JPH11354653A - Nonvolatile semiconductor memory and fabrication thereof - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory and fabrication thereof

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JPH11354653A
JPH11354653A JP10154482A JP15448298A JPH11354653A JP H11354653 A JPH11354653 A JP H11354653A JP 10154482 A JP10154482 A JP 10154482A JP 15448298 A JP15448298 A JP 15448298A JP H11354653 A JPH11354653 A JP H11354653A
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JP
Japan
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gate electrode
forming
film
floating gate
electrode
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Application number
JP10154482A
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Japanese (ja)
Inventor
Masami Tanioku
正巳 谷奥
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory in which a silicon substrate can be prevented against contamination, dielectric film is protected against deterioration and generation of leakage current can be prevented. SOLUTION: A memory cell transistor 60a comprises a silicon substrate 1, a floating gate 4a formed on the silicon substrate 1, an interlayer insulating film 13 having contact holes 13a, a lower electrode 6a formed to be connected electrically with the floating gate 4a, a dielectric film 7a formed on the lower electrode 6a, an upper electrode 8a formed on the dielectric film 7a, and a control gate electrode 9a formed on the upper electrode 8a.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、不揮発性半導体
記憶装置に関し、特に、強誘電体膜を用いた不揮発性半
導体記憶装置に関するものである。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly, to a nonvolatile semiconductor memory device using a ferroelectric film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、不揮発性半導体記憶装置として、
フラッシュメモリやEEPROM(Electrically Erasa
ble and Programmable Read Only Memory )等の不揮発
性半導体記憶装置が知られているが、近年では、強誘電
体を用いた不揮発性半導体記憶装置についても研究開発
が進められている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a nonvolatile semiconductor memory device,
Flash memory and EEPROM (Electrically Erasa
Non-volatile semiconductor memory devices such as a ble and programmable read only memory) are known, but in recent years, research and development of a non-volatile semiconductor memory device using a ferroelectric has been advanced.

【0003】ここで、強誘電体について説明する。誘電
体に外部から電界を加えると誘電体内に誘電分極が起こ
るが、外部から加える電界の値を0にしても誘電分極の
値が0にならず一定の値をとるような誘電体がある。こ
のような誘電分極の作用を自発分極といい、特に、誘電
体に加える電界の向きによって自発分極の向きが反転す
るものを強誘電体という。すなわち、強誘電体では、電
界を加えなくても分極した状態が保たれ、さらに、電界
を加える方向によって自発分極の向きを反転させること
ができるといえる。このような強誘電体として、たとえ
ばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やPLZT(チタン
酸ジルコン酸ランタン鉛)などが知られている。
Here, a ferroelectric substance will be described. When an electric field is externally applied to the dielectric, dielectric polarization occurs in the dielectric. However, even when the value of the externally applied electric field is set to 0, there is a dielectric in which the value of the dielectric polarization does not become 0 and takes a constant value. Such an action of dielectric polarization is called spontaneous polarization. In particular, a substance in which the direction of spontaneous polarization is reversed by the direction of an electric field applied to a dielectric is called a ferroelectric. In other words, it can be said that the ferroelectric substance maintains the polarized state without applying an electric field, and can further reverse the direction of spontaneous polarization depending on the direction in which the electric field is applied. As such ferroelectrics, for example, PZT (lead zirconate titanate) and PLZT (lead lanthanum zirconate titanate) are known.

【0004】強誘電体を不揮発性半導体記憶装置として
用いる場合には、たとえばp型のシリコン基板の上に強
誘電体膜を形成する。強誘電体膜の両側にn型のソース
領域とドレイン領域とを互いに距離を隔てて形成する。
強誘電体膜上にコントロールゲート電極を形成する。
When a ferroelectric is used as a nonvolatile semiconductor memory device, a ferroelectric film is formed on, for example, a p-type silicon substrate. An n-type source region and a drain region are formed on both sides of the ferroelectric film at a distance from each other.
A control gate electrode is formed on the ferroelectric film.

【0005】このように構成された不揮発性半導体記憶
装置においては、シリコン基板を構成するシリコンの格
子定数と強誘電体膜の格子定数とが異なるため、シリコ
ン基板の上に強誘電体膜を直接成膜するのが困難である
という問題があった。さらに、シリコン基板と強誘電体
膜の界面において界面準位が多く発生するため量産する
ことができないという問題があった。
In the nonvolatile semiconductor memory device thus configured, since the lattice constant of silicon constituting the silicon substrate is different from that of the ferroelectric film, the ferroelectric film is directly formed on the silicon substrate. There is a problem that it is difficult to form a film. Further, there is a problem that mass production cannot be performed because many interface states are generated at the interface between the silicon substrate and the ferroelectric film.

【0006】上述の問題点を解決するために、特開昭5
1−108582号公報においては、シリコン基板と強
誘電体膜との間に絶縁層を介在させた不揮発性半導体記
憶装置が提案されている。この公報に記載された不揮発
性半導体記憶装置においては、シリコン基板上にシリコ
ン酸化膜を介在させて電極としてのポリシリコン膜を形
成する。ポリシリコン膜上に絶縁層としての強誘電体膜
としてのチタン酸ビスマスを形成し、チタン酸ビスマス
上にゲート電極を形成する。
In order to solve the above-mentioned problems, Japanese Patent Laid-Open No.
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-108582, a nonvolatile semiconductor memory device in which an insulating layer is interposed between a silicon substrate and a ferroelectric film is proposed. In the nonvolatile semiconductor memory device described in this publication, a polysilicon film as an electrode is formed on a silicon substrate with a silicon oxide film interposed. Bismuth titanate as a ferroelectric film as an insulating layer is formed on a polysilicon film, and a gate electrode is formed on bismuth titanate.

【0007】このような構成にすることにより、シリコ
ン基板と強誘電体膜との間での界面準位の発生をある程
度抑制することができる。しかしながら、ポリシリコン
はアモルファス状であるため、ポリシリコンの上に強誘
電体膜を成膜することが困難であった。
With this configuration, it is possible to suppress the generation of the interface state between the silicon substrate and the ferroelectric film to some extent. However, since polysilicon is amorphous, it has been difficult to form a ferroelectric film on polysilicon.

【0008】また、ポリシリコンの上に強誘電体膜を成
膜する際には酸化性雰囲気とするため、ポリシリコンの
表面にシリコン酸化膜が形成される。シリコン酸化膜も
アモルファス状であるため、シリコン酸化膜上に強誘電
体膜を形成することが困難であった。
When a ferroelectric film is formed on polysilicon, an oxidizing atmosphere is used, so that a silicon oxide film is formed on the surface of the polysilicon. Since the silicon oxide film is also amorphous, it has been difficult to form a ferroelectric film on the silicon oxide film.

【0009】これらの問題点を解決するために、特開平
7−202035号公報では、白金からなるフローティ
ングゲート電極上に強誘電体膜を形成した不揮発性半導
体記憶装置が開示されている。図19は、上記公報に記
載された不揮発性半導体記憶装置の平面図であり、図2
0は図19中のXX−XX線に沿って見た断面を示す図
である。
To solve these problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-202035 discloses a nonvolatile semiconductor memory device in which a ferroelectric film is formed on a floating gate electrode made of platinum. FIG. 19 is a plan view of the nonvolatile semiconductor memory device described in the above publication, and FIG.
0 is a diagram showing a cross section viewed along line XX-XX in FIG.

【0010】主に図19を参照して、シリコン基板上に
コントロールゲート電極(ワード線)が一方向に互いに
距離を隔てて延びるように形成されている。コントロー
ルゲート電極556が延びる方向と同じ方向に延びるよ
うに複数のドライブ線558が互いに距離を隔てて形成
されている。コントロールゲート電極556およびドラ
イブ線558が延びる方向と直交する方向に延びるよう
に複数本のビット線557が互いに距離を隔てて形成さ
れている。
Referring mainly to FIG. 19, a control gate electrode (word line) is formed on a silicon substrate so as to extend in one direction at a distance from each other. A plurality of drive lines 558 are formed at a distance from each other so as to extend in the same direction as the direction in which control gate electrode 556 extends. A plurality of bit lines 557 are formed at a distance from each other so as to extend in a direction orthogonal to the direction in which control gate electrode 556 and drive line 558 extend.

【0011】複数のビット線557の間には分離酸化膜
559が形成される。複数のビット線557の下の部分
に能動領域561が形成される。この能動領域561に
メモリセルトランジスタが形成される。
An isolation oxide film 559 is formed between a plurality of bit lines 557. An active region 561 is formed below the plurality of bit lines 557. A memory cell transistor is formed in active region 561.

【0012】ビット線557とコントロールゲート電極
556とが交差する部分にフローティングゲート554
と強誘電体膜555とが形成されている。
A floating gate 554 is provided at a portion where bit line 557 and control gate electrode 556 intersect.
And a ferroelectric film 555 are formed.

【0013】フローティングゲート電極554および強
誘電体膜555は島状であるため、この強誘電体膜55
5の隅部555aでは段差に沿うようにコントロールゲ
ート電極556が形成される。
Since the floating gate electrode 554 and the ferroelectric film 555 have an island shape, the ferroelectric film 55
The control gate electrode 556 is formed along the step at the corner 555a of No.5.

【0014】主に図20を参照して、シリコン基板55
1にn型のウェル領域551aが形成されている。シリ
コン基板551の表面に分離酸化膜559が形成されて
いる。ウェル領域551aの表面の部分には互いに距離
を隔ててソース領域552aとドレイン領域552bが
形成されている。ソース領域552aとドレイン領域5
52bとの間のシリコン基板551の表面にはゲート絶
縁膜553が形成されている。
Referring mainly to FIG. 20, silicon substrate 55
1, an n-type well region 551a is formed. An isolation oxide film 559 is formed on the surface of silicon substrate 551. A source region 552a and a drain region 552b are formed on the surface of the well region 551a at a distance from each other. Source region 552a and drain region 5
A gate insulating film 553 is formed on the surface of the silicon substrate 551 between the gate insulating film 553 and the gate insulating film 553.

【0015】ゲート絶縁膜553の上に白金(Pt)か
らなるフローティングゲート電極554が形成されてい
る。フローティングゲート電極554上にPZTからな
る強誘電体膜555が形成されている。強誘電体膜55
5上にコントロールゲート電極556が形成されてい
る。
On the gate insulating film 553, a floating gate electrode 554 made of platinum (Pt) is formed. On the floating gate electrode 554, a ferroelectric film 555 made of PZT is formed. Ferroelectric film 55
5, a control gate electrode 556 is formed.

【0016】ドレイン領域552bに接するようにドラ
イブ線558が形成されている。コントロールゲート電
極556とドライブ線558とを覆うように層間絶縁膜
561が形成されている。層間絶縁膜561上にコント
ロールゲート電極556が延びる方向と直交する方向に
延びるビット線557が形成されている。ビット線55
7上に層間絶縁膜560が形成されている。
Drive line 558 is formed to be in contact with drain region 552b. An interlayer insulating film 561 is formed to cover control gate electrode 556 and drive line 558. On the interlayer insulating film 561, a bit line 557 extending in a direction orthogonal to the direction in which the control gate electrode 556 extends is formed. Bit line 55
7, an interlayer insulating film 560 is formed.

【0017】このように構成された不揮発性半導体記憶
装置においては、フローティングゲート電極554を構
成する白金と強誘電体膜555との格子定数が近い。ま
た、強誘電体膜555を形成する際に酸化性雰囲気にし
てもフローティングゲート電極554の表面が酸化しな
い。そのため、フローティングゲート電極554の表面
に強誘電体膜555を成膜することができる。
In the nonvolatile semiconductor memory device thus configured, the lattice constant of platinum forming the floating gate electrode 554 and the ferroelectric film 555 are close to each other. Further, the surface of the floating gate electrode 554 does not oxidize even if an oxidizing atmosphere is used when forming the ferroelectric film 555. Therefore, the ferroelectric film 555 can be formed on the surface of the floating gate electrode 554.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図19
および図20で示すような従来の不揮発性半導体記憶装
置においては、強誘電体膜555の隅部555aに沿う
ようにコントロールゲート電極556が形成される。こ
の隅部555aが段差になり、隅部555aにおいて電
界が集中してリーク電流が発生したり、また耐圧が低下
するという問題がある。
However, FIG.
In a conventional nonvolatile semiconductor memory device as shown in FIG. 20, a control gate electrode 556 is formed along a corner 555a of a ferroelectric film 555. The corner 555a becomes a step, and there is a problem that an electric field is concentrated at the corner 555a to cause a leak current and a breakdown voltage is reduced.

【0019】なお、フローティングゲート電極554と
強誘電体膜555とを同じ大きさとした場合には、強誘
電体膜555の隅部555aの下において隅部555a
に沿って形成されるコントロールゲート電極556とフ
ローティングゲート電極554が接触するため不揮発性
半導体記憶装置が作動しない。
When the floating gate electrode 554 and the ferroelectric film 555 have the same size, the corner 555a is located below the corner 555a of the ferroelectric film 555.
The non-volatile semiconductor memory device does not operate because the control gate electrode 556 and the floating gate electrode 554 formed along the line are in contact with each other.

【0020】また、上述の公報では図19および図20
で示す不揮発性半導体記憶装置の製造方法については何
ら開示していないが、この半導体装置を製造するために
は、以下のプロセスを用いると考えられる。
In the above publication, FIGS.
Does not disclose any method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, but it is considered that the following process is used to manufacture this semiconductor device.

