JP2002026278A - Ferroelectric memory device and method of manufacturing the same - Google Patents
Ferroelectric memory device and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ビット線に対する寄生容量を低減し、メモリ
アレイ全体の面積を縮小することのできる強誘電体メモ
リ装置を提供する。
【解決手段】 強誘電体メモリ装置は、基板と、基板上
で複数カラムを含むアレイ状に配置される複数の強誘電
体メモリセルと、カラム方向に延び、同一カラム内にあ
る強誘電体メモリセルが接続されるビット線とを備え
る。各誘電体メモリセルは、基板上に形成されたゲート
およびソース/ドレインから成るトランジスタと、トラ
ンジスタのソース/ドレインに接続されるプラグ電極
と、プラグ電極に接続され、当該プラグ電極の上方に位
置する島状の下部電極と、下部電極上に位置する強誘電
体膜と、強誘電体膜上に位置し、前記下部電極を共有す
る一対の上部電極とを含む。一対の上部電極は、上部電
極の重心を結ぶ線分がビット線と平行にならないように
配置される。すなわち、上部電極の重心を結ぶ線分がビ
ット線に対して垂直、あるいは直角以外の一定角度を成
すように配置される。
(57) [PROBLEMS] To provide a ferroelectric memory device capable of reducing the parasitic capacitance to a bit line and reducing the area of the entire memory array. A ferroelectric memory device includes a substrate, a plurality of ferroelectric memory cells arranged in an array including a plurality of columns on the substrate, and a ferroelectric memory extending in a column direction and located in the same column. A bit line to which the cell is connected. Each dielectric memory cell includes a transistor formed on a substrate and having a gate and a source / drain, a plug electrode connected to the source / drain of the transistor, and a plug electrode connected to the plug electrode and located above the plug electrode. It includes an island-shaped lower electrode, a ferroelectric film located on the lower electrode, and a pair of upper electrodes located on the ferroelectric film and sharing the lower electrode. The pair of upper electrodes are arranged such that a line connecting the centers of gravity of the upper electrodes is not parallel to the bit lines. That is, the segments connecting the centers of gravity of the upper electrodes are arranged so as to be perpendicular to the bit lines or at a certain angle other than a right angle.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体メモリと
その製造方法に関する。[0001] The present invention relates to a ferroelectric memory and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】トータルチップサイズを縮小することが
可能な「TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリ」
が提案されている(D. Takashima et.al., JSSCC, pp787
-792,May 1998)。これは、セルトランジスタ(T)のソ
ースドレイン間にキャパシタ(C)の両端をそれぞれ接
続して、これをユニットセルとし、このユニットセルを
複数直列に接続したものである。このメモリの特徴とし
て、アレイ状に配置された複数のメモリセルの各々につ
いて、メモリセルトランジスタのゲート電極を挟んだソ
ースおよびドレイン領域の一方に上部電極が接続され、
他方に下部電極が接続されている。2. Description of the Related Art "TC parallel unit serial connection type ferroelectric memory" capable of reducing total chip size
(D. Takashima et.al., JSSCC, pp787
-792, May 1998). This is one in which both ends of a capacitor (C) are connected between the source and drain of a cell transistor (T), respectively, and this is used as a unit cell, and a plurality of the unit cells are connected in series. As a feature of this memory, for each of a plurality of memory cells arranged in an array, an upper electrode is connected to one of source and drain regions sandwiching a gate electrode of a memory cell transistor,
A lower electrode is connected to the other.
【0003】図14は、従来のメモリセル配置を示す。
各メモリセルは、その長手方向の中心線が、カラムを選
択するためのビット線と平行(すなわち、ローを選択す
るためのワード線102と垂直)になるように配置され
ている。より具体的には、各メモリセルは、下部電極1
05と、この下部電極105を共有する一対の上部電極
107と、上部および下部電極に挟まれた強誘電体膜
(不図示)とを有し、一対のキャパシタを構成する。こ
の配置構成では、一対の上部電極105の重心を結ぶ線
分が、ビット線と平行に延びる。FIG. 14 shows a conventional memory cell arrangement.
Each memory cell is arranged so that its longitudinal center line is parallel to a bit line for selecting a column (that is, perpendicular to a word line 102 for selecting a row). More specifically, each memory cell includes a lower electrode 1
05, a pair of upper electrodes 107 sharing the lower electrode 105, and a ferroelectric film (not shown) sandwiched between the upper and lower electrodes to form a pair of capacitors. In this arrangement, the line connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes 105 extends parallel to the bit lines.
【0004】図14に示す従来のメモリ構造では、キャ
パシタ対の方向とビット線の方向とが同じであるため、
単位セル当たりのビット線の長さは、キャパシタ自体の
占有面積と上部電極のコンタクト余裕によって一義的に
決まっていた。In the conventional memory structure shown in FIG. 14, since the direction of the capacitor pair and the direction of the bit line are the same,
The length of the bit line per unit cell has been uniquely determined by the area occupied by the capacitor itself and the contact allowance of the upper electrode.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】一方、TC並列ユニッ
ト直列接続型強誘電体メモリでは、1つのメモリセルブ
ロックに連結するメモリセル数が多いほど、メモリアレ
イ全体の面積を縮小できる。しかし、メモリセル数の上
限は、主としてビット線への寄生容量で決まっているた
め、図14に示す従来のレイアウトでは、メモリ数を増
やすことが困難であった。On the other hand, in the TC parallel unit serial connection type ferroelectric memory, as the number of memory cells connected to one memory cell block increases, the area of the entire memory array can be reduced. However, since the upper limit of the number of memory cells is mainly determined by the parasitic capacitance to the bit line, it is difficult to increase the number of memories in the conventional layout shown in FIG.
【0006】上記の問題点を解決するために、本発明の
目的は、ビット線に対する寄生容量を低減すると同時
に、ひとつのメモリセルブロックに連結するメモリセル
数を増加し、センス感度の向上とともに、メモリセルア
レイ全体の面積を縮小することのできる強誘電体メモリ
装置の提供を目的とする。[0006] In order to solve the above problems, an object of the present invention is to reduce the parasitic capacitance to a bit line, increase the number of memory cells connected to one memory cell block, and improve the sense sensitivity. An object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device capable of reducing the area of the entire memory cell array.
【0007】具体的には、各メモリセルの一対の上部電
極の重心を結ぶ線分が、ビット線と平行にならないよう
に配置することによって、ワード線のピッチを縮小する
と同時に、ビット線のピッチを拡大する。Specifically, by arranging a line segment connecting the centers of gravity of a pair of upper electrodes of each memory cell so as not to be parallel to the bit line, the pitch of the word line can be reduced and the pitch of the bit line can be reduced. To enlarge.
【0008】また、上記のような強誘電体メモリ装置の
製造方法の提供を第2の目的とする。It is a second object of the present invention to provide a method for manufacturing a ferroelectric memory device as described above.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の特徴における強誘電体メモリ装置
は、基板と、基板上に、アレイ状に配置される複数の強
誘電体メモリセルとを備える。各メモリセルは、基板上
に形成されたゲート、ソースおよびドレインから成るト
ランジスタと、トランジスタのソースおよびドレインに
それぞれ接続され、基板上の第1の方向に方向に沿って
位置する複数のプラグ電極と、プラグ電極のひとつに接
続され、このプラグ電極の上方に位置する島状の下部電
極と、下部電極上に位置する強誘電体膜と、強誘電体膜
上に位置して、下部電極を共有する一対の上部電極とを
含む。このメモリ装置の特徴として、一対の上部電極の
重心を結ぶ線分が、一対のプラグ電極が配置される第1
の方向に対して平行ではない。In order to achieve the above object, a ferroelectric memory device according to a first aspect of the present invention comprises a substrate and a plurality of ferroelectric memories arranged in an array on the substrate. And a memory cell. Each memory cell includes a transistor formed on a substrate, the transistor including a gate, a source, and a drain; and a plurality of plug electrodes connected to the source and the drain of the transistor and located along the first direction on the substrate, respectively. Is connected to one of the plug electrodes and shares an island-shaped lower electrode located above the plug electrode, a ferroelectric film located on the lower electrode, and a lower electrode located on the ferroelectric film. And a pair of upper electrodes. A feature of this memory device is that a line connecting the centers of gravity of a pair of upper electrodes is a first segment on which a pair of plug electrodes are arranged.
