JPH1022466A - 強誘電体不揮発性メモリ・セルおよびメモリ・セルの形成方法 - Google Patents

強誘電体不揮発性メモリ・セルおよびメモリ・セルの形成方法

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JPH1022466A
JPH1022466A JP9044655A JP4465597A JPH1022466A JP H1022466 A JPH1022466 A JP H1022466A JP 9044655 A JP9044655 A JP 9044655A JP 4465597 A JP4465597 A JP 4465597A JP H1022466 A JPH1022466 A JP H1022466A
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insulating layer
drain
region
conductivity type
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Robert E Jones Jr
ロバート・イー・ジョーンズ、ジュニア
Wayne M Paulson
ウェイン・エム・ポールソン
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
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    • H10B53/30Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors characterised by the memory core region

Abstract

(57)【要約】 【課題】 漏れ電流を防止する強誘電体不揮発性メモリ
・セルを提供する。 【解決手段】 基板の一部である絶縁層(32)上にF
ENVMアレイを形成する。絶縁層は、メモリ・アレイ
内のトランジスタのソース/ドレイン領域と接触し、共
通バイアス印加状態の下でアレイのメモリ・セル内のデ
ータが乱される可能性を低く抑える。ソース/ドレイン
領域が絶縁層と接触するので、トランジスタのソース/
ドレイン領域の接合容量が小さくなる。バルク基板内に
形成されたメモリ・セルと比較すると、メモリ・セルの
リード(アクセス)およびライト時間は短縮される。ラ
ッチ・アップの可能性を低下させるために必要な保護リ
ングやその他の構造は不要である。一実施例では、フィ
ールド分離領域は、メモリ・セル間のトランジスタの各
活性領域を包囲しない。したがって、格段に小型化され
たメモリ・セルを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体メモリ素子
に関し、特に、強誘電体不揮発性メモリ・セルに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】強誘電体不揮発性メモリ(FENVM)
セルは、1つのトランジスタと1つのコンデンサとを有
することができる。しかしながら、1トランジスタ−1
コンデンサ・セルには、対称的なデータをコンデンサに
書き込む場合に問題がある。例えば、ビット線とワード
線がハイ(即ち、VCC)であり、駆動線がローであると
き、強誘電体コンデンサ間の電位は、VCCではなく、ほ
ぼVCCからトランジスタのスレシホルド電圧を引いたも
のとなる。ビット線がロー、駆動線がVCC、ワード線が
CCの場合、強誘電体コンデンサ間の電位を−VCCとす
ることによって、反対極性を書き込むことができる。こ
の書き込みの問題は、低電圧低電力回路において、VCC
を低下(0ボルトに近い程)させる程、重大となる。
【0003】対称的書き込み問題を解決するために使用
可能な手法が2つある。第1に、ワード線電圧を昇圧す
るという手法を取ることができる。しかしながら、この
ために余分な回路が必要となり、素子の消費電力も増大
する。第2の解決案は、図1におけるFENVMセル1
0,20に示すもののように、各相補対に、強誘電体コ
ンデンサを有するアクセス・トランジスタの相補対を使
用することである。
【0004】図1において、メモリ・セル10は、n−
チャネル・トランジスタ12、p−チャネル・トランジ
スタ14、および強誘電体コンデンサ16を含む。ビッ
ト線(BL)がトランジスタ12,14のソース/ドレ
インに結合されている。トランジスタ12,14の他の
ソース/ドレインは、強誘電体コンデンサ16の一方の
電極に結合されている。トランジスタ12のゲートはワ
ード線(WL)の一部となっており、トランジスタ14
のゲートは相補ワード線(WL反転)の一部となってい
る。強誘電体コンデンサ16の他方の電極は、駆動線
(DL)に結合されている。
【0005】図2は、2つのn−チャネル・トランジス
タ21,22、2つのp−チャネル・トランジスタ2
3,24、および2つの強誘電体コンデンサ25,26
を有する。ビット線(BL)がトランジスタ21,23
のソース/ドレインに結合されている。トランジスタ2
1,23の他のソース/ドレインは、強誘電体コンデン
サ25の一方の電極に結合されている。トランジスタ2
1,23のゲートはワード線(WL)の一部となってお
り、トランジスタ23,24のゲートは相補ワード線
