[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有铁电电容器的半导体器件，特别是，涉及一种具有实际工作铁电电容器和实际不工作的虚设的铁电电容器的半导体器件。

背景技术

近年来，将铁电膜用作电容器的介电膜的铁电电容器引人注目。而且，正开展着利用铁电体的极化反转将信息保存在铁电电容器的铁电随机存储器(FeRAM)的开发。FeRAM是即使停止电源的供给也不失去所保存信息的非易失性存储器。而且，具有能够高集成化、能够高速工作、低能耗、写入/读取耐久性优异等优点。

作为构成铁电电容器的铁电膜材料，主要使用具有10～30μC/cm²左右的大的残留极化量的PZT(PbZr_1-XTi_XO₃)、SBT(SrBi₂Ta₂O₉)等的具有钙钛矿晶体结构的铁电氧化物。

一直以来，公认上述铁电膜因从外部侵入的水分经由氧化硅膜等亲水性高的层间绝缘膜而引起铁电特性的劣化。即，在形成层间绝缘膜或金属布线时的高温工艺中，水分被分解成氢和氧，若氢侵入到铁电膜中，则与铁电膜的氧发生反应，由此在铁电膜中形成氧缺陷。由于该氧缺陷，铁电膜的结晶性降低。而且，FeRAM的长时间使用也会引起同样的铁电膜结晶性降低的现象。若铁电膜的结晶性降低，则产生铁电膜残留极化量的降低、介电常数的降低等，从而降低铁电电容器的性能。而且，不仅是铁电电容器，有时也降低晶体管等的性能。

另外，由于FeRAM是压电元件，因此其特性根据元件所承受的应力发生变化。也就是说，在FeRAM中，为了对作为与铁电膜的极化轴方向对应的信息而存储的“1”、“0”状态进行反转，需要能够上下移动的极小的空间。因此，当FeRAM的铁电电容器从上方承受强大的压缩应力、或不均匀的应力时，产生不正常工作等缺陷。

通常在半导体存储器件中，通过进一步配置实际不工作的虚设电容器(dummy capacitor)来抑制实际工作电容器的劣化。例如，在专利文献1中，关于动态随机存储器(DRAM)，公开了沿着存储单元区域的最外周均匀配置虚设电容器的方法(例如，参照专利文献1)。

关于FeRAM，一直以来通过对构成铁电电容器的电极形状、配置等下功夫，由此抑制铁电电容器特性的偏差(例如，参照专利文献2)。

另外，以抑制形成在存储单元区域的铁电电容器的劣化为目的，对FeRAM也采用在存储单元区域的最外周等上配置虚设电容器的方法(例如，参照专利文献3～5)。

专利文献1：JP特开平11-345946号公报

专利文献2：国际公开第97/40531号手册

专利文献3：JP特开2004-47943号公报

专利文献4：JP特开2002-343942号公报

专利文献5：JP特开2001-358312号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在FeRAM中，单凭在存储单元区域的最外周形成虚设电容器，难以确实地防止因氢以及水分引起的实际工作铁电电容器性能的劣化。

另外，以往对从铁电电容器的上部对其施加的应力没有特别考虑过。因此，有时从铁电电容器的上部对其施加不均匀的应力，导致铁电电容器性能的劣化。

本发明的目的在于，提供一种半导体器件，在形成有实际工作电容器和虚设电容器的半导体器件中，能够抑制因氢以及水分、不均匀的应力引起的实际工作电容器的性能劣化，并能够提高FeRAM的寿命特性。

用于解决问题的方法

根据本发明的一种方式，提供一种半导体器件，该半导体器件具有：多个实际工作电容器，排列形成在半导体衬底上的第一区域，并具有第一下部电极、第一铁电膜以及第一上部电极，其中，该第一铁电膜形成在上述第一下部电极上，该第一上部电极形成在上述第一铁电膜上；多个虚设电容器，排列形成在设置于上述半导体衬底上的上述第一区域外侧的第二区域，并具有第二下部电极、第二铁电膜以及第二上部电极，其中，该第二铁电膜形成在上述第二下部电极上，该第二上部电极形成在上述第二铁电膜上；多个第一布线，分别形成在上述多个实际工作电容器上，并分别连接至上述多个实际工作电容器的上述第一上部电极；多个第二布线，分别形成在上述多个虚设电容器上，而且，上述虚设电容器的间距对上述实际工作电容器的间距之比在0.9～1.1的范围内；上述第二布线的间距对上述第一布线的间距之比在0.9～1.1的范围内。