容
量と負荷用MISFETQp1,Qp2 および駆動用MI
SFETQd1,Qd2 の寄生容量によって決まる電圧レ
ベルである。
However, at the instant t 4 , the load MIS is
A current flows from the FET Qp 1 and the driving MISFET Qd 1 to the storage node N 1, and the voltage of the storage node N 1 rises to the instant V N1 . Similarly, the load MISFET Qp
2 and the driving MISFET Qd 2 to the storage node N 2
Current flows into the voltage of the storage node N 2 rises instantaneously V N1. V N1 is the capacitance of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 , the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 and the drive MI.
The voltage level is determined by the parasitic capacitance of the SFETs Qd 1 and Qd 2 .

【0064】記憶ノードN1,N2 の電圧がVN1に上昇し
て、VN1が駆動用MISFETQd1,Qd2 のしきい値
電圧よりも高くなると、駆動用MISFETQd1,Qd
2 がオン状態となる。これによって、電流が記憶ノード
1 から駆動用MISFETQd1 へ流れて、記憶ノー
ドN1 の電圧は低下し、ほぼ0Vとなる。同様に、電流
が記憶ノードN2 から駆動用MISFETQd2 へ流れ
て、記憶ノードN2 の電圧は低下し、ほぼ0Vとなる。
[0064] Voltage of the storage node N 1, N 2 rises to V N1, the V N1 is higher than the threshold voltage of the driving MISFETQd 1, Qd 2, driving MISFET Qd 1, Qd
2 is turned on. As a result, a current flows from the storage node N 1 to the driving MISFET Qd 1, and the voltage of the storage node N 1 drops to almost 0V. Similarly, a current flows from the storage node N 2 to the driving MISFET Qd 2, and the voltage of the storage node N 2 drops to almost 0V.

【0065】この結果、瞬時t5 において、瞬時t4
の状態が”高”分極状態である強誘電体コンデンサCf
1 は”低”分極状態に書き換えられる。なお、瞬時t4
での状態が”低”分極状態である強誘電体コンデンサC
2 はそのまま”低”分極状態に維持される。
As a result, at the instant t 5 , the ferroelectric capacitor Cf whose state at the instant t 4 is the “high” polarization state.
1 is rewritten to "low" polarization state. Note that the instant t 4
Ferroelectric capacitor C whose state is a "low" polarization state
f 2 remains in the “low” polarization state.

【0066】強誘電体コンデンサCf1 が分極反転する
際には、分極反転電流が流れて、記憶ノードN1 の電圧
(VN2)が記憶ノードN2 の電圧(VN3)よりも高くな
り、記憶ノードN1 と記憶ノードN2 間に電位差が生じ
る。この状態で瞬時t6 において、フリップフロップ回
路の電源電圧をVCC’に上げると、このフリップフロッ
プ回路に正帰還がかかり、記憶ノードN1 は高レベル
(VCC')に、記憶ノードN2 は低レベル(VSS)に設定
される。
When the ferroelectric capacitor Cf 1 undergoes polarization reversal, a polarization reversal current flows and the voltage (V N2 ) at the storage node N 1 becomes higher than the voltage (V N3 ) at the storage node N 2 . A potential difference is generated between the storage node N 1 and the storage node N 2 . In this state, when the power supply voltage of the flip-flop circuit is raised to V CC 'at the instant t 6 , positive feedback is applied to the flip-flop circuit, the storage node N 1 goes high (V CC '), and the storage node N 2 goes. Is set to a low level (V SS ).

【0067】次に、瞬時t7 でプレート電圧をVSSに下
げて、瞬時t6 での状態が”低”分極状態の強誘電体コ
ンデンサCf1 を”高”分極状態に書き換えた後、瞬時
8でフリップフロップ回路の電源電圧をVCCに下げ
る。これによって、記憶ノードN1 の電圧はVCC’から
CCへ設定されて、常規動作状態に戻る。
Next, the plate voltage is lowered to V SS at the instant t 7 , and the ferroelectric capacitor Cf 1 in the "low" polarization state at the instant t 6 is rewritten to the "high" polarization state. lowering the power supply voltage of the flip-flop circuit to V CC at t 8. Thus, the voltage of the storage node N 1 is set from the V CC 'to V CC, returns to the ascertained by routine operation.

【0068】上記方法によって、フリップフロップ回路
の常規動作、フリップフロップ回路から強誘電体コンデ
ンサCf1,Cf2 への情報の読み出し、および強誘電体
コンデンサからフリップフロップ回路への情報の書き込
みの一連の動作が行われる。
By the above method, the normal operation of the flip-flop circuit, the reading of information from the flip-flop circuit to the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 , and the writing of information from the ferroelectric capacitor to the flip-flop circuit are carried out. The action is taken.

【0069】次に、上記メモリセルMCの具体的な第1
の構成(メモリセルMC1)を図11〜図16を用いて説
明する。
Next, a specific first example of the memory cell MC will be described.
The configuration (memory cell MC 1 ) will be described with reference to FIGS. 11 to 16.

【0070】図12〜16は強誘電体コンデンサCf1,
Cf2 を備えたメモリセルMC1 の平面図(メモリセル
MC1 の略1個分を示す半導体基板の平面図)を示し、
図11は図16の(a) −(a)'線における半導体基板の断
面図を示す。なお、メモリセルMC1 のフリップフロッ
プ回路の構成は、TFT(Thin Film Transistor)型S
RAMのメモリセルに用いられるフロップフロップ回路
と同じである。
12 to 16 show the ferroelectric capacitor Cf 1 ,
A plan view of a memory cell MC 1 provided with Cf 2 (a plan view of a semiconductor substrate showing approximately one memory cell MC 1 ) is shown.
FIG. 11 is a sectional view of the semiconductor substrate taken along the line (a)-(a) 'of FIG. The flip-flop circuit of the memory cell MC 1 has a TFT (Thin Film Transistor) type S.
This is the same as the flop flop circuit used for the memory cell of the RAM.

【0071】図11に示すように、n- 型シリコン単結
晶からなる半導体基板(半導体チップ)1の主面には、
- 型ウエル2が形成され、このp- 型ウエル2の非活
性領域の主面には、酸化シリコン膜からなる素子分離用
のフィールド絶縁膜4が形成されている。フィールド絶
縁膜4の下には、反転防止用のp型チャネルストッパ領
域5が形成されている。
As shown in FIG. 11, on the main surface of the semiconductor substrate (semiconductor chip) 1 made of n -- type silicon single crystal,
A p type well 2 is formed, and a field insulating film 4 for element isolation made of a silicon oxide film is formed on the main surface of the inactive region of the p type well 2. A p-type channel stopper region 5 for preventing inversion is formed under the field insulating film 4.

【0072】メモリセルMC1 を構成する駆動用MIS
FETQd1,Qd2 、転送用MISFETQt1,Qt2
および負荷用MISFETQp1,Qp2 のうち、駆動用
MISFETQd1,Qd2 および転送用MISFETQ
1,Qt2 のそれぞれは、前記フィールド絶縁膜4で囲
まれたp- 型ウエル2の活性領域の主面に形成されてい
る。
Driving MIS that constitutes the memory cell MC 1.
FETs Qd 1 and Qd 2 , transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2
Of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 and the drive MISFETs Qd 1 and Qd 2 and the transfer MISFET Q.
Each of t 1 and Qt 2 is formed on the main surface of the active region of the p type well 2 surrounded by the field insulating film 4.

【0073】上記駆動用MISFETQd1,Qd2 のそ
れぞれは、ゲート絶縁膜6、ゲート電極7、ソース領域
およびドレイン領域で構成されている。ゲート電極7
は、第1層目のゲート材形成工程で形成され、例えば多
結晶シリコン膜で形成されている。この多結晶シリコン
膜には、その抵抗値を低減するためにn型の不純物(例
えばリン(P))が導入されている。
Each of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 is composed of a gate insulating film 6, a gate electrode 7, a source region and a drain region. Gate electrode 7
Are formed in the gate material forming step of the first layer, and are formed of, for example, a polycrystalline silicon film. An n-type impurity (for example, phosphorus (P)) is introduced into this polycrystalline silicon film in order to reduce its resistance value.

【0074】上記駆動用MISFETQd1,Qd2 のゲ
ート電極7の上部には、絶縁膜8が形成されている。こ
の絶縁膜8は、例えば酸化シリコン膜からなる。また、
ゲート電極7のゲート長方向の側壁には、サイドウォー
ルスペーサ9が形成されている。このサイドウォールス
ペーサ9は、例えば酸化シリコン膜からなる。
An insulating film 8 is formed on the gate electrodes 7 of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 . The insulating film 8 is made of, for example, a silicon oxide film. Also,
Sidewall spacers 9 are formed on the side walls of the gate electrode 7 in the gate length direction. The sidewall spacer 9 is made of, for example, a silicon oxide film.

【0075】上記駆動用MISFETQd1,Qd2 のそ
れぞれのソース領域およびドレイン領域は、低不純物濃
度のn- 型半導体領域10とその上部に設けられた高不
純物濃度のn+ 型半導体領域11とで構成されている。
すなわち、駆動用MISFETQd1,Qd2 は、それぞ
れのソース領域およびドレイン領域が、いわゆる2重拡
散ドレイン(Double Diffused Drain)構造で構成されて
いる。
The source region and drain region of each of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 are composed of a low impurity concentration n type semiconductor region 10 and a high impurity concentration n + type semiconductor region 11 provided thereabove. It is configured.
That is, each of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 has a so-called double diffused drain (source diffused drain) structure.

【0076】半導体基板1の主面に形成された前記フィ
ールド絶縁膜4および駆動用MISFETQd1,Qd2
のゲート電極7のパターンレイアウトを図12に示す。
図中、フィールド絶縁膜4で囲まれた2つのL字状の領
域3がメモリセルMC1 の1個分の活性領域である。
The field insulating film 4 and the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 formed on the main surface of the semiconductor substrate 1.
FIG. 12 shows the pattern layout of the gate electrode 7 of FIG.
In the figure, two L-shaped regions 3 surrounded by the field insulating film 4 are active regions for one memory cell MC 1 .

【0077】図12に示すように、上記駆動用MISF
ETQd1,Qd2 のそれぞれのゲート電極7の一端側
は、少なくとも製造プロセスにおけるマスク合わせ余裕
寸法に相当する分、フィールド絶縁膜4上に突出してい
る。また、駆動用MISFETQd1 のゲート電極7
(Qd1)の他端側は、フィールド絶縁膜4を介して駆動
用MISFETQd2 のドレイン領域上まで突出し、駆
動用MISFETQd2 のゲート電極7(Qd2)の他端
側は、フィールド絶縁膜4を介して駆動用MISFET
Qd1 のドレイン領域7上まで突出している。
As shown in FIG. 12, the drive MISF is used.
One end side of each of the gate electrodes 7 of ETQd 1 and Qd 2 projects above the field insulating film 4 by at least the amount corresponding to the mask alignment margin dimension in the manufacturing process. In addition, the gate electrode 7 of the driving MISFET Qd 1
The other end of the (Qd 1) is projected to the field insulating film 4 on the drain region of the driving MISFET Qd 2 through the other end of the gate electrode 7 of the drive MISFETQd 2 (Qd 2) the field insulating film 4 For driving MISFET
It projects above the drain region 7 of Qd 1 .

【0078】図11に示すように、メモリセルMC1
転送用MISFETQt1,Qt2 のそれぞれは、ゲート
絶縁膜12、ゲート電極13A、ソース領域およびドレ
イン領域で構成されている。
As shown in FIG. 11, each of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 of the memory cell MC 1 is composed of a gate insulating film 12, a gate electrode 13A, a source region and a drain region.

【0079】ゲート電極13Aは、第2層目のゲート材
形成工程で形成され、例えば多結晶シリコン膜と高融点
金属シリサイド膜との積層膜(ポリサイド膜)で構成さ
れている。下層の多結晶シリコン膜には、その抵抗値を
低減するためにn型の不純物(例えばP)が導入されて
いる。上層の高融点金属シリサイド膜は、例えばWSi
x, MoSix, TiSix, TaSixなどで構成さ
れる。
The gate electrode 13A is formed in the gate material forming step of the second layer, and is composed of, for example, a laminated film (polycide film) of a polycrystalline silicon film and a refractory metal silicide film. An n-type impurity (for example, P) is introduced into the lower polycrystalline silicon film in order to reduce its resistance value. The upper refractory metal silicide film is, for example, WSi.
x, MoSix, TiSix, TaSix, etc.

【0080】上記転送用MISFETQt1,Qt2 のゲ
ート電極13Aの上部には、絶縁膜15が形成されてい
る。この絶縁膜15は、例えば酸化シリコン膜からな
る。また、ゲート電極13Aの側壁には、サイドウォー
ルスペーサ16が形成されている。このサイドウォール
スペーサ16は、例えば酸化シリコン膜からなる。
[0080] On top of the gate electrode 13A of the transfer MISFETQt 1, Qt 2, the insulating film 15 is formed. The insulating film 15 is made of, for example, a silicon oxide film. A sidewall spacer 16 is formed on the sidewall of the gate electrode 13A. The sidewall spacer 16 is made of, for example, a silicon oxide film.

【0081】上記転送用MISFETQt1,Qt2 のそ
れぞれのソース領域およびドレイン領域は、低不純物濃
度のn- 型半導体領域17と高不純物濃度のn+ 型半導
体領域18とで構成されている。すなわち、転送用MI
SFETQt1,Qt2 のソース領域およびドレイン領域
は、LDD(Lightly Doped Drain)構造で構成されてい
る。
The source region and drain region of each of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 are composed of a low impurity concentration n type semiconductor region 17 and a high impurity concentration n + type semiconductor region 18. That is, the MI for transfer
The source region and the drain region of the SFETs Qt 1 and Qt 2 have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

【0082】半導体基板1の主面に形成された上記転送
用MISFETQt1,Qt2 のゲート電極13Aのパタ
ーンレイアウトを図13に示す。同図に示すように、転
送用MISFETQt1,Qt2 のゲート電極13Aは、
そのゲート長(Lg)方向が駆動用MISFETQd1,
Qd2 のゲート電極7のゲート長(Lg)方向と交差す
るように配置されている。
FIG. 13 shows a pattern layout of the gate electrodes 13A of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. As shown in the figure, the gate electrodes 13A of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 are
The gate length (Lg) direction is the driving MISFET Qd 1 ,
It is arranged so as to intersect the gate length (Lg) direction of the gate electrode 7 of Qd 2 .

