(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、強誘電体膜および第２電極が積層されたキャパシタ構造を含む強誘電体メモリ装置の製造方法であって、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む、強誘電体メモリ装置の製造方法。
（ａ）  前記第１電極のための電極膜上に、強誘電体からなる連続膜を成膜し、その後に所定パターンのマスク層を形成する工程、
（ｂ）−１  前記マスク層をマスクとして、前記連続膜を、所定の膜厚の膜を残す状態となるように異方性エッチングによって選択的に除去する工程であって、選択的に除去された強誘電体の膜の側壁に残さ物層が形成される状態となるように前記異方性エッチングが行われる工程、
（ｂ）−２  前記工程（ｂ）−１の後に、前記所定の膜厚の膜に反応種を供給し、該膜を構成する強誘電体と反応種との反応生成物を形成させる工程、および
（ｃ）  工程（ｂ）−２で形成された前記反応生成物の層と、工程（ｂ）−１で形成された前記残さ物層と、を同時に薬液処理によって除去する工程。
【請求項２】
請求項１において、
前記反応種は、イオンまたはプラズマ状態である、強誘電体メモリ装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記工程（ｂ）−１の前記異方性エッチングは、反応性イオンエッチングおよび高密度プラズマエッチングから選択される方法である、強誘電体メモリ装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記工程（ｂ）−１の前記異方性エッチングは、反応性ガスとして、ハロゲン系ガスから選択される少なくとも１種を用いる、強誘電体メモリ装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記反応種は、前記異方性エッチングに用いられる反応性ガスと同種である、強誘電体メモリ装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記工程（ｃ）の薬液処理に用いられる薬液は、ｐＨが５以下である、強誘電体メモリ装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
前記工程（ｃ）の薬液処理に用いられる薬液は、塩酸、硝酸、硫酸、弗酸、燐酸、カルボン酸誘導体およびスルホン酸誘導体から選択される少なくとも１種の酸を含む、強誘電体メモリ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体メモリ装置の製造方法、特に強誘電体膜のパターニングに特徴を有する製造方法、および強誘電体メモリ装置に関する。
【０００２】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）は、キャパシタ部分に強誘電体膜を用いてその自発分極によりデータを保持するものである。
【０００３】
従来、キャパシタ部分は、パターン化したフォトレジストをマスクとし、反応性ガスを利用したドライエッチングによって形成されていた。そして、強誘電体膜をパターニングする際には、強誘電体膜の膜厚の不均一性やエッチングの不均一性によって強誘電体膜が部分的に残ってしまうことを防止するために、所定時間オーバーエッチングすることが行われている。このオーバーエッチング時に、エッチングにより生ずる残さ物（電極材料の飛沫あるいは反応生成物）は気相中に除去されずに、強誘電体膜の側壁に付着する。そして、この残さ物は、揮発性が低いためにドライエッチングによって除去することが困難であり、その結果キャパシタの特性を劣化させる問題が生ずる。また、強誘電体膜が緻密でない場合にも、強誘電体膜のエッチング時にエッチャントが強誘電体膜を貫通してしまい、同様の問題が発生する。
【０００４】
本発明の目的は、誘電体膜の側壁に対して電極材料に起因する残さ物が付着しにくく、強誘電体膜の良好な微細加工ができる強誘電体メモリ装置の製造方法、および強誘電体メモリ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる強誘電体メモリ装置の製造方法は、第１電極、強誘電体膜および第２電極が積層されたキャパシタ構造を含む強誘電体メモリ装置の製造方法であって、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含む。