(WL反転)の一部となっている。図2に示すように、
相補ビット線(BL反転)がトランジスタ22,24の
ソース/ドレインに結合されている。トランジスタ2
2,24の他のソース/ドレインは、強誘電体コンデン
サ26の一方の電極に結合されている。コンデンサ2
5,26の他方の電極は、駆動線(DL)に接続されて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のシリコン・ウエ
ハを用いる場合、メモリ・セル10,20は比較的広い
面積を必要とする。この面積の欠点(penalty) は、ラッ
チ・アップを回避するために活性領域を分離したことに
関係がある。蓄積ノードに接続されているソース/ドレ
インにおける逆ダイオードの漏れによる漏れ電流のため
に、蓄積ノードに充電され、スタンバイの間でも、デー
タの逆転(dat reversal)が発生する可能性がある。した
がって、対称的に書き込みが可能で、しかも漏れが少な
い強誘電体セルが必要とされている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、基板の一部
である絶縁層上にFENVMアレイを形成する。絶縁層
は、メモリ・アレイ内のトランジスタのソース/ドレイ
ン領域と接触し、共通バイアス印加状態の下でアレイの
メモリ・セル内のデータが乱される可能性を低く抑え
る。ソース/ドレイン領域が絶縁層と接触するので、ト
ランジスタのソース/ドレイン領域の接合容量が小さく
なる。バルク基板内に形成されたメモリ・セルと比較す
ると、メモリ・セルのリード(アクセス)およびライト
時間は短縮される。ラッチ・アップの可能性を低下させ
るために必要な保護リングやその他の構造は不要とな
る。フィールド分離領域がメモリ・セル間のトランジス
タの各活性領域を包囲しないので、格段に小型化された
メモリ・セルを得ることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】FENVMアレイは、基板の一部
である絶縁層上に形成される。絶縁層は、メモリ・アレ
イ内のトランジスタのソース/ドレイン領域と接触し、
アレイのメモリ・セル内のデータが、共通バイアス印加
状態の下で、乱れを生じる可能性を小さくする。ソース
/ドレイン領域は絶縁層と接触しているので、トランジ
スタのソース/ドレイン領域の接合容量は小さくなる。
バルク基板内に形成されるメモリ・セルと比較すると、
このメモリ・セルのリード(アクセス)時間は短縮され
ている。ラッチ・アップの可能性を低くするために必要
な保護リングやその他の構造は不要となる。一実施例で
は、メモリ・アレイ内の活性領域は、ストリップとして
形成される。異なるメモリ・セルのトランジスタ間の活
性領域に沿って、フィールド分離領域は形成されない。
したがって、格段に小型化されたメモリ・アレイが得ら
れる。本発明は、以下に記載する実施例によって、より
よく理解されよう。
【0009】図3は、半導体基礎物質30、絶縁層32
および半導体層34を含む、基板36の一部を示す断面
図である。一実施例では、半導体基礎物質30は、シリ
コン・ウエハであり、絶縁層32は、本質的に単結晶で
あるシリコン層34の下に形成されている酸化物層また
は窒化物層である。図3に示すような基板は、従来の酸
素注入分離(SIMOX)またはウエハ接合法によって
形成可能である。シリコン層34へのドープは、n−型
でもp−型でもよい。シリコン層34の厚さは、典型的
に、約100ないし2000オングストロームの範囲で
あり、より一般的には、400ないし1000オングス
トロームの範囲である。完全な空乏トランジスタ(fully
depletedtransistor)を形成する場合、シリコン層34
の厚さは、典型的に、600オングストローム以下とす
る。
【0010】フィールド分離領域42を形成して、シリ
コン層34を活性領域44,46に分離する。後続の工
程において、活性領域44,46の一方または双方に、
p−型またはn−型ドーパントをドープする。図4に示
すように、活性領域44にはn−型をドープし、活性領
域46にはn−型をドープする。領域44,46のドー
ピング・レベルは、典型的に、これら活性領域内に形成
するトランジスタのスレシホルド電圧によって決定す
る。
【0011】図5に示すように、活性領域44,46上
にゲート誘電体層51を形成する。ゲート誘電体層は、
酸化物、酸化物−窒化物配合物、あるいは複数の酸化物
または窒化物および酸化物層を含むことができる。次
に、ゲート誘電体層51上に導電層を形成し、これにパ
ターニングを行って、ゲート電極52を形成する。図5
に示すように、ゲート電極は、シリコン、シリサイドま
たは導電性物質を含むことができる。ポリシリコンをゲ
ート誘電体層付近に用いる場合、活性領域44上のゲー
ト電極52には、n−型にドープし、活性領域46上の
ゲート電極52にはp−型にドープする。あるいは、ゲ
ート電極52全体を、n−型にドープするか、またはp
−型にドープすることも可能である。ゲート電極52を
形成するためのパターニング工程の間に、ゲート誘電体
層51にもパターニングが行われ、ゲート電極52によ
って覆われていないゲート誘電体層51の部分が除去さ
れる。
【0012】次に、図5に示すように、ゲート電極に隣
接して、絶縁スペーサ53を形成する。絶縁スペーサ5
3は、窒化物、酸化物などを含み、典型的に、コンフォ