【0083】図13に示すように、転送用MISFET
Qt1 のソース領域乃至ドレイン領域の一方は、駆動用
MISFETQd1 のドレイン領域と一体に構成されて
いる。同様に、転送用MISFETQt2 のソース領域
乃至ドレイン領域の一方は、駆動用MISFETQd2
のドレイン領域と一体に構成されている。
As shown in FIG. 13, transfer MISFET
One of the source region and the drain region of Qt 1 is formed integrally with the drain region of the driving MISFET Qd 1 . Similarly, one of the source region and the drain region of the transfer MISFET Qt 2 is connected to the drive MISFET Qd 2
Is integrally formed with the drain region.

【0084】転送用MISFETQt1,Qt2 のゲート
電極13Aには、ワード線WLが接続され、転送用MI
SFETQt1,Qt2 のゲート電極13Aは、ワード線
WLと一体に構成されている。
The word line WL is connected to the gate electrodes 13A of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 and the transfer MIs are transferred.
The gate electrode 13A of SFETQt 1, Qt 2 is constructed integrally with the word line WL.

【0085】上記ワード線WLと平行して、2個の駆動
用MISFETQd1,Qd2 に共通のソース線として構
成された基準電圧線(VSS)13Bが配置されている。
基準電圧線(VSS) 13Bは、転送用MISFETQt
1,Qt2 のゲート電極13Aおよびワード線WLと同じ
第2層目のゲート材形成工程で形成され、フィールド絶
縁膜4上をワード線WLと同一方向に延在している。
A reference voltage line (V SS ) 13B configured as a source line common to the two driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 is arranged in parallel with the word line WL.
The reference voltage line (V SS ) 13B is a transfer MISFET Qt.
The gate electrode 13A of 1 and Qt 2 and the word line WL are formed in the same second gate material forming step, and extend on the field insulating film 4 in the same direction as the word line WL.

【0086】また、基準電圧線(VSS)13Bは、駆動
用MISFETQd1,Qd2 のゲート絶縁膜6と同一の
絶縁膜に開孔されたコンタクトホール14を通じて、駆
動用MISFETQd1,Qd2 のそれぞれのソース領域
(n+ 型半導体領域11)に接続されている。
Further, the reference voltage line (V SS ) 13B is connected to the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 through the contact hole 14 formed in the same insulating film as the gate insulating film 6 of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 . Each source region (n + type semiconductor region 11) is connected.

【0087】メモリセルMC1 の2個の負荷用MISF
ETQp1,Qp2 のうち、負荷用MISFETQp
1 は、駆動用MISFETQd2 の領域上に配置され、
負荷用MISFETQp2 は、駆動用MISFETQd
1 の領域上に配置されている。負荷用MISFETQp
1,Qp2 のそれぞれは、ゲート電極23A、ゲート絶縁
膜24、チャネル領域26N、ソース領域26Pおよび
ドレイン領域26Pで構成されている。
Two load MISF of memory cell MC 1
Of ETQp 1 and Qp 2 , load MISFET Qp
1 is disposed on the region of the driving MISFET Qd 2 ,
The load MISFET Qp 2 is a drive MISFET Qd.
It is located on area 1 . MISFET for load Qp
Each of 1 and Qp 2 is composed of a gate electrode 23A, a gate insulating film 24, a channel region 26N, a source region 26P and a drain region 26P.

【0088】上記負荷用MISFETQp1,Qp2 のゲ
ート電極23Aは、第3層目のゲート材形成工程で形成
され、例えば多結晶シリコン膜で形成されている。この
多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するためにn
型の不純物(例えばP)が導入されている。負荷用MI
SFETQp1,Qp2 のゲート電極23Aのパターンレ
イアウトを図14に示す。
The gate electrodes 23A of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 are formed in the third layer gate material forming step, and are formed of, for example, a polycrystalline silicon film. In order to reduce the resistance value of the polycrystalline silicon film,
A type impurity (for example, P) is introduced. MI for load
SFETQp 1, the pattern layout of the gate electrode 23A of Qp 2 shown in FIG. 14.

【0089】図11および図14に示すように、上記負
荷用MISFETQp1 のゲート電極23Aは、絶縁膜
21および絶縁膜8に開孔されたコンタクトホール22
を通じて、駆動用MISFETQd1 のゲート電極7お
よび転送用MISFETQt2 のソース領域乃至ドレイ
ン領域の一方に接続されている。
As shown in FIGS. 11 and 14, the gate electrode 23A of the load MISFET Qp 1 has a contact hole 22 formed in the insulating film 21 and the insulating film 8.
Through the gate electrode 7 of the driving MISFET Qd 1 and one of the source region and the drain region of the transfer MISFET Qt 2 .

【0090】同様に、負荷用MISFETQp2 のゲー
ト電極23Aは、絶縁膜21および絶縁膜8に開孔され
たコンタクトホール22を通じて、駆動用MISFET
Qd2 のゲート電極7および転送用MISFETQt1
のソース領域乃至ドレイン領域の一方に接続されてい
る。
Similarly, the gate electrode 23A of the load MISFET Qp 2 is driven by the driving MISFET through the contact hole 22 formed in the insulating film 21 and the insulating film 8.
Gate electrode 7 of Qd 2 and transfer MISFET Qt 1
Is connected to one of the source region and the drain region.

【0091】上記転送用MISFETQt1,Qt2 のソ
ース領域乃至ドレイン領域の他方の上部には、負荷用M
ISFETQp1,Qp2 のゲート電極23Aと同じ第3
層目のゲート材形成工程で形成されたパッド層23Bが
配置されている。このパッド層23Bは、絶縁膜21に
開孔されたコンタクトホール22を通じて、転送用MI
SFETQt1,Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の
他方に接続されている。
On top of the other of the source region and the drain region of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 is a load M.
The same third as the gate electrode 23A of the ISFETs Qp 1 and Qp 2
The pad layer 23B formed in the gate material forming step of the first layer is arranged. The pad layer 23B is transferred to the transfer MI through the contact hole 22 formed in the insulating film 21.
It is connected to the other of the source region and the drain region of the SFETs Qt 1 and Qt 2 .

【0092】図11に示すように、上記負荷用MISF
ETQp1,Qp2 のゲート電極23Aの上部には、負荷
用MISFETQp1,Qp2 のゲート絶縁膜24が形成
されている。このゲート絶縁膜24は、例えば酸化シリ
コン膜からなる。
As shown in FIG. 11, the load MISF is used.
The gate insulating film 24 of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 is formed on the gate electrodes 23A of the ETQp 1 and Qp 2 . The gate insulating film 24 is made of, for example, a silicon oxide film.

【0093】上記負荷用MISFETQp1,Qp2 のゲ
ート絶縁膜24の上部には、負荷用MISFETQp1,
Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26Pおよび
ドレイン領域26Pが形成されている。チャネル領域2
6Nは、第4層目のゲート材形成工程で形成され、例え
ば多結晶シリコン膜で構成されている。
Above the gate insulating film 24 of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 , the load MISFETs Qp 1 and Qp 1 ,
A channel region 26N, a source region 26P and a drain region 26P of Qp 2 are formed. Channel region 2
6N is formed in the fourth layer gate material forming step, and is made of, for example, a polycrystalline silicon film.

【0094】この多結晶シリコン膜には、負荷用MIS
FETQp1,Qp2 のしきい値電圧をエンハンスメント
型にするために、n型の不純物(例えばP)が導入され
ている。負荷用MISFETQp1,Qp2 のチャネル領
域26N、ソース領域26Pおよびドレイン領域26P
のパターンレイアウトを図14に示す。
A load MIS is formed on the polycrystalline silicon film.
An n-type impurity (for example, P) is introduced to make the threshold voltages of the FETs Qp 1 and Qp 2 enhancement type. Channel regions 26N, source regions 26P and drain regions 26P of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2
FIG. 14 shows the pattern layout of the above.

【0095】図15に示すように、上記負荷用MISF
ETQp1,Qp2 のチャネル領域26Nの一端側にはド
レイン領域26Pが形成され、他端側にはソース領域2
6Pが形成されている。ドレイン領域26Pおよびソー
ス領域26Pは、チャネル領域26Nと同じ第4層目の
ゲート材(多結晶シリコン)形成工程で形成され、チャ
ネル領域26Nと一体に構成されている。ドレイン領域
26Pおよびソース領域26Pを構成する多結晶シリコ
ン膜には、p型の不純物(例えばBF2)が導入されてい
る。
As shown in FIG. 15, the load MISF is used.
A drain region 26P is formed on one end side of the channel regions 26N of ETQp 1 and Qp 2 , and a source region 2 is formed on the other end side.
6P is formed. The drain region 26P and the source region 26P are formed in the same fourth layer gate material (polycrystalline silicon) forming step as the channel region 26N, and are integrally formed with the channel region 26N. A p-type impurity (for example, BF 2 ) is introduced into the polycrystalline silicon film forming the drain region 26P and the source region 26P.

【0096】このように、本実施例のメモリセルMCの
負荷用MISFETQp1,Qp2 は、第3層目のゲート
材形成工程で形成されたゲート電極23Aの上部に第4
層目のゲート材形成工程で形成されたチャネル領域26
N、ソース領域26Pおよびドレイン領域26Pを配置
した、いわゆるボトムゲート構造で構成されている。
As described above, the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 of the memory cell MC of the present embodiment have the fourth structure above the gate electrode 23A formed in the third-layer gate material forming step.
Channel region 26 formed in the gate material forming step of the second layer
It has a so-called bottom gate structure in which N, a source region 26P and a drain region 26P are arranged.

【0097】図15に示すように、上記負荷用MISF
ETQp1 のドレイン領域26Pは、ゲート絶縁膜24
と同一層の絶縁膜に開孔されたコンタクトホール25を
通じ、負荷用MISFETQp2 のゲート電極23Aに
接続されている。同様に、負荷用MISFETQp2
ドレイン領域26Pは、ゲート絶縁膜24と同一層の絶
縁膜に開孔されたコンタクトホール25を通じて、負荷
用MISFETQp1のゲート電極23Aに接続されて
いる。
As shown in FIG. 15, the load MISF is used.
The drain region 26P of ETQp 1 is the gate insulating film 24.
It is connected to the gate electrode 23A of the load MISFET Qp 2 through a contact hole 25 formed in the insulating film of the same layer. Similarly, the drain region 26P of the load MISFET Qp 2 is connected to the gate electrode 23A of the load MISFET Qp 1 through the contact hole 25 formed in the insulating film in the same layer as the gate insulating film 24.

【0098】上記負荷用MISFETQp1,Qp2 のソ
ース領域26Pには、電源電圧線(VL )26Pが接続
されている。電源電圧線(VL )26Pは、チャネル領
域26N、ドレイン領域26Pおよびソース領域26P
と同じ第4層目のゲート材(多結晶シリコン)形成工程
で形成され、これらと一体に構成されている。
A power supply voltage line (V L ) 26P is connected to the source regions 26P of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 . The power supply voltage line ( VL ) 26P includes a channel region 26N, a drain region 26P and a source region 26P.
It is formed in the same fourth layer gate material (polycrystalline silicon) forming step as above, and is integrated with these.

【0099】図11に示すように、上記負荷用MISF
ETQp1,Qp2 の上部には、第1層目の層間絶縁膜2
7が形成されている。この層間絶縁膜27は、例えば酸
化シリコン膜とBPSG膜からなる。
As shown in FIG. 11, the above MISF for load is used.
Above the ETQp 1 and Qp 2 , the first interlayer insulating film 2 is formed.
7 are formed. The interlayer insulating film 27 is made of, for example, a silicon oxide film and a BPSG film.

【0100】上記層間絶縁膜27の上部には、第1層目
の配線29A,29Bが形成されている。第1層目の配
線29Aは、層間絶縁膜27に開孔されたコンタクトホ
ール28Aを通じて負荷用MISFETQp1,Qp2
ドレイン領域26Pに接続されている。
First layer wirings 29A and 29B are formed on the interlayer insulating film 27. The first-layer wiring 29A is connected to the drain regions 26P of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 through the contact holes 28A formed in the interlayer insulating film 27.

【0101】また、第1層目の配線29Bは、ゲート絶
縁膜24および層間絶縁膜27に開孔されたコンタクト
ホール28Bを通じて転送用MISFETQt1,Qt2
のソース領域乃至ドレイン領域の上部に形成されたパッ
ド層23Bに接続されている。上記第1層目の配線29
A,29Bは、第1層目の配線材形成工程で形成され、
例えばタングステン(W)などの高融点金属膜で構成さ
れている。
The wiring 29B of the first layer is transferred through the contact holes 28B formed in the gate insulating film 24 and the interlayer insulating film 27, and the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 are formed.
Of the source region to the drain region of the pad layer 23B. Wiring 29 of the first layer
A and 29B are formed in the first layer wiring material forming step,
For example, it is made of a refractory metal film such as tungsten (W).