【０００６】
（ａ）  前記第１電極のための電極膜上に、強誘電体からなる連続膜を成膜し、その後に、所定パターンのマスク層を形成する工程、
（ｂ）  前記マスク層をマスクとして、前記連続膜を、所定の膜厚の膜を残す状態で異方性エッチングによって選択的に除去する工程、および
（ｃ）  工程（ｂ）で残された前記所定の膜厚の膜を薬液処理によって除去する工程。
【０００７】
この製造方法によれば、強誘電体からなる連続膜のパターニングにおいて、まず、工程（ｂ）で、異方性エッチングによって該連続膜のほとんどを選択的に除去し、ついで、工程（ｃ）で、残りの前記所定の膜厚の膜を薬液処理によって除去することができる。したがって、工程（ｂ）で、強誘電体からなる連続膜の下の電極膜が露出することがないので、従来問題となっていた電極膜がエッチングされることによる残さ物が発生しない。その結果、このような残さ物の付着によるキャパシタ特性の劣化が生じない。
【０００８】
さらに、本発明にかかる製造方法は、前記工程（ｂ）の後に、前記所定の膜厚の膜に反応種を供給し、該膜を構成する強誘電体と反応種との反応生成物を形成させる工程を有することができる。そして、前記反応種は、反応性が高いイオンあるいはプラズマ状態であることができる。
【０００９】
本発明にかかる製造方法は、以下の各種の態様を取りうる。
【００１０】
（Ａ）前記工程（ｂ）の前記ドライエッチングは、反応性イオンエッチングおよび高密度プラズマエッチングから選択される方法であることができる。
【００１１】
前記異方性エッチングでは、反応性ガスとして、ハロゲン系ガスから選択される少なくとも１種を用いることができる。
【００１２】
（Ｂ）前記反応種は、前記異方性エッチングに用いられる反応性ガスと同種であることができる。
【００１３】
（Ｃ）前記工程（ｃ）の薬液処理に用いられる薬液は、ｐＨが５以下であることが望ましい。このような薬液は、塩酸、硝酸、硫酸、弗酸、燐酸、カルボン酸誘導体およびスルホン酸誘導体から選択される少なくとも１種の酸を含むことができる。
【００１４】
（Ｄ）前記工程（ｂ）において、選択的に除去された強誘電体の膜の側壁に残さ物層が形成される状態で前記異方性エッチングが行われることが望ましい。この残さ物層は、その後に、除去されるべき強誘電体膜に反応種を供給して反応生成物の形成が行われる場合に、反応種がマスク層の下の強誘電体膜と接触するのを妨げる保護膜として機能する。
【００１５】
さらに、本発明にかかる強誘電体メモリ装置の製造方法は、第１電極、強誘電体膜および第２電極が積層されたキャパシタ構造を含む強誘電体メモリ装置の製造方法であって、以下の工程（ａ）〜（ｃ）を含むことができる。
【００１６】
（ａ）  前記第１電極のための電極膜上に、強誘電体からなる連続膜を成膜し、その後に所定パターンのマスク層を形成する工程、
（ｂ）−１  前記マスク層をマスクとして、前記連続膜を、所定の膜厚の膜を残す状態で異方性エッチングによって選択的に除去する工程、
（ｂ）−２  前記工程（ｂ）−１の後に、前記所定の膜厚の膜に反応種を供給し、該膜を構成する強誘電体と反応種との反応生成物を形成させる工程、および（ｃ）  工程（ｂ）−２で形成された前記反応生成物の層を薬液処理によって除去する工程。
【００１７】
そして、前記工程（ｂ）−１において、選択的に除去された強誘電体の膜の側壁に残さ物層が形成される状態で前記異方性エッチングが行われることが望ましい。その後、前記工程（ｃ）において、前記反応生成物の層と前記残さ物層とを薬液処理によって同時に除去することが望ましい。
【００１８】
また、前記工程（ｃ）での除去工程は、薬液処理の代わりに他の手段、たとえばドライエッチングで行ってもよい。
【００１９】
本発明にかかる強誘電体メモリ装置は、請求項１〜１４のいずれかに記載の製造方法によって形成されるキャパシタ構造を有する。
【００２０】
かかる強誘電体メモリ装置は、
トランジスタ形成領域を構成する基体を含み、該基体上に前記キャパシタ構造を有する、蓄積容量型の装置、あるいは
