專利名稱：包含影像隨機(jī)存取存儲器的半導(dǎo)體存儲設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)，特別涉及一種影像RAM，它具有通過在SRAM中加入鐵電電容器形成的存儲器單元，在對其供電時，用于對SRAM單元進(jìn)行高速讀取和寫入，當(dāng)不供給電源時，在鐵電電容器中保持非易失性的存儲。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)包含由兩個CMOS反相器構(gòu)成的觸發(fā)器，如圖1A的電路圖所示。此外，使組成觸發(fā)器的NMOS晶體管Q0和Q1的漏極構(gòu)成存儲節(jié)點(diǎn)N0和N1。兩個存儲節(jié)點(diǎn)N0和N1通過作為傳輸門的NMOS晶體管Q4和Q5分別與負(fù)位線BLN和正位線BLT相連。構(gòu)成傳輸門的NMOS晶體管Q4和Q5的柵極與公共的字線WL相連。負(fù)位線BLN和正位線BLT成為一對，在它們之間連接一個未示出的傳感放大器，用于比較并放大兩個位線的電壓。
同時，通過在上述靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(下稱SRAM)的存儲節(jié)點(diǎn)N0和N1中加入鐵電電容器來構(gòu)成所述影像RAM。圖1B是在日本未審專利No.2000-293989中描述的影像存儲器實例的電路圖。與圖1A所示SRAM相同的部分用相同的符號來表示，這里略去對它們的介紹。按照所述影像RAM，在鐵電電容器F0和F1一側(cè)的相應(yīng)終端分別與兩個存儲節(jié)點(diǎn)N0和N1相連，鐵電電容器F0和F1另一側(cè)的兩個終端分別與極板線PL相連。極板線PL與附圖之外的極板線驅(qū)動電路相連。
在加給電源時，將影像RAM設(shè)定在電源電壓Vcc的1/2，即Vcc/2，以與傳統(tǒng)之通用SRAM相同的方式實現(xiàn)在供電情況下執(zhí)行的讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)。在切斷電源時，進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)換操作，即將觸發(fā)器存儲的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電電容器F0和F1的極化方向。在存儲期間，通過將極板線PL變?yōu)閂cc/2、Vcc甚至0V，將存儲的數(shù)據(jù)被存儲成鐵電電容器F0和F1的剩余極化方向，而保持字線W處于未被激活狀態(tài)。此外，當(dāng)啟動電源時，實行再調(diào)用的切換操作，將鐵電電容器所保持的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移給觸發(fā)器。在再調(diào)用期間，通過啟動觸發(fā)器的電源，將作為剩余極化的鐵電電容器存儲的數(shù)據(jù)復(fù)制到觸發(fā)器中，而保持字線WL和極板線PL處于未激活狀態(tài)。按照這種方式，可將所述影像RAM作為非易失性的存儲器，即使在遇到斷電或者重新啟動電源時，也可以觸發(fā)器存儲的數(shù)據(jù)得以被保持，同時可按與傳統(tǒng)SRAM相似的方式實現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)。
為了在半導(dǎo)體極板(硅襯底)上形成這樣的影像RAM，需要在盡可能的上層中形成所述鐵電電容器。因為在鐵電電容器中，通常使用一個很薄的陶瓷層作為下電極和上電極之間不導(dǎo)電的絕緣薄膜，并且由于鐵電薄膜是由氧化物組成的，所以，在把鐵電薄膜置于脫氧環(huán)境中時，就產(chǎn)生氧不足的問題，電阻會下降，在電極之間的漏電電流增加，并產(chǎn)生鐵電極化數(shù)目下降、介電常數(shù)下降以及其它電學(xué)性能的惡化等。因此，將所述鐵電電容器布置在多層布線結(jié)構(gòu)中的最上層，使得能夠在布線層的各種金屬形成后形成它，這樣鐵電電磁鐵就不會處于脫氧的環(huán)境中。
圖10的剖視圖示出沿著圖11A中的AA′線所取的斷面，而附圖11A、11B、11C以及圖12A、12B分別是沿所述剖視圖的a至e線觀察的視圖。圖10中建立一種結(jié)構(gòu)，其中在硅襯底1上提供與MOS晶體管一起形成的晶體管層300，在晶體管層300上，設(shè)置多層布線層，由第一中間層絕緣薄膜311、第一布線層301、第二中間層絕緣薄膜312、第二布線層302、第三中間層絕緣薄膜313、第三布線層303、第四中間層絕緣薄膜314、鐵電電容器層(第四布線層)304、第五中間層絕緣薄膜315、第五布線層305及鈍化薄膜316依次層疊而形成。