【0021】まず、シリコン基板551にウェル領域5
51aおよび分離酸化膜559を形成する。シリコン基
板551の表面に熱酸化膜を形成し、この熱酸化膜を所
定の形状にパターニングすることによりゲート絶縁膜5
53を形成する。ゲート絶縁膜553上に白金膜とPZ
T膜を形成し、このPZT膜と白金膜とをレジストパタ
ーンに従ってパターニングすることにより強誘電体膜5
55とフローティングゲート電極554とを形成する。
強誘電体膜555をマスクとしてシリコン基板551に
p型の不純物イオンを注入し、不純物イオンを熱拡散
(熱処理)させることによりソース領域552aとドレ
イン領域552bを形成する。その後ドライブ線55
8、コントロールゲート電極556、ビット線557を
形成する。
First, a well region 5 is formed on a silicon substrate 551.
51a and an isolation oxide film 559 are formed. A thermal oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 551, and the thermal oxide film is patterned into a predetermined shape to form a gate insulating film 5.
53 is formed. Platinum film and PZ on gate insulating film 553
A ferroelectric film 5 is formed by forming a T film and patterning the PZT film and the platinum film according to a resist pattern.
55 and a floating gate electrode 554 are formed.
Using the ferroelectric film 555 as a mask, p-type impurity ions are implanted into the silicon substrate 551, and the impurity ions are thermally diffused (heat-treated) to form a source region 552a and a drain region 552b. Then drive line 55
8, a control gate electrode 556 and a bit line 557 are formed.

【0022】このような工程に従えば、PZT膜をエッ
チングして強誘電体膜555を形成する際にPZT膜中
の鉛などの重金属が飛び散り、シリコン基板551を汚
染するという問題がある。
According to such a process, there is a problem that when the PZT film is etched to form the ferroelectric film 555, heavy metals such as lead in the PZT film scatter and contaminate the silicon substrate 551.

【0023】また、ソース領域552aとドレイン領域
552bを形成する熱処理の際に、強誘電体膜555も
高温となるため、強誘電体の特性が劣化するという問題
がある。
Further, during the heat treatment for forming the source region 552a and the drain region 552b, since the temperature of the ferroelectric film 555 also becomes high, there is a problem that the characteristics of the ferroelectric are deteriorated.

【0024】そこで、この発明は、上述のような問題点
を解決するためになされたものであり、この発明の目的
は、強誘電体膜とその強誘電体膜上に接する電極との間
でのリーク電流が発生しない不揮発性半導体記憶装置と
その製造方法を提供することである。
Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ferroelectric film between a ferroelectric film and an electrode in contact with the ferroelectric film. It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which no leak current is generated and a method of manufacturing the same.

【0025】また、この発明の別の目的は、強誘電体膜
を形成しても半導体基板が汚染されない不揮発性半導体
記憶装置とその製造方法を提供することである。
It is another object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which a semiconductor substrate is not contaminated even when a ferroelectric film is formed, and a method for manufacturing the same.

【0026】また、この発明のさらに別の目的は、強誘
電体膜の特性が劣化しない不揮発性半導体記憶装置とそ
の製造方法を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which characteristics of a ferroelectric film are not deteriorated, and a method of manufacturing the same.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】この発明の1つの局面に
従った不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、以下の工
程を備える。
A method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to one aspect of the present invention includes the following steps.

【0028】(1) 半導体基板上にゲート絶縁膜を介
在させてフローティングゲート電極を形成する工程。
(1) A step of forming a floating gate electrode on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed.

【0029】(2) フローティングゲート電極をマス
クとして半導体基板に不純物イオンを注入した後に熱処
理することにより、フローティングゲート電極の両側の
半導体基板の部分に互いに距離を隔てて1対のソースお
よびドレイン領域を形成する工程。
(2) Impurity ions are implanted into the semiconductor substrate using the floating gate electrode as a mask and then heat-treated to form a pair of source and drain regions at a distance from each other on the semiconductor substrate on both sides of the floating gate electrode. Forming step.

【0030】(3) フローティングゲート電極と1対
のソースおよびドレイン領域が形成された半導体基板と
を覆う層間絶縁膜を形成する工程。
(3) forming an interlayer insulating film covering the floating gate electrode and the semiconductor substrate on which the pair of source and drain regions are formed;

【0031】(4) フローティングゲート電極に達す
る孔を層間絶縁膜に形成する工程。 (5) 孔を介してフローティングゲート電極に電気的
に接続される第1導電膜を形成する工程。
(4) A step of forming a hole reaching the floating gate electrode in the interlayer insulating film. (5) forming a first conductive film that is electrically connected to the floating gate electrode through the hole;

【0032】(6) 第1導電膜上に接触するように強
誘電体膜を形成する工程。 (7) 強誘電体膜上に接触するように第2導電膜を形
成する工程。
(6) A step of forming a ferroelectric film so as to be in contact with the first conductive film. (7) A step of forming a second conductive film so as to be in contact with the ferroelectric film.

【0033】(8) 第2導電膜と強誘電体膜と第1導
電膜とを所定のパターンを有するマスクに従ってエッチ
ングすることにより、孔を介してフローティングゲート
電極に電気的に接続される下部電極と、下部電極上に接
触するように残存した強誘電体膜と、残存した強誘電体
膜上に接触する上部電極とを形成する工程。
(8) The lower electrode electrically connected to the floating gate electrode through the hole by etching the second conductive film, the ferroelectric film, and the first conductive film according to a mask having a predetermined pattern. Forming a ferroelectric film remaining in contact with the lower electrode and an upper electrode contacting the remaining ferroelectric film.

【0034】(9) 上部電極に電気的に接続されるコ
ントロールゲート電極を形成する工程。
(9) A step of forming a control gate electrode electrically connected to the upper electrode.

【0035】このような工程を備えた不揮発性半導体記
憶装置の製造方法においては、まず、半導体基板の表面
にソースおよびドレイン領域を形成する。その後、ソー
スおよびドレイン領域が形成された半導体基板を層間絶
縁膜で覆い、下部電極、強誘電体膜および上部電極を形
成する。そのため、ソースおよびドレイン領域を形成す
る際には強誘電体膜は存在しない。その結果、ソースお
よびドレイン領域を形成する際の熱処理において強誘電
体膜の特性が劣化するという問題がない。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having such steps, first, source and drain regions are formed on the surface of a semiconductor substrate. Thereafter, the semiconductor substrate on which the source and drain regions are formed is covered with an interlayer insulating film, and a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode are formed. Therefore, the ferroelectric film does not exist when forming the source and drain regions. As a result, there is no problem that the characteristics of the ferroelectric film are deteriorated by the heat treatment for forming the source and drain regions.

【0036】この発明の別の局面に従った不揮発性半導
体記憶装置の製造方法は、以下の工程を備える。
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to another aspect of the present invention includes the following steps.

【0037】(1) 半導体基板上にゲート絶縁膜を介
在させてフローティングゲート電極を形成する工程。
(1) A step of forming a floating gate electrode on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed.

【0038】(2) 半導体基板とフローティングゲー
ト電極とを覆う層間絶縁膜を形成する工程。
(2) A step of forming an interlayer insulating film covering the semiconductor substrate and the floating gate electrode.

【0039】(3) フローティングゲート電極に達す
る孔を層間絶縁膜に形成する工程。 (4) 孔を介してフローティングゲート電極に電気的
に接続される第1導電膜を形成する工程。
(3) A step of forming a hole reaching the floating gate electrode in the interlayer insulating film. (4) forming a first conductive film that is electrically connected to the floating gate electrode through the hole;

【0040】(5) 第1導電膜上に接触するように強
誘電体膜を形成する工程。 (6) 強誘電体膜上に接触するように第2導電膜を形
成する工程。
(5) A step of forming a ferroelectric film so as to be in contact with the first conductive film. (6) forming a second conductive film so as to be in contact with the ferroelectric film;

【0041】(7) 第2導電膜と強誘電体膜と第1導
電膜とを、所定のパターンを有するマスクに従ってエッ
チングすることにより、孔を介してフローティングゲー
ト電極に電気的に接続される下部電極と、下部電極上に
接触するように残存した強誘電体膜と、残存した強誘電
体膜上に接触する上部電極とを形成する工程。
(7) By etching the second conductive film, the ferroelectric film and the first conductive film according to a mask having a predetermined pattern, the lower portion electrically connected to the floating gate electrode through the hole. Forming an electrode, a ferroelectric film remaining in contact with the lower electrode, and an upper electrode in contact with the remaining ferroelectric film.

【0042】(8) 上部電極に電気的に接続されるコ
ントロールゲート電極を形成する工程。
(8) A step of forming a control gate electrode electrically connected to the upper electrode.

【0043】このような工程を備えた不揮発性半導体記
憶装置の製造方法においては、まず、半導体基板とその
上に形成されたフローティングゲート電極とを層間絶縁
膜で覆う。その後層間絶縁膜上に下部電極と強誘電体膜
と上部電極とを形成する。そのため、強誘電体膜をエッ
チングしたとしても、この強誘電体膜を構成する材料は
層間絶縁膜の表面に付着するだけであり、半導体基板の
表面には達しない。そのため、半導体基板が汚染される
ことがない。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having such steps, first, a semiconductor substrate and a floating gate electrode formed thereon are covered with an interlayer insulating film. Thereafter, a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode are formed on the interlayer insulating film. Therefore, even if the ferroelectric film is etched, the material constituting the ferroelectric film only adheres to the surface of the interlayer insulating film and does not reach the surface of the semiconductor substrate. Therefore, the semiconductor substrate is not contaminated.

【0044】この発明のさらに別の局面に従った不揮発
性半導体記憶装置の製造方法は、以下の工程を備える。
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to still another aspect of the present invention includes the following steps.

【0045】(1) 半導体基板上にゲート絶縁膜を介
在させてフローティングゲート電極を形成する工程。
(1) A step of forming a floating gate electrode on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed.

【0046】(2) フローティングゲート電極をマス
クとして半導体基板に不純物イオンを注入した後に熱処
理することにより、フローティングゲート電極の両側の
半導体基板の部分に互いに距離を隔てて1対のソースお
よびドレイン領域を形成する工程。
(2) Impurity ions are implanted into the semiconductor substrate using the floating gate electrode as a mask and then heat-treated to form a pair of source and drain regions on the semiconductor substrate on both sides of the floating gate electrode at a distance from each other. Forming step.

【0047】(3) フローティングゲート電極と1対
のソースおよびドレイン領域が形成された半導体基板と
を覆う第1の層間絶縁膜を形成する工程。
(3) A step of forming a first interlayer insulating film covering the floating gate electrode and the semiconductor substrate on which the pair of source and drain regions are formed.

【0048】(4) フローティングゲート電極に達す
る第1の孔を第1の層間絶縁膜に形成する工程。
(4) A step of forming a first hole reaching the floating gate electrode in the first interlayer insulating film.

【0049】(5) 第1の孔を介してフローティング
ゲート電極に電気的に接続される第1導電膜を形成する
工程。
(5) A step of forming a first conductive film electrically connected to the floating gate electrode through the first hole.

【0050】(6) 第1導電膜上に接触するように強
誘電体膜を形成する工程。 (7) 強誘電体膜上に接触するように第2導電膜を形
成する工程。
(6) A step of forming a ferroelectric film so as to be in contact with the first conductive film. (7) A step of forming a second conductive film so as to be in contact with the ferroelectric film.

【0051】(8) 第2導電膜と強誘電体膜と第1導
電膜とを、所定のパターンを有するマスクに従ってエッ
チングすることにより、第1の孔を介してフローティン
グゲート電極に電気的に接続される下部電極と、下部電
極上に接触するように残存した強誘電体膜と、残存した
強誘電体膜上に接触する上部電極とを形成する工程。
(8) The second conductive film, the ferroelectric film, and the first conductive film are electrically connected to the floating gate electrode through the first hole by etching according to a mask having a predetermined pattern. Forming a lower electrode to be formed, a ferroelectric film remaining in contact with the lower electrode, and an upper electrode in contact with the remaining ferroelectric film.

【0052】(9) 上部電極を覆う第2の層間絶縁膜
を形成する工程。 (10) 上部電極に達する第2の孔を第2の層間絶縁
膜に形成する工程。
(9) A step of forming a second interlayer insulating film covering the upper electrode. (10) A step of forming a second hole reaching the upper electrode in the second interlayer insulating film.

【0053】(11) 第2の孔を介して上部電極に電
気的に接続されるコントロールゲート電極を形成する工
程。
(11) A step of forming a control gate electrode electrically connected to the upper electrode through the second hole.

【0054】このような工程を備えた不揮発性半導体記
憶装置の製造方法においては、第1導電膜と強誘電体膜
と第2導電体膜とを同じマスクに従ってエッチングする
ため、残存した強誘電体膜の上の部分にのみ上部電極が
形成される。そのため、強誘電体膜の隅部に沿うように
上部電極が形成されることはなく、隅部でのリーク電流
の発生や耐圧の低下を防止することができる。また、コ
ントロールゲート電極も第2の孔を介して上部電極に電
気的に接続されるように形成されるため、コントロール
ゲート電極が強誘電体膜の隅部に沿うように形成される
ことがない。そのため、隅部でのリーク電流の発生や耐
圧の低下を防止することができる。
In the method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device having such steps, the first conductive film, the ferroelectric film, and the second conductive film are etched according to the same mask, so that the remaining ferroelectric The upper electrode is formed only on the upper part of the film. For this reason, the upper electrode is not formed along the corner of the ferroelectric film, and it is possible to prevent a leak current from occurring at the corner and a decrease in breakdown voltage. Further, since the control gate electrode is also formed so as to be electrically connected to the upper electrode via the second hole, the control gate electrode is not formed along the corner of the ferroelectric film. . For this reason, it is possible to prevent the occurrence of a leak current at the corner and a decrease in the withstand voltage.

