KR950006471B1 - Semiconductor memory cell - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1a도 내지 제1j도는 본 발명의 한 실시예에 의한 강유전체형 메모리셀의 제조프로세스를 설명하기 위한 개략적인 단면도.1A to 1J are schematic cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a ferroelectric memory cell according to one embodiment of the present invention.
제2도는 제1j도의 강유전체형 메모리셀의 상면도.FIG. 2 is a top view of the ferroelectric memory cell of FIG. 1j. FIG.
제3a도내지 h도도는 선행기술에 의한 강유전체형 메모리셀의 제조프로세스를 설명하기 위한 개략적인 단면도.3A to H are schematic cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a ferroelectric memory cell according to the prior art.
제4도는, 제3h도의 강유전체형 메모리셀의 상면도.4 is a top view of the ferroelectric memory cell of FIG. 3h.
제5a도 및 b도는, PZT에 있어서의 자발분극의 반전을 설명하기 위한 도면.5A and 5B are diagrams for explaining inversion of spontaneous polarization in PZT.
제6도는 곡면을 포함하는 강유전체막중의 응력집중을 설명하기 위한 단면도.6 is a cross-sectional view for explaining stress concentration in a ferroelectric film including a curved surface.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
2 : 분리영역 21 : 반도체기판2: separation area 21: semiconductor substrate
23 : 게이트 절연막 24 : 워드선23 gate
25 : 소스/드레인 영역 27 : 하(下)캐패시터전극25 source /
28 : 강유전체막 29 : 상(上)캐패시터전극28
30 : 층간 절연막 31 : 비트선30 interlayer
32 : 배선층32: wiring layer
이 발명은 1트랜지스터 1캐패시터형의 반도체 메모리셀에 관하며, 특히 강유전체막을 이용한 캐패시터를 포함하는 반도체 메모리셀(이하,「강유전체형 메모리셀」이라고 칭함)의 개선에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
제3a 내지 h도는, 1989 IEEE International Solid-state Circuits Conference ; Digest of Technical Papers PP.242-243에 표시된 강유전체형 메모리셀의 제조프로세스를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.3a to h are described in the 1989 IEEE International Solid-state Circuits Conference; Digest of Technical Papers PP.242-243 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of ferroelectric memory cells.
제3a도를 참조하여, 실리콘의 반도체기판(1)상에 분리용의 필드산화막(2)이 형성된다.Referring to FIG. 3A, a
제3b도를 참조하여, 게이트 절연막(3)이 열산화법으로 형성된다.Referring to FIG. 3B, the
게이트 절연막(3)상에는, 게이트전극으로서 작용하는 워드선(4)이 형성된다.On the
워드선(4)은 도전성을 가지도록 불순물을 포함하는 폴리실리콘층을 LPCVD(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition)법에 의하여 퇴적하고, 그 폴리실리콘층을 포토리소그래피로 패터닝하는 것에 의하여 형성할 수 있다.The
제3c도를 참조하여, 게이트전극(4)과 분리영역(2)을 마스크로서 사용하면서, 이온주입법에 의하여 소스/드레인 영역(5)이 자기정합으로 형성된다.Referring to FIG. 3C, using the
제3d도를 참조하여, 게이트전극(4) 및 소스/드레인 영역(5)은 제1의 층간 절연막(6)으로 덮어진다.Referring to FIG. 3D, the
제3e도를 참조하여, 게이트전극(4)의 위쪽에 있어서, 제1층간 절연막(6)상에 하부 캐패시터전극(7)이 형성된다.Referring to FIG. 3E, the
하부 캐패시터전극(7)은, 스퍼터링등에 의하여 도전층을 제1층간 절연막(6)상에 퇴적하고, 그 도전층을 패터닝하는 것에 의하여 형성할 수 있다.The
그후, 하부 캐패시터전극(7)은 캐패시터 유전체막(8)에 의하여 덮여진다.Thereafter, the
캐패시터 유전체막(8)은, 강유전체막을 스퍼터링법 또는 솔겔(sol-gel)법으로 퇴적하여, 적당한 열처리를 시행한 후에 패터닝하는 것에 의하여 형성할 수 있다.The capacitor
제3f도를 참조하여, 캐패시터 유전체막(8)상에, 상부 캐패시터전극(9)이 형성된다.Referring to FIG. 3F, the
상부 캐패시터전극(9)은, 스퍼터링과 포토리소그래피로 형성될 수 있다.The
그리고, 상부 캐패시터전극(9)은 제2의 층간 절연막(10)에 의하여 덮여진다.The
제3g도를 참조하여, 소스/드레인 영역(5) 및 상부 캐패시터전극(9)으로의 전기적 접속을 가능하게 하기 위한 각각의 콘택트홀(5a 및 9a)이, 포토리소그래피에 의하여 층간 절연막(6, 10)을 관통하도록 뚫려진다.Referring to FIG. 3G, each of the contact holes 5a and 9a for enabling electrical connection to the source /
제3h도를 참조하여, 소스/드레인 영역(5)의 하나에 접속된 비트선(11)이 형성되는 것과 아울러, 소스/드레인 영역(5)의 다른쪽의 하나를 상부 캐패시터전극에 접속하는 배선(12)이 형성된다.Referring to FIG. 3h, a wiring for connecting the other one of the source /
비트선(11)과 배선(12)은, 층간 절연막(10)과 콘택트 홀(5a, 9a)을 덮도록 도전층을 퇴적하여 패터닝하는 것에 의하여 형성할 수 있다.The bit line 11 and the
그리고, 최후에, 표면보호막(도시하지 않음)이 부여되어서 강유전체막 메모리셀이 완성된다.Finally, a surface protective film (not shown) is provided to complete the ferroelectric film memory cell.