【0102】第1層目の配線29Aのパターンレイアウ
トを図16に示す。なお、同図は、図面を見易くするた
めに、第1層目の配線29A,29Bの下層の導電層の
うち、第4層目のゲート材(負荷用MISFETQp1,
Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26P、ドレ
イン領域26Pおよび電源電圧線(VL )26P)と、
第3層目のゲート材(負荷用MISFETQp1,Qp2
のゲート電極23Aおよびパッド層23B)のみを図示
してある。
FIG. 16 shows a pattern layout of the first-layer wiring 29A. In the figure, in order to make the drawing easier to see, among the conductive layers below the first-layer wirings 29A and 29B, the fourth-layer gate material (load MISFET Qp 1 ,
Qp 2 channel region 26N, the source region 26P, drain region 26P and the power source voltage line and (V L) 26P),
Third layer gate material (load MISFETs Qp 1 , Qp 2
Gate electrode 23A and pad layer 23B) of FIG.

【0103】図11に示すように、上記第1層目の配線
29Aの上層には、第1のバリア層30を介して強誘電
体膜31が形成されている。第1のバリア層30は、例
えば酸化イリジウム(IrO2)膜であり、強誘電体膜3
1は、例えばPZT(PbZrTiO3)膜である。
As shown in FIG. 11, a ferroelectric film 31 is formed on the upper layer of the first-layer wiring 29A via a first barrier layer 30. The first barrier layer 30 is, for example, an iridium oxide (IrO 2 ) film, and the ferroelectric film 3
Reference numeral 1 is, for example, a PZT (PbZrTiO 3 ) film.

【0104】さらに、上記強誘電体膜31の上層には、
第2のバリア層32を介してプレート電極33が形成さ
れている。第2のバリア層32は、例えばIrO2 膜で
あり、プレート電極33は、例えばWなどの高融点金属
膜である。前記第1のバリア層30および第2のバリア
層32は、強誘電体膜31とその下層に位置する第1層
目の配線29A、および強誘電体膜31とその上層に位
置するプレート電極33が反応するのを防ぐために設け
られている。
Further, in the upper layer of the ferroelectric film 31,
The plate electrode 33 is formed via the second barrier layer 32. The second barrier layer 32 is, for example, an IrO 2 film, and the plate electrode 33 is, for example, a refractory metal film of W or the like. The first barrier layer 30 and the second barrier layer 32 are composed of the ferroelectric film 31 and the first-layer wiring 29A located thereunder, and the ferroelectric film 31 and the plate electrode 33 located above it. Is provided to prevent it from reacting.

【0105】上記プレート電極33および第1層目の電
極29Bの上層には、第2層目の層間絶縁膜34を介し
て第2層目の配線(データ線DL)36が配置されてい
る。データ線DLは、層間絶縁膜34に開孔されたコン
タクトホール35を通じて第1層目の配線29Bに接続
されており、第1層目の配線29Bおよびパッド層23
Bを介して転送用MISFETQt1,Qt2 のソース領
域乃至ドレイン領域の一方に接続されている。
A second-layer wiring (data line DL) 36 is arranged above the plate electrode 33 and the first-layer electrode 29B via a second-layer interlayer insulating film 34. The data line DL is connected to the first-layer wiring 29B through the contact hole 35 formed in the interlayer insulating film 34, and the first-layer wiring 29B and the pad layer 23 are connected.
It is connected via B to one of the source region and the drain region of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 .

【0106】上記第2層目の配線36は、例えばバリア
メタル膜、アルミニウム合金膜、バリアメタル膜を順次
積層した3層金属膜からなる。バリアメタルは、例えば
TiWで構成され、アルミニウム合金は、例えばCuお
よびSiを添加したアルミニウムで構成されている。層
間絶縁膜34は、例えば酸化シリコン膜、スピンオング
ラス(SOG)膜、酸化シリコン膜を順次積層した3層
絶縁膜からなる。
The second-layer wiring 36 is composed of, for example, a three-layer metal film in which a barrier metal film, an aluminum alloy film, and a barrier metal film are sequentially laminated. The barrier metal is made of, for example, TiW, and the aluminum alloy is made of, for example, aluminum to which Cu and Si are added. The interlayer insulating film 34 is formed of, for example, a three-layer insulating film in which a silicon oxide film, a spin-on-glass (SOG) film, and a silicon oxide film are sequentially stacked.

【0107】上記第2層目の配線36の上層には、ファ
イナルパッシベーション膜37が形成されている。この
ファイナルパッシベーション膜37は、例えば酸化シリ
コン膜と窒化シリコン膜との積層膜からなる。
A final passivation film 37 is formed on the second wiring 36. The final passivation film 37 is made of, for example, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

【0108】次に、上記のように構成された本実施例の
メモリセルMC1 の製造方法を、図11、図17および
図18を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the memory cell MC 1 of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 11, 17 and 18.

【0109】まず、図17に示すように、周知の方法で
- 型シリコン単結晶からなる半導体基板1のメモリセ
ルアレイの形成領域および図示しない周辺回路の形成領
域の一部にp- 型ウエル2を形成する。次に、p- 型ウ
エル2の非活性領域の主面に素子分離用のフィールド絶
縁膜4を形成する。この時、フィールド絶縁膜4の下に
反転防止用のp型チャネルストッパ領域5を形成する。
First, as shown in FIG. 17, a p -- type well 2 is formed in a part of the formation region of the memory cell array and the peripheral circuit (not shown) of the semiconductor substrate 1 made of n -- type silicon single crystal by a known method. To form. Next, a field insulating film 4 for element isolation is formed on the main surface of the inactive region of the p type well 2. At this time, the p-type channel stopper region 5 for preventing inversion is formed under the field insulating film 4.

【0110】次に、p- 型ウエル2の活性領域の主面に
駆動用MISFETQd1,Qd2 のしきい値電圧を調整
するためにBF2 をイオン注入した後、駆動用MISF
ETQd1,Qd2 のゲート絶縁膜6を形成する。このゲ
ート絶縁膜6は熱酸化法で形成される。
Next, after BF 2 is ion-implanted into the main surface of the active region of the p type well 2 to adjust the threshold voltage of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 , the driving MISF is performed.
The gate insulating film 6 of ETQd 1 and Qd 2 is formed. This gate insulating film 6 is formed by a thermal oxidation method.

【0111】次に、半導体基板1の全面にPが導入され
た多結晶シリコン膜(図示せず)をCVD法で堆積す
る。この多結晶シリコン膜は第1層目のゲート材であ
る。次に、多結晶シリコン膜の上に酸化シリコン膜から
なる絶縁膜8をCVD法で堆積する。絶縁膜8は、駆動
用MISFETQd1,Qd2 のゲート電極7とその上層
に形成される導電層とを電気的に分離するために形成す
る。
Next, a polycrystalline silicon film (not shown) in which P is introduced is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by the CVD method. This polycrystalline silicon film is the gate material of the first layer. Next, the insulating film 8 made of a silicon oxide film is deposited on the polycrystalline silicon film by the CVD method. The insulating film 8 is formed to electrically separate the gate electrodes 7 of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 from the conductive layer formed thereabove.

【0112】次に、フォトレジスト膜をマスクにして絶
縁膜8およびその下層の多結晶シリコン膜を順次エッチ
ングすることにより、駆動用MISFETQd1,Qd2
のゲート電極7を形成する。次に、半導体基板1の全面
に堆積された酸化シリコン膜(図示せず)をRIE(Re
active Ion Etching)などの異方性エッチングでエッチ
ングして、駆動用MISFETQd1,Qd2 のゲート電
極7の側壁にサイドウォールスペーサ9を形成する。
Next, by using the photoresist film as a mask, the insulating film 8 and the polycrystalline silicon film thereunder are sequentially etched to drive the MISFETs Qd 1 and Qd 2.
Is formed. Next, the silicon oxide film (not shown) deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 is removed by RIE (Re
The sidewall spacers 9 are formed on the sidewalls of the gate electrodes 7 of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 by performing anisotropic etching such as active ion etching.

【0113】次に、半導体基板1の主面にフォトレジス
ト膜を形成した後、これをマスクにして上記駆動用MI
SFETQd1,Qd2 の形成領域のp- 型ウエル2の主
面にPおよび砒素(As)をイオン注入し、このPおよ
びAsを引伸し拡散させることにより、駆動用MISF
ETQd1,Qd2 のn- 型半導体領域10およびn+
半導体領域11を形成する。これによって、2重拡散ド
レイン構造のソース領域およびドレイン領域を有する駆
動用MISFETQd1,Qd2 が完成する。
Next, after forming a photoresist film on the main surface of the semiconductor substrate 1, this is used as a mask for the above-mentioned drive MI.
P and arsenic (As) are ion-implanted into the main surface of the p type well 2 in the formation region of the SFETs Qd 1 and Qd 2 , and the P and As are expanded and diffused to drive MISF.
An n type semiconductor region 10 and an n + type semiconductor region 11 of ETQd 1 and Qd 2 are formed. As a result, the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 having the source region and the drain region of the double diffused drain structure are completed.

【0114】次に、活性領域の主面を希フッ酸水溶液に
よるエッチングで洗浄し、転送用MISFETQt1,Q
2 のゲート絶縁膜12を形成する。次に、半導体基板
1の主面にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクに
して駆動用MISFETQd1,Qd2 のn+ 型半導体領
域11上の絶縁膜(ゲート絶縁膜12と同一層の絶縁
膜)をエッチングすることにより、コンタクトホール1
4を形成する。
Next, the main surface of the active region is cleaned by etching with a dilute hydrofluoric acid solution to transfer MISFETs Qt 1 and Qt.
The gate insulating film 12 of t 2 is formed. Next, a photoresist film is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1, and using this as a mask, an insulating film (insulating the same layer as the gate insulating film 12 on the n + type semiconductor region 11 of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 is formed). Contact hole 1 by etching the film)
4 is formed.

【0115】次に、半導体基板1の全面に第2層目のゲ
ート材(図示せず)を堆積する。このゲート材は、Pが
導入された多結晶シリコン膜とタングステンシリサイド
膜との積層膜(ポリサイド膜)からなる。
Next, a second-layer gate material (not shown) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This gate material is composed of a laminated film (polycide film) of a polycrystalline silicon film into which P is introduced and a tungsten silicide film.

【0116】次に、上記タングステンシリサイド膜の上
に酸化シリコン膜からなる絶縁膜15を堆積する。この
絶縁膜15は、転送用MISFETQt1,Qt2 のゲー
ト絶縁膜12とその上層に形成される導電層とを電気的
に分離するために形成する。
Next, an insulating film 15 made of a silicon oxide film is deposited on the tungsten silicide film. The insulating film 15 is formed to electrically separate the gate insulating film 12 of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 from the conductive layer formed thereabove.

【0117】次に、上記絶縁膜15の上にフォトレジス
ト膜を形成し、これをマスクにして絶縁膜15およびそ
の下層の前記第2層目のゲート材(ポリサイド膜)を順
次エッチングして転送用MISFETQt1,Qt2 のゲ
ート電極13A、ワード線WLおよび基準電圧線
(VSS) 13Bをそれぞれ形成する。
Next, a photoresist film is formed on the insulating film 15, and the insulating film 15 and the second-layer gate material (polycide film) underlying the insulating film 15 are sequentially etched and transferred using the photoresist film as a mask. The gate electrodes 13A, the word lines WL, and the reference voltage line (V SS ) 13B of the MISFETs Qt 1 and Qt 2 are formed.

【0118】次に、半導体基板1の主面にフォトレジス
ト膜を形成した後、これをマスクにして転送用MISF
ETQt1,Qt2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面に
Pをイオン注入し、このPを引伸し拡散して転送用MI
SFETQt1,Qt2 のn-型半導体領域17を形成す
る。
Next, after forming a photoresist film on the main surface of the semiconductor substrate 1, this is used as a mask to transfer MISF.
P is ion-implanted into the main surface of the p type well 2 in the formation region of ETQt 1 and Qt 2 , and the P is expanded and diffused to transfer MI.
The n type semiconductor region 17 of the SFETs Qt 1 and Qt 2 is formed.

【0119】次に、半導体基板1の全面にCVD法で堆
積された酸化シリコン膜(図示せず)をRIEなどの異
方性エッチングでエッチングして、転送用MISFET
Qt1,Qt2 のゲート電極13A、ワード線WLおよび
基準電圧線(VSS) 13Bのそれぞれの側壁にサイドウ
ォールスペーサ16を形成する。
Next, the silicon oxide film (not shown) deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by the CVD method is etched by anisotropic etching such as RIE to transfer MISFET.
Sidewall spacers 16 are formed on the respective side walls of the gate electrodes 13A of Qt 1 and Qt 2 , the word line WL, and the reference voltage line (V SS ) 13B.

【0120】次に、半導体基板1の主面に形成したフォ
トレジスト膜をマスクにして転送用MISFETQt1,
Qt2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面にヒ素(A
s)をイオン注入し、転送用MISFETQt1,Qt2
のn+ 型半導体領域18を形成する。
Next, using the photoresist film formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 as a mask, the transfer MISFET Qt 1 ,
Arsenic (A) is formed on the main surface of the p type well 2 in the Qt 2 formation region.
s) is ion-implanted to transfer MISFETs Qt 1 , Qt 2
Then, the n + type semiconductor region 18 is formed.

【0121】転送用MISFETQt1,Qt2 の形成領
域のp- 型ウエル2の主面には、あらかじめn- 型半導
体領域17が形成されているので、n+ 型半導体領域1
8の形成により、LDD構造のソース領域およびドレイ
ン領域を有する転送用MISFETQt1,Qt2 が完成
する。
Since the n type semiconductor region 17 is formed in advance on the main surface of the p type well 2 in the formation region of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 , the n + type semiconductor region 1 is formed.
By forming 8, the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 having the source region and the drain region of the LDD structure are completed.