【0055】この発明の1つの局面に従った不揮発性半
導体記憶装置は、半導体基板と、フローティングゲート
電極と、層間絶縁膜と、下部電極と、強誘電体膜と、上
部電極と、コントロールゲート電極とを備える。
A nonvolatile semiconductor memory device according to one aspect of the present invention comprises a semiconductor substrate, a floating gate electrode, an interlayer insulating film, a lower electrode, a ferroelectric film, an upper electrode, and a control gate electrode. And

【0056】フローティングゲート電極は、半導体基板
上にゲート絶縁膜を介在させて形成される。層間絶縁膜
は、フローティングゲート電極を覆いフローティングゲ
ート電極に達する孔を有する。下部電極は、孔を介して
フローティングゲート電極に電気的に接続されるように
層間絶縁膜上に形成される。強誘電体膜は、下部電極上
に接触するように形成される。上部電極は、強誘電体膜
上に接触するように形成される。コントロールゲート電
極は、上部電極に電気的に接続されるように形成され
る。
The floating gate electrode is formed on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed. The interlayer insulating film has a hole that covers the floating gate electrode and reaches the floating gate electrode. The lower electrode is formed on the interlayer insulating film so as to be electrically connected to the floating gate electrode through the hole. The ferroelectric film is formed so as to contact the lower electrode. The upper electrode is formed so as to be in contact with the ferroelectric film. The control gate electrode is formed to be electrically connected to the upper electrode.

【0057】このように構成された不揮発性半導体記憶
装置においては、層間絶縁膜は、半導体基板の上に形成
されたフローティングゲート電極を覆う層間絶縁膜を形
成した後、その上に下部電極と強誘電体膜と上部電極を
形成する工程を採用できる。そのため、エッチングによ
り強誘電体膜を形成したとしても、この強誘電体膜を構
成する成分は層間絶縁膜の表面に付着し、シリコン基板
に達しない。そのため半導体基板を汚染することがな
い。さらに、半導体基板の表面に不純物領域を形成する
場合にも、フローティングゲート電極を形成した後に不
純物領域を形成し、不純物領域とフローティングゲート
電極を覆う層間絶縁膜を形成する工程を採用できる。そ
のため、その後に強誘電体膜を形成しても、不純物領域
を形成する際には、強誘電体膜は存在しない。その結
果、不純物領域を形成する際の熱処理において強誘電体
膜が劣化するという問題がない。
In the nonvolatile semiconductor memory device having the above-described structure, the interlayer insulating film is formed by forming an interlayer insulating film covering the floating gate electrode formed on the semiconductor substrate and then forming a lower electrode on the interlayer insulating film. A step of forming a dielectric film and an upper electrode can be adopted. Therefore, even if a ferroelectric film is formed by etching, components constituting the ferroelectric film adhere to the surface of the interlayer insulating film and do not reach the silicon substrate. Therefore, there is no contamination of the semiconductor substrate. Further, in the case where an impurity region is formed on the surface of the semiconductor substrate, a step of forming the impurity region after forming the floating gate electrode and forming an interlayer insulating film covering the impurity region and the floating gate electrode can be employed. Therefore, even if a ferroelectric film is formed thereafter, the ferroelectric film does not exist when the impurity region is formed. As a result, there is no problem that the ferroelectric film is deteriorated by the heat treatment for forming the impurity region.

【0058】この発明の別の局面に従った不揮発性半導
体記憶装置は、半導体基板と、フローティングゲート電
極と、下部電極と、強誘電体膜と、上部電極と、層間絶
縁膜と、コントロールゲート電極とを備える。
A nonvolatile semiconductor memory device according to another aspect of the present invention comprises a semiconductor substrate, a floating gate electrode, a lower electrode, a ferroelectric film, an upper electrode, an interlayer insulating film, a control gate electrode And

【0059】フローティングゲート電極は半導体基板上
にゲート絶縁膜を介在させて形成される。下部電極は、
フローティングゲート電極に電気的に接続されるように
フローティングゲート電極上に形成される。強誘電体膜
は、下部電極上に接触するように形成される。上部電極
は、強誘電体膜上に接触するように形成される。層間絶
縁膜は、上部電極を覆い上部電極に達する孔を有する。
コントロールゲート電極は、孔を介して上部電極に電気
的に接続されるように層間絶縁膜上に形成される。
The floating gate electrode is formed on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed. The lower electrode is
It is formed on the floating gate electrode so as to be electrically connected to the floating gate electrode. The ferroelectric film is formed so as to contact the lower electrode. The upper electrode is formed so as to be in contact with the ferroelectric film. The interlayer insulating film has a hole covering the upper electrode and reaching the upper electrode.
The control gate electrode is formed on the interlayer insulating film so as to be electrically connected to the upper electrode via the hole.

【0060】このように構成された不揮発性半導体記憶
装置においては、上部電極は強誘電体膜上に形成される
ため、上部電極は強誘電体膜の隅部に沿うように形成さ
れることがない。また、コントロールゲート電極は孔を
介して上部電極に電気的に接続されるため、コントロー
ルゲート電極は強誘電体膜の隅部に沿うように形成され
ることがない。そのため、強誘電体膜の隅部においてリ
ーク電流が発生するのを抑制できる。また、強誘電体膜
の隅部の耐圧が低下するのを防止することができる。
In the nonvolatile semiconductor memory device thus configured, since the upper electrode is formed on the ferroelectric film, the upper electrode may be formed along the corner of the ferroelectric film. Absent. Further, since the control gate electrode is electrically connected to the upper electrode via the hole, the control gate electrode is not formed along the corner of the ferroelectric film. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a leakage current at the corner of the ferroelectric film. Further, it is possible to prevent the breakdown voltage at the corner of the ferroelectric film from being lowered.

【0061】また、不揮発性半導体記憶装置は、半導体
基板に形成された1対のソースおよびドレイン領域と、
そのドレイン領域に電気的に接続された配線層とをさら
に備えることが好ましい。
The nonvolatile semiconductor memory device further comprises a pair of source and drain regions formed on the semiconductor substrate,
Preferably, the semiconductor device further includes a wiring layer electrically connected to the drain region.

【0062】配線層はコントロールゲート電極の上に位
置してもよい。また、配線層はコントロールゲート電極
の下に位置してもよい。
The wiring layer may be located on the control gate electrode. Further, the wiring layer may be located below the control gate electrode.

【0063】不揮発性半導体記憶装置は、フローティン
グゲート電極と下部電極との間に形成されたバリア層を
さらに備えることが好ましい。この場合、下部電極を構
成する材料とフローティングゲート電極を構成する材料
との相互の拡散をバリア層が防止することができる。
It is preferable that the nonvolatile semiconductor memory device further includes a barrier layer formed between the floating gate electrode and the lower electrode. In this case, the barrier layer can prevent mutual diffusion of the material forming the lower electrode and the material forming the floating gate electrode.

【0064】さらに、フローティングゲート電極と下部
電極と強誘電体膜と上部電極とはほぼ同一の平面積を有
することが好ましい。この場合、不揮発性半導体記憶装
置の平面積を小さくできる。
Further, it is preferable that the floating gate electrode, the lower electrode, the ferroelectric film, and the upper electrode have substantially the same plane area. In this case, the plane area of the nonvolatile semiconductor memory device can be reduced.

【0065】[0065]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1は、この発
明の実施の形態1に従った不揮発性半導体記憶装置の平
面図である。図2は図1上のII−II線に沿ってみた
断面図である。図1を参照して、シリコン基板上に一方
向に延びるようにソース領域2aおよび2cが形成され
ている。ソース領域2aおよび2cの間に分離酸化膜2
2が形成されている。斜線で囲んだ領域にゲート酸化膜
3aと、フローティングゲート電極4aと、プラグ層1
2aと、バリア層5aと、下部電極6aと、強誘電体膜
7aと、上部電極8aとが積層して形成されている。フ
ローティングゲート電極4aと、下部電極6aと、強誘
電体膜7aと、上部電極8aとはほぼ同一の平面積を有
する。
(First Embodiment) FIG. 1 is a plan view of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. Referring to FIG. 1, source regions 2a and 2c are formed on a silicon substrate so as to extend in one direction. Isolation oxide film 2 between source regions 2a and 2c
2 are formed. The gate oxide film 3a, the floating gate electrode 4a, and the plug layer 1
2a, a barrier layer 5a, a lower electrode 6a, a ferroelectric film 7a, and an upper electrode 8a are formed by lamination. Floating gate electrode 4a, lower electrode 6a, ferroelectric film 7a, and upper electrode 8a have substantially the same plane area.

【0066】ソース領域2aおよび2cの延びる方向と
同じ方向に延びるようにコントロールゲート電極(ワー
ド線)9a、9b、9cおよび9dが互いに距離を隔て
て形成されている。これらのコントロールゲート電極
と、上部電極とを電気的に接続するためのコンタクトホ
ール14a、14b、14c、14d、114a、11
4b、114cおよび114dが形成されている。
Control gate electrodes (word lines) 9a, 9b, 9c and 9d are formed at a distance from each other so as to extend in the same direction as the source regions 2a and 2c. Contact holes 14a, 14b, 14c, 14d, 114a, 11 for electrically connecting these control gate electrodes to the upper electrode.
4b, 114c and 114d are formed.

【0067】ソース領域2aおよび2cとコントロール
ゲート電極9a、9b、9cおよび9dの延びる方向と
ほぼ直交する方向に延びるようにビット線11aおよび
11bが形成されている。ビット線11aおよび11b
とシリコン基板とを電気的に接続するためのコンタクト
ホール16が形成されている。コンタクトホール14
a、14b、14c、14d、114a、114b、1
14cおよび114dが形成される部分に不揮発性のメ
モリセルトランジスタ60a、60b、60c、60
d、160a、160b、160cおよび160dが形
成されている。
Bit lines 11a and 11b are formed to extend in a direction substantially perpendicular to the direction in which source regions 2a and 2c and control gate electrodes 9a, 9b, 9c and 9d extend. Bit lines 11a and 11b
Contact hole 16 for electrically connecting the semiconductor substrate and the silicon substrate is formed. Contact hole 14
a, 14b, 14c, 14d, 114a, 114b, 1
Non-volatile memory cell transistors 60a, 60b, 60c, and 60 are formed in portions where 14c and 114d are formed.
d, 160a, 160b, 160c and 160d are formed.

【0068】図2を参照して、半導体基板としてのp型
のシリコン基板1の表面の部分には、n型の不純物領域
であるソース領域2aおよび2cとn型のドレイン領域
2bおよび2dとが形成されている。ソース領域2aお
よび2cとドレイン領域2bおよび2dとは互いに距離
を隔てて形成されている。
Referring to FIG. 2, source regions 2a and 2c, which are n-type impurity regions, and n-type drain regions 2b and 2d, are formed on the surface of p-type silicon substrate 1 as a semiconductor substrate. Is formed. Source regions 2a and 2c and drain regions 2b and 2d are formed apart from each other.

【0069】シリコン基板1の表面の上にはゲート酸化
膜3a、3bおよび3cを介在させてドープトポリシリ
コンからなるフローティングゲート電極4a、4bおよ
び4cが形成されている。シリコン基板1とフローティ
ングゲート電極4a、4bおよび4cとを覆うようにシ
リコン酸化膜からなる層間絶縁膜13が形成されてい
る。層間絶縁膜13には、フローティングゲート電極4
a、4bおよび4cのそれぞれに達するコンタクトホー
ル13a、13bおよび13cが形成されている。
On the surface of silicon substrate 1, floating gate electrodes 4a, 4b and 4c made of doped polysilicon are formed with gate oxide films 3a, 3b and 3c interposed. An interlayer insulating film 13 made of a silicon oxide film is formed so as to cover silicon substrate 1 and floating gate electrodes 4a, 4b and 4c. The interlayer insulating film 13 includes a floating gate electrode 4
Contact holes 13a, 13b and 13c are formed to reach a, b and c respectively.

【0070】コンタクトホール13a、13bおよび1
3cを充填するようにドープトポリシリコンからなるプ
ラグ層12a、12bおよび12cが形成されている。
プラグ層12a、12bおよび12cに電気的に接続さ
れるように層間絶縁膜13上にチタンとチタンナイトラ
イドの2層構造のバリア層5a、5bおよび5cが形成
されている。バリア層5a、5bおよび5c上には白金
からなる下部電極6a、6bおよび6cが形成されてい
る。下部電極6a、6bおよび6cの上に接するように
PZTからなる強誘電体膜7a、7bおよび7cが形成
されている。なお、強誘電体膜7a、7bおよび7c
は、PZTに限らずPLZTやビスマス系の層状ペロブ
スカイト構造の強誘電体膜としてもよく、さらにSr2
Nb2 7ファミリーとしてもよい。
Contact holes 13a, 13b and 1
Plug layers 12a, 12b and 12c made of doped polysilicon are formed so as to fill 3c.
Barrier layers 5a, 5b and 5c having a two-layer structure of titanium and titanium nitride are formed on interlayer insulating film 13 so as to be electrically connected to plug layers 12a, 12b and 12c. Lower electrodes 6a, 6b and 6c made of platinum are formed on the barrier layers 5a, 5b and 5c. Ferroelectric films 7a, 7b and 7c made of PZT are formed so as to be in contact with lower electrodes 6a, 6b and 6c. The ferroelectric films 7a, 7b and 7c
May be a ferroelectric film of layered perovskite structure of PLZT or bismuth it is not limited to PZT, further Sr 2
The Nb 2 O 7 family may be used.

【0071】強誘電体膜7a、7bおよび7cのそれぞ
れの上に接するように白金からなる上部電極8a、8b
および8cが形成されている。下部電極6a、6bおよ
び6cと上部電極8a、8bおよび8cの材質として
は、白金だけでなくルテニウム(Ru)、二酸化ルテニ
ウム(RuO2 )、イリジウム(Ir)、酸化イリジウ
ム(IrO2 )またはそれらの複合体を用いてもよい。
The upper electrodes 8a and 8b made of platinum are in contact with the ferroelectric films 7a, 7b and 7c, respectively.
And 8c are formed. The materials of the lower electrodes 6a, 6b and 6c and the upper electrodes 8a, 8b and 8c include not only platinum but also ruthenium (Ru), ruthenium dioxide (RuO 2 ), iridium (Ir), iridium oxide (IrO 2 ) or a material thereof. A complex may be used.

