[发明专利]铁电体存储装置及其制造方法

说明书

本发明涉及一种带有铁电体层的不挥发性的半导体装置，具体说来涉及对铁电体层的分压的提高。

图9表示以往的铁电体存储器50的要部剖视图。铁电体存储器50在半导体基板51上依次形成有栅极氧化膜54、浮动栅极55、铁电体层56和控制栅极57。

在铁电体存储器50中，为了转换极化状态，施加在控制栅极57上的电压不怎么被分压到铁电体层56上。这是由于与SiO₂相比铁电体的介电常数ε大得多(约几百倍)，因此，铁电体层56的容量比栅极氧化膜54的容量大得多，被串联了的电容的分压与容量成反比。

为解决这个问题，比如在第14次铁电体应用会议报告预稿集“用于MFISFET的低介电常数铁电体材料的开发”(第14次铁电体应用会议，1997年9月发行，31～32页)中公开了在铁电体材料上开发介电常数小的材料并减小铁电体层的容量、减薄栅极氧化膜的膜厚、增大绝缘膜容量。但是，对材料的开发也有限度，如果减薄栅极氧化膜的膜厚则耐压降低。

为解决这样的问题，在特开平9-252099号公报中公开了图10所示的铁电体存储器晶体管101。图10B为图10A的XB-XB剖面。

如图10A、B所示，铁电体存储器晶体管101在激活区168的浮动栅极124之上形成有绝缘膜130，在其上形成有铁电体层134。在非激活区130上设有接触孔132，浮动栅极124和铁电体层134由非激活区130接触着。

铁电体存储器晶体管101通过只改变接触孔132的面积可以减小浮动栅极124和基板区域112间的分压、增大浮动栅极124和控制栅极136间的分压。在铁电体存储器晶体管101上的控制栅极136和P井112之间形成的电容如图9C所示那样与容量CF、CG串联后的合成容量等价。容量CF为容量C1、C2并联后的合成容量。还有，容量C1为由激活区168上的铁电体层134及绝缘膜130所定义的容量，容量C2为由元件隔离区114上的铁电体层134所定义的容量。铁电体层其介电常数比绝缘膜高得多，因此，容量CF可以近似为容量C2。因此，通过减小容量C2可以减小容量CF。由此，可以减小施加到容量CG上的分压、增大施加到容量CF上的分压。

但是，即使减小浮动栅极124和基板区域112间的分压、增大浮动栅极124和控制栅极136间的分压，施加到激活区168上的铁电体层134的分压并没有增大那么多。这是由于绝缘膜130比起铁电体层134来其介电常数小得多，这样，在激活区168上被分到绝缘膜130上的电压比被分到铁电体层134上的电压多。

还有，在特开平9-205181号公报中，公开了通过减小上部电极来减小相向面积。但是，在此方法中，用离子铣削法加工上部电极，因此，会损伤铁电体层表面。

所述分压的下降不仅对于由栅极绝缘膜、浮动栅极、铁电体层和控制栅极构成的铁电体存储器是个问题，对于在栅极绝缘膜和铁电体层之间没有浮动栅极的铁电体存储器也同样是个问题。

为了解决上述问题，本发明的目的在于通过减小铁电体层的实质面积提供可以施加高分压的铁电体半导体存储装置。

与本发明有关的铁电体存储装置具备有a1)带有第1导电型基板区域的半导体基板、a2)形成于上述第1导电型区域表面上的1对第2导电型杂质区域，a3)形成于上述1对杂质区域之间的上述基板区域上的第1绝缘膜、a4)形成于上述第1绝缘膜上的铁电体层、a5)形成于上述铁电体层上的上部电极，B)是一种形成于上述第1绝缘膜和上述上部电极之间的绝缘膜，为了使上述铁电体层的实质容量减少，具备有只在上述1对杂质区域之间的上述基板区域上的一部分上形成的实质容量减少绝缘膜。

与本发明有关的铁电体存储装置，其特征在于具备有a1)带有第1导电型基板区域的半导体基板、a2)形成于上述第1导电型区域表面上的1对第2导电型杂质区域，a3)形成于上述1对杂质区域之间的上述基板区域上的第1绝缘膜、a4)形成于上述第1绝缘膜上的铁电体层、a5)形成于上述铁电体层上的上部电极，B)具备有被形成于上述第1绝缘膜和上述上部电极之间且使上述铁电体层的实质容量减少的实质容量减少绝缘膜，在上述1对杂质区域之间的上述基板区域上带有只存在上述铁电体层的部分和存在上述容量减少用绝缘膜与上述铁电体层重叠的部分。