제4도를 참조하여, 제3h도의 강유전체형 메모리셀의 윗면 패턴이 표시되어 있다.Referring to FIG. 4, the top pattern of the ferroelectric memory cell of FIG. 3h is shown.
제3h도는, 제4도중의 선(3H-3H)에 따른 단면에 대응하고 있다.FIG. 3H corresponds to the cross section along the line 3H-3H in FIG.
그런데, 강유전체라는 것은, (1) 외부전장이 0일 경우에 유한의 자발분극을 가지고 있고, (2) 외부전장이 인가된 경우에는 그 외부전장의 방향에 응하여서 자발분극의 방향이 반전할 수 있는 물질이라고 정의될 수 있다.However, a ferroelectric means that (1) it has a finite spontaneous polarization when the external electric field is zero, and (2) when the external electric field is applied, the direction of the spontaneous polarization can be reversed in response to the direction of the external electric field. It can be defined as a substance.
강유전체막에 2값의 정보를 기억시킨다는 것은, 입력정보의 "0" "1"에 대응시켜서 강유전체막의 분극방향을 변화시키는 것을 의미한다.Storing two values of information in the ferroelectric film means changing the polarization direction of the ferroelectric film in correspondence with "0" and "1" of the input information.
구체적으로는, 제3h도에 있어서 하부 캐패시터전극(7) 이 5V이고 상부 캐패시터전극(9)이 0V로 되도록 전압이 인가되면, 강유전체막(8)의 자발분극이 아래쪽의 음극으로부터 위쪽의 양극으로 향하도록 배열된다.Specifically, in FIG. 3H, when voltage is applied such that the
역으로, 하부 캐패시터전극(7)이 0V이고 상부 캐패시터전극(9)이 5V로 되도록 전압이 인가되면, 강유전체막(8)의 자발분극은 윗쪽의 음극으로부터 아래쪽의 양극으로 향하도록 배열된다.Conversely, when a voltage is applied such that the
제5a도와 b도를 참조하여, 강유전체 물질의 하나인 소위 PZT에 있어서의 자발분극의 반전이 도해되어 있다.5A and b, the inversion of the spontaneous polarization in so-called PZT, which is one of the ferroelectric materials, is illustrated.
PZT는, 이것들의 도면에 표시되어 있는 것과 같이 페로브스카이드(perovskite)형 결정구조를 가지고 있으며, 화학식으로 표시된다.PZT has a perovskite crystal structure as shown in these figures, and is represented by chemical formula.
즉 원자(A)는 Pb에 상당하고, 원자(B)는 Ti 또는 Zr를 표시하고, 그리고 원자 O는 산소를 표시하고 있다.Namely, the atom A corresponds to Pb, the atom B represents Ti or Zr, and the atom O represents oxygen.
제5a도에 표시된 상태에 있어서, 원자(B)는 단위격자중의 중심에서 위쪽에 조금 변위하고 있으며, PZT의 자발분극은 화살표로 표시되고 있는 바와 같이 아래쪽의 음극으로부터 위쪽의 양극으로 향하고 있다.In the state shown in FIG. 5A, the atom B is slightly displaced upward from the center of the unit lattice, and the spontaneous polarization of PZT is directed from the lower cathode to the upper anode as indicated by the arrow.
제5b도에 표시되어 있는 것과 같이, 원자(B)는, 외부전장을 인가하는 것에 의하여, 단위격자중의 중심에서 조금 아래쪽으로 변위시킬 수 있다.As shown in FIG. 5B, the atom B can be displaced slightly downward from the center of the unit grid by applying an external electric field.
그 결과, PZT의 자발분극은 화살표로 표시되어 있는 것과 같이 윗쪽의 음극으로부터 아래쪽의 양극을 향하도록 반전되어진다.As a result, the spontaneous polarization of PZT is reversed from the upper cathode toward the lower anode as indicated by the arrow.