【0122】次に、図18に示すように、半導体基板1
の全面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜21をCVD法
で堆積する。次に、絶縁膜21の上にフォトレジスト膜
を形成し、これをマスクにして絶縁膜21および絶縁膜
8をエッチングすることにより、駆動用MISFETQ
1 のゲート電極7(Qd1)と転送用MISFETQt
2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方の上部および駆
動用MISFETQd2 のゲート電極7(Qd2)と転送
用MISFETQt1 のソース領域乃至ドレイン領域の
一方の上部にコンタクトホール22を形成する。
Next, as shown in FIG. 18, the semiconductor substrate 1
An insulating film 21 made of a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the substrate by the CVD method. Next, a photoresist film is formed on the insulating film 21, and the insulating film 21 and the insulating film 8 are etched using the photoresist film as a mask to thereby form the driving MISFET Q.
The gate electrode 7 (Qd 1 ) of d 1 and the transfer MISFET Qt
A contact hole 22 is formed on one of the source region and the drain region of No. 2 and on the gate electrode 7 (Qd 2 ) of the driving MISFET Qd 2 and one of the source region and the drain region of the transfer MISFET Qt 1 .

【0123】また、同時にこのフォトレジスト膜をマス
クにして絶縁膜21をエッチングすることにより、転送
用MISFETQt1,Qt2 のソース領域乃至ドレイン
領域の他方の上部にコンタクトホール22を形成する。
At the same time, the insulating film 21 is etched by using the photoresist film as a mask to form the contact hole 22 on the other upper part of the source region and the drain region of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 .

【0124】次に、半導体基板1の全面にPを導入した
多結晶シリコン膜(図示せず)をCVD法で堆積する。
この多結晶シリコン膜は第3層目のゲート材である。次
に、この多結晶シリコン膜の上に形成したフォトレジス
ト膜をマスクにして多結晶シリコン膜をエッチングする
ことにより、負荷用MISFETQp1,Qp2 のゲート
電極23Aおよびパッド層23Bをそれぞれ形成する。
Next, a polycrystalline silicon film (not shown) in which P is introduced is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by the CVD method.
This polycrystalline silicon film is the gate material of the third layer. Next, by etching the polycrystalline silicon film by using a photoresist film formed on the polycrystalline silicon film as a mask to form load MISFET Qp 1, Qp 2 of the gate electrode 23A and the pad layer 23B, respectively.

【0125】次に、半導体基板1の全面に負荷用MIS
FETQp1,Qp2 のゲート絶縁膜24をCVD法で堆
積した後、このゲート絶縁膜24の上にフォトレジスト
膜を形成し、これをマスクにしてゲート絶縁膜24をエ
ッチングすることにより、負荷用MISFETQp1,Q
2 のゲート電極23Aの上部にコンタクトホール25
を形成する。
Next, the load MIS is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1.
After depositing the gate insulating film 24 of the FETs Qp 1 and Qp 2 by the CVD method, a photoresist film is formed on the gate insulating film 24, and the gate insulating film 24 is used as a mask to etch the gate insulating film 24. MISFET Qp 1 , Q
A contact hole 25 is formed on the p 2 gate electrode 23A.
To form

【0126】次に、半導体基板1の全面に第4層目のゲ
ート材である多結晶シリコン膜(図示せず)をCVD法
で堆積する。次に、この多結晶シリコン膜の上に形成し
たフォトレジスト膜をマスクにして負荷用MISFET
Qp1,Qp2 のチャネル領域26Nを形成する領域の多
結晶シリコン膜にPをイオン注入する。
Next, a polycrystalline silicon film (not shown) which is the fourth layer gate material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by the CVD method. Then, using the photoresist film formed on the polycrystalline silicon film as a mask, the load MISFET is formed.
Qp 1, ion implantation of P into the polycrystalline silicon film in the region for forming a channel region 26N of qp 2.

【0127】次に、多結晶シリコン膜の上に新たに形成
したフォトレジスト膜をマスクにして負荷用MISFE
TQp1,Qp2 のソース領域26P、ドレイン領域26
Pおよび電源電圧線(VCC) 26Pを形成する領域の多
結晶シリコン膜にBF2 をイオン注入する。
Next, using the photoresist film newly formed on the polycrystalline silicon film as a mask, the load MISFE is used.
TQp 1, Qp 2 source region 26P, the drain region 26
BF 2 is ion-implanted into the polycrystalline silicon film in the region where P and the power supply voltage line (V CC ) 26P are formed.

【0128】次に、多結晶シリコン膜の上に新たに形成
したフォトレジスト膜をマスクにして多結晶シリコン膜
をエッチングし、負荷用MISFETQp1,Qp2 のチ
ャネル領域26N、ソース領域26P、ドレイン領域2
6Pおよび電源電圧線(VCC) 26Pをそれぞれ形成す
ることにより、負荷用MISFETQp1,Qp2 が完成
する。
Next, the polycrystalline silicon film is etched using the photoresist film newly formed on the polycrystalline silicon film as a mask to etch the channel regions 26N, source regions 26P and drain regions of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2. Two
By forming 6P and the power supply voltage line (V CC ) 26P, the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 are completed.

【0129】次に、図11に示すように、半導体基板1
の全面に酸化シリコン膜およびBPSGからなる層間絶
縁膜27をCVD法で順次堆積する。次いで、上記層間
絶縁膜27上に形成したフォトレジスト膜をマスクにし
て、層間絶縁膜27をエッチングし、負荷用MISFE
TQp1,Qp2 のドレイン領域26Pの上部にコンタク
トホール28Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 11, the semiconductor substrate 1
An interlayer insulating film 27 made of a silicon oxide film and BPSG is sequentially deposited on the entire surface of the substrate by the CVD method. Next, using the photoresist film formed on the interlayer insulating film 27 as a mask, the interlayer insulating film 27 is etched, and the load MISFE is used.
TQP 1, to form a contact hole 28A in the upper part of the drain region 26P of Qp 2.

【0130】同時に、層間絶縁膜27および絶縁膜(負
荷用MISFETQp1,Qp2 のゲート絶縁膜24)を
順次エッチングし、転送用MISFETQt1,Qt2
ソース領域乃至ドレイン領域の一方の上層に配置された
前記パッド層23Bの上部にコンタクトホール28Bを
形成する。
At the same time, the interlayer insulating film 27 and the insulating film (the gate insulating film 24 of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 ) are sequentially etched and arranged on one of the source and drain regions of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2. A contact hole 28B is formed on the formed pad layer 23B.

【0131】次に、半導体基板1の全面に第1層目の配
線材(図示せず)を堆積する。この第1層目の配線材
は、例えばタングステン膜である。次に、このタングス
テン膜上に形成したフォトレジスト膜をマスクにしてタ
ングステン膜をエッチングし、第1層目の配線29A,
29Bを形成する。
Next, a first-layer wiring material (not shown) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. The wiring material of the first layer is, for example, a tungsten film. Next, the tungsten film is etched by using the photoresist film formed on the tungsten film as a mask, and the first-layer wiring 29A,
29B is formed.

【0132】上記第1層目の配線29Aは負荷用MIS
FETQp1,Qp2 のドレイン領域に前記コンタクトホ
ール28Aを通して接続され、また、上記第1層目の配
線29Bは転送用MISFETQt1,Qt2 の上層に位
置するパッド層23Bに前記コンタクトホール28Bを
通して接続されている。
The first-layer wiring 29A is a load MIS.
The drain regions of the FETs Qp 1 and Qp 2 are connected through the contact holes 28A, and the wiring 29B of the first layer is connected to the pad layer 23B located above the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 through the contact holes 28B. Has been done.

【0133】次に、図11に示すように、第1のバリア
層30を半導体基板1の全面に堆積した後、強誘電体コ
ンデンサCf1,Cf2 の強誘電体材料となる強誘電体膜
31を堆積する。第1のバリア層30は、例えばIrO
2 膜であり、強誘電体膜31は、例えばPZT膜であ
る。PZT膜は、例えばスパッタリング法またはスピン
オン塗布法で形成され、その膜厚は、300nm程度で
ある。
Next, as shown in FIG. 11, after depositing the first barrier layer 30 on the entire surface of the semiconductor substrate 1, a ferroelectric film serving as a ferroelectric material of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 is formed. 31 is deposited. The first barrier layer 30 is, for example, IrO.
The ferroelectric film 31 is, for example, a PZT film. The PZT film is formed by, for example, a sputtering method or a spin-on coating method, and its film thickness is about 300 nm.

【0134】続いて、第2のバリア層32および導電膜
(図示せず)を堆積する。この導電膜は、例えばWであ
り、強誘電体コンデンサCf1,Cf2 の他方の極板を構
成するプレート電極33となる。前記第2のバリア層3
2は、例えばIrO2 膜である。
Then, a second barrier layer 32 and a conductive film (not shown) are deposited. This conductive film is, for example, W and becomes the plate electrode 33 that constitutes the other electrode plate of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 . The second barrier layer 3
2 is, for example, an IrO 2 film.

【0135】次に、上記導電膜の上に形成したフォトレ
ジスト膜をマスクにしてこの導電膜をエッチングするこ
とにより、プレート電極33が形成される。続いて、同
じフォトレジスト膜をマスクに用いて、第2のバリア層
32、強誘電体膜31および第1のバリア層30を順次
エッチングする。
Next, the plate electrode 33 is formed by etching the conductive film using the photoresist film formed on the conductive film as a mask. Then, using the same photoresist film as a mask, the second barrier layer 32, the ferroelectric film 31, and the first barrier layer 30 are sequentially etched.

【0136】これにより、負荷用MISFETQp1,Q
2 のドレイン領域に接続された第1層目の配線29A
を一方の極板とし、プレート電極33を他方の極板と
し、第1層目の配線29Aとプレート電極33との間に
位置する強誘電体膜31を誘電体材料とする強誘電体コ
ンデンサCf1,Cf2 が完成する。
As a result, the load MISFETs Qp 1 , Q
First-layer wiring 29A connected to the drain region of p 2
As the one electrode plate, the plate electrode 33 as the other electrode plate, and the ferroelectric capacitor Cf having the ferroelectric film 31 located between the first-layer wiring 29A and the plate electrode 33 as the dielectric material. 1 and Cf 2 are completed.

【0137】次に、図11に示すように、半導体基板1
の全面に酸化シリコン膜、スピンオングラス膜、酸化シ
リコン膜を順次積層した3層膜からなる層間絶縁膜34
を堆積する。
Next, as shown in FIG. 11, the semiconductor substrate 1
Interlayer insulating film 34 consisting of a three-layer film in which a silicon oxide film, a spin-on-glass film, and a silicon oxide film are sequentially laminated on the entire surface of the
Is deposited.

【0138】次に、上記層間絶縁膜34上に形成したフ
ォトレジスト膜をマスクにして層間絶縁膜34をエッチ
ングし、強誘電体コンデンサCf1,Cf2 の一方の極板
であるプレート電極33および転送用MISFETQt
1,Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方の上層に
配置された第1層目の配線29Bの上部にコンタクトホ
ール35を形成した後、半導体基板1の全面に第2層目
の配線材(図示せず)を堆積する。
Next, the interlayer insulating film 34 is etched by using the photoresist film formed on the interlayer insulating film 34 as a mask, and the plate electrode 33 and the plate electrode 33, which is one of the plates of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2. Transfer MISFET Qt
After forming the contact hole 35 in the upper portion of the wiring 29B of the first layer arranged in the upper layer of one of the source region and the drain region of 1 , Qt 2 , the wiring material of the second layer ( (Not shown) is deposited.

【0139】この配線材は、TiW膜、アルミニウム合
金膜、TiW膜を順次積層した3層膜からなる。次に、
TiW膜上に形成したフォトレジスト膜をマスクにして
TiW膜、アルミニウム合金膜、TiW膜を順次エッチ
ングすることにより、第2層目の配線36(データ線D
L)を形成する。
This wiring material is composed of a three-layer film in which a TiW film, an aluminum alloy film, and a TiW film are sequentially laminated. next,
By sequentially etching the TiW film, the aluminum alloy film, and the TiW film using the photoresist film formed on the TiW film as a mask, the wiring 36 of the second layer (data line D
L) is formed.

【0140】最後に、図11に示すように、半導体基板
1上にファイナルパッシベーション膜37を堆積するこ
とによって、本実施例のメモリセルMC1 が完成する。
Finally, as shown in FIG. 11, the final passivation film 37 is deposited on the semiconductor substrate 1 to complete the memory cell MC 1 of this embodiment.

【0141】本実施例によれば、半導体基板1上に転送
用MISFETQt1,Qt2 および駆動用MISFET
Qd1,Qd2 を形成した後、転送用MISFETQt1,
Qt2 および駆動用MISFETQd1,Qd2 の上層に
負荷用MISFETQp1,Qp2 を形成し、さらに、負
荷用MISFETQp1,Qp2 のドレイン領域26Pに
強誘電体コンデンサCf1,Cf2 の一方の電極(29
A)を接続させて、転送用MISFETQt1,Qt2
駆動用MISFETQd1,Qd2 および負荷用MISF
ETQp1,Qp2 の上層に強誘電体コンデンサCf1,C
2 を形成できるので、TFT型SRAMのメモリセル
の面積を大きくすることなく、不揮発性メモリ機能を有
するメモリセルを得ることができる。
According to this embodiment, the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 and the driving MISFET are formed on the semiconductor substrate 1.
After forming Qd 1 and Qd 2 , the transfer MISFET Qt 1 ,
The load MISFETs Qp 1 and Qp 2 are formed on the upper layer of Qt 2 and the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 , and further, one of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 is formed in the drain region 26P of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 . Electrode (29
A) is connected to transfer MISFETs Qt 1 , Qt 2 ,
Driving MISFETs Qd 1 , Qd 2 and load MISF
Ferroelectric capacitors Cf 1 and C are provided on the upper layers of ETQp 1 and Qp 2.
Since f 2 can be formed, a memory cell having a nonvolatile memory function can be obtained without increasing the area of the memory cell of the TFT type SRAM.

