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JP7750658B2 - Semiconductor memory device and method for manufacturing the same - Google Patents
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JP7750658B2 - Semiconductor memory device and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor memory device and method for manufacturing the same

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JP7750658B2 JP2021026747A JP2021026747A JP7750658B2 JP 7750658 B2 JP7750658 B2 JP 7750658B2 JP 2021026747 A JP2021026747 A JP 2021026747A JP 2021026747 A JP2021026747 A JP 2021026747A JP 7750658 B2 JP7750658 B2 JP 7750658B2
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Description

本開示は、半導体記憶装置、及び半導体記憶装置の製造方法に関する。 This disclosure relates to a semiconductor memory device and a method for manufacturing a semiconductor memory device.

同一基板上に設けられたn型電界効果トランジスタ(nMOSFET)及びp型電界効果トランジスタ(pMOSFET)から構成されるCMOS(Complementary MOS)回路は、消費電力が少なく、高速動作が可能であり、かつ微細化及び高集積化が容易な回路として知られている。 CMOS (Complementary MOS) circuits, consisting of n-type field-effect transistors (nMOSFETs) and p-type field-effect transistors (pMOSFETs) mounted on the same substrate, are known for their low power consumption, high-speed operation, and ease of miniaturization and high integration.

そのため、CMOS回路は、多くのLSI(Large Scale Integration)デバイスにて用いられている。なお、このようなLSIデバイスは、近年、アナログ回路、メモリ、及び論理回路などを1チップに混載したSoC(System on a Chip)として製品化されている。 For this reason, CMOS circuits are used in many LSI (Large Scale Integration) devices. In recent years, such LSI devices have been commercialized as SoCs (System on a Chip), which combine analog circuits, memory, logic circuits, and other components on a single chip.

LSIデバイスに搭載されるメモリには、例えば、Static RAM(Static Random Access Memory:SRAM)等が用いられる。近年、LSIデバイスのコスト及び消費電力をより低減するために、SRAMに替えて、Dynamic RAM(DRAM)、Magnetic RAM(MRAM)、又はFerroelectric RAM(FeRAM)等を用いることが検討されている。 Memory installed in LSI devices typically uses static random access memory (SRAM), for example. In recent years, in order to further reduce the cost and power consumption of LSI devices, the use of dynamic RAM (DRAM), magnetic RAM (MRAM), or ferroelectric RAM (FeRAM) instead of SRAM has been considered.

ここで、FeRAMとは、強誘電体の残留分極の方向を用いて情報を記憶する半導体記憶装置である。FeRAMの構造の一例として、例えば、配線下のコンタクトホール又はダマシン構造の内部に強誘電体キャパシタを形成する構造を示すことができる(例えば、特許文献1)。 Here, FeRAM is a semiconductor memory device that stores information using the direction of remanent polarization of a ferroelectric. One example of an FeRAM structure is one in which a ferroelectric capacitor is formed inside a contact hole under wiring or a damascene structure (see, for example, Patent Document 1).

特開2001-7304号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-7304

このようなFeRAMでは、強誘電体キャパシタの容量をより増大させることで、動作に十分なマージンを得ることが望まれる。具体的には、強誘電体キャパシタの容量を増大させるために、より面積を拡大することが可能な強誘電体キャパシタの構造、及び強誘電体キャパシタの形成方法が望まれる。 In such FeRAMs, it is desirable to obtain sufficient operating margins by further increasing the capacitance of the ferroelectric capacitor. Specifically, in order to increase the capacitance of the ferroelectric capacitor, a ferroelectric capacitor structure that allows for a larger area and a method for forming the ferroelectric capacitor are desired.

よって、動作に十分なマージンを得ることが可能な半導体記憶装置、及び半導体記憶装置の製造方法を提供することが望ましい。 Therefore, it is desirable to provide a semiconductor memory device and a method for manufacturing a semiconductor memory device that can provide sufficient margin for operation.

本開示の一実施形態に係る半導体記憶装置は、半導体基板に設けられた電界効果トランジスタと、前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタのドレインと電気的に接続するコンタクトと、前記コンタクトの上に設けられた第1配線層と、前記層間絶縁膜の上に設けられ、前記第1配線層を埋め込む第1絶縁層と、前記第1配線層よりも上層から前記第1絶縁層及び前記層間絶縁膜に設けられた開口部と、前記開口部の内部に設けられ、前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタとを備える。 A semiconductor memory device according to one embodiment of the present disclosure includes a field-effect transistor provided on a semiconductor substrate, an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate, a contact that penetrates the interlayer insulating film and is electrically connected to the drain of the field-effect transistor, a first wiring layer provided on the contact, a first insulating layer provided on the interlayer insulating film and burying the first wiring layer, an opening provided in the first insulating layer and the interlayer insulating film from above the first wiring layer, and a ferroelectric capacitor provided inside the opening and electrically connected to the source of the field-effect transistor.

本開示の一実施形態に係る半導体記憶装置は、半導体基板に設けられた電界効果トランジスタと、前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成された第1開口、及び前記第1開口よりも開口径が小さく、かつ前記第1開口の内部に形成された第2開口を含む開口部と、前記開口部の内部に設けられ、前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタとを備える。 A semiconductor memory device according to one embodiment of the present disclosure includes a field-effect transistor provided on a semiconductor substrate, an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate, an opening including a first opening formed in the interlayer insulating film and a second opening formed within the first opening and having a smaller diameter than the first opening, and a ferroelectric capacitor provided within the opening and electrically connected to the source of the field-effect transistor.

本開示の一実施形態に係る半導体記憶装置は、半導体基板に設けられた電界効果トランジスタと、前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタのドレインと電気的に接続するコンタクトと、少なくとも前記層間絶縁膜を貫通して設けられた開口部の内部に前記コンタクトと異なる高さにて設けられ、前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタとを備える。 A semiconductor memory device according to one embodiment of the present disclosure includes a field-effect transistor provided on a semiconductor substrate, an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate, a contact that penetrates the interlayer insulating film and is electrically connected to the drain of the field-effect transistor, and a ferroelectric capacitor that is provided at least inside an opening that penetrates the interlayer insulating film at a different height from the contact and is electrically connected to the source of the field-effect transistor.

本開示の一実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板に電界効果トランジスタを形成することと、前記半導体基板の上に層間絶縁膜を形成することと、前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタのドレインと電気的に接続するコンタクトを形成することと、前記コンタクトの上に第1配線層を形成することと、前記層間絶縁膜の上に前記第1配線層を埋め込む第1絶縁層を形成することと、前記第1配線層よりも上層から前記第1絶縁層及び前記層間絶縁膜に開口部を形成することと、前記開口部の内部に前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタを形成することとを含む。 A method for manufacturing a semiconductor memory device according to one embodiment of the present disclosure includes forming a field-effect transistor on a semiconductor substrate, forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate, forming a contact that penetrates the interlayer insulating film and electrically connects to the drain of the field-effect transistor, forming a first wiring layer on the contact, forming a first insulating layer on the interlayer insulating film that embeds the first wiring layer, forming an opening in the first insulating layer and the interlayer insulating film from above the first wiring layer, and forming a ferroelectric capacitor inside the opening that electrically connects to the source of the field-effect transistor.

本開示の一実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法は、半導体基板に電界効果トランジスタを形成することと、前記半導体基板の上に層間絶縁膜を形成することと、前記層間絶縁膜に第1開口を形成することと、前記第1開口の内部に前記第1開口よりも開口径が小さい第2開口を形成することと、前記第1開口及び前記第2開口を含む開口部の内部に前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタを形成することとを含む。 A method for manufacturing a semiconductor memory device according to one embodiment of the present disclosure includes forming a field-effect transistor on a semiconductor substrate, forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate, forming a first opening in the interlayer insulating film, forming a second opening within the first opening, the second opening having a smaller diameter than the first opening, and forming a ferroelectric capacitor electrically connected to the source of the field-effect transistor within an opening including the first opening and the second opening.

本開示の一実施形態に係る半導体記憶装置、及び半導体記憶装置の製造方法によれば、半導体記憶装置に備えられるキャパシタは、より大きな面積を確保することが可能な三次元構造にてメモリセル内に形成される。これにより、例えば、半導体記憶装置は、メモリセルの面積を増大させることなく、キャパシタの面積を増大させることができるため、キャパシタの容量をより増大させることができる。 In accordance with a semiconductor memory device and a method for manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present disclosure, the capacitor included in the semiconductor memory device is formed within the memory cell in a three-dimensional structure that allows for a larger area to be secured. This allows, for example, the semiconductor memory device to increase the area of the capacitor without increasing the area of the memory cell, thereby further increasing the capacitance of the capacitor.

本開示の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の等価回路を示した回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present disclosure. 同実施形態に係る半導体記憶装置の平面構成及び断面構成を示す模式図である。2A and 2B are schematic diagrams showing a planar configuration and a cross-sectional configuration of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置をアクティブ領域に沿って切断した断面を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the semiconductor memory device according to the same embodiment taken along an active region. 本開示の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の平面構成及び断面構成を示す模式図である。10A and 10B are schematic diagrams showing a planar configuration and a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present disclosure. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 本開示の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の断面構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present disclosure. 同実施形態に係る半導体記憶装置の平面レイアウトを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a planar layout of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating one step of a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating one step of a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating one step of a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating one step of a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating one step of a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating one step of a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating one step of a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating one step of a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating one step of a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the embodiment. 同実施形態の第1の変形例に係る半導体記憶装置の断面構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device according to a first modified example of the embodiment. 同変形例に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10A and 10B are cross-sectional views illustrating a step in a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the modified example. 同変形例に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10A and 10B are cross-sectional views illustrating a step in a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the modified example. 同変形例に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10A and 10B are cross-sectional views illustrating a step in a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the modified example. 同変形例に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10A and 10B are cross-sectional views illustrating a step in a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the modified example. 同変形例に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10A and 10B are cross-sectional views illustrating a step in a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the modified example. 同変形例に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する断面図である。10A and 10B are cross-sectional views illustrating a step in a manufacturing method of the semiconductor memory device according to the modified example. 同実施形態の第2の変形例に係る半導体記憶装置の断面構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device according to a second modification of the embodiment. 同実施形態の第3の変形例に係る半導体記憶装置の断面構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device according to a third modification of the embodiment. 本開示の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の平面構成および断面構成を示す模式図である。10A and 10B are schematic diagrams showing a planar configuration and a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present disclosure. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置をアクティブ領域に沿って切断した断面を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the semiconductor memory device according to the same embodiment taken along an active region. 本開示の第5の実施形態に係る半導体記憶装置の平面構成および断面構成を示す模式図である。10A and 10B are schematic diagrams showing a planar configuration and a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present disclosure. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 本開示の第6の実施形態に係る半導体記憶装置の平面構成および断面構成を示す模式図である。13A and 13B are schematic diagrams showing a planar configuration and a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present disclosure. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 本開示の第7の実施形態に係る半導体記憶装置の平面構成および断面構成を示す模式図である。13A and 13B are schematic diagrams showing a planar configuration and a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present disclosure. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment. 同実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一工程を説明する模式図である。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a step in the manufacturing method of the semiconductor memory device according to the same embodiment.

以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下で説明する実施形態は本開示の一具体例であって、本開示にかかる技術が以下の態様に限定されるわけではない。また、本開示の各構成要素の配置、寸法、及び寸法比等についても、各図に示す様態に限定されるわけではない。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. The embodiment described below is a specific example of the present disclosure, and the technology of the present disclosure is not limited to the following aspects. Furthermore, the arrangement, dimensions, dimensional ratios, etc. of each component of the present disclosure are not limited to the aspects shown in the drawings.

なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態
1.1.概要
1.2.構成例
1.3.製造方法
1.4.動作例
2.第2の実施形態
2.1.構成例
2.2.製造方法
3.第3の実施形態
3.1.構成例
3.2.製造方法
3.3.変形例
4.第4の実施形態
4.1.構成例
4.2.製造方法
4.3.動作例
5.第5の実施形態
5.1.構成例
5.2.製造方法
6.第6の実施形態
6.1.構成例
6.2.製造方法
7.第7の実施形態
7.1.構成例
7.2.製造方法
The explanation will be given in the following order.
1. First Embodiment 1.1. Overview 1.2. Configuration Example 1.3. Manufacturing Method 1.4. Operation Example 2. Second Embodiment 2.1. Configuration Example 2.2. Manufacturing Method 3. Third Embodiment 3.1. Configuration Example 3.2. Manufacturing Method 3.3. Modification 4. Fourth Embodiment 4.1. Configuration Example 4.2. Manufacturing Method 4.3. Operation Example 5. Fifth Embodiment 5.1. Configuration Example 5.2. Manufacturing Method 6. Sixth Embodiment 6.1. Configuration Example 6.2. Manufacturing Method 7. Seventh Embodiment 7.1. Configuration Example 7.2. Manufacturing Method

<1.第1の実施形態>
(1.1.概要)
まず、図1を参照して、本開示の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の概要について説明する。図1は、本実施形態に係る半導体記憶装置の等価回路を示した回路図である。
1. First embodiment
(1.1. Overview)
First, an overview of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the semiconductor memory device according to this embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置10は、情報を記憶するキャパシタ11と、キャパシタ11の選択及び非選択を制御するトランジスタ21とを備える。 As shown in FIG. 1, the semiconductor memory device 10 according to this embodiment includes a capacitor 11 that stores information and a transistor 21 that controls the selection and deselection of the capacitor 11.

キャパシタ11は、一対の電極と、一対の電極に挟み込まれた強誘電体膜とを含む強誘電体キャパシタである。キャパシタ11は、強誘電体膜の残留分極の方向によって1ビットの情報を記憶することができる。キャパシタ11は、一対の電極の一方にてソース線SLと電気的に接続し、一対の電極の他方にてトランジスタ21のソースと電気的に接続する。 Capacitor 11 is a ferroelectric capacitor that includes a pair of electrodes and a ferroelectric film sandwiched between the pair of electrodes. Capacitor 11 can store one bit of information depending on the direction of remanent polarization of the ferroelectric film. Capacitor 11 is electrically connected to source line SL at one of the pair of electrodes, and electrically connected to the source of transistor 21 at the other of the pair of electrodes.

トランジスタ21は、キャパシタ11への電圧の印加を制御する電界効果トランジスタである。トランジスタ21は、ソースにてキャパシタ11の他方の電極と電気的に接続し、ドレインにてビット線BLと電気的に接続する。また、トランジスタ21は、ゲートにてワード線WLと電気的に接続しており、ワード線WLからの印加電圧によってチャネルの状態を制御することができる。 Transistor 21 is a field-effect transistor that controls the application of voltage to capacitor 11. Transistor 21 is electrically connected to the other electrode of capacitor 11 at its source and electrically connected to bit line BL at its drain. Transistor 21 is also electrically connected to word line WL at its gate, and the state of its channel can be controlled by the voltage applied from word line WL.

キャパシタ11に情報を書き込む場合、半導体記憶装置10では、まず、ワード線WLに電圧が印加されることで、トランジスタ21のチャネルがオン状態に遷移する。その後、ソース線SL及びビット線BLの各々に電位が印加されることで、書き込む情報に対応した電界がキャパシタ11の強誘電体膜に印加される。これにより、半導体記憶装置10は、キャパシタ11の強誘電体膜の残留分極の向きを外部電界によって制御することで、キャパシタ11に情報を書き込むことができる。 When writing information to capacitor 11, in the semiconductor memory device 10, a voltage is first applied to the word line WL, causing the channel of transistor 21 to transition to the ON state. Then, a potential is applied to each of the source line SL and bit line BL, applying an electric field corresponding to the information to be written to the ferroelectric film of capacitor 11. This allows the semiconductor memory device 10 to write information to capacitor 11 by controlling the direction of the remanent polarization of the ferroelectric film of capacitor 11 with an external electric field.

一方、キャパシタ11から情報を読み出す場合、半導体記憶装置10では、まず、ワード線WLに電圧が印加されることで、トランジスタ21のチャネルがオン状態に遷移する。その後、ソース線SL及びビット線BLの各々に所定の電位が印加されることで、キャパシタ11の強誘電体膜の分極方向が所定の向きに遷移する。このとき、遷移前の強誘電体膜の分極向きによって、遷移時にキャパシタ11に流れ込む電流の大きさが変化する。したがって、半導体記憶装置10は、キャパシタ11に流れ込む電流の大きさを測定することによって、キャパシタ11に記憶された情報を読み出すことができる。 On the other hand, when reading information from capacitor 11, in the semiconductor memory device 10, a voltage is first applied to the word line WL, causing the channel of transistor 21 to transition to the ON state. Then, a predetermined potential is applied to each of the source line SL and bit line BL, causing the polarization direction of the ferroelectric film of capacitor 11 to transition to a predetermined direction. At this time, the magnitude of the current flowing into capacitor 11 during the transition changes depending on the polarization direction of the ferroelectric film before the transition. Therefore, the semiconductor memory device 10 can read the information stored in capacitor 11 by measuring the magnitude of the current flowing into capacitor 11.

よって、本実施形態に係る半導体記憶装置10は、強誘電体膜を含むキャパシタ11に情報を記憶させるFeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)として動作することができる。 Therefore, the semiconductor memory device 10 according to this embodiment can operate as an FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) that stores information in a capacitor 11 that includes a ferroelectric film.

本実施形態に係る半導体記憶装置10では、より深く形成された開口部の内部にキャパシタ11が設けられる。具体的には、半導体記憶装置10では、トランジスタ21を埋め込む層間絶縁膜の上に設けられた第1配線層よりも上層から開口部が形成され、該開口部の内部にキャパシタ11が設けられる。これによれば、半導体記憶装置10は、キャパシタ11の容量をより増大させることができるため、動作に十分なマージンを有する信号を得ることが可能である。 In the semiconductor memory device 10 according to this embodiment, the capacitor 11 is provided inside a deeper opening. Specifically, in the semiconductor memory device 10, an opening is formed above the first wiring layer provided on the interlayer insulating film in which the transistor 21 is embedded, and the capacitor 11 is provided inside the opening. This allows the capacitance of the capacitor 11 to be increased, making it possible for the semiconductor memory device 10 to obtain a signal with sufficient margin for operation.

(1.2.構成例)
続いて、図2を参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10の具体的な構成例について説明する。図2は、本実施形態に係る半導体記憶装置10の平面構成及び断面構成を示す模式図である。
(1.2. Configuration example)
Next, a specific configuration example of the semiconductor memory device 10 according to this embodiment will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a schematic diagram showing the planar configuration and cross-sectional configuration of the semiconductor memory device 10 according to this embodiment.

なお、図2の左上の平面図では、各構成の配置を明確にするために、半導体基板100の全面に広がって形成される平坦化膜200及び第1絶縁層300は省略している。図2の断面図の各々は、左上の平面図に記載されたA-A線、B-B線、又はC-C線でそれぞれ切断した断面を示す。 In the plan view in the upper left of Figure 2, the planarization film 200 and first insulating layer 300, which are formed over the entire surface of the semiconductor substrate 100, are omitted to clarify the arrangement of each component. Each cross-sectional view in Figure 2 shows a cross section taken along line A-A, line B-B, or line C-C, respectively, shown in the plan view in the upper left.

また、以下では、「第1導電型」は、「p型」又は「n型」の一方を表し、「第2導電型」は、「第1導電型」と異なる「p型」又は「n型」の他方を表す。 Furthermore, in the following, "first conductivity type" refers to either "p-type" or "n-type", and "second conductivity type" refers to the other of "p-type" or "n-type" that is different from the "first conductivity type".

図2に示すように、半導体記憶装置10は、半導体基板100の上に設けられる。半導体記憶装置10は、半導体基板100上にメモリセルが多数配置されることで、大容量の情報を記憶することが可能な半導体メモリである。 As shown in FIG. 2, the semiconductor memory device 10 is provided on a semiconductor substrate 100. The semiconductor memory device 10 is a semiconductor memory capable of storing large amounts of information by arranging a large number of memory cells on the semiconductor substrate 100.

キャパシタ11は、平坦化膜200及び第1絶縁層300を貫通してソース又はドレイン領域151の上に形成された開口部110の内側に設けられる。具体的には、キャパシタ11は、開口部110の内側に沿って設けられた下部電極111と、開口部110に沿って下部電極111の上に設けられた強誘電体膜113と、開口部110を埋め込むように強誘電体膜113の上に設けられた上部電極115とを含んで構成される。下部電極111は、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151(例えば、ソース)と電気的に接続し、上部電極115は、ソース線SLとして機能する図示しない第2配線層と電気的に接続する。 The capacitor 11 is provided inside an opening 110 formed above the source or drain region 151, penetrating the planarization film 200 and the first insulating layer 300. Specifically, the capacitor 11 includes a lower electrode 111 provided along the inside of the opening 110, a ferroelectric film 113 provided on the lower electrode 111 along the opening 110, and an upper electrode 115 provided on the ferroelectric film 113 so as to fill the opening 110. The lower electrode 111 is electrically connected to the source or drain region 151 (e.g., the source) of the transistor 21, and the upper electrode 115 is electrically connected to a second wiring layer (not shown) that functions as a source line SL.

トランジスタ21は、半導体基板100の上に設けられたゲート絶縁膜140と、ゲート絶縁膜140の上に設けられたゲート電極130と、半導体基板100のアクティブ領域150に設けられたソース又はドレイン領域151とを含んで構成される。ソース又はドレイン領域151の一方(例えば、ソース)は、下部電極111と接続することでキャパシタ11と電気的に接続し、ソース又はドレイン領域151の他方(例えば、ドレイン)は、コンタクト210を介して、ビット線BLとして機能する第1配線層310と電気的に接続する。ゲート電極130は、素子分離層105を跨いで複数のアクティブ領域150に亘って設けられることで、ワード線WLとして機能する。 The transistor 21 includes a gate insulating film 140 provided on the semiconductor substrate 100, a gate electrode 130 provided on the gate insulating film 140, and a source or drain region 151 provided in an active region 150 of the semiconductor substrate 100. One of the source or drain regions 151 (e.g., the source) is connected to the lower electrode 111 and thereby electrically connected to the capacitor 11, and the other of the source or drain region 151 (e.g., the drain) is electrically connected via a contact 210 to a first wiring layer 310 that functions as a bit line BL. The gate electrode 130 is provided across multiple active regions 150, straddling the element isolation layer 105, and functions as a word line WL.

半導体記憶装置10では、第1配線層310は、半導体基板100の面内の第1方向に延在して設けられ、ゲート電極130は、第1方向と直交する第2方向に延在して設けられる。また、アクティブ領域150は、第1方向及び第2方向の両方と斜交する第3方向に帯状に延在して設けられる。これによれば、半導体記憶装置10は、キャパシタ11及びトランジスタ21を効率的に配置することができるため、半導体記憶装置10の占有面積の増加を抑制することができる。 In the semiconductor memory device 10, the first wiring layer 310 is provided extending in a first direction within the plane of the semiconductor substrate 100, and the gate electrode 130 is provided extending in a second direction perpendicular to the first direction. The active region 150 is provided extending in a strip-like shape in a third direction obliquely intersecting both the first and second directions. This allows the semiconductor memory device 10 to efficiently arrange the capacitors 11 and transistors 21, thereby preventing an increase in the area occupied by the semiconductor memory device 10.

ここで、平坦化膜200又は半導体基板100等に設けられた開口に誘電体及び電極を埋め込むことでキャパシタを構成する構造としては、スタック型シリンダ形状のDRAM(Dynamic Random Access Memory)を挙げることができる。ただし、キャパシタに蓄積された電荷によって情報を記憶するDRAMでは、記憶された情報を十分な精度で読み出すためには、例えば、ビット線の容量100fFに対して、20fF程度のキャパシタ容量が求められる。 Here, an example of a structure in which a capacitor is constructed by embedding a dielectric and an electrode in an opening provided in the planarization film 200 or the semiconductor substrate 100, etc., is a stacked cylindrical DRAM (Dynamic Random Access Memory). However, in a DRAM that stores information using electric charge accumulated in a capacitor, a capacitor capacitance of approximately 20 fF is required, for example, compared to a bit line capacitance of 100 fF, in order to read the stored information with sufficient accuracy.

例えば、キャパシタに用いる誘電体の比誘電率が25である場合、誘電体膜の幅を60nmとし、膜厚を5nmとすると、容量20fFのキャパシタを形成するための開口の深さは、約8μmとなってしまう。このような深さの開口は、加工が極めて困難であるため、DRAMの微細化及び高集積化を困難にしてしまう。 For example, if the dielectric constant of the dielectric used in a capacitor is 25, and the width of the dielectric film is 60 nm and the film thickness is 5 nm, the depth of the opening to form a capacitor with a capacitance of 20 fF would be approximately 8 μm. An opening of this depth is extremely difficult to process, making it difficult to miniaturize and increase the integration density of DRAM.

本実施形態に係る半導体記憶装置10は、強誘電体の残留分極にて情報を記憶するFeRAMとして機能する。FeRAMは、DRAMとは動作原理が異なるため、例えば、ビット線の容量が100fFであっても、強誘電体の残留分極が25μC/cm程度であれば、200nm程度の深さの開口にキャパシタ11を形成することで、情報の読み出しを十分な精度で行うことが可能である。したがって、本実施形態に係る半導体記憶装置10は、より容易に微細化及び高集積化を進めることが可能である。 The semiconductor memory device 10 according to this embodiment functions as an FeRAM that stores information using the remnant polarization of a ferroelectric material. Because the operating principle of an FeRAM differs from that of a DRAM, even if the bit line capacitance is 100 fF, if the remnant polarization of the ferroelectric material is approximately 25 μC/ cm² , information can be read with sufficient accuracy by forming a capacitor 11 in an opening approximately 200 nm deep. Therefore, the semiconductor memory device 10 according to this embodiment can be more easily miniaturized and highly integrated.

以下、半導体記憶装置10の各構成についてより具体的に説明する。 The following describes each component of the semiconductor memory device 10 in more detail.

半導体基板100は、半導体材料にて構成され、キャパシタ11及びトランジスタ21が形成される基板である。半導体基板100は、シリコン基板であってもよく、シリコン基板の中にSiO等の絶縁膜を挟み込んだSOI(Silicon On Insulator)基板であってもよい。また、半導体基板100は、ゲルマニウムなどの他の元素半導体で形成された基板であってもよく、ガリウムヒ素(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)、又はシリコンカーバイド(SiC)等の化合物半導体で形成された基板であってもよい。 The semiconductor substrate 100 is made of a semiconductor material and is a substrate on which the capacitor 11 and the transistor 21 are formed. The semiconductor substrate 100 may be a silicon substrate, or may be an SOI (Silicon On Insulator) substrate in which an insulating film such as SiO2 is sandwiched between a silicon substrate. The semiconductor substrate 100 may also be a substrate formed of other elemental semiconductors such as germanium, or may be a substrate formed of a compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs), gallium nitride (GaN), or silicon carbide (SiC).

素子分離層105は、絶縁性材料にて構成され、半導体基板100に設けられるトランジスタ21の各々を互いに電気的に分離する。素子分離層105は、互いに離隔された帯状領域にて第3方向(例えば、図2に正対して左上から右下に向かう方向)に延在して設けられる。なお、第3方向とは、第1配線層310が延在する第1方向(例えば、図2に正対して左右方向)、及びゲート電極130が延在する第2方向(例えば、図2に正対して上下方向)の両方と斜交する方向である。例えば、素子分離層105は、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)又は酸窒化シリコン(SiON)などの絶縁性材料で構成されてもよい。 The element isolation layer 105 is made of an insulating material and electrically isolates each of the transistors 21 provided on the semiconductor substrate 100 from one another. The element isolation layers 105 are provided in strip-shaped regions that are spaced apart from one another and extend in a third direction (e.g., from the upper left to the lower right when viewed from the front of FIG. 2). The third direction is a direction that intersects obliquely with both the first direction in which the first wiring layer 310 extends (e.g., the horizontal direction when viewed from the front of FIG. 2) and the second direction in which the gate electrode 130 extends (e.g., the vertical direction when viewed from the front of FIG. 2). For example, the element isolation layer 105 may be made of an insulating material such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), or silicon oxynitride (SiON).

例えば、素子分離層105は、STI(Shallow Trench Isolation)法を用いて、所定領域の半導体基板100の一部をエッチング等で除去した後、エッチング等によって形成された開口を酸化シリコン(SiO)で埋め込むことで形成することができる。または、素子分離層105は、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)法を用いて、所定領域の半導体基板100を熱酸化することで形成してもよい。 For example, the element isolation layer 105 can be formed by using an STI (Shallow Trench Isolation) method to remove a portion of the semiconductor substrate 100 in a predetermined region by etching or the like, and then filling the opening formed by etching or the like with silicon oxide (SiO x ). Alternatively, the element isolation layer 105 may be formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate 100 in a predetermined region by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method.

