鐵電存儲器的制作方法

專利名稱：鐵電存儲器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵電存儲器，尤其涉及具有有利于精細化結構的1T1C/2T2C疊式FeRAM。
背景技術：
目前，作為利用了鐵電體的極化遲滯特性的非易失性存儲器，，大家熟知的有鐵電存儲器(FeRAMferroelectric memory，又稱鐵電隨機存取存儲器)。這種鐵電存儲器能夠實現低功耗。并且高速動作，所以其需求日益增加。
而且，在鐵電存儲器中，與其他的DRAM(daynamicrandomaccess memory動態隨機存取存儲器)等的半導體裝置相同，其精細化、高集成化逐漸得到改進。例如，專利文獻1和非專利文獻1中公開了平面FeRAM，從精細化和高集成化的角度看，疊式鐵電存儲器較平面鐵電存儲器更具優勢。因為這些原因，近年來，疊式FeRAM得到了快速推廣。
圖5是比較例(現有例)所涉及的疊式FeRAM 400的構成例的平面圖。如圖5所示，該FeRAM 400包括與電容器單元410的上部電極403連接的板線(M1)420；與電容器單元410的下部電極連接的位線(M2)430；字支持線(M3)440；以及連接基板和位線(M2)440的配線墊(M1)450等。
在這種FeRAM 400中，字線460兼用作單元選擇晶體管的柵電極，由摻入諸如磷等雜質的多晶硅等構成。為了使這種字線460低電阻化，設置有字支持線(M3)440。而且，括號內的M表示金屬，M1表示從基板一側開始數的第一層(即最下層)的配線層，M2表示第二層的配線層，M3表示第三層的配線層。而且，分別在各金屬配線層間M1-M2、以及M2-M3上設置有層間絕緣膜。
專利文獻1特開平6-209113非專利文獻1Advanced 0.5μm FRAM Device Technology withFull Compatibility od Half-Micron CMOS Logic Device，TatsuyaYamazaki et al.，IEDM Tech.Dig.，p.613(1997)不過，根據圖5所示的比較例的FeRAM 400，兼用作柵電極的字線如果原封不動地作為配線使用的話，其電阻值過高，所以需要字支持線440。而且，在FeRAM 400中，除了該字支持線440以外，還需要與字線460正交的位線430、板線420。也就是說，同樣地，與作為信息保持用的存儲裝置的DRAM相比，需要的配線要多一條。因此，在精細化不斷進步的FeRAM中，存在這樣的問題不得不設置三層以上的配線層，至少達到M1-M3。
另一方面，Samsung社公開了下述構造，與這種比較例所涉及的FeRAm 400及上述的在先文獻2(上述2公知例)相比，在疊式FeRAM中，在一條板線的兩側配置字線。在該公開的結構中，在一條板線的兩側排列配置有電容器單元，所以從平面圖上看可以節省配線層的空間。
不過，在這種結構中，如果同時選擇板線兩側的字線的話，就可以相對于一條位線選擇兩個電容器單元。因此，需要將板線兩側的字線作為不同行的字線使用，或者將板線兩側的字線輪班一邊一邊地選擇，并讀出信號，從而，與普通的FeRAM相比，在讀出和寫入的動作上受到很大的制約。

發明內容
本發明克服了現有技術的不足，其目的在于提供一種鐵電存儲器，其具有利于實現精細化的結構，并且能夠與普通的鐵電存儲器相同地執行讀出和寫入等的處理動作。
(發明1)為了實現上述目的，根據發明1的鐵電存儲器，其包括多條字線，沿著一個方向排列；以及多條位線，沿著與所述一個方向交叉的另一個方向排列；其中，由鄰接的一對所述字線構成一組字線對；將配置成鋸齒形(之字形)的多個電容器單元交錯連接至構成一組字線對的各條字線；配置所述多條位線，以使可以個別地選擇連接至所述一組字線對的所述多個電容器單元；以相同的時間(timing)選擇控制所述一對字線。
這里，所說的“一個方向”是指諸如列方向(縱向)；“另一個方向”是指諸如行方向(橫向)。此外，當將“一個方向”設為列方向(縱向)，“另一個方向”設為行方向(橫向)時，一個方向和另一方向正交(即以90°交叉)，這種情況只是其中一例。本發明的“一個方向”和“另一個方向”并不局限于相交90°的情況，可以斜著交叉。