【0142】(実施例2)次に、図1に示したメモリセ
ルMCの具体的な第2の構成(メモリセルMC2)を図1
9〜図22を用いて説明する。
(Embodiment 2) Next, a concrete second configuration (memory cell MC 2 ) of the memory cell MC shown in FIG. 1 is shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0143】図19〜21は強誘電体コンデンサCf1,
Cf2 を備えたメモリセルMC2 の平面図(メモリセル
MC2 の略1個分を示す半導体基板の平面図)を示し、
図22は図21の(b) −(b)'線における半導体基板の断
面図を示す。なお、メモリセルMC2 のフリップフロッ
プ回路の構成は、完全CMOS型SRAMのメモリセル
に用いられるフロップフロップ回路と同じである。
19 to 21 show ferroelectric capacitors Cf 1 ,
A plan view of a memory cell MC 2 provided with Cf 2 (a plan view of a semiconductor substrate showing approximately one memory cell MC 2 ) is shown.
22 is a sectional view of the semiconductor substrate taken along the line (b)-(b) 'of FIG. The configuration of the flip-flop circuit of the memory cell MC 2 is the same as that of the flip-flop circuit used for the memory cell of the complete CMOS type SRAM.

【0144】メモリセルを構成する6個のMISFET
は、p- 型の半導体基板101のフィールド絶縁膜10
2で周囲を囲まれた活性領域に形成されている。nチャ
ネル型で構成される駆動用MISFETQd1,Qd2
よび転送用MISFETQt1,Qt2 のそれぞれはp型
ウエル103の活性領域に形成され、pチャネル型で構
成される負荷用MISFETQp1,Qp2 はn型ウエル
104の活性領域に形成されている。p型ウエル10
3、n型ウエル104のそれぞれは、半導体基板101
上に形成されたp型エピタキシャルシリコン層105の
主面に形成されている。
Six MISFETs constituting a memory cell
Is the field insulating film 10 of the p type semiconductor substrate 101.
It is formed in the active region surrounded by 2. Each of the n-channel type driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 and the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 is formed in the active region of the p-type well 103, and the p-channel type loading MISFETs Qp 1 and Qp 2 are formed. Are formed in the active region of the n-type well 104. p-type well 10
3, the n-type well 104 is the semiconductor substrate 101.
It is formed on the main surface of the p-type epitaxial silicon layer 105 formed above.

【0145】図19に示すように、転送用MISFET
Qt1,Qt2 は、ワード線WLと一体に構成されたゲー
ト電極106を有している。このゲート電極106(ワ
ード線WL)は、多結晶シリコン膜(または多結晶シリ
コン膜と高融点金属シリサイド膜とを積層したポリサイ
ド膜)で構成され、酸化シリコン膜で構成されたゲート
絶縁膜107の上に形成されている。
As shown in FIG. 19, transfer MISFET
Qt 1 and Qt 2 have a gate electrode 106 integrally formed with the word line WL. The gate electrode 106 (word line WL) is formed of a polycrystalline silicon film (or a polycide film in which a polycrystalline silicon film and a refractory metal silicide film are stacked), and is a gate insulating film 107 formed of a silicon oxide film. Formed on.

【0146】上記転送用MISFETQt1,Qt2 のそ
れぞれのソース領域、ドレイン領域は、図示はしない
が、p型ウエル103の活性領域に形成された低不純物
濃度のn- 型半導体領域および高不純物濃度のn+ 型半
導体領域で構成されている。すなわち、転送用MISF
ETQt1,Qt2 のそれぞれのソース領域、ドレイン領
域は、LDD構造で構成されている。
Although not shown, the source region and drain region of each of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 are formed in the active region of the p-type well 103 and have a low impurity concentration n type semiconductor region and a high impurity concentration. Of n + type semiconductor regions. That is, the transfer MISF
Each of the source region and the drain region of ETQt 1 and Qt 2 has an LDD structure.

【0147】フリップフロップ回路の一方のCMOSイ
ンバータを構成する駆動用MISFETQd1 および負
荷用MISFETQp1 は、共通のゲート電極110A
を有しており、他方のCMOSインバータを構成する駆
動用MISFETQd2 および負荷用MISFETQp
2 は、共通のゲート電極110Bを有している。
The drive MISFET Qd 1 and the load MISFET Qp 1 which form one CMOS inverter of the flip-flop circuit have a common gate electrode 110A.
And a drive MISFET Qd 2 and a load MISFET Qp which form the other CMOS inverter.
2 has a common gate electrode 110B.

【0148】これらのゲート電極110A,110B
は、前記転送用MISFETQt1,Qt2 のゲート電極
106(ワード線WL)と同じ多結晶シリコン膜で構成
され、ゲート絶縁膜107の上に形成されている。ゲー
ト電極106(ワード線WL)およびゲート電極110
A,110Bを構成する多結晶シリコン膜には、n型の
不純物(例えばP)が導入されている。
These gate electrodes 110A and 110B
Is made of the same polycrystalline silicon film as the gate electrodes 106 (word lines WL) of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 and is formed on the gate insulating film 107. Gate electrode 106 (word line WL) and gate electrode 110
An n-type impurity (for example, P) is introduced into the polycrystalline silicon film forming A and 110B.

【0149】駆動用MISFETQd1,Qd2 のそれぞ
れのソース領域、ドレイン領域は、p型ウエル103の
活性領域に形成された低不純物濃度のn- 型半導体領域
108および高不純物濃度のn+ 型半導体領域109で
構成されている。すなわち、駆動用MISFETQd1,
Qd2 のそれぞれのソース領域、ドレイン領域は、LD
D構造で構成されている。
The source region and drain region of each of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 are a low impurity concentration n type semiconductor region 108 and a high impurity concentration n + type semiconductor formed in the active region of the p type well 103. It is composed of a region 109. That is, the driving MISFET Qd 1 ,
The source and drain regions of Qd 2 are LD
It has a D structure.

【0150】また、負荷用MISFETQp1,Qp2
それぞれのソース領域、ドレイン領域は、図示はしない
が、n型ウエル104の活性領域に形成された低不純物
濃度のp- 型半導体領域および高不純物濃度のp+ 型半
導体領域で構成されている。すなわち、負荷用MISF
ETQp1,Qp2 のそれぞれのソース領域、ドレイン領
域は、LDD構造で構成されている。
Although not shown, the source region and the drain region of each of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 are formed in the active region of the n-type well 104 and have a low impurity concentration p type semiconductor region and a high impurity concentration. It is composed of a heavily doped p + type semiconductor region. That is, the load MISF
Each of the source region and the drain region of ETQp 1 and Qp 2 has an LDD structure.

【0151】上記ゲート電極(ワード線)106および
ゲート電極110A,110Bの上層には、絶縁膜11
1が形成されている。この絶縁膜111は、例えば酸化
シリコン膜からなる。図20および図22に示すよう
に、フィールド絶縁膜102上に位置する駆動用MIS
FETQd1 および負荷用MISFETQp1 の共通の
ゲート電極110Aの上部には、強誘電体コンデンサC
1 の一方の極板となる導電膜114Aが形成されてい
る。
The insulating film 11 is formed on the gate electrode (word line) 106 and the gate electrodes 110A and 110B.
1 is formed. The insulating film 111 is made of, for example, a silicon oxide film. As shown in FIGS. 20 and 22, a driving MIS located on the field insulating film 102.
The ferroelectric capacitor C is provided above the common gate electrode 110A of the FET Qd 1 and the load MISFET Qp 1.
A conductive film 114A that serves as one electrode plate of f 1 is formed.

【0152】同様に、フィールド絶縁膜102上に位置
する駆動用MISFETQd2 および負荷用MISFE
TQp2 の共通のゲート電極110Bの上部には、強誘
電体コンデンサCf2 の一方の極板となる導電膜114
Bが形成されている。導電膜114A,114Bは、例
えばn型不純物が導入された多結晶シリコン膜とタング
ステン(W)などの高融点金属膜を順次堆積した積層膜
で構成されている。
Similarly, the drive MISFET Qd 2 and the load MISFE located on the field insulating film 102.
At the top of the common gate electrode 110B of TQP 2, strong conductive film 114 serves as one plate of the dielectric capacitor Cf 2
B is formed. The conductive films 114A and 114B are composed of, for example, a laminated film in which a polycrystalline silicon film into which an n-type impurity is introduced and a refractory metal film such as tungsten (W) are sequentially deposited.

【0153】上記強誘電体コンデンサCf1 の一方の極
板である導電層114Aは、絶縁膜111に開孔された
コンタクトホール113Aを通じて駆動用MISFET
Qd1 および負荷用MISFETQp1 の共通のゲート
電極110Aに接続されている。同様に、上記強誘電体
コンデンサCf2 の一方の極板である導電層114B
は、絶縁膜111に開孔されたコンタクトホール113
Bを通じて駆動用MISFETQd2 および負荷用MI
SFETQp2 の共通のゲート電極110Bに接続され
ている。
The conductive layer 114A, which is one of the plates of the ferroelectric capacitor Cf 1 , has a driving MISFET through a contact hole 113A formed in the insulating film 111.
It is connected to the common gate electrode 110A of Qd 1 and the load MISFET Qp 1 . Similarly, the conductive layer 114B is one plate of the ferroelectric capacitor Cf 2
Is a contact hole 113 formed in the insulating film 111.
Drive B through MISFET Qd 2 and load MI
It is connected to the common gate electrode 110B of the SFET Qp 2 .

【0154】図22に示すように、強誘電体コンデンサ
Cf1 の一方の極板である導電膜114Aの上層および
強誘電体コンデンサCf2 の一方の極板である導電膜1
14Bの上層には、第1のバリア層115を介して強誘
電体膜116が形成されている。第1のバリア層115
は、例えばIrO2 膜であり、強誘電体膜116は、例
えばPZT膜である。
[0154] As shown in FIG. 22, the conductive film 1 is a top and strong one plate of dielectric capacitor Cf 2 of the conductive film 114A which is one plate of the ferroelectric capacitor Cf 1
A ferroelectric film 116 is formed on the upper layer of 14B via a first barrier layer 115. First barrier layer 115
Is, for example, an IrO 2 film, and the ferroelectric film 116 is, for example, a PZT film.

【0155】さらに、上記強誘電体膜116の上層に
は、第2のバリア層117を介して強誘電体コンデンサ
Cf1,Cf2 の他方の極板であるプレート電極118が
形成されている。第2のバリア層117は、例えばIr
2 膜であり、プレート電極118は、例えばWなどの
高融点金属膜で構成されている。
Further, a plate electrode 118, which is the other electrode plate of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 , is formed on the upper layer of the ferroelectric film 116 via the second barrier layer 117. The second barrier layer 117 is made of, for example, Ir.
The plate electrode 118 is an O 2 film and is made of a high melting point metal film such as W.

【0156】前記第1のバリア層115および第2のバ
リア層117は、強誘電体膜116とその下層に位置す
る導電膜114A,114Bおよび強誘電体膜116と
その上層の位置するプレート電極118が反応するのを
防ぐために設けられている。
The first barrier layer 115 and the second barrier layer 117 are composed of the ferroelectric film 116 and the conductive films 114A and 114B located therebelow, and the ferroelectric film 116 and the plate electrode 118 located above it. Is provided to prevent it from reacting.

【0157】図21および図22に示すように、プレー
ト電極118の上層には、第1層目の層間絶縁膜119
を介して第1層目の配線121A,121Bが配置され
ている。層間絶縁膜119は、例えば酸化シリコン膜と
BPSG膜との積層膜で構成され、第1層目の配線12
1A,121Bは、例えばW膜で構成されている。
As shown in FIGS. 21 and 22, the first layer interlayer insulating film 119 is formed on the plate electrode 118.
The wirings 121A and 121B of the first layer are arranged via the. The interlayer insulating film 119 is formed of, for example, a laminated film of a silicon oxide film and a BPSG film, and the first-layer wiring 12
1A and 121B are composed of, for example, a W film.

【0158】駆動用MISFETQd1 のドレイン領域
上の層間絶縁膜119には、コンタクトホール120A
が開孔されており、また、負荷用MISFETQp1
ドレイン領域および駆動用MISFETQd2 と負荷用
MISFETQp2 の共通のゲート電極110B上の層
間絶縁膜119には、コンタクトホール120Bが開孔
されている。
The contact hole 120A is formed in the interlayer insulating film 119 on the drain region of the driving MISFET Qd 1.
There are apertures, also in the interlayer insulating film 119 on the common gate electrode 110B of the drain region and the driving MISFET Qd 2 and load MISFET Qp 2 for load MISFET Qp 1, a contact hole 120B are apertures .

【0159】同様に、駆動用MISFETQd2 のドレ
イン領域および駆動用MISFETQd1 と負荷用MI
SFETQp1 の共通のゲート電極110A上の層間絶
縁膜119には、コンタクトホール120Cが開孔され
ており、また、負荷用MISFETQp2 のドレイン領
域上の層間絶縁膜119には、コンタクトホール120
Dが開孔されている。
Similarly, the drain region of the drive MISFET Qd 2 and the drive MISFET Qd 1 and the load MI.
A contact hole 120C is opened in the interlayer insulating film 119 on the common gate electrode 110A of the SFET Qp 1 , and the contact hole 120 is formed in the interlayer insulating film 119 on the drain region of the load MISFET Qp 2.
D is perforated.

【0160】従って、上記層間絶縁膜119の上に形成
される第1層目の配線121Aによって、駆動用MIS
FETQd1 のドレイン領域、負荷用MISFETQp
1 のドレイン領域、駆動用MISFETQd2 と負荷用
MISFETQp2 の共通のゲート電極110Bおよび
転送用MISFETQt1 のソース領域乃至ドレイン領
域の一方が電気的に接続される。
Therefore, the drive MIS is formed by the first-layer wiring 121A formed on the interlayer insulating film 119.
Drain region of FET Qd 1 , load MISFET Qp
1, the drain region 1 , the common gate electrode 110B of the driving MISFET Qd 2 and the load MISFET Qp 2 and one of the source region and the drain region of the transfer MISFET Qt 1 are electrically connected.