素子分離層105によって互いに分離された帯状領域は、トランジスタ21が設けられるアクティブ領域150として機能する。アクティブ領域150には、例えば、第1導電型不純物(例えば、ホウ素(B)又はアルミニウム(Al)などのp型不純物)が導入される。 The strip-shaped regions separated from each other by the element isolation layer 105 function as active regions 150 in which the transistors 21 are provided. A first conductivity type impurity (e.g., a p-type impurity such as boron (B) or aluminum (Al)) is introduced into the active region 150.

素子分離層105及びアクティブ領域150は、図2に図示するように、第3方向に延在する帯状形状にて設けられ得る。これによれば、半導体記憶装置10は、キャパシタ11及びトランジスタ21を効率的に配置することができるため、半導体記憶装置10の占有面積の増加を抑制することができる。 As shown in FIG. 2, the element isolation layer 105 and the active region 150 can be provided in a strip shape extending in the third direction. This allows the semiconductor memory device 10 to efficiently arrange the capacitors 11 and transistors 21, thereby preventing an increase in the area occupied by the semiconductor memory device 10.

ゲート絶縁膜140は、絶縁性材料で構成され、半導体基板100のアクティブ領域150の上に設けられる。ゲート絶縁膜140は、電界効果トランジスタのゲート絶縁膜として公知の絶縁性材料で形成されてもよい。例えば、ゲート絶縁膜140は、酸化シリコン(SiO)等の酸化物で形成されてもよい。 The gate insulating film 140 is made of an insulating material and is provided on the active region 150 of the semiconductor substrate 100. The gate insulating film 140 may be made of an insulating material known as a gate insulating film for a field effect transistor. For example, the gate insulating film 140 may be made of an oxide such as silicon oxide (SiO x ).

ゲート電極130は、導電性材料で構成され、ゲート絶縁膜140の上に設けられる。具体的には、ゲート電極130は、第1配線層310が延在する第1方向と直交する第2方向に所定の間隔を置いて複数設けられ、素子分離層105が延在する第3方向と斜交する第1方向に延在して設けられる。ゲート電極130は、素子分離層105を越えて複数のアクティブ領域150に広がって設けられることで、各メモリセルのトランジスタ21のゲートを電気的に接続するワード線WLとして機能する。 The gate electrode 130 is made of a conductive material and is provided on the gate insulating film 140. Specifically, multiple gate electrodes 130 are provided at predetermined intervals in a second direction perpendicular to the first direction in which the first wiring layer 310 extends, and extend in the first direction obliquely intersecting the third direction in which the element isolation layer 105 extends. The gate electrodes 130 are provided extending beyond the element isolation layer 105 into multiple active regions 150, and function as word lines WL that electrically connect the gates of the transistors 21 of each memory cell.

例えば、ゲート電極130は、ポリシリコン等にて形成されてもよく、金属、合金、金属化合物、又は金属(Niなど)とポリシリコンとの合金(いわゆるシリサイド)にて形成されてもよい。具体的には、ゲート電極130は、ゲート絶縁膜140の上に設けられたTiN又はTaNからなる金属層と、ポリシリコン層との積層構造にて形成されてもよい。このような積層構造によれば、ゲート電極130は、ポリシリコン層のみで形成される場合と比較して配線抵抗を低下させることができる。 For example, the gate electrode 130 may be formed of polysilicon or the like, or may be formed of a metal, alloy, metal compound, or alloy of a metal (such as Ni) and polysilicon (so-called silicide). Specifically, the gate electrode 130 may be formed of a laminated structure consisting of a metal layer made of TiN or TaN and a polysilicon layer provided on the gate insulating film 140. Such a laminated structure allows the gate electrode 130 to have lower wiring resistance than when it is formed of only a polysilicon layer.

ソース又はドレイン領域151は、半導体基板100に形成された第2導電型の領域である。具体的には、ソース又はドレイン領域151は、第3方向に延在するアクティブ領域150にゲート電極130を挟んでそれぞれ設けられる。ソース又はドレイン領域151のソース側は、下部電極111と電気的に接続し、ソース又はドレイン領域151のドレイン側は、コンタクト210を介して、ビット線BLである第1配線層310と電気的に接続する。 The source or drain region 151 is a second conductivity type region formed in the semiconductor substrate 100. Specifically, the source or drain region 151 is provided in the active region 150 extending in the third direction, sandwiching the gate electrode 130. The source side of the source or drain region 151 is electrically connected to the lower electrode 111, and the drain side of the source or drain region 151 is electrically connected to the first wiring layer 310, which is the bit line BL, via the contact 210.

例えば、ソース又はドレイン領域151は、アクティブ領域150の半導体基板100に、第2導電型不純物(例えば、リン(P)、ヒ素(As)などのn型不純物)を導入することで形成することができる。なお、ソース又はドレイン領域151と、ゲート電極130との間の半導体基板100には、ソース又はドレイン領域151よりも第2導電型不純物の濃度が低いLDD(Lightly-Doped Drain)領域が形成されていてもよい。 For example, the source or drain region 151 can be formed by introducing second conductivity type impurities (e.g., n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As)) into the semiconductor substrate 100 in the active region 150. Note that an LDD (Lightly Doped Drain) region having a lower concentration of second conductivity type impurities than the source or drain region 151 may be formed in the semiconductor substrate 100 between the source or drain region 151 and the gate electrode 130.

サイドウォール絶縁膜132は、絶縁性材料で構成され、ゲート電極130の側面に側壁として設けられる。サイドウォール絶縁膜132は、ゲート電極130を含む領域に一様に絶縁膜を堆積した後、該絶縁膜を垂直異方性エッチングすることで形成することができる。例えば、サイドウォール絶縁膜132は、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、又は酸窒化シリコン(SiON)などの絶縁性の酸窒化物によって、単層又は複数層にて形成されてもよい。 The sidewall insulating film 132 is made of an insulating material and is provided as a sidewall on the side surface of the gate electrode 130. The sidewall insulating film 132 can be formed by uniformly depositing an insulating film in a region including the gate electrode 130 and then vertically anisotropically etching the insulating film. For example, the sidewall insulating film 132 may be formed in a single layer or multiple layers using an insulating oxynitride such as silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), or silicon oxynitride (SiON).

サイドウォール絶縁膜132は、半導体基板100に第2導電型不純物を導入する際に、第2導電型不純物を遮蔽することで、ゲート電極130と、ソース又はドレイン領域151との位置関係を自己整合的に制御することができる。また、サイドウォール絶縁膜132は、半導体基板100への第2導電型不純物の導入を段階的に制御することができるため、ソース又はドレイン領域151とゲート電極130との間に、上述したLDD領域を自己整合的に形成することも可能である。 The sidewall insulating film 132 shields the second-conductivity-type impurities when they are introduced into the semiconductor substrate 100, thereby enabling self-aligned control of the positional relationship between the gate electrode 130 and the source or drain region 151. Furthermore, because the sidewall insulating film 132 can gradually control the introduction of the second-conductivity-type impurities into the semiconductor substrate 100, it is also possible to form the above-mentioned LDD region between the source or drain region 151 and the gate electrode 130 in a self-aligned manner.

キャップ層131は、ゲート電極130の上に設けられ、各メモリセルのゲート電極130を電気的に接続するワード線WLとして機能する。例えば、キャップ層131は、金属又は金属化合物で形成されてもよい。また、キャップ層131は、上記のゲート電極130の説明にて記載したように、ポリシリコン上に設けられた金属、合金、金属化合物、又は金属(Niなど)とポリシリコンとの合金(いわゆるシリサイド)にて構成されてもよい。すなわち、ゲート電極130及びキャップ層131は、ゲート絶縁膜140の上に設けられたTiN又はTaNからなる金属層、及びポリシリコン層(ゲート電極130)と、TiN又はTaNからなる金属層(キャップ層131)との積層構造にて形成されてもよい。このような積層構造によれば、半導体記憶装置10は、より配線抵抗を低下させることができる。 The cap layer 131 is provided on the gate electrode 130 and functions as a word line WL that electrically connects the gate electrodes 130 of each memory cell. For example, the cap layer 131 may be formed of a metal or a metal compound. Furthermore, as described above in the description of the gate electrode 130, the cap layer 131 may be formed of a metal, alloy, metal compound, or alloy of a metal (such as Ni) and polysilicon (so-called silicide) provided on polysilicon. That is, the gate electrode 130 and cap layer 131 may be formed of a metal layer made of TiN or TaN provided on the gate insulating film 140, a polysilicon layer (gate electrode 130), and a metal layer made of TiN or TaN (cap layer 131). Such a layered structure allows the semiconductor memory device 10 to further reduce wiring resistance.

コンタクト領域152は、ソース又はドレイン領域151の半導体基板100の表面に設けられ、ソース又はドレイン領域151と、下部電極111又はコンタクト210との接触抵抗を低下させることができる。具体的には、コンタクト領域152は、Niなどの金属と、シリコンとの合金(いわゆるシリサイド)にて構成されてもよい。 The contact region 152 is provided on the surface of the semiconductor substrate 100 in the source or drain region 151, and can reduce the contact resistance between the source or drain region 151 and the lower electrode 111 or the contact 210. Specifically, the contact region 152 may be composed of an alloy of silicon (so-called silicide) and a metal such as Ni.

平坦化膜200は、絶縁性材料で構成され、トランジスタ21を埋め込んで半導体基板100の全面に広がって設けられる。例えば、平坦化膜200は、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、又は酸窒化シリコン(SiON)などの絶縁性の酸窒化物で構成されてもよい。 The planarization film 200 is made of an insulating material, burying the transistor 21 and spreading over the entire surface of the semiconductor substrate 100. For example, the planarization film 200 may be made of an insulating oxynitride such as silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), or silicon oxynitride (SiON).

なお、図2では図示しないが、半導体基板100、サイドウォール絶縁膜132、及びキャップ層131の上には、全面に亘って絶縁性材料で構成されたライナー層が設けられてもよい。ライナー層は、キャパシタ11又はコンタクト210を設けるための開口を平坦化膜200に形成する工程において、ライナー層と平坦化膜200との間で高いエッチング選択比を提供することができる。これにより、ライナー層は、エッチング工程において、半導体基板100までエッチングが進行してしまうことを防止することができる。ライナー層は、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)又は酸窒化シリコン(SiON)などの絶縁性の酸窒化物で形成されてもよい。例えば、平坦化膜200が酸化シリコン(SiOx)で形成される場合、ライナー層は、窒化シリコン(SiNx)で構成されてもよい。 Although not shown in FIG. 2 , a liner layer made of an insulating material may be provided over the entire surfaces of the semiconductor substrate 100, the sidewall insulating film 132, and the cap layer 131. The liner layer can provide a high etching selectivity between the liner layer and the planarization film 200 in the process of forming an opening in the planarization film 200 for providing the capacitor 11 or the contact 210. This allows the liner layer to prevent etching from progressing to the semiconductor substrate 100 in the etching process. The liner layer may be made of an insulating oxynitride such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), or silicon oxynitride (SiON). For example, when the planarization film 200 is made of silicon oxide (SiOx), the liner layer may be made of silicon nitride (SiNx).

また、ライナー層は、ゲート絶縁膜140の下の半導体基板100に対して、圧縮応力又は引張応力を付与する層として構成されてもよい。このような場合、ライナー層は、応力効果によって、半導体基板100に形成されるチャネルのキャリア移動度を制御することができる。 The liner layer may also be configured as a layer that applies compressive or tensile stress to the semiconductor substrate 100 below the gate insulating film 140. In such a case, the liner layer can control the carrier mobility of the channel formed in the semiconductor substrate 100 through its stress effect.

開口部110は、ソース又はドレイン領域151を露出させるように、第1配線層310よりも上層から平坦化膜200及び第1絶縁層300を貫通して設けられる。半導体記憶装置10は、開口部110をより上層から設けることによって、開口部110の内部に設けられるシリンダ型構造のキャパシタ11の面積をより増大させることができる。したがって、半導体記憶装置10は、開口部110の内部に設けられるキャパシタ11の容量をより増大させることができる。 The opening 110 is provided from above the first wiring layer 310, penetrating the planarization film 200 and the first insulating layer 300 so as to expose the source or drain region 151. By providing the opening 110 from a higher layer, the semiconductor memory device 10 can further increase the area of the cylindrical capacitor 11 provided inside the opening 110. Therefore, the semiconductor memory device 10 can further increase the capacitance of the capacitor 11 provided inside the opening 110.

下部電極111は、導電性材料で構成され、平坦化膜200及び第1絶縁層300に形成された開口部110の内側に沿って設けられる。具体的には、開口部110は、ソース又はドレイン領域151の一方を露出させるように設けられ、下部電極111は、開口部110によって露出されたソース又はドレイン領域151の一方の上に設けられる。これにより、下部電極111は、ソース又はドレイン領域151のソース側と電気的に接続することができる。また、下部電極111は、第1絶縁層300に設けられた開口部110の開口面から後退して(リセスして)設けられる。これによれば、キャパシタ11は、下部電極111が上部電極115等と短絡してしまうことを防止することができる。 The lower electrode 111 is made of a conductive material and is provided along the inside of an opening 110 formed in the planarization film 200 and the first insulating layer 300. Specifically, the opening 110 is provided to expose one of the source or drain regions 151, and the lower electrode 111 is provided on one of the source or drain regions 151 exposed by the opening 110. This allows the lower electrode 111 to be electrically connected to the source side of the source or drain region 151. The lower electrode 111 is also recessed from the opening surface of the opening 110 provided in the first insulating layer 300. This prevents the lower electrode 111 from shorting out with the upper electrode 115, etc.

例えば、下部電極111は、チタン(Ti)又はタングステン(W)などの金属で構成されてもよく、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)などの金属化合物で構成されてもよい。また、下部電極111は、ルテニウム(Ru)又は酸化ルテニウム(RuO2)などで構成されてもよい。下部電極111は、ALD(Atomic Layer Deposition)、CVD(Chemical Vapor Deposition)、又はIMP(Ionized Metal Plasma)によるスパッタ等を用いることで形成することができる。 For example, the lower electrode 111 may be composed of a metal such as titanium (Ti) or tungsten (W), or a metal compound such as titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN). The lower electrode 111 may also be composed of ruthenium (Ru) or ruthenium oxide (RuO2). The lower electrode 111 can be formed using techniques such as atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), or sputtering using ionized metal plasma (IMP).

強誘電体膜113は、強誘電体材料にて構成され、平坦化膜200及び第1絶縁層300に設けられた開口部110の内側に沿って、下部電極111の上に設けられる。強誘電体膜113は、自発的に分極し、かつ残留分極の方向を外部電界にて制御可能な強誘電体材料にて形成される。 The ferroelectric film 113 is made of a ferroelectric material and is provided on the lower electrode 111 along the inside of the opening 110 provided in the planarization film 200 and the first insulating layer 300. The ferroelectric film 113 is formed of a ferroelectric material that is spontaneously polarized and whose remanent polarization direction can be controlled by an external electric field.

例えば、強誘電体膜113は、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O:PZT)又はタンタル酸ビスマス酸ストロンチウム(SrBiTa:SBT)などのペレブスカイト構造の強誘電体材料にて形成されてもよい。また、強誘電体膜113は、HfO、ZrO又はHfZrOなどの高誘電体材料からなる膜を熱処理等によって変質させた強誘電体膜であってもよく、上記の高誘電体材料からなる膜にランタン(La)、シリコン(Si)又はガドリニウム(Gd)などの原子を導入することで変質させた強誘電体膜であってもよい。さらに、強誘電体膜113は、単層にて形成されてもよく、複数層にて形成されてもよい。例えば、強誘電体膜113は、HfOなどの強誘電体材料からなる単層膜であってもよい。強誘電体膜113は、ALD(Atomic Layer Deposition)又はCVD(Chemical Vapor Deposition)等を用いることで形成することができる。 For example, the ferroelectric film 113 may be formed of a ferroelectric material with a perevskite structure, such as lead zirconate titanate (Pb( Zr , Ti ) O3 : PZT ) or strontium tantalate bismuthate ( SrBi2Ta2O9 :SBT). The ferroelectric film 113 may also be a ferroelectric film obtained by altering a film made of a high-dielectric material, such as HfOx, ZrOx, or HfZrOx , through heat treatment or the like, or may be a ferroelectric film obtained by altering a film made of the above-mentioned high-dielectric material by introducing atoms, such as lanthanum (La), silicon (Si), or gadolinium (Gd). Furthermore, the ferroelectric film 113 may be formed of a single layer or multiple layers. For example, the ferroelectric film 113 may be a single-layer film made of a ferroelectric material, such as HfOx . The ferroelectric film 113 can be formed by using ALD (Atomic Layer Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition), or the like.

上部電極115は、導電性材料にて構成され、平坦化膜200及び第1絶縁層300に設けられた開口部110を埋め込むように、強誘電体膜113の上に設けられる。例えば、上部電極115は、チタン(Ti)又はタングステン(W)などの金属で構成されてもよく、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)などの金属化合物で構成されてもよい。また、上部電極115は、ルテニウム(Ru)又は酸化ルテニウム(RuO)などで構成されてもよい。上部電極115は、ALD(Atomic Layer Deposition)又はCVD(Chemical Vapor Deposition)等を用いることで形成することができる。 The upper electrode 115 is made of a conductive material and is provided on the ferroelectric film 113 so as to fill the openings 110 provided in the planarization film 200 and the first insulating layer 300. For example, the upper electrode 115 may be made of a metal such as titanium (Ti) or tungsten (W), or may be made of a metal compound such as titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN). The upper electrode 115 may also be made of ruthenium (Ru) or ruthenium oxide (RuO 2 ). The upper electrode 115 can be formed by using atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), or the like.

キャパシタ11は、上述した強誘電体膜113が下部電極111及び上部電極115によって挟持されることによって構成される。これにより、半導体記憶装置10は、キャパシタ11の強誘電体膜113の分極方向によって情報を記憶することができる。 The capacitor 11 is constructed by sandwiching the above-mentioned ferroelectric film 113 between a lower electrode 111 and an upper electrode 115. This allows the semiconductor memory device 10 to store information based on the polarization direction of the ferroelectric film 113 of the capacitor 11.

コンタクト210は、導電性材料で構成され、平坦化膜200を貫通して設けられる。具体的には、コンタクト210は、ソース又はドレイン領域151の他方の上に設けられ、ソース又はドレイン領域151のドレイン側と、ビット線BLである第1配線層310とを電気的に接続する。 The contact 210 is made of a conductive material and is provided so as to penetrate the planarization film 200. Specifically, the contact 210 is provided on the other of the source or drain regions 151, and electrically connects the drain side of the source or drain region 151 to the first wiring layer 310, which is the bit line BL.

例えば、コンタクト210は、チタン(Ti)又はタングステン(W)などの金属で構成されてもよく、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)などの金属化合物で構成されてもよい。コンタクト210は、単層で形成されてもよく、複数層の積層体で形成されてもよい。例えば、コンタクト210は、Ti又はTiNと、Wとの積層体にて形成されてもよい。 For example, the contact 210 may be composed of a metal such as titanium (Ti) or tungsten (W), or may be composed of a metal compound such as titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN). The contact 210 may be formed as a single layer, or as a multi-layer stack. For example, the contact 210 may be formed as a stack of Ti or TiN and W.

第1配線層310は、導電性材料にて構成され、平坦化膜200の上に設けられる。具体的には、第1配線層310は、ゲート電極130(ワード線WL)が延在する第2方向と直交する第1方向に延在する配線として、コンタクト210の上に設けられる。第1配線層310は、コンタクト210を介して、ソース又はドレイン領域151のドレイン側と電気的に接続することで、ビット線BLとして機能する。第1配線層310は、例えば、アルミニウム(Al)等の金属材料で構成されてもよく、銅(Cu)のダマシン構造又はデュアルダマシン構造にて構成されてもよい。 The first wiring layer 310 is made of a conductive material and is provided on the planarization film 200. Specifically, the first wiring layer 310 is provided on the contact 210 as wiring extending in a first direction perpendicular to the second direction in which the gate electrode 130 (word line WL) extends. The first wiring layer 310 functions as a bit line BL by electrically connecting to the drain side of the source or drain region 151 via the contact 210. The first wiring layer 310 may be made of a metal material such as aluminum (Al), or may be configured with a copper (Cu) damascene structure or dual damascene structure.

第1絶縁層300は、第1配線層310を埋め込み、平坦化膜200の上に半導体基板100の全面に広がって設けられる。第1絶縁層300は、例えば、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)、又は酸窒化シリコン(SiON)などの絶縁性の酸窒化物で形成されてもよい。 The first insulating layer 300 buries the first wiring layer 310 and is provided on the planarization film 200, spreading over the entire surface of the semiconductor substrate 100. The first insulating layer 300 may be formed of an insulating oxynitride such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), or silicon oxynitride (SiON).

ビアコンタクト311は、導電性材料にて構成され、第1配線層310の上に設けられる。具体的には、ビアコンタクト311は、第1絶縁層300を貫通して設けられ、下層の第1配線層310と、上層の上部配線層312とを電気的に接続する。ビアコンタクト311は、アルミニウム(Al)等の金属材料で構成されてもよく、銅(Cu)のダマシン構造にて構成されてもよい。 The via contact 311 is made of a conductive material and is provided on the first wiring layer 310. Specifically, the via contact 311 penetrates the first insulating layer 300 and electrically connects the lower first wiring layer 310 with the upper wiring layer 312. The via contact 311 may be made of a metal material such as aluminum (Al), or may be constructed using a copper (Cu) damascene structure.

上部配線層312は、導電性材料に構成され、ビアコンタクト311の上に設けられる。上部配線層312は、例えば、アルミニウム(Al)等の金属材料で構成されてもよく、銅(Cu)のダマシン構造にて構成されてもよい。上部配線層312は、ロジック領域
等に設けられる他の回路の配線と同時に又は共有されて形成されてもよい。
The upper wiring layer 312 is made of a conductive material and is provided on the via contact 311. The upper wiring layer 312 may be made of a metal material such as aluminum (Al), or may have a copper (Cu) damascene structure. The upper wiring layer 312 may be formed simultaneously with or shared with wiring for other circuits provided in the logic region or the like.

なお、キャパシタ11の上部電極115は、図示しない第2配線層と電気的に接続される。第2配線層は、導電性材料にて構成され、第1絶縁層300及び上部配線層312よりもさらに上層に設けられる。具体的には、第2配線層は、第1配線層310と同様に第1方向に延在する配線として、キャパシタ11の上部電極115の上に設けられる。第2配線層は、上部電極115と電気的に接続することで、ソース線SLとして機能する。第2配線層は、例えば、アルミニウム(Al)等の金属材料で構成されてもよく、銅(Cu)のダマシン構造又はデュアルダマシン構造にて構成されてもよい。 The upper electrode 115 of the capacitor 11 is electrically connected to a second wiring layer (not shown). The second wiring layer is made of a conductive material and is provided above the first insulating layer 300 and the upper wiring layer 312. Specifically, the second wiring layer is provided on the upper electrode 115 of the capacitor 11 as a wiring extending in the first direction, similar to the first wiring layer 310. The second wiring layer functions as a source line SL by being electrically connected to the upper electrode 115. The second wiring layer may be made of a metal material such as aluminum (Al), or may be configured with a copper (Cu) damascene structure or a dual damascene structure.

上記の構造によれば、半導体記憶装置10では、平坦化膜200及び第1絶縁層300を貫通する開口部110の内部に強誘電体キャパシタであるキャパシタ11が設けられる。これによれば、半導体記憶装置10は、キャパシタ11の面積を拡大することができるため、キャパシタ11の容量を増大させることができる。したがって、半導体記憶装置10は、動作に十分なマージンを有する信号を得ることができる。 In the semiconductor memory device 10, the above structure provides a ferroelectric capacitor 11 inside the opening 110 that penetrates the planarization film 200 and the first insulating layer 300. This allows the semiconductor memory device 10 to expand the area of the capacitor 11, thereby increasing the capacitance of the capacitor 11. Therefore, the semiconductor memory device 10 can obtain a signal with a sufficient margin for operation.

また、半導体記憶装置10は、アクティブ領域150、ワード線WL、ソース線SL、及びビット線BLの延在方向をそれぞれ規定することによって、トランジスタ21及びキャパシタ11をより効率的に配置することが可能である。これによれば、半導体記憶装置10は、メモリセルの占有面積の増加を抑制することができる。 Furthermore, the semiconductor memory device 10 can more efficiently arrange the transistors 21 and capacitors 11 by defining the extension directions of the active region 150, word lines WL, source lines SL, and bit lines BL. This allows the semiconductor memory device 10 to suppress an increase in the area occupied by the memory cells.

(1.3.製造方法)
続いて、図3A~図3Hを参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10の製造方法について説明する。図3A~図3Hは、本実施形態に係る半導体記憶装置10の製造方法の一工程を説明する模式図である。
(1.3. Manufacturing method)
3A to 3H, a method for manufacturing the semiconductor memory device 10 according to this embodiment will be described. 3A to 3H are schematic views for explaining a step in the method for manufacturing the semiconductor memory device 10 according to this embodiment.

なお、図3A~図3Hにおいても、図2と同様に、半導体基板100の全面に広がって設けられた層の記載は省略している。また、図3A~図3Hの断面図の各々は、左上の平面図に記載されたA-A線、B-B線、又はC-C線でそれぞれ切断した断面を示す。 As with FIG. 2, layers extending over the entire surface of the semiconductor substrate 100 are omitted from FIGS. 3A to 3H. Each of the cross-sectional views in FIGS. 3A to 3H shows a cross section taken along line A-A, line B-B, or line C-C, respectively, shown in the plan view in the upper left.

まず、図3Aに示すように、半導体基板100に素子分離層105を形成し、後段の工程でトランジスタ21を形成するアクティブ領域150を形成する。 First, as shown in FIG. 3A, an isolation layer 105 is formed on the semiconductor substrate 100, and an active region 150 is formed in which the transistor 21 will be formed in a later process.

具体的には、Siからなる半導体基板100上に、ドライ酸化等にてSiO膜を形成し、さらに減圧CVD等にてSi膜を形成する。続いて、アクティブ領域150を設ける領域を保護するようにパターニングされたレジスト層をSi3N4膜の上に形成した後、SiO膜、Si膜、及び半導体基板100を350nm~400nmの深さでエッチングする。次に、膜厚650nm~700nmにてSiO2を堆積し、エッチングによる開口を埋め込むことで、素子分離層105を形成することができる。SiOの堆積には、例えば、段差被覆性が良好であり、かつ緻密なSiO膜を形成することが可能な高密度プラズマCVDを用いてもよい。 Specifically, a SiO 2 film is formed on a semiconductor substrate 100 made of Si by dry oxidation or the like, and a Si 3 N 4 film is then formed by low-pressure CVD or the like. A patterned resist layer is then formed on the Si 3 N 4 film to protect the area where the active region 150 will be formed, and the SiO 2 film, Si 3 N 4 film, and semiconductor substrate 100 are then etched to a depth of 350 nm to 400 nm. Next, SiO 2 is deposited to a thickness of 650 nm to 700 nm, and the openings formed by the etching are filled to form the element isolation layer 105. For example, high-density plasma CVD, which has good step coverage and can form a dense SiO 2 film, may be used to deposit the SiO 2 .

続いて、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等を用いて、過剰に堆積されたSiO膜を除去することで、半導体基板100の表面を平坦化する。CMPによるSiO膜の除去は、例えば、Si膜が露出するまで行えばよい。 Subsequently, the excess SiO 2 film is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like to planarize the surface of the semiconductor substrate 100. The SiO 2 film may be removed by CMP until the Si 3 N 4 film is exposed, for example.

さらに、熱リン酸等を用いてSi膜を除去する。なお、素子分離層105のSiO膜をより緻密な膜とするため、又はアクティブ領域150の角を丸めるために、Si膜の除去の前に半導体基板100をN、O、又はH/O環境下でアニーリングすることも可能である。次に、半導体基板100のアクティブ領域150に対応する領域の表面を10nm程度酸化して酸化膜100Aを形成した後、第1導電型不純物(例えば、ホウ素(B)など)をイオン注入することで、アクティブ領域150の半導体基板100を第1導電型ウェルに変換する。 Furthermore, the Si3N4 film is removed using hot phosphoric acid or the like. It is also possible to anneal the semiconductor substrate 100 in an N2 , O2 , or H2 / O2 environment before removing the Si3N4 film in order to make the SiO2 film of the element isolation layer 105 a denser film or to round the corners of the active region 150. Next, the surface of the semiconductor substrate 100 corresponding to the active region 150 is oxidized to a depth of about 10 nm to form an oxide film 100A, and then a first conductivity type impurity (e.g., boron (B)) is ion-implanted to convert the semiconductor substrate 100 in the active region 150 into a first conductivity type well.