ーマル層を堆積し、次にこの層に異方性エッチ・バック
を施して、図5に示すような側壁スペーサ53を形成す
る。スペーサ53の形成に続いて、ソース/ドレイン領
域54ないし57を形成する。n−型ドーパントを用い
てドープ領域54,55を形成し、活性領域44内に高
濃度ドープN+領域54,55を形成する。ソース/ド
レイン領域54,55間にある活性領域44の部分は、
図示したトランジスタのチャネル領域を形成する。この
明細書においては、高濃度ドープとは、特定領域または
層のドーピング濃度が、1立方センチメートル当たり少
なくとも1E19原子以上であることを意味する。同様
に、活性領域46内にP−型ドーパントを注入すること
によって、P+ソース/ドレイン領域56,57を形成
する。したがって、図5に示すように、n−チャネルお
よびp−チャネル・トランジスタが形成されたことにな
る。
【0013】図6に示すように、活性領域44,46内
のゲート電極52上に、絶縁層61を形成する。絶縁層
は1枚以上の膜を含んでもよい。例えば、ドープされな
い絶縁膜を活性領域上に形成し、次いでドープした絶縁
膜でこれを覆う。ドープした絶縁膜は、ホウ素、燐等、
またはその他のドーパントを含む。また、絶縁膜は、酸
化物、窒化物等を含むことができる。更に、絶縁層61
は、絶縁性接着剤またはバリア膜を、その上面付近に含
むことも可能である。この接着層またはバリア膜は、二
酸化チタン、五酸化タンタル等を含むことができる。簡
略化のために、絶縁層61は、単一層として図示してあ
り、本発明の理解が容易に得られるようにしてある。
【0014】図6に示すように、下側導電層72、強誘
電体層74、および上側導電層76を、絶縁層61上に
形成する。導電層72,76は、プラチナ、ルテニウ
ム、レニウム、オスミウム、イリディウム、またはそれ
らの導電性金属酸化物のいずれかを含む。強誘電体層7
4は、ジルコン酸チタン酸鉛(lead zirconate titanat
e)、 ランタンをドープしたジルコン酸チタン酸鉛(lead
zirconatetitanate)、チタン酸バリウム・ストロンチウ
ム(barium strontiumtitanate)、ニオブ酸ストロンチウ
ム・ビスマス(strontium bismuthniobate)、タンタル酸
ストロンチウム・ビスマス(strontium bismuthtantalat
e)、ニオブ酸タンタル酸ストロンチウム・ビスマス(str
ontium bismuth niobatetantalate)、または適性に酸化
されたときにヒステリシス曲線を描くことができるその
他のいずれかの物質を含むことができる。強誘電体層7
4および上側導電層76にパターニングを行い、概略的
に強誘電体コンデンサの形状に対応させる。次に、下側
導電層74にパターニングを行い、メモリ・セルの駆動
線を形成する。パターニングされた強誘電体層74に隣
接する導電層72,76の部分は、強誘電体コンデンサ
70の電極を形成する。他の実施例では、層72,7
4,76は、ストリップ状にパターニングすることがで
き、更に層74,76に続いてパターニングを行って、
強誘電体コンデンサを規定することができる。
【0015】酸化サイクルを行って、強誘電体層に強誘
電体特性を発揮させる。酸化サイクルは、典型的に、摂
氏約500ないし800度の範囲の温度で、約1ないし
120分の範囲の時間行う。また、酸化サイクルを行う
のは、強誘電体層74にパターニングを行う前でも後で
もよい。
【0016】図7に示すように、絶縁層61および強誘
電体コンデンサ70上に、絶縁層81を形成する。絶縁
層は、絶縁層61を形成するために使用可能な膜または
物質のいずれでも含むことができる。しかしながら、絶
縁層81では、接着層またはバリア層を使用する場合、
絶縁層81内でそれが最初(最も下に位置する)膜とな
り、強誘電体コンデンサと接触することになる。
【0017】図7に示すように、ソース/ドレイン領域
54ないし57への接点開口82を絶縁層81,61に
形成し、強誘電体コンデンサ62への接点開口82を絶
縁層81に形成する。次に、これらの接点開口82を導
電性物質で充填し、導電性プラグ83を形成する。導電
性プラグを形成するには、当業者が用いている、従来か
らの物質および方法を用いる。次に、導電性プラグ82
上に相互接続部84,86を形成する。相互接続物質8
4はメモリ・セルのビット線を形成し、相互接続86は
メモリ・セルの蓄積ノードの一部となる。相互接続物質
84,86は、アルミニウム、銅等を含む。また、相互
接続部84,86は、接着膜、バリア膜、または反射防
止膜を含むことができる。酸化物膜、窒化物膜、酸窒化
物膜、またはこれらの膜の組み合わせを堆積することに
より、パシベーション層88を相互接続部上に形成す
る。限定を意図しない一実施例では、燐をドープしたガ
ラス膜を相互接続部上に配し、次いでプラズマ・エンハ
ンス窒化物膜(plasma enhanced nitride film)で相互接
続部を覆う。
【0018】別のFENVMセル90を図8に示す。メ
モリ・セル90は、図7に示すものと同様であるが、駆
動線が強誘電体コンデンサ70上に位置する点が異な
る。絶縁層61を形成した後、従来の方法を用いて、開
口62および導電性プラグ63を形成する。接点プラグ
62および導電性プラグ63を形成した後、強誘電体コ
