JP2982652B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に関し、特に強誘電体と導体または半導体とをゲー
ト絶縁膜の一部に用いた電界効果トランジスタ(「FE
T」という)の分割ゲート構造の半導体装置及びその製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a field effect transistor ("FE") using a ferroelectric and a conductor or a semiconductor as a part of a gate insulating film.
T ") and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、MOS型電界効果トランジスタ
(metal oxide semiconductor field effect transisto
r、「MOSFET」という)のゲート絶縁膜として強
誘電体を用いた電界効果トランジスタ(metal ferroele
ctric semiconductor field effect transistor、「M
FSFET」という)を不揮発性記憶装置のメモリセル
として用いたものが提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a MOS type field effect transistor (metal oxide semiconductor field effect transistor) has been used.
r, a field effect transistor (metal ferroele) using a ferroelectric as a gate insulating film of a “MOSFET”
ctric semiconductor field effect transistor, "M
FSFET ”) is used as a memory cell of a nonvolatile storage device.
【0003】図3に、従来のMFSFETの構成の一例
を示す。FIG. 3 shows an example of the configuration of a conventional MFSFET.
【0004】図3を参照して、シリコン基板上にゲート
絶縁膜である強誘電体膜3が形成され、その上にゲート
電極1が形成されMFS構造となっている。図3におい
て、ゲート絶縁膜部分は強誘電体単体の他に、強誘電体
と常誘電体の積層構造、あるいは強誘電体と常誘電体と
導電体との積層構造としてもよい。Referring to FIG. 3, a ferroelectric film 3 serving as a gate insulating film is formed on a silicon substrate, and a gate electrode 1 is formed thereon to form an MFS structure. In FIG. 3, the gate insulating film portion may have a laminated structure of a ferroelectric and a paraelectric, or a laminated structure of a ferroelectric, a paraelectric and a conductor, in addition to the ferroelectric alone.
【0005】強誘電体は電圧を加えることにより分極を
起こすため、ゲート電極とシリコン基板、またはソース
領域9またはドレイン領域10との間に電圧を加えるこ
とにより、ゲート絶縁膜の強誘電体膜3を分極させるこ
とができる。その際、分極の極性によりシリコン基板表
面に電荷が引きつけられたり、退けられたりするため、
MFSFETのしきい値電圧が変化する。Since the ferroelectric causes polarization when a voltage is applied, a voltage is applied between the gate electrode and the silicon substrate or between the source region 9 and the drain region 10 so that the ferroelectric film 3 of the gate insulating film is formed. Can be polarized. At that time, charge is attracted or rejected to the silicon substrate surface depending on the polarity of polarization,
The threshold voltage of the MFSFET changes.
【0006】強誘電体膜3が分極した後に印加電圧を取
り除いても強誘電体の性質として残留分極が残り、しき
い値電圧が変化したままとなる。これを利用して、不揮
発性記憶装置を構成することができる。[0006] Even if the applied voltage is removed after the ferroelectric film 3 is polarized, remnant polarization remains as a property of the ferroelectric, and the threshold voltage remains changed. By utilizing this, a nonvolatile storage device can be configured.
【0007】図4にMFSFETを用いた不揮発性記憶
装置の回路構成の一例を示す。なお、通常一のMFSF
ETを図5に示す記号にて表す。FIG. 4 shows an example of a circuit configuration of a nonvolatile memory device using an MFSFET. Usually, one MFSF
ET is represented by the symbol shown in FIG.
【0008】図4を参照して、MFSFET4A、4B
のゲートにはワード線WL1が、MFSFET4C、4
Dのゲートにはワード線WL2がそれぞれ接続されてお
り、MFSFET4A、4Cのソースとドレインにはビ
ット線BL1、BL3が、MFSFET4B、4Dのソ
ースとドレインにはビット線BL3、BL4がそれぞれ
接続されている。Referring to FIG. 4, MFSFETs 4A and 4B
The word line WL1 is connected to the gates of the MFSFETs 4C and 4C.
The word line WL2 is connected to the gate of D, the bit lines BL1 and BL3 are connected to the sources and drains of the MFSFETs 4A and 4C, and the bit lines BL3 and BL4 are connected to the sources and drains of the MFSFETs 4B and 4D. I have.
【0009】MFSFET4Aに書き込みを行う場合ワ
ード線WL1に高電圧、ビット線BL1、BL3に低電
圧を印加するか、あるいはワード線WL1に低電圧、ビ
ット線BL1、BL3に高電圧を印加することにより2
方向の分極状態が書き込める。When writing to the MFSFET 4A, a high voltage is applied to the word line WL1 and a low voltage is applied to the bit lines BL1 and BL3, or a low voltage is applied to the word line WL1 and a high voltage is applied to the bit lines BL1 and BL3. 2
The direction of polarization can be written.