半導体基板上に形成されたゲート絶縁層に前記キャパシタ構造が接続された、ＭＩＳトランジスタ型の装置、であることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１〜図７は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る強誘電体メモリ装置の製造方法を模式的に示す断面図である。以下の説明においては、本発明の強誘電体メモリ装置の要部を構成する強誘電体キャパシタの製造方法について述べる。この強誘電体キャパシタは、後述するように、各種の強誘電体メモリ装置に適用することができる。
【００２３】
（強誘電体メモリ装置の製造方法）
（１）図１に示すように、基体１００上に、強誘電体キャパシタの第１電極（下部電極）のための電極膜２０ａを形成する。ここで、基体１００は、後述するように、例えばトランジスタの形成領域を含む構造など、強誘電体メモリ装置の種類によって異なる構造を有する。
【００２４】
電極膜２０ａの成膜方法としては、特に限定されず、例えば気相法、液相法などを用いることができる。気相法としては、ＣＶＤ、特にＭＯＣＶＤ（Metal  Organic Chemical Vapor Deposition）を適用することが好ましい。また、電極膜２０ａの形成には、その材料の溶液を液相の状態で基体１００上に供給する方法、またはその材料の溶液を超音波等によりミスト化して基体１００上に供給するミストデポジション法を採用することもできる。
【００２５】
第１電極を構成する材料としては、たとえば、Ｉｒ，ＩｒＯx，Ｐｔ，Ｒｕ，ＲｕＯx，ＳｒＲｕＯx，ＬａＳｒＣｏＯxを挙げることができる。
【００２６】
（２）ついで、電極膜２０ａ上に、全面的に強誘電体からなる連続膜３０ａ（以下、これを「強誘電体膜３０ａ」という）を形成する。
【００２７】
強誘電体膜３０ａの成膜方法としては、たとえば、ゾルゲル材料やＭＯＤ（Metal  Organic  Decomposition）材料を用いたスピンコート法やデッピング法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、レーザアブレーション法を挙げることができる。
【００２８】
強誘電体膜は、特に限定されず、強誘電体性を示してキャパシタ絶縁膜として使用できればよく、その組成は任意のものを適用することができる。このような強誘電体としては、たとえば、ＰＺＴ（ＰｂＺｒyＴｉ1-yＯ3）、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）、さらに、これらのものに、ニオブ、ニッケル、マグネシウム等の金属を添加したもの等が適用できる。強誘電体としては、具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコン酸（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）またはマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を使用することができる。
【００２９】
ＭＯＣＶＤに用いられる強誘電体材料（プレカーサ）としては、ＰＺＴの場合、ＰｂについてはＰｂ（Ｃ2Ｈ5）4、（Ｃ2Ｈ5）3ＰｂＯＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）3、Ｐｂ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2）2等を、Ｚｒについては、Ｚｒ（ｎ−ＯＣ4Ｈ9）4、Ｚｒ（ｔ−ＯＣ4Ｈ9）4、Ｚｒ（Ｃ11Ｈ19O2）4、Ｚｒ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2）4等を、ＴｉについてはＴｉ（ｉ−Ｃ3Ｈ7）4等をそれぞれ用い、ＳＴＢの場合、ＳｒについてはＳｒ（Ｃ11Ｈ10Ｏ2）2等を、ＢｉについてはＢｉ（Ｃ6Ｈ5）3等を、ＴａについてはＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5等をそれぞれ用いることができる。
【００３０】