Is not parallel to the direction of.
【0010】より好ましい形態としては、各メモリセル
は、基板上に形成されたゲート、ソースおよびドレイン
から成るトランジスタと、トランジスタのソースおよび
ドレインにそれぞれ接続される、最近接して隣接し合う
プラグ電極と、プラグ電極のひとつに接続され、このプ
ラグ電極の上方に位置する島状の下部電極と、下部電極
上に位置する強誘電体膜と、強誘電体膜上に位置して、
下部電極を共有する一対の上部電極とを含み、一対の上
部電極の重心を結ぶ線分が、最近接して隣接し合うプラ
グ電極を結ぶ線分と、ほぼ直交する。In a more preferred form, each memory cell comprises a transistor formed on a substrate, the transistor including a gate, a source, and a drain; and a nearest-neighboring plug electrode connected to the source and the drain of the transistor, respectively. , Connected to one of the plug electrodes, an island-shaped lower electrode positioned above the plug electrode, a ferroelectric film positioned on the lower electrode, and positioned on the ferroelectric film,
Including a pair of upper electrodes sharing the lower electrode, a line connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes is substantially orthogonal to a line connecting the closest and adjacent plug electrodes.
【0011】本発明の第2の特徴における強誘電体メモ
リ装置は、基板と、基板上で、複数カラムを含むアレイ
状に配置される複数の強誘電体メモリセルと、前記カラ
ム方向に延び、同一カラム内にある強誘電体メモリセル
が接続されるビット線とを備える。各強誘電体メモリセ
ルは、基板上に形成されたゲートおよびソース/ドレイ
ンから成るトランジスタと、トランジスタのソース/ド
レインに接続されるプラグ電極と、プラグ電極に接続さ
れ、このプラグ電極の上方に位置する島状の下部電極
と、下部電極上に位置する強誘電体膜と、強誘電体膜上
に位置し、前記下部電極を共有する一対の上部電極とを
含む。このメモリ装置の特徴は、一対の上部電極の重心
を結ぶ線分は、ビット線と平行ではないことである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a ferroelectric memory device, comprising: a substrate; a plurality of ferroelectric memory cells arranged on the substrate in an array including a plurality of columns; And a bit line to which ferroelectric memory cells in the same column are connected. Each ferroelectric memory cell includes a transistor formed on a substrate and having a gate and a source / drain, a plug electrode connected to the source / drain of the transistor, and a plug electrode connected to and located above the plug electrode. A lower electrode in the form of an island, a ferroelectric film positioned on the lower electrode, and a pair of upper electrodes positioned on the ferroelectric film and sharing the lower electrode. A feature of this memory device is that a line connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes is not parallel to the bit line.
【0012】一対の上部電極の重心を結ぶ線分は、たと
えばビット線に垂直であるか、あるいはビット線に対し
て、斜め方向に延びる。斜めの一例として、一対の上部
電極は、その重心を結ぶ線分がビット線に対して45°
の角度をなすように配置される。このように、メモリセ
ルの上部電極を、その重心を結ぶ線が、ビット線に対し
て垂直あるいは斜めに位置することによって、ワード線
の間隔を狭められると同じに、ビット線の間隔を拡げる
ことが可能になる。すなわち、全体のアレイ面積を低減
できるとともに、ビット線に対する寄生容量を低減する
ことができる。A line connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes is, for example, perpendicular to the bit line or extends obliquely to the bit line. As an example of the oblique direction, the pair of upper electrodes has a line connecting the centers of gravity thereof at 45 ° with respect to the bit line.
Are arranged at an angle. In this way, the line connecting the center of gravity of the upper electrode of the memory cell is positioned perpendicularly or obliquely to the bit line, so that the distance between the word lines is reduced and the distance between the bit lines is increased. Becomes possible. That is, the entire array area can be reduced, and the parasitic capacitance to the bit line can be reduced.
【0013】また、ソース/ドレインから延びるプラグ
は、下部電極の重心位置に位置するか、あるいは、下部
電極の重心から偏芯して位置する。The plug extending from the source / drain is located at the position of the center of gravity of the lower electrode or eccentric from the center of gravity of the lower electrode.
【0014】好ましくは、強誘電体メモリセルは、前記
下部電極の下方に位置する耐酸化膜をさらに有する。ま
た、強誘電体メモリセルのプラグ電極の上部または全部
が、酸化雰囲気中で導電性を失わない材料であることが
好ましい。これは、後の熱処理工程において、アニール
ガス中に含有される酸素が、プラグ電極を酸化すること
を防止する一方で、導電性を維持するためである。Preferably, the ferroelectric memory cell further has an oxidation-resistant film located below the lower electrode. Further, it is preferable that the upper part or all of the plug electrode of the ferroelectric memory cell is made of a material that does not lose conductivity in an oxidizing atmosphere. This is to prevent oxygen contained in the annealing gas from oxidizing the plug electrode in the subsequent heat treatment step, while maintaining conductivity.
【0015】本発明の第3の特徴にかかる強誘電体メモ
リ装置は、基板と、基板上で、複数のカラムを含むアレ
イ状に配置され、各々が長手方向の中心線を有する複数
の強誘電体メモリセルと、前記カラムを選択するための
ビット線とを備え、同一カラム内の強誘電体メモリセル
は、その長手方向の中心線が前記ビット線に対して所定
の角度をなすように、同一のビット線に接続される。こ
のメモリ装置の特徴は、隣り合うビット線に接続された
メモリセルの前記長手方向の中心線が、たがいに1/2
ピッチずつずれて、互い違いに位置する点にある。According to a third aspect of the present invention, there is provided a ferroelectric memory device comprising: a substrate; and a plurality of ferroelectric memories arranged on the substrate in an array including a plurality of columns, each having a longitudinal center line. Body memory cell, and a bit line for selecting the column, the ferroelectric memory cell in the same column, the longitudinal center line thereof at a predetermined angle with respect to the bit line, Connected to the same bit line. The feature of this memory device is that the longitudinal center line of the memory cell connected to the adjacent bit line is halved.
The point is that they are shifted by a pitch and are located alternately.
【0016】各メモリセルは、基板上に形成されたゲー
トおよびソース/ドレインから成るトランジスタと、ト
ランジスタのソース/ドレインに接続されるプラグ電極
と、プラグ電極の上層に位置して、このプラグ電極に接
続され、ビット線と垂直な方向に延びる下部電極と、下
部電極上に位置する強誘電体膜と、強誘電体膜上に位置
し、下部電極を共有する一対の上部電極とを備える。Each memory cell includes a transistor formed on a substrate and having a gate and a source / drain, a plug electrode connected to the source / drain of the transistor, and a plug electrode located above the plug electrode. A lower electrode is connected and extends in a direction perpendicular to the bit line, a ferroelectric film located on the lower electrode, and a pair of upper electrodes located on the ferroelectric film and sharing the lower electrode.
【0017】好ましくは、下部電極は、ビット線に対し
て45°回転させた矩形を2つ連結した平面形状であ
る。Preferably, the lower electrode has a planar shape in which two rectangles rotated by 45 ° with respect to the bit line are connected.
【0018】この強誘電体メモリ装置は、ビット線の方
向に沿って配置され、隣接するメモリセルとセルの間に
位置するビアコンタクトをさらに有する。ビアコンタク
トから矩形の下部電極の連結部であるくびれ部まで充分
な距離をとることができ、寄生容量を低減することが可
能になる。また、隣り合うビット線に接続されるメモリ
セルは1/2ピッチずれて互い違いに配置されるので、
コンタクト周囲に充分な空間を確保すると同時に、セル
間は最密にすることが可能になり、アレイ全体の面積を
低減することができる。This ferroelectric memory device further has via contacts arranged between the adjacent memory cells arranged along the direction of the bit lines. A sufficient distance can be provided from the via contact to the constricted portion, which is the connection portion of the rectangular lower electrode, and the parasitic capacitance can be reduced. Also, since the memory cells connected to the adjacent bit lines are alternately arranged with a shift of 1/2 pitch,
At the same time as securing a sufficient space around the contact, it is possible to make the space between the cells closest, and the area of the entire array can be reduced.