【0010】しかし、この構造では選択していないワー
ド線WL2の同じビット線BL1、BL3に接続された
MFSFET4Cにも電圧がかかってしまう。However, with this structure, a voltage is also applied to the MFSFET 4C connected to the same bit lines BL1 and BL3 of the unselected word line WL2.
【0011】また、ワード線WL2を高電圧と低電圧の
中間の電位に設定することにより、MFSFET4Cの
強誘電体にかかる電圧を書き込み時の電圧の半分程度に
小さくすることはできるが、この場合、分極状態を壊す
可能性がある。Further, by setting the word line WL2 to an intermediate potential between the high voltage and the low voltage, the voltage applied to the ferroelectric of the MFSFET 4C can be reduced to about half of the voltage at the time of writing. , May break the polarization state.
【0012】他のセルに書き込みをしている際に強誘電
体に電圧がかからないような従来のセル構造の一例とし
て、例えば特開平2−64993号公報には、図6に示
すように、MFSFET6CのソースとドレインにMO
SFET6C1と6C2のソース、またはドレインがそ
れぞれ接続されている。MOSFET6C1と6C2の
ゲートはワード線WL11、WL12にそれぞれ接続さ
れている。As an example of a conventional cell structure in which a voltage is not applied to a ferroelectric substance when writing to another cell, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-64993 discloses an MFSFET 6C as shown in FIG. MO for source and drain of
The sources or drains of the SFETs 6C1 and 6C2 are connected respectively. The gates of the MOSFETs 6C1 and 6C2 are connected to word lines WL11 and WL12, respectively.
【0013】ビット線BL1に別のワード線のセルに書
き込むため電圧が加わっていても、ワード線WL11に
より書き込み制御用MOSFET6C1をオフ状態にす
ることによりMFSFET6Cの強誘電体に電圧がかか
らないようにできる。Even if a voltage is applied to the bit line BL1 for writing to a cell of another word line, the voltage is not applied to the ferroelectric material of the MFSFET 6C by turning off the write control MOSFET 6C1 by the word line WL11. .
【0014】しかし、図6に示した構造では、MFSF
ETの他にMOSFETが必要であり(すなわち3トラ
ンジスタ/セル構造)、セル面積が大きくなってしま
い、不揮発性メモリの集積化には適さない。However, in the structure shown in FIG.
In addition to the ET, a MOSFET is required (that is, a three-transistor / cell structure), which increases the cell area, and is not suitable for integration of a nonvolatile memory.
【0015】書き込み制御用のFETをMFSFETに
隣接させた構造として特開平5−326977号公報に
は、図7に示すように、チャネル領域を挟んでソース領
域9とドレイン領域10が形成された面方位(100)
のシリコン基板23と、チャネル領域上に形成された強
誘電体ゲート膜21と、強誘電体ゲート膜21上に形成
されたゲート電極15と、ゲート電極15上に形成され
たゲート配線16とからなるMFSFETを備えてい
る。ソース及びドレイン領域9、10の直上部にはフィ
ールド酸化膜8が設けられ、フィールド酸化膜8上には
酸化膜17、18が形成され、さらにMFSFETのゲ
ート電極15のドレイン領域10側には酸化膜17を介
して(すなわちゲート電極に隣接して)、導電性物質か
らなる書き込み用サイドウォール20が半導体基板23
に対して絶縁状態で形成されている。また、書き込み用
サイドウォール20をゲート配線16に接続してゲート
とした書き込み制御用のトランジスタ部(MOSFE
T)が形成されている。同様にしてゲート電極15のソ
ース9側には読み出し用サイドウォール19が隣接して
設けられている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-326977 discloses a structure in which a write control FET is adjacent to an MFSFET. As shown in FIG. 7, a surface having a source region 9 and a drain region 10 sandwiching a channel region is formed. Orientation (100)
From the silicon substrate 23, the ferroelectric gate film 21 formed on the channel region, the gate electrode 15 formed on the ferroelectric gate film 21, and the gate wiring 16 formed on the gate electrode 15. MFSFET. A field oxide film 8 is provided directly above the source and drain regions 9 and 10, oxide films 17 and 18 are formed on the field oxide film 8, and an oxide film is formed on the drain region 10 side of the gate electrode 15 of the MFSFET. Through the film 17 (ie, adjacent to the gate electrode), a writing sidewall 20 made of a conductive material is formed on the semiconductor substrate 23.
Are formed in an insulated state with respect to. In addition, a write control transistor portion (MOSFE) in which the write sidewall 20 is connected to the gate wiring 16 and used as a gate.
T) is formed. Similarly, a reading side wall 19 is provided adjacent to the source 9 side of the gate electrode 15.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造ではMFSFETのゲート部とドレイン領域10の間
が書き込み制御用FETとなっており、書き込み制御用
FETの電流を多くするためにはゲート部とドレイン領
域の距離を短くしなければならない。However, in this structure, the write control FET is provided between the gate portion and the drain region 10 of the MFSFET. In order to increase the current of the write control FET, the gate portion and the drain are required. The distance of the area must be reduced.