【0161】同様に、第1層目の配線121Bによっ
て、駆動用MISFETQd2 のドレイン領域、負荷用
MISFETQp2 のドレイン領域、駆動用MISFE
TQd1 と負荷用MISFETQp1 の共通のゲート電
極110Aおよび転送用MISFETQt2 のソース領
域乃至ドレイン領域の一方が電気的に接続される。
Similarly, the drain region of the drive MISFET Qd 2 , the drain region of the load MISFET Qp 2 , and the drive MISFE are formed by the wiring 121B of the first layer.
The common gate electrode 110A of the TQd 1 and the load MISFET Qp 1 and one of the source region and the drain region of the transfer MISFET Qt 2 are electrically connected.

【0162】上記第1層目の配線121A,121Bの
上層には、図示はしないが、第2層目の層間絶縁膜を介
して第2層目の配線が形成されている。第2層目の配線
は、データ線DL1,DL2 を構成しており、このデータ
線DL1,DL2 は、第2層目の層間絶縁膜に開孔された
コンタクトホール122Aを通じて転送用MISFET
Qt1,Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域に接続され
ている。
Although not shown, a second-layer wiring is formed on the upper layers of the first-layer wirings 121A and 121B via a second-layer interlayer insulating film. The wiring of the second layer constitutes the data lines DL 1 and DL 2 , and the data lines DL 1 and DL 2 are used for transfer through the contact holes 122A formed in the interlayer insulating film of the second layer. MISFET
It is connected to the source region and the drain region of Qt 1 and Qt 2 .

【0163】また、第2層目の配線は、基準電圧線(V
SS)を構成しており、第2層目の層間絶縁膜に開孔され
たコンタクトホール122Bを通して駆動用MISFE
TQd1,Qd2 のソース領域に接続されている。さら
に、第2層目の配線は、電源電圧(VL )を構成してお
り、第2層目の層間絶縁膜に開孔されたコンタクトホー
ル122Cを通して負荷用MISFETQp1,Qp2
ソース領域に接続されている。
The wiring of the second layer is the reference voltage line (V
SS ), and the driving MISFE is formed through the contact hole 122B formed in the second interlayer insulating film.
It is connected to the source regions of TQd 1 and Qd 2 . Further, the wiring of the second layer constitutes the power supply voltage ( VL ) and is connected to the source region of the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 through the contact hole 122C opened in the interlayer insulating film of the second layer. It is connected.

【0164】次に、上記のように構成された本実施例の
メモリセルMC2 の製造方法を説明する。なお、このメ
モリセルの製造方法を示す図22の断面図は、前記図2
1の(b) −(b)'線に対応している。
Next, a method of manufacturing the memory cell MC 2 of this embodiment having the above structure will be described. Note that the cross-sectional view of FIG. 22 showing the manufacturing method of this memory cell is the same as that of FIG.
It corresponds to the (b)-(b) 'line of 1.

【0165】まず、p- 型単結晶シリコンからなる半導
体基板101の上にp型のエピタキシャルシリコン層1
05を成長させた後、半導体基板101の主面上にフィ
ールド絶縁膜102を形成する。続いて、周知の方法
で、半導体基板101にp型ウエル103およびn型ウ
エル1044を形成する。次に、フィールド絶縁膜10
2で囲まれたp型ウエル103およびn型ウエル104
のそれぞれの主面に薄い酸化シリコン膜で構成されたゲ
ート絶縁膜107を形成する。
First, the p type epitaxial silicon layer 1 is formed on the semiconductor substrate 101 made of p type single crystal silicon.
After growing 05, the field insulating film 102 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 101. Then, the p-type well 103 and the n-type well 1044 are formed in the semiconductor substrate 101 by a known method. Next, the field insulating film 10
P-type well 103 and n-type well 104 surrounded by 2
A gate insulating film 107 made of a thin silicon oxide film is formed on each of the main surfaces.

【0166】次に、転送用MISFETQt1,Qt2
ゲート電極106(ワード線WL)、および駆動用MI
SFETQd1,Qd2 と負荷用MISFETQp1,Qp
2 のゲート電極110A,110Bとを形成する。
Next, the gate electrodes 106 (word lines WL) of the transfer MISFETs Qt 1 and Qt 2 and the drive MI.
SFETs Qd 1 and Qd 2 and load MISFETs Qp 1 and Qp
The second gate electrodes 110A and 110B are formed.

【0167】ゲート電極106(ワード線WL)および
ゲート電極110A,110Bは、半導体基板1の全面
にCVD法でPが導入された多結晶シリコン膜を堆積し
た後、その上にCVD法で酸化シリコンの絶縁膜111
を堆積し、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッ
チングでこの絶縁膜111および多結晶シリコン膜をパ
ターニングして形成する。
The gate electrode 106 (word line WL) and the gate electrodes 110A and 110B are formed by depositing a polycrystalline silicon film in which P is introduced by the CVD method on the entire surface of the semiconductor substrate 1 and then forming a silicon oxide film by the CVD method thereon. Insulating film 111
Is deposited, and the insulating film 111 and the polycrystalline silicon film are patterned by dry etching using the photoresist film as a mask.

【0168】次に、フォトレジスト膜をマスクにしたイ
オン注入によりp型ウエル103にn型不純物(P、A
s)を、n型ウエル104にp型不純物(BF2)を導入
する。次に、上記フォトレジスト膜を除去した後、半導
体基板101の全面にCVD法で堆積した酸化シリコン
膜をRIEでパターニングして、ゲート電極106(ワ
ード線WL)およびゲート電極110A,110Bのそ
れぞれの側壁にサイドウォールスペーサ112を形成す
る。
Next, an n-type impurity (P, A) is introduced into the p-type well 103 by ion implantation using the photoresist film as a mask.
s), and p-type impurities (BF 2 ) are introduced into the n-type well 104. Next, after removing the photoresist film, the silicon oxide film deposited by the CVD method on the entire surface of the semiconductor substrate 101 is patterned by RIE to form the gate electrode 106 (word line WL) and the gate electrodes 110A and 110B, respectively. Sidewall spacers 112 are formed on the side walls.

【0169】次に、フォトレジスト膜をマスクにしたイ
オン注入によりp型ウエル103にn型不純物(P、A
s)を、n型ウエル104にp型不純物(BF2)を導入
する。
Next, by ion implantation using the photoresist film as a mask, n-type impurities (P, A
s), and p-type impurities (BF 2 ) are introduced into the n-type well 104.

【0170】次に、上記フォトレジスト膜を除去した
後、上記n型不純物およびp型不純物を熱拡散して、p
型ウエル103の主面に転送用MISFETQt1,Qt
2 、駆動用MISFETQd1,Qd2 のそれぞれのソー
ス領域、ドレイン領域(n- 型半導体領域108、n+
型半導体領域109)を形成し、図示はしないが、n型
ウエル104の主面に負荷用MISFETQp1,Qp2
のソース領域、ドレイン領域(p- 型半導体領域、p+
型半導体領域)を形成する。
Next, after removing the photoresist film, the n-type impurities and the p-type impurities are thermally diffused to form p-type impurities.
Transfer MISFETs Qt 1 and Qt are formed on the main surface of the well 103.
2 , the source region and the drain region of each of the driving MISFETs Qd 1 and Qd 2 (n type semiconductor region 108, n +
Type semiconductor region 109), the load MISFETs Qp 1 and Qp 2 are formed on the main surface of the n-type well 104 (not shown).
Source region, drain region (p type semiconductor region, p +
Type semiconductor region).

【0171】次に、フィールド絶縁膜102の上部に位
置する駆動用MISFETQd1 と負荷用MISFET
Qp1 の共通のゲート電極110Aおよび駆動用MIS
FETQd2 と負荷用MISFETQp2 の共通のゲー
ト電極110Bの上を覆う前記絶縁膜111にドライエ
ッチングでコンタクトホール113A, 113Bを形成
し、ゲート電極110A,110Bのそれぞれの一部を
露出させる。
Next, the drive MISFET Qd 1 and the load MISFET located above the field insulating film 102.
Qp 1 common gate electrode 110A and driving MIS
Contact holes 113A and 113B are formed in the insulating film 111 covering the common gate electrode 110B of the FET Qd 2 and the load MISFET Qp 2 by dry etching to expose a part of each of the gate electrodes 110A and 110B.

【0172】次に、図22に示すように、半導体基板1
01の全面に強誘電体コンデンサCf1,Cf2 の一方の
極板を構成するW膜を堆積する。次に、このW膜上に形
成したフォトレジスト膜をマスクにしてW膜をエッチン
グし、導電膜114A,114Bをそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIG. 22, the semiconductor substrate 1
On the entire surface of 01, a W film that constitutes one of the plates of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 is deposited. Next, the W film is etched using the photoresist film formed on the W film as a mask to form conductive films 114A and 114B, respectively.

【0173】前記導電膜114Aは、駆動用MISFE
TQd1 と負荷用MISFETQp1 の共通のゲート電
極110Aにコンタクトホール113Aを通じて接続さ
れている。また、前記導電膜114Bは、駆動用MIS
FETQd2 と負荷用MISFETQp2 の共通のゲー
ト電極110Bにコンタクトホール113Bを通じて接
続されている。
The conductive film 114A is a driving MISFE.
The common gate electrode 110A of TQd 1 and load MISFET Qp 1 is connected through a contact hole 113A. In addition, the conductive film 114B is a driving MIS.
The FET Qd 2 and the load MISFET Qp 2 are connected to a common gate electrode 110B through a contact hole 113B.

【0174】次に、第1のバリア層115を半導体基板
101の全面に堆積した後、強誘電体コンデンサCf1,
Cf2 の強誘電体材料である強誘電体膜116を半導体
基板101の全面に堆積する。第1のバリア層115
は、例えばIrO2 膜であり、強誘電体膜は、例えばP
ZT膜である。
Next, after depositing the first barrier layer 115 on the entire surface of the semiconductor substrate 101, the ferroelectric capacitors Cf 1 ,
A ferroelectric film 116, which is a ferroelectric material of Cf 2 , is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 101. First barrier layer 115
Is, for example, an IrO 2 film, and the ferroelectric film is, for example, P
It is a ZT film.

【0175】前記PZT膜は、例えばスパッタリング法
またはスピンオン塗布法で形成され、その膜厚は、30
0nm程度である。前記第1のバリア層115は、強誘
電体膜116と導電膜114A,114Bとの反応を防
ぐために設けられている。
The PZT film is formed by, for example, a sputtering method or a spin-on coating method, and its film thickness is 30.
It is about 0 nm. The first barrier layer 115 is provided to prevent reaction between the ferroelectric film 116 and the conductive films 114A and 114B.

【0176】続いて、第2のバリア層117および導電
膜(図示せず)を堆積する。この導電膜は、強誘電体コ
ンデンサCf1,Cf2 の他方の極板を構成するプレート
電極118となる。前記第2のバリア層117は、例え
ばIrO2 膜であり、また、前記導電膜はWからなる。
第2のバリア層117は、第1のバリア層115と同様
に、強誘電体膜116とプレート電極118との反応を
防ぐために設けられている。
Then, a second barrier layer 117 and a conductive film (not shown) are deposited. This conductive film serves as a plate electrode 118 that constitutes the other electrode plate of the ferroelectric capacitors Cf 1 and Cf 2 . The second barrier layer 117 is, for example, an IrO 2 film, and the conductive film is made of W.
The second barrier layer 117, like the first barrier layer 115, is provided to prevent the reaction between the ferroelectric film 116 and the plate electrode 118.

【0177】次に、上記導電膜の上に形成したフォトレ
ジスト膜をマスクにして、この導電膜をエッチングする
ことにより、プレート電極118が完成する。
Next, the plate electrode 118 is completed by etching the conductive film using the photoresist film formed on the conductive film as a mask.

【0178】続いて、同じフォトレジスト膜をマスクに
用いて、第2のバリア層117、強誘電体膜116およ
び第1のバリア膜115を順次エッチングする。これに
より、駆動用MISFETQd1 と負荷用MISFET
Qp1 の共通のゲート電極110Aに接続された導電膜
114Aを一方の極板とし、プレート電極118を他方
の極板とし、導電膜114Aとプレート電極118との
間に位置する強誘電体膜116を強誘電体材料とする強
誘電体コンデンサCf2 が完成する。
Then, using the same photoresist film as a mask, the second barrier layer 117, the ferroelectric film 116 and the first barrier film 115 are sequentially etched. As a result, the driving MISFET Qd 1 and the load MISFET
The conductive film 114A connected to the common gate electrode 110A of Qp 1 serves as one electrode plate and the plate electrode 118 serves as the other electrode plate, and the ferroelectric film 116 located between the conductive film 114A and the plate electrode 118. A ferroelectric capacitor Cf 2 using as a ferroelectric material is completed.

【0179】同様に、駆動用MISFETQd2 と負荷
用MISFETQp2 の共通のゲート電極110Bに接
続された導電膜114Bを一方の極板とし、プレート電
極118を他方の極板とし、導電膜114Bとプレート
電極118との間に位置するの強誘電体膜116を強誘
電体材料とする強誘電体コンデンサCf1 が完成する。
Similarly, the conductive film 114B connected to the common gate electrode 110B of the driving MISFET Qd 2 and the load MISFET Qp 2 is used as one electrode plate, the plate electrode 118 is used as the other electrode plate, and the conductive film 114B and the plate are connected. A ferroelectric capacitor Cf 1 using the ferroelectric film 116 located between the electrodes 118 as a ferroelectric material is completed.

【0180】次に、半導体基板101の全面に酸化シリ
コン膜とBPSG膜を順次堆積した層間絶縁膜119を
形成する。次いで、上記層間絶縁膜119上に形成した
フォトレジスト膜をマスクにして、層間絶縁膜119を
エッチングする。これによって、負荷用MISFETQ
1 のドレイン領域上、駆動用MISFETQd2 と負
荷用MISFETQp2 の共通のゲート電極110B上
に共通のコンタクトホール120Bを形成する。
Next, an interlayer insulating film 119 in which a silicon oxide film and a BPSG film are sequentially deposited is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101. Next, the interlayer insulating film 119 is etched using the photoresist film formed on the interlayer insulating film 119 as a mask. By this, the load MISFET Q
A common contact hole 120B is formed on the drain region of p 1 and on the common gate electrode 110B of the driving MISFET Qd 2 and the load MISFET Qp 2 .