ンデンサ92を形成する。強誘電体コンデンサ92は、
下側電極層921、強誘電体層922、および上側電極
層923を含む。これらを形成するには、図6および図
7に示したように、強誘電体コンデンサ70を形成する
際に用いたのと同様の物質および方法を用いる。しかし
ながら、強誘電体コンデンサ70とは異なり、下側導電
層92には、駆動線を形成するパターニングを行わな
い。したがって、層921ないし923のパターニング
には、同一マスクを用いることができる。
【0019】図8に示すように、強誘電体コンデンサ9
2および絶縁層61上に、絶縁層81を形成する。次
に、絶縁層81に開口911を貫通形成し、導電性プラ
グ912で充填する。更に、絶縁層81上に相互接続部
931,932を形成する。相互接続部931,932
の形成に際しては、相互接続部931がランディング・
パッド(landingpad)を形成し、続いてその上に導電性プ
ラグを載置し、相互接続部932を、別の強誘電体コン
デンサ(図8には示していない)からの導電層923の
他の部分に、電気的に接続し、メモリ・セルの駆動線を
形成する。
【0020】次に、図8に示すように、相互接続部分9
31,932および絶縁層81上に絶縁層94を形成す
る。絶縁層94にパターニングを行い、相互接続部93
1まで貫通するビア開口941を形成する。これらの開
口には導電性プラグ942を充填する。絶縁層94およ
び導電プラグ942上に相互接続部95を形成する。相
互接続部95は、メモリ・セル90のビット線の一部と
なる。相互接続部95を覆うパシベーション層88を形
成する。
【0021】導電性プラグ63,912,942、導電
層921,923、強誘電体層922、絶縁層94、お
よび相互接続部931,932,95は、導電性プラグ
82、導電層72,76、強誘電体層74、絶縁層6
1、および相互接続部分84,88のために記載した物
質をそれぞれ使用可能である。
【0022】シリサイド化ソース/ドレイン領域(silic
ided source/drainregion)を有し、同一行または列に沿
ったメモリ・セル間にフィールド分離部を有しない、別
の実施例を示す。図3に示した基板36のシリコン層3
4にドープして、図9に示すように、p−型活性領域1
20とn−型活性領域118,122とを形成する。活
性領域118,120,122を形成する場合、ドーパ
ント濃度は、後に活性領域118,120,122内に
形成するトランジスタに適正なスレシホルド電圧が得ら
れるように選択する。一実施例では、活性領域118の
み、または活性領域120,122のみにドープする。
他の実施例では、双方の導電型活性領域にドープする
が、別のドーピング工程で行う。
【0023】図10に示すように、活性領域118,1
20,122上に、ゲート誘電体層51、ゲート電極5
2、および絶縁スペーサ53を形成する。活性領域12
0内に、P+ソース/ドレイン領域134,136,1
38,140を形成する。同様に、活性領域118,1
22内に、N+ソース/ドレイン領域142,144,
146を形成する。領域136,142、および領域1
38,146は、互いに直に隣接していることに注意さ
れたい。これら隣接領域の対を形成する場合、各対の領
域間に小さな重なり合いまたは空隙があっても許され
る。これは、後に形成されるシリサイド領域が、各対内
で2つの領域を電気的に接続するからである。領域間の
重なり合いまたは空隙は、トランジスタの性能に重大な
影響を与えないように、あまり大きくなり過ぎないよう
にしなければならない。
【0024】図11において、ソース/ドレイン領域上
に自己整合シリサイド領域150を形成する。シリサイ
ド領域150は、チタン・シリサイド、コバルト・シリ
サイド等とすることができる。あるいは、耐熱金属の窒
化物(即ち、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングス
テン等)のような、他の耐熱金属含有物質を、シリサイ
ド物質の代わりに、またはこれと共に用いることもでき
る。シリサイド領域150を形成した後、シリサイド領
域150上に絶縁層61を堆積する。絶縁層61にパタ
ーニングを行い、図12に示すように、シリサイド領域
150まで達する接点開口62を形成する。導電性プラ
グ63を開口62および接点シリサイド領域150内に
形成する。
【0025】図13に示すように、導電性プラグ63上
に、強誘電体コンデンサ156,158を形成する。強
誘電体コンデンサ156,158の各々は、下側電極9
21、強誘電体層922、および上側電極923を含
む。強誘電体コンデンサ92を形成するために使用した
方法と同様に、層921ないし923にパターニングを
行う。強誘電体コンデンサ156の下側電極層921
は、ソース/ドレイン領域136,142に電気的に短
絡される。同様に、強誘電体コンデンサ158の下側電
極層921は、ソース/ドレイン領域146,138に
電気的に短絡される。
【0026】次に、図14に示すように、強誘電体コン
デンサ156,158上に、絶縁層81を形成する。次
に、接点開口911を形成し、導電性プラグ912で充
填する。図14に示すように、ランディング・パッド1
74と相互接続部176とを形成する。ランディング・
パッド174および相互接続部176は同じ導電層から
形成する。相互接続部176は、2つの異なるメモリ・