【0017】また、ドレイン領域10上にはフィールド
酸化膜8が形成されておりゲート部のシリコン面との間
に段差ができてしまう。Further, the field oxide film 8 is formed on the drain region 10, and a step is formed between the field oxide film 8 and the silicon surface of the gate portion.
【0018】この段差に強誘電体を形成する時、成膜法
の一つであるゾルゲル法では溶液をスピンコートするた
め、凹部があるとその形状や深さに依存して強誘電体の
厚さが変わるるため均一な膜ができず、MFSFETの
特性にバラツキが発生し、設計時に必要なマージンが大
きくなってしまう。When a ferroelectric substance is formed on this step, a solution is spin-coated in the sol-gel method, which is one of the film forming methods. Therefore, if there is a concave portion, the thickness of the ferroelectric substance depends on its shape and depth. Therefore, a uniform film cannot be formed, the characteristics of the MFSFET vary, and a margin required at the time of design increases.
【0019】ところで、従来、例えば特開平5−369
86号公報には、フローティングゲートを有するMOS
FETと他のMOSFETが分割ゲート(スプリット・
ゲート)構造で構成したものが提案されている。Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-369
No. 86 discloses a MOS having a floating gate.
FET and other MOSFET are divided gate (split
A gate (gate) structure has been proposed.
【0020】図8に、従来の分割ゲート構造の半導体装
置の製造方法の代表的な工程を工程順に示す。トランジ
スタ形成域上にゲート絶縁膜(酸化膜)6とフローティ
ングゲート12を形成し(図8(A)参照)、ゲート形
状にパターニングする。FIG. 8 shows typical steps of a conventional method of manufacturing a semiconductor device having a split gate structure in the order of steps. A gate insulating film (oxide film) 6 and a floating gate 12 are formed over the transistor formation region (see FIG. 8A), and are patterned into a gate shape.
【0021】その上に、フローティングゲート12上の
絶縁膜とともに、フローティングゲートを持つFETに
隣接して形成される他のFETのゲート絶縁膜となる酸
化膜14を形成し、酸化膜14の上に制御ゲート膜13
を形成し、その上にレジスト11を塗布しパターニング
し(図8(B)参照)、分割ゲート構造を作成している
(図8(C)参照)。図8(C)を参照して、フローテ
ィングゲート12はドレイン領域10に整合され、制御
ゲート13はフローティングゲート12の一縁部とソー
ス領域9及びドレイン領域10とに整合されている。こ
の場合、フローティングゲート12は酸化膜14により
制御ゲート膜13と絶縁される。On top of this, an oxide film 14 serving as a gate insulating film of another FET formed adjacent to the FET having the floating gate is formed together with an insulating film on the floating gate 12. Control gate film 13
Is formed thereon, and a resist 11 is applied thereon and patterned (see FIG. 8B) to form a divided gate structure (see FIG. 8C). Referring to FIG. 8C, floating gate 12 is aligned with drain region 10, and control gate 13 is aligned with one edge of floating gate 12, source region 9 and drain region 10. In this case, the floating gate 12 is insulated from the control gate film 13 by the oxide film 14.
【0022】図8の構造では、ゲートをマスクにソース
領域9、ドレイン領域10が形成されるため、フィール
ド酸化膜の段差とゲートとの距離を、強誘電体成膜、特
に形状依存によるバラツキが現われない程度に設定する
ことができる。従って、このような分割ゲート構造を適
用した場合、書き込み制御用のFETとMFSFETを
隣接させた構造においてフィールド酸化膜の段差とゲー
ト部とを離すことが可能であることが想定される。In the structure shown in FIG. 8, since the source region 9 and the drain region 10 are formed using the gate as a mask, the distance between the step of the field oxide film and the gate varies depending on the ferroelectric film formation, especially the shape dependence. It can be set to a degree that does not appear. Therefore, when such a split gate structure is applied, it is assumed that it is possible to separate the step portion of the field oxide film from the gate portion in a structure in which the write control FET and the MFSFET are adjacent to each other.
【0023】一般に、ゲート絶縁膜に強誘電体が含まれ
る場合、強誘電体の形成温度が高いため(焼成時に高温
とされる)、強誘電体内の元素がまわりに拡散する。In general, when a ferroelectric substance is contained in a gate insulating film, elements in the ferroelectric substance diffuse around because the formation temperature of the ferroelectric substance is high (the temperature is raised during firing).
【0024】この拡散によりゲート酸化膜が汚染された
り、チャネル領域を汚染されることに起因した特性の劣
化を回避するための手段の一つとして、強誘電体の下に
拡散バリアとなる膜を付けておく方法がある。この場
合、バリア膜が存在する状態で強誘電体を形成すること
が必要とされるため、ゲート形状の加工は強誘電体膜の
形成後に行なわれる。As one of means for avoiding the deterioration of characteristics due to the contamination of the gate oxide film and the contamination of the channel region by the diffusion, a film serving as a diffusion barrier under the ferroelectric is used. There is a way to keep it. In this case, since it is necessary to form the ferroelectric in a state where the barrier film exists, the processing of the gate shape is performed after the formation of the ferroelectric film.