이와같은 자발분극의 반전동안에, 전자(B)의 이동을 허락하기 위하여 단위격자중의 모든 원자가 각각 조금씩 이동하고, 단위격자는 한번 분극의 방향으로 연장한다.During this inversion of the spontaneous polarization, all atoms in the unit lattice move little by little to allow the movement of the electron B, and the unit lattice once extends in the direction of polarization.
즉, PZT의 결정은, 자발분극이 반전할때마다 그 분극의 방향으로 신축한다.That is, the crystal of PZT expands and contracts in the direction of the polarization whenever the spontaneous polarization is reversed.
다른 한편, 자발분극의 방향과 수직인 방향에 있어서의 PZT의 결정의 신축은 근소한 것이다.On the other hand, expansion and contraction of PZT crystals in a direction perpendicular to the direction of spontaneous polarization is slight.
이러한 것은, 강유전체막이 곡면을 포함하고 있을 경우에 어떤 문제를 발생한다.This causes some problems when the ferroelectric film contains a curved surface.
제6도를 참조하여, 게이트전극(4)의 위쪽의 영역을 넘어서 형성된 캐패시터의 단면이 표시되어 있다.Referring to FIG. 6, a cross section of a capacitor formed over an area above the
제6도의 캐패시터는 넓은 면적을 가질 수 있으나, 강유전체막(8)은 점파선의 둥근 표지로 표시된 단차부(S)에 있어서, 비교적 큰 곡율을 가지는 곡면을 포함하고 있다.The capacitor of FIG. 6 may have a large area, but the
강유전체막(8)은, 상하부 캐패시터전극(9,7)에 의하여 자발분극이 반전될때마다, 화살표로 표시되어 있는 것과 같이 그 막두께 방향으로 신축한다.Each time the spontaneous polarization is reversed by the upper and
따라서, 그 신축시에, 강유전체막(8)은 단차부(S)에 있어서의 기계적인 응력집중을 받아, 다수회의 자발분극의 반전후에 단차부(S)가 피로파괴하는 염려가 있다.Therefore, at the time of expansion and contraction, the
따라서, 강유전체막을 포함하는 캐패시터는, 실질적으로 평탄한 면상에 형성되는 것이 바람직하다.Therefore, the capacitor including the ferroelectric film is preferably formed on a substantially flat surface.
제3h도의 강유전체형 메모리셀에 있어서는, 게이트전극(4)의 양쪽에 비트선(11)과 배선(12)이 배치되므로, 강유전체막(8)을 평탄하게 형성할 수 있는 것은 게이트전극(4)의 위쪽의 좁은 영역에 한정된다.In the ferroelectric memory cell of FIG. 3H, since the bit lines 11 and the
따라서, 제3h도의 메모리셀의 치수를 축소하면 게이트전극(4)의 폭도 작게되므로, 강유전체막(8)의 면적도 필연적으로 작게하지 않으면 아니된다.Therefore, when the dimension of the memory cell shown in FIG. 3h is reduced, the width of the
따라서 강유전체막(8)을 포함하는 캐패시터 용량이 저하하고, 만일 그 용량이 50fc 이하로 되면, 메모리의 안정동작을 보증할 수 없게 된다.Therefore, the capacitor capacity including the
이와같은 선행기술의 과제에 비추어, 본 발명의 목적은, 평탄하고 또한 넓은 면적의 강유전체막을 설치할수가 있는 강유전체형 메모리셀을 갖는 반도체장치를 제공하는 것이다.In view of the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a ferroelectric type memory cell capable of providing a flat and large area ferroelectric film.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 의하면, 하나의 전계효과 트랜지스터와 하나의 캐패시터를 구비한 반도체 메모리셀은, 반도체기판과 ; 상기 반도체기판의 주표면상에 형성되어 있되, 채널영역이 제1 및 제2소스/드레인 영역사이에 형성되도록 떨어져서 일정한 간격을 유지하는 제1 및 제2 소스/드레인 영역과 ; 상기 채널영역위에 형성되어 있는 게이트 절연막과 ; 상기 게이트 절연막을 통하여 상기 채널영역위에 형성되고 그리고 워드선의 일부분에 의해 형성된 게이트 전극과 ; 상기 반도체기판의 상기 주표면위에 형성되고 그리고 상기 제1소스/드레인 영역에 접속된 비트선과 ; 상기 워드선과 상기 비트선의 상부 표면을 덮고 그리고 실질적으로 평탄한 상부 표면을 갖는 절연막을 구비하되, 상기 하나의 캐패시터는, 상기 절연막의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 하부 캐패시터전극과 ; 상기 절연막을 통하여 연장되어 있되 상기 하부 캐패시터전극을 상기 제2소스/드레인 영역에 접속하는 수단과 ; 상기 하부 캐패시터전극의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 강유전체막과 ; 상기 강유전체막의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 상부 캐패시터전극을 구비하며, 상기 하부 캐패시터전극과, 상기 강유전체막과 상기 상부 캐패시터전극은(ⅰ) 상기 제1 및 제2소오스/드레인 영역의 각각과, (ⅱ) 상기 