【0019】また、別のレイアウト例として、各メモリ
セルは、プラグ電極の上層に所定間隔で位置する一対の
下部電極と、それぞれの下部電極上に形成された強誘電
体膜と、強誘電体膜上に位置する上部電極とを有する。
一対の下部電極は共通のプラグ電極に接続され、これら
の下部電極の重心を結ぶ直線は、ビット線に対して垂直
である。この場合、共通のプラグ電極の水平断面形状
は、たとえば楕円形である。下部電極の形状は、たとえ
ば、ビット線に対して45°回転させた矩形の平面形状
を有する。この構成は、セルの最密配置およびコンタク
ト周りの空間の確保という効果に加え、下部電極、強誘
電体膜、および上部電極の一括加工を可能にする。As another layout example, each memory cell includes a pair of lower electrodes located at a predetermined interval above a plug electrode, a ferroelectric film formed on each lower electrode, and a ferroelectric film. And an upper electrode located on the film.
The pair of lower electrodes is connected to a common plug electrode, and a straight line connecting the centers of gravity of these lower electrodes is perpendicular to the bit lines. In this case, the horizontal cross-sectional shape of the common plug electrode is, for example, elliptical. The lower electrode has, for example, a rectangular planar shape rotated by 45 ° with respect to the bit line. This configuration enables the lower electrode, the ferroelectric film, and the upper electrode to be collectively processed, in addition to the effects of the close-packed arrangement of cells and the space around the contact.
【0020】本発明の第4の特徴として、強誘電体メモ
リ装置の製造方法を提供する。まず、第1の導電型の基
板上に、ゲート、ソースおよびドレインから成るトラン
ジスタをアレイ状に形成する。次に、各トランジスタの
ソースおよびドレイン上に、第1の方向に沿った複数の
プラグ電極を形成する。そして、プラグ電極に接触する
ように、下部電極を形成する。各トランジスタの下部電
極上に強誘電体膜を形成する。この強誘電体膜上に、一
対の上部電極を、その重心を結ぶ線分が前記第1の方向
と異なる第2の方向に沿って位置するように形成する。
さらに、下部電極と強誘電体膜とを、各トランジスタの
下部電極が一のプラグ電極と接続するように加工する。
最後に、下部電極に接続されていないプラグ電極のに接
触するビアコンタクトを形成する。As a fourth feature of the present invention, a method for manufacturing a ferroelectric memory device is provided. First, transistors each including a gate, a source, and a drain are formed in an array on a substrate of a first conductivity type. Next, a plurality of plug electrodes extending in the first direction are formed on the source and the drain of each transistor. Then, a lower electrode is formed so as to be in contact with the plug electrode. A ferroelectric film is formed on a lower electrode of each transistor. A pair of upper electrodes are formed on the ferroelectric film such that a line connecting the centers of gravity is located along a second direction different from the first direction.
Further, the lower electrode and the ferroelectric film are processed so that the lower electrode of each transistor is connected to one plug electrode.
Finally, a via contact is formed to contact a plug electrode not connected to the lower electrode.
【0021】本発明のその他の特徴および効果は、以下
で図面を参照して述べる詳細な説明により明確になるも
のである。Other features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description given below with reference to the drawings.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】<第1実施形態>図1および2
は、本発明の第1実施形態にかかる強誘電体メモリ装置
の平面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <First Embodiment> FIGS. 1 and 2
1 is a plan view of a ferroelectric memory device according to a first embodiment of the present invention.
【0023】強誘電体メモリ装置は、基板上にマトリク
ス状に配置された複数の強誘電体キャパシタセル20を
有する。強誘電体キャパシタセル20は、マトリクスの
ロー(行)を選択するためのワード線2と、カラムを選
択するためのビット線10とに接続される。具体的に
は、複数のメモリセル20から成るメモリブロックのた
めの素子領域1(図1で一点鎖線で囲まれる領域)の一
方の端部に、トランスファゲート(メモリブロック選択
ゲート)を介して、ビット線が接続され、反対側の端部
にプレート線が接続される。書き込み、読み出し動作
は、メモリブロック選択ゲートによって特定のメモリセ
ルブロックが選択された後に、特定のゲート線をOFF
レベルにすることで特定のメモリセルが選択され、さら
に、プレート線を充放電することによってキャパシタへ
の書き込み、読み出し動作が行なわれる。The ferroelectric memory device has a plurality of ferroelectric capacitor cells 20 arranged in a matrix on a substrate. The ferroelectric capacitor cell 20 is connected to a word line 2 for selecting a row (row) of the matrix and a bit line 10 for selecting a column. Specifically, at one end of an element region 1 (a region surrounded by a dashed line in FIG. 1) for a memory block including a plurality of memory cells 20, a transfer gate (memory block selection gate) is provided. A bit line is connected, and a plate line is connected to the opposite end. In the write and read operations, a specific gate line is turned off after a specific memory cell block is selected by a memory block selection gate.
By setting the level, a specific memory cell is selected, and further, by charging and discharging the plate line, writing and reading operations to and from the capacitor are performed.
【0024】第1実施形態の強誘電体メモリ装置では、
各強誘電体キャパシタセル20は、その長手方向の中心
線がビット線10と垂直になるように配置された長方形
のセルである。In the ferroelectric memory device according to the first embodiment,
Each ferroelectric capacitor cell 20 is a rectangular cell arranged such that its center line in the longitudinal direction is perpendicular to the bit line 10.
【0025】各キャパシタセル20は、図2に示すよう
に、基板上に形成されたゲート12およびソース/ドレ
イン3から成るトランジスタと、トランジスタのソース
/ドレインに接続されるプラグ電極4aを有する。長方
形の下部電極5は、このプラグ電極4aに接続され、ビ
ット線10と垂直な方向に延びている。下部電極5上に
は、強誘電体膜6と、強誘電体膜6上に位置して下部電
極を共有する一対の上部電極7が配置される。下部電極
5、強誘電体膜6、上部電極7とで、キャパシタを構成
する。As shown in FIG. 2, each capacitor cell 20 has a transistor formed on a substrate and having a gate 12 and a source / drain 3, and a plug electrode 4a connected to the source / drain of the transistor. The rectangular lower electrode 5 is connected to the plug electrode 4a and extends in a direction perpendicular to the bit line 10. On the lower electrode 5, a ferroelectric film 6 and a pair of upper electrodes 7 located on the ferroelectric film 6 and sharing the lower electrode are arranged. The lower electrode 5, the ferroelectric film 6, and the upper electrode 7 constitute a capacitor.
【0026】また、図2(a)のA−A断面図に示すよ
うに、一対の上部電極7は、ひとつの下部電極5を共有
し、間に強誘電体膜6を挟んだキャパシタ構造を形成し
ている。このキャパシタは、強誘電体膜6の分極反転特
性を利用した不揮発性メモリを構成する。上述したよう
に、第1実施形態では、一対の上部電極7の重心を結ぶ
線は、ビット線10と直交している。また、第1実施例
では、ビット線10の方向と、各キャパシタセル20に
おいて最近接して隣接するプラグ電極4aと4bの方向
は一致する。したがって、一対の上部電極7の重心を結
ぶ線分は、最近接して隣接し合うプラグを結ぶ線分と直
交することになる。As shown in FIG. 2A, a pair of upper electrodes 7 share a single lower electrode 5 and have a capacitor structure in which a ferroelectric film 6 is interposed therebetween. Has formed. This capacitor constitutes a nonvolatile memory utilizing the polarization reversal characteristics of the ferroelectric film 6. As described above, in the first embodiment, the line connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes 7 is orthogonal to the bit line 10. In the first embodiment, the direction of the bit line 10 and the direction of the plug electrodes 4a and 4b closest to and adjacent to each other in each capacitor cell 20 match. Therefore, the line connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes 7 is orthogonal to the line connecting the plugs that are closest and adjacent to each other.
【0027】図2(b)のB−B断面図に示すように、
下部電極5の下方には、ゲート12、およびソース/ド
レイン3から成るスイッチングトランジスタが形成され
ている。プラグ電極4aおよび4bは、ソース/ドレイ
ン3に接続される。このうち、プラグ電極4aは、キャ
パシタを構成する下部電極5に接続され、この強誘電体
キャパシタセルが接続されたワード線2が選択されたと
きに、トランジスタが導通して、キャパシタに蓄えられ
た電荷(蓄積データ)がビット線に出力される。第1実
施形態では、プラグ電極4aは、下部電極5の重心に位
置する。As shown in the sectional view taken along the line BB of FIG.