次に、図3Bに示すように、ゲート絶縁膜140を堆積した後、ゲート絶縁膜140の上に、ゲート電極130を形成する。 Next, as shown in Figure 3B, a gate insulating film 140 is deposited, and then a gate electrode 130 is formed on the gate insulating film 140.

具体的には、まず、半導体基板100の表面を覆う酸化膜100Aをフッ化水素酸溶液等で剥離する。その後、700℃のOを用いたドライ酸化又はRTA(Rapid Thermal Anneal)処理によって、半導体基板100の上にSiOからなるゲート絶縁膜140を膜厚1.5nm~10nmにて形成する。なお、ドライ酸化に用いるガスとしては、Oの他に、H/O、NO又はNOの混合ガスを用いてもよい。また、ゲート絶縁膜140を形成する際に、プラズマ窒化を用いることで、SiO膜中に窒素ドーピングを行うことも可能である。 Specifically, first, the oxide film 100A covering the surface of the semiconductor substrate 100 is stripped using a hydrofluoric acid solution or the like. Then, a gate insulating film 140 made of SiO2 is formed on the semiconductor substrate 100 to a thickness of 1.5 nm to 10 nm by dry oxidation using O2 at 700°C or RTA (Rapid Thermal Anneal) processing. Note that, in addition to O2 , a mixed gas of H2 / O2 , N2O , or NO may also be used as the gas used for dry oxidation. Furthermore, when forming the gate insulating film 140, nitrogen doping into the SiO2 film is also possible by using plasma nitridation.

次に、SiHガスを原料ガスとし、堆積温度を580℃~620℃とする減圧CVDを用いて、ポリシリコンを膜厚50nm~150nmにて堆積する。その後、パターニングされたレジストをマスクとして、堆積されたポリシリコンに対して異方性エッチングを行うことにより、ゲート電極130を形成する。異方性エッチングには、例えば、HBr系ガス又はCl系ガスを用いることができる。例えば、40nmノードでは、ゲート幅を40nm~50nm程度としてゲート電極130を形成してもよい。 Next, polysilicon is deposited to a thickness of 50 nm to 150 nm using low-pressure CVD with SiH 4 gas as the source gas and a deposition temperature of 580°C to 620°C. The deposited polysilicon is then anisotropically etched using a patterned resist as a mask to form the gate electrode 130. For example, an HBr-based gas or a Cl-based gas can be used for the anisotropic etching. For example, for a 40 nm node, the gate electrode 130 may be formed with a gate width of approximately 40 nm to 50 nm.

なお、ゲート電極130は、ワード線WLとして機能する。また、ゲート電極130は、ロジック領域等に設けられる他のトランジスタのゲート電極と同時に又は共有されて形成されてもよい。 The gate electrode 130 functions as a word line WL. The gate electrode 130 may be formed simultaneously with or shared with the gate electrodes of other transistors provided in the logic region, etc.

次に、図3Cに示すように、ゲート電極130の両側面にサイドウォール絶縁膜132を形成し、半導体基板100のアクティブ領域150にソース又はドレイン領域151を形成する。 Next, as shown in FIG. 3C, sidewall insulating films 132 are formed on both side surfaces of the gate electrode 130, and source or drain regions 151 are formed in the active region 150 of the semiconductor substrate 100.

具体的には、ゲート電極130の両側に、第2導電型不純物であるヒ素(As)を5keV~20keVにて、5~20×1013個/cmの濃度でイオン注入することで、LDD領域を形成する。LDD領域を形成することで、短チャネル効果を抑制することができる。よって、トランジスタ21の特性ばらつきを抑制することが可能である。なお、第2導電型不純物として、リン(P)を用いることも可能である。 Specifically, LDD regions are formed by ion-implanting arsenic (As), a second conductivity type impurity, at a concentration of 5 to 20× 10 ions/cm 2 at 5 keV to 20 keV on both sides of the gate electrode 130. Forming the LDD regions can suppress the short channel effect, thereby suppressing variations in the characteristics of the transistor 21. Phosphorus (P) can also be used as the second conductivity type impurity.

次に、プラズマCVDによってSiOを膜厚10nm~30nmで堆積した後、プラズマCVDによってSiを膜厚30nm~50nmで堆積し、サイドウォール用の絶縁膜を形成する。その後、サイドウォール用の絶縁膜に対して、異方性エッチングを行うことで、ゲート電極130の両側面にサイドウォール絶縁膜132を形成する。 Next, SiO2 is deposited by plasma CVD to a thickness of 10 nm to 30 nm, and then Si3N4 is deposited by plasma CVD to a thickness of 30 nm to 50 nm to form a sidewall insulating film. Thereafter, the sidewall insulating film is anisotropically etched to form sidewall insulating films 132 on both side surfaces of the gate electrode 130.

その後、第2導電型不純物であるヒ素(As)を20keV~50keVにて、1~2×1015個/cmの濃度でイオン注入し、ゲート電極130の両側に第2導電型不純物を導入する。これにより、ゲート電極130の両側のアクティブ領域150にソース又はドレイン領域151が形成される。さらに、1000℃にて5秒間のRTA(Rapid Thermal Annealing)を行うことにより、イオン注入した不純物を活性化させる。これにより、トランジスタ21が形成される。なお、導入した不純物の活性化を促進し、かつ不純物の拡散を抑制するために、スパイクRTAにて不純物の活性化を行うことも可能である。 Thereafter, arsenic (As), a second conductivity type impurity, is ion-implanted at a concentration of 1 to 2×10 15 /cm 2 at 20 keV to 50 keV to introduce the second conductivity type impurity on both sides of the gate electrode 130. As a result, source or drain regions 151 are formed in the active region 150 on both sides of the gate electrode 130. Furthermore, rapid thermal annealing (RTA) is performed at 1000°C for 5 seconds to activate the ion-implanted impurity. This forms the transistor 21. It is also possible to activate the impurity by spike RTA to promote activation of the introduced impurity and suppress diffusion of the impurity.

さらに、スパッタ等にて、半導体基板100の全面に対してNiを膜厚6nm~8nmにて堆積した後、300℃~450℃にて10秒~60秒のRTAを行うことで、Si上のNiをシリサイド(NiSi)化させる。SiO上の未反応のままのNiをHSO/Hを用いて除去することで、ゲート電極130と、ソース又はドレイン領域151との上に、低抵抗のNiSiからなるキャップ層131及びコンタクト領域152を形成する。なお、Niに替えてCo又はNiPtを堆積することで、CoSi又はNiPtSiにてキャップ層131及びコンタクト領域152を形成してもよい。Co又はNiPtを堆積した場合のRTAの温度は、適宜設定すればよい。 Furthermore, Ni is deposited over the entire surface of the semiconductor substrate 100 to a thickness of 6 to 8 nm by sputtering or the like, and then RTA is performed at 300° C to 450°C for 10 to 60 seconds to convert the Ni on the Si into silicide (NiSi). Unreacted Ni on the SiO2 is removed using H2SO4 / H2O2 to form a cap layer 131 and contact region 152 made of low-resistance NiSi on the gate electrode 130 and the source or drain region 151. Alternatively, Co or NiPt may be deposited instead of Ni to form the cap layer 131 and contact region 152 of CoSi2 or NiPtSi. The RTA temperature when Co or NiPt is deposited may be set appropriately.

続いて、図3Dに示すように、トランジスタ21を埋め込むように、半導体基板100の全面に広がる平坦化膜200を形成する。 Next, as shown in Figure 3D, a planarization film 200 is formed over the entire surface of the semiconductor substrate 100 so as to embed the transistor 21.

具体的には、半導体基板100の上に、CVD等を用いて、SiOを膜厚100nm~500nmにて堆積した後、CMP法によって平坦化を行うことで、平坦化膜200を形成する。 Specifically, SiO 2 is deposited on the semiconductor substrate 100 to a thickness of 100 nm to 500 nm using CVD or the like, and then planarized by CMP to form the planarization film 200 .

なお、図示しないが、平坦化膜200を形成する前に、半導体基板100の上に、SiNからなるライナー層を半導体基板100の全面に形成してもよい。例えば、ライナー層は、プラズマCVDを用いてSiNを膜厚10nm~50nmにて堆積することで形成される。また、ライナー層は、半導体基板100に圧縮応力又は引張応力を付与する層として形成されてもよい。ライナー層を形成することにより、後段の工程で、平坦化膜200とライナー層とのエッチング選択比が高くなる条件で平坦化膜200をエッチングすることができるため、より高い制御性にてエッチングを行うことができる。 Although not shown, a liner layer made of SiN x may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 before the planarization film 200 is formed. For example, the liner layer is formed by depositing SiN x to a film thickness of 10 nm to 50 nm using plasma CVD. The liner layer may also be formed as a layer that imparts compressive stress or tensile stress to the semiconductor substrate 100. By forming the liner layer, the planarization film 200 can be etched in a later step under conditions that increase the etching selectivity between the planarization film 200 and the liner layer, thereby enabling etching to be performed with greater control.

次に、図3Eに示すように、ソース又はドレイン領域151の他方、及びゲート電極130の各々と電気的に接続するコンタクト210を形成した後、コンタクト210の上に第1配線層310を形成する。 Next, as shown in FIG. 3E, contacts 210 are formed to electrically connect to the other of the source or drain regions 151 and the gate electrode 130, and then a first wiring layer 310 is formed on the contacts 210.

具体的には、平坦化膜200をエッチングすることで、ソース又はドレイン領域151の他方の上に開口を形成する。続いて、形成した開口に対して、CVD等によってTi及びTiNを堆積し、さらにWを堆積した後、CMP法による平坦化を行うことで、ソース又はドレイン領域151の他方の上にコンタクト210を形成することができる。なお、Ti及びTiNは、IMP(Ion Metal Plasma)を用いたスパッタ法等で堆積してもよい。また、CMP法の替わりに全面エッチバックを用いて平坦化を行ってもよい。 Specifically, the planarization film 200 is etched to form an opening on the other of the source or drain regions 151. Subsequently, Ti and TiN are deposited in the formed opening by CVD or the like, and then W is deposited, followed by planarization by CMP, thereby forming a contact 210 on the other of the source or drain regions 151. Note that Ti and TiN may also be deposited by sputtering using IMP (Ion Metal Plasma), or the like. Planarization may also be performed by full surface etch-back instead of CMP.

なお、ゲート電極130と電気的に接続するコンタクトも同様の工程で形成することが可能である。さらに、これらのコンタクト210は、ロジック領域等に設けられる他のトランジスタのコンタクトと同時に形成されてもよい。 Note that contacts electrically connected to the gate electrode 130 can also be formed using the same process. Furthermore, these contacts 210 may be formed simultaneously with the contacts of other transistors provided in the logic region, etc.

その後、Al等を配線材料として平坦化膜200の上に第1配線層310を形成する。第1配線層310は、コンタクト210の上に第1方向に延在されることで、ビット線BLとして機能する。なお、第1配線層310は、Cuを配線材料としてダマシン構造を用いて形成されてもよい。 Then, a first wiring layer 310 is formed on the planarization film 200 using Al or the like as the wiring material. The first wiring layer 310 extends in the first direction over the contact 210, thereby functioning as the bit line BL. Note that the first wiring layer 310 may also be formed using a damascene structure using Cu as the wiring material.

続いて、図3Fに示すように、第1配線層310を埋め込むように第1絶縁層300を形成した後、平坦化膜200及び第1絶縁層300を貫通し、ソース又はドレイン領域151を露出させる開口部110を形成する。 Next, as shown in FIG. 3F, a first insulating layer 300 is formed to bury the first wiring layer 310, and then an opening 110 is formed that penetrates the planarization film 200 and the first insulating layer 300 and exposes the source or drain region 151.

具体的には、CVD等を用いて、第1配線層310を埋め込むように平坦化膜200の上にSiOを膜厚100nm~500nmにて堆積した後、CMP法によって平坦化を行うことで、第1絶縁層300を形成する。第1絶縁層300は、SiOよりも誘電率が低い低誘電率材料(例えば、カーボンを含有するSiOC)にて形成されてもよい。なお、図示しないが、第1絶縁層300を形成する前に、平坦化膜200の上に、SiNからなるライナー層を形成してもよい。例えば、ライナー層は、プラズマCVDを用いてSiNを膜厚10nm~50nmにて堆積することで形成され得る。 Specifically, SiO 2 is deposited on the planarization film 200 using CVD or the like to a thickness of 100 nm to 500 nm so as to bury the first wiring layer 310, and then planarized by CMP to form the first insulating layer 300. The first insulating layer 300 may be formed of a low-dielectric-constant material (e.g., SiOC containing carbon) having a dielectric constant lower than that of SiO 2. Although not shown, a liner layer made of SiN x may be formed on the planarization film 200 before forming the first insulating layer 300. For example, the liner layer may be formed by depositing SiN x to a thickness of 10 nm to 50 nm using plasma CVD.

次に、リソグラフィにてパターニングされたレジストをマスクとする異方性エッチングにて、ソース又はドレイン領域151の他方の上の平坦化膜200及び第1絶縁層300に開口部110を形成する。開口部110は、例えば、幅60nmにて形成することができる。このとき、開口部110のアスペクト比が20程度以下であれば、開口部110を形成するエッチング、及び後段の堆積による開口部110の埋め込みを問題なく行うことが可能である。異方性エッチングは、例えば、フルオロカーボン系のガスを用いることで行うことができる。また、上述したライナー層を用いることで、制御性良くエッチングをストップすることができる。 Next, an opening 110 is formed in the planarization film 200 and first insulating layer 300 on the other of the source or drain regions 151 by anisotropic etching using a lithographically patterned resist as a mask. The opening 110 can be formed with a width of, for example, 60 nm. In this case, if the aspect ratio of the opening 110 is approximately 20 or less, the etching to form the opening 110 and the subsequent filling of the opening 110 by deposition can be carried out without any problems. Anisotropic etching can be carried out using, for example, a fluorocarbon-based gas. Furthermore, the use of the liner layer described above allows for the etching to be stopped with good control.

次に、図3Gに示すように、開口部110の内部にキャパシタ11を形成する。 Next, as shown in Figure 3G, a capacitor 11 is formed inside the opening 110.

具体的には、まず、ALD、CVD、又はIMPによるスパッタを用いて、開口部110の内部形状に沿って、ソース又はドレイン領域151の上に、TiNを膜厚5nm~10nmで堆積することで下部電極111を形成する。その後、堆積した下部電極111の上にレジストを塗布した後、該レジスト及び下部電極111が同程度の選択比となる条件でエッチバックを行うことで、下部電極111を開口部110の開口面から後退させる。これにより、開口部110の底部及び側面に下部電極111を残しつつ、下部電極111の肩部を後退させ、リセスを形成することができる。 Specifically, the bottom electrode 111 is formed by first depositing TiN to a thickness of 5 to 10 nm on the source or drain region 151 along the internal shape of the opening 110 using sputtering by ALD, CVD, or IMP. Resist is then applied to the deposited bottom electrode 111, and etch-back is performed under conditions that result in similar selectivity between the resist and the bottom electrode 111, thereby recessing the bottom electrode 111 from the opening surface of the opening 110. This leaves the bottom electrode 111 on the bottom and side surfaces of the opening 110, while recessing the shoulder of the bottom electrode 111, forming a recess.

次に、下部電極111の上に、開口部110の内部形状に沿って、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfO)をCVD又はALDにて膜厚3nm~10nmにて堆積し、強誘電体膜113を形成する。なお、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfO)は、後段にて、アニール処理が行われることで強誘電体材料に変換される。 Next, hafnium oxide (HfO x ), a high dielectric material, is deposited on the lower electrode 111 along the internal shape of the opening 110 to a film thickness of 3 nm to 10 nm by CVD or ALD to form a ferroelectric film 113. Note that hafnium oxide (HfO x ), a high dielectric material, is converted into a ferroelectric material by annealing in a later stage.

なお、酸化ハフニウムに替えて、酸化ジルコニウム(ZrO)又は酸化ハフニウムジルコニウム(HfZrO)などの高誘電体材料を用いることも可能である。また、これらの高誘電体材料にランタン(La)、シリコン(Si)、又はガドリニウム(Gd)等をドープすることで強誘電体材料に変換することも可能である。 It is also possible to use high-dielectric materials such as zirconium oxide (ZrO x ) or hafnium zirconium oxide (HfZrO x ) instead of hafnium oxide. Furthermore, these high-dielectric materials can be converted into ferroelectric materials by doping them with lanthanum (La), silicon (Si), gadolinium (Gd), or the like.

その後、開口部110を埋め込むように、強誘電体膜113の上にCVD、ALD、又はスパッタ等を用いて、TiNを膜厚5nm~20nmで堆積することで、上部電極115を形成する。なお、上部電極115を形成する材料として、TaN等を用いることも可能である。続いて、強誘電体膜113を構成するHfOを強誘電体材料に変換するための結晶化アニールを行う。なお、HfOを強誘電体材料に変換する結晶化アニールは、本工程にて行ってもよく、他の工程にて行われてもよい。結晶化アニールの温度は、例えば、500℃以下の範囲、かつトランジスタ21、NiSi、及び配線などの他の構成の耐熱性の範囲であれば、任意に変更することが可能である。その後、CMP等を行うことで、第1絶縁層300の上に、過剰に堆積された強誘電体膜113及び上部電極115を除去する。これにより、キャパシタ11が形成される。 Thereafter, TiN is deposited on the ferroelectric film 113 using CVD, ALD, sputtering, or the like to a thickness of 5 nm to 20 nm so as to fill the opening 110, thereby forming the upper electrode 115. Note that TaN or the like can also be used as a material for forming the upper electrode 115. Subsequently, crystallization annealing is performed to convert the HfO x constituting the ferroelectric film 113 into a ferroelectric material. Note that the crystallization annealing to convert HfO x into a ferroelectric material may be performed in this process or in another process. The temperature of the crystallization annealing can be arbitrarily changed, for example, within the range of 500°C or less and within the heat resistance range of other components such as the transistor 21, NiSi, and wiring. Subsequently, CMP or the like is performed to remove excess ferroelectric film 113 and upper electrode 115 deposited on the first insulating layer 300. This completes the formation of the capacitor 11.

その後、図3Hに示すように、第1配線層310の上にビアコンタクト311及び上部配線層312を形成する。具体的には、Cu等を配線材料とするダマシン構造を用いることで、ビアコンタクト311及び上部配線層312を形成することができる。なお、ビアコンタクト311及び上部配線層312は、Al等にて形成されてもよい。 Then, as shown in Figure 3H, via contacts 311 and upper wiring layer 312 are formed on the first wiring layer 310. Specifically, the via contacts 311 and upper wiring layer 312 can be formed using a damascene structure with Cu or other wiring materials. Note that the via contacts 311 and upper wiring layer 312 may also be formed from Al or other materials.

以上の工程によれば、本実施形態に係る半導体記憶装置10を形成することができる。 The above steps allow the semiconductor memory device 10 according to this embodiment to be formed.

(1.4.動作例)
次に、本実施形態に係る半導体記憶装置10の書き込み動作及び読み出し動作について説明する。図4は、本実施形態に係る半導体記憶装置10をアクティブ領域150に沿って切断した断面を模式的に示す断面図である。
(1.4. Operation example)
Next, a description will be given of the write and read operations of the semiconductor memory device 10 according to this embodiment. Figure 4 is a cross-sectional view schematically showing the cross section of the semiconductor memory device 10 according to this embodiment taken along the active region 150.

図4に示すように、半導体記憶装置10は、トランジスタ21と、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151のソース側に接続されたキャパシタ11とを含む。半導体記憶装置10は、トランジスタ21のゲート電極130に接続されたワード線WL、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151のドレイン側にコンタクト210を介して接続されたビット線BL、及びキャパシタ11に接続されたソース線SLによって駆動される。 As shown in FIG. 4, the semiconductor memory device 10 includes a transistor 21 and a capacitor 11 connected to the source side of the source or drain region 151 of the transistor 21. The semiconductor memory device 10 is driven by a word line WL connected to the gate electrode 130 of the transistor 21, a bit line BL connected to the drain side of the source or drain region 151 of the transistor 21 via a contact 210, and a source line SL connected to the capacitor 11.

以下の表1は、半導体記憶装置10の書き込み動作及び読み出し動作において、図4で示すSWL、SBL、SSL、Well、UWL、UBL、USLの各々に印加される電圧(単位:V)の一例を示した表である。 Table 1 below shows an example of the voltages (unit: V) applied to SWL, SBL, SSL, Well, UWL, UBL, and USL shown in Figure 4 during write and read operations of the semiconductor memory device 10.

なお、表1において、Vthは、トランジスタ21のチャネルをオン状態にするための閾値電圧であり、Vwは、キャパシタ11の分極状態を反転可能な電圧である。また、SWL、SBL、及びSSLは、選択されたメモリセルのワード線WL、ビット線BL、及びソース線SLをそれぞれ示し、UWL、UBL、及びUSLは、非選択のメモリセルのワード線WL、ビット線BL、及びソース線SLをそれぞれ示す。Wellは、半導体基板100のアクティブ領域150を示す。 In Table 1, Vth is the threshold voltage for turning on the channel of transistor 21, and Vw is the voltage capable of reversing the polarization state of capacitor 11. Furthermore, SWL, SBL, and SSL respectively indicate the word line WL, bit line BL, and source line SL of the selected memory cell, while UWL, UBL, and USL respectively indicate the word line WL, bit line BL, and source line SL of the unselected memory cell. Well indicates the active region 150 of the semiconductor substrate 100.

例えば、メモリセルに「1」の情報を書き込む場合、半導体記憶装置10の選択したメモリセルに接続するワード線WLにVw+Vthを印加し、ビット線BLにVwを印加し、ソース線SLは0Vとし、半導体基板100のアクティブ領域150は0Vとする。また、半導体記憶装置10の非選択のメモリセルに接続するワード線WL、ビット線BL及びソース線SLは、それぞれ0Vとする。 For example, when writing information "1" to a memory cell, Vw+Vth is applied to the word line WL connected to the selected memory cell of the semiconductor memory device 10, Vw is applied to the bit line BL, 0V is applied to the source line SL, and 0V is applied to the active region 150 of the semiconductor substrate 100. Furthermore, the word line WL, bit line BL, and source line SL connected to unselected memory cells of the semiconductor memory device 10 are each set to 0V.

これによれば、選択されたメモリセルでは、ビット線BLにVwが印加されることで、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151の他方の電位はVwとなるため、キャパシタ11の下部電極111の電位はVwとなる。一方、ソース線SLの電位は0Vであるため、上部電極115の電位は0Vとなる。したがって、キャパシタ11の強誘電体膜113には、下部電極111側が高電位となるVwの電界が印加されるため、強誘電体膜113の分極状態が制御される。以上の動作により、例えば、「1」の情報をメモリセルに書き込むことができる。 In this manner, in the selected memory cell, when Vw is applied to the bit line BL, the potential of the other of the source or drain region 151 of the transistor 21 becomes Vw, and therefore the potential of the lower electrode 111 of the capacitor 11 becomes Vw. Meanwhile, the potential of the source line SL is 0V, so the potential of the upper electrode 115 becomes 0V. Therefore, an electric field of Vw is applied to the ferroelectric film 113 of the capacitor 11, which causes the lower electrode 111 side to have a higher potential, thereby controlling the polarization state of the ferroelectric film 113. Through the above operation, for example, data "1" can be written to the memory cell.

このとき、選択されたメモリセルのトランジスタ21のソース又はドレイン領域151の電位がVwとなるが、非選択のメモリセルのトランジスタ21では、ワード線WL及びゲート電極130が0Vである。したがって、隣接する非選択のメモリセルでは、下部電極111に電位が印加されず、キャパシタ11の強誘電体膜113には、電界が印加されない。 At this time, the potential of the source or drain region 151 of the transistor 21 of the selected memory cell becomes Vw, but in the transistors 21 of the unselected memory cells, the word line WL and gate electrode 130 are at 0V. Therefore, in the adjacent unselected memory cells, no potential is applied to the lower electrode 111, and no electric field is applied to the ferroelectric film 113 of the capacitor 11.

また、メモリセルに「0」の情報を書き込む場合、半導体記憶装置10の選択したメモリセルに接続するワード線WLにVw+Vthを印加し、ソース線SLにVwを印加する。ビット線BLは0Vとし、半導体基板100のアクティブ領域150は0Vとする。また、半導体記憶装置10の非選択のメモリセルに接続するワード線WL、ビット線BL及びソース線SLは、それぞれ0Vとする。 When writing information "0" to a memory cell, Vw+Vth is applied to the word line WL connected to the selected memory cell of the semiconductor memory device 10, and Vw is applied to the source line SL. The bit line BL is set to 0V, and the active region 150 of the semiconductor substrate 100 is set to 0V. The word line WL, bit line BL, and source line SL connected to unselected memory cells of the semiconductor memory device 10 are each set to 0V.

これによれば、選択されたメモリセルでは、ビット線BLが0Vであるため、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151の他方の電位は0Vとなり、キャパシタ11の下部電極111の電位は0Vとなる。一方、ソース線SLの電位はVwであるため、上部電極115の電位はVwとなる。したがって、キャパシタ11の強誘電体膜113には、上部電極115側が高電位となるVwの電位差が印加されるため、強誘電体膜113の分極状態が制御される。以上の動作により、例えば「0」の情報をメモリセルに書き込むことができる。 In this manner, in the selected memory cell, because the bit line BL is 0V, the potential of the other of the source or drain region 151 of the transistor 21 is 0V, and the potential of the lower electrode 111 of the capacitor 11 is 0V. Meanwhile, because the potential of the source line SL is Vw, the potential of the upper electrode 115 is Vw. Therefore, a potential difference of Vw, which places the upper electrode 115 at a higher potential, is applied to the ferroelectric film 113 of the capacitor 11, controlling the polarization state of the ferroelectric film 113. Through the above operation, data such as "0" can be written to the memory cell.

このとき、選択されたメモリセルのソース線SLの電位がVwとなるが、非選択のメモリセルのトランジスタ21では、ワード線WL及びゲート電極130が0Vである。したがって、隣接する非選択のメモリセルでは、下部電極111に電位が印加されず、キャパシタ11の強誘電体膜113には、電界が印加されない。 At this time, the potential of the source line SL of the selected memory cell becomes Vw, but in the transistor 21 of the unselected memory cell, the word line WL and gate electrode 130 are at 0V. Therefore, in the adjacent unselected memory cell, no potential is applied to the lower electrode 111, and no electric field is applied to the ferroelectric film 113 of the capacitor 11.

なお、半導体記憶装置10のメモリセルからの情報の読み出しは、例えば、書き込む前に記憶された情報(「0」又は「1」)に基づいて、メモリセルに所定の情報(例えば、「1」)を書き込む際に生じる変位電流が変化することを利用して行われる。 Information is read from memory cells of the semiconductor memory device 10 by utilizing the change in displacement current that occurs when writing predetermined information (e.g., "1") to a memory cell, based on the information ("0" or "1") stored before writing.

例えば、表1では、メモリセルに「1」の情報を書き込むことでメモリセルから情報を読み出す場合に、SWL、SBL、SSL、Well、UWL、UBL、USLの各々に印加される電圧を示す。このような場合、メモリセルに記憶された情報が「1」であれば、変位電流の量は小さくなり、メモリセルに記憶された情報が「0」であれば、変位電流の量は大きくなる。これにより、半導体記憶装置10は、メモリセルに記憶された情報が「0」又は「1」であるのかを判定することができる。 For example, Table 1 shows the voltages applied to SWL, SBL, SSL, Well, UWL, UBL, and USL when writing information "1" to a memory cell and then reading information from the memory cell. In this case, if the information stored in the memory cell is "1," the amount of displacement current is small, and if the information stored in the memory cell is "0," the amount of displacement current is large. This allows the semiconductor memory device 10 to determine whether the information stored in the memory cell is "0" or "1."

ただし、上記の読み出し動作によってメモリセルから情報を読み出した場合、メモリセルに記憶された情報は、読み出し時に書き込んだ所定の情報に書き換わってしまう。すなわち、半導体記憶装置10では、メモリセルからの情報の読み出しは、破壊読み出しとなる。したがって、半導体記憶装置10では、読み出し動作の後に、読み出し動作によって破壊されてしまった情報を修復する再書き込み動作が行われる。 However, when information is read from a memory cell using the above read operation, the information stored in the memory cell is overwritten with the specified information written during the read operation. In other words, in semiconductor memory device 10, reading information from a memory cell is a destructive read. Therefore, in semiconductor memory device 10, after a read operation, a rewrite operation is performed to repair the information destroyed by the read operation.

<2.第2の実施形態>
(2.1.構成例)
続いて、図5を参照して、本開示の第2の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図5は、本実施形態に係る半導体記憶装置10Aの平面構成及び断面構成を示す模式図である。
2. Second embodiment
(2.1. Configuration example)
Next, a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 5. Fig. 5 is a schematic diagram showing the planar configuration and cross-sectional configuration of a semiconductor memory device 10A according to this embodiment.