此外，所說的“電容器單元”含有鐵電電容器，該鐵電電容器包括鐵電膜、以及諸如從上下方向上隔著該鐵電體膜的上部電極和下部電極。作為鐵電體膜可以是諸如PZT(PbZr1-XTiXO3)、SBT(SrBi2Ta2O9)等的具有鈣鈦礦結構的結晶膜。
而且，本發明的“一個方向”諸如從平面視圖上看是縱向，“另一個方向”諸如從平面視圖上看是橫向。在本發明中，將多條字線沿著平面圖的縱向1行、2行、3行、......地配置，將多條位線沿著平面圖的橫向1列、2列、3列、......地配置。
而且，“一對字線”由諸如一條配線構成，該條配線從平面圖上看折成U字形(折疊結構)。此外，所說的“鋸齒形配置”是指諸如從平面圖上看在縱向上串起成Z字形，沿著鋸齒狀彎曲的線上配置。所說的將電容器單元連接至字線上是指將字線連接至選擇控制該電容器單元的晶體管的柵極上。
根據這種結構，與圖5所示的現有的鐵電存儲器相比，能夠節省一個方向上的電容器單元之間的空間，能夠縮小一個方向上的鄰接電容器單元的間隔。
此外，以相同的時間選擇控制一對字線，從而相對于一條位線選擇一個電容器單元。因此，通過與普通的鐵電存儲器相比沒有絲毫變化的字線的選擇控制，從而可以進行向任意的電容器單元的讀出、寫入處理。
(發明2)在發明1的鐵電存儲器中，發明2的鐵電存儲器具備多組所述字線對，相對于鄰接的一組所述字線對配置的所述多個電容器單元和相對于另一組所述字線配置的所述多個電容器單元，它們的配置位置從平面圖上看呈線對稱狀態。
根據這種結構，在將鄰接的一組字線作為柵電極的一個單元選擇用晶體管和將另一組字線作為柵電極的另一個單元選擇用晶體管之間，能夠共用這些的源極或漏極。從而，能夠進一步縮小電容器單元的間隔。
(發明3)根據發明1或發明2所述的鐵電存儲器，發明3的鐵電存儲器包括沿著所述一個方向排列的多條公共板線，其中，一條公共板線與連接至所述一組字線對的所述多個電容器單元的各個單元的上部電極連接，所述位線與連接至所述一組字線對的所述多個電容器單元的各個單元的下部電極連接。
根據發明3的鐵電存儲器，因為每組字線對都共用板線，所以能夠提供板線的布局簡潔化的疊式結構的鐵電存儲器。
(發明4)根據發明3所述的鐵電存儲器，發明4的鐵電存儲器還包括多條支持配線，個別地(個々に)支持所述多條字線，將所述多條支持配線配置在與所述多條公共板線相同的配線層上。
根據發明4的鐵電存儲器，能夠在鄰接的公共板線間產生的空地上配置支持配線，能夠不必增加配線層就使字線低電阻化。
(發明5)根據發明4所述的鐵電存儲器，在發明5的鐵電存儲器中，所述多條位線配置在位于所述多條支持配線和所述多條公共板線上面的配線層上。
根據這種結構，能夠可靠擴大位線的區域。
(發明6)根據發明5所述的鐵電存儲器。發明6的鐵電存儲器還包括多個配線墊，與所述一個方向的外形尺寸相比，所述另一個方向的外形尺寸較大，將所述多個配線墊配置在與所述多條支持配線和所述多條公共板線相同的配線層上，在一個單元選擇用晶體管和另一個單元選擇用晶體管之間共用的源極或漏極通過所述配線墊連接至所述位線，所述一個單元選擇用晶體管將所述鄰接的一組字線作為柵電極，所述另一個單元選擇用晶體管將所述另一組字線作為柵電極。
根據這種結構，能夠充分節省空間地配置配線墊。
(發明7)根據發明3至發明6中任一項所述的鐵電存儲器，發明7的鐵電存儲器還包括多條局部配線，位于所述板線下面的配線層上，其中，所述局部配線配置在所述電容器單元的所述上部電極和所述公共板線之間。
根據這種結構，可以提高公共板線的設計自由度。
(發明8)根據發明7所述的鐵電存儲器，在發明8的鐵電存儲器中，所述局部配線的至少一部分由具有氫阻擋膜功能的導電材料構成。這里，所說的“所述具有氫阻擋功能的導電材料”是指諸如銥氧化物。
根據發明8的鐵電存儲器，能夠防止氫向局部配線的下層擴散，在鐵電存儲器的形成過程中，鐵電體膜能夠不被還原。