【0072】下部電極6aと強誘電体膜7aと上部電極
8aとがキャパシタ50aを構成し、下部電極6bと強
誘電体膜7bと上部電極8bとがキャパシタ50bを構
成し、下部電極6cと強誘電体膜7cと上部電極8cと
がキャパシタ50cを構成する。
The lower electrode 6a, the ferroelectric film 7a and the upper electrode 8a form a capacitor 50a, the lower electrode 6b, the ferroelectric film 7b and the upper electrode 8b form a capacitor 50b, and the lower electrode 6c The dielectric film 7c and the upper electrode 8c form a capacitor 50c.

【0073】キャパシタ50a、105bおよび50c
を覆うように層間絶縁膜14が形成されている。層間絶
縁膜14には上部電極8a、8bおよび8cに達するコ
ンタクトホール14a、14bおよび14cが形成され
ている。それぞれのコンタクトホール14a、14bお
よび14c充填して上部電極8a、8bおよび8cのそ
れぞれに電気的に接続するようにタングステンからなる
コントロールゲート電極9a、9bおよび9cが形成さ
れている。コントロールゲート電極9a、9bおよび9
cを覆うように層間絶縁膜15が形成されている。
Capacitors 50a, 105b and 50c
Is formed to cover the substrate. In the interlayer insulating film 14, contact holes 14a, 14b and 14c reaching the upper electrodes 8a, 8b and 8c are formed. Control gate electrodes 9a, 9b and 9c made of tungsten are formed so as to fill contact holes 14a, 14b and 14c and electrically connect to upper electrodes 8a, 8b and 8c, respectively. Control gate electrodes 9a, 9b and 9
An interlayer insulating film 15 is formed so as to cover c.

【0074】ドレイン領域2bに達するコンタクトホー
ル16が層間絶縁膜13、14および15に形成されて
いる。コンタクトホール16の底面と層間絶縁膜15の
上面とにはチタンナイトライドからなるバリア層10が
形成されている。コンタクトホール16を充填してドレ
イン領域2bに電気的に接続され、かつ層間絶縁膜15
を覆うようにアルミニウムからなる配線層としてのビッ
ト線11aが形成されている。
A contact hole 16 reaching drain region 2b is formed in interlayer insulating films 13, 14, and 15. A barrier layer 10 made of titanium nitride is formed on the bottom of the contact hole 16 and the top of the interlayer insulating film 15. The contact hole 16 is filled and electrically connected to the drain region 2b, and the interlayer insulating film 15
A bit line 11a as a wiring layer made of aluminum is formed so as to cover.

【0075】1対のソース領域2aおよびドレイン領域
2bと、フローティングゲート電極4aと、プラグ層1
2aと、バリア層5aと、キャパシタ50aと、コント
ロールゲート電極9aとがメモリセルトランジスタ60
aを構成する。
A pair of source region 2a and drain region 2b, floating gate electrode 4a, plug layer 1
2a, barrier layer 5a, capacitor 50a, and control gate electrode 9a
a.

【0076】1対のソース領域2cおよびドレイン領域
2bと、フローティングゲート電極4bと、プラグ層1
2bと、バリア層5bと、キャパシタ50bと、コント
ロールゲート電極9bとがメモリセルトランジスタ60
bを構成する。
A pair of source region 2c and drain region 2b, floating gate electrode 4b, plug layer 1
2b, barrier layer 5b, capacitor 50b, and control gate electrode 9b
b.

【0077】1対のソース領域2cおよびドレイン領域
2dと、フローティングゲート電極4cと、プラグ層1
2cと、バリア層5cと、キャパシタ50cと、コント
ロールゲート電極9cとがメモリセルトランジスタ60
cを構成する。
A pair of source region 2c and drain region 2d, floating gate electrode 4c, plug layer 1
2c, barrier layer 5c, capacitor 50c, and control gate electrode 9c
Construct c.

【0078】図3は、図1中のIII−III線に沿っ
て見た断面図である。図3を参照して、シリコン基板1
の表面に互いに距離を隔てて複数の分離酸化膜22が形
成されている。分離酸化膜22に囲まれた領域が能動領
域であり、能動領域のシリコン基板1の表面にゲート酸
化膜3aおよび103aを介在させてドープトポリシリ
コンからなるフローティングゲート電極4aおよび10
4aが形成されている。フローティングゲート電極4a
および104aを覆うように層間絶縁膜13が形成され
ている。層間絶縁膜13には、フローティングゲート電
極4aおよび104aに達するコンタクトホール13a
および113aが形成されている。
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. Referring to FIG. 3, silicon substrate 1
A plurality of isolation oxide films 22 are formed on the surface of the substrate at a distance from each other. The region surrounded by isolation oxide film 22 is the active region, and floating gate electrodes 4a and 10 made of doped polysilicon are provided on the surface of silicon substrate 1 in the active region with gate oxide films 3a and 103a interposed therebetween.
4a are formed. Floating gate electrode 4a
And 104a, an interlayer insulating film 13 is formed. A contact hole 13a reaching the floating gate electrodes 4a and 104a is formed in the interlayer insulating film 13.
And 113a are formed.

【0079】コンタクトホール13aおよび113aを
充填するようにドープトポリシリコンからなるプラグ層
12aおよび112aが形成されている。プラグ層12
aおよび112aに接するように層間絶縁膜13上にチ
タンとチタンナイトライドの2層構造であるバリア層5
aおよび105aが形成されている。
Plug layers 12a and 112a of doped polysilicon are formed to fill contact holes 13a and 113a. Plug layer 12
a and a barrier layer 5 having a two-layer structure of titanium nitride on interlayer insulating film 13 so as to be in contact with 112a.
a and 105a are formed.

【0080】バリア層5aおよび105aの上には白金
からなる下部電極6aおよび106aが形成されてい
る。下部電極6aおよび106aの上にに接するように
PZTからなる強誘電体膜7aおよび107aが形成さ
れている。強誘電体膜7aおよび107aの上にに接す
るように白金からなる上部電極8aおよび108aが形
成されている。強誘電体膜7aおよび107aの端部7
7aおよび177aに沿って上部電極8aおよび108
aが形成されることはない。下部電極106aと強誘電
体膜107aと上部電極108aとがキャパシタ150
aを構成する。
The lower electrodes 6a and 106a made of platinum are formed on the barrier layers 5a and 105a. Ferroelectric films 7a and 107a made of PZT are formed on lower electrodes 6a and 106a so as to be in contact therewith. Upper electrodes 8a and 108a made of platinum are formed on and in contact with the ferroelectric films 7a and 107a. End 7 of ferroelectric films 7a and 107a
7a and 177a along with the upper electrodes 8a and 108
a is not formed. The lower electrode 106a, the ferroelectric film 107a, and the upper electrode 108a
a.

【0081】キャパシタ50aおよび150aを覆うよ
うに層間絶縁膜14が形成されている。層間絶縁膜14
には、上部電極8aおよび108aに達するコンタクト
ホール14aおよび114aが形成されている。コンタ
クトホール14aおよび114aを充填して上部電極8
aおよび108aに接続するように層間絶縁膜15の上
にコントロールゲート電極9aが形成されている。コン
トロールゲート電極9a上に層間絶縁膜15が形成され
ており、層間絶縁膜15上にアルミニウムからなるビッ
ト線11aおよび11bが形成されている。1対のソー
ス領域およびドレイン領域(図3では示さず)と、フロ
ーティングゲート電極104aと、プラグ層112a
と、バリア層105aと、キャパシタ150aと、コン
トロールゲート電極9aとがメモリセルトランジスタ1
60aを構成する。
An interlayer insulating film 14 is formed so as to cover capacitors 50a and 150a. Interlayer insulating film 14
Are formed with contact holes 14a and 114a reaching the upper electrodes 8a and 108a. Fill the contact holes 14a and 114a to form the upper electrode 8
A control gate electrode 9a is formed on interlayer insulating film 15 so as to connect to a and a. An interlayer insulating film 15 is formed on control gate electrode 9a, and bit lines 11a and 11b made of aluminum are formed on interlayer insulating film 15. A pair of source and drain regions (not shown in FIG. 3), floating gate electrode 104a, and plug layer 112a
, Barrier layer 105a, capacitor 150a, and control gate electrode 9a are connected to memory cell transistor 1
60a.

【0082】次に、図1〜図3で示される不揮発性半導
体記憶装置(メモリセルトランジスタ60a)の動作に
ついて説明する。まず、書込動作について説明する。
“1”の状態に対応する電位として、コントロールゲー
ト電極9aの電位をHとし、ビット線11aの電位をL
(Hよりも低い電位)とする。これにより、上部電極8
aに接する強誘電体膜7aの部分は負に帯電し、下部電
極6aに接する強誘電体膜7aの部分は正に帯電する。
そのため、フローティングゲート電極4a下のシリコン
基板1の部分は負に帯電し(n型に反転し)ソース領域
2aとドレイン領域2bとの間に電流が流れる。
Next, the operation of the nonvolatile semiconductor memory device (memory cell transistor 60a) shown in FIGS. 1 to 3 will be described. First, the write operation will be described.
As potentials corresponding to the state of “1”, the potential of the control gate electrode 9a is set to H, and the potential of the bit line 11a is set to L
(Potential lower than H). Thereby, the upper electrode 8
The portion of the ferroelectric film 7a in contact with a is negatively charged, and the portion of the ferroelectric film 7a in contact with the lower electrode 6a is positively charged.
Therefore, the portion of the silicon substrate 1 below the floating gate electrode 4a is negatively charged (inverted to n-type), and a current flows between the source region 2a and the drain region 2b.

【0083】また、“0”の状態に対応する電位として
コントロールゲート電極9aの電位をLとし、ビット線
11aの電位をHとする。この場合、上部電極8aに接
する強誘電体膜7aの部分は正に帯電し、下部電極6a
に接する強誘電体膜7aの部分は負に帯電する。そのた
め、フローティングゲート電極4aの下のシリコン基板
1の部分は正に帯電し(n型に反転せず)ソース領域2
aとドレイン領域2bとの間には電流が流れない。
The potential of the control gate electrode 9a is set to L and the potential of the bit line 11a is set to H as the potential corresponding to the state of "0". In this case, the portion of the ferroelectric film 7a in contact with the upper electrode 8a is positively charged, and the lower electrode 6a
The portion of the ferroelectric film 7a in contact with is charged negatively. Therefore, the portion of the silicon substrate 1 below the floating gate electrode 4a is positively charged (not inverted to n-type) and the source region 2
No current flows between a and the drain region 2b.

【0084】また、コントロールゲート電極9aおよび
ビット線11aの電位を0としても強誘電体膜7aは分
極したままであるため、一旦“1”または“0”の状態
となれば、コントロールゲート電極9aおよびビット線
11aの電位を0としても、“1”または“0”の状態
は保たれる。
Since the ferroelectric film 7a remains polarized even when the potentials of the control gate electrode 9a and the bit line 11a are set to 0, once the state is "1" or "0", the control gate electrode 9a Even if the potential of bit line 11a is set to 0, the state of "1" or "0" is maintained.

【0085】次に消去動作について説明する。上述の
“1”の状態を消去状態とした場合には、“0”の状態
のすべてのメモリセルトランジスタに対して“1”の状
態となるようにコントロールゲート電極の電位をHと
し、ビット線の電位をLとして一括消去する。なお、非
選択メモリセルトランジスタでのディスターブを軽減す
るために非選択のコントロールゲート電極はフローティ
ングにしておく。なおメモリセルトランジスタとコント
ロールゲート電極の間に選択トランジスタを設けて2ト
ランジスタとすればディスターブの問題は解決するが、
セル面積が大きくなる。
Next, the erasing operation will be described. When the above-mentioned “1” state is set to the erase state, the potential of the control gate electrode is set to H so that all the memory cell transistors in the “0” state are set to the “1” state, and the bit line Is set to L and erased collectively. The unselected control gate electrode is left floating to reduce disturbance in the unselected memory cell transistor. If the selection transistor is provided between the memory cell transistor and the control gate electrode to provide two transistors, the problem of disturbance can be solved.
The cell area increases.

【0086】次に、読出について説明する。ビット線1
1aの電位を0Vとし、ソース領域2aに、強誘電体膜
7aに影響を与えない程度に小さな電位を与える。この
電位を変化させることによりトランジスタに流れる電流
量から“0”か“1”かを判定し読出動作とする。ソー
ス領域2aをすべてのメモリセルトランジスタで共通化
する場合にはビット線11aの電位を変化させる。この
とき、非選択のメモリセルトランジスタから電流が流れ
ないようにするため、たとえばトランジスタをp型MO
SFETとしコントロールゲート電極の電位を0Vに固
定する必要がある。
Next, reading will be described. Bit line 1
The potential of 1a is set to 0V, and a small potential is applied to the source region 2a so as not to affect the ferroelectric film 7a. By changing this potential, it is determined from the amount of current flowing through the transistor whether it is “0” or “1”, and a read operation is performed. When the source region 2a is shared by all the memory cell transistors, the potential of the bit line 11a is changed. At this time, in order to prevent a current from flowing from an unselected memory cell transistor, for example, the transistor is set to a p-type
It is necessary to fix the potential of the control gate electrode to 0 V as an SFET.

【0087】このように構成された不揮発性半導体記憶
装置においては、まず、図3で示すように、強誘電体膜
7aおよび107aの隅部77aおよび177aに沿っ
て上部電極8aおよび108aが形成されることがな
い。また、コントロールゲート電極9aもコンタクトホ
ール14aおよび114aを介して上部電極8aおよび
108a上に形成されるため、隅部に77aおよび17
7aに沿ってコントロールゲート電極9aが形成される
ことはない。そのため、この隅部77aおよび177a
において電界集中が起こらずリーク電流が発生すること
がない。また、この隅部77aおよび177aの耐圧が
低下するのを防止することができる。
In the nonvolatile semiconductor memory device thus configured, first, as shown in FIG. 3, upper electrodes 8a and 108a are formed along corners 77a and 177a of ferroelectric films 7a and 107a. Never. Further, since control gate electrode 9a is also formed on upper electrodes 8a and 108a via contact holes 14a and 114a, 77a and 17a are formed at corners.
Control gate electrode 9a is not formed along 7a. Therefore, the corners 77a and 177a
No electric field concentration occurs and no leak current occurs. In addition, it is possible to prevent the withstand voltage of the corners 77a and 177a from being reduced.