Below the lower electrode 5, a switching transistor including a gate 12 and a source / drain 3 is formed. Plug electrodes 4 a and 4 b are connected to source / drain 3. Among these, the plug electrode 4a is connected to the lower electrode 5 constituting the capacitor, and when the word line 2 to which the ferroelectric capacitor cell is connected is selected, the transistor is turned on and stored in the capacitor. The charge (accumulated data) is output to the bit line. In the first embodiment, the plug electrode 4a is located at the center of gravity of the lower electrode 5.
【0028】一方、プラグ電極4bは、上方のビアコン
タクト8bを介して上層のメタル配線9に接続される。On the other hand, the plug electrode 4b is connected to the upper metal wiring 9 via the upper via contact 8b.
【0029】このようなセル配置において、ビット線1
0と垂直な方向に各キャパシタセル20が配置されるの
で、ワード線2の間隔(ピッチ)を縮小することができ
る。従来のセル配置では、図10に示すように、長方形
のキャパシタセルがビット線と平行な方向に配置され、
ワード線102の間隔を短縮することに限界があった。
また、各キャパシタセル20がビット線10と垂直方向
に配置されることから、ビット線10のピッチをある程
度広くとることができ、ビット線に対する寄生容量を大
幅に低減することができるという効果を有する。In such a cell arrangement, bit line 1
Since each capacitor cell 20 is arranged in a direction perpendicular to 0, the interval (pitch) between word lines 2 can be reduced. In the conventional cell arrangement, as shown in FIG. 10, rectangular capacitor cells are arranged in a direction parallel to the bit lines,
There is a limit in shortening the interval between the word lines 102.
In addition, since each capacitor cell 20 is arranged in a direction perpendicular to the bit line 10, the pitch of the bit line 10 can be widened to some extent, and the parasitic capacitance to the bit line can be greatly reduced. .
【0030】図3は、図1に示すキャパシタセルの変形
例を示す。図3に示す強誘電体キャパシタセル30は、
長方形の下部電極に代え、中央部にくびれ部を有する砂
時計形状の下部電極35と、下部電極35の形状に合わ
せた一対の上部電極37を有する。FIG. 3 shows a modification of the capacitor cell shown in FIG. The ferroelectric capacitor cell 30 shown in FIG.
Instead of a rectangular lower electrode, it has an hourglass-shaped lower electrode 35 having a constricted portion at the center, and a pair of upper electrodes 37 adapted to the shape of the lower electrode 35.
【0031】このセル構造の特徴は、下部電極35の中
央部にくびれ部を有するので、プラグ電極4bの上部に
形成されるビアコンタクト8bと、下部電極35との間
隔を充分にとることができる点にある。このように、ワ
ード線の間隔を密に維持したまま、下部電極とコンタク
トとの間の距離を確保することによって、アレイサイズ
の縮小を可能にすると同時に、寄生容量をさらに低減す
ることができる。寄生容量の低減は、デバイス性能の信
頼性の向上に大きく貢献する。すなわち、図3に示すセ
ル配置は、高集積、高性能という、半導体集積回路に寄
せられる期待に充分に応えるものである。The feature of this cell structure is that the lower electrode 35 has a constricted portion at the center, so that a sufficient distance can be provided between the via contact 8b formed above the plug electrode 4b and the lower electrode 35. On the point. As described above, by keeping the distance between the lower electrode and the contact while keeping the interval between the word lines tight, the array size can be reduced and the parasitic capacitance can be further reduced. Reduction of parasitic capacitance greatly contributes to improvement of reliability of device performance. That is, the cell arrangement shown in FIG. 3 sufficiently satisfies the expectations of a semiconductor integrated circuit such as high integration and high performance.
【0032】<第2実施形態>図4は、本発明の第2実
施形態にかかる強誘電体メモリ装置のキャパシタセル4
0の平面レイアウトを示す図である。<Second Embodiment> FIG. 4 shows a capacitor cell 4 of a ferroelectric memory device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a plane layout of a zero.
【0033】第2実施形態のメモリ装置の特徴は、同一
カラム内のキャパシタセル40は、その長手方向の中心
線が前記ビット線と直交するようにして、同一のビット
線に接続され、隣り合うビット線に接続されたキャパシ
タセルの中心線が、たがいに1/2ピッチずつずれて、
互い違いに位置する点にある。The feature of the memory device of the second embodiment is that the capacitor cells 40 in the same column are connected to the same bit line so that the center line in the longitudinal direction is orthogonal to the bit line, and are adjacent to each other. The center lines of the capacitor cells connected to the bit lines are shifted by 1/2 pitch each other,
It is in a staggered position.
【0034】第2実施形態においては、キャパシタセル
40の平面形状を、下部電極45、強誘電体膜46、お
よび上部電極47をビット線に対して45°回転させた
矩形を2つ連結した8の字型とする。図2のプラグ電極
4aに対応するプラグ電極4aは、下部電極45の重
心、すなわち、2つの矩形の連結部の下方に位置する。
このような下部電極45の形状に合わせて、強誘電体膜
46および上部電極47の形状も、ビット線に対して4
5°回転させた矩形となる。このレイアウトは、第1実
施形態において図3と関連して述べたくびれ部を有する
下部電極の形状よりも、さらにビアコンタクト8bから
の距離を確保することが可能になる。In the second embodiment, the planar shape of the capacitor cell 40 is formed by connecting two rectangles obtained by rotating the lower electrode 45, the ferroelectric film 46, and the upper electrode 47 by 45 ° with respect to the bit line. Character shape. The plug electrode 4a corresponding to the plug electrode 4a in FIG. 2 is located below the center of gravity of the lower electrode 45, that is, below the two rectangular connecting portions.
In accordance with the shape of the lower electrode 45, the shapes of the ferroelectric film 46 and the upper electrode 47 are also 4
It becomes a rectangle rotated by 5 °. This layout can secure a further distance from the via contact 8b than the shape of the lower electrode having the constricted portion described in connection with FIG. 3 in the first embodiment.
【0035】また、隣接するカラム(図4では横方向に
延びる列がカラムに相当する)に含まれる強誘電体キャ
パシタセル40は、ピッチが1/2ずれて互いに違いに
位置する。このような配置は、45°回転した下部電極
45の形状により実現されるものである。すなわち、下
部電極45がビット線に対して45°回転した矩形形状
であるため、同一カラム内の隣接するキャパシタセルの
端部と端部の間に充分な空間を確保することができ、こ
の空間に、次のカラムのキャパシタセルの端部を入れ込
むことが可能になる。したがって、第1実施形態よりも
さらに最密構造とすることができる。The ferroelectric capacitor cells 40 included in the adjacent columns (the columns extending in the horizontal direction in FIG. 4 correspond to the columns) are different from each other with a pitch shifted by ピ ッ チ. Such an arrangement is realized by the shape of the lower electrode 45 rotated by 45 °. That is, since the lower electrode 45 has a rectangular shape rotated by 45 ° with respect to the bit line, a sufficient space can be secured between the ends of adjacent capacitor cells in the same column. Then, the end of the capacitor cell of the next column can be inserted. Therefore, it is possible to make the structure closer than the first embodiment.
【0036】逆に言うと、アレイ面積を従来と同じにし
た場合に、個別のキャパシタセルの有効面積を最大にす
ることが可能になる。キャパシタセルの有効面積が増大
すると、メモリセルの蓄積容量が充分に確保され、セン
ス動作時の動作余裕が確保される。また、書き込み・読
み出しサイクルによる疲労劣化や、インプリントなどに
対する耐性を高めることができる。結果として、メモリ
装置全体の信頼性が向上し、高性能のメモリを提供する
ことが可能になる。Conversely, when the array area is made the same as the conventional one, it becomes possible to maximize the effective area of each individual capacitor cell. When the effective area of the capacitor cell increases, the storage capacity of the memory cell is sufficiently ensured, and the operation margin during the sensing operation is ensured. In addition, it is possible to increase the resistance to fatigue deterioration due to the write / read cycle and imprint. As a result, the reliability of the entire memory device is improved, and a high-performance memory can be provided.