【0181】同様に、駆動用MISFETQd2 のドレ
イン領域上、駆動用MISFETQd1 と負荷用MIS
FETQp1 の共通のゲート電極110A上に共通のコ
ンタクトホール120Cを形成する。また、駆動用MI
SFETQd1 のドレイン領域上および負荷用MISF
ETQp2 のドレイン領域上にもコンタクトホール12
0A,120Dをそれぞれ形成する。
Similarly, on the drain region of the driving MISFET Qd 2 , the driving MISFET Qd 1 and the load MIS are formed.
A common contact hole 120C is formed on the common gate electrode 110A of the FET Qp 1 . Also, the drive MI
On the drain region of SFET Qd 1 and for load MISF
A contact hole 12 is also formed on the drain region of ETQp 2.
0A and 120D are formed, respectively.

【0182】次に、半導体基板101の全面に、導電膜
(図示せず)を堆積する。この導電膜は、例えばW膜で
ある。この導電膜の上に形成したフォトレジスト膜をマ
スクにして、導電膜をエッチングする。これによって、
駆動用MISFETQd1 のドレイン領域、負荷用MI
SFETQp1 のドレイン領域、駆動用MISFETQ
2 と負荷用MISFETQp2 の共通のゲート電極1
10Bを接続する第1層目の配線121Aが形成され
る。
Next, a conductive film (not shown) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 101. This conductive film is, for example, a W film. The conductive film is etched using the photoresist film formed on this conductive film as a mask. by this,
Drain region of drive MISFET Qd 1 , load MI
Drain region of SFETQp 1 , driving MISFETQ
Common gate electrode 1 of d 2 and load MISFET Qp 2
First-layer wiring 121A connecting 10B is formed.

【0183】同様に、駆動用MISFETQd2 のドレ
イン領域、負荷用MISFETQp2 のドレイン領域、
駆動用MISFETQd1 と負荷用MISFETQp1
の共通のゲート電極110Aを接続する第1層目の配線
121Bが形成される。
Similarly, the drain region of the driving MISFET Qd 2 , the drain region of the load MISFET Qp 2 ,
Drive MISFET Qd 1 and load MISFET Qp 1
Wiring 121B of the first layer for connecting the common gate electrode 110A is formed.

【0184】次に、半導体基板1の全面に酸化シリコン
膜、SOG膜、酸化シリコン膜を順次堆積した3層膜か
らなる第2層目の層間絶縁膜(図示せず)を堆積する。
Next, a second interlayer insulating film (not shown) consisting of a three-layer film in which a silicon oxide film, an SOG film, and a silicon oxide film are sequentially deposited is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1.

【0185】その後、フォトレジスト膜をマスクにした
ドライエッチングで第2層目の層間絶縁膜にコンタクト
ホール122A,122B,122Cを形成する。この
コンタクトホール122Aは、転送用MISFETQt
1,Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方の上部に
形成され、また、コンタクトホール122Bは駆動用M
ISFETQd1,Qd2 のソース領域の上部、コンタク
トホール122Cは負荷用MISFETQp1,Qp2
ソース領域の上部に形成される。
After that, contact holes 122A, 122B and 122C are formed in the second interlayer insulating film by dry etching using the photoresist film as a mask. The contact hole 122A has a transfer MISFET Qt.
1 and Qt 2 are formed on one of the source region and the drain region, and the contact hole 122B is for driving M.
ISFETQd 1, the upper portion of the source region of Qd 2, contact holes 122C are formed on the source region of the load MISFETQp 1, Qp 2.

【0186】次に、半導体基板1の全面に第2層目の配
線材(図示せず)を堆積する。この配線材は、例えばア
ルミニウム合金膜である。次に、フォトレジスト膜をマ
スクにしたドライエッチングでこのアルミニウム合金膜
をパターニングして、データ線DL1,DL2 を形成し、
さらに、電源電圧(VL )、基準電圧線(VSS)を形成
する。
Next, a second layer wiring material (not shown) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1. This wiring material is, for example, an aluminum alloy film. Next, the aluminum alloy film is patterned by dry etching using the photoresist film as a mask to form the data lines DL 1 and DL 2 .
Further, a power supply voltage ( VL ) and a reference voltage line ( VSS ) are formed.

【0187】最後に、第2層目の配線上にファイナルパ
ッシベーション膜を堆積することにより、本実施例のメ
モリセルMC2 が完成する。
Finally, a final passivation film is deposited on the second-layer wiring to complete the memory cell MC 2 of this embodiment.

【0188】本実施例によれば、駆動用MISFETQ
1 と負荷用MISFETQp1 の共通のゲート電極1
10Aに、強誘電体コンデンサCf1 の一方の極板であ
る導電膜114Aを接続させて、駆動用MISFETQ
1 と負荷用MISFETQp1 の共通のゲート電極1
10Aの上層に強誘電体コンデンサCf1 が形成でき、
また、同様に、駆動用MISFETQd2 と負荷用MI
SFETQp2 の共通のゲート電極110Bに、強誘電
体コンデンサCf2 の一方の極板である導電膜114B
を接続させて、駆動用MISFETQd2 と負荷用MI
SFETQp2の共通のゲート電極110Bの上層に強
誘電体コンデンサCf2 が形成できるので、SRAMの
メモリセルの面積を大きくすることなく、不揮発性メモ
リ機能を有するメモリセルを得ることができる。
According to this embodiment, the driving MISFET Q is
d 1 and the common gate electrode 1 of the load MISFET Qp 1
The conductive film 114A, which is one of the plates of the ferroelectric capacitor Cf 1 , is connected to 10A to drive the MISFETQ.
d 1 and the common gate electrode 1 of the load MISFET Qp 1
A ferroelectric capacitor Cf 1 can be formed on the upper layer of 10A,
Similarly, the drive MISFET Qd 2 and the load MI
The common gate electrode 110B of the SFET Qp 2 is provided with the conductive film 114B which is one of the plates of the ferroelectric capacitor Cf 2.
To connect the drive MISFET Qd 2 and the load MI.
Since the ferroelectric capacitor Cf 2 can be formed in the upper layer of the common gate electrode 110B of the SFET Qp 2 , a memory cell having a non-volatile memory function can be obtained without increasing the area of the SRAM memory cell.

【0189】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the embodiments and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

【0190】たとえば、前記実施例では、強誘電体コン
デンサの強誘電体材料にPZT膜を用いたが、電界を加
えなくても自発的に分極が発生する材料、例えばPLZ
T(PbLaZrTiO3)膜、BaTiO3 膜であれ
ば、強誘電体材料として用いることができる。
For example, although the PZT film is used as the ferroelectric material of the ferroelectric capacitor in the above embodiment, a material that spontaneously generates polarization without applying an electric field, such as PLZ.
A T (PbLaZrTiO 3 ) film or a BaTiO 3 film can be used as a ferroelectric material.

【0191】また、前記実施例では、強誘電体コンデン
サの強誘電体材料と電極の反応を防ぐためのバリア層と
してIrO2 膜を用いたが、これに限られるものではな
く、白金(Pt)膜またはPt膜とTiN膜の積層膜な
どを用いてもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the IrO 2 film is used as the barrier layer for preventing the reaction between the ferroelectric material of the ferroelectric capacitor and the electrode, but the present invention is not limited to this, and platinum (Pt) is used. A film or a laminated film of a Pt film and a TiN film may be used.

【0192】[0192]

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
It is as follows.

【0193】本発明によれば、メモリセルの面積を増す
ことなく、フリップフロップ回路の記憶ノードにおける
情報を保持できる強誘電体コンデンサをフリップフロッ
プ回路に接続できるので、不揮発性メモリ機能を有する
高集積のRAMを実現することができる。
According to the present invention, a ferroelectric capacitor capable of retaining information in the storage node of the flip-flop circuit can be connected to the flip-flop circuit without increasing the area of the memory cell, so that high integration having a nonvolatile memory function is achieved. RAM can be realized.

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

【図1】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
示すメモリセルの等価回路図である。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a memory cell showing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
示すメモリセルの等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell showing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
示すメモリセルの等価回路図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a memory cell showing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
示すメモリセルの等価回路図である。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a memory cell showing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
示すメモリセルの等価回路図である。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a memory cell showing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
示すメモリセルの等価回路図である。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a memory cell showing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
示すメモリセルの等価回路図である。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a memory cell showing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例である半導体集積回路装置を
示すメモリセルの等価回路図である。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a memory cell showing a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention.

【図9】フリップフロップ回路の電源電圧およびプレー
ト電圧のスイッチングのタイミング図である。
FIG. 9 is a timing diagram of switching of a power supply voltage and a plate voltage of a flip-flop circuit.

【図10】フリップフロップ回路の記憶ノードにおける
電圧の変化を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a change in voltage at a storage node of a flip-flop circuit.

【図11】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
のメモリセルを示す半導体基板の要部断面図である(図
16の(a) −(a)'線における半導体基板の要部断面
図)。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a memory cell of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention (a cross-section of the main part of the semiconductor substrate taken along line (a)-(a) ′ of FIG. 16). Figure).

【図12】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図で
ある。
FIG. 12 is a main-portion plan view showing a pattern layout of memory cells in a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;

【図13】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図で
ある。
FIG. 13 is a main-portion plan view showing a pattern layout of memory cells in a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;

【図14】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図で
ある。
FIG. 14 is a main-portion plan view showing a pattern layout of memory cells in a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;

【図15】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図で
ある。
FIG. 15 is a main-portion plan view showing a pattern layout of memory cells in a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;

【図16】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図で
ある。
FIG. 16 is a main-portion plan view showing the pattern layout of the memory cells of the semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention;

【図17】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
のメモリセルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である(図16の(a) −(a)'線における半導体基板の要
部断面図)。
FIG. 17 is a cross-sectional view of essential parts of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a memory cell of a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention (of the semiconductor substrate taken along the line (a)-(a) ′ in FIG. 16). (Partial cross-sectional view).

【図18】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
のメモリセルの製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である(図16の(a) −(a)'線における半導体基板の要
部断面図)。
FIG. 18 is a cross-sectional view of essential parts of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a memory cell of a semiconductor integrated circuit device which is an embodiment of the present invention (of the semiconductor substrate taken along the line (a)-(a) ′ in FIG. 16). (Partial cross-sectional view).

【図19】本発明の他の実施例である半導体集積回路装
置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図
である。
FIG. 19 is a main-portion plan view showing a pattern layout of memory cells in a semiconductor integrated circuit device which is another embodiment of the present invention;

【図20】本発明の他の実施例である半導体集積回路装
置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図
である。
FIG. 20 is a main-portion plan view showing a pattern layout of memory cells in a semiconductor integrated circuit device which is another embodiment of the present invention;

【図21】本発明の他の実施例である半導体集積回路装
置のメモリセルのパターンレイアウトを示す要部平面図
である。
FIG. 21 is a main-portion plan view showing a pattern layout of memory cells in a semiconductor integrated circuit device which is another embodiment of the present invention;

【図22】本発明の他の実施例である半導体集積回路装
置のメモリセルを示す半導体基板の要部断面図である
(図21の(b) −(b)'線における半導体基板の要部断面
図)。
22 is a cross-sectional view of a main portion of a semiconductor substrate showing a memory cell of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention (the main portion of the semiconductor substrate taken along the line (b)-(b) ′ in FIG. 21). Sectional view).