게이트전극 및, (ⅲ) 상기 비트선의 적어도 일부분위에 연장되어 있다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a semiconductor memory cell having one field effect transistor and one capacitor includes: a semiconductor substrate; First and second source / drain regions formed on the main surface of the semiconductor substrate, the first and second source / drain regions being spaced apart from each other so as to form a channel region between the first and second source / drain regions; A gate insulating film formed over the channel region; A gate electrode formed over said channel region via said gate insulating film and formed by a portion of a word line; A bit line formed over said main surface of said semiconductor substrate and connected to said first source / drain region; An insulating film covering an upper surface of said word line and said bit line and having a substantially flat upper surface, said one capacitor comprising: a lower capacitor electrode formed substantially flat on the upper surface of said insulating film; Means for extending through said insulating film to connect said lower capacitor electrode to said second source / drain region; A ferroelectric film formed substantially flat on the upper surface of the lower capacitor electrode; An upper capacitor electrode formed substantially flat on an upper surface of the ferroelectric film, wherein the lower capacitor electrode, the ferroelectric film, and the upper capacitor electrode (i) each of the first and second source / drain regions; (Ii) extends over at least a portion of the gate electrode and (i) the bit line.
이 메모리셀에 있어서, 상기 강유전체막은 Pb(Tix Zrl-x)O3를 포함한다.In this memory cell, the ferroelectric film contains Pb (Tix Zrl-x) O 3 .
이 메모리셀에 있어서, 접속용 상기 수단은 상기 하부 캐패시터전극과 상기 제2소스/드레인 영역 사이의 전기적 접속을 포함하고, 상기 전기적 접속은 상기 절연막을 통하여 연장되어 있는 콘택트홀을 경유하여 상기 기판표면으로 관통하는 도전층을 포함한다.In this memory cell, the means for connection includes an electrical connection between the lower capacitor electrode and the second source / drain region, wherein the electrical connection is through the contact hole extending through the insulating film surface. It includes a conductive layer penetrating through.
이 메모리셀에 있어서, 상기 도전층은 텅스텐을 포함한다.In this memory cell, the conductive layer contains tungsten.
이 메모리셀에 있어서, 상기 상부 캐패시터전극위에 형성된 다른 절연막과, 상기 다른 절연막위에 형성되고 상기 다른 절연막을 통하여 연장되어 있는 콘택트홀을 경유하여 상기 상부 캐패시터전극에 접속되어 있는 도전층을 부가한다.In this memory cell, another insulating film formed on the upper capacitor electrode and a conductive layer formed on the other insulating film and connected to the upper capacitor electrode via a contact hole extending through the other insulating film are added.
이 메모리셀에 있어서, 상기 도전층은 폴리실리콘을 포함한다.In this memory cell, the conductive layer comprises polysilicon.
이 메모리셀에 있어서, 상기 도전층과 상기 상부 캐패시터전극 사이에 배치된 배리어 메탈층을 부가한다.In this memory cell, a barrier metal layer disposed between the conductive layer and the upper capacitor electrode is added.
이 메모리셀에 있어서, 상기 배리어 메탈층은 TiN과 TiW을 포함하는 일그룹의 물질로부터 형성된다.In this memory cell, the barrier metal layer is formed from a group of materials including TiN and TiW.