【0037】図5は、第2実施形態のセル配置の変形例
を示す。図5の例では、ひとつのキャパシタセル50内
で、下部電極55を2つに分割し、これらの下部電極対
をプラグ電極4aで共通に接続する。このとき、接続性
を確実にするため、プラグ電極4aの水平断面形状は、
楕円形とする。FIG. 5 shows a modification of the cell arrangement of the second embodiment. In the example of FIG. 5, the lower electrode 55 is divided into two in one capacitor cell 50, and these lower electrode pairs are commonly connected by the plug electrode 4a. At this time, in order to ensure the connectivity, the horizontal cross-sectional shape of the plug electrode 4a is
Make it elliptical.
【0038】このレイアウトは、下部電極55、強誘電
体膜56、および上部電極57を一括加工できる点です
ぐれている。すなわち、図4に示すレイアウトでは、下
部電極のためのフォトリソグラフィ工程と、強誘電体膜
46および上部電極47のフォトリソグラフィ工程を別
々に必要とするが、図5の構成では、上部電極57と下
部電極55を一括して加工できるので、下部電極加工の
ためのフォトリソグラフィ工程を削除することができ
る。This layout is excellent in that the lower electrode 55, the ferroelectric film 56, and the upper electrode 57 can be processed collectively. That is, in the layout shown in FIG. 4, a photolithography process for the lower electrode and a photolithography process for the ferroelectric film 46 and the upper electrode 47 are separately required, but in the configuration of FIG. Since the lower electrode 55 can be processed collectively, a photolithography step for processing the lower electrode can be omitted.
【0039】<第3実施形態>図6は、本発明の第3実
施形態にかかる強誘電体メモリ装置のキャパシタセル6
0の平面レイアウトを示す図である。第3実施形態の特
徴は、ひとつの下部電極65を共有する一対の上部電極
67が、その重心を結ぶ線分が、素子領域1内の隣合う
平行に延びるビット線(不図示)に対して所定の角度を
成すように配置されている点にある。換言すると、図6
に示す例では、プラグ64aは下部電極65の重心に位
置し、同一セルのソース/ドレインに接続される一対の
プラグ64a、64bは、ビット線の延びる方向に沿っ
て配置される。したがって、同一素子領域1内で、各キ
ャパシタセル60のソース/ドレインに接続されるプラ
グ64aとビアコンタクト68bとを結ぶ線分に対し
て、一対の上部電極67の重心を結ぶ線分が、一定角度
を成している。なお、ビアコンタクト68bは、プラグ
64aと対をなすプラグ64b(不図示)の上部に形成
されて上層のメタル配線を接続するためのビアコンタク
トである。Third Embodiment FIG. 6 shows a capacitor cell 6 of a ferroelectric memory device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a plane layout of a zero. A feature of the third embodiment is that a pair of upper electrodes 67 sharing one lower electrode 65 is connected to a bit line (not shown) extending parallel to an adjacent parallel line in the element region 1. That is, they are arranged so as to form a predetermined angle. In other words, FIG.
In the example shown in (1), the plug 64a is located at the center of gravity of the lower electrode 65, and a pair of plugs 64a and 64b connected to the source / drain of the same cell are arranged along the direction in which the bit line extends. Therefore, the line connecting the center of gravity of the pair of upper electrodes 67 is constant with respect to the line connecting the plug 64a connected to the source / drain of each capacitor cell 60 and the via contact 68b in the same element region 1. Make an angle. The via contact 68b is a via contact formed above a plug 64b (not shown) that forms a pair with the plug 64a and for connecting an upper metal wiring.
【0040】図6の例は、上部電極の重心ビット線に対
して45°の角度を成す配置を示しているが、これに限
られず、ビット線に対する回転の角度θは、ビット線と
平行にならない限り(0<θ<180°の範囲で)適宜
調節することができる。これにより、製造するメモリ装
置の用途に応じて、メモリセルアレイのタテヨコ比を最
適に調整することが可能になる。Although the example of FIG. 6 shows an arrangement in which the upper electrode forms an angle of 45 ° with the center of gravity bit line, the present invention is not limited to this, and the rotation angle θ with respect to the bit line is parallel to the bit line. Unless otherwise required (in the range of 0 <θ <180 °), it can be adjusted appropriately. This makes it possible to optimally adjust the length / width ratio of the memory cell array according to the use of the memory device to be manufactured.
【0041】また、このように、一対の上部電極67の
重心を結ぶ線分をビット線に対して回転させることによ
り、ワード線2のピッチを狭めると同時に、最密配置を
達成することができる。Further, by rotating the line connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes 67 with respect to the bit lines, the pitch of the word lines 2 can be narrowed and the close-packed arrangement can be achieved. .
【0042】図7は、図6に示す強誘電体メモリ装置の
キャパシタセルの変形例を示す。図7のキャパシタセル
70は、下部電極75は、矩形と三角形を組み合わせた
多角形である。キャパシタセル70の一対の上部電極7
7を結ぶ線分は、下部電極75の重心に位置するプラグ
74aと、ビアコンタクト78bとを結ぶ直線に対し
て、所定の角度をなす。図7の例でも、プラグ74aと
ビアコンタクト78bとは、ビット線(不図示)の方向
に沿って位置するため、結果として、一対の上部電極7
7の重心を結ぶ線分は、ビット線に対して所定の角度を
成す。FIG. 7 shows a modification of the capacitor cell of the ferroelectric memory device shown in FIG. In the capacitor cell 70 of FIG. 7, the lower electrode 75 is a polygon in which a rectangle and a triangle are combined. A pair of upper electrodes 7 of the capacitor cell 70
7 forms a predetermined angle with respect to a straight line connecting the plug 74a located at the center of gravity of the lower electrode 75 and the via contact 78b. Also in the example of FIG. 7, the plug 74a and the via contact 78b are located along the direction of the bit line (not shown).
The line segment connecting the center of gravity 7 forms a predetermined angle with respect to the bit line.
【0043】図7に示すキャパシタセル70の特徴は、
下部電極75をソース/ドレインに接続するプラグ74
aと、上部電極77との間の実効的な距離を離すことが
可能になることである。強誘電体キャパシタの特徴は、
下部電極の配向性や表面状態に敏感な場合があるため、
場合に応じてプラグ74aと上部電極77との間の距離
を調整することは重要である。図7に示すレイアウト
は、このようなプラグ−電極間の距離調整を容易にす
る。The characteristics of the capacitor cell 70 shown in FIG.
Plug 74 connecting lower electrode 75 to source / drain
a and the upper electrode 77 can be separated by an effective distance. Features of ferroelectric capacitors are:
Because the orientation and surface condition of the lower electrode may be sensitive,
It is important to adjust the distance between the plug 74a and the upper electrode 77 as the case may be. The layout shown in FIG. 7 facilitates such adjustment of the distance between the plug and the electrode.
【0044】プラグ74aと上部電極77の距離をさら
に離したい場合は、2つの矩形をつなぐ三角形の領域
を、台形の領域とすればよい。この場合は、ワード線の
間隔が、従来技術のセル配置と同程度にまで拡がるが、
同じワード線間隔でありながら、プラグ−上部電極間の
実行距離をかなりの程度まで離すことが可能になり、メ
モリ性能を向上させることができる。If it is desired to further increase the distance between the plug 74a and the upper electrode 77, a triangular area connecting two rectangles may be a trapezoidal area. In this case, the interval between the word lines is increased to about the same level as the cell arrangement of the related art.
The execution distance between the plug and the upper electrode can be increased to a considerable extent while maintaining the same word line interval, and the memory performance can be improved.
【0045】<第4実施形態>図8および図9は、本発
明の第4実施形態にかかる強誘電体メモリ装置のキャパ
シタセルを示す。第4実施形態では、下部電極をトラン
ジスタのソース/ドレインに接続するプラグの位置を、
下部電極の重心から偏芯させる。<Fourth Embodiment> FIGS. 8 and 9 show a capacitor cell of a ferroelectric memory device according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the position of the plug connecting the lower electrode to the source / drain of the transistor is
It is eccentric from the center of gravity of the lower electrode.
【0046】図8のキャパシタセル80は、プラグ84
aの位置を除いて、図1に示すキャパシタセルと同様の
構成を有する。すなわち、図1では、プラグ84aは下
部電極の重心に位置したが、図8のキャパシタセル80
では、プラグ84aの位置は、下部電極85の重心か
ら、ややはずれた位置にある。The capacitor cell 80 shown in FIG.