なお、図5の左上の平面図では、各構成の配置を明確にするために、半導体基板100の全面に広がって形成される平坦化膜200は省略している。図5の断面図の各々は、左
上の平面図に記載されたA-A線、B-B線、又はC-C線でそれぞれ切断した断面を示す。
5, in order to clarify the arrangement of each component, the planarization film 200 formed to extend over the entire surface of the semiconductor substrate 100 is omitted. Each cross-sectional view in FIG. 5 shows a cross section taken along line A-A, line B-B, or line C-C shown in the top left plan view.

図5に示すように、第2の実施形態に係る半導体記憶装置10Aは、互いに開口径が異なる第1開口110A及び第2開口110Bを含む開口部110の内部にキャパシタ11を設ける点が第1の実施形態に係る半導体記憶装置10と異なる。 As shown in FIG. 5, the semiconductor memory device 10A according to the second embodiment differs from the semiconductor memory device 10 according to the first embodiment in that a capacitor 11 is provided inside an opening 110 that includes a first opening 110A and a second opening 110B that have different opening diameters.

具体的には、第1開口110Aは、第2開口110Bよりも大きな開口径にて平坦化膜200に形成される。第1開口110Aの開口径の大きさは、例えば、第1方向では隣接するメモリセルの第1開口110Aと接しない程度、第2方向ではゲート電極130と重なり合わない程度としてもよい。また、第1開口110Aの開口の深さは、ゲート電極130、サイドウォール絶縁膜132、及びキャップ層131と接触しない深さとしてもよい。 Specifically, the first opening 110A is formed in the planarization film 200 with a larger diameter than the second opening 110B. The diameter of the first opening 110A may be, for example, large enough so that it does not contact the first opening 110A of an adjacent memory cell in the first direction and does not overlap with the gate electrode 130 in the second direction. Furthermore, the depth of the first opening 110A may be large enough so that it does not contact the gate electrode 130, sidewall insulating film 132, or cap layer 131.

第2開口110Bは、第1開口110Aよりも開口径が小さく、第1開口110Aの内部(すなわち、底部)の平坦化膜200に形成される。第2開口110Bの大きさは、例えば、ソース又はドレイン領域151の大きさと同程度としてもよい。また、第2開口110Bの開口の深さは、第1開口110Aの底部からソース又はドレイン領域151を露出される深さとしてもよい。 The second opening 110B has a smaller diameter than the first opening 110A and is formed in the planarization film 200 inside (i.e., at the bottom) of the first opening 110A. The size of the second opening 110B may be, for example, approximately the same as the size of the source or drain region 151. The depth of the second opening 110B may also be such that the source or drain region 151 is exposed from the bottom of the first opening 110A.

したがって、第1開口110A及び第2開口110Bを含む開口部110は、半導体基板100が設けられた下部側と反対の上部側にて開口径が広がる形状にて設けられる。半導体記憶装置10Aは、第1開口110A及び第2開口110Bを含む開口部110の内部にキャパシタ11を設けることで、キャパシタ11とゲート電極130との短絡を抑制しつつ、キャパシタ11の面積をより増大することができる。したがって、半導体記憶装置10Aは、デバイスの信頼性を高めつつ、動作に十分なマージンを有する信号を得ることができる。 Therefore, the opening 110, which includes the first opening 110A and the second opening 110B, is provided with a shape in which the opening diameter widens on the upper side, opposite the lower side where the semiconductor substrate 100 is provided. By providing the capacitor 11 inside the opening 110, which includes the first opening 110A and the second opening 110B, the semiconductor memory device 10A can further increase the area of the capacitor 11 while suppressing short circuits between the capacitor 11 and the gate electrode 130. Therefore, the semiconductor memory device 10A can obtain signals with sufficient margins for operation while improving device reliability.

なお、第2の実施形態に係る半導体記憶装置10Aでは、開口部110は、平坦化膜200のみを貫通するように設けられてもよく、第1の実施形態に係る半導体記憶装置10と同様に、第1配線層310よりも上層から平坦化膜200及び第1絶縁層300を貫通するように設けられてもよい。 In the semiconductor memory device 10A according to the second embodiment, the opening 110 may be provided so as to penetrate only the planarization film 200, or, as in the semiconductor memory device 10 according to the first embodiment, may be provided so as to penetrate the planarization film 200 and the first insulating layer 300 from above the first wiring layer 310.

(2.2.製造方法)
次に、図6A~図6Gを参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10Aの製造方法について説明する。図6A~図6Gは、本実施形態に係る半導体記憶装置10Aの製造方法の一工程を説明する模式図である。
(2.2. Manufacturing method)
6A to 6G, a method for manufacturing the semiconductor memory device 10A according to this embodiment will be described. 6A to 6G are schematic views illustrating a step in the method for manufacturing the semiconductor memory device 10A according to this embodiment.

なお、図6A~図6Gにおいても、図5と同様に、半導体基板100の全面に広がって設けられた層の記載は省略している。また、図6A~図6Gの断面図の各々は、左上の平面図に記載されたA-A線、B-B線、又はC-C線でそれぞれ切断した断面を示す。 As with FIG. 5, layers extending over the entire surface of the semiconductor substrate 100 are omitted from FIGS. 6A to 6G. Each of the cross-sectional views in FIGS. 6A to 6G shows a cross section taken along line A-A, line B-B, or line C-C, respectively, shown in the plan view in the upper left.

まず、図6Aに示すように、第1の実施形態の図3A~図3Eで示した工程と同様の工程によって、トランジスタ21、平坦化膜200、及びコンタクト210を形成する。 First, as shown in Figure 6A, the transistor 21, planarization film 200, and contact 210 are formed using steps similar to those shown in Figures 3A to 3E of the first embodiment.

次に、図6Bに示すように、リソグラフィにてパターニングされたレジストをマスクとする異方性エッチングにて、ソース又はドレイン領域151の他方の上の平坦化膜200に第1開口110Aを形成する。第1開口110Aは、例えば、幅90nm及び深さ100nmにて形成することができる。 Next, as shown in FIG. 6B, a first opening 110A is formed in the planarization film 200 on the other of the source or drain regions 151 by anisotropic etching using a lithographically patterned resist as a mask. The first opening 110A can be formed to a width of 90 nm and a depth of 100 nm, for example.

続いて、図6Cに示すように、第1開口110Aの内側面にスペーサ117を形成する。具体的には、第1開口110Aを含む平坦化膜200の上にアモルファスシリコン(a-Si)を膜厚15nmで堆積した後、a-Siを異方性エッチングすることで第1開口110Aの内側面のみにスペーサ117を形成することができる。スペーサ117は、後段の第2開口110Bを形成するエッチングの際にマスクとなる材料で形成することが可能であり、例えば、窒化シリコン(SiNx)、酸窒化シリコン(SiON)、又は炭化シリコン(SiC)等で形成することも可能である。なお、a-Siの堆積温度は、下地となるトランジスタ21等への影響を考慮して選択される。 Next, as shown in FIG. 6C, spacers 117 are formed on the inner surface of the first opening 110A. Specifically, amorphous silicon (a-Si) is deposited to a thickness of 15 nm on the planarization film 200, including the first opening 110A, and the a-Si is then anisotropically etched to form spacers 117 only on the inner surface of the first opening 110A. The spacers 117 can be formed from a material that will serve as a mask during the etching process to form the second opening 110B in the subsequent step, and can be formed from, for example, silicon nitride (SiNx), silicon oxynitride (SiON), or silicon carbide (SiC). The deposition temperature for the a-Si is selected taking into account its effect on the underlying transistor 21, etc.

次に、図6Dに示すように、第1開口110Aの底部に第2開口110Bを形成した後、第1開口110A及び第2開口110Bの内部形状に沿って下部電極111を形成する。 Next, as shown in FIG. 6D, a second opening 110B is formed at the bottom of the first opening 110A, and then a lower electrode 111 is formed along the internal shapes of the first opening 110A and the second opening 110B.

具体的には、スペーサ117をマスクとして平坦化膜200をエッチングすることで、第2開口110Bを形成することができる。例えば、SiO/SiNの高選択比エッチング条件を用いてライナー層でエッチングを止めた後に、ソース又はドレイン領域151の上のコンタクト領域152までのエッチングを行うことで、制御性良く第2開口110Bを形成することができる。第2開口110Bは、例えば、第1開口110Aよりも小さい幅(例えば、60nm)にて形成することができる。これによれば、ゲート電極130と第2開口110Bとの距離を大きくすることができるため、ゲート電極130とキャパシタ11との間での短絡の発生を抑制することが可能である。このとき、スペーサ117を除去することも可能である。具体的には、ケミカルドライエッチング(Chemical Dry Etching:CDE)を用いて、SiとSiOとのエッチング選択比を大きくすることで、スペーサ117のみを制御性良く除去することが可能である。 Specifically, the second opening 110B can be formed by etching the planarization film 200 using the spacer 117 as a mask. For example, the second opening 110B can be formed with good control by using high SiO 2 /SiN etching conditions to stop etching at the liner layer and then etching down to the contact region 152 above the source or drain region 151. The second opening 110B can be formed with a width (e.g., 60 nm) smaller than that of the first opening 110A. This increases the distance between the gate electrode 130 and the second opening 110B, thereby preventing short circuits between the gate electrode 130 and the capacitor 11. At this time, the spacer 117 can also be removed. Specifically, by using chemical dry etching (CDE) to increase the etching selectivity between Si and SiO 2 , only the spacer 117 can be removed with good control.

その後、ALD又はCVDを用いて、第1開口110A及び第2開口110Bの内部形状に沿って、ソース又はドレイン領域151の上に、TiNを膜厚5nm~10nmで堆積することで下部電極111を形成することができる。なお、下部電極111を形成する材料として、TaN等を用いることも可能である。 Then, using ALD or CVD, TiN is deposited to a thickness of 5 to 10 nm on the source or drain region 151, following the internal shape of the first opening 110A and the second opening 110B, thereby forming the bottom electrode 111. Note that TaN or other materials can also be used as the material for forming the bottom electrode 111.

続いて、図6Eに示すように、堆積した下部電極111の上にレジストを塗布した後、該レジスト及び下部電極111が同程度の選択比となる条件でエッチバックを行うことで、下部電極111を第1開口110Aの開口面から後退させる。これにより、第1開口110A及び第2開口110Bの底部及び側面に下部電極111を残しつつ、下部電極111の肩部を後退させ、リセスを形成することができる。 Next, as shown in FIG. 6E, resist is applied onto the deposited lower electrode 111, and then etch-back is performed under conditions that result in similar selectivity between the resist and the lower electrode 111, thereby causing the lower electrode 111 to retreat from the opening surface of the first opening 110A. This leaves the lower electrode 111 on the bottom and side surfaces of the first opening 110A and the second opening 110B, while retreating the shoulder of the lower electrode 111, forming a recess.

次に、図6Fに示すように、下部電極111の上に、強誘電体膜113及び上部電極115を堆積することでキャパシタ11を形成する。 Next, as shown in Figure 6F, a ferroelectric film 113 and an upper electrode 115 are deposited on the lower electrode 111 to form the capacitor 11.

具体的には、まず、下部電極111の上に、開口部110の内部形状に沿って、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)をCVD又はALDにて膜厚3nm~10nmにて堆積し、強誘電体膜113を形成する。なお、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)は、後段にて、アニール処理が行われることで強誘電体材料に変換される。 Specifically, first, a high-dielectric material, hafnium oxide (HfOx), is deposited on the lower electrode 111 by CVD or ALD to a thickness of 3 to 10 nm along the internal shape of the opening 110, forming the ferroelectric film 113. Note that the high-dielectric material, hafnium oxide (HfOx), is converted into a ferroelectric material by subsequent annealing.

なお、酸化ハフニウムに替えて、酸化ジルコニウム(ZrOx)又は酸化ハフニウムジルコニウム(HfZrOx)などの高誘電体材料を用いることも可能である。また、これらの高誘電体材料にランタン(La)、シリコン(Si)、又はガドリニウム(Gd)等をドープすることで強誘電体材料に変換することも可能である。 Instead of hafnium oxide, it is also possible to use high-dielectric materials such as zirconium oxide (ZrOx) or hafnium zirconium oxide (HfZrOx). Furthermore, these high-dielectric materials can be converted into ferroelectric materials by doping them with lanthanum (La), silicon (Si), gadolinium (Gd), etc.

その後、第1開口110A及び第2開口110Bを埋め込むように、強誘電体膜113の上にCVD、ALD、又はスパッタ等を用いて、TiNを膜厚5nm~20nmで堆積することで、上部電極115を形成する。なお、上部電極115を形成する材料として、TaN等を用いることも可能である。続いて、強誘電体膜113を構成するHfOxを強誘電体材料に変換するための結晶化アニールを行う。なお、HfOxを強誘電体材料に変換する結晶化アニールは、本工程にて行ってもよく、他の工程にて行われてもよい。結晶化アニールの温度は、例えば、500℃以下の範囲、かつトランジスタ21、NiSi、及び配線などの他の構成の耐熱性の範囲であれば、任意に変更することが可能である。その後、CMP等を行うことで、平坦化膜200の上に、過剰に堆積された強誘電体膜113及び上部電極115を除去する。これにより、キャパシタ11が形成される。 Then, TiN is deposited on the ferroelectric film 113 using CVD, ALD, sputtering, or the like to a thickness of 5 to 20 nm so as to fill the first opening 110A and the second opening 110B, thereby forming the upper electrode 115. Note that TaN or other materials can also be used to form the upper electrode 115. Next, crystallization annealing is performed to convert the HfOx that constitutes the ferroelectric film 113 into a ferroelectric material. Note that the crystallization annealing to convert HfOx into a ferroelectric material may be performed in this process or in another process. The crystallization annealing temperature can be changed as desired, as long as it is within the range of 500°C or less and within the heat resistance range of other components such as the transistor 21, NiSi, and wiring. Subsequently, CMP or the like is performed to remove excess ferroelectric film 113 and upper electrode 115 deposited on the planarization film 200. This completes the formation of the capacitor 11.

続いて、図6Gに示すように、コンタクト210の上に第1配線層310を形成し、かつキャパシタ11の上部電極115の上に第2配線層320を形成する。 Next, as shown in Figure 6G, a first wiring layer 310 is formed on the contact 210, and a second wiring layer 320 is formed on the upper electrode 115 of the capacitor 11.

具体的には、Cuを配線材料とするダマシン構造を用いることで、コンタクト210の上に第1配線層310を形成することができる。第1配線層310は、コンタクト210の上に第1方向に延在されることで、ビット線BLとして機能する。同様に、Cu等を配線材料とするダマシン構造を用いることで、上部電極115の上に第2配線層320を形成することができる。第2配線層320は、キャパシタ11の上部電極115の上に第1方向に延在されることで、ソース線SLとして機能する。なお、第1配線層310及び第2配線層320は、Al等にて形成されてもよい。 Specifically, by using a damascene structure with Cu as the wiring material, a first wiring layer 310 can be formed on the contact 210. The first wiring layer 310 functions as the bit line BL by extending in a first direction on the contact 210. Similarly, by using a damascene structure with Cu or other wiring materials, a second wiring layer 320 can be formed on the upper electrode 115. The second wiring layer 320 functions as the source line SL by extending in a first direction on the upper electrode 115 of the capacitor 11. Note that the first wiring layer 310 and the second wiring layer 320 may also be formed of Al or other materials.

以上の工程によれば、本実施形態に係る半導体記憶装置10Aを形成することができる。 The above steps allow the semiconductor memory device 10A according to this embodiment to be formed.

<3.第3の実施形態>
(3.1.構成例)
次に、図7及び図8を参照して、本開示の第3の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図7は、本実施形態に係る半導体記憶装置10Bの断面構成を示す模式図である。図8は、本実施形態に係る半導体記憶装置10Bの平面レイアウトを示す模式図である。
3. Third embodiment
(3.1. Configuration example)
Next, a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 7 and Fig. 8. Fig. 7 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of a semiconductor memory device 10B according to this embodiment. Fig. 8 is a schematic diagram showing a planar layout of the semiconductor memory device 10B according to this embodiment.

図7に示すように、第3の実施形態に係る半導体記憶装置10Bは、第1の実施形態に係る半導体記憶装置10、及び第2の実施形態に係る半導体記憶装置10Aと同様に、情報を記憶するキャパシタ11と、キャパシタ11の選択及び非選択を制御するトランジスタ21とを備えるFeRAMである。 As shown in FIG. 7 , the semiconductor memory device 10B according to the third embodiment is an FeRAM that includes a capacitor 11 for storing information and a transistor 21 for controlling the selection and deselection of the capacitor 11, similar to the semiconductor memory device 10 according to the first embodiment and the semiconductor memory device 10A according to the second embodiment.

具体的には、トランジスタ21は、半導体基板100に設けられたソース又はドレイン領域151、及び半導体基板100の上に設けられたゲート電極130にて構成されている。ソース又はドレイン領域151のドレイン側は、コンタクト210と電気的に接続しており、ソース又はドレイン領域151のソース側は、三次元構造のキャパシタ11に電気的に接続している。 Specifically, the transistor 21 is composed of a source or drain region 151 provided in the semiconductor substrate 100 and a gate electrode 130 provided on the semiconductor substrate 100. The drain side of the source or drain region 151 is electrically connected to the contact 210, and the source side of the source or drain region 151 is electrically connected to the three-dimensional capacitor 11.

ゲート電極130の表面には、コバルト(Co)又はニッケル(Ni)と、シリコン(Si)との合金であるシリサイドで構成されたキャップ層131が設けられる。また、ソース又はドレイン領域151の表面には、同様に、コバルト(Co)又はニッケル(Ni)とシリコン(Si)との合金であるシリサイドで構成されたコンタクト領域152が設けられる。 A cap layer 131 made of silicide, an alloy of cobalt (Co) or nickel (Ni) and silicon (Si), is provided on the surface of the gate electrode 130. Similarly, a contact region 152 made of silicide, an alloy of cobalt (Co) or nickel (Ni) and silicon (Si), is provided on the surface of the source or drain region 151.

コンタクト210は、例えば、酸化シリコン(SiOx)で構成された平坦化膜200に設けられた開口の内部にバリアメタル層210B及び導電性層210Aを埋め込むことで構成される。導電性層210Aは、タングステン(W)、又はポリシリコン(poly-Si)などで構成され、コンタクト領域152と、第1配線層310とを電気的に接続する。バリアメタル層210Bは、例えば、Ti、TiN、又はRuなどで構成され、導電性層210Aの表面を覆うことで、導電性層210Aと平坦化膜200との相互作用を抑制する。なお、コンタクト210は、コンタクト領域152、ソース又はドレイン領域151とオーミックな電気的接続を形成することができれば、どのような構造及び材料で構成されてもよい。 The contact 210 is formed by embedding a barrier metal layer 210B and a conductive layer 210A inside an opening in a planarization film 200 made of, for example, silicon oxide (SiOx). The conductive layer 210A is made of tungsten (W) or polysilicon (poly-Si), and electrically connects the contact region 152 to the first wiring layer 310. The barrier metal layer 210B is made of, for example, Ti, TiN, or Ru, and covers the surface of the conductive layer 210A to suppress interaction between the conductive layer 210A and the planarization film 200. The contact 210 may be made of any structure and material as long as it can form an ohmic electrical connection with the contact region 152 and the source or drain region 151.

キャパシタ11は、平坦化膜200及び層間絶縁膜201に設けられた開口の内部に設けられる。本実施形態に係る半導体記憶装置10Bでは、キャパシタ11は、コンタクト210と異なる高さにて設けられる。例えば、キャパシタ11は、コンタクト210よりも層間絶縁膜201の分だけ高くなるように設けられてもよい。 The capacitor 11 is provided inside an opening provided in the planarization film 200 and the interlayer insulating film 201. In the semiconductor memory device 10B according to this embodiment, the capacitor 11 is provided at a different height than the contact 210. For example, the capacitor 11 may be provided so as to be higher than the contact 210 by the height of the interlayer insulating film 201.

層間絶縁膜201は、例えば、酸化シリコン(SiOx)又は窒化シリコン(SiNx)などで平坦化膜200の上に構成される。層間絶縁膜201は、キャパシタ11を形成する後段の工程にてコンタクト210が洗浄液等に曝され、ダメージを受けることを防止するために設けられる。 The interlayer insulating film 201 is formed on the planarization film 200 using, for example, silicon oxide (SiOx) or silicon nitride (SiNx). The interlayer insulating film 201 is provided to prevent the contacts 210 from being exposed to cleaning solutions or the like and being damaged in the subsequent process of forming the capacitors 11.

キャパシタ11は、Ti又はTiN等で構成される下部電極111と、強誘電体膜113と、Ti又はTiN等で構成される上部電極115とを順に積層することで構成される。キャパシタ11は、下部電極111と、上部電極115とが強誘電体膜113を介して絶縁された埋め込み型のキャパシタである。キャパシタ11では、下部電極111と、上部電極115とが互いに平行に対向する面積、及び下部電極111及び上部電極115の各々の電極端からのフリンジ成分が容量として有効な面積となる。 Capacitor 11 is constructed by sequentially stacking a lower electrode 111 made of Ti or TiN, a ferroelectric film 113, and an upper electrode 115 made of Ti or TiN. Capacitor 11 is an embedded capacitor in which the lower electrode 111 and the upper electrode 115 are insulated via the ferroelectric film 113. In capacitor 11, the area where the lower electrode 111 and the upper electrode 115 face each other in parallel, and the fringe components from the electrode edges of the lower electrode 111 and the upper electrode 115, form the effective capacitance area.

強誘電体膜113は、酸化ハフニウム(HfOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、又は酸化ハフニウムジルコニウム(HfZrOx)などの高誘電体材料にて構成されてもよい。また、強誘電体膜113は、上記の高誘電体材料にランタン(La)、シリコン(Si)、又はガドリニウム(Gd)などをドープすることで変換された強誘電体材料で構成されてもよい。 The ferroelectric film 113 may be composed of a high-dielectric material such as hafnium oxide (HfOx), zirconium oxide (ZrOx), or hafnium zirconium oxide (HfZrOx). The ferroelectric film 113 may also be composed of a ferroelectric material converted by doping the above high-dielectric material with lanthanum (La), silicon (Si), gadolinium (Gd), or the like.

層間絶縁膜201の上には、第1絶縁層300が設けられる。第1絶縁層300には、コンタクト210と電気的に接続する第1配線層310、及びキャパシタ11の上部電極115と電気的に接続する第2配線層320が設けられる。なお、第2配線層320の下端は、キャパシタ11の強誘電体膜113及び上部電極115を覆うことで、下部電極111と接触しないように設けられる。 A first insulating layer 300 is provided on the interlayer insulating film 201. The first insulating layer 300 is provided with a first wiring layer 310 electrically connected to the contact 210 and a second wiring layer 320 electrically connected to the upper electrode 115 of the capacitor 11. The lower end of the second wiring layer 320 is arranged to cover the ferroelectric film 113 and upper electrode 115 of the capacitor 11, thereby preventing contact with the lower electrode 111.

図8に示すように、半導体記憶装置10Bは、半導体基板100に設けられたアクティブ領域150と、ワード線WLとして機能するゲート電極130と、コンタクト210と、キャパシタ11と、ビット線BLとして機能する第1配線層310と、ソース線SLとして機能する第2配線層320とを含む。 As shown in FIG. 8, the semiconductor memory device 10B includes an active region 150 provided on the semiconductor substrate 100, a gate electrode 130 functioning as a word line WL, a contact 210, a capacitor 11, a first wiring layer 310 functioning as a bit line BL, and a second wiring layer 320 functioning as a source line SL.

ビット線BLとして機能する第1配線層310、及びソース線SLとして機能する第2配線層320は、半導体基板100の面内の第1方向に延在して設けられる。また、ワード線WLとして機能するゲート電極130は、第1方向と直交する第2方向に延在して設けられる。アクティブ領域150は、トランジスタ21が設けられる領域であり、第1方向及び第2方向の両方と斜交する第3方向に延在して設けられる。さらに、コンタクト210は、アクティブ領域150と、第1配線層310との交点に設けられ、キャパシタ11は、アクティブ領域150と、第2配線層320との交点に設けられる。 The first wiring layer 310, which functions as the bit line BL, and the second wiring layer 320, which functions as the source line SL, are provided extending in a first direction within the plane of the semiconductor substrate 100. Furthermore, the gate electrode 130, which functions as the word line WL, is provided extending in a second direction perpendicular to the first direction. The active region 150 is a region in which the transistor 21 is provided, and is provided extending in a third direction obliquely intersecting both the first and second directions. Furthermore, the contact 210 is provided at the intersection of the active region 150 and the first wiring layer 310, and the capacitor 11 is provided at the intersection of the active region 150 and the second wiring layer 320.

(3.2.製造方法)
続いて、図9A~図9Iを参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10Bの製造方法について説明する。図9A~図9Iは、本実施形態に係る半導体記憶装置10Bの製造方法の一工程を説明する断面図である。
(3.2. Manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the semiconductor memory device 10B according to this embodiment will be described with reference to Figures 9A to 9I. Figures 9A to 9I are cross-sectional views illustrating a step in the method for manufacturing the semiconductor memory device 10B according to this embodiment.

まず、図9Aに示すように、公知の工程(例えば、図3A~図3Dに示す工程)を経ることで半導体基板100にトランジスタ21を形成し、トランジスタ21を埋め込むように半導体基板100の上に平坦化膜200を堆積する。 First, as shown in Figure 9A, a transistor 21 is formed on a semiconductor substrate 100 through known processes (for example, the processes shown in Figures 3A to 3D), and a planarization film 200 is deposited on the semiconductor substrate 100 so as to embed the transistor 21.

続いて、図9Bに示すように、ソース又はドレイン領域151の一方に対応する領域の平坦化膜200に開口を形成し、形成した開口の内部にコンタクト210を形成する。 Next, as shown in FIG. 9B, an opening is formed in the planarization film 200 in a region corresponding to one of the source or drain regions 151, and a contact 210 is formed inside the formed opening.

次に、図9Cに示すように、平坦化膜200の上に層間絶縁膜201を形成する。層間絶縁膜201は、例えば、酸化シリコン(SiO)又は窒化シリコン(SiN)などで形成することができる。層間絶縁膜201は、キャパシタ11を形成する後段の工程にてコンタクト210が洗浄液等に曝され、ダメージを受けることを防止するために設けられる。 9C , an interlayer insulating film 201 is formed on the planarizing film 200. The interlayer insulating film 201 can be formed of, for example, silicon oxide (SiO x ) or silicon nitride (SiN x ). The interlayer insulating film 201 is provided to prevent the contacts 210 from being exposed to cleaning solutions or the like and being damaged in a later step of forming the capacitor 11.

続いて、図9Dに示すように、ソース又はドレイン領域151の他方に対応する領域の平坦化膜200にキャパシタ11を形成するための開口部110を形成する。 Next, as shown in FIG. 9D, an opening 110 for forming a capacitor 11 is formed in the planarization film 200 in the region corresponding to the other of the source or drain regions 151.

ここで、開口部110は、キャパシタ11とトランジスタ21とのコンタクト抵抗、及びコンタクト抵抗のばらつきを良好にするために、硫酸を含む洗浄液、又は水酸化アンモニウム(NHOH)及び過酸化水素(H)を含む洗浄液にて底部を洗浄されることが望ましい。洗浄液は、コンタクト210にダメージを与える可能性があるが、本実施形態に係る半導体記憶装置10Bでは、コンタクト210の上に層間絶縁膜201が設けられているため、洗浄液によるコンタクト210へのダメージを防止することができる。 Here, it is desirable to clean the bottom of the opening 110 with a cleaning solution containing sulfuric acid or a cleaning solution containing ammonium hydroxide (NH 4 OH) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in order to improve the contact resistance and the variation in contact resistance between the capacitor 11 and the transistor 21. The cleaning solution may damage the contact 210, but in the semiconductor memory device 10B according to this embodiment, the interlayer insulating film 201 is provided on the contact 210, so that damage to the contact 210 by the cleaning solution can be prevented.

その後、図9Eに示すように、開口部110の内部、及び層間絶縁膜201の上に導電性材料を堆積することで、下部電極層111Aを形成する。 Then, as shown in Figure 9E, a conductive material is deposited inside the opening 110 and on the interlayer insulating film 201 to form the lower electrode layer 111A.

続いて、図9Fに示すように、堆積した下部電極層111Aの上にレジストを塗布した後、該レジスト及び下部電極層111Aが同程度の選択比となる条件でエッチバックを行うことで、下部電極層111Aを開口部110の開口面から後退させる。これにより、開口部110の底部及び側面に下部電極111を残しつつ、下部電極111の肩部を後退させ、リセスを形成することができる。これにより、下部電極111は、後段で形成する第2配線層320との短絡を防止するために、上端が開口部110の開口面よりも低くなるように形成される。 Next, as shown in FIG. 9F, resist is applied onto the deposited lower electrode layer 111A, and then etch-back is performed under conditions that result in similar selectivity between the resist and the lower electrode layer 111A, thereby recessing the lower electrode layer 111A from the opening surface of the opening 110. This leaves the lower electrode 111 on the bottom and side surfaces of the opening 110, while recessing the shoulder of the lower electrode 111, forming a recess. As a result, the lower electrode 111 is formed so that its upper end is lower than the opening surface of the opening 110, in order to prevent a short circuit with the second wiring layer 320, which will be formed later.