이 메모리셀에 있어서, 상기 하나의 캐패시터전극은 백금, 탄탈륨 및 텅스텐을 포함하는 일그룹의 물질로 부터 형성된다.In this memory cell, the one capacitor electrode is formed from a group of materials including platinum, tantalum and tungsten.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 적어도 하나의 전계효과 트랜지스터와 하나의 캐패시터를 구비한 반도체 집적회로구조는, 반도체기판과 ; 상기 반도체기판의 주표면상에 형성되어 있되, 채널영역이 소스/드레인 영역사이에 형성되도록 서로로부터 떨어져서 일정한 간격을 유지하는 소스/드레인 영역과 ; 상기 상기 채널영역위에 형성되어 있는 게이트 절연막과 ; 상기 게이트 절연막위에 형성되어 있는 게이트전극과 ; 상기 반도체기판의 상기 주표면위에 형성되고 그리고 상기 소스/드레인 영역의 하나에 접속된 비트선과 ; 상기 게이트전극과 상기 비트선의 상부 표면을 덮고 그리고 실질적으로 평탄한 상부 표면을 갖는 절연막을 구비하되, 상기 하나의 개패시터는, 상기 절연막의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 하부 캐패시터전극과 ; 상기 하부 캐패시터전극의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 강유전체막과 ; 상기 강유전체막의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 상부 캐패시터전극을 구비하며, 상기 하부 캐패시터전극과, 상기 강유전체막과 상기 상부 캐패시터전극은 (ⅰ) 상기 소스/드레인 영역의 각각과, (ⅱ) 상기 게이트전극 및, (ⅲ) 상기 비트선의 적어도 일부분위에 연장되어 있다.According to another aspect of the present invention, a semiconductor integrated circuit structure including at least one field effect transistor and one capacitor includes: a semiconductor substrate; Source / drain regions formed on the main surface of the semiconductor substrate, the source / drain regions being spaced apart from each other so that channel regions are formed between the source / drain regions; A gate insulating film formed over said channel region; A gate electrode formed on the gate insulating film; A bit line formed on the main surface of the semiconductor substrate and connected to one of the source / drain regions; An insulating film covering the gate electrode and the upper surface of the bit line and having a substantially flat upper surface, wherein the one capacitor comprises: a lower capacitor electrode formed substantially flat on the upper surface of the insulating film; A ferroelectric film formed substantially flat on the upper surface of the lower capacitor electrode; An upper capacitor electrode formed substantially flat on an upper surface of the ferroelectric film, wherein the lower capacitor electrode, the ferroelectric film and the upper capacitor electrode are (i) each of the source / drain regions, and (ii) the gate. And (i) extend at least a portion of the bit line.
이 회로구조에 있어서, 상기 강유전체막은 Pb(Tix Zrl-x)O3를 포함한다.In this circuit structure, the ferroelectric film contains Pb (Tix Zrl-x) O 3 .
이 회로구조에 있어서, 상기 하부 캐패시터전극과 상기 소스/드레인 영역의 하나의 사이에 있는 전기적 접속은 상기 절연막을 통하여 연장되어 있는 콘택트홀을 경유하여 상기 기판표면을 관통하는 도전층을 포함한다.In this circuit structure, the electrical connection between the lower capacitor electrode and one of the source / drain regions includes a conductive layer penetrating the surface of the substrate via a contact hole extending through the insulating film.
이 회로구조에 있어서, 상기 도전층은 텅스텐 또는 폴리실리콘을 포함한다.In this circuit structure, the conductive layer includes tungsten or polysilicon.
이 회로구조에 있어서, 상기 상부 캐패시터전극위에 형성된 다른 절연막과 ; 상기 다른 절연막위에 형성되어 있되 상기 다른 절연막을 통하여 연장되어 있는 콘택트홀을 경유하여 상기 상부 캐패시터전극에 접속되어 있는 배선층을 포함한다.In this circuit structure, another insulating film formed on the upper capacitor electrode; And a wiring layer formed on the other insulating film and connected to the upper capacitor electrode via a contact hole extending through the other insulating film.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 각 메모리셀이 하나의 전계효과 트랜지스터와 하나의 캐패시터를 갖는 배선의 반도체 메모리셀 어레이는, 반도체기판과 ; 상기 반도체기판의 주표면상에 형성되어 있되, 채널영역이 제1 및 제2소스/드레인 영역사이에 형성되도록 떨어져서 일정한 간격을 유지하는 제1 및 제2소스/드레인 영역과 ; 상기 채널영역위에 형성되어 있는 게이트 절연막과 ; 상기 게이트 절연막을 통하여 상기 채널영역위에 형성되어 있고 그리고 워드선의 일부분에 의해 형성된 게이트전극과 ; 상기 반도체기판의 주표면상에 형성되어 있고 그리고 상기 제1소스/드레인 영역에 접속된 비트선과 ; 상기 워드선과 상기 비트선의 상부 표면을 덮고 그리고 실질적으로 평탄한 상부 표면을 갖는 절연막을 구비하되, 상기 하나의 캐패시터는 상기 절연막의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 하부 캐패시터전극과 ; 상기 절연막을 통하여 연장되어 있되 상기 하부 캐패시터전극을 상기 제2소스/드레인 영역에 접속하는 수단과 ; 상기 하부 캐패시터전극의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 강유전체막과 ; 상기 강유전체막의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 상부 캐패시터전극을 구비하며, 상기 하부 캐패시터전극과, 상기 강유전체막과 상기 상부 캐패시터전극은, (ⅰ) 상기 제1 및 제2소스/드레인 영역의 각각과, (ⅱ) 상기 게이트전극 및, (ⅲ) 상기 비트선의 적어도 일부분위에 연장되어 있다.According to another aspect of the invention, a semiconductor memory cell array of wiring in which each memory cell has one field effect transistor and one capacitor comprises: a semiconductor substrate; First and second source / drain regions formed on a major surface of the semiconductor substrate, the first and second source / drain regions being spaced apart from each other so as to form a channel region between the first and second source / drain regions; A gate insulating film formed over the channel region; A gate electrode formed over said channel region via said gate insulating film and formed by a portion of a word line; A bit line formed on a main surface of said semiconductor substrate and connected to said first source / drain region; An insulating film covering an upper surface of said word line and said bit line and having a substantially flat upper surface, wherein said one capacitor comprises: a lower capacitor electrode formed substantially flat on an upper surface of said insulating film; Means for extending through said insulating film to connect said lower capacitor electrode to said second source / drain region; A ferroelectric film formed substantially flat on the upper surface of the lower capacitor electrode; An upper capacitor electrode formed substantially flat on an upper surface of the ferroelectric film, wherein the lower capacitor electrode, the ferroelectric film, and the upper capacitor electrode comprise (i) each of the first and second source / drain regions; And (ii) the gate electrode and (iii) at least a portion of the bit line.