（３）図２に示すように、強誘電体膜３０ａ上に、所定パターンのレジスト層４０を形成する。
【００３１】
（４）図３に示すように、レジスト層４０をマスクとして、強誘電体膜３０ａを異方性のドライエッチングによって選択的に除去する。このエッチングにおいては、エッチャント５０は、基体１００に対して垂直な方向に印加された電界によって加速される。
【００３２】
ドライエッチング法としては、たとえば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）やエレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）などを利用した高密度プラズマエッチング、イオンビームエッチング（イオンミリング）などのいずれかの方法を用いることができ、特に物理的ならびに化学的な作用を融合してエッチング作用を促進できる高密度プラズマエッチングが好ましい。
【００３３】
ドライエッチングに用いられるエッチャントとしては、ハロゲン系ガスから選択される少なくとも１種の反応性ガスを含む。また、エッチャントは、必要に応じて、他のガス、例えば、酸素（Ｏ2）やアルゴン（Ａｒ）を含むことができる。
【００３４】
ドライエッチングの条件としては、たとえば具体的に、強誘電体膜としてＰＺＴを用い、エッチング方法として高密度プラズマエッチングを用いた場合、エッチングガスとしてＣＦ4とアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量ＣＦ4／Ａｒ＝５０／５０（ｓｃｃｍ）、圧力０．４Ｐａ、プラズマソースパワー９００Ｗ、バイアスパワー４５０Ｗを採用できる。
【００３５】
この工程では、誘電体膜３０ａ上にレジスト層４０が形成されていない部分において、所定の膜厚ｔの膜（以下、この膜を「残存膜」ともいう）３０ｂが残るように制御される。この残存膜３０ｂの膜厚ｔは、エッチング工程で電極膜２０ａが露出せず、かつ、次の工程で行われる強誘電体と反応種との反応が良好に行われることを考慮して設定される。
【００３６】
具体的には、強誘電体膜の膜質や次の工程での残存膜の除去方法等により異なるが、残存膜の膜厚が厚すぎると次の工程での反応生物層が形成されにくくなり、また、残存膜の膜厚が薄すぎるとエッチングの不均一性や強誘電体膜の膜厚の不均一性により、その下の電極膜２０ａがエッチングされてしまう。これらのことを考慮すると、残存膜３０ｂの膜厚ｔは、通常は、１〜５０ｎｍであることが好ましく、さらに好ましくは２〜１０ｎｍである。なお、残存膜３０ｂの膜厚ｔはできる限り均一にすることが好ましい。
【００３７】
また、この工程では、強誘電体膜３０ａおよびレジスト層４０の側面に反応生成物が付着し、残さ物層３２が形成される。この残さ物層３２は、主として、エッチャントに含まれる反応性ガスと強誘電体との反応生成物であって、この反応生成物は揮発性が低いために再付着しやすいものである。そして、この残さ物層３２は、次の工程で、強誘電体膜３０ａと反応種とが接触することを避けることができ、したがって強誘電体膜３０ａの保護膜として機能する。このことを考慮すると、この工程では、残さ物層３２が形成されやすい条件でエッチングが行われることが望ましい。そのために、この工程では、具体的に、化学的作用の強いエッチング条件を採用することが望ましい。
【００３８】
（５）上記工程（４）のドライエッチングを停止した後、図４に示すように、反応種、好ましくはイオンあるいはプラズマ状態の反応種５２を基体１００に向けて供給する。これにより、レジスト層４０が形成された領域以外の強誘電体膜（残存膜）３０ｂに反応種が供給され、強誘電体膜３０ｂの強誘電体と反応種との反応生成物層３４が形成される。
【００３９】
ここで、供給される反応種５２は、図３に示すエッチング工程で用いられる反応性ガスと同種であることが好ましい。このような反応種を用いることにより、図３に示す工程で形成された残さ物層３２と、この工程で形成される反応生成物層３４とは、化学的にほぼ同じ性質を有する。その結果、次の薬液処理による残さ物層３２と反応生成物層３４の除去工程において、両者の層３２，３４を同一の薬液処理で容易かつ確実に除去できる。
【００４０】