次に、図9Gに示すように、下部電極111の上に強誘電体膜層113A及び上部電極層115Aを堆積する。 Next, as shown in Figure 9G, a ferroelectric film layer 113A and an upper electrode layer 115A are deposited on the lower electrode 111.

続いて、図9Hに示すように、開口部110の内部以外の強誘電体膜層113A及び上部電極層115Aをドライエッチング又は研磨等で除去することで、強誘電体膜113及び上部電極115を形成する。 Next, as shown in Figure 9H, the ferroelectric film layer 113A and the upper electrode layer 115A outside the interior of the opening 110 are removed by dry etching, polishing, or the like, thereby forming the ferroelectric film 113 and the upper electrode 115.

その後、図9Iに示すように、層間絶縁膜201の上に第1絶縁層300を堆積した後、銅(Cu)を配線材料とするダマシン構造等を用いて、第1配線層310及び第2配線層320を形成する。 Then, as shown in Figure 9I, a first insulating layer 300 is deposited on the interlayer insulating film 201, and then a first wiring layer 310 and a second wiring layer 320 are formed using a damascene structure or the like using copper (Cu) as the wiring material.

以上の工程によれば、本実施形態に係る半導体記憶装置10Bを形成することができる。 The above steps allow the semiconductor memory device 10B according to this embodiment to be formed.

(3.3.変形例)
(第1の変形例)
次に、図10~図11Fを参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10Bの第1の変形例について説明する。図10は、第1の変形例に係る半導体記憶装置10Bの断面構成を示す模式図である。
(3.3. Modifications)
(First Modification)
10 to 11F, a first modification of the semiconductor memory device 10B according to this embodiment will be described. Fig. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of the semiconductor memory device 10B according to the first modification.

図10に示すように、第1の変形例に係る半導体記憶装置10Bは、強誘電体膜113及び上部電極115が層間絶縁膜201の上にパターニングされて堆積されている点が図7で示した構造と異なる。上部電極115は、層間絶縁膜201の上で配線状にパターニングされて設けられることによって、第2配線層320として機能させることができる。したがって、第1の変形例に係る半導体記憶装置10Bでは、第2配線層320は設けられなくともよい。第1の変形例に係る半導体記憶装置10Bによれば、第2配線層320を設けないことにより、下部電極111と、第2配線層320との短絡を防止することができる。 As shown in FIG. 10, the semiconductor memory device 10B according to the first modification differs from the structure shown in FIG. 7 in that the ferroelectric film 113 and upper electrode 115 are patterned and deposited on the interlayer insulating film 201. The upper electrode 115 is patterned into a wiring shape on the interlayer insulating film 201, allowing it to function as the second wiring layer 320. Therefore, the semiconductor memory device 10B according to the first modification does not need to include the second wiring layer 320. According to the semiconductor memory device 10B according to the first modification, by not including the second wiring layer 320, it is possible to prevent a short circuit between the lower electrode 111 and the second wiring layer 320.

ここで、図11A~図11Fを参照して、本変形例に係る半導体記憶装置10Bの製造方法について説明する。図11A~図11Fは、本変形例に係る半導体記憶装置10Bの製造方法の一工程を説明する断面図である。 Now, a method for manufacturing the semiconductor memory device 10B according to this modification will be described with reference to Figures 11A to 11F. Figures 11A to 11F are cross-sectional views illustrating one step in the method for manufacturing the semiconductor memory device 10B according to this modification.

まず、図11Aに示すように、図9A~図9Dにて示す工程と同様の工程にて半導体基板100の上にトランジスタ21及びコンタクト210を形成し、平坦化膜200及び層間絶縁膜201に開口部110を形成する。 First, as shown in Figure 11A, a transistor 21 and a contact 210 are formed on a semiconductor substrate 100 using steps similar to those shown in Figures 9A to 9D, and an opening 110 is formed in a planarization film 200 and an interlayer insulating film 201.

続いて、図11Bに示すように、開口部110の内部、及び層間絶縁膜201の上に導電性材料を堆積することで、下部電極層111Aを形成する。 Next, as shown in FIG. 11B, a conductive material is deposited inside the opening 110 and on the interlayer insulating film 201 to form the lower electrode layer 111A.

次に、図11Cに示すように、堆積した下部電極層111Aの上にレジストを塗布した後、該レジスト及び下部電極層111Aが同程度の選択比となる条件でエッチバックを行うことで、下部電極層111Aを開口部110の開口面から後退させる。これにより、開口部110の底部及び側面に下部電極111を残しつつ、下部電極111の肩部を後退させ、リセスを形成することができる。本変形例では、下部電極111は、上端が開口部110の開口面よりも高くなるように形成されてもよい。 Next, as shown in FIG. 11C, resist is applied onto the deposited lower electrode layer 111A, and then etched back under conditions that result in similar selectivity between the resist and the lower electrode layer 111A, thereby recessing the lower electrode layer 111A from the opening surface of the opening 110. This leaves the lower electrode 111 on the bottom and side surfaces of the opening 110, while recessing the shoulder of the lower electrode 111, forming a recess. In this variation, the lower electrode 111 may be formed so that its upper end is higher than the opening surface of the opening 110.

続いて、図11Dに示すように、下部電極111の上に強誘電体膜層113A及び上部電極層115Aを堆積する。 Next, as shown in Figure 11D, a ferroelectric film layer 113A and an upper electrode layer 115A are deposited on the lower electrode 111.

続いて、図11Eに示すように、層間絶縁膜201の上の強誘電体膜層113A及び上部電極層115Aを配線状にパターニングすることで、強誘電体膜113及び上部電極115を形成する。 Next, as shown in Figure 11E, the ferroelectric film layer 113A and upper electrode layer 115A on the interlayer insulating film 201 are patterned into wiring shapes to form the ferroelectric film 113 and upper electrode 115.

その後、図11Fに示すように、層間絶縁膜201の上に第1絶縁層300を堆積した後、銅(Cu)を配線材料とするダマシン構造等を用いて、第1配線層310を形成する。 Then, as shown in Figure 11F, a first insulating layer 300 is deposited on the interlayer insulating film 201, and a first wiring layer 310 is formed using a damascene structure or the like using copper (Cu) as the wiring material.

以上の工程によれば、本変形例に係る半導体記憶装置10Bを形成することができる。 The above steps allow the semiconductor memory device 10B according to this modified example to be formed.

(第2の変形例)
また、図12を参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10Bの第2の変形例について説明する。図12は、第2の変形例に係る半導体記憶装置10Bの断面構成を示す模式図である。
(Second Modification)
A second modification of the semiconductor memory device 10B according to this embodiment will now be described with reference to Fig. 12. Fig. 12 is a schematic diagram showing the cross-sectional configuration of the semiconductor memory device 10B according to the second modification.

図12に示すように、第2の変形例に係る半導体記憶装置10Bは、下部電極111、強誘電体膜113、及び上部電極115が層間絶縁膜201の上に堆積されている点が図7で示した構造と異なる。層間絶縁膜201の上の下部電極111、強誘電体膜113、及び上部電極115は、パターニングされており、上部電極115の上に第2配線層320が設けられる。第2の変形例に係る半導体記憶装置10Bは、層間絶縁膜201の上に堆積された下部電極111、強誘電体膜113、及び上部電極115を同時にエッチングすることで形成することができる。 As shown in FIG. 12, the semiconductor memory device 10B according to the second modification differs from the structure shown in FIG. 7 in that the lower electrode 111, ferroelectric film 113, and upper electrode 115 are deposited on an interlayer insulating film 201. The lower electrode 111, ferroelectric film 113, and upper electrode 115 on the interlayer insulating film 201 are patterned, and a second wiring layer 320 is provided on the upper electrode 115. The semiconductor memory device 10B according to the second modification can be formed by simultaneously etching the lower electrode 111, ferroelectric film 113, and upper electrode 115 deposited on the interlayer insulating film 201.

(第3の変形例)
また、図13を参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10Bの第3の変形例について説明する。図13は、第3の変形例に係る半導体記憶装置10Bの断面構成を示す模式図である。
(Third Modification)
A third modification of the semiconductor memory device 10B according to this embodiment will now be described with reference to Fig. 13. Fig. 13 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of the semiconductor memory device 10B according to the third modification.

図13に示すように、第3の変形例に係る半導体記憶装置10Bは、キャパシタ11と電気的に接続するソース又はドレイン領域151にコンタクト領域152が設けられていない点が図7で示した構造と異なる。第3の変形例に係る半導体記憶装置10Bは、トランジスタ21の形成工程において、パターニングされた窒化シリコン(SiN)膜等を用いて、選択的にシリサイド化を行うことで形成することができる。 13, the semiconductor memory device 10B according to the third modification differs from the structure shown in Fig. 7 in that no contact region 152 is provided in the source or drain region 151 electrically connected to the capacitor 11. The semiconductor memory device 10B according to the third modification can be formed by selectively silicidating a patterned silicon nitride (SiN x ) film or the like in the process of forming the transistor 21.

<4.第4の実施形態>
(4.1.構成例)
続いて、図14を参照して、本開示の第4の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図14は、本実施形態に係る半導体記憶装置10Cの平面構成及び断面構成を示す模式図である。
4. Fourth Embodiment
(4.1. Configuration example)
Next, a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 14. Fig. 14 is a schematic diagram showing the planar configuration and cross-sectional configuration of a semiconductor memory device 10C according to this embodiment.

なお、図14の左上の平面図では、各構成の配置を明確にするために、半導体基板100の全面に広がって形成される平坦化膜200、及び第1~3絶縁層300,400,600の記載は省略している。図14の断面図の各々は、左上の平面図に記載されたB-B線、C-C線、又はD-D線でそれぞれ切断した断面を示す。なお、B-B線及びC-C線は半導体記憶装置10Cのうちのメモリセル10CCの断面構成を表し、D-D線は半導体記憶装置10Cのうちの周辺領域の断面構成を表している。ここでいうメモリセル10CCは、後述するキャパシタ51が設けられている領域をいう。また、周辺領域は、メモリセル10CCが複数設けられたメモリセル領域の周辺の領域をいう。半導体記憶装置10Cの周辺領域には、例えばロジック回路が設けられている。 In the plan view at the top left of Figure 14, the planarization film 200, which extends over the entire surface of the semiconductor substrate 100, and the first to third insulating layers 300, 400, and 600 are omitted to clarify the arrangement of each component. Each cross-sectional view in Figure 14 shows a cross section taken along line B-B, line C-C, or line D-D, respectively, shown in the plan view at the top left. Note that line B-B and line C-C represent the cross-sectional configuration of memory cell 10CC in semiconductor memory device 10C, and line D-D represents the cross-sectional configuration of the peripheral region of semiconductor memory device 10C. Memory cell 10CC here refers to the region in which capacitor 51, described below, is provided. The peripheral region refers to the region surrounding the memory cell region in which multiple memory cells 10CC are provided. Logic circuits, for example, are provided in the peripheral region of semiconductor memory device 10C.

図14に示すように、第4の実施形態に係る半導体記憶装置10Cは、上記第1の実施の形態のキャパシタ11(図1参照)の代わりにキャパシタ51を有する点が第1の実施の形態に係る半導体記憶装置10と異なる。以下、上記第1の実施の形態の半導体記憶装置10と実質的に同じ構成要素については同じ符号を用い、適宜その説明を省略する。 As shown in FIG. 14, the semiconductor memory device 10C according to the fourth embodiment differs from the semiconductor memory device 10 according to the first embodiment in that it has a capacitor 51 instead of the capacitor 11 (see FIG. 1) of the first embodiment. Hereinafter, components that are substantially the same as those in the semiconductor memory device 10 according to the first embodiment will be designated by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted where appropriate.

半導体記憶装置10Cは、情報を記憶するキャパシタ51と、キャパシタ51の選択及び非選択を制御するトランジスタ21とを備えるFeRAMである。半導体記憶装置10Cは、キャパシタ51及びトランジスタ21に加え、半導体基板100と、平坦化膜200と、コンタクト210と、第1配線層310と、第1絶縁層300と、第2絶縁層400と、第3絶縁層600とを備える。半導体基板100は、主面100Sを有する。 The semiconductor memory device 10C is an FeRAM including a capacitor 51 that stores information and a transistor 21 that controls the selection and deselection of the capacitor 51. In addition to the capacitor 51 and the transistor 21, the semiconductor memory device 10C also includes a semiconductor substrate 100, a planarization film 200, a contact 210, a first wiring layer 310, a first insulating layer 300, a second insulating layer 400, and a third insulating layer 600. The semiconductor substrate 100 has a main surface 100S.

層間絶縁膜としての平坦化膜200は、トランジスタ21と半導体基板100の主面100Sとを覆うように設けられている。 The planarization film 200, which serves as an interlayer insulating film, is provided to cover the transistor 21 and the main surface 100S of the semiconductor substrate 100.

トランジスタ21は、半導体基板100に設けられたソース又はドレイン領域151、及び半導体基板100の上に設けられたゲート電極130にて構成されている。ソース又はドレイン領域151のドレイン側は、コンタクト210と電気的に接続しており、ソース又はドレイン領域151のソース側は、コンタクト210及び第1配線層310を介して三次元構造のキャパシタ51に電気的に接続している。 Transistor 21 is composed of a source or drain region 151 provided in semiconductor substrate 100 and a gate electrode 130 provided on semiconductor substrate 100. The drain side of source or drain region 151 is electrically connected to contact 210, and the source side of source or drain region 151 is electrically connected to a three-dimensional capacitor 51 via contact 210 and first wiring layer 310.

コンタクト210は、導電性材料で構成され、平坦化膜200を貫通して設けられる。具体的には、コンタクト210は、ソース又はドレイン領域151の他方の上に設けられ、ソース又はドレイン領域151のドレイン側と、ビット線BLである第1配線層310とを電気的に接続する。 The contact 210 is made of a conductive material and is provided so as to penetrate the planarization film 200. Specifically, the contact 210 is provided on the other of the source or drain regions 151, and electrically connects the drain side of the source or drain region 151 to the first wiring layer 310, which is the bit line BL.

第1配線層310は、コンタクト210から見てトランジスタ21と反対側に設けられている。第1配線層310は、コンタクト210と電気的に接続される。第1配線層310は、導電性材料にて構成され、平坦化膜200の上に設けられる。具体的には、第1配線層310は、ゲート電極130(ワード線WL)が延在する第2方向と直交する第1方向に延在する配線として、コンタクト210の上に設けられる。第1配線層310は、コンタクト210を介して、ソース又はドレイン領域151のドレイン側と電気的に接続することで、ビット線BLとして機能する。また、第1配線層310の上には、すなわち第1配線層310から見てコンタクト210と反対側には、キャパシタ51が設けられている。 The first wiring layer 310 is provided on the opposite side of the contact 210 from the transistor 21. The first wiring layer 310 is electrically connected to the contact 210. The first wiring layer 310 is made of a conductive material and is provided on the planarization film 200. Specifically, the first wiring layer 310 is provided on the contact 210 as wiring extending in a first direction perpendicular to the second direction in which the gate electrode 130 (word line WL) extends. The first wiring layer 310 functions as a bit line BL by electrically connecting to the drain side of the source or drain region 151 via the contact 210. In addition, a capacitor 51 is provided on the first wiring layer 310, i.e., on the opposite side of the contact 210 from the first wiring layer 310.

第1絶縁層300は、キャパシタ51および第1配線層310を埋め込んでいる。第1絶縁層300は、平坦化膜200の上に半導体基板100の全面に広がって設けられる。第1配線層310の上には、ビアコンタクト311と、上部配線層312とが積層されている。ビアコンタクト311及び上部配線層312もまた第1絶縁層300に埋め込まれている。但し、上部配線層312は第1絶縁層300の上面に露出している。 The first insulating layer 300 embeds the capacitor 51 and the first wiring layer 310. The first insulating layer 300 is provided on the planarization film 200, spreading across the entire surface of the semiconductor substrate 100. A via contact 311 and an upper wiring layer 312 are stacked on top of the first wiring layer 310. The via contact 311 and the upper wiring layer 312 are also embedded in the first insulating layer 300. However, the upper wiring layer 312 is exposed on the top surface of the first insulating layer 300.

ビアコンタクト311は、導電性材料にて構成され、第1配線層310と接している。ビアコンタクト311は、第1配線層310と上部配線層312とを電気的に接続する。ビアコンタクト311は、アルミニウム(Al)等の金属材料で構成されてもよく、銅(Cu)のダマシン構造にて構成されてもよい。 The via contact 311 is made of a conductive material and is in contact with the first wiring layer 310. The via contact 311 electrically connects the first wiring layer 310 and the upper wiring layer 312. The via contact 311 may be made of a metal material such as aluminum (Al), or may be made of a copper (Cu) damascene structure.

上部配線層312は、導電性材料に構成され、ビアコンタクト311の上に設けられる。上部配線層312は、例えば、アルミニウム(Al)等の金属材料で構成されてもよく、銅(Cu)のダマシン構造にて構成されてもよい。上部配線層312は、ロジック領域等に設けられる他の回路の配線と同時に又は共有されて形成されてもよい。 The upper wiring layer 312 is made of a conductive material and is provided on the via contact 311. The upper wiring layer 312 may be made of a metal material such as aluminum (Al), or may be formed in a copper (Cu) damascene structure. The upper wiring layer 312 may be formed simultaneously with or shared with the wiring of other circuits provided in the logic region, etc.

第1配線層310、ビアコンタクト311及び上部配線層312は、第1絶縁層300を貫通するように設けられている。 The first wiring layer 310, via contact 311, and upper wiring layer 312 are arranged to penetrate the first insulating layer 300.

第2絶縁層400は、第1絶縁層300を全面的に覆うように、主面100Sに沿って広がっている。第2絶縁層400は、例えば、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)、又は酸窒化シリコン(SiON)などの絶縁性の酸窒化物で形成されてもよい。第2絶縁層400には、ビアコンタクト411及び上部配線層412が埋め込まれている。ビアコンタクト411と上部配線層412とは、上部配線層312の上に順に積層されている。上部配線層412は第2絶縁層400の上面に露出している。 The second insulating layer 400 extends along the main surface 100S so as to completely cover the first insulating layer 300. The second insulating layer 400 may be formed of an insulating oxynitride such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), or silicon oxynitride (SiON). A via contact 411 and an upper wiring layer 412 are embedded in the second insulating layer 400. The via contact 411 and the upper wiring layer 412 are stacked in order on the upper wiring layer 312. The upper wiring layer 412 is exposed on the top surface of the second insulating layer 400.

ビアコンタクト411は導電性材料により構成され、上部配線層312と接している。ビアコンタクト411の構成材料としては、例えばビアコンタクト311の構成材料と同じものを用いることができる。上部配線層412は導電性材料に構成され、ビアコンタクト411の上に設けられる。上部配線層412の構成材料としては、例えば上部配線層312の構成材料と同じものを用いることができる。上部配線層412は、ロジック領域等に設けられる他の回路の配線と同時に又は共有されて形成されてもよい。 The via contact 411 is made of a conductive material and is in contact with the upper wiring layer 312. The material used to make the via contact 411 can be, for example, the same as the material used to make the via contact 311. The upper wiring layer 412 is made of a conductive material and is provided on top of the via contact 411. The material used to make the upper wiring layer 412 can be, for example, the same as the material used to make the upper wiring layer 312. The upper wiring layer 412 can be formed simultaneously with or shared with the wiring of other circuits provided in the logic region, etc.

第1絶縁層300及び第2絶縁層400のうち、主面100Sと直交する積層方向において第1配線層310と対応する位置には、開口部410が設けられている。開口部410は、積層方向において第1配線層310にまで達する凹部である。開口部410は、第1配線層310の上層に位置する下部410Lと、下部410Lの上層に位置する上部410Uとが連通した構造を有する。例えば、下部410Lの主面100Sに沿った占有面積は、上部410Uの主面100Sに沿った占有面積よりも狭い。第1絶縁層300及び第2絶縁層400は、半導体記憶装置10Cの周辺領域に至るまで延在している。第1絶縁層300及び第2絶縁層400は半導体記憶装置10Cの周辺領域に設けられたロジック回路を含む回路領域にも延在している。キャパシタ51は、回路領域にも延在している第1絶縁層300及び第2絶縁層400に埋設されている。 The first insulating layer 300 and the second insulating layer 400 have openings 410 at positions corresponding to the first wiring layer 310 in the stacking direction perpendicular to the main surface 100S. The openings 410 are recesses that reach the first wiring layer 310 in the stacking direction. The openings 410 have a structure in which a lower portion 410L located above the first wiring layer 310 communicates with an upper portion 410U located above the lower portion 410L. For example, the area occupied by the lower portion 410L along the main surface 100S is smaller than the area occupied by the upper portion 410U along the main surface 100S. The first insulating layer 300 and the second insulating layer 400 extend to the peripheral region of the semiconductor memory device 10C. The first insulating layer 300 and the second insulating layer 400 also extend to a circuit region including a logic circuit provided in the peripheral region of the semiconductor memory device 10C. The capacitor 51 is embedded in the first insulating layer 300 and the second insulating layer 400, which also extend into the circuit region.

キャパシタ51は、開口部410を埋めるように設けられている。キャパシタ51は、コンタクト210および第1配線層310の上方に位置する。キャパシタ51は、開口部410の内面に沿って設けられた下部電極511と、開口部410に沿って下部電極511の上に設けられた強誘電体膜513と、強誘電体膜513の上に設けられた上部電極515とを含んで構成される。下部電極511は、第1配線層310などを介して、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151(例えば、ソース)と電気的に接続している。上部電極515は、ソース線SLとしての、後述する第2配線層612と電気的に接続する。ここで、上部電極515の主面100Sに沿った面積は、下部電極511と第1配線層310との接続部分の主面100Sに沿った面積よりも大きい。 The capacitor 51 is provided to fill the opening 410. The capacitor 51 is located above the contact 210 and the first wiring layer 310. The capacitor 51 includes a lower electrode 511 provided along the inner surface of the opening 410, a ferroelectric film 513 provided on the lower electrode 511 along the opening 410, and an upper electrode 515 provided on the ferroelectric film 513. The lower electrode 511 is electrically connected to the source or drain region 151 (e.g., the source) of the transistor 21 via the first wiring layer 310, etc. The upper electrode 515 is electrically connected to the second wiring layer 612 (described below) as the source line SL. Here, the area of the upper electrode 515 along the main surface 100S is larger than the area of the connection portion between the lower electrode 511 and the first wiring layer 310 along the main surface 100S.

第3絶縁層600は、第2絶縁層400を全面的に覆うように、主面100Sに沿って広がっている。第3絶縁層600は、例えば、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)、又は酸窒化シリコン(SiON)などの絶縁性の酸窒化物で形成されてもよい。第3絶縁層600には、ビアコンタクト611及び第2配線層612が埋め込まれている。ビアコンタクト611と第2配線層612とは、上部電極515及び上部配線層412のそれぞれ上に順に積層されている。第2配線層612は第3絶縁層600の上面に露出している。 The third insulating layer 600 extends along the main surface 100S so as to completely cover the second insulating layer 400. The third insulating layer 600 may be formed of an insulating oxynitride such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), or silicon oxynitride (SiON). A via contact 611 and a second wiring layer 612 are embedded in the third insulating layer 600. The via contact 611 and the second wiring layer 612 are stacked in order on the upper electrode 515 and the upper wiring layer 412, respectively. The second wiring layer 612 is exposed on the upper surface of the third insulating layer 600.

ビアコンタクト611は導電性材料により構成され、上部配線層412と接している。ビアコンタクト611の構成材料としては、例えばビアコンタクト311の構成材料と同じものを用いることができる。第2配線層612は導電性材料に構成され、ビアコンタクト611の上に設けられる。 The via contact 611 is made of a conductive material and is in contact with the upper wiring layer 412. The material constituting the via contact 611 can be, for example, the same as the material constituting the via contact 311. The second wiring layer 612 is made of a conductive material and is provided on top of the via contact 611.

第2配線層612は、ビアコンタクト611を介してキャパシタ51の上部電極515と電気的に接続される。第2配線層612は、第1配線層310と同様に第1方向に延在する配線として、キャパシタ51の上部電極515の上に設けられる。第2配線層612は、上部電極515と電気的に接続することで、ソース線SLとして機能する。第2配線層612は、例えば、アルミニウム(Al)等の金属材料で構成されてもよく、銅(Cu)のダマシン構造又はデュアルダマシン構造にて構成されてもよい。 The second wiring layer 612 is electrically connected to the upper electrode 515 of the capacitor 51 through the via contact 611. The second wiring layer 612 is provided on the upper electrode 515 of the capacitor 51 as a wiring extending in the first direction, similar to the first wiring layer 310. The second wiring layer 612 functions as a source line SL by being electrically connected to the upper electrode 515. The second wiring layer 612 may be made of a metal material such as aluminum (Al), or may be made of a copper (Cu) damascene structure or a dual damascene structure.

上記の構造を有する半導体記憶装置10Cでは、第1配線層310の上方、すなわち、第1配線層310から見てトランジスタ21と反対側にキャパシタ51を設けるようにしている。このため、例えば第1配線層310同士の隙間にキャパシタを設けるようにした場合と比較してキャパシタ51の面積及び厚さを大きくすることができる。すなわち、キャパシタ51の容量を大きくすることができる。したがって、半導体記憶装置10Cによれば、その動作に十分なマージンを有する信号を確保できる。また、キャパシタ51の平面形状の設計上の自由度が向上する。 In the semiconductor memory device 10C having the above structure, the capacitor 51 is provided above the first wiring layer 310, i.e., on the opposite side of the transistor 21 from the first wiring layer 310. This allows the area and thickness of the capacitor 51 to be larger than, for example, when a capacitor is provided in the gap between the first wiring layers 310. In other words, the capacitance of the capacitor 51 can be increased. Therefore, the semiconductor memory device 10C can ensure a signal with a sufficient margin for its operation. In addition, the degree of freedom in designing the planar shape of the capacitor 51 is improved.

(4.2.製造方法)
続いて、図15A~図15Iを参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10Cの製造方法について説明する。図15A~図15Iは、半導体記憶装置10Cの製造方法の一工程を説明する模式図である。
(4.2. Manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the semiconductor memory device 10C according to this embodiment will be described with reference to Figures 15A to 15I. Figures 15A to 15I are schematic views illustrating one step in the method for manufacturing the semiconductor memory device 10C.

なお、図15A~図15Iにおいても、図14と同様に、半導体基板100の全面に広がって設けられた層の記載は省略している。また、図15A~図15Iの断面図の各々は、左上の平面図に記載されたA-A線、B-B線、C-C線又はD-D線でそれぞれ切断した断面を示す。 As in FIG. 14, layers extending over the entire surface of the semiconductor substrate 100 are omitted from FIGS. 15A to 15I. Furthermore, each of the cross-sectional views in FIGS. 15A to 15I shows a cross section taken along line A-A, line B-B, line C-C, or line D-D, respectively, shown in the plan view in the upper left.

まず、図15Aに示すように、上記第1の実施の形態と同様にして、半導体基板100に素子分離層105を形成し、後段の工程でトランジスタ21を形成するアクティブ領域150を形成する。 First, as shown in FIG. 15A, an element isolation layer 105 is formed on a semiconductor substrate 100 in the same manner as in the first embodiment, and an active region 150 in which a transistor 21 will be formed in a subsequent process is formed.

次に、図15Bに示すように、上記第1の実施の形態と同様にして、ゲート絶縁膜140を堆積した後、ゲート絶縁膜140の上に、ゲート電極130を形成する。 Next, as shown in Figure 15B, a gate insulating film 140 is deposited in the same manner as in the first embodiment, and then a gate electrode 130 is formed on the gate insulating film 140.

次に、図15Cに示すように、上記第1の実施の形態と同様にして、ゲート電極130の両側面にサイドウォール絶縁膜132を形成し、半導体基板100のアクティブ領域150にソース又はドレイン領域151を形成する。 Next, as shown in FIG. 15C, in the same manner as in the first embodiment, sidewall insulating films 132 are formed on both side surfaces of the gate electrode 130, and source or drain regions 151 are formed in the active region 150 of the semiconductor substrate 100.

続いて、図15Dに示すように、上記第1の実施の形態と同様にして、トランジスタ21を埋め込むように、半導体基板100の全面に広がる平坦化膜200を形成する。 Next, as shown in Figure 15D, a planarization film 200 is formed over the entire surface of the semiconductor substrate 100, burying the transistor 21, in the same manner as in the first embodiment.