【0025】しかしながら、図8に示す従来の製造方法
に従いMFSFETの分割ゲートを構成しようとした場
合、強誘電体の形成後に酸化膜14(図8のゲート絶縁
膜6、フローティングゲート12の構成を、MFSFE
Tに置き換えて考える)を形成すると、酸化膜14がM
FSFETのゲート下にも残るため、強誘電体に印加さ
れる電圧が減少し、分極させるのに大きな電圧が必要と
なり動作電圧や設計マージンが制限されるという問題が
発生することになる。However, when the split gate of the MFSFET is to be formed according to the conventional manufacturing method shown in FIG. 8, after the formation of the ferroelectric, the oxide film 14 (the structure of the gate insulating film 6 and the floating gate 12 of FIG. MFSFE
T), the oxide film 14 becomes M
Since the voltage remains below the gate of the FSFET, the voltage applied to the ferroelectric decreases, and a large voltage is required for polarization, which causes a problem that an operating voltage and a design margin are limited.
【0026】また、強誘電体上に形成された酸化膜14
をエッチングしようとすると、酸化膜全部をエッチング
する場合でも、あるいは一部残す場合でも、酸化膜14
あるいは強誘電体の厚さにバラツキが生じてしまう。The oxide film 14 formed on the ferroelectric
When etching the oxide film, whether the entire oxide film is etched or if a part of the oxide film is left,
Alternatively, the thickness of the ferroelectric varies.
【0027】これにより、強誘電体にかかる電圧や電界
がばらついたり、分極する電圧など強誘電体特性にバラ
ツキが生じる。このため、設計マージンを大きくとらな
ければならなくなったり、歩留まりが安定しなくなった
りするという問題がある。As a result, the voltage and electric field applied to the ferroelectric material vary, and the ferroelectric characteristics such as the polarization voltage vary. For this reason, there are problems that the design margin must be increased and the yield becomes unstable.
【0028】従って、本発明の目的は、上記問題点を解
消し、強誘電体膜の特性バラツキを抑止したMFSFE
Tの分割ゲート構造を備えた半導体装置及びその製造方
法を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to reduce the variation in the characteristics of the ferroelectric film in the MFSFE.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a T split gate structure and a method of manufacturing the same.
【0029】[0029]
【0030】[0030]
【0031】[0031]
【課題を解決するための手段】 本発明は、好ましく
は、チャネル域により分離されたソース領域及びドレイ
ン領域を有する基板と、前記チャネル上に絶縁膜、第1
の導体層、強誘電体層が積層されてなるゲート強誘電体
絶縁膜と、前記ゲート強誘電体絶縁膜上に形成されたゲ
ート電極からなる第1のゲート部と、前記チャネル上に
おいて前記第1のゲート部の側壁に設けられた絶縁層を
介して前記第1のゲート部と相隣る位置に設けられ、絶
縁膜、ゲート電極からなる第2のゲート部と、を備え、
前記第1及び第2のゲート部のゲート電極が互いに電気
的に接続されたことを特徴とする半導体装置を提供す
る。 The present invention preferably provides a substrate having a source region and a drain region separated by a channel region, an insulating film on the channel,
A gate ferroelectric insulating film formed by laminating a conductor layer and a ferroelectric layer; a first gate portion including a gate electrode formed on the gate ferroelectric insulating film; A second gate portion comprising an insulating film and a gate electrode, the second gate portion being provided at a position adjacent to the first gate portion via an insulating layer provided on a side wall of the first gate portion;
A semiconductor device is provided, wherein the gate electrodes of the first and second gate portions are electrically connected to each other.
【0032】そして、本発明は、チャネル域により分離
されたソース領域及びドレイン領域を有する基板と、前
記チャネル上に第1の強誘電体層、第1の導体層、第2
の強誘電体層が積層されてなるゲート強誘電体絶縁膜
と、前記ゲート強誘電体絶縁膜上に形成されたゲート電
極からなる第1のゲート部と、前記チャネル上において
前記第1のゲート部の側壁に設けられた絶縁層を介して
前記第1のゲート部と相隣る位置に設けられ、絶縁膜、
ゲート電極からなる第2のゲート部と、を備え、前記第
1及び第2のゲート部のゲート電極が互いに電気的に接
続されたことを特徴とする半導体装置を提供する。According to the present invention, a substrate having a source region and a drain region separated by a channel region, a first ferroelectric layer, a first conductor layer, and a second
A gate ferroelectric insulating film formed by stacking the following ferroelectric layers, a first gate portion including a gate electrode formed on the gate ferroelectric insulating film, and the first gate on the channel An insulating film provided at a position adjacent to the first gate unit via an insulating layer provided on a side wall of the unit;
A second gate portion comprising a gate electrode, wherein the gate electrodes of the first and second gate portions are electrically connected to each other.