Except for the position a, the capacitor cell has the same configuration as the capacitor cell shown in FIG. That is, in FIG. 1, the plug 84a is located at the center of gravity of the lower electrode.
Then, the position of the plug 84 a is located slightly off the center of gravity of the lower electrode 85.
【0047】プラグ84aを偏芯させることにより、ロ
ジックメモリ搭載チップなどでは設計上の自由度を確保
することができる。実際、現実の製品では、プラグ位置
にある程度の偏芯が必要とされる場合があるので、図8
のレイアウトは、ワード線ピッチを短縮しつつ、設計上
の自由度を確保するという効果を有する。By eccentricity of the plug 84a, a degree of freedom in design can be ensured in a logic memory mounted chip or the like. Actually, in an actual product, a certain degree of eccentricity may be required at the plug position.
The layout has the effect of reducing the word line pitch and securing design flexibility.
【0048】図9は、プラグ位置を偏芯させた別の例を
示す。キャパシタセル90は、ワード線2と平行に延び
る長方形の下部電極95と、下部電極上に位置する一対
の上部電極97と、上部電極および下部電極の間に挟ま
れる強誘電体膜(不図示)とを有する。図9に示す例で
は、下部電極95をトランジスタのソース/ドレインに
接続するプラグ94aは、上部電極対97の外側にあ
る。また、同一の素子領域1内にあるビアコンタクト9
8bは、プラグ94aとビアコンタクト98bを結ぶ直
線がビット線(不図示)と平行になるように位置する。FIG. 9 shows another example in which the plug position is eccentric. The capacitor cell 90 includes a rectangular lower electrode 95 extending parallel to the word line 2, a pair of upper electrodes 97 located on the lower electrode, and a ferroelectric film (not shown) sandwiched between the upper electrode and the lower electrode. And In the example shown in FIG. 9, the plug 94a connecting the lower electrode 95 to the source / drain of the transistor is outside the upper electrode pair 97. Also, via contacts 9 in the same element region 1
8b is positioned such that a straight line connecting the plug 94a and the via contact 98b is parallel to a bit line (not shown).
【0049】このレイアウトは、図7と同様に、プラグ
と上部電極との間の実効距離を確保する必要のある場合
に有効である。具体的には、上部電極97とプラグ94
aの相対的なサイズ等にも依存するが、特に、上部電極
同士は近接していてもよいが、上部電極97とプラグ9
4aとの距離が充分に必要な場合に、図9の配置構成
は、全体としてのアレイ面積の縮小を実現することがで
きる。また、図1のレイアウト以上にビット線の間隔を
拡くとることができるので、ビット線に対する寄生容量
を低減して、メモリ性能を向上することができる。This layout is effective when it is necessary to ensure an effective distance between the plug and the upper electrode, as in FIG. Specifically, the upper electrode 97 and the plug 94
Although the upper electrode may be close to each other, the upper electrode 97 and the plug
When a sufficient distance from 4a is required, the arrangement of FIG. 9 can realize a reduction in the overall array area. Further, since the interval between the bit lines can be made larger than that of the layout of FIG. 1, the parasitic capacitance with respect to the bit lines can be reduced, and the memory performance can be improved.
【0050】<第5実施形態>図10〜13は、図1に
示す強誘電体メモリ装置の製造工程を示す図である。<Fifth Embodiment> FIGS. 10 to 13 are views showing a process of manufacturing the ferroelectric memory device shown in FIG.
【0051】(イ)まず、図10(a)のA−A断面図
および図10(b)のB−B断面図に示すように、たと
えばp型半導体基板61に素子分離酸化層62による素
子領域63を形成し、ゲート12およびn型拡散層(ソ
ース/ドレイン)3を形成する。ゲートおよびソース/
ドレインの表面に、たとえばタングステンシリサイドな
どを形成してもよい。その後、CVD法等により層間絶
縁膜64を堆積、平坦化し、フォトリソグラフィおよび
エッチングでソース/ドレイン3まで届くコンタクトホ
ールを開口する。コンタクトホールに、電極材料(たと
えばドープされた多結晶シリコンやタングステン)をC
VD法等により堆積してから、CMP(化学機械研摩)
やCDE(ケミカルドライエッチング)により表面を平
坦化して、プラグ電極4bを形成する。さらに、耐酸化
膜(窒化膜など)11を堆積し、その後、プラグ4aの
ためのコンタクトホールを形成し、4bと同様に電極材
料を充填する。この耐酸化膜11は、後の熱処理工程で
電極材料中に発生した酸素が下層へ拡散するのを防止す
る。(A) First, as shown in the sectional view taken along the line AA in FIG. 10A and the sectional view taken along the line BB in FIG. A region 63 is formed, and a gate 12 and an n-type diffusion layer (source / drain) 3 are formed. Gate and source /
For example, tungsten silicide or the like may be formed on the surface of the drain. Thereafter, an interlayer insulating film 64 is deposited and flattened by a CVD method or the like, and a contact hole reaching the source / drain 3 is opened by photolithography and etching. Fill the contact hole with an electrode material (eg, doped polycrystalline silicon or tungsten)
After deposition by VD method etc., CMP (Chemical Mechanical Polishing)
The surface is flattened by CDE (Chemical Dry Etching) and the plug electrode 4b is formed. Further, an oxidation resistant film (such as a nitride film) 11 is deposited, and thereafter, a contact hole for the plug 4a is formed, and an electrode material is filled in the same manner as 4b. The oxidation resistant film 11 prevents oxygen generated in the electrode material in a later heat treatment step from diffusing into a lower layer.
【0052】(ロ)次に、図11に示すように、下部電
極材料、強誘電体膜、および上部電極材料を順次堆積す
る。下部および上部電極材料としては、白金(Pt)、
イリジウム(Ir)、二酸化イリジウム(IrO2)な
どを用いる。また、強誘電体材料としては、PZT(P
bZrxTi1‐xO3)やSBT(SrBi2Ta2O9)
を用いる。(B) Next, as shown in FIG. 11, a lower electrode material, a ferroelectric film, and an upper electrode material are sequentially deposited. The lower and upper electrode materials include platinum (Pt),
Iridium (Ir), iridium dioxide (IrO 2 ), or the like is used. Further, as a ferroelectric material, PZT (P
bZr x Ti 1-x O 3 ) or SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 )
Is used.
【0053】(ハ)次に、図12に示すように、上部電
極7、強誘電体膜6、下部電極5をフォトリソグラフィ
およびエッチングにより形成する。このとき、上部電極
7をビット線10と垂直な方向に並ぶようにパターンニ
ングする。(C) Next, as shown in FIG. 12, an upper electrode 7, a ferroelectric film 6, and a lower electrode 5 are formed by photolithography and etching. At this time, patterning is performed so that the upper electrodes 7 are arranged in a direction perpendicular to the bit lines 10.
【0054】(ニ)最後に、図9に示すように、層間絶
縁膜65を堆積する。たとえばP−TEOS(tetra et
hoxy silage)系プラズマCVDやO3−TEOS系プラ
ズマCVDなどにより層間絶縁膜65を形成する。そし
て、プラグ4Bに接続するビアホール18aをフォトリ
ソグラフィとエッチングにより形成し、CVD法などに
よりホールをタングステン等で充填して、ビアコンタク
ト18bを完成する。このあと、ビット線10を含む上
部メタル配線を形成して、強誘電体メモリ装置が完成す
る。(D) Finally, as shown in FIG. 9, an interlayer insulating film 65 is deposited. For example, P-TEOS (tetra et
An interlayer insulating film 65 is formed by a hoxy silage type plasma CVD or an O 3 -TEOS type plasma CVD. Then, a via hole 18a connected to the plug 4B is formed by photolithography and etching, and the hole is filled with tungsten or the like by a CVD method or the like to complete the via contact 18b. Thereafter, an upper metal wiring including the bit line 10 is formed, and the ferroelectric memory device is completed.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上述べたように、本発明の強誘電体メ
モリ装置によれば、各キャパシタセルが、その長手方向
がビット線と垂直なるように(すなわちワード線と平行
に延びるように)形成されており、ワード線の間隔を縮
めることができる。これにより、アレイ全体の面積が縮
小される。また、ビット線の間隔を広げることができる
ので、ビット線に対する寄生容量を低減することがで
き、デバイス動作の信頼性を向上することができる。As described above, according to the ferroelectric memory device of the present invention, each capacitor cell is arranged so that its longitudinal direction is perpendicular to the bit line (ie, extends parallel to the word line). It is formed, and the interval between word lines can be reduced. This reduces the area of the entire array. Further, since the interval between the bit lines can be increased, the parasitic capacitance to the bit lines can be reduced, and the reliability of device operation can be improved.