이 어레이에 있어서, 인접하는 메모리셀의 캐패시터들은 공통의 비트선을 중첩하기 위하여 연장되어 있다.In this array, capacitors of adjacent memory cells extend to overlap a common bit line.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 반도체 메모리장치는, 주표면상에 형성된 제1 및 제2소스/드레인 영역과 게이트 절연층을 통하여 상기 주표면상에 형성되어 있되 워드선의 일부분에 의해 형성되는 게이트전극을 갖는 메모리셀의 전계효과 트랜지스터와 ; 상기 주표면상에 형성되어 있고 그리고 상기 제1소스/드레인 영역에 접속된 비트선과 ; 상기 워드선의 상부 표면과 상기 비트선을 덮고 그리고 실질적으로 평탄한 표면을 갖는 절연막과 ; 상기 메모리셀의 캐패시터를 구비하되, 상기 캐패시터는, 상기 절연막의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성되어 있고, 상기 제2소스/드레인 영역에 접속되어 있으며, 또한 (ⅰ) 상기 제2소스/드레인 영역과 (ⅱ) 상기 트랜지스터의 상기 게이트전극 및 (ⅲ) 상기 비트선의 적어도 일부분위에 연장되어 있는 하부 전극과 ; 상기 하부 전극의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 강유전체막과 ; 상기 강유전체막의 상부 표면위에 실질적으로 평탄하게 형성된 상부 전극을 포함한다.According to still another aspect of the present invention, a semiconductor memory device includes a gate formed on a part of a word line by a first and second source / drain regions formed on a main surface and a gate insulating layer on the main surface. A field effect transistor of a memory cell having an electrode; A bit line formed on said major surface and connected to said first source / drain region; An insulating film covering an upper surface of said word line and said bit line and having a substantially flat surface; A capacitor of the memory cell, the capacitor being formed substantially flat on the upper surface of the insulating film, connected to the second source / drain region, and (i) the second source / drain region And (ii) a lower electrode extending over at least a portion of said gate electrode and (iii) said bit line of said transistor; A ferroelectric film formed substantially flat on the upper surface of the lower electrode; And an upper electrode formed substantially flat on the upper surface of the ferroelectric film.
이 장치에 있어서, 상기 강유전체막은 Pb(Tix Zrl-x)O3를 포함한다.In this apparatus, the ferroelectric film includes Pb (Tix Zrl-x) O 3 .
이 장치에 있어서, 상기 하부 전극과 상기 제2소스/드레인 영역사이의 접속은 상기 절연막을 통하여 연장되어 있는 콘택트홀을 경유하여 상기 반도체 메모리장치의 주표면으로 관통하는 도전층을 포함한다.In this device, the connection between the lower electrode and the second source / drain region includes a conductive layer penetrating to the main surface of the semiconductor memory device via a contact hole extending through the insulating film.
이 장치에 있어서, 상기 하부 캐패시터전극과 상기 제2소스/드레인 영역사이의 전기적 접속은 상기 절연막을 상기 기판으로 관통하는 상기 콘택트홀을 충분히 충진하기 위하여 도포된 폴리실리콘층을 에칭하여 콘택트홀내에만 폴리실리콘층이 남게 하는 것에 의해 형성된다.In this apparatus, the electrical connection between the lower capacitor electrode and the second source / drain region is only in the contact hole by etching the applied polysilicon layer to sufficiently fill the contact hole through the insulating film through the substrate. It is formed by leaving the polysilicon layer.
이 장치에 있어서, 상기 상부 캐패시터전극위에 형성된 다른 절연막과 ; 상기 다른 절연막위에 형성되어 있되, 상기 다른 절연막을 통하여 연장되어 있는 접촉홀을 경유하여 상기 상부 캐패시터전극에 접속된 도전층을 부가한다.A device comprising: another insulating film formed on the upper capacitor electrode; A conductive layer formed on the other insulating film, but connected to the upper capacitor electrode via a contact hole extending through the other insulating film, is added.