【0033】[0033]
【0034】本発明においては、前記工程(b)におい
て、導体膜及び/又は半導体膜と、強誘電体膜と、絶縁
膜との積層構造からなるゲート強誘電体絶縁膜を形成し
てもよい。In the present invention, in the step (b), a gate ferroelectric insulating film having a laminated structure of a conductor film and / or a semiconductor film, a ferroelectric film, and an insulating film may be formed. .
【0035】本発明の製造方法においては、好ましく
は、(a)半導体基板上にフィールド域、トランジスタ域
を形成し、(b)絶縁層、第1の導体層、強誘電体層なる
積層構造のゲート強誘電体絶縁膜を形成し、(c)該ゲー
ト強誘電体絶縁膜上に導体のエッチングストッパー膜を
形成し、(d)該エッチングストッパー膜と前記ゲート強
誘電体絶縁膜をパターニングしてゲート部を形成し、
(e)前記ゲート部を覆うように絶縁層を形成し、(f)エッ
チバックにより前記ゲート部上部のエッチングストッパ
ー膜とソース部とドレイン部とを露出させ、前記ゲート
強誘電体絶縁膜内の導体膜の側面に絶縁層側壁を残し、
(g)前記ゲート部と隣接して形成する第2のFETのた
めのゲート絶縁膜と導体膜を形成しパターニングして、
分割ゲート構造を形成することを特徴とする。In the manufacturing method of the present invention, preferably, (a) a field region and a transistor region are formed on a semiconductor substrate, and (b) a laminated structure including an insulating layer, a first conductor layer, and a ferroelectric layer is formed. Forming a gate ferroelectric insulating film, (c) forming a conductor etching stopper film on the gate ferroelectric insulating film, and (d) patterning the etching stopper film and the gate ferroelectric insulating film. Forming a gate,
(e) forming an insulating layer so as to cover the gate portion, (f) exposing an etching stopper film, a source portion, and a drain portion above the gate portion by etch-back, and forming an insulating layer in the gate ferroelectric insulating film. Leave the insulating layer side wall on the side of the conductor film,
(g) forming and patterning a gate insulating film and a conductive film for a second FET formed adjacent to the gate portion,
It is characterized by forming a split gate structure.
【0036】[0036]
【作用】本発明は分割ゲート構造を有するMFSFET
という全く新規な半導体装置を提供するもので、本発明
によれば、強誘電体をゲート絶縁膜として含むFETの
エッチングストッパー膜上に一度形成した絶縁膜(酸化
膜)は、エッチングストッパー膜までエッチバックする
ため、ゲート電極の下には残らず、ゲート強誘電体絶縁
膜以外の絶縁膜が形成されることはない。The present invention relates to an MFSFET having a split gate structure.
According to the present invention, an insulating film (oxide film) once formed on an etching stopper film of an FET including a ferroelectric as a gate insulating film is etched to an etching stopper film. Since the backing is performed, no insulating film other than the gate ferroelectric insulating film is formed and does not remain under the gate electrode.
【0037】また、ゲート強誘電体絶縁膜を形成してか
ら後はその上に導体のエッチングストッパー膜があるた
め、エッチングストッパー膜がエッチングされてもゲー
ト強誘電体絶縁膜の厚さは変化せず、またエッチングス
トッパー膜は導体のためエッチングされて厚さが変わっ
ても強誘電体にかかる電圧や電界、および強誘電体特性
が変わることはない。Further, after the gate ferroelectric insulating film is formed, the thickness of the gate ferroelectric insulating film is changed even if the etching stopper film is etched because the conductive etching stopper film is provided thereon. In addition, even if the etching stopper film is a conductor and is etched and its thickness changes, the voltage and electric field applied to the ferroelectric and the ferroelectric characteristics do not change.
【0038】[0038]
【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を以下に説
明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0039】図1に本発明の一実施例の構成を説明する
図を示す。また図2に本実施例に係る製造方法を代表的
な工程順に説明するための図を示す。FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view for explaining the manufacturing method according to the present embodiment in the order of typical steps.
【0040】図2を参照して、本実施例においては、半
導体基板23上にフィールド酸化膜8によるフィールド
域、トランジスタ形成域を形成した後、ゲート酸化膜6
を熱酸化で形成し、次に白金5をスパッタリング法によ
り形成し、白金5の上に強誘電体であるPZT膜3をゾ
ルゲル法で形成し略650℃で形成する。Referring to FIG. 2, in this embodiment, after a field region and a transistor formation region are formed by field oxide film 8 on semiconductor substrate 23, gate oxide film 6 is formed.
Is formed by thermal oxidation, and then platinum 5 is formed by a sputtering method, and a PZT film 3 which is a ferroelectric substance is formed on the platinum 5 by a sol-gel method at about 650 ° C.