セルの駆動線となる。図15に示すように、ランディン
グ・パッド174、相互接続部176、および絶縁層8
1上に絶縁層94を形成する。次に、従来の技法を用い
て、絶縁層94を平面化する。ビア開口941を形成し
充填して、導電性ビア・プラグ942を形成する。導電
性ビア・プラグ942上に相互接続部184を形成す
る。相互接続部184は、図15に示すメモリ・セルの
ビット線となる。相互接続部184上にパシベーション
層88を形成する。この時点で、ほぼ完成された素子が
形成される。図15は、FENVMセル152,154
の部分を含む。
【0027】図16は別の実施例を示し、ここでは、素
子を形成するために単一レベルの相互接続部のみがあれ
ばよい。図12において導電性プラグ63を形成した
後、導線性プラグ63および絶縁層61上に絶縁層16
1を形成する。絶縁層161を用いて、プラグ63およ
び下側電極72間に電気的短絡が形成するのを防止す
る。絶縁層161は、典型的に、絶縁層61のために記
載した膜を1枚以上含む。層72,74,76を形成
し、パターニングを行って、図6における強誘電体コン
デンサ70と同様の強誘電体コンデンサ188,208
を形成する。下側電極層72の部分は、メモリ・セル1
62,164の駆動線の一部となる。コンデンサ18
8,208を形成した後、層161,72,74,76
を貫通する開口を形成し、これらの層の下に位置する導
電性プラグ63を露出させる。これら開口内に絶縁性ス
ペーサ186を形成する。導電性部材198を形成し、
上側電極層76の部分を導電性プラグ63に電気的に接
続する。
【0028】強誘電体コンデンサ188,208上に絶
縁層81を形成する。ビア開口911および導電性ビア
・プラグ912と同様に、ビア開口212および導電性
ビア・プラグ210を形成する。この実施例では、ビア
開口は絶縁層161を貫通する。導電性ビア・プラグ2
10および絶縁層81上に、相互接続部184とパシベ
ーション層88とを形成する。
【0029】只今述べた実施例においては、空間効率的
な接点が強誘電体コンデンサ188,208を貫通して
形成された。1レベルの相互接続部のみがあればよい。
空間効率的な接点構造は、いくらかコンデンサ領域を犠
牲にするが、相互接続レベルを1つ減らせることによっ
て得られる利点のため、通常、かかる設計は正当化され
る。
【0030】図17は、図15に示した構造を用いて製
造した、強誘電体メモリ・セルの平面図である。メモリ
・アレイ350を形成する場合、フィールド分離領域4
2をストリップ状に形成する。ストリップは、概略的に
図17の上面から底面まで達する、長さを有する。フィ
ールド分離領域42は、フィールド分離領域42間にあ
る活性領域ストリップ306を規定する。活性領域スト
リップ306上に、これに垂直にワード線(WL)30
4および相補ワード線(WL反転)308を形成する。
図17の左上角付近にある強誘電体コンデンサ310
は、ソース/ドレイン領域312,314、ならびにW
L304およびWL反転308の一部の上に位置する。
他の強誘電体コンデンサ310は、それらの位置的関係
において同様である。N+ソース/ドレイン領域312
およびP+ソース/ドレイン領域314は、強誘電体コ
ンデンサ310の下で互いに当接していることに注意さ
れたい。
【0031】駆動線(DL)322を、下に位置する強
誘電体コンデンサ310と電気的に接続する。駆動線3
22は、活性領域ストリップ306に対して概略的に垂
直に方向付けられた長さを有する。ビット線接点316
は、Xで示されている。ビット線は図17には示してい
ないが、活性領域ストリップ306に概略的に平行な長
さを有する。また、メモリ・アレイ350の縁部付近に
おいて、WL304、WL反転308、およびDL32
2に対する接点も形成するが、図17には示していな
い。
【0032】メモリ・アレイ350は、2トランジスタ
−1コンデンサ(2T−1C)メモリ・セル、または4
トランジスタ−2コンデンサ(4T−2C)メモリ・セ
ルに使用可能である。領域300は、2T−1Cメモリ
・セルの位置を表わす。領域302は、4トランジスタ
−2コンデンサ・メモリ・セルの位置を表わす。メモリ
・セル350が4T−2Cメモリ・セルのみを有する場
合、ビット線(BL)および相補ビット線(BL反転)
を用いる。この構成では、BLが領域302を貫通する
活性領域ストリップ306の1つの上に位置し、一方B
L反転は、領域302を貫通する他の活性領域ストリッ
プ306の上に位置することになる。
【0033】本発明の実施例は、これら実施例のユーザ
に恩恵を与えるものである。メモリ・セルの蓄積ノード
の一部を形成するP+およびN+ソース/ドレイン領域
が、絶縁層32に直に隣接するので、バルク基板で見ら
れる漏れ電流は発生しない。このため、これらの領域お
よびバルク基板、即ち、バルク基板内のウエル領域間に
おけるダイオードの形成が防止される。逆バイアスされ
たダイオードに関係するデータの逆転も発生することは
ない。
【0034】また、絶縁層32は、ソース/ドレイン領
域の接合容量を小さくする。接合容量が小さくなれば、
リード(アクセス)およびライト時間が短縮することに
なる。また、絶縁層32のために、保護リングやウエル
同士間に間隔を設ける必要性がなくなる。貴重な基板面
積の節約が図られる。また、フィールド分離領域は各メ
モリ・セルを横方向に包囲しない。図17を参照する