이 장치에 있어서, 상기 도전층은 폴릭실리콘을 포함한다.In this device, the conductive layer comprises polysilicon.
이 장치에 있어서, 상기 도전층과 상기 상부 캐패시터전극 사이에 배치된 배리어 메탈층을 부가한다.In this apparatus, a barrier metal layer disposed between the conductive layer and the upper capacitor electrode is added.
이 장치에 있어서, 상기 배리어 메탈층은 TiN과 TiW를 포함하는 일그룹의 물질로부터 형성된다.In this device, the barrier metal layer is formed from a group of materials including TiN and TiW.
이 장치에 있어서, 상기 캐패시터전극은 백금, 탄탈류 및 텅스텐을 포함하는 일그룹의 물질로부터 형성된다.In this device, the capacitor electrode is formed from a group of materials including platinum, tantalum and tungsten.
본 발명에 의한 1트랜지스터 1캐패시터형 반도체 메모리셀에 있어서는, 강유전체막을 포함하는 캐패시터는, 워드선 및 비트선을 덮고 또한 실질적으로 평탄한 표면을 가지는 층간 절연막상에 형성되므로, 평탄하고 또한 넓은 면적의 강유전체막을 설치할 수가 있다.In the one-transistor, one-capacitor-type semiconductor memory cell according to the present invention, the capacitor including the ferroelectric film is formed on the interlayer insulating film covering the word line and the bit line and having a substantially flat surface. Membrane can be installed.
[실시예]EXAMPLE
제1a 내지 j도는, 본 발명의 한 실시예에 의한 강유전체형 메모리셀의 제조프로세스를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1A to 1J are schematic cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a ferroelectric memory cell according to one embodiment of the present invention.
제1a도를 참조하여, 실리콘의 반도체기판(21)상에 분리용의 필드산화막(22) 및 게이트 절연막(23)이 열산화법들에 의하여 형성된다.Referring to FIG. 1A, a
게이트 절연막(23)상에는, 도전성을 가지도록 불순물을 포함하는 폴리실리콘층이 LPCVD법으로 퇴적되고, 그 폴리실리콘층상에는 예를들면 실리콘 산화막등의 절연막이 CVD법으로 퇴적된다. 이것들의 폴리실리콘층과 절연막은 포토리소그래피로 패터닝되고, 상부 표면이 절연막(26)으로 덮여진 게이트전극(24)이 형성된다.On the
게이트전극(24)은, 폴리실리콘의 대신에 WSi2, MoSi2, TiSi2등의 폴리사이드 또는 W, Mo, Ti등의 고융점 금속으로 형성할 수도 있다.The
제1b도를 참조하여, 게이트전극(24)의 측벽은, 다시금 퇴적된 실리콘 산화막을 위쪽부터 이방적(異方的)으로 에칭하는 것에 의하여, 스스로 꼭 맞게 절연막(26a)으로 덮여진다.Referring to FIG. 1B, the sidewall of the
제1c도를 참조하여, 게이트전극(24) 및 필드산화막(22)을 마스크로 하여 사용하면서 불순물이 이온주입되고, 그것들이 주입된 불순물을 열확산시키는 것에 의하여, 소스/드레인 영역(25)이 스스로 꼭 맞게 형성된다.Referring to FIG. 1C, while the
제1d도를 참조하여, 소스/드레인 영역(25)의 하나로의 전기적 접속을 가능하게 하기 위하여 콘택트홀(25a)이 포토리소그래피에 의하여 뚫려진다.Referring to FIG. 1D, a contact hole 25a is drilled by photolithography to enable electrical connection to one of the source /
그후, 콘택트홀(25a)을 사이에 두고 소스/드레인 영역의 하나에 접속된 비트선(31)이 형성된다.Thereafter, a
비트선(31)은, 콘택트홀(25a)의 저면에 예를들면 폴리실리콘, 폴리사이드, TiW, TiN등의 배리어 메탈(barrier matal)층을 형성한 후에, W, Ti, Mo등의 고융점 금속의 도전층을 퇴적하여 포토리소그래피로 패터닝하는 것에 의하여 형성된다.The
제1e도를 참조하여, 비트선(31)를 덮고 층간 절연막(30)이 퇴적된다.Referring to FIG. 1E, an
퇴적된 층간 절연막(30)은, 리프로우(reflow) 또는 에치백(etch-back)법에 의하여 위쪽 표면이 실질적으로 평탄하게 된다.The deposited
제1f도를 참조하여, 소스/드레인 영역(25)의 다른쪽의 하나의 전기적 접속을 가능하게 하기 위하여, 층간 절연막(30)을 관통하는 또 하나의 콘택트홀(25b)이 포토리소그래피에 의하여 뚫려진다.Referring to FIG. 1f, another
제1g도를 참조하여, 콘택트홀(25b)는 배선층(32)에 의하여 묻혀진다.Referring to FIG. 1G, the