次に、図15Eに示すように、ソース又はドレイン領域151の他方、及びゲート電極130の各々と電気的に接続するコンタクト210を形成する。そののち、コンタクト210の上に第1配線層310を形成する。第1配線層310は、コンタクト210の上に第1方向に延在されることで、ビット線BLとなり得る。第1配線層310は、周辺領域におけるロジック回路を構成する配線にも適用され得る。さらに、メモリセル領域に設けられる第1配線層310は、B-B線上においてコンタクト210とキャパシタ51の下部電極511とを電気的に接続する。 Next, as shown in FIG. 15E, contacts 210 are formed to electrically connect to the other of the source or drain regions 151 and the gate electrode 130. After that, a first wiring layer 310 is formed on the contacts 210. The first wiring layer 310 can become bit lines BL by extending in the first direction on the contacts 210. The first wiring layer 310 can also be used as wiring that constitutes logic circuits in the peripheral region. Furthermore, the first wiring layer 310 provided in the memory cell region electrically connects the contacts 210 and the lower electrodes 511 of the capacitors 51 on line B-B.

次に、図15Fに示すように、平坦化膜200及び第1配線層310を覆うように第1絶縁層300を形成する。 Next, as shown in Figure 15F, a first insulating layer 300 is formed to cover the planarization film 200 and the first wiring layer 310.

具体的には、CVD等を用いて、第1配線層310を埋め込むように平坦化膜200の上にSiO膜を膜厚100nm~500nmにて堆積することで第1絶縁層300を形成する。第1絶縁層300を形成する際、例えばCMP法によって堆積したSiO膜の平坦化を行うようにしてもよい。第1絶縁層300は、SiOよりも誘電率が低い低誘電率材料(例えば、カーボンを含有するSiOC)にて形成されてもよい。なお、第1絶縁層300を形成する前に、平坦化膜200の上に、SiNxからなるライナー層を形成してもよい。例えば、ライナー層は、プラズマCVDを用いてSiNxを膜厚10nm~50nmにて堆積することで形成され得る。 Specifically, the first insulating layer 300 is formed by depositing a SiO 2 film to a thickness of 100 nm to 500 nm on the planarization film 200 using CVD or the like so as to bury the first wiring layer 310. When forming the first insulating layer 300, the deposited SiO 2 film may be planarized by, for example, CMP. The first insulating layer 300 may be formed of a low-dielectric-constant material (e.g., SiOC containing carbon) having a dielectric constant lower than that of SiO 2. Note that, before forming the first insulating layer 300, a liner layer made of SiNx may be formed on the planarization film 200. For example, the liner layer may be formed by depositing SiNx to a thickness of 10 nm to 50 nm using plasma CVD.

第1絶縁層300を形成したのち、第1配線層310の上にビアコンタクト311及び上部配線層312を形成する。具体的には、Cu等を配線材料とするダマシン構造を用いることで、ビアコンタクト311及び上部配線層312を形成することができる。なお、ビアコンタクト311及び上部配線層312は、Al等にて形成されてもよい。 After forming the first insulating layer 300, the via contact 311 and upper wiring layer 312 are formed on the first wiring layer 310. Specifically, the via contact 311 and upper wiring layer 312 can be formed by using a damascene structure with Cu or other wiring materials. Note that the via contact 311 and upper wiring layer 312 may also be formed from Al or other materials.

次に、図15Gに示すように、第1絶縁層300を覆うように第2絶縁層400を形成する。 Next, as shown in Figure 15G, a second insulating layer 400 is formed to cover the first insulating layer 300.

具体的には、CVD等を用いて、第1絶縁層300の上にSiO膜を膜厚100nm~500nmにて堆積し、第2絶縁層400を形成する。第2絶縁層400を形成する際、例えばCMP法によって堆積したSiO膜の平坦化を行うようにしてもよい。第2絶縁層400は、SiOよりも誘電率が低い低誘電率材料(例えば、カーボンを含有するSiOC)にて形成されてもよい。なお、第2絶縁層400を形成する前に、第1絶縁層300の上に、SiNxからなるライナー層を形成してもよい。例えば、ライナー層は、プラズマCVDを用いてSiNxを膜厚10nm~50nmにて堆積することで形成され得る。 Specifically, a SiO 2 film is deposited on the first insulating layer 300 using CVD or the like to a thickness of 100 nm to 500 nm, thereby forming the second insulating layer 400. When forming the second insulating layer 400, the deposited SiO 2 film may be planarized, for example, by CMP. The second insulating layer 400 may be formed of a low-dielectric-constant material (e.g., SiOC containing carbon) having a dielectric constant lower than that of SiO 2. Note that, before forming the second insulating layer 400, a liner layer made of SiNx may be formed on the first insulating layer 300. For example, the liner layer may be formed by depositing SiNx to a thickness of 10 nm to 50 nm using plasma CVD.

第2絶縁層400を形成したのち、上部配線層312の上にビアコンタクト411及び上部配線層412を形成する。具体的には、Cu等を配線材料とするダマシン構造を用いることで、ビアコンタクト411及び上部配線層412を形成することができる。なお、ビアコンタクト411及び上部配線層412は、Al等にて形成されてもよい。 After forming the second insulating layer 400, the via contact 411 and upper wiring layer 412 are formed on the upper wiring layer 312. Specifically, the via contact 411 and upper wiring layer 412 can be formed by using a damascene structure with Cu or other wiring materials. Note that the via contact 411 and upper wiring layer 412 may also be formed from Al or other materials.

次に、図15Hに示すように、メモリセル領域の第1配線層310を露出させる開口部410を形成する。 Next, as shown in Figure 15H, an opening 410 is formed to expose the first wiring layer 310 in the memory cell region.

具体的には、リソグラフィにてパターニングされたレジストをマスクとする異方性エッチングにて、第1絶縁層300及び第2絶縁層400を選択的に掘り下げることにより開口部410を形成する。まず、開口部410のうちの下部410Lを、開口部410の上部410Uよりも狭く、例えば60nmの幅にて形成する。下部410Lの形成ののち、上部410Uの形成を下部410Lの形成と同様にして行う。上部410Uの幅は、下部410Lの幅よりも広く、例えば100nm~150nmの幅にて形成する。下部410L及び上部410Uのアスペクト比がいずれも20程度以下であれば、下部410L及び上部410Uを形成するエッチング、及び後段の堆積による開口部410の埋め込みを問題なく行うことが可能である。異方性エッチングは、例えば、フルオロカーボン系のガスを用いることで行うことができる。また、上述したライナー層を用いることで、制御性良くエッチングをストップすることができる。 Specifically, the opening 410 is formed by selectively digging down the first insulating layer 300 and the second insulating layer 400 using anisotropic etching with a lithographically patterned resist as a mask. First, the lower portion 410L of the opening 410 is formed to a width of, for example, 60 nm, narrower than the upper portion 410U of the opening 410. After forming the lower portion 410L, the upper portion 410U is formed in the same manner as the lower portion 410L. The width of the upper portion 410U is wider than the width of the lower portion 410L, for example, 100 nm to 150 nm. As long as the aspect ratios of the lower portion 410L and the upper portion 410U are both approximately 20 or less, the etching to form the lower portion 410L and the upper portion 410U and the subsequent deposition to fill the opening 410 can be performed without any problems. Anisotropic etching can be performed using, for example, a fluorocarbon-based gas. Furthermore, the use of the liner layer described above allows for well-controlled etching stop.

次に、図15Iに示すように、開口部410の内部にキャパシタ51を形成する。 Next, as shown in Figure 15I, a capacitor 51 is formed inside the opening 410.

具体的には、まず、ALD、CVD、又はIMPによるスパッタを用いて、開口部410の内部形状に沿って、露出している第1配線層310の上にTiNを膜厚5nm~10nmで堆積することで下部電極511を形成する。 Specifically, first, a lower electrode 511 is formed by depositing TiN to a thickness of 5 to 10 nm on the exposed first wiring layer 310 along the internal shape of the opening 410 using ALD, CVD, or IMP sputtering.

次に、下部電極511の上に、開口部410の内部形状に沿って、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)をCVD又はALDにて膜厚3nm~10nmにて堆積し、強誘電体膜513を形成する。なお、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)は、後段にて、アニール処理が行われることで強誘電体材料に変換される。 Next, a high-dielectric material, hafnium oxide (HfOx), is deposited on the lower electrode 511 by CVD or ALD to a thickness of 3 to 10 nm, following the internal shape of the opening 410, to form a ferroelectric film 513. Note that the high-dielectric material, hafnium oxide (HfOx), is converted into a ferroelectric material by annealing in a later step.

なお、酸化ハフニウムに替えて、酸化ジルコニウム(ZrOx)又は酸化ハフニウムジルコニウム(HfZrOx)などの高誘電体材料を用いることも可能である。また、これらの高誘電体材料にランタン(La)、シリコン(Si)、又はガドリニウム(Gd)等をドープすることで強誘電体材料に変換することも可能である。 Instead of hafnium oxide, it is also possible to use high-dielectric materials such as zirconium oxide (ZrOx) or hafnium zirconium oxide (HfZrOx). Furthermore, these high-dielectric materials can be converted into ferroelectric materials by doping them with lanthanum (La), silicon (Si), gadolinium (Gd), etc.

その後、開口部410を埋め込むように、強誘電体膜513の上にCVD、ALD、又はスパッタ等を用いて、TiNを膜厚5nm~20nmで堆積することで、上部電極515を形成する。なお、上部電極515を形成する材料として、TaN等を用いることも可能である。続いて、強誘電体膜513を構成するHfOxを強誘電体材料に変換するための結晶化アニールを行う。なお、HfOxを強誘電体材料に変換する結晶化アニールは、本工程にて行ってもよく、他の工程にて行われてもよい。結晶化アニールの温度は、例えば、500℃以下の範囲、かつトランジスタ21、NiSi、及び配線などの他の構成の耐熱性の範囲であれば、任意に変更することが可能である。その後、CMP等を行うことで、第2絶縁層400の上に、過剰に堆積された強誘電体膜513及び上部電極515を除去する。これにより、キャパシタ51が形成される。 Then, TiN is deposited on the ferroelectric film 513 using CVD, ALD, sputtering, or the like to a thickness of 5 to 20 nm so as to fill the opening 410, thereby forming the upper electrode 515. Note that TaN or other materials can also be used to form the upper electrode 515. Next, crystallization annealing is performed to convert the HfOx that constitutes the ferroelectric film 513 into a ferroelectric material. Note that the crystallization annealing to convert HfOx into a ferroelectric material may be performed in this process or in another process. The crystallization annealing temperature can be changed as desired, as long as it is within the range of 500°C or less and within the heat resistance range of other components such as the transistor 21, NiSi, and wiring. Subsequently, CMP or the like is performed to remove excess ferroelectric film 513 and upper electrode 515 deposited on the second insulating layer 400. This completes the formation of the capacitor 51.

続いて、図14に示すように、第2絶縁層400を覆うように第3絶縁層600を形成する。 Next, as shown in Figure 14, a third insulating layer 600 is formed to cover the second insulating layer 400.

具体的には、CVD等を用いて、第2絶縁層400の上にSiO膜を膜厚100nm~500nmにて堆積し、第3絶縁層600を形成する。第3絶縁層600を形成する際、例えばCMP法によって堆積したSiO膜の平坦化を行うようにしてもよい。第3絶縁層600は、SiOよりも誘電率が低い低誘電率材料(例えば、カーボンを含有するSiOC)にて形成されてもよい。なお、第3絶縁層600を形成する前に、第2絶縁層400の上に、SiNxからなるライナー層を形成してもよい。例えば、ライナー層は、プラズマCVDを用いてSiNxを膜厚10nm~50nmにて堆積することで形成され得る。 Specifically, a SiO 2 film is deposited on the second insulating layer 400 using CVD or the like to a thickness of 100 nm to 500 nm to form the third insulating layer 600. When forming the third insulating layer 600, the deposited SiO 2 film may be planarized by, for example, CMP. The third insulating layer 600 may be formed of a low-dielectric-constant material (e.g., SiOC containing carbon) having a dielectric constant lower than that of SiO 2. Note that, before forming the third insulating layer 600, a liner layer made of SiNx may be formed on the second insulating layer 400. For example, the liner layer may be formed by depositing SiNx to a thickness of 10 nm to 50 nm using plasma CVD.

第3絶縁層600を形成したのち、上部電極515及び上部配線層412の各々の上にビアコンタクト611及び第2配線層612を形成する。具体的には、Cu等を配線材料とするダマシン構造を用いることで、ビアコンタクト611及び第2配線層612を形成することができる。なお、ビアコンタクト611及び第2配線層612は、Al等にて形成されてもよい。また、第2配線層612は、例えば第1方向に延在されることで、ソース線SLとなり得る。第2配線層612は、周辺領域におけるロジック回路を構成する配線にも適用され得る。 After forming the third insulating layer 600, via contacts 611 and second wiring layers 612 are formed on the upper electrodes 515 and upper wiring layers 412, respectively. Specifically, the via contacts 611 and second wiring layers 612 can be formed using a damascene structure with Cu or other wiring materials. The via contacts 611 and second wiring layers 612 may also be formed from Al or other materials. The second wiring layers 612 can also serve as source lines SL by extending in the first direction, for example. The second wiring layers 612 can also be used as wiring that constitutes logic circuits in the peripheral region.

以上の工程によれば、本実施形態に係る半導体記憶装置10Cを形成することができる。 The above steps allow the semiconductor memory device 10C according to this embodiment to be formed.

(4.3.動作例)
次に、本実施形態に係る半導体記憶装置10Cの書き込み動作及び読み出し動作について説明する。図16は、本実施形態に係る半導体記憶装置10Cをアクティブ領域150に沿って切断した断面を模式的に示す断面図である。
(4.3. Operational example)
16 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the semiconductor memory device 10C according to this embodiment taken along the active region 150. The write and read operations of the semiconductor memory device 10C according to this embodiment will now be described.

図16に示すように、半導体記憶装置10Cは、トランジスタ21と、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151のソース側に接続されたキャパシタ51とを含む。半導体記憶装置10Cは、トランジスタ21のゲート電極130に接続されたワード線WL、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151のドレイン側にコンタクト210を介して接続されたビット線BL、及びキャパシタ51に接続されたソース線SLによって駆動される。 As shown in FIG. 16, the semiconductor memory device 10C includes a transistor 21 and a capacitor 51 connected to the source side of the source or drain region 151 of the transistor 21. The semiconductor memory device 10C is driven by a word line WL connected to the gate electrode 130 of the transistor 21, a bit line BL connected to the drain side of the source or drain region 151 of the transistor 21 via a contact 210, and a source line SL connected to the capacitor 51.

半導体記憶装置10Cの書き込み動作及び読み出し動作は、上記第1の実施の形態の半導体記憶装置10の書き込み動作及び読み出し動作と同様にして行われる。したがって、先に示した表1の記載の電圧が、図16で示すSWL、SBL、SSL、Well、UWL、UBL、USLの各々に印加される。 The write and read operations of the semiconductor memory device 10C are performed in the same manner as the write and read operations of the semiconductor memory device 10 of the first embodiment described above. Therefore, the voltages listed in Table 1 above are applied to SWL, SBL, SSL, Well, UWL, UBL, and USL, respectively, as shown in FIG. 16.

なお、表1に記載のVthは、トランジスタ21のチャネルをオン状態にするための閾値電圧である。同様に、表1のVwは、キャパシタ51の分極状態を反転可能な電圧である。また、表1のSWL、SBL、及びSSLは、選択されたメモリセルのワード線WL、ビット線BL、及びソース線SLをそれぞれ示す。さらに、表1のUWL、UBL、及びUSLは、非選択のメモリセルのワード線WL、ビット線BL、及びソース線SLをそれぞれ示す。表1のWellは、半導体基板100のアクティブ領域150を示す。 Note that Vth in Table 1 is the threshold voltage for turning on the channel of transistor 21. Similarly, Vw in Table 1 is the voltage capable of reversing the polarization state of capacitor 51. Also, SWL, SBL, and SSL in Table 1 represent the word line WL, bit line BL, and source line SL of the selected memory cell, respectively. Furthermore, UWL, UBL, and USL in Table 1 represent the word line WL, bit line BL, and source line SL of the unselected memory cell, respectively. Well in Table 1 represents the active region 150 of the semiconductor substrate 100.

半導体記憶装置10Cのうちの選択したメモリセル10CCに例えば「1」の情報を書き込む場合、その選択したメモリセル10CCに接続するワード線WLにVw+Vthを印加し、ビット線BLにVwを印加し、ソース線SLは0Vとし、半導体基板100のアクティブ領域150は0Vとする。また、半導体記憶装置10Cの非選択のメモリセル10CCに接続するワード線WL、ビット線BL及びソース線SLは、それぞれ0Vとする。 When writing information such as "1" to a selected memory cell 10CC of the semiconductor memory device 10C, Vw+Vth is applied to the word line WL connected to the selected memory cell 10CC, Vw is applied to the bit line BL, 0V is applied to the source line SL, and 0V is applied to the active region 150 of the semiconductor substrate 100. Furthermore, the word line WL, bit line BL, and source line SL connected to unselected memory cells 10CC of the semiconductor memory device 10C are each set to 0V.

また、半導体記憶装置10Cのうちの選択したメモリセル10CCに「0」の情報を書き込む場合、その選択したメモリセル10CCに接続するワード線WLにVw+Vthを印加し、ソース線SLにVwを印加する。ビット線BLは0Vとし、半導体基板100のアクティブ領域150は0Vとする。また、半導体記憶装置10Cの非選択のメモリセル10CCに接続するワード線WL、ビット線BL及びソース線SLは、それぞれ0Vとする。 When writing information "0" to a selected memory cell 10CC of the semiconductor memory device 10C, Vw+Vth is applied to the word line WL connected to the selected memory cell 10CC, and Vw is applied to the source line SL. The bit line BL is set to 0V, and the active region 150 of the semiconductor substrate 100 is set to 0V. The word line WL, bit line BL, and source line SL connected to unselected memory cells 10CC of the semiconductor memory device 10C are each set to 0V.

半導体記憶装置10Cのメモリセル10CCからの情報の読み出しは、例えば、書き込む前に記憶された情報(「0」又は「1」)に基づいて、メモリセル10CCに所定の情報(例えば、「1」)を書き込む際に生じる変位電流が変化することを利用して行われる。詳細は、半導体記憶装置10のメモリセルからの情報の読み出しと同様である。 Reading information from memory cell 10CC of semiconductor memory device 10C is performed, for example, by utilizing the change in displacement current that occurs when writing predetermined information (e.g., "1") to memory cell 10CC, based on the information ("0" or "1") stored before writing. The details are the same as for reading information from memory cells of semiconductor memory device 10.

<5.第5の実施形態>
(5.1.構成例)
続いて、図17を参照して、本開示の第5の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図17は、本実施形態に係る半導体記憶装置10Dの平面構成及び断面構成を示す模式図である。
5. Fifth embodiment
(5.1. Configuration example)
Next, a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 17. Fig. 17 is a schematic diagram showing the planar configuration and cross-sectional configuration of a semiconductor memory device 10D according to this embodiment.

なお、図17の左上の平面図では、各構成の配置を明確にするために、半導体基板100の全面に広がって形成される平坦化膜200、及び第1~3絶縁層300,400,600の記載は省略している。図17の断面図の各々は、左上の平面図に記載されたB-B線、C-C線、又はD-D線でそれぞれ切断した断面を示す。なお、B-B線及びC-C線は半導体記憶装置10Dのうちのメモリセル10DDの断面構成を表し、D-D線は半導体記憶装置10Dのうちの周辺領域の断面構成を表している。ここでいうメモリセル10DDは、後述するキャパシタ71が設けられている領域をいう。また、周辺領域は、メモリセル10DDが複数設けられたメモリセル領域の周辺の領域をいう。半導体記憶装置10Dの周辺領域には、例えばロジック回路が設けられている。 In the plan view at the upper left of Figure 17, the planarization film 200 formed over the entire surface of the semiconductor substrate 100 and the first to third insulating layers 300, 400, and 600 are omitted to clarify the arrangement of each component. Each cross-sectional view in Figure 17 shows a cross section taken along line B-B, line C-C, or line D-D, respectively, shown in the plan view at the upper left. Note that line B-B and line C-C represent the cross-sectional configuration of memory cell 10DD in semiconductor memory device 10D, and line D-D represents the cross-sectional configuration of the peripheral region of semiconductor memory device 10D. Memory cell 10DD here refers to the region in which capacitor 71, described below, is provided. The peripheral region refers to the region surrounding the memory cell region in which multiple memory cells 10DD are provided. The peripheral region of semiconductor memory device 10D may include, for example, a logic circuit.

図17に示すように、第5の実施形態に係る半導体記憶装置10Dは、キャパシタ51の代わりにキャパシタ71を有する点が第4の実施の形態に係る半導体記憶装置10Cと異なる。以下、上記第4の実施の形態の半導体記憶装置10Cと実質的に同じ構成要素については同じ符号を用い、適宜その説明を省略する。 As shown in FIG. 17, the semiconductor memory device 10D according to the fifth embodiment differs from the semiconductor memory device 10C according to the fourth embodiment in that it has a capacitor 71 instead of capacitor 51. Below, components that are substantially the same as those in the semiconductor memory device 10C according to the fourth embodiment will be designated by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted where appropriate.

半導体記憶装置10Dは、情報を記憶するキャパシタ71と、キャパシタ71の選択及び非選択を制御するトランジスタ21とを備えるFeRAMである。 The semiconductor memory device 10D is an FeRAM that includes a capacitor 71 that stores information and a transistor 21 that controls the selection and deselection of the capacitor 71.

キャパシタ71は、キャパシタ51と同様、開口部410を埋めるように設けられている。キャパシタ71は、開口部410の内面に沿って設けられた下部電極711と、開口部410に沿って下部電極711の上に設けられた強誘電体膜713と、強誘電体膜713の上に設けられた上部電極715とを含んで構成される。下部電極711は、第1配線層310などを介して、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151(例えば、ソース)と電気的に接続している。上部電極715は、ソース線SLとしての第2配線層612と電気的に接続する。 Like capacitor 51, capacitor 71 is provided to fill opening 410. Capacitor 71 is composed of a lower electrode 711 provided along the inner surface of opening 410, a ferroelectric film 713 provided on lower electrode 711 along opening 410, and an upper electrode 715 provided on ferroelectric film 713. The lower electrode 711 is electrically connected to the source or drain region 151 (e.g., the source) of transistor 21 via the first wiring layer 310 or the like. The upper electrode 715 is electrically connected to the second wiring layer 612 serving as source line SL.

上記第3の実施の形態の半導体記憶装置10Cでは、下部電極511の上端部が第2絶縁層400の上面、すなわち、半導体基板100と反対側の面に達している。これに対し、本実施の形態の半導体記憶装置10Dでは、下部電極711の上端部が第2絶縁層400の上面よりも下方に後退した位置にある。また、上記第3の実施の形態の半導体記憶装置10Cでは、上部電極515の主面100Sに沿った外縁は、開口部410の内縁から内側に後退した位置にある。よって、上部電極515の主面100Sに沿った面積は、開口部410の主面100Sに沿った面積よりも小さい。これに対し、本実施の形態の半導体記憶装置10Dでは、半導体基板100の主面100Sに沿った面内方向において、上部電極715の外縁が開口部410の内縁に接するまで広がっている。すなわち、半導体基板100の主面100Sに沿った面内方向において、上部電極715の形状および面積は、開口部410の形状および面積と実質的に同じである。したがって、上部電極715の主面100Sに沿った面積は、下部電極711の主面100Sに沿った面積と実質的に等しい。 In the semiconductor memory device 10C of the third embodiment described above, the upper end of the lower electrode 511 reaches the upper surface of the second insulating layer 400, i.e., the surface opposite the semiconductor substrate 100. In contrast, in the semiconductor memory device 10D of the present embodiment, the upper end of the lower electrode 711 is located below the upper surface of the second insulating layer 400. Also, in the semiconductor memory device 10C of the third embodiment described above, the outer edge of the upper electrode 515 along the main surface 100S is located in a position recessed inward from the inner edge of the opening 410. Therefore, the area of the upper electrode 515 along the main surface 100S is smaller than the area of the opening 410 along the main surface 100S. In contrast, in the semiconductor memory device 10D of the present embodiment, the outer edge of the upper electrode 715 extends in the in-plane direction along the main surface 100S of the semiconductor substrate 100 until it contacts the inner edge of the opening 410. That is, in the in-plane direction along the main surface 100S of the semiconductor substrate 100, the shape and area of the upper electrode 715 are substantially the same as the shape and area of the opening 410. Therefore, the area of the upper electrode 715 along the main surface 100S is substantially equal to the area of the lower electrode 711 along the main surface 100S.

上記の構造を有する半導体記憶装置10Dでは、半導体記憶装置10Cと同様、第1配線層310から見てトランジスタ21と反対側にキャパシタ71を設けるようにしている。このため、例えば第1配線層310同士の隙間にキャパシタを設けるようにした場合と比較してキャパシタ71の面積及び厚さを大きくすることができる。すなわち、キャパシタ71の容量を大きくすることができる。したがって、半導体記憶装置10Dによれば、その動作に十分なマージンを有する信号を確保できる。また、キャパシタ71の平面形状の設計上の自由度が向上する。 In the semiconductor memory device 10D having the above structure, similar to the semiconductor memory device 10C, the capacitor 71 is provided on the opposite side of the first wiring layer 310 from the transistor 21. This allows the area and thickness of the capacitor 71 to be larger than when, for example, a capacitor is provided in the gap between the first wiring layers 310. In other words, the capacitance of the capacitor 71 can be increased. Therefore, the semiconductor memory device 10D can ensure a signal with a sufficient margin for its operation. In addition, the degree of freedom in designing the planar shape of the capacitor 71 is improved.

さらに、半導体記憶装置10Dでは、上部電極715の主面100Sに沿った面積を下部電極711の主面100Sに沿った面積と実質的に等しくなるようにしている。このため、半導体記憶装置10Cと比較して、例えば製造プロセスにおいて、上部電極715に接続されるビアコンタクト611を形成する際、上部電極715とビアコンタクト611との位置合わせが容易となる。よって、製造上の歩留まりを向上させることができる。 Furthermore, in the semiconductor memory device 10D, the area of the upper electrode 715 along the main surface 100S is made substantially equal to the area of the lower electrode 711 along the main surface 100S. Therefore, compared to the semiconductor memory device 10C, for example, during the manufacturing process, when forming the via contact 611 connected to the upper electrode 715, it is easier to align the upper electrode 715 with the via contact 611. This can improve manufacturing yield.

(5.2.製造方法)
続いて、図18A~図18Cを参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10Dの製造方法について説明する。図18A~図18Cは、半導体記憶装置10Dの製造方法の一工程を説明する模式図である。
(5.2. Manufacturing method)
18A to 18C, a method for manufacturing the semiconductor memory device 10D according to this embodiment will be described. Figures 18A to 18C are schematic views illustrating one step in the method for manufacturing the semiconductor memory device 10D.

なお、図18A~図18Cにおいても、図17と同様に、半導体基板100の全面に広がって設けられた層の記載は省略している。また、図18A~図18Cの断面図の各々は、左上の平面図に記載されたB-B線、C-C線又はD-D線でそれぞれ切断した断面を示す。 As with FIG. 17, layers extending over the entire surface of semiconductor substrate 100 are omitted from FIGS. 18A to 18C. Each of the cross-sectional views in FIGS. 18A to 18C shows a cross section taken along line B-B, line C-C, or line D-D, respectively, shown in the plan view in the upper left.

まず、上記第4の実施の形態の図15A~15Hに示した工程と同様にして、開口部410を形成する。次に、図18Aに示すように、開口部410の内部に下部電極膜711Zを形成する。具体的には、ALD、CVD、又はIMPによるスパッタを用いて、開口部410の内部形状に沿って、露出している第1配線層310の上にTiNを膜厚5nm~10nmで堆積することで下部電極膜711Zを形成する。 First, the opening 410 is formed using the same process as shown in Figures 15A to 15H of the fourth embodiment. Next, as shown in Figure 18A, a bottom electrode film 711Z is formed inside the opening 410. Specifically, the bottom electrode film 711Z is formed by depositing TiN to a thickness of 5 to 10 nm on the exposed first wiring layer 310 along the internal shape of the opening 410 using sputtering by ALD, CVD, or IMP.