この工程で、反応種を強誘電体膜３０ｂに供給する方法としては、プラズマ発生手段を有する装置を用いたプラズマ処理法、加熱手段を有する装置を用いた熱処理法、レーザ照射手段を有する装置を用いた光処理法などを用いることができる。反応種を強誘電体膜３０ｂに供給する方法としては、例えば、上記工程（４）で用いたエッチング装置をそのまま用いることができる。この場合、強誘電体膜のエッチング機能を停止するために、バイアスなどによる電界の印加をせずに、反応種を強誘電体膜に供給する。
【００４１】
また、上記工程（４）で強誘電体膜（残存膜）３０ｂの膜厚ｔを好適な範囲に設定することにより、この工程で、強誘電体膜（残存膜）３０ｂの全体を確実かつ容易に反応生成物層３４に変えることができる。
【００４２】
（６）図５に示すように、図３および図４に示す工程で形成された残さ物層３２および反応生成物層３４を薬液処理により除去する。
【００４３】
この工程で用いられる薬液は、強誘電体と反応種との反応生成物を溶解して除去でき、かつ、強誘電体膜の下にある電極膜２０ａに悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されない。このような薬液としては、たとえば酸、具体的には、塩酸、硝酸、硫酸、弗酸、燐酸、カルボン酸誘電体およびスルホン酸誘電体などを例示できる。さらに、この薬液は、ｐＨが５以下の酸性のものを好ましく用いることができる。
【００４４】
（７）図６に示すように、レジスト層４０をマスクとして引き続き電極膜２０ａをドライエッチングによって選択的に除去し、第１電極２０を形成する。ドライエッチング条件としては、たとえば具体的に、電極膜２０ａとして白金を用い、エッチング方法として高密度プラズマエッチングを用いた場合、エッチングガスとして塩素（Ｃｌ2）とアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量Ｃｌ2／Ａｒ＝３０／２０（ｓｃｃｍ）、圧力０．６Ｐａ、プラズマソースパワー９００Ｗ、バイアスパワー４５０Ｗを採用できる。
【００４５】
（８）図７に示すように、図６に示す工程で用いられたレジスト層４０を溶解あるいはアッシングなどの方法によって除去した後、公知の方法により第２電極（上部電極）２２を形成する。第２電極２２の材質、成膜方法およびパターニングなどは、第１電極２０と同様である。
【００４６】
以上の工程によって、基体１００上に所定パターンの強誘電体キャパシタＣ１００が形成される。この強誘電体キャパシタＣ１００は、基体１００上の所定領域に形成され、第１電極（下部電極）２０と、第１電極２０上に形成された強誘電体膜３０と、強誘電体膜３０上に形成された第２電極（上部電極）２２と、を有する。
【００４７】
（作用効果）
本実施の形態によれば、以下の作用効果を有する。
【００４８】
（ａ）  強誘電体膜３０ａのパターニングにおいて、まず、異方性のドライエッチングによって強誘電体膜３０ａのほとんどを選択的に除去し、ついで、残りの薄い残存膜３０ｂを特定の反応種と反応させて反応生成物層３４を形成しこれを薬液処理によって除去する。したがって、ドライエッチング工程で、強誘電体膜３０ａの下の電極膜２０ａが露出することがないので、従来問題となっていた、電極膜がエッチングされることによる残さ物が発生しない。その結果、このような残さ物の付着によるキャパシタ特性の劣化が生じない。
【００４９】
（ｂ）  ドライエッチング工程で形成される残さ物層３２およびエッチング工程後に形成される反応生成物層３４は、同一の薬液処理によって完全に除去できるので、強誘電体膜３０ａを高い精度で微細加工できる。
【００５０】
（ｃ）  強誘電体膜３０ａの最終的な加工を薬液によって行うので、ドライエッチングを用いる場合のように、強誘電体膜と下地層である電極膜との選択比を考慮する必要がなく、したがって、強誘電体膜のエッチング条件の自由度が増す。
【００５１】
（ｄ）  ドライエッチング工程で形成される残さ物層３２は、その後の反応生成物層３４の形成工程において、反応種が強誘電体膜３０ａと接触するのを妨げる保護膜として機能するので、最終的に得られる強誘電体膜３０の寸法精度を高めることができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、強誘電体膜３０、第１電極２０および第２電極２２の順にパターニングを行ったが、これに限定されるものではなく、たとえば、第２電極２２、強誘電体膜３０および第１電極２０の順にパターニングを行ってもよい。