と、活性領域は、メモリ・セルの列に対して延在するス
トリップ状である。フィールド分離領域が列に沿ったメ
モリ・セルを分離しないので、基板面積の節約が図られ
る。
【0035】基板36は形成するのが、即ち、得るのが
比較的簡単である。本発明は、サファイア基板を使用し
ない。格子不整合、サファイア基板の破断(fracturin
g)、およびサファイアからのアルミニウムのドーピング
に関係する問題は、全く起こらない。
【0036】前述の実施例においては、特定実施例を参
照しながら本発明を説明した。しかしながら、特許請求
の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、
種々の改造や変更が可能であることを当業者は認めよ
う。したがって、明細書および図面は、制限的な意味で
はなく、例示として見なすべきであり、かかる改造は全
て、本発明の範囲に含まれることを意図するものであ
る。特許請求の範囲においては、機能手段(means-plus-
function) の節があれば、ここに記載した構造で挙列し
た機能(群)を行うものを含むものとする。また、機能
手段の節は、挙列した機能(群)を行う、構造的均等物
および同等の構造も含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】2トランジスタ−1コンデンサFENVMセル
(従来技術)の回路図。
【図2】4トランジスタ−2コンデンサFENVM(従
来技術)の回路図。
【図3】半導体基板の一部を示す断面図。
【図4】フィールド絶縁領域を形成し、絶縁層を覆うシ
リコン層の部分にドーピングを行った後の、図3の基板
を示す断面図。
【図5】2つのトランジスタを形成した後の、図4の基
板を示す断面図。
【図6】絶縁層上に強誘電体コンデンサを形成した後
の、図5の基板を示す断面図。
【図7】本発明の一実施例にしたがって、ほぼ完成した
FENVMセルを形成した後の、図6の基板の一部を示
す断面図。
【図8】本発明の他の実施例によるFENVMセルを含
む半導体素子の一部を示す断面図。
【図9】ドーピング工程の後の、図3の基板の一部を示
す断面図。
【図10】4つのトランジスタを形成した後の、図9の
基板を示す断面図。
【図11】ソース/ドレイン領域上に導電性部材を形成
した後の、図10の基板を示す断面図。
【図12】絶縁層および接点プラグを形成した後の、図
11の基板を示す断面図。
【図13】強誘電体コンデンサを形成した後の、図12
の基板を示す断面図。
【図14】相互接続部の第1レベルを形成した後の、図
13のの基板を示す断面図。
【図15】本発明にしたがってほぼ完成した素子を形成
した後の、図14の基板を示す断面図。
【図16】本発明の他の実施例にしたがって、ほぼ完成
した素子の一部を示す断面図。
【図17】FENVMアレイの一部を示す平面図。
【符号の説明】
30 半導体基礎物質 32 絶縁層 34 半導体層 36 基板 42 フィールド分離領域 44,46 活性領域 51 ゲート誘電体層 52 ゲート電極 53 絶縁スペーサ 54−57 ソース/ドレイン領域 61 絶縁層 62 開口 63 導電性プラグ 70 強誘電体コンデンサ 72 下側導電層 74 強誘電体層 76 上側導電層 81 絶縁層 82 接点開口 83 導電性プラグ 84,86 相互接続部 88 パシベーション層 90 FENVMセル 92 強誘電体コンデンサ 94 絶縁層 95 相互接続部 118,120,122 活性領域 134,136,138,140 P+ソース/ドレ
イン領域 142,144,146 N+ソース/ドレイン領域 150 自己整合シリサイド領域 156,158 強誘電体コンデンサ 161 絶縁層 162,164 メモリ・セル 174 ランディング・パッド 176 相互接続部 184 相互接続部 186 絶縁性スペーサ 188,208 強誘電体コンデンサ 198 導電性部材 212 ビア開口
───────────────────────────────────────────────────── 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 29/788 29/792

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】強誘電体不揮発性メモリ・セル(90)で
    あって:半導体基礎材料(30);前記半導体基礎材料
    (30)を覆う第1絶縁層(32);前記第1絶縁層
    (32)を覆い、第1導電型を有する第1活性領域(4
    4);前記第1絶縁層(32)を覆い、前記第1導電型
    とは異なる第2導電型を有する第2活性領域(46);
    第1ソース/ドレイン領域(55)および第2ソース/
    ドレイン領域(54)であって:前記第1および第2ソ
    ース/ドレイン領域(55,54)は、前記第1活性領
    域(44)内に位置して互いに離間されており、前記第
    1および第2ソース/ドレイン領域(55,54)は前
    記第2導電型を有する、前記第1ソース/ドレイン領域
    (55)および第2ソース/ドレイン領域(54);第
    3ソース/ドレイン領域(56)および第4ソース/ド
    レイン領域(57)であって:前記第3および第4ソー