【0041】PZT膜3上にエッチングストッパー膜と
して白金2を形成する。エッチングストッパー膜である
白金2の上にレジスト11を形成し、白金2、PZT膜
3、白金5、ゲート酸化膜6とをパターニングしてゲー
ト部を形成する(図2(A)参照)。Platinum 2 is formed on PZT film 3 as an etching stopper film. A resist 11 is formed on platinum 2 serving as an etching stopper film, and the platinum 2, PZT film 3, platinum 5, and gate oxide film 6 are patterned to form a gate portion (see FIG. 2A).
【0042】次に全面に酸化膜4をプラズマCVDにて
形成する(図2(B)参照)。Next, an oxide film 4 is formed on the entire surface by plasma CVD (see FIG. 2B).
【0043】エッチバックによりゲート部上部のエッチ
ングストッパー膜2とゲート下部以外のトランジスタ形
成域の基板を露出させ、酸化膜4がMFSFETのゲー
ト部の側面にのみ残った状態とし、この側壁(酸化膜
4)にてゲート強誘電体絶縁膜に含まれる白金5を絶縁
する(図2(C)参照)。その際、エッチングしすぎて
も導体である白金2がエッチングされることから、白金
2が無い場合のようにPZT膜3がエッチングされ、厚
さが変わり、エッチング量により強誘電体特性のバラツ
キが生じるという現象を回避することができる。By etching back, the etching stopper film 2 above the gate portion and the substrate in the transistor formation region other than the lower portion of the gate are exposed, and the oxide film 4 is left only on the side surface of the gate portion of the MFSFET. In 4), the platinum 5 contained in the gate ferroelectric insulating film is insulated (see FIG. 2C). At this time, the PZT film 3 is etched as in the case where there is no platinum 2 because the platinum 2 as a conductor is etched even if the etching is performed too much, the thickness changes, and the variation in the ferroelectric characteristics varies depending on the etching amount. This phenomenon can be avoided.
【0044】このゲート部と隣接して形成される他のF
ETのための基板表面(基板の露出している表面)にゲ
ート絶縁膜7を熱酸化により形成する。その後、ポリシ
リコン1をCVDにて形成し(図2(D)参照)、パタ
ーニングして2つのFETを接続するゲートを形成す
る。Another F formed adjacent to this gate portion
A gate insulating film 7 is formed on the substrate surface for ET (exposed surface of the substrate) by thermal oxidation. Thereafter, polysilicon 1 is formed by CVD (see FIG. 2D), and is patterned to form a gate connecting the two FETs.
【0045】次に、イオン注入を行いドレイン拡散層1
0とソース拡散層9を形成する(図8(E)参照)。ゲ
ートのパターニングの後にイオン注入を行っておけばL
DD(Lightly Doped Drain)構造の拡散層をつくるこ
ともできる。Next, ion implantation is performed to form the drain diffusion layer 1.
0 and a source diffusion layer 9 are formed (see FIG. 8E). If ion implantation is performed after gate patterning, L
A diffusion layer having a DD (Lightly Doped Drain) structure can also be formed.
【0046】上記工程により図1に示すような分割ゲー
ト構造を備えたMFSFET半導体装置が製造される。
本実施例においては、ゲート電極となるポリシリコン1
と白金2と、ゲート側面に残っている酸化膜4をマスク
としてイオン注入を行うことによりソース領域9、ドレ
イン領域10を形成することができるため、強誘電体形
成時に厚さのバラツキの原因となるフィールド酸化膜8
によるフィールド域とトランジスタ形成域の段差部とM
FSFETのゲート部の距離を大きく設定することがで
き、強誘電体特性のバラツキを抑止している。なお、M
FSFETに隣接するFETは前記従来例で説明したよ
うに、例えば書き込み制御用FETとして機能すること
ができる。Through the above steps, an MFSFET semiconductor device having a split gate structure as shown in FIG. 1 is manufactured.
In this embodiment, polysilicon 1 serving as a gate electrode is used.
The source region 9 and the drain region 10 can be formed by ion-implantation using the oxide film 4 remaining on the side surfaces of the gate and platinum 2 as a mask. Field oxide film 8
Between the field region and transistor formation region due to
The distance of the gate portion of the FSFET can be set large, and variations in ferroelectric characteristics are suppressed. Note that M
The FET adjacent to the FSFET can function as, for example, a write control FET as described in the above-described conventional example.