【0088】次に、図1〜図3で示す不揮発性半導体記
憶装置の製造方法について説明する。図4〜図10は、
図2で示す1つの不揮発性半導体記憶装置(メモリセル
トランジスタ60a)の製造工程を示す断面図である。
また、図11は、図10中のXI−XI線に沿って見た
断面を示す図である。
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 1 to 3 will be described. FIG. 4 to FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of one nonvolatile semiconductor memory device (memory cell transistor 60a) shown in FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a cross section viewed along line XI-XI in FIG.

【0089】図4を参照して、p型のシリコン基板1の
上に熱酸化法により熱酸化膜を形成する。熱酸化膜上に
CVD(Chemical Vapor Deposition )法によりドープ
トポリシリコンを堆積する。ドープトポリシリコン上に
レジストパターンを形成し、このレジストパターンに従
ってドープトポリシリコンと熱酸化膜とをエッチングす
ることによりフローティングゲート電極4aとゲート酸
化膜3aを形成する。フローティングゲート電極4aを
マスクとして、シリコン基板1に、たとえばリンをイオ
ン注入した後に熱処理することによりソース領域2aと
ドレイン領域2bとを形成する。フローティングゲート
電極4aを覆うようにCVD法によりシリコン酸化膜を
形成し、このシリコン酸化膜を全面エッチバックするこ
とによりサイドウォール酸化膜49を形成する。なお、
このサイドウォール酸化膜49は他の図(図2、3、5
〜11)では図示を省略している。
Referring to FIG. 4, a thermal oxide film is formed on p-type silicon substrate 1 by a thermal oxidation method. On the thermal oxide film, doped polysilicon is deposited by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. A floating gate electrode 4a and a gate oxide film 3a are formed by forming a resist pattern on the doped polysilicon and etching the doped polysilicon and the thermal oxide film according to the resist pattern. Using floating gate electrode 4a as a mask, source region 2a and drain region 2b are formed by performing a heat treatment after ion implantation of, for example, phosphorus into silicon substrate 1. A silicon oxide film is formed by a CVD method so as to cover the floating gate electrode 4a, and the silicon oxide film is entirely etched back to form a sidewall oxide film 49. In addition,
This sidewall oxide film 49 is shown in other figures (FIGS. 2, 3, and 5).
11 to 11) are not shown.

【0090】図5を参照して、シリコン基板1上にCV
D法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜13を形
成する。なお、この層間絶縁膜13を形成した後に層間
絶縁膜13の表面を平坦化してもよい。平坦化の方法と
してCMP(Chemical Mechanical Polishing )を用い
ることが考えられる。
Referring to FIG. 5, a CV
An interlayer insulating film 13 made of a silicon oxide film is formed by the method D. After the formation of the interlayer insulating film 13, the surface of the interlayer insulating film 13 may be planarized. It is conceivable to use CMP (Chemical Mechanical Polishing) as a flattening method.

【0091】層間絶縁膜13にレジストパターンを形成
し、このレジストパターンに従って層間絶縁膜13をエ
ッチングすることにより、フローティングゲート電極4
に達するコンタクトホール13aを形成する。
By forming a resist pattern on interlayer insulating film 13 and etching interlayer insulating film 13 in accordance with the resist pattern, floating gate electrode 4 is formed.
Is formed.

【0092】図6を参照して、コンタクトホール13a
を充填し、かつ層間絶縁膜13の表面を覆うようにCV
D法によりドープトポリシリコンを堆積する。このドー
プトポリシリコンを全面エッチバックすることにより、
コンタクトホール13a内にプラグ層12aを形成す
る。図7を参照して、層間絶縁膜13上にスパッタリン
グ法によりチタンとチタンナイトライドからなる複合層
31を形成する。複合層31上にスパッタリング法によ
り白金層32を形成する。白金層32上にスパッタリン
グ法によりPZT層33を形成する。PZT層33上に
スパッタリング法により白金層32を形成する。その後
PZT層33を結晶化するためRTA(Rapid Thermal
Anneal)を行なう。
Referring to FIG. 6, contact hole 13a
And CV so as to cover the surface of the interlayer insulating film 13.
A doped polysilicon is deposited by the D method. By etching back this doped polysilicon,
The plug layer 12a is formed in the contact hole 13a. Referring to FIG. 7, a composite layer 31 made of titanium and titanium nitride is formed on interlayer insulating film 13 by a sputtering method. A platinum layer 32 is formed on the composite layer 31 by a sputtering method. A PZT layer 33 is formed on the platinum layer 32 by a sputtering method. The platinum layer 32 is formed on the PZT layer 33 by a sputtering method. Thereafter, RTA (Rapid Thermal) is used to crystallize the PZT layer 33.
Anneal).

【0093】図8を参照して、白金層34上にレジスト
パターンを形成し、このレジストパターンに従って白金
層34と、PZT層33と、白金層32と、複合層31
とをエッチングして上部電極8aと強誘電体膜7aと下
部電極6aとバリア層5aとを形成する。
Referring to FIG. 8, a resist pattern is formed on platinum layer 34, and platinum layer 34, PZT layer 33, platinum layer 32 and composite layer 31 are formed in accordance with the resist pattern.
Is etched to form an upper electrode 8a, a ferroelectric film 7a, a lower electrode 6a, and a barrier layer 5a.

【0094】図9を参照して、上部電極8aを覆うよう
にCVD法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜1
4を形成する。層間絶縁膜14上にレジストパターン4
0を形成し、このレジストパターン40に従って層間絶
縁膜14をエッチングすることにより上部電極8aに達
するコンタクトホール14aを形成する。
Referring to FIG. 9, interlayer insulating film 1 made of a silicon oxide film is formed by CVD so as to cover upper electrode 8a.
4 is formed. Resist pattern 4 on interlayer insulating film 14
0 is formed, and the interlayer insulating film 14 is etched in accordance with the resist pattern 40 to form a contact hole 14a reaching the upper electrode 8a.

【0095】図10および図11を参照して、コンタク
トホール14aを充填しかつ層間絶縁膜14の表面を覆
うようにCVD法によりタングステン層を形成する。こ
のタングステン層上にレジストパターン41を形成し、
レジストパターン41に従ってタングステン層をエッチ
ングすることによりコントロールゲート電極9aを形成
する。
Referring to FIGS. 10 and 11, a tungsten layer is formed by a CVD method so as to fill contact hole 14a and cover the surface of interlayer insulating film 14. A resist pattern 41 is formed on the tungsten layer,
The control gate electrode 9a is formed by etching the tungsten layer according to the resist pattern 41.

【0096】図2を参照して、コントロールゲート電極
9aを覆うようにCVD法によりシリコン酸化膜からな
る層間絶縁膜15を形成する。層間絶縁膜15上にレジ
ストパターンを形成し、このレジストパターンに従って
層間絶縁膜15をエッチングすることによりコンタクト
ホール16を形成する。スパッタリング法によりコンタ
クトホール16の底面と層間絶縁膜15の表面にチタン
ナイトライドからなるバリア層10を形成する。バリア
層10覆いかつコンタクトホール16を充填するように
スパッタリング法によりアルミニウムからなるビット線
16を形成してメモリセルトランジスタ60aが完成す
る。
Referring to FIG. 2, an interlayer insulating film 15 made of a silicon oxide film is formed by a CVD method so as to cover control gate electrode 9a. A resist pattern is formed on interlayer insulating film 15 and contact hole 16 is formed by etching interlayer insulating film 15 in accordance with the resist pattern. The barrier layer 10 made of titanium nitride is formed on the bottom surface of the contact hole 16 and the surface of the interlayer insulating film 15 by a sputtering method. A bit line 16 made of aluminum is formed by a sputtering method so as to cover the barrier layer 10 and fill the contact hole 16, thereby completing the memory cell transistor 60a.

【0097】このような製造工程に従って製造される不
揮発性半導体記憶装置においては、まず、図4で示す工
程においてソース領域2aおよびドレイン領域2bを形
成する際に熱処理を行なうが、この熱処理の際には強誘
電体膜は形成されていない。そのため、強誘電体膜が熱
処理により劣化することがない。
In the non-volatile semiconductor memory device manufactured according to such a manufacturing process, first, a heat treatment is performed when forming source region 2a and drain region 2b in the process shown in FIG. No ferroelectric film is formed. Therefore, the ferroelectric film does not deteriorate due to the heat treatment.

【0098】また、図8で示す工程において、PZT層
33をエッチングして強誘電体膜7aを形成する。この
際には、シリコン基板1の表面には層間絶縁膜13で覆
われているため、PZT層32を構成する鉛やジルコニ
ウムが飛び散ったとしても、鉛やジルコニウムはシリコ
ン基板1の表面に達することがない。そのため、シリコ
ン基板1が汚染されるのを防止することができる。
In the step shown in FIG. 8, the PZT layer 33 is etched to form the ferroelectric film 7a. At this time, since the surface of the silicon substrate 1 is covered with the interlayer insulating film 13, even if lead or zirconium constituting the PZT layer 32 scatters, the lead or zirconium does not reach the surface of the silicon substrate 1. There is no. Therefore, contamination of the silicon substrate 1 can be prevented.

【0099】また、図8で示すように、1つの工程で同
一と平面積の上部電極8a、強誘電体膜7a、下部電極
6aおよびバリア層5aを形成するので、強誘電体膜7
aと上部電極8aの界面に段差が存在しない。すなわ
ち、強誘電体膜7aの隅部に沿うように上部電極8aが
形成されない。また、メモリセルトランジスタ60aの
セル面積を小さくでき、さらに、1枚のマスクで上部電
極8a、強誘電体膜7a、下部電極6およびバリア層5
を形成できる。
As shown in FIG. 8, the upper electrode 8a, the ferroelectric film 7a, the lower electrode 6a, and the barrier layer 5a having the same flat area are formed in one step.
There is no step at the interface between a and the upper electrode 8a. That is, the upper electrode 8a is not formed along the corner of the ferroelectric film 7a. In addition, the cell area of the memory cell transistor 60a can be reduced, and the upper electrode 8a, the ferroelectric film 7a, the lower electrode 6, and the barrier
Can be formed.

【0100】(実施の形態2)図12は、この発明の実
施の形態2に従った不揮発性半導体記憶装置の平面図で
ある。図12を参照して、シリコン基板上にソース領域
202a、202cおよび202eが一方向に延びるよ
うに形成されている。複数のソース領域202a、20
2cおよび202eの間に分離酸化膜222が形成され
ている。ソース領域202a、202cおよび202e
の延びる方向と直交する方向に複数のビット線211
a、211bおよび211cが形成されている。ビット
線211a、211bおよび211cは、それぞれ、コ
ンタクトホール213a、213b、313a、313
b、413aおよび413bによりシリコン基板に電気
的に接続されている。
(Second Embodiment) FIG. 12 is a plan view of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12, source regions 202a, 202c and 202e are formed on a silicon substrate so as to extend in one direction. A plurality of source regions 202a, 20
An isolation oxide film 222 is formed between 2c and 202e. Source regions 202a, 202c and 202e
Bit lines 211 in a direction orthogonal to the direction in which
a, 211b and 211c are formed. The bit lines 211a, 211b and 211c are connected to contact holes 213a, 213b, 313a and 313, respectively.
b, 413a and 413b are electrically connected to the silicon substrate.

【0101】ビット線211a、211bおよび211
cの延びる方向と直交する方向に延びるように互いに距
離を隔てて複数のコントロールゲート電極(ワード線)
209a、209b、209cおよび209dが形成さ
れている。図12中の右上端の斜線で囲んだ部分にフロ
ーティングゲート電極204aが形成されている。フロ
ーティングゲート電極204aは下部電極(図12では
示さず)にコンタクトホール214aにより電気的に接
続されている。
Bit lines 211a, 211b and 211
a plurality of control gate electrodes (word lines) spaced apart from each other so as to extend in a direction perpendicular to the direction in which c extends
209a, 209b, 209c and 209d are formed. The floating gate electrode 204a is formed in a portion surrounded by oblique lines at the upper right end in FIG. The floating gate electrode 204a is electrically connected to a lower electrode (not shown in FIG. 12) through a contact hole 214a.

【0102】なお、他のフローティングゲート電極と下
部電極もそれぞれコンタクトホール214b、214
c、214d、314a、314b、314c、314
d、414a、414b、414cおよび414dによ
り電気的に接続されている。
Note that the other floating gate electrode and lower electrode also have contact holes 214b and 214, respectively.
c, 214d, 314a, 314b, 314c, 314
d, 414a, 414b, 414c and 414d.

【0103】コントロールゲート電極209bが設けら
れる領域において斜線で囲んだ部分にバリア層205
b、下部電極206b、誘電体膜207bおよび上部電
極208bが形成されている。バリア層205aと下部
電極206bと強誘電体膜207bと上部電極208b
の平面積はほぼ同一である。他の部分でもこれらの平面
積が等しい。
In the region where the control gate electrode 209b is provided, the barrier layer 205
b, a lower electrode 206b, a dielectric film 207b, and an upper electrode 208b. Barrier layer 205a, lower electrode 206b, ferroelectric film 207b, and upper electrode 208b
Have almost the same plane area. The other areas have the same plane area.

【0104】コントロールゲート電極209bと上部電
極208bとはコンタクトホール215bにより電気的
に接続されている。他の部分においても、コントロール
ゲート電極209a、209b、209cおよび209
dと上部電極とはコンタクトホール215a、215
c、215d、315a、315b、315c、315
d、415a、415b、415cおよび415dによ
り電気的に接続されている。これらのコンタクトホール
が形成される領域に不揮発性のメモリセルトランジスタ
260a、260b、260c、260d、360a、
360b、360c、360d、460a、460b、
460cおよび460dが形成されている。
The control gate electrode 209b and the upper electrode 208b are electrically connected by a contact hole 215b. In other parts, control gate electrodes 209a, 209b, 209c and 209
d and the upper electrode are in contact holes 215a, 215
c, 215d, 315a, 315b, 315c, 315
d, 415a, 415b, 415c, and 415d. In the regions where these contact holes are formed, the nonvolatile memory cell transistors 260a, 260b, 260c, 260d, 360a,
360b, 360c, 360d, 460a, 460b,
460c and 460d are formed.