そののち、図18Bに示すように、下部電極711を形成する。具体的には、堆積した下部電極膜711Zの上にレジストを塗布し、そのレジスト及び下部電極膜711Zが同程度の選択比となる条件でエッチバックを行う。そうすることで、下部電極膜711Zの上端部を第2絶縁層400の上面から後退させる。これにより、開口部410の底部及び側面を覆いつつ、上端部が第2絶縁層400の上面から後退した下部電極711を得る。 Then, as shown in FIG. 18B, the lower electrode 711 is formed. Specifically, a resist is applied onto the deposited lower electrode film 711Z, and etch-back is performed under conditions that result in similar selectivity between the resist and the lower electrode film 711Z. This causes the upper end of the lower electrode film 711Z to be recessed from the upper surface of the second insulating layer 400. This results in a lower electrode 711 that covers the bottom and side surfaces of the opening 410 and whose upper end is recessed from the upper surface of the second insulating layer 400.

次に、図18Cに示すように、下部電極711の上に、開口部410の内部形状に沿って、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)をCVD又はALDにて膜厚3nm~10nmにて堆積し、強誘電体膜713を形成する。なお、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)は、後段にて、アニール処理が行われることで強誘電体材料に変換される。 Next, as shown in FIG. 18C, hafnium oxide (HfOx), a high-dielectric material, is deposited on the lower electrode 711 by CVD or ALD to a thickness of 3 to 10 nm along the internal shape of the opening 410, forming a ferroelectric film 713. Note that the high-dielectric material hafnium oxide (HfOx) is converted into a ferroelectric material by annealing in a subsequent step.

なお、酸化ハフニウムに替えて、酸化ジルコニウム(ZrOx)又は酸化ハフニウムジルコニウム(HfZrOx)などの高誘電体材料を用いることも可能である。また、これらの高誘電体材料にランタン(La)、シリコン(Si)、又はガドリニウム(Gd)等をドープすることで強誘電体材料に変換することも可能である。 Instead of hafnium oxide, it is also possible to use high-dielectric materials such as zirconium oxide (ZrOx) or hafnium zirconium oxide (HfZrOx). Furthermore, these high-dielectric materials can be converted into ferroelectric materials by doping them with lanthanum (La), silicon (Si), gadolinium (Gd), etc.

その後、開口部410を埋め込むように、強誘電体膜713の上にCVD、ALD、又はスパッタ等を用いて、TiNを膜厚5nm~20nmで堆積することで、上部電極715を形成する。なお、上部電極715を形成する材料として、TaN等を用いることも可能である。続いて、強誘電体膜713を構成するHfOxを強誘電体材料に変換するための結晶化アニールを行う。なお、HfOxを強誘電体材料に変換する結晶化アニールは、本工程にて行ってもよく、他の工程にて行われてもよい。結晶化アニールの温度は、例えば、500℃以下の範囲、かつトランジスタ21、NiSi、及び配線などの他の構成の耐熱性の範囲であれば、任意に変更することが可能である。その後、CMP等を行うことで、第2絶縁層400の上に、過剰に堆積された強誘電体膜713及び上部電極715を除去する。これにより、キャパシタ71が形成される。 Then, TiN is deposited on the ferroelectric film 713 using CVD, ALD, sputtering, or the like to a thickness of 5 to 20 nm so as to fill the opening 410, thereby forming the upper electrode 715. Note that TaN or other materials can also be used to form the upper electrode 715. Next, crystallization annealing is performed to convert the HfOx that constitutes the ferroelectric film 713 into a ferroelectric material. Note that the crystallization annealing to convert HfOx into a ferroelectric material may be performed in this process or in another process. The crystallization annealing temperature can be changed as desired, as long as it is within the range of 500°C or less and within the heat resistance range of other components such as the transistor 21, NiSi, and wiring. Subsequently, CMP or the like is performed to remove excess ferroelectric film 713 and upper electrode 715 deposited on the second insulating layer 400. This completes the formation of the capacitor 71.

続いて、図17に示すように、第2絶縁層400を覆うように第3絶縁層600を形成する。 Next, as shown in Figure 17, a third insulating layer 600 is formed to cover the second insulating layer 400.

第3絶縁層600を形成したのち、上部電極715及び上部配線層412の上にビアコンタクト611及び第2配線層612を形成する。具体的には、Cu等を配線材料とするダマシン構造を用いることで、ビアコンタクト611及び第2配線層612を形成することができる。なお、ビアコンタクト611及び第2配線層612は、Al等にて形成されてもよい。また、第2配線層612は、例えば第1方向に延在されることで、ソース線SLとなり得る。第2配線層612は、周辺領域におけるロジック回路を構成する配線にも適用され得る。 After forming the third insulating layer 600, the via contact 611 and second wiring layer 612 are formed on the upper electrode 715 and upper wiring layer 412. Specifically, the via contact 611 and second wiring layer 612 can be formed using a damascene structure with Cu or other wiring materials. The via contact 611 and second wiring layer 612 may also be formed from Al or other materials. The second wiring layer 612 can also serve as a source line SL by extending in the first direction, for example. The second wiring layer 612 can also be used as wiring that constitutes the logic circuit in the peripheral region.

以上の工程によれば、本実施形態に係る半導体記憶装置10Dを形成することができる。 The above steps allow the semiconductor memory device 10D according to this embodiment to be formed.

<6.第6の実施形態>
(6.1.構成例)
続いて、図19を参照して、本開示の第6の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図19は、本実施形態に係る半導体記憶装置10Eの平面構成及び断面構成を示す模式図である。
6. Sixth Embodiment
(6.1. Configuration example)
Next, a semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 19. Fig. 19 is a schematic diagram showing the planar configuration and cross-sectional configuration of a semiconductor memory device 10E according to this embodiment.

なお、図19の左上の平面図では、各構成の配置を明確にするために、半導体基板100の全面に広がって形成される平坦化膜200、及び第1~3絶縁層300,400,600の記載は省略している。図19の断面図の各々は、左上の平面図に記載されたB-B線、C-C線、又はD-D線でそれぞれ切断した断面を示す。なお、B-B線及びC-C線は半導体記憶装置10Eのうちのメモリセル10EEの断面構成を表し、D-D線は半導体記憶装置10Eのうちの周辺領域の断面構成を表している。ここでいうメモリセル10EEは、後述するキャパシタ81が設けられている領域をいう。また、周辺領域は、メモリセル10EEが複数設けられたメモリセル領域の周辺の領域をいう。半導体記憶装置10Eの周辺領域には、例えばロジック回路が設けられている。 In the plan view at the top left of Figure 19, the planarization film 200 formed over the entire surface of the semiconductor substrate 100 and the first to third insulating layers 300, 400, and 600 are omitted to clarify the arrangement of each component. Each cross-sectional view in Figure 19 shows a cross section taken along line B-B, line C-C, or line D-D, respectively, shown in the plan view at the top left. Note that line B-B and line C-C represent the cross-sectional configuration of memory cell 10EE of semiconductor memory device 10E, and line D-D represents the cross-sectional configuration of the peripheral region of semiconductor memory device 10E. Memory cell 10EE here refers to the region in which capacitor 81, described below, is provided. The peripheral region refers to the region surrounding the memory cell region in which multiple memory cells 10EE are provided. Logic circuits, for example, are provided in the peripheral region of semiconductor memory device 10E.

図19に示すように、第6の実施形態に係る半導体記憶装置10Eは、キャパシタ71の代わりにキャパシタ81を有する点が第4の実施の形態に係る半導体記憶装置10Dと異なる。以下、上記第4の実施の形態の半導体記憶装置10Dと実質的に同じ構成要素については同じ符号を用い、適宜その説明を省略する。 As shown in FIG. 19, the semiconductor memory device 10E according to the sixth embodiment differs from the semiconductor memory device 10D according to the fourth embodiment in that it has a capacitor 81 instead of capacitor 71. Below, components that are substantially the same as those in the semiconductor memory device 10D according to the fourth embodiment will be designated by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted where appropriate.

半導体記憶装置10Eは、情報を記憶するキャパシタ81と、キャパシタ81の選択及び非選択を制御するトランジスタ21とを備えるFeRAMである。 The semiconductor memory device 10E is an FeRAM that includes a capacitor 81 that stores information and a transistor 21 that controls the selection and deselection of the capacitor 81.

キャパシタ81は、キャパシタ71と同様、開口部410を埋めるように設けられている。キャパシタ81は、開口部410の内面に沿って設けられた下部電極811と、開口部410に沿って下部電極811の上に設けられた強誘電体膜813と、強誘電体膜813の上に設けられた上部電極815とを含んで構成される。下部電極811は、第1配線層310などを介して、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151(例えば、ソース)と電気的に接続している。上部電極815は、ソース線SLとしての第2配線層612と電気的に接続する。 Like capacitor 71, capacitor 81 is provided to fill opening 410. Capacitor 81 is composed of a lower electrode 811 provided along the inner surface of opening 410, a ferroelectric film 813 provided on lower electrode 811 along opening 410, and an upper electrode 815 provided on ferroelectric film 813. The lower electrode 811 is electrically connected to the source or drain region 151 (e.g., the source) of transistor 21 via the first wiring layer 310 or the like. The upper electrode 815 is electrically connected to the second wiring layer 612 serving as source line SL.

上記第4の実施の形態の半導体記憶装置10Dでは、上部電極715の上面が第2絶縁層400の上面と実質的に一致している。これに対し、本実施の形態の半導体記憶装置10Eでは、上部電極815が第2絶縁層400の上面よりも上方、すなわち、半導体基板100と反対側へ突出している。このため、キャパシタ81を形成する形成方法の選択肢が増加する。よって、適切な形成方法を選択することにより、製造上の歩留まりを向上させることができる。 In the semiconductor memory device 10D of the fourth embodiment described above, the upper surface of the upper electrode 715 is substantially flush with the upper surface of the second insulating layer 400. In contrast, in the semiconductor memory device 10E of this embodiment, the upper electrode 815 protrudes above the upper surface of the second insulating layer 400, i.e., toward the side opposite the semiconductor substrate 100. This increases the options for forming the capacitor 81. Therefore, by selecting an appropriate forming method, it is possible to improve manufacturing yield.

上記の構造を有する半導体記憶装置10Eでは、半導体記憶装置10Dのキャパシタ71の容量と比較して、キャパシタ81の容量を大きくすることができる。したがって、半導体記憶装置10Eによれば、その動作に十分なマージンを有する信号を確保できる。なお、図19の半導体記憶装置10Eでは、上部電極815の主面100Sに沿った面積が下部電極811の主面100Sに沿った面積と実質的に等しい場合を例示しているが、上部電極815の主面100Sに沿った面積が下部電極811の主面100Sに沿った面積よりも大きくすることもできる。 In the semiconductor memory device 10E having the above structure, the capacitance of capacitor 81 can be made larger than the capacitance of capacitor 71 in the semiconductor memory device 10D. Therefore, the semiconductor memory device 10E can ensure a signal with a sufficient margin for its operation. Note that while the semiconductor memory device 10E in Figure 19 illustrates a case in which the area of the upper electrode 815 along the main surface 100S is substantially equal to the area of the lower electrode 811 along the main surface 100S, the area of the upper electrode 815 along the main surface 100S can also be made larger than the area of the lower electrode 811 along the main surface 100S.

(6.2.製造方法)
続いて、図20A及び図20Bを参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10Eの製造方法について説明する。図20A及び図20Bは、半導体記憶装置10Eの製造方法の一工程を説明する模式図である。
(6.2. Manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the semiconductor memory device 10E according to this embodiment will be described with reference to Figures 20A and 20B. Figures 20A and 20B are schematic views illustrating one step in the method for manufacturing the semiconductor memory device 10E.

なお、図20A及び図20Bにおいても、図19と同様に、半導体基板100の全面に広がって設けられた層の記載は省略している。また、図20A及び図20Bの断面図の各々は、左上の平面図に記載されたB-B線、C-C線又はD-D線でそれぞれ切断した断面を示す。 As with FIG. 19, layers extending over the entire surface of the semiconductor substrate 100 are omitted in FIGS. 20A and 20B. The cross-sectional views in FIGS. 20A and 20B each show a cross section taken along line B-B, line C-C, or line D-D, respectively, shown in the plan view in the upper left.

まず、上記第4の実施の形態の図15A~15Hに示した工程と同様にして、開口部410を形成する。 First, the opening 410 is formed using the same process as shown in Figures 15A to 15H of the fourth embodiment.

次に、図20Aに示すように、開口部410の内部及び第2絶縁層400の上面を全面的に覆うように下部電極膜811Zを形成する。具体的には、ALD、CVD、又はIMPによるスパッタを用いて、開口部410の内部形状に沿って、露出している第1配線層310の上にTiNを膜厚5nm~10nmで堆積することで下部電極膜811Zを形成する。下部電極膜811Zは、第2絶縁層400の上面をも覆うように一様に形成される。 Next, as shown in FIG. 20A, a bottom electrode film 811Z is formed to completely cover the inside of the opening 410 and the top surface of the second insulating layer 400. Specifically, the bottom electrode film 811Z is formed by depositing TiN to a thickness of 5 to 10 nm on the exposed first wiring layer 310 along the internal shape of the opening 410 using ALD, CVD, or IMP sputtering. The bottom electrode film 811Z is formed uniformly to also cover the top surface of the second insulating layer 400.

続いて、下部電極膜811Zの上に、開口部410の内部形状に沿って、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)をCVD又はALDにて膜厚3nm~10nmにて堆積し、強誘電体膜813Zを形成する。なお、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)は、後段にて、アニール処理が行われることで強誘電体材料に変換される。強誘電体膜813Zは、第2絶縁層400の上面を覆う下部電極膜811Zをも覆うように一様に形成される。 Next, a high-dielectric material, hafnium oxide (HfOx), is deposited on the lower electrode film 811Z by CVD or ALD to a thickness of 3 to 10 nm along the internal shape of the opening 410, forming a ferroelectric film 813Z. Note that the high-dielectric material, hafnium oxide (HfOx), is converted into a ferroelectric material by annealing in a subsequent step. The ferroelectric film 813Z is formed uniformly so as to also cover the lower electrode film 811Z, which covers the upper surface of the second insulating layer 400.

その後、開口部410を埋め込むように、強誘電体膜813Zの上にCVD、ALD、又はスパッタ等を用いて、TiNを膜厚5nm~20nmで堆積することで、上部電極膜815Zを形成する。なお、上部電極膜815Zを形成する材料として、TaN等を用いることも可能である。続いて、強誘電体膜813Zを構成するHfOxを強誘電体材料に変換するための結晶化アニールを行う。なお、HfOxを強誘電体材料に変換する結晶化アニールは、本工程にて行ってもよく、他の工程にて行われてもよい。結晶化アニールの温度は、例えば、500℃以下の範囲、かつトランジスタ21、NiSi、及び配線などの他の構成の耐熱性の範囲であれば、任意に変更することが可能である。 Then, TiN is deposited on the ferroelectric film 813Z using CVD, ALD, sputtering, or the like to a thickness of 5 to 20 nm so as to fill the opening 410, thereby forming the upper electrode film 815Z. Note that TaN or the like can also be used as a material for forming the upper electrode film 815Z. Next, crystallization annealing is performed to convert the HfOx that constitutes the ferroelectric film 813Z into a ferroelectric material. Note that the crystallization annealing to convert HfOx into a ferroelectric material may be performed in this process or in another process. The crystallization annealing temperature can be changed as desired, as long as it is within the range of 500°C or less and within the heat resistance range of other components such as the transistor 21, NiSi, and wiring.

そののち、例えばリソグラフィにてパターニングされたレジストをマスクとして用い、上部電極膜815Z,強誘電体膜813Z,下部電極膜811Zの順に異方性エッチングを行う。これにより、例えば図20Bに示すように、上部電極815,強誘電体膜813,及び下部電極811を有するキャパシタ81を複数形成する。異方性エッチングとしては、ドライエッチング及びウェットエッチングのいずれをも用いることができる。 After that, using a resist patterned by lithography as a mask, anisotropic etching is performed on the upper electrode film 815Z, the ferroelectric film 813Z, and the lower electrode film 811Z in that order. This forms a plurality of capacitors 81 each having an upper electrode 815, a ferroelectric film 813, and a lower electrode 811, as shown in FIG. 20B, for example. Either dry etching or wet etching can be used for the anisotropic etching.

<7.第7の実施形態>
(7.1.構成例)
続いて、図21を参照して、本開示の第7の実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図21は、本実施形態に係る半導体記憶装置10Fの平面構成及び断面構成を示す模式図である。
7. Seventh embodiment
(7.1. Configuration example)
Next, a semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 21. Fig. 21 is a schematic diagram showing the planar configuration and cross-sectional configuration of a semiconductor memory device 10F according to this embodiment.

なお、図21の左上の平面図では、各構成の配置を明確にするために、半導体基板100の全面に広がって形成される平坦化膜200、及び第1~3絶縁層300,400,600の記載は省略している。図21の断面図の各々は、左上の平面図に記載されたB-B線、C-C線、又はD-D線でそれぞれ切断した断面を示す。なお、B-B線及びC-C線は半導体記憶装置10Fのうちのメモリセル10FFの断面構成を表し、D-D線は半導体記憶装置10Fのうちの周辺領域の断面構成を表している。ここでいうメモリセル10FFは、後述するキャパシタ91が設けられている領域をいう。また、周辺領域は、メモリセル10FFが複数設けられたメモリセル領域の周辺の領域をいう。半導体記憶装置10Fの周辺領域には、例えばロジック回路が設けられている。 In the plan view at the top left of Figure 21, the planarization film 200 formed over the entire surface of the semiconductor substrate 100 and the first to third insulating layers 300, 400, and 600 are omitted to clarify the arrangement of each component. Each cross-sectional view in Figure 21 shows a cross section taken along line B-B, line C-C, or line D-D, respectively, shown in the plan view at the top left. Note that lines B-B and C-C represent the cross-sectional configuration of memory cell 10FF of semiconductor memory device 10F, and line D-D represents the cross-sectional configuration of the peripheral region of semiconductor memory device 10F. Memory cell 10FF here refers to the region in which capacitor 91, described below, is provided. The peripheral region refers to the region surrounding the memory cell region in which multiple memory cells 10FF are provided. Logic circuits, for example, are provided in the peripheral region of semiconductor memory device 10F.

図21に示すように、第7の実施形態に係る半導体記憶装置10Fは、キャパシタ51の代わりにキャパシタ91を有する点が第4の実施の形態に係る半導体記憶装置10Cと異なる。以下、上記第4の実施の形態の半導体記憶装置10Cと実質的に同じ構成要素については同じ符号を用い、適宜その説明を省略する。 As shown in FIG. 21, the semiconductor memory device 10F according to the seventh embodiment differs from the semiconductor memory device 10C according to the fourth embodiment in that it has a capacitor 91 instead of capacitor 51. Below, components that are substantially the same as those in the semiconductor memory device 10C according to the fourth embodiment will be designated by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted where appropriate.

半導体記憶装置10Fは、情報を記憶するキャパシタ91と、キャパシタ91の選択及び非選択を制御するトランジスタ21とを備えるFeRAMである。 The semiconductor memory device 10F is an FeRAM that includes a capacitor 91 that stores information and a transistor 21 that controls the selection and deselection of the capacitor 91.

キャパシタ91は、開口部420を埋めるように設けられている。但し、開口部420は、開口部410と異なり、第2絶縁層400のみを貫通するように設けられている。キャパシタ91は、開口部420の内面に沿って設けられた下部電極911と、開口部420に沿って下部電極911の上に設けられた強誘電体膜913と、強誘電体膜913の上に設けられた上部電極915とを含んで構成される。下部電極911の下層には上部配線層313が設けられている。上部配線層313は第1絶縁層300の上面に露出しており、下部電極911の下面と電気的に接続されている。上部配線層313の主面100Sに沿った面積は、例えば下部電極911の主面100Sに沿った面積と同等以上である。上部配線層313の下層には、ビアコンタクト311が設けられている。ビアコンタクト311は、上部配線層313と第1配線層310とを電気的に接続している。したがって、下部電極911は、第1配線層310などを介して、トランジスタ21のソース又はドレイン領域151(例えば、ソース)と電気的に接続している。上部電極915は、ソース線SLとしての第2配線層612と電気的に接続する。 The capacitor 91 is provided to fill the opening 420. However, unlike the opening 410, the opening 420 is provided to penetrate only the second insulating layer 400. The capacitor 91 includes a lower electrode 911 provided along the inner surface of the opening 420, a ferroelectric film 913 provided on the lower electrode 911 along the opening 420, and an upper electrode 915 provided on the ferroelectric film 913. An upper wiring layer 313 is provided below the lower electrode 911. The upper wiring layer 313 is exposed on the upper surface of the first insulating layer 300 and is electrically connected to the lower surface of the lower electrode 911. The area of the upper wiring layer 313 along the main surface 100S is equal to or greater than the area of the lower electrode 911 along the main surface 100S. A via contact 311 is provided below the upper wiring layer 313. The via contact 311 electrically connects the upper wiring layer 313 to the first wiring layer 310. Therefore, the lower electrode 911 is electrically connected to the source or drain region 151 (e.g., the source) of the transistor 21 via the first wiring layer 310, etc. The upper electrode 915 is electrically connected to the second wiring layer 612 as the source line SL.

本実施の形態の半導体記憶装置10Fでは、第1配線層310の面積よりも大きな面積を有する上部配線層313を介して下部電極911とトランジスタ21のソース又はドレイン領域151(例えば、ソース)と電気的に接続するようにしている。このため、下部電極911と第1配線層310との位置合わせが容易となる。よって、製造上の歩留まりを向上させることができる。また、第2絶縁層400のみを貫く開口部420のみを充填するようにキャパシタ91を設けるようにしたので、比較的小さな面積の下部410Lと比較的大きな面積の上部410Uとを含む開口部410を形成する場合と比べて、製造工程を簡略化できる。さらに、キャパシタ91の下部電極911が、ビット線としての第1配線層310と直接接続されるのではなく、第1配線層310の上層である上部配線層313と接するようになっている。仮に、キャパシタ91の下部電極911を、レイアウト上の制約事項が多い第1配線層310と直接接触させる場合には、キャパシタ91を形成するにあたり例えば2回のフォトリソグラフィが必要となる。ところが、下部電極911が上部配線層313と接するように、下部電極911を形成する場合には、1回のフォトリソグラフィによりキャパシタ91を形成できる。第1配線層310に比べて上部配線層313ではレイアウト上の制約事項が少ないからである。よって、製造工程の簡素化される。 In the semiconductor memory device 10F of this embodiment, the lower electrode 911 is electrically connected to the source or drain region 151 (e.g., the source) of the transistor 21 via an upper wiring layer 313 having a larger area than the first wiring layer 310. This facilitates alignment of the lower electrode 911 with the first wiring layer 310, thereby improving manufacturing yield. Furthermore, since the capacitor 91 is provided so as to fill only the opening 420 that penetrates only the second insulating layer 400, the manufacturing process can be simplified compared to forming an opening 410 that includes a lower portion 410L having a relatively small area and an upper portion 410U having a relatively large area. Furthermore, the lower electrode 911 of the capacitor 91 is not directly connected to the first wiring layer 310 serving as a bit line, but is instead in contact with the upper wiring layer 313, which is the layer above the first wiring layer 310. If the lower electrode 911 of the capacitor 91 were to be in direct contact with the first wiring layer 310, which has many layout constraints, forming the capacitor 91 would require, for example, two photolithography steps. However, if the lower electrode 911 is formed so that it contacts the upper wiring layer 313, the capacitor 91 can be formed with a single photolithography step. This is because there are fewer layout constraints on the upper wiring layer 313 than on the first wiring layer 310. This simplifies the manufacturing process.

(7.2.製造方法)
続いて、図22A~図22Dを参照して、本実施形態に係る半導体記憶装置10Fの製造方法について説明する。図22A~図22Dは、半導体記憶装置10Fの製造方法の一工程を説明する模式図である。
(7.2. Manufacturing method)
22A to 22D, a method for manufacturing the semiconductor memory device 10F according to this embodiment will be described. Figures 22A to 22D are schematic views illustrating one step in the method for manufacturing the semiconductor memory device 10F.

なお、図22A~図22Dにおいても、図21と同様に、半導体基板100の全面に広がって設けられた層の記載は省略している。また、図22A~図22Dの断面図の各々は、左上の平面図に記載されたB-B線、C-C線又はD-D線でそれぞれ切断した断面を示す。 As with FIG. 21, layers extending over the entire surface of semiconductor substrate 100 are omitted from FIGS. 22A to 22D. Each of the cross-sectional views in FIGS. 22A to 22D shows a cross section taken along line B-B, line C-C, or line D-D, respectively, shown in the plan view in the upper left.

まず、上記第4の実施の形態の図15A~15Fに示した工程と同様にして、第1絶縁層300を形成する。第1絶縁層300を形成したのち、図22Aに示すように、周辺領域の第1配線層310の上にビアコンタクト311と上部配線層312とを順次形成する。また、メモリセル領域の第1配線層310の上には、ビアコンタクト311と上部配線層313とを順次形成する。具体的には、Cu等を配線材料とするダマシン構造を用いることで、ビアコンタクト311及び上部配線層312,313を形成することができる。なお、ビアコンタクト311及び上部配線層312,313は、Al等にて形成されてもよい。 First, a first insulating layer 300 is formed using the same process as shown in Figures 15A to 15F of the fourth embodiment. After the first insulating layer 300 is formed, as shown in Figure 22A, a via contact 311 and an upper wiring layer 312 are sequentially formed on the first wiring layer 310 in the peripheral region. Furthermore, a via contact 311 and an upper wiring layer 313 are sequentially formed on the first wiring layer 310 in the memory cell region. Specifically, the via contact 311 and the upper wiring layers 312 and 313 can be formed using a damascene structure using Cu or the like as the wiring material. Note that the via contact 311 and the upper wiring layers 312 and 313 may also be formed from Al or the like.

次に、図22Bに示すように、上記第4の実施の形態と同様にして第1絶縁層300を覆うように第2絶縁層400を形成する。第2絶縁層400を形成したのち、上記第4の実施の形態と同様にして上部配線層312の上にビアコンタクト411及び上部配線層412を形成する。 Next, as shown in FIG. 22B, a second insulating layer 400 is formed to cover the first insulating layer 300 in the same manner as in the fourth embodiment. After the second insulating layer 400 is formed, a via contact 411 and an upper wiring layer 412 are formed on the upper wiring layer 312 in the same manner as in the fourth embodiment.

次に、図22Cに示すように、メモリセル領域の上部配線層313を露出させる開口部420を形成する。具体的には、リソグラフィにてパターニングされたレジストをマスクとする異方性エッチングにて、第2絶縁層400を選択的に掘り下げることにより開口部420を形成する。開口部420は、例えば60nm~150nmの幅にて形成する。開口部420のアスペクト比が20程度以下であれば、開口部420を形成するエッチング、及び後段の堆積による開口部420の埋め込みを問題なく行うことが可能である。異方性エッチングは、例えば、フルオロカーボン系のガスを用いることで行うことができる。また、上述したライナー層を用いることで、制御性良くエッチングをストップすることができる。 Next, as shown in Figure 22C, an opening 420 is formed to expose the upper wiring layer 313 in the memory cell region. Specifically, the opening 420 is formed by selectively digging down the second insulating layer 400 using anisotropic etching with a lithographically patterned resist as a mask. The opening 420 is formed with a width of, for example, 60 nm to 150 nm. If the aspect ratio of the opening 420 is approximately 20 or less, the etching to form the opening 420 and the subsequent filling of the opening 420 by deposition can be carried out without any problems. Anisotropic etching can be performed using, for example, a fluorocarbon-based gas. Furthermore, the use of the liner layer described above allows for the etching to be stopped with good control.

次に、図22Dに示すように、開口部420の内部にキャパシタ91を形成する。 Next, as shown in Figure 22D, a capacitor 91 is formed inside the opening 420.

具体的には、まず、ALD、CVD、又はIMPによるスパッタを用いて、開口部420の内部形状に沿って、露出している上部配線層313の上にTiNを膜厚5nm~10nmで堆積することで下部電極911を形成する。 Specifically, first, a lower electrode 911 is formed by depositing TiN to a thickness of 5 to 10 nm on the exposed upper wiring layer 313 along the internal shape of the opening 420 using ALD, CVD, or IMP sputtering.

次に、下部電極911の上に、開口部420の内部形状に沿って、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)をCVD又はALDにて膜厚3nm~10nmにて堆積し、強誘電体膜513を形成する。なお、高誘電体材料である酸化ハフニウム(HfOx)は、後段にて、アニール処理が行われることで強誘電体材料に変換される。 Next, hafnium oxide (HfOx), a high-dielectric material, is deposited on the lower electrode 911 by CVD or ALD to a thickness of 3 to 10 nm along the internal shape of the opening 420, forming the ferroelectric film 513. Note that the high-dielectric material hafnium oxide (HfOx) is converted into a ferroelectric material by annealing in a later stage.