【0047】本実施例においては、MFSFETのゲー
ト部としては強誘電体と導電性材料を含むものであれ
ば、白金5以外にも導体層、又は不純物をドープした半
導体層であってもよく、導体層と半導体層を積層した構
造であってもよい。また、本実施例では、図1に示すよ
うに、MFSFETのゲート部は、基板上に設けられた
ゲート酸化膜6、白金2、強誘電体(PZT)膜3、白
金2から成る構成を示したが、基板上に第1の強誘電体
膜、第1の導体層、第2の強誘電体(PZT)膜、そし
て白金2から成る構成としてもよい。このような構成に
おいても、ゲート強誘電体絶縁膜を形成してから後の工
程においては、ゲート強誘電体絶縁膜の上に導体のエッ
チングストッパー膜が設けられているため、エッチング
ストッパー膜がエッチングされてもゲート強誘電体絶縁
膜の厚さは変化せず、またエッチングストッパー膜は導
体のためエッチングされて厚さが変わっても強誘電体に
かかる電圧や電界、および強誘電体特性が変わることは
ない。さらに、本実施例では強誘電体膜としてPZTを
用いたが、これと同様なペロブスカイト型結晶構造を有
するPLZT等他の強誘電体材料を用いてもよい。In this embodiment, a conductor layer other than platinum 5 or a semiconductor layer doped with impurities may be used as the gate portion of the MFSFET as long as it contains a ferroelectric substance and a conductive material. A structure in which a conductor layer and a semiconductor layer are stacked may be used. Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the gate portion of the MFSFET has a configuration including a gate oxide film 6, a platinum 2, a ferroelectric (PZT) film 3, and a platinum 2 provided on a substrate. However, it is also possible to adopt a configuration comprising a first ferroelectric film, a first conductor layer, a second ferroelectric (PZT) film, and platinum 2 on a substrate. Even in such a configuration, in a process after forming the gate ferroelectric insulating film, the etching stopper film is etched since the conductor etching stopper film is provided on the gate ferroelectric insulating film. The thickness of the gate ferroelectric insulating film does not change even if it is performed, and the voltage, electric field, and ferroelectric characteristics applied to the ferroelectric change even if the thickness changes because the etching stopper film is etched because it is a conductor Never. Further, although PZT is used as the ferroelectric film in this embodiment, another ferroelectric material such as PLZT having a perovskite-type crystal structure similar to this may be used.
【0048】以上、本発明を上記実施例に即して説明し
たが、本発明は上記態様にのみ限定されず、本発明の原
理に準ずる各種態様を含むことは勿論である。Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, but includes various embodiments according to the principle of the present invention.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
強誘電体をゲート絶縁膜として含むFETのエッチング
ストッパー膜上に一度形成した絶縁膜(酸化膜)はエッ
チングストッパー膜までエッチバックされ、ゲート電極
の下には残らず、ゲート強誘電体絶縁膜以外の絶縁膜が
形成されることはないため、前記従来技術で問題とされ
た強誘電体に印加される電圧が減少し、これを分極させ
るために大きな電圧が必要となり動作電圧や設計マージ
ンが制限されるという問題を従来技術の問題点を解消し
ている。As described above, according to the present invention,
The insulating film (oxide film) once formed on the etching stopper film of the FET containing the ferroelectric as the gate insulating film is etched back to the etching stopper film, and does not remain under the gate electrode, except for the gate ferroelectric insulating film. Since the insulating film is not formed, the voltage applied to the ferroelectric, which is a problem in the prior art, is reduced, and a large voltage is required to polarize the ferroelectric, which limits the operating voltage and the design margin. This solves the problem of the prior art.
【0050】また、本発明によれば、ゲート強誘電体絶
縁膜を形成した後は、ゲート強誘電体絶縁膜の上に導体
のエッチングストッパー膜が存在するため、エッチング
ストッパー膜がエッチングされてもゲート強誘電体絶縁
膜の厚さは変化せず、またエッチングストッパー膜は導
体のためエッチングされて厚さが変わっても強誘電体に
印加される電圧や電界、および強誘電体特性が変わるこ
とはない。このため、本発明によれば、前記従来技術に
おいて問題とされた、動作電圧や設計マージンが制限を
受けたり、歩留まりが不安定になることを完全に解消し
ている。Further, according to the present invention, after the formation of the gate ferroelectric insulating film, the conductor etching stopper film exists on the gate ferroelectric insulating film. The thickness of the gate ferroelectric insulating film does not change, and the voltage and electric field applied to the ferroelectric and the ferroelectric characteristics change even if the thickness of the etching stopper film changes because the conductor is etched. There is no. For this reason, according to the present invention, it is completely solved that the operating voltage and the design margin are restricted and the yield becomes unstable, which are problems in the above-mentioned prior art.
【0051】さらに、本発明によれば、強誘電体形成時
に厚さのバラツキの原因となるフィールド酸化膜による
フィールド域とトランジスタ形成域の段差部とMFSF
ETのゲート部の距離を大きく設定することができ、強
誘電体特性のバラツキを抑止している。このため、本発
明は、動作電圧や設計マージンが制限を受けたり、歩留
まりが不安定になることを回避している。Further, according to the present invention, the step portion between the field region and the transistor formation region due to the field oxide film and the MFSF which causes the thickness variation at the time of forming the ferroelectric material.