【図1】本発明の第1実施形態にかかる強誘電体メモリ
装置の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a ferroelectric memory device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す強誘電体メモリ装置の断面図であ
り、図1(a)はA−A断面を、図1(b)はB−B断
面を示す図である。FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of the ferroelectric memory device shown in FIG. 1, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line AA, and FIG.
【図3】図1に示すキャパシタセルの変形例を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing a modification of the capacitor cell shown in FIG.
【図4】本発明の第2実施形態にかかる強誘電体メモリ
装置のセル形状を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a cell shape of a ferroelectric memory device according to a second embodiment of the present invention.
【図5】図4に示すキャパシタセルの変形例を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing a modification of the capacitor cell shown in FIG.
【図6】本発明の第3実施形態にかかる強誘電体メモリ
装置のセル形状を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a cell shape of a ferroelectric memory device according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3実施形態にかかる強誘電体メモリ
装置のセル形状の別の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of the cell shape of the ferroelectric memory device according to the third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第4実施形態にかかる強誘電体メモリ
装置のセル形状を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing a cell shape of a ferroelectric memory device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第4実施形態にかかる強誘電体メモリ
装置のセル形状の別の例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing another example of the cell shape of the ferroelectric memory device according to the fourth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法にお
けるトランジスタ形成工程を示す図であり、図10
(a)は図1のA−A断面を、図10(b)は図1のB
−B断面の製造工程を示す図である。FIG. 10 is a view showing a transistor forming step in the method for manufacturing a ferroelectric memory device according to the present invention;
10A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG.
It is a figure which shows the manufacturing process of the -B cross section.
【図11】本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法にお
ける下部電極、強誘電体および上部電極の形成工程を示
す図であり、図11(a)は図1のA−A断面を、図1
1(b)は図1のB−B断面の製造工程を示す図であ
る。11A and 11B are diagrams illustrating a process of forming a lower electrode, a ferroelectric, and an upper electrode in a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to the present invention. FIG. 1
FIG. 1B is a diagram showing a manufacturing process of the BB cross section of FIG. 1.
【図12】本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法にお
ける上部電極および下部電極のパタニング工程を示す図
であり、図12(a)は図1のA−A断面を、図12
(b)は図1のB−B断面の製造工程を示す図である。12A and 12B are diagrams showing a patterning step of an upper electrode and a lower electrode in a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to the present invention. FIG. 12A is a sectional view taken along line AA of FIG.
(B) is a figure which shows the manufacturing process of the BB cross section of FIG.
【図13】本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法にお
ける層間絶縁層およびビアホールの形成工程を示す図で
あり、図13(a)は図1のA−A断面を、図13
(b)は図1のB−B断面の製造工程を示す図である。FIG. 13 is a view showing a step of forming an interlayer insulating layer and a via hole in the method of manufacturing a ferroelectric memory device according to the present invention. FIG.
(B) is a figure which shows the manufacturing process of the BB cross section of FIG.
【図14】従来の強誘電体メモリ装置のセル配置を示す
図である。FIG. 14 is a diagram showing a cell arrangement of a conventional ferroelectric memory device.
1、101 素子領域 2、102 ワード線 3 拡散層 4a、4b、54a、64a、74a、84a、94a
プラグ電極 5、35、45、55、65、75、85、95 下部
電極 6 強誘電体膜 7、37、47、57、67、77、87、97 上部
電極 8a、8b、68b、78b、88b、98b ビアコ
ンタクト 9 メタル配線 10 ビット線 11 耐酸化膜 12 ゲート 20、30、40、50、60、70、80,90 強
誘電体キャパシタセル1, 101 element region 2, 102 word line 3 diffusion layer 4a, 4b, 54a, 64a, 74a, 84a, 94a
Plug electrode 5, 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95 Lower electrode 6 Ferroelectric film 7, 37, 47, 57, 67, 77, 87, 97 Upper electrode 8a, 8b, 68b, 78b, 88b , 98b Via contact 9 Metal wiring 10 Bit line 11 Oxidation resistant film 12 Gate 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 Ferroelectric capacitor cell
Claims (19)
モリセルと、を備え、前記各メモリセルは、 前記基板上に形成されたゲート、ソースおよびドレイン
から成るトランジスタと、 前記トランジスタのソースおよびドレインにそれぞれ接
続され、基板上の第1の方向に方向に沿って位置する複
数のプラグ電極と、 前記プラグ電極のひとつに接続され、該プラグ電極の上
方に位置する島状の下部電極と、 前記下部電極上に位置する強誘電体膜と、 前記強誘電体膜上に位置し、前記下部電極を共有する一
対の上部電極と、を含み、前記一対の上部電極の重心を
結ぶ線分が、前記第1の方向と平行でないことを特徴と
する強誘電体メモリ装置。1. A semiconductor device comprising: a substrate; and a plurality of ferroelectric memory cells arranged in an array on the substrate, wherein each of the memory cells includes a gate, a source, and a drain formed on the substrate. A plurality of plug electrodes connected to a source and a drain of the transistor, respectively, and located along a direction in a first direction on a substrate; connected to one of the plug electrodes; An island-shaped lower electrode located on the lower electrode, a ferroelectric film located on the lower electrode, and a pair of upper electrodes located on the ferroelectric film and sharing the lower electrode; A line connecting the center of gravity of the upper electrode is not parallel to the first direction.
モリセルと、を備え、前記各メモリセルは、 前記基板上に形成されたゲート、ソースおよびドレイン
から成るトランジスタと、 前記トランジスタのソースおよびドレインにそれぞれ接
続され、互いに最近接して隣接し合うプラグ電極と、 前記プラグ電極のひとつに接続され、当該プラグ電極の
上方に位置する島状の下部電極と、 前記下部電極上に位置する強誘電体膜と、 前記強誘電体膜上に位置し、前記下部電極を共有する一
対の上部電極と、を含み、前記一対の上部電極の重心を
結ぶ線分が、前記最近接して隣接し合うプラグ電極を結
ぶ線分とほぼ直交することを特徴とする強誘電体メモリ
装置。2. A semiconductor device comprising: a substrate; and a plurality of ferroelectric memory cells arranged in an array on the substrate, wherein each of the memory cells includes a gate, a source, and a drain formed on the substrate. A plug electrode connected to the source and the drain of the transistor, respectively, closest to and adjacent to each other; an island-shaped lower electrode connected to one of the plug electrodes and located above the plug electrode; A ferroelectric film located on the lower electrode, and a pair of upper electrodes located on the ferroelectric film and sharing the lower electrode, wherein a line connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes is A ferroelectric memory device, which is substantially orthogonal to a line connecting the closest and adjacent plug electrodes.
複数の強誘電体メモリセルと、 前記カラム方向に延び、同一カラム内にある強誘電体メ
モリセルが接続されるビット線、 とを備え、各強誘電体メモリセルは、 前記基板上に形成されたゲートおよびソース/ドレイン
から成るトランジスタと、 前記トランジスタのソース/ドレインに接続されるプラ
グ電極と、 前記プラグ電極に接続され、該プラグ電極の上方に位置
する島状の下部電極と、 前記下部電極上に位置する強誘電体膜と、 前記強誘電体膜上に位置し、前記下部電極を共有する一
対の上部電極と、を含み、上記一対の上部電極の重心を
結ぶ線分が、前記ビット線と平行ではないことを特徴と
する強誘電体メモリ装置。3. A substrate, a plurality of ferroelectric memory cells arranged in an array including a plurality of columns on the substrate, and ferroelectric memory cells extending in the column direction and located in the same column are connected. Wherein each of the ferroelectric memory cells comprises a transistor formed on the substrate and comprising a gate and a source / drain; a plug electrode connected to the source / drain of the transistor; and the plug An island-shaped lower electrode connected to the electrode and located above the plug electrode; a ferroelectric film located on the lower electrode; and a pair of ferroelectric films located on the ferroelectric film and sharing the lower electrode. And a line connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes is not parallel to the bit line.