    ス/ドレイン領域(56,57)は前記第2活性領域
    (46)内に位置して互いに離間されており、前記第3
    および第4ソース/ドレイン領域(56,57)は、前
    記第1導電型を有する、前記第3ソース/ドレイン領域
    (56)および第4ソース/ドレイン領域(57);前
    記第1および第2活性領域(44,46)をそれぞれ覆
    う第1ゲート電極(52)および第2ゲート電極(5
    2);前記第1および第2活性領域(44,46)なら
    びに前記第1および第2ゲート電極(52)を覆う第2
    絶縁層(61);および前記第2絶縁層(61)を覆
    い、第1コンデンサ電極(92)と第2コンデンサ電極
    (923)とを有する第1強誘電体コンデンサ(92)
    であって、前記第1および第2コンデンサ電極(92
    1,923)の一方が、前記第1および第3ソース/ド
    レイン領域(55,56)に電気的に結合される前記第
    1強誘電体コンデンサ(92);から成ることを特徴と
    する強誘電体不揮発性メモリ・セル(90)。
  2. 【請求項2】強誘電体不揮発性メモリ・セル(302)
    であって:半導体基礎材料(30);前記半導体基礎材
    料(30)を覆う第1絶縁層(32);前記第1絶縁層
    (32)を覆い、第1導電型を有する第1活性領域(1
    18);前記第1絶縁層(32)を覆い、前記第1導電
    型とは逆の第2導電型を有する第2活性領域(12
    0);前記第1絶縁層(32)を覆い、前記第1導電型
    を有する第3活性領域(118);前記絶縁層(32)
    を覆い、前記第2導電型を有する第4活性領域(12
    0);第1ソース/ドレイン領域(136)および第2
    ソース/ドレイン領域(134)であって:前記第1お
    よび第2ソース/ドレイン領域(136,134)は、
    前記第1活性領域(118)内に位置して互いに離間さ
    れており、前記第1および第2ソース/ドレイン領域
    (136,134)は、前記第2導電型を有する、前記
    第1ソース/ドレイン領域(136)および第2ソース
    /ドレイン領域(134);第3ソース/ドレイン領域
    (142)および第4ソース/ドレイン領域(144)
    であって:前記第3および第4ソース/ドレイン領域
    (142,144)は、前記第2活性領域内に位置して
    互いに離間されており、前記第3および第4ソース/ド
    レイン領域(142,144)は、前記第1導電型を有
    する、前記第3ソース/ドレイン領域(142)および
    第4ソース/ドレイン領域(144);第5ソース/ド
    レイン領域(136)および第6ソース/ドレイン領域
    (134)であって:前記第5および第6ソース/ドレ
    イン領域(136,134)は、前記第3活性領域(1
    18)内に位置して互いに離間されており、前記第5お
    よび第6ソース/ドレイン領域(136,134)は、
    前記第2導電型を有する、前記第5ソース/ドレイン領
    域(136)および第6ソース/ドレイン領域(13
    4);第7ソース/ドレイン領域(142)と第8ソー
    ス/ドレイン領域(144)であって:前記第7および
    第8ソース/ドレイン領域(142,144)は、前記
    第4活性領域(120)内に位置して互いに離間されて
    おり、前記第7および第8ソース/ドレイン領域(14
    2,144)は、前記第1導電型を有する、前記第7ソ
    ース/ドレイン領域(142)と第8ソース/ドレイン
    領域(144);前記第1、第2、第3、および第4活
    性領域(118,120)をそれぞれ覆う、第1ゲート
    電極(52)、第2ゲート電極(52)、第3ゲート電
    極(52)、および第4ゲート電極(52);前記第
    1、第2、第3、第4活性領域(118,120)およ
    び前記第1、第2、第3、および第4電極(52)を覆
    う第2絶縁層(61);前記第2絶縁層(61)を覆
    い、第1コンデンサ電極(61)と第2コンデンサ電極
    (923)とを有する第1強誘電体コンデンサ(15
    6)であって、前記第1および第2コンデンサ電極(9
    21,923)の一方が、前記第1および第3ソース/
    ドレイン領域(136,142)に電気的に結合される
    前記第1強誘電体コンデンサ(61);および前記第2
    絶縁層(61)を覆い、第3コンデンサ電極(921)
    と、第4コンデンサ電極(923)とを有する第2強誘
    電体コンデンサ(156)であって、前記第3および第
    4コンデンサ電極(921,923)の一方が前記第5
    および第7ソース/ドレイン領域(136,142)に
    電気的に結合される前記第2強誘電体コンデンサ(15
    6);から成ることを特徴とする強誘電体不揮発性メモ
    リ・セル。
  3. 【請求項3】強誘電体不揮発性メモリ・セル(80)の
    形成方法であって:半導体基礎材料(30);前記半導
    体基礎材料(30)を覆う第1絶縁層(32);前記第
    1絶縁層(32)を覆い、第1導電型を有する第1活性
    領域(44);および前記第1絶縁層(32)を覆い、