배선층(32)은 콘택트홀(25b)내에 노출된 실리콘기판상에 텅스텐층을 선택적으로 퇴적시키는 것에 의하여 형성된다.(텅스텐층은 실리콘 결정상에 우선적으로 성장시킬 수가 있다.)The
이 대신에, CVD법으로 퇴적된 텅스텐층 또는 폴리실리콘층을 에치백하는 것에 의하여, 콘택트홀(25b)내에 배선층(32)이 남게하도록 하여도 좋다.Alternatively, the
제1h도를 참조하여, 층간 절연막(30)위에, 예를들면 백금, 바나지움, 탄탈 또는 텅스텐등의 하부 캐패시터전극층이 퇴적되어, 그 위에 강유전체층이 퇴적된다.Referring to FIG. 1H, a lower capacitor electrode layer such as platinum, vanadium, tantalum or tungsten is deposited on the
강유전체층상에는 상부 캐패시터전극층이 하부 캐패시터전극층과 마찬가지로 퇴적된다.The upper capacitor electrode layer is deposited on the ferroelectric layer like the lower capacitor electrode layer.
이것들의 하부 캐패시터전극층, 강유전체층 및 상부 캐패시터전극층은 포토리소그래피에 의하여 패터닝되어, 그것에 의하여, 하부 캐패시터전극(27), 강유전체막(28) 및 상부 캐패시터전극(29)을 포함하는 캐패시터가 형성된다.These lower capacitor electrode layers, ferroelectric layers and upper capacitor electrode layers are patterned by photolithography, whereby a capacitor including a
하부 캐패시터전극(27)은 배선층(32)을 사이에 두고 소스/드레인 영역(25)의 하나에 접속되어 있다.The
제1i도를 참조하여, 캐패시터(27, 28, 29)는 또 하나의 층간 절연막(33)에 의하여 덮여지고, 층간 절연막(33)에는, 상부 캐패시터전극(29)으로의 전기적 접속을 가능하게 하는 콘택트홀(29a)이 뚫려진다.Referring to FIG. 1I, the
제1j도를 참조하여, 층간 절연막(33)과 콘택트홀(29a)을 덮도록, 예를들면, 알미늄, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드 또는 동등의 도전층이 퇴적되고, 포토리소그래피로 패터닝하는 것에 의하여 배선층(34)이 형성된다.Referring to FIG. 1J, for example, an aluminum, tungsten, tungsten silicide or equivalent conductive layer is deposited so as to cover the
이때, 배선층(34)과 상캐패시터전극(29)과의 사이에, TiN이나 TiW등의 바리어 메탈층을 설치하여도 좋다.At this time, a barrier metal layer such as TiN or TiW may be provided between the
다시금, 배선층(34)상에는, 표면보호막을 형성하여도 좋고, 그 대신에 다층 배선구조를 다시금 형성하여도 좋다.Again, a surface protective film may be formed on the
제2도를 참조하여, 제1j도의 강유전체형 메모리셀의 상면 패턴이 표시되어 있다.Referring to FIG. 2, the top pattern of the ferroelectric memory cell of FIG. 1j is shown.
제1j도는 제2도중의 선(1J-1J)에 따른 단면도에 상당하고 있다.FIG. 1J corresponds to a cross sectional view along the
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 워드선(24)이나 비트선(31)을 덮고 또한 실질적으로 평탄한 위쪽 표면을 가지는 층간 절연막(30)위에 캐패시터가 형성된다.As described above, according to the present invention, a capacitor is formed on the
따라서, 그 캐패시터는 워드선(24)이나 비트선(31)의 위치에 의하여 제한되는 일없이 넓게 형성할 수가 있고, 캐패시터중의 강유전체막(28)은 평탄하게 형성된다.Therefore, the capacitor can be formed wide without being limited by the position of the
그 결과 1메모리셀 당의 캐패시터의 용량을 크게 할 수가 있고, 또한 강유전체막(28)의 피로파괴를 방지할 수가 있다.As a result, the capacity of the capacitor per memory cell can be increased, and fatigue breakdown of the
본 발명이 상세히 설명되어 있지만 예시에 의해 동일하며 첨부된 청구범위의 용어에 의하여만 한정된 본 발명의 정신이나 범위가 한정되지 않는다는 것을 분명하게 이해되는 것이다.Although the invention has been described in detail, it is to be clearly understood that the spirit or scope of the invention is not limited by the same and by way of example only the terms of the appended claims.
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