は、前記ビット線と垂直であることを特徴とする請求項
3に記載の強誘電体メモリ装置。4. The ferroelectric memory device according to claim 3, wherein a line segment connecting centers of gravity of said pair of upper electrodes is perpendicular to said bit line.
は、前記ビット線に対して、所定の角度を成して斜め方
向に位置することを特徴とする請求項3に記載の強誘電
体メモリ装置。5. The ferroelectric device according to claim 3, wherein a line segment connecting the centers of gravity of the pair of upper electrodes is positioned obliquely at a predetermined angle with respect to the bit line. Body memory device.
に位置することを特徴とする請求項3に記載の強誘電体
メモリ装置。6. The ferroelectric memory device according to claim 3, wherein the plug is located at a center of gravity of the lower electrode.
偏芯して位置することを特徴とする請求項3に記載の強
誘電体メモリ装置。7. The ferroelectric memory device according to claim 3, wherein the plug is located eccentrically from the center of gravity of the lower electrode.
記ビット線に対して所定の角度を成す長方形であること
を特徴とする請求項3に記載の強誘電体メモリ装置。8. The ferroelectric memory device according to claim 3, wherein the shape of the lower electrode is a rectangle whose center line forms a predetermined angle with respect to the bit line.
電極の間にくびれ部を有する形状であることを特徴とす
る請求項3に記載の強誘電体メモリ装置。9. The ferroelectric memory device according to claim 3, wherein the shape of the lower electrode is a shape having a narrow portion between the pair of upper electrodes.
リセルの間に位置するビアコンタクトをさらに有し、 前記下部電極のくびれ部から前記ビアコンタクトまでの
距離が所定距離以上に確保されることを特徴とする請求
項9に記載の強誘電体メモリ装置。10. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a via contact located between adjacent memory cells in the column direction, wherein a distance from a narrow portion of the lower electrode to the via contact is ensured to be a predetermined distance or more. The ferroelectric memory device according to claim 9, wherein:
電極の下方に位置する耐酸化膜をさらに有することを特
徴とする請求項1、2または3に記載の強誘電体メモリ
装置。11. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the ferroelectric memory cell further includes an oxidation-resistant film located below the lower electrode.
の上部または全部が、酸化雰囲気中で導電性を失わない
材料であることを特徴とする請求項1、2または3に記
載の強誘電体メモリ装置。12. The ferroelectric material according to claim 1, wherein the upper part or all of the plug electrode of the ferroelectric memory cell is made of a material that does not lose conductivity in an oxidizing atmosphere. Memory device.
れ、各々が長手方向の中心線を有する複数の強誘電体メ
モリセルと、 前記カラムを選択するためのビット線とを備え、同一カ
ラム内の強誘電体メモリセルは、その長手方向の中心線
が前記ビット線に対して所定の角度をなすように、同一
のビット線に接続され、 隣り合うビット線に接続されたメモリセルの前記長手方
向の中心線は、1/2ピッチずつずれて互い違いに位置
することを特徴とする強誘電体メモリ装置。13. A substrate, a plurality of ferroelectric memory cells arranged on the substrate in an array including a plurality of columns, each having a longitudinal center line, and a bit for selecting the column. And ferroelectric memory cells in the same column are connected to the same bit line so that the center line in the longitudinal direction forms a predetermined angle with respect to the bit line, and are connected to adjacent bit lines. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the center lines in the longitudinal direction of the connected memory cells are staggered by 1/2 pitch.
から成るトランジスタと、 前記トランジスタのソース/ドレインに接続されるプラ
グ電極と、 前記プラグ電極の上層に位置して、該プラグ電極に接続
され、前記ビット線と垂直な方向に延びる下部電極と、 前記下部電極上に位置する強誘電体膜と、 前記強誘電体膜上に位置し、前記下部電極を共有する一
対の上部電極と、を備えることを特徴とする請求項13
に記載の強誘電体メモリ装置。14. Each of the ferroelectric memory cells includes a transistor formed on the substrate, the transistor including a gate and a source / drain; a plug electrode connected to the source / drain of the transistor; A lower electrode connected to the plug electrode and extending in a direction perpendicular to the bit line; a ferroelectric film positioned on the lower electrode; a ferroelectric film positioned on the ferroelectric film; 14. A pair of upper electrodes sharing a lower electrode.
3. The ferroelectric memory device according to 1.
から成るトランジスタと、 前記トランジスタのソース/ドレインに接続されるプラ
グ電極と、 前記プラグ電極の上層に所定間隔で位置し、前記プラグ
電極に共通に接続される一対の下部電極と、 前記一対の下部電極上に位置する強誘電体膜と、 前記強誘電体膜上に位置する一対の上部電極と、を備
え、前記一対の下部電極の重心を結ぶ線分は、前記ビッ
ト線に対して所定の角度をなすことを特徴とする請求項
13に記載の強誘電体メモリ装置。15. Each of the ferroelectric memory cells includes a transistor formed on the substrate, the transistor including a gate and a source / drain; a plug electrode connected to a source / drain of the transistor; A pair of lower electrodes located at a predetermined interval in the upper layer and commonly connected to the plug electrode; a ferroelectric film located on the pair of lower electrodes; and a pair of upper portions located on the ferroelectric film 14. The ferroelectric memory device according to claim 13, wherein a line segment connecting the centers of gravity of the pair of lower electrodes forms a predetermined angle with respect to the bit line.
円形であることを特徴とする請求項15に記載の強誘電
体メモリ装置。16. The ferroelectric memory device according to claim 15, wherein a horizontal cross-sectional shape of the plug electrode is elliptical.
ースおよびドレインから成るトランジスタをアレイ状に
形成するステップと、 前記各トランジスタのソースおよびドレイン上に、第1
の方向に沿った複数のプラグ電極を形成するステップ
と、 前記各トランジスタのプラグ電極に接触するように、下
部電極を形成するステップと、 前記各トランジスタの下部電極上に強誘電体膜を形成す
るステップと、 前記各トランジスタの強誘電体膜上に、一対の上部電極
を、これらの重心を結ぶ線分が前記第1の方向と異なる
第2の方向に沿って延びるように形成するステップと、 前記下部電極および強誘電体膜を、各トランジスタの下
部電極が前記プラグ電極のひとつと接続するように加工
するステップと、を含む強誘電体メモリ装置の製造方
法。17. A method comprising: forming a transistor comprising a gate, a source and a drain in an array on a substrate of a first conductivity type; and forming a first transistor on the source and the drain of each transistor.
Forming a plurality of plug electrodes along the direction of; forming a lower electrode so as to contact the plug electrode of each transistor; forming a ferroelectric film on the lower electrode of each transistor Forming a pair of upper electrodes on the ferroelectric film of each of the transistors such that a line segment connecting these centers of gravity extends along a second direction different from the first direction; Processing the lower electrode and the ferroelectric film so that the lower electrode of each transistor is connected to one of the plug electrodes.
記プラグ電極に接触するように、耐酸化性の導電膜を形
成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1
7に記載の強誘電体メモリ装置の製造方法。18. The method according to claim 1, further comprising, before the lower electrode forming step, forming an oxidation-resistant conductive film so as to contact the plug electrode.
8. The method for manufacturing a ferroelectric memory device according to item 7.
び上部電極を覆う層間絶縁膜を堆積するステップと、 前記層間絶縁膜に、前記上部電極に達するビアコンタク
トと、前記プラグ電極の他方に達するビアコンタクトを
形成するステップと、 前記ビアコンタクトに接続されるメタル配線を形成する
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項17に記
載の強誘電体メモリ装置の製造方法。19. A step of depositing an interlayer insulating film covering the upper lower electrode, the ferroelectric film, and the upper electrode; The method of claim 17, further comprising: forming a via contact to be reached; and forming a metal wiring connected to the via contact.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002094017A (en) * | 2000-09-13 | 2002-03-29 | Toshiba Corp | Semiconductor memory device and mask for manufacturing semiconductor memory device |
| JP2010212740A (en) * | 2010-07-01 | 2010-09-24 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2015185782A (en) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
-
2000
- 2000-07-07 JP JP2000206532A patent/JP2002026278A/en active Pending
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| JP2010212740A (en) * | 2010-07-01 | 2010-09-24 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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