【0105】図13は、図12中のXIII−XIII
線に沿って見た断面図である。図13を参照して、半導
体基板としてのp型のシリコン基板201の表面の部分
にn型の不純物領域であるソース領域202a、202
cおよび202eとドレイン領域202bおよび202
dが互いに距離を隔てて形成されている。
FIG. 13 is a sectional view taken along the line XIII-XIII in FIG.
It is sectional drawing seen along the line. Referring to FIG. 13, source regions 202a and 202, which are n-type impurity regions, are provided on a surface portion of a p-type silicon substrate 201 as a semiconductor substrate.
c and 202e and drain regions 202b and 202
d are formed at a distance from each other.

【0106】シリコン基板201aの表面にゲート酸化
膜203a、203b、203cおよび203dを介在
させてフローティングゲート電極204a、204b、
204cおよび204dが形成されている。フローティ
ングゲート電極204a、204b、204cおよび2
04dを覆うように層間絶縁膜213が形成されてい
る。層間絶縁膜213には、ドレイン領域202bおよ
び202dに達するコンタクトホール213aおよび2
13bが形成されている。コンタクトホール213aお
よび213bを充填してドレイン領域に電気的に接続す
るように層間絶縁膜213上にポリサイドからなる配線
層としてのビット線211aおよび211bが形成され
ている。
Floating gate electrodes 204a, 204b, 204a, 204b, 203c, and 203d are interposed on the surface of silicon substrate 201a.
204c and 204d are formed. Floating gate electrodes 204a, 204b, 204c and 2
An interlayer insulating film 213 is formed so as to cover 04d. Contact holes 213a and 213 reaching drain regions 202b and 202d are formed in interlayer insulating film 213.
13b is formed. Bit lines 211a and 211b as wiring layers made of polycide are formed on interlayer insulating film 213 so as to fill contact holes 213a and 213b and electrically connect to drain regions.

【0107】層間絶縁膜213上に層間絶縁膜214が
形成されている。層間絶縁膜214および213には、
フローティングゲート電極204a、204b、204
cおよび204dに達するコンタクトホール214a、
214b、214cおよび214dが形成されている。
コンタクトホール214a、214b、214cおよび
214dを充填するようにドープトポリシリコンからな
るプラグ層212a、212b、212cおよび212
dが形成されている。
An interlayer insulating film 214 is formed on the interlayer insulating film 213. In the interlayer insulating films 214 and 213,
Floating gate electrodes 204a, 204b, 204
c and contact holes 214a reaching 204d,
214b, 214c and 214d are formed.
Plug layers 212a, 212b, 212c and 212 made of doped polysilicon to fill contact holes 214a, 214b, 214c and 214d.
d is formed.

【0108】プラグ層212a、212b、212cお
よび212dに接するように層間絶縁膜214上にチタ
ンとチタンナイトライドの2層構造のバリア層205
a、205b、205cおよび205dが形成されてお
り、この上に積層されるように、白金からなる下部電極
206a、206b、206c、206dと、PZTか
らなる強誘電体膜207a、207b、207c、20
7dと、白金からなる上部電極208a、208b、2
08c、208dが形成されている。
The barrier layer 205 having a two-layer structure of titanium and titanium nitride is formed on the interlayer insulating film 214 so as to be in contact with the plug layers 212a, 212b, 212c and 212d.
a, 205b, 205c, and 205d are formed, and the lower electrodes 206a, 206b, 206c, and 206d made of platinum and the ferroelectric films 207a, 207b, 207c, and 20 made of PZT are stacked thereon.
7d and upper electrodes 208a, 208b, 2 made of platinum.
08c and 208d are formed.

【0109】下部電極層206a、強誘電体膜207
a、上部電極208aがキャパシタ250aを構成し、
同様に他の下部電極206b〜206d、強誘電体膜2
07b〜207dおよび上部電極208b〜208dも
キャパシタ250b、250cおよび250dを構成す
る。
Lower electrode layer 206a, ferroelectric film 207
a, the upper electrode 208a constitutes the capacitor 250a,
Similarly, the other lower electrodes 206b to 206d, the ferroelectric film 2
07b to 207d and upper electrodes 208b to 208d also form capacitors 250b, 250c and 250d.

【0110】キャパシタ250a、250b、250c
および250dを覆うようにシリコン酸化膜からなる層
間絶縁膜215が形成されている。層間絶縁膜215に
は上部電極208a、208b、208cおよび208
dに達するコンタクトホール215a、215b、21
5cおよび215dが形成されている。
Capacitors 250a, 250b, 250c
And an interlayer insulating film 215 made of a silicon oxide film so as to cover 250d. The upper electrodes 208a, 208b, 208c and 208 are provided on the interlayer insulating film 215.
d, contact holes 215a, 215b, 21
5c and 215d are formed.

【0111】コンタクトホール215a、215b、2
15cおよび215dの底面と層間絶縁膜215の表面
にチタンナイトライドからなるバリア層210が形成さ
れている。コンタクトホール215a、215b、21
5cおよび215dを充填するように層間絶縁膜215
上にタングステンからなるコントロールゲート電極20
9a、209b、209cおよび209dが形成されて
いる。
Contact holes 215a, 215b, 2
A barrier layer 210 made of titanium nitride is formed on the bottom surfaces of the layers 15c and 215d and on the surface of the interlayer insulating film 215. Contact holes 215a, 215b, 21
5c and 215d to fill the interlayer insulating film 215
Control gate electrode 20 made of tungsten on top
9a, 209b, 209c and 209d are formed.

【0112】1対のソース領域202aおよびドレイン
領域202bと、フローティングゲート204aと、プ
ラグ層212aと、バリア層205aと、キャパシタ2
50aと、コントロールゲート電極209aとがメモリ
セルトランジスタ260aを構成する。
A pair of source region 202a and drain region 202b, floating gate 204a, plug layer 212a, barrier layer 205a, and capacitor 2
50a and control gate electrode 209a form memory cell transistor 260a.

【0113】1対のソース領域202cおよびドレイン
領域202bと、フローティングゲート電極204b
と、プラグ層212bと、バリア層205bと、キャパ
シタ250bと、コントロールゲート電極209bとが
メモリセルトランジスタ260bを構成する。
A pair of source region 202c and drain region 202b and floating gate electrode 204b
, Plug layer 212b, barrier layer 205b, capacitor 250b, and control gate electrode 209b constitute memory cell transistor 260b.

【0114】1対のソース領域202cおよびドレイン
領域202dと、フローティングゲート電極204c
と、プラグ層212cと、バリア層205cと、キャパ
シタ250cと、コントロールゲート電極209cとが
メモリセルトランジスタ260cを構成する。
A pair of source region 202c and drain region 202d and floating gate electrode 204c
, Plug layer 212c, barrier layer 205c, capacitor 250c, and control gate electrode 209c constitute memory cell transistor 260c.

【0115】1対のソース領域202eおよびドレイン
領域202dと、フローティングゲート電極204d
と、プラグ層212dと、バリア層205dと、キャパ
シタ250dと、コントロールゲート電極209dとが
メモリセルトランジスタ260dを構成する。
A pair of source region 202e and drain region 202d and floating gate electrode 204d
, Plug layer 212d, barrier layer 205d, capacitor 250d, and control gate electrode 209d constitute memory cell transistor 260d.

【0116】図14は、図12中のXIV−XIV線に
沿って見た断面を示す図である。図14を参照して、シ
リコン基板201の表面に互いに距離を隔てて分離酸化
膜222が形成されている。分離酸化膜222の間には
ゲート酸化膜203および303を介在させてフローテ
ィングゲート電極204aおよび304aが形成されて
いる。フローティングゲート電極204aおよび304
aを覆うようにシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜21
3が形成されている。
FIG. 14 is a diagram showing a cross section viewed along line XIV-XIV in FIG. Referring to FIG. 14, isolation oxide films 222 are formed on the surface of silicon substrate 201 at a distance from each other. Floating gate electrodes 204a and 304a are formed between isolation oxide films 222 with gate oxide films 203 and 303 interposed. Floating gate electrodes 204a and 304
a interlayer insulating film 21 made of a silicon oxide film so as to cover
3 are formed.

【0117】層間絶縁膜213の表面にはビット線21
1aおよび211bが形成されている。ビット線211
aおよび211bを覆うように層間絶縁膜213上にシ
リコン酸化膜からなる層間絶縁膜214が形成されてい
る。層間絶縁膜214および213には、フローティン
グゲート電極204aおよび304aに達するコンタク
トホール214aおよび314aが形成されている。コ
ンタクトホール214aおよび314aを充填するよう
にドープトポリシリコンからなるプラグ層212aおよ
び312aが形成されている。
The bit line 21 is formed on the surface of the interlayer insulating film 213.
1a and 211b are formed. Bit line 211
An interlayer insulating film 214 made of a silicon oxide film is formed on interlayer insulating film 213 so as to cover a and 211b. In the interlayer insulating films 214 and 213, contact holes 214a and 314a reaching the floating gate electrodes 204a and 304a are formed. Plug layers 212a and 312a made of doped polysilicon are formed to fill contact holes 214a and 314a.

【0118】プラグ層212aおよび312aに接する
ように層間絶縁膜214上にチタンとチタンナイトライ
ドの2層構造のバリア層205aおよび305aが形成
されている。バリア層205aおよび305a上には白
金からなる上部電極206aおよび306aと、PZT
からなる強誘電体膜207aおよび307aと、白金か
らなる上部電極208aおよび308aが積層されてい
る。下部電極306aと強誘電体膜307aと上部電極
308aとがキャパシタ350aを構成する。
Barrier layers 205a and 305a having a two-layer structure of titanium and titanium nitride are formed on interlayer insulating film 214 so as to be in contact with plug layers 212a and 312a. On the barrier layers 205a and 305a, upper electrodes 206a and 306a made of platinum and PZT
Ferroelectric films 207a and 307a made of and upper electrodes 208a and 308a made of platinum are laminated. The lower electrode 306a, the ferroelectric film 307a, and the upper electrode 308a form a capacitor 350a.

【0119】キャパシタ250aおよび350aを覆う
ようにシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜215が層間
絶縁膜214上に形成されている。層間絶縁膜215に
は上部電極208aおよび308aに達するコンタクト
ホール215aおよび315aが形成されている。コン
タクトホール215aおよび315aの底面と層間絶縁
膜215の表面にはチタンナイトライドからなるバリア
層210が形成されている。コンタクトホール215a
および315aを充填するように層間絶縁膜215上に
タングステンからなるコントロールゲート電極209a
が形成されている。
An interlayer insulating film 215 made of a silicon oxide film is formed on interlayer insulating film 214 so as to cover capacitors 250a and 350a. In the interlayer insulating film 215, contact holes 215a and 315a reaching the upper electrodes 208a and 308a are formed. A barrier layer 210 made of titanium nitride is formed on the bottom surfaces of the contact holes 215a and 315a and on the surface of the interlayer insulating film 215. Contact hole 215a
Control gate electrode 209a made of tungsten on interlayer insulating film 215 so as to fill
Are formed.

【0120】このように構成された不揮発性半導体記憶
装置においては、図14より、強誘電体膜207aおよ
び307aの隅部277aおよび377aにおいて、こ
の隅部に沿うように上部電極208aおよび308aが
形成されることはない。また、コントロールゲート電極
209aもコンタクトホール215aおよび315aと
バリア層210を介して上部電極208aと接触するた
め、コントロールゲート電極209aも隅部277aお
よび377aに沿うように形成されることがない。その
ため、隅部277aおよび377aでのリーク電流の発
生を防止することができる。また、隅部277aおよび
377aでの耐圧が低下するのを防止することができ
る。
In the nonvolatile semiconductor memory device thus configured, upper electrodes 208a and 308a are formed along corners 277a and 377a of ferroelectric films 207a and 307a, as shown in FIG. It will not be done. Further, since control gate electrode 209a also contacts upper electrode 208a via contact holes 215a and 315a and barrier layer 210, control gate electrode 209a is not formed along corners 277a and 377a. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a leak current at the corners 277a and 377a. Further, it is possible to prevent the breakdown voltage at the corners 277a and 377a from being reduced.

【0121】次に、図12〜図14で示す不揮発性半導
体記憶装置の製造方法について説明する。図15〜図1
8は図13で示す1つの不揮発性半導体記憶装置(メモ
リセルトランジスタ260)の製造工程を示す断面図で
ある。図15を参照して、p型のシリコン基板201上
に熱酸化膜を形成し、この熱酸化膜上にCVD法により
ドープトポリシリコンを形成する。ドープトポリシリコ
ン上にレジストパターンを形成し、このレジストパター
ンに従ってドープトポリシリコンと熱酸化膜とをエッチ
ングすることにより、ゲート酸化膜203aとフローテ
ィングゲート電極204aとを形成する。
Next, a method of manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 12 to 14 will be described. 15 to 1
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of one nonvolatile semiconductor memory device (memory cell transistor 260) shown in FIG. Referring to FIG. 15, a thermal oxide film is formed on a p-type silicon substrate 201, and doped polysilicon is formed on the thermal oxide film by a CVD method. A resist pattern is formed on the doped polysilicon, and the doped polysilicon and the thermal oxide film are etched according to the resist pattern to form a gate oxide film 203a and a floating gate electrode 204a.