なお、酸化ハフニウムに替えて、酸化ジルコニウム(ZrOx)又は酸化ハフニウムジルコニウム(HfZrOx)などの高誘電体材料を用いることも可能である。また、これらの高誘電体材料にランタン(La)、シリコン(Si)、又はガドリニウム(Gd)等をドープすることで強誘電体材料に変換することも可能である。 Instead of hafnium oxide, it is also possible to use high-dielectric materials such as zirconium oxide (ZrOx) or hafnium zirconium oxide (HfZrOx). Furthermore, these high-dielectric materials can be converted into ferroelectric materials by doping them with lanthanum (La), silicon (Si), gadolinium (Gd), etc.

その後、開口部420を埋め込むように、強誘電体膜913の上にCVD、ALD、又はスパッタ等を用いて、TiNを膜厚5nm~20nmで堆積することで、上部電極915を形成する。なお、上部電極915を形成する材料として、TaN等を用いることも可能である。続いて、強誘電体膜913を構成するHfOxを強誘電体材料に変換するための結晶化アニールを行う。なお、HfOxを強誘電体材料に変換する結晶化アニールは、本工程にて行ってもよく、他の工程にて行われてもよい。結晶化アニールの温度は、例えば、500℃以下の範囲、かつトランジスタ21、NiSi、及び配線などの他の構成の耐熱性の範囲であれば、任意に変更することが可能である。その後、CMP等を行うことで、第2絶縁層400の上に、過剰に堆積された強誘電体膜913及び上部電極915を除去する。これにより、キャパシタ91が形成される。 Then, TiN is deposited on the ferroelectric film 913 using CVD, ALD, sputtering, or the like to a thickness of 5 to 20 nm so as to fill the opening 420, thereby forming the upper electrode 915. Note that TaN or other materials can also be used to form the upper electrode 915. Next, crystallization annealing is performed to convert the HfOx that constitutes the ferroelectric film 913 into a ferroelectric material. Note that the crystallization annealing to convert HfOx into a ferroelectric material may be performed in this process or in another process. The crystallization annealing temperature can be changed as desired, as long as it is within the range of 500°C or less and within the heat resistance range of other components such as the transistor 21, NiSi, and wiring. Subsequently, CMP or the like is performed to remove excess ferroelectric film 913 and upper electrode 915 deposited on the second insulating layer 400. This completes the formation of the capacitor 91.

続いて、上記第4の実施の形態と同様にして、第3絶縁層600を形成、ビアコンタクト611の形成、及び第2配線層612の形成をそれぞれ行う。 Next, in the same manner as in the fourth embodiment, the third insulating layer 600 is formed, the via contact 611 is formed, and the second wiring layer 612 is formed.

以上の工程によれば、本実施形態に係る半導体記憶装置10Fを形成することができる。 The above steps allow the semiconductor memory device 10F according to this embodiment to be formed.

以上、第1~第7の実施形態、及び変形例を挙げて、本開示にかかる技術を説明した。ただし、本開示にかかる技術は、上記実施の形態等に限定されるわけではなく、種々の変形が可能である。 The technology disclosed herein has been described above using the first to seventh embodiments and modifications. However, the technology disclosed herein is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.

さらに、各実施形態で説明した構成および動作の全てが本開示の構成および動作として必須であるとは限らない。たとえば、各実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素として理解されるべきである。 Furthermore, not all of the configurations and operations described in each embodiment are necessarily essential to the configurations and operations of the present disclosure. For example, among the components in each embodiment, any components that are not recited in the independent claims that represent the superordinate concept of the present disclosure should be understood to be optional components.

本明細書および添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるとして記載された様態に限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するとして記載された様態に限定されない」と解釈されるべきである。 Terms used throughout this specification and the appended claims should be interpreted as "open-ended" terms. For example, the terms "include" or "including" should be interpreted as "not limited to the manner described as including." The term "having" should be interpreted as "not limited to the manner described as having."

本明細書で使用した用語には、単に説明の便宜のために用いており、構成及び動作を限定する目的で使用したわけではない用語が含まれる。たとえば、「右」、「左」、「上」、「下」などの用語は、参照している図面上での方向を示しているにすぎない。また、「内側」、「外側」という用語は、それぞれ、注目要素の中心に向かう方向、注目要素の中心から離れる方向を示しているにすぎない。これらに類似する用語や同様の趣旨の用語についても同様である。 The terms used in this specification include terms that are used merely for the convenience of explanation and are not intended to limit the configuration or operation. For example, terms such as "right," "left," "upper," and "lower" merely indicate directions on the drawings to which reference is made. Furthermore, the terms "inner" and "outer" merely indicate directions toward and away from the center of the focused element, respectively. The same applies to similar terms and terms of a similar meaning.

なお、本開示にかかる技術は、以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成を備える本開示にかかる技術によれば、半導体記憶装置は、メモリセルの面積を増大させることなく、キャパシタの面積を増大させることができるため、キャパシタの容量をより増大させることができる。よって、半導体記憶装置は、動作に十分なマージンを得ることが可能となる。本開示にかかる技術が奏する効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるわけではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
(1)
半導体基板に設けられた電界効果トランジスタと、
前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタのドレインと電気的に接続するコンタクトと、
前記コンタクトの上に設けられた第1配線層と、
前記層間絶縁膜の上に設けられ、前記第1配線層を埋め込む第1絶縁層と、
前記第1配線層よりも上層から前記第1絶縁層及び前記層間絶縁膜に設けられた開口部と、
前記開口部の内部に設けられ、前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタと
を備える、半導体記憶装置。
(2)
前記強誘電体キャパシタは、前記開口部の内部形状に沿って設けられた下部電極、前記下部電極の上に設けられた強誘電体膜、及び前記開口部を埋め込むように前記強誘電体膜の上に設けられた上部電極を含む、上記(1)に記載の半導体記憶装置。
(3)
前記下部電極は、前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続し、
前記上部電極は、前記第1絶縁層の上に設けられた第2配線層と電気的に接続する、上記(2)に記載の半導体記憶装置。
(4)
前記第2配線層は、前記第1配線層と同じ方向に延在して設けられる、上記(3)に記載の半導体記憶装置。
(5)
前記第1配線層は、ビット線であり、前記第2配線層は、ソース線である、上記(3)又は(4)に記載の半導体記憶装置。
(6)
前記第1配線層は、前記半導体基板の面内の第1方向に延在して設けられ、
前記電界効果トランジスタのゲート電極は、前記第1方向と直交する第2方向に延在して設けられる、上記(1)~(5)のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
(7)
前記電界効果トランジスタは、前記半導体基板の活性化領域に設けられ、
前記活性化領域は、前記第1方向及び前記第2方向と斜交する第3方向に延在して設けられる、上記(6)に記載の半導体記憶装置。
(8)
半導体基板に設けられた電界効果トランジスタと、
前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成された第1開口、及び前記第1開口よりも開口径が小さく、かつ前記第1開口の内部に形成された第2開口を含む開口部と、
前記開口部の内部に設けられ、前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタと
を備える、半導体記憶装置。
(9)
半導体基板に設けられた電界効果トランジスタと、
前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタのドレインと電気的に接続するコンタクトと、
少なくとも前記層間絶縁膜を貫通して設けられた開口部の内部に前記コンタクトと異なる高さにて設けられ、前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタと
を備える、半導体記憶装置。
(10)
半導体基板に電界効果トランジスタを形成することと、
前記半導体基板の上に層間絶縁膜を形成することと、
前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタのドレインと電気的に接続するコンタクトを形成することと、
前記コンタクトの上に第1配線層を形成することと、
前記層間絶縁膜の上に前記第1配線層を埋め込む第1絶縁層を形成することと、
前記第1配線層よりも上層から前記第1絶縁層及び前記層間絶縁膜に開口部を形成することと、
前記開口部の内部に前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタを形成することと
を含む、半導体記憶装置の製造方法。
(11)
半導体基板に電界効果トランジスタを形成することと、
前記半導体基板の上に層間絶縁膜を形成することと、
前記層間絶縁膜に第1開口を形成することと、
前記第1開口の内部に前記第1開口よりも開口径が小さい第2開口を形成することと、
前記第1開口及び前記第2開口を含む開口部の内部に前記電界効果トランジスタのソースと電気的に接続する強誘電体キャパシタを形成することと
を含む、半導体記憶装置の製造方法。
(12)
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた、ドレインおよびソースを有する電界効果トランジスタと、
前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタの前記ドレインと電気的に接続されるコンタクトと、
前記コンタクトから見て前記電界効果トランジスタと反対側に設けられ、前記コンタクトと電気的に接続される第1配線層と、
前記層間絶縁膜の上に設けられ、前記第1配線層を埋設する第1絶縁層と、
前記第1配線層から見て前記電界効果トランジスタと反対側に設けられ、前記電界効果トランジスタの前記ソースと電気的に接続される強誘電体キャパシタと
を備える
半導体記憶装置。
(13)
前記第1配線層から見て前記半導体基板と反対側に設けられ、ロジック回路を含む回路領域にも延在している第2絶縁層をさらに備え、
前記強誘電体キャパシタは、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層に設けられている
上記(12)記載の半導体記憶装置。
(14)
第2配線層をさらに備え、
前記強誘電体キャパシタは、下部電極、上部電極、および前記下部電極と前記上部電極との間に挟まれた強誘電体膜、を有し、
前記下部電極は、前記ソースと電気的に接続され、
前記上部電極は、前記第2配線層と電気的に接続されている
上記(12)または(13)記載の半導体記憶装置。
(15)
前記第2配線層は、前記第1配線層から見て前記半導体基板と反対側に設けられている
上記(14)記載の半導体記憶装置。
(16)
前記第1配線層および前記第2配線層は、いずれも、前記主面に沿った第1方向に延在して設けられている
上記(14)または(15)記載の半導体記憶装置。
(17)
前記第1配線層はビット線であり、
前記第2配線層はソース線である
上記(14)から(16)のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
(18)
前記第1配線層は、前記主面に沿った第1方向に延在しており、
前記電界効果トランジスタは、前記第1方向と実質的に直交する第2方向に延在するゲート電極をさらに有する
上記(12)から(17)のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
(19)
前記半導体基板は、前記第1方向および前記第2方向の双方に対して斜交すると共に前記主面に沿った第3方向に延在する活性化領域を有し、
前記電界効果トランジスタは、前記活性化領域に設けられている
上記(18)記載の半導体記憶装置。
(20)
前記上部電極の前記主面に沿った第1の面積は、前記下部電極と前記ソースとの接続部分の前記主面に沿った第2の面積よりも大きい
上記(14)記載の半導体記憶装置。
(21)
前記上部電極の前記主面に沿った第3の面積は、前記下部電極の前記主面に沿った第4の面積と同等以上である
上記(14)記載の半導体記憶装置。
(22)
前記強誘電体キャパシタと前記第1配線層との間の階層に設けられた第3配線層をさらに備え、
前記強誘電体キャパシタは、前記第3配線層を介して前記第1配線層と電気的に接続されている
(12)記載の半導体記憶装置。
The technology according to the present disclosure may also have the following configuration. According to the technology according to the present disclosure having the following configuration, the semiconductor memory device can increase the area of the capacitor without increasing the area of the memory cell, thereby further increasing the capacitance of the capacitor. This allows the semiconductor memory device to obtain a sufficient margin for operation. The effects achieved by the technology according to the present disclosure are not necessarily limited to the effects described herein, and may be any of the effects described in the present disclosure.
(1)
a field effect transistor provided on a semiconductor substrate;
an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
a contact that penetrates the interlayer insulating film and electrically connects to the drain of the field effect transistor;
a first wiring layer provided on the contact;
a first insulating layer provided on the interlayer insulating film and burying the first wiring layer;
an opening provided in the first insulating layer and the interlayer insulating film from a layer above the first wiring layer;
a ferroelectric capacitor provided inside the opening and electrically connected to the source of the field effect transistor.
(2)
The semiconductor memory device described in (1) above, wherein the ferroelectric capacitor includes a lower electrode provided along the internal shape of the opening, a ferroelectric film provided on the lower electrode, and an upper electrode provided on the ferroelectric film so as to fill the opening.
(3)
the lower electrode is electrically connected to the source of the field effect transistor;
The semiconductor memory device according to (2) above, wherein the upper electrode is electrically connected to a second wiring layer provided on the first insulating layer.
(4)
The semiconductor memory device according to (3) above, wherein the second wiring layer is provided extending in the same direction as the first wiring layer.
(5)
The semiconductor memory device according to (3) or (4) above, wherein the first wiring layer is a bit line, and the second wiring layer is a source line.
(6)
the first wiring layer is provided extending in a first direction within a surface of the semiconductor substrate,
The semiconductor memory device according to any one of (1) to (5) above, wherein the gate electrode of the field effect transistor is provided extending in a second direction perpendicular to the first direction.
(7)
the field effect transistor is provided in an active region of the semiconductor substrate;
The semiconductor memory device according to (6) above, wherein the activation region is provided extending in a third direction obliquely intersecting the first direction and the second direction.
(8)
a field effect transistor provided on a semiconductor substrate;
an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
an opening including a first opening formed in the interlayer insulating film and a second opening having a smaller diameter than the first opening and formed inside the first opening;
a ferroelectric capacitor provided inside the opening and electrically connected to the source of the field effect transistor.
(9)
a field effect transistor provided on a semiconductor substrate;
an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
a contact that penetrates the interlayer insulating film and electrically connects to the drain of the field effect transistor;
a ferroelectric capacitor provided at least inside an opening provided through the interlayer insulating film at a height different from that of the contact, and electrically connected to a source of the field effect transistor.
(10)
forming a field effect transistor in a semiconductor substrate;
forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
forming a contact that penetrates the interlayer insulating film and electrically connects to the drain of the field effect transistor;
forming a first wiring layer on the contact;
forming a first insulating layer on the interlayer insulating film to embed the first wiring layer;
forming an opening in the first insulating layer and the interlayer insulating film from a layer above the first wiring layer;
forming a ferroelectric capacitor inside the opening, the ferroelectric capacitor being electrically connected to the source of the field effect transistor.
(11)
forming a field effect transistor in a semiconductor substrate;
forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
forming a first opening in the interlayer insulating film;
forming a second opening inside the first opening, the second opening having a smaller opening diameter than the first opening;
forming a ferroelectric capacitor electrically connected to a source of the field effect transistor inside an opening including the first opening and the second opening.
(12)
a semiconductor substrate having a main surface;
a field effect transistor having a drain and a source provided on the semiconductor substrate;
an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
a contact that penetrates the interlayer insulating film and is electrically connected to the drain of the field effect transistor;
a first wiring layer provided on the opposite side of the contact from the field effect transistor and electrically connected to the contact;
a first insulating layer provided on the interlayer insulating film and burying the first wiring layer;
a ferroelectric capacitor provided on an opposite side of the field effect transistor from the first wiring layer, the ferroelectric capacitor being electrically connected to the source of the field effect transistor.
(13)
a second insulating layer provided on the opposite side of the semiconductor substrate from the first wiring layer and extending to a circuit region including a logic circuit;
The semiconductor memory device according to (12) above, wherein the ferroelectric capacitor is provided in the first insulating layer and the second insulating layer.
(14)
Further comprising a second wiring layer;
the ferroelectric capacitor has a lower electrode, an upper electrode, and a ferroelectric film sandwiched between the lower electrode and the upper electrode;
the lower electrode is electrically connected to the source;
The semiconductor memory device according to (12) or (13) above, wherein the upper electrode is electrically connected to the second wiring layer.
(15)
The semiconductor memory device according to (14) above, wherein the second wiring layer is provided on the opposite side of the semiconductor substrate as viewed from the first wiring layer.
(16)
The semiconductor memory device according to (14) or (15) above, wherein the first wiring layer and the second wiring layer are both provided extending in a first direction along the main surface.
(17)
the first wiring layer is a bit line,
The semiconductor memory device according to any one of (14) to (16) above, wherein the second wiring layer is a source line.
(18)
the first wiring layer extends in a first direction along the main surface,
The semiconductor memory device according to any one of (12) to (17), wherein the field effect transistor further has a gate electrode extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction.
(19)
the semiconductor substrate has an activation region that extends in a third direction obliquely intersecting both the first direction and the second direction and along the main surface;
The semiconductor memory device according to (18) above, wherein the field effect transistor is provided in the activation region.
(20)
The semiconductor memory device according to (14) above, wherein a first area of the upper electrode along the main surface is larger than a second area of a connection portion between the lower electrode and the source along the main surface.
(21)
The semiconductor memory device according to (14) above, wherein a third area of the upper electrode along the main surface is equal to or greater than a fourth area of the lower electrode along the main surface.
(22)
a third wiring layer provided in a layer between the ferroelectric capacitor and the first wiring layer;
The semiconductor memory device according to (12), wherein the ferroelectric capacitor is electrically connected to the first wiring layer via the third wiring layer.

10,10A,10B…半導体記憶装置、11…キャパシタ、21…トランジスタ、100…半導体基板、105…素子分離層、110…開口部、110A…第1開口、110B…第2開口、111…下部電極、113…強誘電体膜、115…上部電極、130…ゲート電極、131…キャップ層、132…サイドウォール絶縁膜、140…ゲート絶縁膜、150…アクティブ領域、151…ソース又はドレイン領域、152…コンタクト領域、200…平坦化膜、201…層間絶縁膜、210…コンタクト、210A…導電性層、210B…バリアメタル層、300…第1絶縁層、310…第1配線層、311…ビアコンタクト、312…上部配線層、320…第2配線層 10, 10A, 10B...Semiconductor memory device, 11...Capacitor, 21...Transistor, 100...Semiconductor substrate, 105...Element isolation layer, 110...Opening, 110A...First opening, 110B...Second opening, 111...Lower electrode, 113...Ferroelectric film, 115...Upper electrode, 130...Gate electrode, 131...Cap layer, 132...Sidewall insulating film, 140...Gate insulating film, 150...Active region, 151...Source or drain region, 152...Contact region, 200...Planarization film, 201...Interlayer insulating film, 210...Contact, 210A...Conductive layer, 210B...Barrier metal layer, 300...First insulating layer, 310...First wiring layer, 311...Via contact, 312...Upper wiring layer, 320...Second wiring layer

Claims (10)

主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた、ドレインおよびソースを有する電界効果トランジスタと、
前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタの前記ドレインと電気的に接続されるコンタクトと、
前記コンタクトから見て前記半導体基板と反対側に設けられ、前記コンタクトと電気的に接続される第1配線層と、
前記層間絶縁膜の上に設けられ、前記第1配線層を埋設する第1絶縁層と、
前記第1配線層から見て前記半導体基板と反対側に設けられ、前記電界効果トランジスタの前記ソースと電気的に接続される下部電極、上部電極、および前記下部電極と前記上部電極との間に挟まれた強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタと、
前記強誘電体キャパシタから見て前記半導体基板と反対側に設けられ、前記上部電極と電気的に接続される第2配線層と、
前記第1配線層から見て前記半導体基板と反対側に設けられ、ロジック回路を含む回路領域にも延在している第2絶縁層
を備え、
前記上部電極の前記主面に沿った第1の面積は、前記下部電極と前記ソースとの接続部分の前記主面に沿った第2の面積よりも大きく、
前記電界効果トランジスタ、前記第1配線層、前記強誘電体キャパシタ、および前記第2配線層は、前記主面と直交する積層方向において互いに異なる階層に設けられており、
前記強誘電体キャパシタは、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層に設けられている
半導体記憶装置。
a semiconductor substrate having a main surface;
a field effect transistor having a drain and a source provided on the semiconductor substrate;
an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
a contact that penetrates the interlayer insulating film and is electrically connected to the drain of the field effect transistor;
a first wiring layer provided on the opposite side of the semiconductor substrate from the contact and electrically connected to the contact;
a first insulating layer provided on the interlayer insulating film and burying the first wiring layer;
a ferroelectric capacitor provided on the opposite side of the semiconductor substrate from the first wiring layer, the ferroelectric capacitor having a lower electrode electrically connected to the source of the field effect transistor, an upper electrode, and a ferroelectric film sandwiched between the lower electrode and the upper electrode;
a second wiring layer provided on the opposite side of the semiconductor substrate as viewed from the ferroelectric capacitor, the second wiring layer being electrically connected to the upper electrode;
a second insulating layer provided on the opposite side of the semiconductor substrate from the first wiring layer and extending to a circuit region including a logic circuit ;
Equipped with
a first area of the upper electrode along the main surface is larger than a second area of a connection portion between the lower electrode and the source along the main surface;
the field effect transistor, the first wiring layer, the ferroelectric capacitor, and the second wiring layer are provided in different layers in a stacking direction orthogonal to the main surface,
The ferroelectric capacitor is provided in the first insulating layer and the second insulating layer.
Semiconductor memory device.
前記第2配線層は、前記第1配線層から見て前記半導体基板と反対側に設けられている
請求項1記載の半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 1 , wherein the second wiring layer is provided on the opposite side of the semiconductor substrate from the first wiring layer.
前記第1配線層および前記第2配線層は、いずれも、前記主面に沿った第1方向に延在して設けられている
請求項1記載の半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 1 , wherein the first wiring layer and the second wiring layer are both provided extending in a first direction along the main surface.
前記第1配線層はビット線であり、
前記第2配線層はソース線である
請求項1記載の半導体記憶装置。
the first wiring layer is a bit line,
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second wiring layer is a source line.
前記第1配線層は、前記主面に沿った第1方向に延在しており、
前記電界効果トランジスタは、前記第1方向と実質的に直交する第2方向に延在するゲート電極をさらに有する
請求項1記載の半導体記憶装置。
the first wiring layer extends in a first direction along the main surface,
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the field effect transistor further includes a gate electrode extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction.
前記半導体基板は、前記第1方向および前記第2方向の双方に対して斜交すると共に前記主面に沿った第3方向に延在する活性化領域を有し、
前記電界効果トランジスタは、前記活性化領域に設けられている
請求項記載の半導体記憶装置。
the semiconductor substrate has an activation region that extends in a third direction obliquely intersecting both the first direction and the second direction and along the main surface;
The semiconductor memory device according to claim 5 , wherein the field effect transistor is provided in the active region.
前記上部電極の前記主面に沿った第3の面積は、前記下部電極の前記主面に沿った第4の面積と同等以上である
請求項1記載の半導体記憶装置。
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a third area of said upper electrode along said main surface is equal to or greater than a fourth area of said lower electrode along said main surface.
前記下部電極は、前記主面に沿って広がると共に前記積層方向に前記上部電極と対向する底部と、前記強誘電体膜を介して前記上部電極の周囲を前記主面に沿って取り囲むように前記底部に立設する壁部とを含んでいる
請求項1記載の半導体記憶装置。
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the lower electrode includes a bottom portion extending along the main surface and facing the upper electrode in the stacking direction, and a wall portion erected on the bottom portion so as to surround the periphery of the upper electrode along the main surface via the ferroelectric film.
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた、ドレインおよびソースを有する電界効果トランジスタと、
前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタの前記ドレインと電気的に接続されるコンタクトと、
前記コンタクトから見て前記半導体基板と反対側に設けられ、前記コンタクトと電気的に接続される第1配線層と、
前記層間絶縁膜の上に設けられ、前記第1配線層を埋設する第1絶縁層と、
前記第1配線層から見て前記半導体基板と反対側に設けられ、前記電界効果トランジスタの前記ソースと電気的に接続される下部電極、上部電極、および前記下部電極と前記上部電極との間に挟まれた強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタと、
前記強誘電体キャパシタから見て前記半導体基板と反対側に設けられ、前記上部電極と電気的に接続される第2配線層と
を備え、
前記上部電極の前記主面に沿った第1の面積は、前記下部電極と前記ソースとの接続部分の前記主面に沿った第2の面積よりも大きく、
前記電界効果トランジスタ、前記第1配線層、前記強誘電体キャパシタ、および前記第2配線層は、前記主面と直交する積層方向において互いに異なる階層に設けられており、
前記第1配線層および前記第2配線層は、いずれも、前記主面に沿った第1方向に延在して設けられている
半導体記憶装置。
a semiconductor substrate having a main surface;
a field effect transistor having a drain and a source provided on the semiconductor substrate;
an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
a contact that penetrates the interlayer insulating film and is electrically connected to the drain of the field effect transistor;
a first wiring layer provided on the opposite side of the semiconductor substrate from the contact and electrically connected to the contact;
a first insulating layer provided on the interlayer insulating film and burying the first wiring layer;
a ferroelectric capacitor provided on the opposite side of the semiconductor substrate from the first wiring layer, the ferroelectric capacitor having a lower electrode electrically connected to the source of the field effect transistor, an upper electrode, and a ferroelectric film sandwiched between the lower electrode and the upper electrode;
a second wiring layer provided on the opposite side of the semiconductor substrate as viewed from the ferroelectric capacitor and electrically connected to the upper electrode;
Equipped with
a first area of the upper electrode along the main surface is larger than a second area of a connection portion between the lower electrode and the source along the main surface;
the field effect transistor, the first wiring layer, the ferroelectric capacitor, and the second wiring layer are provided in different layers in a stacking direction orthogonal to the main surface,
The semiconductor memory device , wherein the first wiring layer and the second wiring layer are both provided to extend in a first direction along the main surface .
主面を有する半導体基板と、a semiconductor substrate having a main surface;
前記半導体基板に設けられた、ドレインおよびソースを有する電界効果トランジスタと、a field effect transistor having a drain and a source provided on the semiconductor substrate;
前記半導体基板の上に設けられた層間絶縁膜と、an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
前記層間絶縁膜を貫通して前記電界効果トランジスタの前記ドレインと電気的に接続されるコンタクトと、a contact that penetrates the interlayer insulating film and is electrically connected to the drain of the field effect transistor;
前記コンタクトから見て前記半導体基板と反対側に設けられ、前記コンタクトと電気的に接続される第1配線層と、a first wiring layer provided on the opposite side of the semiconductor substrate from the contact and electrically connected to the contact;
前記層間絶縁膜の上に設けられ、前記第1配線層を埋設する第1絶縁層と、a first insulating layer provided on the interlayer insulating film and burying the first wiring layer;
前記第1配線層から見て前記半導体基板と反対側に設けられ、前記電界効果トランジスタの前記ソースと電気的に接続される下部電極、上部電極、および前記下部電極と前記上部電極との間に挟まれた強誘電体膜を有する強誘電体キャパシタと、a ferroelectric capacitor provided on the opposite side of the semiconductor substrate from the first wiring layer, the ferroelectric capacitor having a lower electrode electrically connected to the source of the field effect transistor, an upper electrode, and a ferroelectric film sandwiched between the lower electrode and the upper electrode;
前記強誘電体キャパシタから見て前記半導体基板と反対側に設けられ、前記上部電極と電気的に接続される第2配線層とa second wiring layer provided on the opposite side of the semiconductor substrate as viewed from the ferroelectric capacitor and electrically connected to the upper electrode;
を備え、Equipped with
前記上部電極の前記主面に沿った第1の面積は、前記下部電極と前記ソースとの接続部分の前記主面に沿った第2の面積よりも大きく、a first area of the upper electrode along the main surface is larger than a second area of a connection portion between the lower electrode and the source along the main surface;
前記電界効果トランジスタ、前記第1配線層、前記強誘電体キャパシタ、および前記第2配線層は、前記主面と直交する積層方向において互いに異なる階層に設けられており、the field effect transistor, the first wiring layer, the ferroelectric capacitor, and the second wiring layer are provided in different layers in a stacking direction orthogonal to the main surface,
前記下部電極は、前記主面に沿って広がると共に前記積層方向に前記上部電極と対向する底部と、前記強誘電体膜を介して前記上部電極の周囲を前記主面に沿って取り囲むように前記底部に立設する壁部とを含んでいるThe lower electrode includes a bottom portion that extends along the main surface and faces the upper electrode in the stacking direction, and a wall portion that stands on the bottom portion so as to surround the periphery of the upper electrode along the main surface via the ferroelectric film.
半導体記憶装置。Semiconductor memory device.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008177225A (en) 2007-01-16 2008-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009081229A (en) 2007-09-26 2009-04-16 Panasonic Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012089902A (en) 1995-01-31 2012-05-10 Fujitsu Semiconductor Ltd Manufacturing method for semiconductor device
JP2016072502A (en) 2014-09-30 2016-05-09 富士通セミコンダクター株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2019160841A (en) 2018-03-07 2019-09-19 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Semiconductor storage device, manufacturing method of semiconductor storage device and electronic equipment

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2741857B2 (en) * 1987-05-11 1998-04-22 株式会社日立製作所 Semiconductor storage device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012089902A (en) 1995-01-31 2012-05-10 Fujitsu Semiconductor Ltd Manufacturing method for semiconductor device
JP2008177225A (en) 2007-01-16 2008-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009081229A (en) 2007-09-26 2009-04-16 Panasonic Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2016072502A (en) 2014-09-30 2016-05-09 富士通セミコンダクター株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2019160841A (en) 2018-03-07 2019-09-19 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Semiconductor storage device, manufacturing method of semiconductor storage device and electronic equipment

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