【００５３】
［第２の実施の形態］
本発明の強誘電体メモリ装置は、上記強誘電体キャパシタＣ１００を含んで形成され、以下に示す各種の態様を取りうる。
【００５４】
（第１の強誘電体メモリ装置）
図８は、第１の強誘電体メモリ装置１０００を模式的に示す断面図である。この強誘電メモリ装置１０００は、強誘電体メモリ装置の制御を行うトランジスタ形成領域を有する。このトランジスタ形成領域が第１の実施の形態で述べた基体１００に相当する。
【００５５】
基体１００は、半導体基板１０にトランジスタ１２を有する。トランジスタ１２は、公知の構成を適用でき、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、あるいはＭＯＳＦＥＴを用いることができる。図示の例ではＭＯＳＦＥＴを用いており、トランジスタ１２は、ドレインおよびソース１４、１６と、ゲート電極１８とを有する。ドレインおよびソースの一方１４には電極１５が形成され、ドレインおよびソースの他方１６にはプラグ電極２６が形成されている。プラグ電極２６は、必要に応じてバリア層を介して強誘電体キャパシタＣ１００の第１電極２０に接続されている。そして、各メモリセルは、ＬＯＣＯＳあるいはトレンチアイソレーションなどの素子分離領域１７によって分離されている。トランジスタ１２などが形成された半導体基板１０上には、酸化シリコンなどの絶縁物からなる層間絶縁膜１９が形成されている。
【００５６】
以上の構成において、強誘電体キャパシタＣ１００より下の構造体が基体１００であるトランジスタ形成領域を構成している。このトランジスタ形成領域は、具体的には、半導体基板１０に形成されたトランジスタ１２、電極１５，２６、層間絶縁層１９などを有する構造体からなる。
【００５７】
この強誘電体メモリ装置１０００は、ＤＲＡＭセルと同様に、蓄積容量に情報としての電荷をため込む構造を有する。すなわち、メモリセルは、図９および図１０に示すように、トランジスタと強誘電体キャパシタにより構成される。
【００５８】
図９は、メモリセルが１つのトランジスタ１２と１つの強誘電体キャパシタＣ１００とを有する、いわゆる１Ｔ１Ｃセル方式を示す。このメモリセルは、ワード線ＷＬとビット線ＢＬとの交点に位置し、強誘電体キャパシタＣ１００の一端は、ビット線ＢＬとの接続をオン・オフするトランジスタ１２を介してビット線に接続される。また、強誘電体キャパシタＣ１００の他端は、プレート線ＰＬと接続されている。そして、トランジスタ１２のゲートはワード線ＷＬに接続されている。ビット線ＢＬは、信号電荷を増幅するセンスアンプ２００に接続されている。
【００５９】
以下に、１Ｔ１Ｃセルにおける動作の例を簡単に説明する。
【００６０】
読み出し動作においては、ビット線ＢＬを０Ｖに固定した後、ワード線ＷＬに電圧を印加し、トランジスタ１２をオンする。その後、プレート線ＰＬを０Ｖから電源電圧ＶCC程度まで印加することにより、強誘電体キャパシタＣ１００に記憶した情報に対応した分極電荷量がビット線ＢＬに伝達される。この分極電荷量によって生じた微少電位変化を差動式センスアンプ２００で増幅することにより、記憶情報をＶCCまたは０Ｖの２つの情報として読み出すことができる。
【００６１】
書き込み動作においては、ワード線ＷＬに電圧を印加し、トランジスタ１２をオン状態にした後、ビット線ＢＬ−プレート線ＰＬ間に電圧を印加し、強誘電体キャパシタＣ１００の分極状態を変更し決定する。
【００６２】
図１０は、２つのトランジスタ１２と２つ強誘電体キャパシタＣ１００とを有する、いわゆる２Ｔ２Ｃセルを示す図である。この２Ｔ２Ｃセルは、前述した１Ｔ１Ｃセルを２個組み合わせて、相補型の情報を保持する構造を有する。すなわち、２Ｔ２Ｃセルでは、センスアンプ２００への２つの差動入力として、相補型にデータを書き込んだ２つのメモリセルから相補信号を入力し、データを検出する。このため、２Ｔ２Ｃセル内の２つの強誘電体キャパシタＣ１００，Ｃ１００は同じ回数の書き込みが行われるため、強誘電体キャパシタＣ１００の強誘電体膜の劣化状態が等しくなり、安定な動作が可能となる。
【００６３】