【0122】フローティングゲート電極204aをマス
クとしてシリコン基板201に、たとえばリンなどのn
型の不純物イオンを注入して熱処理することにより、ソ
ース領域202aとドレイン領域202bとを形成す
る。その後フローティングゲート電極204aを覆うよ
うにCVD法によりシリコン酸化膜を形成し、このシリ
コン酸化膜を全面エッチバックすることによりフローテ
ィングゲート電極204aの側壁にサイドウォール酸化
膜(図示せず)を形成する。
Using the floating gate electrode 204a as a mask, an n
A source region 202a and a drain region 202b are formed by implanting impurity ions of a mold and performing a heat treatment. Thereafter, a silicon oxide film is formed by a CVD method so as to cover the floating gate electrode 204a, and the silicon oxide film is entirely etched back to form a sidewall oxide film (not shown) on the side wall of the floating gate electrode 204a.

【0123】フローティングゲート電極204aを覆う
ようにCVD法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁
膜213を形成する。層間絶縁膜213上にレジストパ
ターンを形成し、このレジストパターンに従って層間絶
縁膜213をエッチングすることによりドレイン領域2
02bに達するコンタクトホール213aを形成する。
コンタクトホール213aを充填するようにCVD法と
スパッタリング法によりポリサイド240を形成する。
An interlayer insulating film 213 made of a silicon oxide film is formed by a CVD method so as to cover floating gate electrode 204a. By forming a resist pattern on the interlayer insulating film 213 and etching the interlayer insulating film 213 according to the resist pattern, the drain region 2 is formed.
A contact hole 213a reaching 02b is formed.
A polycide 240 is formed by a CVD method and a sputtering method so as to fill the contact hole 213a.

【0124】図16を参照して、ポリサイド240上に
レジストパターンを形成し、このレジストパターンに従
ってポリサイド240をエッチングすることにより、ビ
ット線211aを形成する。ビット線211aを覆うよ
うに層間絶縁膜213上にシリコン酸化膜からなる層間
絶縁膜214をCVD法により形成する。層間絶縁膜2
14上にレジストパターン340を形成する。レジスト
パターン340に従って層間絶縁膜214および213
をエッチングすることにより、フローティングゲート電
極204aに達するコンタクトホール214aを形成す
る。
Referring to FIG. 16, a resist pattern is formed on polycide 240, and bit line 211a is formed by etching polycide 240 in accordance with the resist pattern. An interlayer insulating film 214 made of a silicon oxide film is formed on the interlayer insulating film 213 by a CVD method so as to cover the bit line 211a. Interlayer insulating film 2
A resist pattern 340 is formed on 14. According to resist pattern 340, interlayer insulating films 214 and 213
Is etched to form a contact hole 214a reaching the floating gate electrode 204a.

【0125】図17を参照して、コンタクトホール21
4aを充填しかつ層間絶縁膜214を覆うようにCVD
法によりドープトポリシリコンを形成する。このドープ
トポリシリコンを全面エッチバックすることによりコン
タクトホール214aを充填するプラグ層212aを形
成する。
Referring to FIG. 17, contact hole 21
4a and cover the interlayer insulating film 214 by CVD.
A doped polysilicon is formed by a method. By etching back the entire surface of the doped polysilicon, a plug layer 212a filling the contact hole 214a is formed.

【0126】図18を参照して、層間絶縁膜214上に
チタンとチタンナイトライドからなる複合層をスパッタ
リング法により形成する。この複合層上にスパッタリン
グ法により白金層を形成する。この白金層上にスパッタ
リング法によりPZT層を形成する。PZT層上にスパ
ッタリング法により白金層を形成する。PZT層を結晶
化するためRTAを行なう。この白金層上にレジストパ
ターンを形成し、このレジストパターンに従って白金
層、PZT層、白金層および複合層をエッチングするこ
とにより、上部電極208a、強誘電体膜207a、下
部電極206aおよびバリア層205aを形成する。
Referring to FIG. 18, a composite layer made of titanium and titanium nitride is formed on interlayer insulating film 214 by a sputtering method. A platinum layer is formed on the composite layer by a sputtering method. A PZT layer is formed on the platinum layer by a sputtering method. A platinum layer is formed on the PZT layer by a sputtering method. RTA is performed to crystallize the PZT layer. A resist pattern is formed on the platinum layer, and the platinum layer, the PZT layer, the platinum layer, and the composite layer are etched according to the resist pattern to form the upper electrode 208a, the ferroelectric film 207a, the lower electrode 206a, and the barrier layer 205a. Form.

【0127】図13を参照して、上部電極208aを覆
うようにCVD法によりシリコン酸化膜からなる層間絶
縁膜215を形成する。層間絶縁膜215上にレジスト
パターンを形成し、このレジストパターンに従って層間
絶縁膜215をエッチングすることにより上部電極20
8aに達するコンタクトホール215aを形成する。コ
ンタクトホール215aの底面と層間絶縁膜215aの
表面にスパッタリング法によりチタンナイトライドから
なるバリア層210を形成する。
Referring to FIG. 13, an interlayer insulating film 215 made of a silicon oxide film is formed by CVD so as to cover upper electrode 208a. A resist pattern is formed on interlayer insulating film 215, and interlayer insulating film 215 is etched in accordance with the resist pattern to form upper electrode 20.
A contact hole 215a reaching 8a is formed. A barrier layer 210 made of titanium nitride is formed on the bottom surface of the contact hole 215a and the surface of the interlayer insulating film 215a by a sputtering method.

【0128】コンタクトホール215aを充填するよう
にCVD法によりタングステンを形成し、このタングス
テン上にレジストパターンを形成する。レジストパター
ンに従ってタングステンをエッチングすることによりコ
ントロールゲート電極209aを形成してメモリセルト
ランジスタ260aが完成する。
Tungsten is formed by the CVD method so as to fill the contact hole 215a, and a resist pattern is formed on the tungsten. The control gate electrode 209a is formed by etching tungsten according to the resist pattern, and the memory cell transistor 260a is completed.

【0129】このような工程によって製造されるメモリ
セルトランジスタは、まず、図15で示す工程におい
て、ソース領域202aおよびドレイン領域202bを
形成する際に熱処理を行なうが、この熱処理の際には強
誘電体膜は形成されていない。そのため、強誘電体膜が
熱処理時の熱により劣化することがない。また、図18
で示すように、PZT膜をエッチングして強誘電体膜を
形成する際にはシリコン基板201は層間絶縁膜213
および214で覆われている。そのため、エッチングの
際にPZT膜を構成する鉛などがシリコン基板201の
表面に達することがなくシリコン基板201が汚染され
るのを防止することができる。
In the memory cell transistor manufactured by such a process, first, in the process shown in FIG. 15, heat treatment is performed when forming source region 202a and drain region 202b. No body membrane is formed. Therefore, the ferroelectric film does not deteriorate due to heat during the heat treatment. FIG.
As shown in the figure, when the PZT film is etched to form a ferroelectric film, the silicon substrate 201 is
And 214. Therefore, contamination of the silicon substrate 201 can be prevented without lead and the like constituting the PZT film reaching the surface of the silicon substrate 201 during etching.

【0130】また、図18で示すように、バリア層20
5a、下部電極206a、強誘電体膜207aおよび上
部電極208aを1つの工程で製造するため、強誘電体
膜207aと上部と電極208aの界面での段差が形成
されない。すなわち、上部電極208aは強誘電体膜2
07aの隅部に沿うようには形成されない。また、メモ
リセルトランジスタ260aのセル面積を小さくするこ
とができ、さらに、1枚のマスクで上部電極208aと
強誘電体膜207aと下部電極206aとバリア層20
5aを形成することができる。
Further, as shown in FIG.
Since the lower electrode 5a, the lower electrode 206a, the ferroelectric film 207a, and the upper electrode 208a are manufactured in one process, no step is formed at the interface between the ferroelectric film 207a, the upper portion, and the electrode 208a. That is, the upper electrode 208a is
It is not formed along the corner of 07a. Further, the cell area of the memory cell transistor 260a can be reduced, and the upper electrode 208a, the ferroelectric film 207a, the lower electrode 206a, and the barrier layer 20 can be formed with one mask.
5a can be formed.

【0131】また、実施の形態1および2で示した不揮
発性半導体記憶装置の製造方法においては、以下のよう
な効果もある。すなわち、実施の形態1の図4で示すソ
ース領域2aとドレイン領域2bとゲート酸化膜3aと
フローティングゲート電極4aを形成する工程や、実施
の形態2の図15で示すソース領域2aとドレイン領域
2bとゲート酸化膜203aとフローティングゲート電
極204aとを形成するのと同時に、周辺回路において
も、ソースおよびドレイン領域とゲート酸化膜とゲート
電極からなるトランジスタを形成することがある。
The method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device shown in the first and second embodiments also has the following effects. That is, the step of forming the source region 2a, the drain region 2b, the gate oxide film 3a, and the floating gate electrode 4a shown in FIG. 4 of the first embodiment and the step of forming the source region 2a and the drain region 2b shown in FIG. And a gate oxide film 203a and a floating gate electrode 204a, a transistor including a source and drain region, a gate oxide film and a gate electrode may be formed in a peripheral circuit.

【0132】ここで、強誘電体膜を製造するプロセス
は、周辺回路のトランジスタを製造するプロセスと異な
るので、従来のように、フローティングゲート電極と強
誘電体膜とを連続して製造するようなプロセスを採用す
ると、周辺回路のトランジスタの製造プロセスにより、
強誘電体膜の製造プロセスの条件が制約を受ける。しか
しながら、本発明では、フローティングゲート電極20
4aや周辺回路のトランジスタのゲート電極も層間絶縁
膜213で覆うことができるため、強誘電体膜を製造す
るプロセスが、プロセス条件の制約を受けることがな
い。
Here, the process of manufacturing a ferroelectric film is different from the process of manufacturing a transistor of a peripheral circuit. Therefore, as in the conventional case, a process of continuously manufacturing a floating gate electrode and a ferroelectric film is performed. When the process is adopted, the transistor manufacturing process of the peripheral circuit
The conditions of the manufacturing process of the ferroelectric film are restricted. However, in the present invention, the floating gate electrode 20
Since the gate electrode of the transistor 4a and the peripheral circuit can also be covered with the interlayer insulating film 213, the process for manufacturing the ferroelectric film is not restricted by the process conditions.

【0133】また、強誘電体膜を製造するプロセスは周
辺回路を製造するプロセスとは違うが、このように、周
辺回路を層間絶縁膜213で覆った後に強誘電体膜を形
成するため、容易に強誘電体膜を製造することができ
る。そのため、プロセスの汎用性が向上する。
Although the process for manufacturing a ferroelectric film is different from the process for manufacturing a peripheral circuit, since the ferroelectric film is formed after the peripheral circuit is covered with the interlayer insulating film 213, the process is easy. A ferroelectric film can be manufactured. Therefore, the versatility of the process is improved.

【0134】さらに、不揮発性半導体記憶装置におい
て、ディスターブ対策として、ビット線を主ビット線と
副ビット線に分けることがある。このような場合、ビッ
ト線11a、11b、211a、211bおよび211
cを主ビット線または副ビット線のいずれかとすること
も可能である。
Further, in a nonvolatile semiconductor memory device, a bit line may be divided into a main bit line and a sub bit line as a measure against disturbance. In such a case, the bit lines 11a, 11b, 211a, 211b and 211
It is also possible for c to be either a main bit line or a sub-bit line.

【0135】以上、この発明の実施の形態について説明
したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形する
ことが可能である。まず、コントロールゲート電極やビ
ット線の材質は必要に応じて変更することができる。ま
た、強誘電体膜を構成する材料としてもPZTだけでな
くPLZTなどを用いることができる。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the embodiment shown here can be variously modified. First, the material of the control gate electrode and the bit line can be changed as needed. Further, as a material forming the ferroelectric film, not only PZT but also PLZT can be used.

【0136】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

【0137】[0137]

【発明の効果】請求項1、2および4に記載の発明に従
えば、半導体基板の表面が汚染されずかつ強誘電体膜が
劣化しない不揮発性半導体記憶装置を提供することがで
きる。
According to the first, second and fourth aspects of the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which the surface of the semiconductor substrate is not contaminated and the ferroelectric film is not deteriorated.

【0138】請求項3および5に記載の発明に従えば、
強誘電体膜の隅部でリーク電流が発生するのを抑制でき
る不揮発性半導体記憶装置を提供できる。
According to the third and fifth aspects of the present invention,
It is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device capable of suppressing generation of a leak current at a corner of a ferroelectric film.

【0139】請求項6〜8に記載の発明に従えば、さら
に別の配線層を有する不揮発性半導体記憶装置を提供で
きる。
According to the present invention, a nonvolatile semiconductor memory device having another wiring layer can be provided.

【0140】請求項9に記載の発明に従えば、フローテ
ィングゲート電極を構成する材料と下部電極を構成する
材料との拡散を抑制できる不揮発性半導体記憶装置を提
供できる。
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device capable of suppressing the diffusion of the material forming the floating gate electrode and the material forming the lower electrode.

【0141】請求項10に記載の発明に従えば、平面積
の小さな不揮発性半導体記憶装置を提供できる。
According to the tenth aspect of the present invention, a nonvolatile semiconductor memory device having a small plane area can be provided.

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

【図1】 この発明の実施の形態1に従った不揮発性半
導体記憶装置の平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1中のII−II線に沿って見た断面を示
す図である。
FIG. 2 is a view showing a cross section viewed along the line II-II in FIG. 1;

【図3】 図1中のIII−III線に沿って見た断面
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a cross section viewed along line III-III in FIG. 1;

【図4】 図2で示す1つのメモリセルトランジスタの
製造方法の第1工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG. 2;

【図5】 図2で示す1つのメモリセルトランジスタの
製造方法の第2工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a second step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG. 2;

【図6】 図2で示す1つのメモリセルトランジスタの
製造方法の第3工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG. 2;

【図7】 図2で示す1つのメモリセルトランジスタの
製造方法の第4工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG. 2;

【図8】 図2で示す1つのメモリセルトランジスタの
製造方法の第5工程を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG. 2;

【図9】 図2で示す1つのメモリセルトランジスタの
製造方法の第6工程を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG. 2;

【図10】 図2で示す1つのメモリセルトランジスタ
の製造方法の第7工程を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG. 2;

【図11】 図10中のXI−XI線に沿って見た断面
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a cross section viewed along line XI-XI in FIG. 10;

【図12】 この発明の実施の形態2に従った不揮発性
半導体記憶装置の平面図である。
FIG. 12 is a plan view of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図13】 図12中のXIII−XIII線に沿って
見た断面を示す図である。
FIG. 13 is a view showing a cross section viewed along line XIII-XIII in FIG. 12;

【図14】 図12中のXIV−XIV線に沿って見た
断面を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a cross section viewed along line XIV-XIV in FIG. 12;

【図15】 図13で示す1つのメモリセルトランジス
タの製造方法の第1工程を示す断面図である。
15 is a cross-sectional view showing a first step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG.