【図23】本発明の他の実施例である半導体集積回路装
置の強誘電体膜のヒステリシスループを示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a hysteresis loop of a ferroelectric film of a semiconductor integrated circuit device which is another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板(半導体チップ) 2 p- 型ウエル 3 領域 4 フィールド絶縁膜 5 p型チャネルストッパ領域 6 ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 8 絶縁膜 9 サイドウォールスペーサ 10 n- 型半導体領域 11 n+ 型半導体領域 12 ゲート絶縁膜 13A ゲート電極 13B 基準電圧線(VSS) 14 コンタクトホール 15 絶縁膜 16 サイドウォールスペーサ 17 n- 型半導体領域 18 n+ 型半導体領域 21 絶縁膜 22 コンタクトホール 23A ゲート電極 23B パッド層 24 ゲート絶縁膜 25 コンタクトホール 26N チャネル領域 26P ソース領域 26P ドレイン領域 26P 電源電圧線(VL ) 27 層間絶縁膜 28A コンタクトホール 28B コンタクトホール 29A 第1層目の配線 29B 第1層目の配線 30 第1のバリア層 31 強誘電体膜 32 第2のバリア層 33 プレート電極 34 層間絶縁膜 35 コンタクトホール 36 第2層目の配線 37 ファイナルパッシベーション膜 101 半導体基板 102 フィールド絶縁膜 103 p型ウエル 104 n型ウエル 105 p型エピタキシャルシリコン層 106 ゲート電極 107 ゲート絶縁膜 108 n- 型半導体領域 109 n+ 型半導体領域 110A ゲート電極 110B ゲート電極 111 絶縁膜 112 サイドウォールスペーサ 113A コンタクトホール 113B コンタクトホール 114A 導電膜 114B 導電膜 115 第1のバリア層 116 強誘電体膜 117 第2のバリア層 118 プレート電極 119 層間絶縁膜 120A コンタクトホール 120B コンタクトホール 120C コンタクトホール 120D コンタクトホール 121A 第1層目の配線 121B 第1層目の配線 122A コンタクトホール 122B コンタクトホール 122C コンタクトホール Cf1 強誘電体コンデンサ Cf2 強誘電体コンデンサ DL データ線 DL1 第1データ線 DL2 第2データ線 MC メモリセル MC1 メモリセル MC2 メモリセル Qd1 駆動用MISFET Qd2 駆動用MISFET Qp1 負荷用MISFET Qp2 負荷用MISFET Qt1 転送用MISFET Qt2 転送用MISFET WL ワード線 N1 記憶ノード N2 記憶ノード N3 ノード VL 電源電圧 VP プレート電圧1 semiconductor substrate (semiconductor chip) 2 p type well 3 region 4 field insulating film 5 p type channel stopper region 6 gate insulating film 7 gate electrode 8 insulating film 9 sidewall spacer 10 n type semiconductor region 11 n + type semiconductor region 12 Gate Insulating Film 13A Gate Electrode 13B Reference Voltage Line (V SS ) 14 Contact Hole 15 Insulating Film 16 Sidewall Spacer 17 n Type Semiconductor Region 18 n + Type Semiconductor Region 21 Insulating Film 22 Contact Hole 23A Gate Electrode 23B Pad Layer 24 Gate insulating film 25 Contact hole 26N Channel region 26P Source region 26P Drain region 26P Power supply voltage line ( VL ) 27 Interlayer insulating film 28A Contact hole 28B Contact hole 29A First layer wiring 29B First layer wiring 30 First Bali A layer 31 ferroelectric film 32 second barrier layer 33 plate electrode 34 interlayer insulating film 35 contact hole 36 second layer wiring 37 final passivation film 101 semiconductor substrate 102 field insulating film 103 p-type well 104 n-type well 105 p-type epitaxial silicon layer 106 gate electrode 107 gate insulating film 108 n type semiconductor region 109 n + type semiconductor region 110A gate electrode 110B gate electrode 111 insulating film 112 sidewall spacer 113A contact hole 113B contact hole 114A conductive film 114B conductive film 115 First barrier layer 116 Ferroelectric film 117 Second barrier layer 118 Plate electrode 119 Interlayer insulating film 120A Contact hole 120B Contact hole 120C Contact Hall 120D contact hole 121A of the first layer wiring 121B first wiring layer 122A contact hole 122B contact hole 122C contact hole Cf 1 ferroelectric capacitor Cf 2 ferroelectric capacitors DL data lines DL 1 first data line DL 2 Second data line MC memory cell MC 1 memory cell MC 2 memory cell Qd 1 driving MISFET Qd 2 driving MISFET Qp 1 load MISFET Qp 2 load MISFET Qt 1 transfer MISFET Qt 2 transfer MISFET WL word line N 1 Storage node N 2 Storage node N 3 node VL Power supply voltage VP Plate voltage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/8242 H01L 29/78 371 29/78 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 朝倉 久雄 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/8242 H01L 29/78 371 29/78 21/8247 29/788 29/792 (72) Invention Hisao Asakura 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Inside Hitachi, Ltd. Device Development Center

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不揮発性メモリ機能を有する半導体集積
回路装置であって、フリップフロップ回路および前記フ
リップフロップ回路が有する2個の記憶ノードのそれぞ
れに接続された2個の強誘電体コンデンサによって構成
されるメモリセルを有することを特徴とする半導体集積
回路装置。
1. A semiconductor integrated circuit device having a nonvolatile memory function, comprising a flip-flop circuit and two ferroelectric capacitors respectively connected to two storage nodes of the flip-flop circuit. A semiconductor integrated circuit device, comprising:
【請求項2】 不揮発性メモリ機能を有する半導体集積
回路装置であって、ワード線で制御される転送用MIS
FETとフリップフロップ回路からなるSRAMのメモ
リセルおよび前記フリップフロップ回路が有する2個の
記憶ノードのそれぞれに接続された2個の強誘電体コン
デンサによって構成されるメモリセルを有することを特
徴とする半導体集積回路装置。
2. A semiconductor integrated circuit device having a non-volatile memory function, wherein the transfer MIS is controlled by a word line.
A semiconductor having an SRAM memory cell composed of an FET and a flip-flop circuit and a memory cell composed of two ferroelectric capacitors connected to each of the two storage nodes of the flip-flop circuit. Integrated circuit device.
【請求項3】 請求項1または2記載の半導体集積回路
装置において、前記フリップフロップ回路は、負荷用M
ISFETと駆動用MISFETからなる1対の交差結
合CMOSトランジスタによって構成され、さらに、第
1の動作電圧源に結合された第1のノード、基準電圧源
に結合された第2のノードおよび前記2個の記憶ノード
を有しており、また、前記2個の強誘電体コンデンサの
それぞれ一方の極板は前記フリップフロップ回路の前記
記憶ノードにそれぞれ接続され、前記2個の強誘電体コ
ンデンサのそれぞれ他方の極板は第2の動作電圧源に結
合された第3のノードに接続されていることを特徴とす
る半導体集積回路装置。
3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the flip-flop circuit is a load M.
It is composed of a pair of cross-coupled CMOS transistors composed of an ISFET and a driving MISFET, and further has a first node coupled to a first operating voltage source, a second node coupled to a reference voltage source, and the two nodes. Of the two ferroelectric capacitors, one plate of each of the two ferroelectric capacitors is connected to the storage node of the flip-flop circuit, and the other of the two ferroelectric capacitors is Is connected to a third node coupled to the second operating voltage source, the semiconductor integrated circuit device.
【請求項4】 請求項1または3記載の半導体集積回路
装置において、前記フリップフロップ回路を構成する前
記負荷用MISFETと前記駆動用MISFETの上方
に前記強誘電体コンデンサが形成されていることを特徴
とする半導体集積回路装置。
4. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the ferroelectric capacitor is formed above the load MISFET and the drive MISFET forming the flip-flop circuit. Semiconductor integrated circuit device.
【請求項5】 請求項2または3記載の半導体集積回路
装置において、前記転送用MISFETおよび前記フリ
ップフロップ回路を構成する前記負荷用MISFETと
前記駆動用MISFETの上方に前記強誘電体コンデン
サが形成されていることを特徴とする半導体集積回路装
置。
5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the ferroelectric capacitor is formed above the load MISFET and the drive MISFET forming the transfer MISFET and the flip-flop circuit. And a semiconductor integrated circuit device.
【請求項6】 請求項5記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、半導体基板の主面上に前記転送用MI
SFETおよび前記駆動用MISFETを形成した後、
前記駆動用MISFETの上方にボトムゲート構造の前
記負荷用MISFETを形成する工程、前記負荷用MI
SFETのドレイン領域を構成するシリコン膜の上に堆
積された絶縁膜に、前記シリコン膜に達するコンタクト
ホールを形成する工程、前記半導体基板上に第1の導電
膜を堆積した後、前記第1の導電膜を加工して前記シリ
コン膜に接続された前記強誘電体コンデンサの一方の極
板を形成する工程、前記半導体基板上に強誘電体膜およ
び第2の導電膜を順次堆積した後、前記第2の導電膜を
加工して前記強誘電体コンデンサの他方の極板を形成
し、次いで、前記強誘電体膜を加工する工程を有するこ
とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 5, wherein the transfer MI is provided on a main surface of a semiconductor substrate.
After forming the SFET and the driving MISFET,
Forming the load MISFET having a bottom gate structure above the drive MISFET;
Forming a contact hole reaching the silicon film in an insulating film deposited on the silicon film forming the drain region of the SFET; depositing a first conductive film on the semiconductor substrate; Processing the conductive film to form one plate of the ferroelectric capacitor connected to the silicon film, after sequentially depositing the ferroelectric film and the second conductive film on the semiconductor substrate, A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising the step of processing the second conductive film to form the other electrode plate of the ferroelectric capacitor, and then processing the ferroelectric film.
【請求項7】 請求項5記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、半導体基板の主面上に前記転送用MI
SFETおよび共通のゲート電極を有する前記駆動用M
ISFETと前記負荷用MISFETを形成する工程、
前記駆動用MISFETと前記負荷用MISFETの共
通のゲート電極を構成するシリコン膜の上に堆積された
絶縁膜に前記シリコン膜に達するコンタクトホールを形
成する工程、前記半導体基板上に第1の導電膜を堆積し
た後、前記第1の導電膜を加工して前記シリコン膜に接
続された前記強誘電体コンデンサの一方の極板を形成す
る工程、前記半導体基板上に強誘電体膜および第2の導
電膜を順次堆積した後、前記第2の導電膜を加工して前
記強誘電体コンデンサの他方の極板を形成し、次いで、
前記強誘電体膜を加工する工程を有することを特徴とす
る半導体集積回路装置の製造方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 5, wherein the transfer MI is provided on a main surface of a semiconductor substrate.
The driving M having an SFET and a common gate electrode
Forming an ISFET and the load MISFET,
A step of forming a contact hole reaching the silicon film in an insulating film deposited on a silicon film forming a common gate electrode of the driving MISFET and the load MISFET; and a first conductive film on the semiconductor substrate. And then processing the first conductive film to form one plate of the ferroelectric capacitor connected to the silicon film, the ferroelectric film and the second film on the semiconductor substrate. After sequentially depositing conductive films, the second conductive film is processed to form the other plate of the ferroelectric capacitor, and then,
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising the step of processing the ferroelectric film.
【請求項8】 請求項1、2または3記載の半導体集積
回路装置において、前記フリップフロップ回路の前記2
個の記憶ノードにそれぞれ蓄積された情報は、前記メモ
リセルの電源が切れると前記記憶ノードに接続されてい
るそれぞれの前記強誘電体コンデンサに読み出されて記
憶され、また、前記2個の強誘電体コンデンサにそれぞ
れ記憶された情報は、前記メモリセルの電源が入ると前
記強誘電体コンデンサが接続されている前記フリップフ
ロップ回路のそれぞれの前記記憶ノードに書き込まれる
ことを特徴とする半導体集積回路装置。
8. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, 2 or 3, wherein the flip-flop circuit comprises the flip-flop circuit.
The information stored in each of the storage nodes is read out and stored in each of the ferroelectric capacitors connected to the storage node when the power of the memory cell is turned off. Information stored in each of the dielectric capacitors is written to each of the storage nodes of the flip-flop circuits to which the ferroelectric capacitors are connected when the power of the memory cell is turned on. apparatus.
【請求項9】 請求項8記載の半導体集積回路装置にお
いて、前記強誘電体コンデンサを構成する強誘電体膜が
分極反転を生じない第1の電圧を、前記フリップフロッ
プ回路が有する前記第1のノードが結合された前記第1
の動作電圧源に設定することにより、前記フリップフロ
ップ回路を動作させ、また、前記強誘電体コンデンサを
構成する前記強誘電体膜が分極反転を生じる第2の電圧
または基準電圧のいずれか一方を選択し、前記フリップ
フロップ回路が有する前記第1のノードが結合された前
記第1の動作電圧源または前記強誘電体コンデンサの他
方の極板に接続する前記第3のノードが結合された前記
第2の動作電圧源に設定して、前記強誘電体膜の分極状
態を制御することにより、前記フリップフロップ回路と
前記強誘電体コンデンサの間での情報の読み出し、書き
込み動作をすることを特徴とする半導体集積回路装置。
9. The semiconductor integrated circuit device according to claim 8, wherein the flip-flop circuit has a first voltage at which a ferroelectric film forming the ferroelectric capacitor does not cause polarization inversion. Said first node connected
Is set to the operating voltage source, the flip-flop circuit is operated, and either the second voltage or the reference voltage at which the ferroelectric film forming the ferroelectric capacitor causes polarization inversion is applied. The third operating node is connected to the first operating voltage source to which the first node of the flip-flop circuit is connected or to the other plate of the ferroelectric capacitor. By setting the operating voltage source of No. 2 to control the polarization state of the ferroelectric film, information reading and writing operations between the flip-flop circuit and the ferroelectric capacitor are performed. Integrated circuit device.
【請求項10】 請求項8または9記載の半導体集積回
路装置において、前記フリップフロップ回路の前記2個
の記憶ノードにそれぞれ接続された前記強誘電体コンデ
ンサに記憶される情報は、前記強誘電体コンデンサを構
成する強誘電体膜の分極の方向に従って設定されること
を特徴とする半導体集積回路装置。
10. The semiconductor integrated circuit device according to claim 8, wherein the information stored in the ferroelectric capacitors respectively connected to the two storage nodes of the flip-flop circuit is the ferroelectric substance. A semiconductor integrated circuit device, which is set according to a polarization direction of a ferroelectric film forming a capacitor.
【請求項11】 請求項8または9記載の半導体集積回
路装置において、前記フリップフロップ回路の前記2個
の記憶ノードにそれぞれ接続された前記強誘電体コンデ
ンサに記憶された情報は、一方の前記強誘電体コンデン
サが反転することによって生ずる前記フリップフロップ
回路の前記2個の記憶ノード間の電位差を増幅すること
により、それぞれの前記強誘電体コンデンサに接続され
ている前記フリップフロップ回路の前記記憶ノードにそ
れぞれ書き込まれることを特徴とする半導体集積回路装
置。
11. The semiconductor integrated circuit device according to claim 8, wherein the information stored in the ferroelectric capacitors respectively connected to the two storage nodes of the flip-flop circuit is one of the ferroelectric capacitors. By amplifying the potential difference between the two storage nodes of the flip-flop circuit caused by the inversion of the dielectric capacitor, the storage node of the flip-flop circuit connected to each of the ferroelectric capacitors is amplified. A semiconductor integrated circuit device characterized by being respectively written.
【請求項12】 請求項9記載の半導体集積回路装置に
おいて、前記第2の電圧は、前記第1の電圧よりも大き
いことを特徴とする半導体集積回路装置。
12. The semiconductor integrated circuit device according to claim 9, wherein the second voltage is higher than the first voltage.
【請求項13】 請求項6または7記載の半導体集積回
路装置の製造方法において、前記強誘電体膜は、PbZ
rTiO3 膜、PbLaZrTiO3 膜またはBaTi
3 膜であることを特徴する半導体集積回路装置の製造
方法。
13. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 6, wherein the ferroelectric film is PbZ.
rTiO 3 film, PbLaZrTiO 3 film or BaTi
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, which is an O 3 film.
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