圖1是第一實施例所涉及的FeRAM的構成例的平面圖。
圖2是FeRAM的字支持配線/板線層的構成例的平面圖。
圖3是第二實施例所涉及的FeRAM的構成例的平面圖。
圖4是第三實施例所涉及的FeRAM的構成例的平面圖。
圖5是比較例所涉及的FeRAM的構成例的平面圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發明所涉及的鐵電存儲器進行說明。而且，如圖1所示，為了說明上的方便，在平面圖中，有些地方示出了由于其上面重疊有配線和絕緣膜等而本來不能看見的線。
(1)第一實施例圖1是本發明的第一實施例所涉及的FeRAM 100的構成例的平面圖。如圖1所示，該FeRAM 100是疊式鐵電存儲器，包括多個電容器單元110；多條字線161、162；將這些字線161或162作為柵電極的多個單元選擇MOS晶體管(以下，僅稱作晶體管)170；多條字支持配線(M1)140；多條板線(M1)120；多個配線墊(M1)150；以及多條位線(M2)130等。
為了說明上的方便，圖2示出了從FeRAM 100上除掉了位線的示意圖。如圖2所示，多條字線161和162沿著列方向交替排列。而且，例如圖2的兩點虛線(2點鎖線)所示，列方向上鄰接的一對字線161和162具有從平面圖上看將一條配線彎曲成U字形的形狀的結構(折疊結構)。
在FeRAM 100中，這種字線對(以下稱作“字線對”)161和162在列方向上設置有多組。根據上述折疊結構，能夠以相同的時間(timing)對一對字線對161和162施加電壓，并能夠將該對字線對161或162視為柵電極的多個晶體管170同時導通、截止。如圖2所示，在這種字線161、162上分別設置有字支持配線140。
電容器單元110是FeRAM 100的基本構成要素，例如包括在晶體管170的源極上形成的、由鎢等構成的塞電極105；在該塞電極105上形成的下部電極(沒有圖示)；在該下部電極上形成的鐵電體膜(沒有圖示)；以及在該鐵電體膜上形成的上部電極103。鐵電體膜諸如是PZT、SBT等。
如圖2所示，多條板線120沿著列方向排列，一條板線120與相對于一組字線對161和162配置的多個電容器單元110的各自的上部電極103連接。在該FeRAM 100中，由一條板線120和配置在該一條板線120兩側的一對字線161、162構成存儲器件的一行。
此外，如圖2所示，在該FeRAM 100中，在同一行內，電容器單元110相對于各字線161和162配置成鋸齒形，而且，交錯著連接。也就是說，在一組字線對中，連接至一條字線161的多個電容器單元110和連接至另一條字線162的多個電容器單元110，其配置位置在行方向上諸如半個間距半個間距地錯離。
而且，如圖2所示，第n行的多個電容器單元110和第(n+1)行的多個電容器單元110的配置位置隔著配線墊150的行處于線對稱狀態。根據這種線對稱結構，在將第n行的字線162作為柵電極的一個晶體管170和將第(n+1)行的字線161作為柵電極的另一個晶體管170之間共用諸如漏極172。而且，在該共用的漏極172上設置有與電容器單元110的下部電極連接的塞電極152。
如圖2所示，在同一配線層(即同一層)上形成這種字支持配線(M1)140、板線(M1)120和配線墊(M1)150。
返回到圖1，多條位線(M2)130通過層間絕緣膜(沒有圖示)形成在這些板線(M1)120和配線墊(M1)150等的上面，對于分別連接至字線161或162的多個電容器單元110，可以按照各個行一個一個地選擇。各條位線130通過配線墊150分別連接至包含在各行中的一個電容器單元110的下部電極上。
這樣的話，根據本發明第一實施例所涉及的FeRAM 100，從平面圖上看，在一條板線120的兩側配置字線161和162，將電容器單元110交替配置在板線120的兩側，所以即使同時選擇一條板線120兩側的字線對161和162，相對于一條位線130也只能選擇一個電容器單元110。因此，不必將普通的FeRAM 100進行絲毫變化就能夠使其工作。