【図16】 図13で示す1つのメモリセルトランジス
タの製造方法の第2工程を示す断面図である。
16 is a cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG.

【図17】 図13で示す1つのメモリセルトランジス
タの製造方法の第3工程を示す断面図である。
17 is a cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG.

【図18】 図13で示す1つのメモリセルトランジス
タの製造方法の第4工程を示す断面図である。
18 is a cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing one memory cell transistor shown in FIG.

【図19】 従来の不揮発性半導体記憶装置の平面図で
ある。
FIG. 19 is a plan view of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図20】 図19中のXX−XX線に沿って見た断面
図を示す図である。
20 is a diagram showing a cross-sectional view taken along line XX-XX in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,201 シリコン基板、3a,3b,3c,203
a,203b,203c,203d ゲート酸化膜、4
a,4b,4c,104a,204a,204b,20
4c,204d,304a フローティングゲート電
極、6a,6b,6c,106a,206a,206
b,206c,206d,306a 下部電極、7a,
7b,7c,107a,207a,207b,207
c,207d,307a 強誘電体膜、8a,8b,8
c,108a,208a,208b,208c,208
d,308a 上部電極、9a,9b,9c,109
a,209a,209b,209c,209d,309
a コントロールゲート電極、60a,60b,60
c,160a,260a,260b,260c,260
d,360a メモリセルトランジスタ。
1,201 silicon substrate, 3a, 3b, 3c, 203
a, 203b, 203c, 203d Gate oxide film, 4
a, 4b, 4c, 104a, 204a, 204b, 20
4c, 204d, 304a Floating gate electrode, 6a, 6b, 6c, 106a, 206a, 206
b, 206c, 206d, 306a Lower electrode, 7a,
7b, 7c, 107a, 207a, 207b, 207
c, 207d, 307a Ferroelectric film, 8a, 8b, 8
c, 108a, 208a, 208b, 208c, 208
d, 308a Upper electrode, 9a, 9b, 9c, 109
a, 209a, 209b, 209c, 209d, 309
a Control gate electrode, 60a, 60b, 60
c, 160a, 260a, 260b, 260c, 260
d, 360a Memory cell transistor.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介在させ
てフローティングゲート電極を形成する工程と、 前記フローティングゲート電極をマスクとして前記半導
体基板に不純物イオンを注入した後に熱処理することに
より、前記フローティングゲート電極の両側の前記半導
体基板の部分に互いに距離を隔てて1対のソースおよび
ドレイン領域を形成する工程と、 前記フローティングゲート電極と前記1対のソースおよ
びドレイン領域が形成された前記半導体基板とを覆う層
間絶縁膜を形成する工程と、 前記フローティングゲート電極に達する孔を前記層間絶
縁膜に形成する工程と、 前記孔を介して前記フローティングゲート電極に電気的
に接続される第1導電膜を形成する工程と、 前記第1導電膜上に接触するように強誘電体膜を形成す
る工程と、 前記強誘電体膜上に接触するように第2導電膜を形成す
る工程と、 前記第2導電膜と前記強誘電体膜と前記第1導電膜と
を、所定のパターンを有するマスクに従ってエッチング
することにより、前記孔を介して前記フローティングゲ
ート電極に電気的に接続される下部電極と、前記下部電
極上に接触するように残存した前記強誘電体膜と、前記
残存した強誘電体膜上に接触する上部電極とを形成する
工程と、 前記上部電極に電気的に接続されるコントロールゲート
電極を形成する工程とを備えた、不揮発性半導体記憶装
置の製造方法。
A step of forming a floating gate electrode on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween; and implanting impurity ions into the semiconductor substrate using the floating gate electrode as a mask, followed by a heat treatment to form the floating gate. Forming a pair of source and drain regions on a portion of the semiconductor substrate on both sides of an electrode at a distance from each other; and forming the floating gate electrode and the semiconductor substrate on which the pair of source and drain regions are formed. Forming a covering interlayer insulating film; forming a hole reaching the floating gate electrode in the interlayer insulating film; forming a first conductive film electrically connected to the floating gate electrode through the hole. Forming a ferroelectric film so as to be in contact with the first conductive film Forming a second conductive film so as to be in contact with the ferroelectric film; and masking the second conductive film, the ferroelectric film, and the first conductive film with a predetermined pattern. A lower electrode electrically connected to the floating gate electrode through the hole, the ferroelectric film remaining so as to be in contact with the lower electrode, and the remaining ferroelectric A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a step of forming an upper electrode in contact with a film; and a step of forming a control gate electrode electrically connected to the upper electrode.
【請求項2】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介在させ
てフローティングゲート電極を形成する工程と、 前記半導体基板と前記フローティングゲート電極とを覆
う層間絶縁膜を形成する工程と、 前記フローティングゲート電極に達する孔を前記層間絶
縁膜に形成する工程と、 前記孔を介して前記フローティングゲート電極に電気的
に接続される第1導電膜を形成する工程と、 前記第1導電膜上に接触するように強誘電体膜を形成す
る工程と、 前記強誘電体膜上に接触するように第2導電膜を形成す
る工程と、 前記第2導電膜と前記強誘電体膜と前記第1導電膜と
を、所定のパターンを有するマスクに従ってエッチング
することにより、前記孔を介して前記フローティングゲ
ート電極に電気的に接続される下部電極と、前記下部電
極上に接触するように残存した強誘電体膜と、前記残存
した強誘電体膜上に接触する上部電極とを形成する工程
と、 前記上部電極に電気的に接続されるコントロールゲート
電極を形成する工程とを備えた、不揮発性半導体記憶装
置の製造方法。
A step of forming a floating gate electrode on the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween; a step of forming an interlayer insulating film covering the semiconductor substrate and the floating gate electrode; Forming a hole that reaches the interlayer insulating film, forming a first conductive film that is electrically connected to the floating gate electrode through the hole, and contacting the first conductive film. Forming a ferroelectric film, forming a second conductive film so as to be in contact with the ferroelectric film, forming the second conductive film, the ferroelectric film, and the first conductive film Contacting the lower electrode with the lower electrode electrically connected to the floating gate electrode through the hole by etching according to a mask having a predetermined pattern; Forming a remaining ferroelectric film and an upper electrode in contact with the remaining ferroelectric film, and forming a control gate electrode electrically connected to the upper electrode. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising:
【請求項3】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介在させ
てフローティングゲート電極を形成する工程と、 前記フローティングゲート電極をマスクとして前記半導
体基板に不純物イオンを注入した後に熱処理することに
より、前記フローティングゲート電極の両側の前記半導
体基板の部分に互いに距離を隔てて1対のソースおよび
ドレイン領域を形成する工程と、 前記フローティングゲート電極と前記1対のソースおよ
びドレイン領域が形成された前記半導体基板とを覆う第
1の層間絶縁膜を形成する工程と、 前記フローティングゲート電極に達する第1の孔を前記
第1の層間絶縁膜に形成する工程と、 前記第1の孔を介して前記フローティングゲート電極に
電気的に接続される第1導電膜を形成する工程と、 前記第1導電膜上に接触するように強誘電体膜を形成す
る工程と、 前記強誘電体膜上に接触するように第2導電膜を形成す
る工程と、 前記第2導電膜と前記強誘電体膜と前記第1導電膜と
を、所定のパターンを有するマスクに従ってエッチング
することにより、前記第1の孔を介して前記フローティ
ングゲート電極に電気的に接続される下部電極と、前記
下部電極上に接触するように残存した前記強誘電体膜
と、前記残存した強誘電体膜上に接触する上部電極とを
形成する工程と、 前記上部電極を覆う第2の層間絶縁膜を形成する工程
と、 前記上部電極に達する第2の孔を前記第2の層間絶縁膜
に形成する工程と、 前記第2の孔を介して前記上部電極に電気的に接続され
るコントロールゲート電極を形成する工程とを備えた、
不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
Forming a floating gate electrode on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween; and implanting impurity ions into the semiconductor substrate using the floating gate electrode as a mask, followed by heat treatment to form the floating gate. Forming a pair of source and drain regions on a portion of the semiconductor substrate on both sides of an electrode at a distance from each other; and forming the floating gate electrode and the semiconductor substrate on which the pair of source and drain regions are formed. Forming a first interlayer insulating film to cover; forming a first hole reaching the floating gate electrode in the first interlayer insulating film; forming a first hole through the first hole in the floating gate electrode. Forming a first conductive film to be electrically connected; and contacting the first conductive film on the first conductive film. Forming a second conductive film so as to be in contact with the ferroelectric film; and forming the second conductive film, the ferroelectric film, and the first conductive film on the ferroelectric film. Is etched according to a mask having a predetermined pattern, thereby forming a lower electrode electrically connected to the floating gate electrode through the first hole, and the lower electrode remaining in contact with the lower electrode. Forming a dielectric film and an upper electrode in contact with the remaining ferroelectric film; forming a second interlayer insulating film covering the upper electrode; and a second reaching the upper electrode. Forming a hole in the second interlayer insulating film; and forming a control gate electrode electrically connected to the upper electrode through the second hole.
A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項4】 半導体基板と、 前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介在させて形成され
たフローティングゲート電極と、 前記フローティングゲート電極の両側の前記半導体基板
の部分に互いに距離を隔てて形成された1対のソースお
よびドレイン領域と、 前記フローティングゲート電極を覆い前記フローティン
グゲート電極に達する孔を有する層間絶縁膜と、 前記孔を介して前記フローティングゲート電極に電気的
に接続されるように前記層間絶縁膜上に形成された下部
電極と、 前記下部電極上に接触するように形成された強誘電体膜
と、 前記強誘電体膜上に接触するように形成された上部電極
と、 前記上部電極に電気的に接続されるように形成されたコ
ントロールゲート電極とを備えた、不揮発性半導体記憶
装置。
4. A semiconductor substrate; a floating gate electrode formed on the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween; A pair of source and drain regions, an interlayer insulating film covering the floating gate electrode and having a hole reaching the floating gate electrode, and the interlayer insulating film electrically connected to the floating gate electrode through the hole. A lower electrode formed on the film, a ferroelectric film formed to be in contact with the lower electrode, an upper electrode formed to be in contact with the ferroelectric film, and A nonvolatile semiconductor memory device comprising: a control gate electrode formed so as to be electrically connected.
【請求項5】 半導体基板と、 前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介在させて形成され
たフローティングゲート電極と、 前記フローティングゲート電極の両側の前記半導体基板
の部分に互いに距離を隔てて形成された1対のソースお
よびドレイン領域と、 前記フローティングゲート電極を覆い前記フローティン
グゲート電極に達する第1の孔を有する第1の層間絶縁
膜と、 前記第1の孔を介して前記フローティングゲート電極に
電気的に接続されるように前記第1の層間絶縁膜上に形
成された下部電極と、 前記下部電極上に接触するように形成された強誘電体膜
と、 前記強誘電体膜上に接触するように形成された上部電極
と、 前記上部電極を覆い前記上部電極に達する第2の孔を有
する第2の層間絶縁膜と、 前記第2の孔を介して前記上部電極に電気的に接続され
るように前記第2の層間絶縁膜上に形成されたコントロ
ールゲート電極とを備えた、不揮発性半導体記憶装置。
5. A semiconductor substrate; a floating gate electrode formed on the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween; A pair of source and drain regions, a first interlayer insulating film covering the floating gate electrode and having a first hole reaching the floating gate electrode, and electrically connecting to the floating gate electrode through the first hole. A lower electrode formed on the first interlayer insulating film so as to be connected to the first interlayer insulating film; a ferroelectric film formed to be in contact with the lower electrode; and a ferroelectric film in contact with the ferroelectric film. An upper electrode formed on the first electrode, a second interlayer insulating film covering the upper electrode and having a second hole reaching the upper electrode, and an upper electrode through the second hole. And a second control gate electrode formed on the interlayer insulating film so as to be electrically connected to the electrode, the non-volatile semiconductor memory device.
【請求項6】 前記ドレイン領域に電気的に接続された
配線層をさらに備えた、請求項4または5に記載の不揮
発性半導体記憶装置。
6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, further comprising a wiring layer electrically connected to said drain region.
【請求項7】 前記配線層は、前記コントロールゲート
電極の上に位置する、請求項6に記載の不揮発性半導体
記憶装置。
7. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, wherein said wiring layer is located above said control gate electrode.
【請求項8】 前記配線層は、前記コントロールゲート
電極の下に位置する、請求項6に記載の不揮発性半導体
記憶装置。
8. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, wherein said wiring layer is located below said control gate electrode.
【請求項9】 前記フローティングゲート電極と前記下
部電極との間に形成されたバリア層をさらに備えた、請
求項4〜8のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
9. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, further comprising a barrier layer formed between said floating gate electrode and said lower electrode.
【請求項10】 前記フローティングゲート電極と、前
記下部電極と、前記強誘電体膜と、前記上部電極とは、
ほぼ同一の平面積を有する、請求項4〜9のいずれか1
項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
10. The floating gate electrode, the lower electrode, the ferroelectric film, and the upper electrode,
10. Any one of claims 4 to 9 having substantially the same plane area.
Item 14. The nonvolatile semiconductor memory device according to Item 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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