（第２の強誘電体メモリ装置）
図１１および図１２は、ＭＩＳトランジスタ型メモリセルを有する強誘電体メモリ装置２０００を示す。この強誘電体メモリ装置２０００は、ゲート絶縁層１３に強誘電体キャパシタＣ１００を直接接続する構造を有する。具体的には、半導体基板１０にソースおよびドレイン１４，１６が形成され、さらに、ゲート絶縁層１３上には、フローティングゲート電極（第１電極）２０、強誘電体膜３０およびゲート電極（第２電極）２２からなる強誘電体キャパシタＣ１００が接続されている。この強誘電体メモリ装置２０００においては、半導体基板１０、ソース，ドレイン１４，１６およびゲート絶縁層１３が、第１の実施の形態で述べた基体１００に相当する。
【００６４】
また、この強誘電体メモリ装置２０００は、図１２に示すように、ワード線ＷＬは各セルのゲート電極２２に接続され、ドレインはビット線ＢＬに接続されている。この強誘電体メモリ装置においては、データの書き込み動作は、選択するセルのワード線ＷＬとウェル（ソース）間に電界を印加することによって行われる。また、読み出し動作は、選択セルに対応するワード線ＷＬを選択し、選択セルのビット線ＢＬに接続したセンスアンプ２００によって各トランジスタを流れる電流量を検出することで行われる。
【００６５】
以上、蓄積容量型およびＭＩＳトランジスタ型の強誘電体メモリ装置の例について述べたが、本発明の強誘電体メモリ装置はこれらに限定されず、他のタイプのメモリトランジスタにも適用できる。要するに、本発明の強誘電体メモリ装置は、少なくとも第１電極と強誘電体膜とが積層された構造を有するものに適用できる。例えば、本発明の強誘電体メモリ装置は、蓄積容量型では、１Ｔ１Ｃ、２Ｔ２Ｃ方式に限定されず、他の方式、例えば、制御用トランジスタを含まず、強誘電体キャパシタのみからなるメモリセルがマトリクス状に配列された単純マトリクス方式を採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる強誘電体メモリ装置の製造方法を適用した第１の実施の形態の工程を模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態の工程を模式的に示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態の工程を模式的に示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態の工程を模式的に示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態の工程を模式的に示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態の工程および強誘電体メモリ装置を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明にかかる強誘電体メモリ装置が適用された蓄積容量型の強誘電体メモリ装置を模式的に示す断面図である。
【図９】図９に示す強誘電体メモリ装置を適用した１Ｔ１Ｃ方式のメモリセルを示す図である。
【図１０】図９に示す強誘電体メモリ装置を適用した２Ｔ２Ｃ方式のメモリセルを示す図である。
【図１１】本発明にかかる強誘電体メモリ装置が適用されたＭＩＳトランジスタ型の強誘電体メモリ装置を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１２に示す強誘電体メモリ装置を適用したメモリセルを示す図である。
【符号の説明】
１０  半導体基板
１２  トランジスタ
１４，１６  ソース，ドレイン
１９  層間絶縁膜
２０  第１電極（下電極，フローティングゲート電極）
２０ａ  電極膜
２２  第２電極（上電極，ゲート電極）
３０，３０ａ，３０ｂ  強誘電体膜
３２  残さ物層
３４  反応生成物物層
４０  レジスト層
１００  基体
Ｃ１００  強誘電体キャパシタ
１０００，２０００  強誘電体メモリ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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