此外，在該FeRAM 100中，因為在板線120的兩側交替配置電容器單元110，所以在列方向上，鄰接的電容器單元110之間的位置關系發生傾斜，能夠節約電容器單元110間的空間。其結果，可以與現有結構的FeRAM 100相比，將由鄰接的電容器單元間的空間決定的列方向上的間距縮小。
而且，在該FeRAM 100中，通過在板線120的兩側配置電容器單元110的結構，實現與彎曲板線120相同的功能，能夠將板線數減少到現有的1/2。基于此，在與板線120相同的配線層上能夠產生空間上的富余，能夠將與板線120平行設置的字支持配線140配置在該配線層上。
從平面圖上看，使用正方形或圓形的電容器單元110的時候，在本發明中，以普通間距1/2的間距配置位線，所以位線130這方與包含字支持配線140和板線130等的配線層(以下稱作“字支持配線/板線層”)相比，其配線間的間距變密。因此，即使出于為了在字支持配線/板線層上保證配線墊150的區域的考慮，將位線130配置在字支持配線/板線層的上面的這種配置方法也有利于節省空間。
這種情況下，在字支持配線/板線層上，因為有沿著行方向延伸的空地，所以能夠將設置在該區域上的配線墊150的形狀沿著行方向變長。因為最好適于光刻工藝和蝕刻工藝，并且配線墊尺寸較大，所以在行方向上較長的配線墊能夠有效增加加工余地。
在該第一實施例中，列方向對應于本發明的“一個方向”，行方向對應于“另一個方向”。此外，板線120對應于本發明的“公共板線”。而且，例如第n行的字線對161和162對應于本發明的“鄰接的一組所述字線對”，例如第n+1行的字線對161和162對應于本發明的“另一組字線對”。而且，FeRAM 100對應于本發明的鐵電存儲器。
(2)第二實施例圖3是本發明的第二實施例所涉及的FeRAM 200的構成例的平面圖。在圖3中，對與圖2(第一實施例)相同的部分標注有相同的附圖標記。并省略對其的說明。
如圖3所示，在該FeRAM 200中，在字支持配線/板線層的下面具有多條局部配線210。這些局部配線210分別配置在一個電容器單元110的上部電極103上。而且，在這些局部配線210上配置板線120，局部配線210和板線120通過塞電極212連接。換言之，利用局部配線210使板線120和上部電極103之間導通。
根據這種結構，能夠有一定程度自由地設置板線120的平面形狀，其結果，如圖3所示，能夠不被電容器單元110的位置影響配置字支持配線140。
此外，雖然在圖3中沒有圖示，在該FeRAM 200中，位線通過層間絕緣膜形成在字支持配線/板線層的上面。而且，這些位線能夠按照各個行一個一個地選擇分別相對于字線對161和162配置的多個電容器單元110。也就是說，如圖1所示，在各個行中，一條位線連接至一個電容器單元110的下部電極。而且，各條位線通過塞電極152連接至配線墊150。在該第二實施例中，局部配線210對應于本發明的局部配線。
(3)第三實施例圖4是本發明的第三實施例所涉及的FeRAM 300的構成例的平面圖。在圖4中，對于與圖2(第一實施例)和圖3(第二實施例)相同的部分標注相同的附圖標記，并省略對其的詳細說明。
如圖4所示，在該FeRAM 300中，在字支持配線/板線層的下面具有局部配線310。該局部配線310與圖3(第二實施例)不同，每行都配置一條。而且，每行都由一條局部配線310覆蓋住所有的電容器單元110的上面。而且，該局部配線310例如由銥氧化物等的具有氫擴散阻擋功能的導電膜構成。
在這些局部配線310上配置板線120，局部配線310和板線120之間通過塞電極312連接。
而且，雖然在圖4中沒有圖示，但在該FeRAM 300中，與在第一、第二實施例中說明過的FeRAM 300相同，位線通過層間絕緣膜在字支持配線/板線層的上面沿著行方向排列多條位線。如果是這種結構的話，能夠防止氫向局部配線312的下層擴散，所以在FeRAM 300的形成過程中，鐵電體膜能夠不還原。在該第三實施例中，局部配線310對應于本發明的局部配線。