    前記第1導電型とは逆の第2導電型を有する第2活性領
    域(46);を有する基板を用意する段階;第1ゲート
    電極(52)と第2ゲート電極(52)とを形成する段
    階であって、前記第1および第2ゲート電極は、それぞ
    れ前記第1および第2活性領域(44,46)を被覆す
    る前記段階;前記第1活性領域(44)内に第1ソース
    /ドレイン領域(55)および第2ソース/ドレイン領
    域(54)を形成する段階であって:前記第1および第
    2ソース/ドレイン領域(55,54)は互いに離隔さ
    れ、前記第1および第2ソース/ドレイン領域(55,
    54)は前記第2導電型を有する、前記段階;前記第2
    活性領域(46)内に第3ソース/ドレイン領域(5
    6)および第4ソース/ドレイン領域(57)を形成す
    る段階であって:前記第3および第4ソース/ドレイン
    領域(56,57)は互いに離隔され、前記第3および
    第4ソース/ドレイン領域(56,57)は前記第1導
    電型を有する、前記段階;前記第1および第2活性領域
    (44,46)ならびに前記第1および第2ゲート電極
    (52)を覆う第2絶縁層(61)を形成する段階;お
    よび前記第2絶縁層(61)を覆い、第1コンデンサ電
    極(921)と第2コンデンサ電極(923)とを有す
    る第1強誘電体コンデンサ(92)を形成する段階であ
    って、前記第1および第2コンデンサ電極(921,9
    23)の一方を、前記第1および第3ソース/ドレイン
    領域(55,56)に電気的に結合する前記段階;から
    成ることを特徴とする強誘電体不揮発性メモリ・セル
    (80)の形成方法。
  4. 【請求項4】強誘電体不揮発性メモリ・セル(302)
    の形成方法であって:半導体基礎材料(30);前記半
    導体基礎材料(30)を覆う第1絶縁層(32);前記
    第1絶縁層(32)を覆い、第1導電型を有する第1活
    性領域(118);前記第1絶縁層(32)を覆い、前
    記第1導電型とは逆の第2導電型を有する第2活性領域
    (120);前記第1絶縁層(32)を覆い、前記第1
    導電型を有する第3活性領域(118);および前記絶
    縁層(32)を覆い、前記第2導電型を有する第4活性
    領域(120);を有する基板を用意する段階;前記第
    1、第2、第3、および第4活性領域(118,12
    0)上に、それぞれ、第1ゲート電極(52)、第2ゲ
    ート電極(52)、第3ゲート電極(52)、および第
    4ゲート電極(52)を形成する段階;第1ソース/ド
    レイン領域(136)、第2ソース/ドレイン領域(1
    34)、第3ソース/ドレイン領域(136)、および
    第4ソース/ドレイン領域(134)を形成する段階で
    あって:前記第1および第2ソース/ドレイン領域(1
    36,134)を、前記第1活性領域(118)内に配
    置し、かつ互いに離間し、前記第3および第4ソース/
    ドレイン領域(142,144)を、前記第3活性領域
    (136)内に配置し、かつ互いに離間し、前記第1、
    第2、第3、および第4ソース/ドレイン領域(13
    6,134)は、前記第2導電型を有する、前記段階;
    第5ソース/ドレイン領域(142)、第6ソース/ド
    レイン領域(144)、第7ソース/ドレイン領域(1
    42)、および第8ソース/ドレイン領域(144)を
    形成する段階であって:前記第5および第6ソース/ド
    レイン領域(142,144)を、前記第2活性領域
    (120)内に配置し、かつ互いに離間し、前記第7お
    よび第8ソース/ドレイン領域(142,144)を、
    前記第4活性領域(120)内に配置し、かつ互いに離
    間し、前記第5、第6、第7、および第8ソース/ドレ
    イン領域(142,144)は、前記第1導電型を有す
    る、前記段階;前記第1、第2、第3、第4活性領域
    (118,120)および前記第1、第2、第3、およ
    び第4電極(52)を覆う第2絶縁層(61)を形成す
    る段階;および前記第2絶縁層(61)上に第1強誘電
    体コンデンサ(156)と第2強誘電体コンデンサ(1
    56)とを形成する段階であって:前記第1強誘電体コ
    ンデンサ(156)は第1コンデンサ電極(921)と
    第2コンデンサ電極(923)とを有し、前記第1およ
    び第2コンデンサ電極(921,923)の一方を前記
    第1および第5ソース/ドレイン領域(136,14
    2)に電気的に接続し、前記第2強誘電体コンデンサ
    (156)は第3コンデンサ電極(921)と第コンデ
    ンサ電極(923)とを有し、前記第3および第4コン
    デンサ電極(921,923)の一方を前記第3および
    第7ソース/ドレイン領域(136,142)に接続す
    る、前記段階;から成ることを特徴とする強誘電体不揮
    発性メモリ・セル(302)の形成方法。
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