The distance between the gate portions of the ET can be set large, and variations in ferroelectric characteristics are suppressed. For this reason, the present invention avoids that the operating voltage and the design margin are restricted and the yield becomes unstable.
【図1】本発明の一実施例の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例の製造方法を工程順に説明す
るための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a manufacturing method according to one embodiment of the present invention in the order of steps.
【図3】MFSFETを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an MFSFET.
【図4】MFSFETを用いた従来の不揮発性記憶装置
の回路構成の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a conventional nonvolatile memory device using an MFSFET.
【図5】MFSFETの回路図における記号を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing symbols in a circuit diagram of the MFSFET.
【図6】MFSFETを用いた従来のメモリセルの回路
構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of a conventional memory cell using an MFSFET.
【図7】従来のMFSFETの構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional MFSFET.
【図8】従来の分割ゲート構造の製造方法の代表的な工
程の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a typical step in a conventional method of manufacturing a split gate structure.
1 ポリシリコン(ゲート電極) 2 白金(エッチングストッパー膜) 3 PZT(強誘電体) 4 酸化膜 5 白金 6 ゲート酸化膜 7 ゲート酸化膜 8 フィールド酸化膜 9 ソース領域 10 ドレイン領域 11 レジスト 12 フローティングゲート 13 制御ゲート 14 酸化膜 15 ゲート電極 16 ゲート配線 17 酸化膜 18 酸化膜 19 読み出し用サイドウォール 20 書き込み用サイドウォール 21 強誘電体ゲート膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polysilicon (gate electrode) 2 Platinum (etching stopper film) 3 PZT (ferroelectric) 4 Oxide film 5 Platinum 6 Gate oxide film 7 Gate oxide film 8 Field oxide film 9 Source region 10 Drain region 11 Resist 12 Floating gate 13 Control gate 14 Oxide film 15 Gate electrode 16 Gate wiring 17 Oxide film 18 Oxide film 19 Read sidewall 20 Write sidewall 21 Ferroelectric gate film
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−196647(JP,A) 特開 平6−112500(JP,A) 特開 平6−112504(JP,A) 特開 平5−206411(JP,A) 特開 平5−326977(JP,A) 電子材料 8月号(1994)p.27−32Continuation of the front page (56) References JP-A-6-196647 (JP, A) JP-A-6-112500 (JP, A) JP-A-6-112504 (JP, A) JP-A-5-206411 (JP) , A) JP-A-5-326977 (JP, A) Electronic materials August issue (1994) p. 27−32
Claims (2)
及びドレイン領域を有する基板と、 前記チャネル上に絶縁膜、第1の導体層、強誘電体層が
積層されてなるゲート強誘電体絶縁膜と、前記ゲート強
誘電体絶縁膜上に形成されたゲート電極からなる第1の
ゲート部と、 前記チャネル上において前記第1のゲート部の側壁に設
けられた絶縁層を介して前記第1のゲート部と相隣る位
置に設けられ、絶縁膜、ゲート電極からなる第2のゲー
ト部と、 を備え、 前記第1及び第2のゲート部のゲート電極が互いに電気
的に接続されたことを特徴とする半導体装置。A substrate having a source region and a drain region separated by a channel region; a gate ferroelectric insulating film in which an insulating film, a first conductor layer, and a ferroelectric layer are stacked on the channel; A first gate portion comprising a gate electrode formed on the gate ferroelectric insulating film; and an insulating layer provided on a side wall of the first gate portion on the channel. And a second gate portion comprising an insulating film and a gate electrode, provided at a position adjacent to the portion, wherein the gate electrodes of the first and second gate portions are electrically connected to each other. Semiconductor device.
及びドレイン領域を有する基板と、 前記チャネル上に第1の強誘電体層、第1の導体層、第
2の強誘電体層が積層されてなるゲート強誘電体絶縁膜
と、前記ゲート強誘電体絶縁膜上に形成されたゲート電
極からなる第1のゲート部と、 前記チャネル上において前記第1のゲート部の側壁に設
けられた絶縁層を介して前記第1のゲート部と相隣る位
置に設けられ、絶縁膜、ゲート電極からなる第2のゲー
ト部と、 を備え、 前記第1及び第2のゲート部のゲート電極が互いに電気
的に接続されたことを特徴とする半導体装置。2. A substrate having a source region and a drain region separated by a channel region, and a first ferroelectric layer, a first conductor layer, and a second ferroelectric layer laminated on the channel. A gate ferroelectric insulating film, a first gate portion including a gate electrode formed on the gate ferroelectric insulating film, and an insulating layer provided on a side wall of the first gate portion on the channel A second gate portion, which is provided at a position adjacent to the first gate portion through a second gate portion and includes an insulating film and a gate electrode, wherein the gate electrodes of the first and second gate portions are electrically connected to each other. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device is electrically connected.
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電子材料 8月号(1994)p.27−32 |
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