(4)應用及其他本發明具有減少FeRAM的配線層的效果。不過在嵌入式FeRAM中，在邏輯電路LSI部分需要多層配線，所以一般意義上例如僅FeRAM削減配線層的話，效果不明顯。不過，邏輯部的規模較小，需要的配線層數約是兩三層的時候，因為FeRAM大概也需要這些配線層數，所以本發明有效。
此外，當將小容量的FeRAM嵌入到大規模的邏輯電路LSI內時，如果從在FeRAM上進一步附著邏輯部的配線層的角度考慮，顯然，在FeRAM中使用的配線層數層數少的話比較有利。
綜合以上所述，不僅單體的FeRAM芯片，甚至在FeRAM內置式的邏輯電路LSI、FeRAM內置式的個人電腦等的內置式裝置上，本發明的效果也比較明顯。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
附圖標記說明100 FeRAM 103 上部電極105、152 塞電極 110 電容器單元120 板線(M1)130 位線(M2)140 字支持配線(M1) 150 配線墊(M1)161、162 字線 170 晶體管172 漏極
權利要求
1.一種鐵電存儲器，其特征在于，包括多條字線，沿著一個方向排列；以及多條位線，沿著與所述一個方向交叉的另一個方向排列，其中，由鄰接的一對所述字線構成一組字線對，配置成鋸齒形的多個電容器單元交錯著連接至構成所述一組字線對的各條字線，配置所述多條位線，以使可以個別地選擇連接至所述一組字線對的所述多個電容器單元，以相同的時間選擇控制所述一對字線。
2.根據權利要求1所述的鐵電存儲器，其特征在于還包括多組所述字線對，其中，相對于鄰接的一組所述字線對配置的所述多個電容器單元和相對于另一組所述字線配置的所述多個電容器單元的配置位置從平面圖上看呈線對稱狀態。
3.根據權利要求1或2所述的鐵電存儲器，其特征在于還包括沿著所述一個方向排列的多條公共板線，其中，一條公共板線與連接至所述一組字線對的所述多個電容器單元的各個單元的上部電極連接，所述位線與連接至所述一組字線對的所述多個電容器單元的各個單元的下部電極連接。
4.根據權利要求3所述的鐵電存儲器，其特征在于還包括多條支持配線，用于分別支持所述多條字線，其中，所述多條支持配線配置在與所述多條公共板線相同的配線層上。
5.根據權利要求4所述的鐵電存儲器，其特征在于所述多條位線配置在位于所述多條支持配線和所述多條公共板線上面的配線層上。
6.根據權利要求5所述的鐵電存儲器，其特征在于還包括多個配線墊，與所述一個方向的外形尺寸相比，所述另一個方向的外形尺寸較大，其中，所述多個配線墊配置在與所述多條支持配線和所述多條公共板線相同的配線層上，在一個單元選擇用晶體管和另一個單元選擇用晶體管之間共用的源極或漏極通過所述配線墊連接至所述位線，所述一個單元選擇用晶體管將所述鄰接的一組字線作為柵電極，所述另一個單元選擇用晶體管將所述另一組字線作為柵電極。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的鐵電存儲器，其特征在于還包括多條局部配線，位于所述板線下面的配線層上，其中，所述局部配線配置在所述電容器單元的所述上部電極和所述公共板線之間。
8.根據權利要求7所述的鐵電存儲器，其特征在于所述局部配線的至少一部分由具有氫阻擋膜功能的導電材料構成。
全文摘要
本發明公開了一種鐵電存儲器，其具有有利于實現精細化的結構，并且能夠與普通的鐵電存儲器相同地執行讀出、寫入等的處理動作。其包括多條字線(161、162)，沿著一個方向排列；以及多條位線(130)，沿著與所述一個方向交叉的另一個方向排列，其中，由鄰接的一對字線(161、162)構成一組字線對；配置成鋸齒形的多個電容器單元(110)交錯連接至構成一組字線對的各條字線(161、162)；配置多條位線(130)，以使可以個別地選擇連接至一組字線對的多個電容器單元(110)；以相同的時間選擇控制一對字線(161、162)。
文檔編號H01L27/105GK1747061SQ20051008980
公開日2006年3月15日 申請日期2005年8月5日 優先權日2004年8月20日
發明者深田晉一 申請人:精工愛普生株式會社