圖11A示出晶體管層300，它包含在硅襯底1上形成的N型擴(kuò)散層321和P型擴(kuò)散層322以及柵極323和字線(WL)324的多晶硅布線。圖11B示出第一布線層301，它包含通過第一插塞325與晶體管層300相應(yīng)的擴(kuò)散層321和322相連的第一中繼布線326。此外，通過向在中間層絕緣薄膜中形成的觸點(diǎn)填充導(dǎo)電材料插塞，使上層326與低層321及322彼此相連。圖11C示出第二布線層302，它包括通過第二插塞327與第一布線層301相連的電源線(Vcc)328、GND線329、為減小字線的總電阻而與晶體管層300的字線324并聯(lián)的第二字線(WL)330，以及與第一中繼布線326相連的第二中繼布線331。
圖12A示出第三布線層303，它包含通過第三插塞332與第二布線層302相連的位線(BLN、BLT)333、與第二中繼布線331相連第三中繼布線334。圖12B示出第四布線層304，它包含通過第四插塞335與第三中繼布線334相連的鐵電電容器336；還包括第五布線層305，它包含通過其上的第五插塞340連接的上層底板線(PL)341。鐵電電容器336由下電極337、鐵電絕緣薄膜338和上電極339層疊而成，下電極337與第三中繼布線334相連，上電極334與極板線341相連。
在這種方式下，按照上述影像RAM(下稱傳統(tǒng)類型的影像RAM)，為使鐵電電容器336與分別構(gòu)成反相器的NMOS晶體管Q0和Q1的存儲節(jié)點(diǎn)N0、N1相連，要形成一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中的晶體管層300通過第一至第四中間層絕緣薄膜311至334與鐵電電容器336下電極337相連。也就是說，分別形成帶有第一至第三中繼布線326、331和334的第一至第三布線層301至303，分別形成帶有插塞325、327、332和335的第一至第四中間層絕緣薄膜311至314。
在這種方式下，按照所述的影像RAM，對于第一至第三布線層301至303而言需要一個空間，除了布置構(gòu)成SRAM所需的布線外，還要用來布置相應(yīng)的中繼布線326、331和334，增大了單一存儲器單元MC所需的單元面積。結(jié)果，在獲得影像RAM存儲電容器高容量的結(jié)構(gòu)方面構(gòu)成危害。
參照圖13至15B，解釋圖1A所示的SRAM結(jié)構(gòu)，用作對比。圖13是其縱向剖面圖，圖14A和14B以及圖15A和15B是沿其中a至d線方向觀察的布局圖，并且構(gòu)成四層結(jié)構(gòu)的SRAM。圖13中構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)，其中在硅襯底1上設(shè)置帶有MOS晶體管的晶體管層400，在晶體管層400上設(shè)置多層布線層，這由第一中間層絕緣薄膜411、第一布線層401、第二中間層絕緣薄膜412、第二中間層402、第三中間層絕緣薄膜413、第三布線層403以及鈍化薄膜414的依序?qū)盈B而成。
圖14A示出晶體管層400，它具有在硅襯底1上形成的N型擴(kuò)散層421與P型擴(kuò)散層422以及柵極423和字線424的多晶硅布線。圖14B示出第一布線層401，它包含通過第一插塞425與晶體管層400相應(yīng)的擴(kuò)散層421和422相連的第一中繼布線426。圖15A示出第二布線層402，它包含通過第二插塞427與第一中繼布線426相連的電源線(Vcc)428和GND線429，與晶體管層400的工作線424并聯(lián)用以減小工作線總電阻的第二字線(2WL)430，以及第二中繼布線431。圖15B是第三布線層403，它包含通過第三插塞432與第二中繼布線431相連的位線(BLN，BLT)433。
在將四層結(jié)構(gòu)的SRAM與傳統(tǒng)類型影像RAM相應(yīng)的層進(jìn)行對比時，如所周知，傳統(tǒng)類型的影像RAM中，除電源線328、GND線329和第二字線330之外，還需要第二中繼布線331，作為圖13所示SRAM的第二布線層402中眾多布線的外加布線，而在第三布線層303中除了位線333之外，還需要第三中繼布線334，作為SRAM中第三布線層303眾多布線的外加布線。設(shè)計中，可以通過布置與第二中繼布線和第三中繼布線相應(yīng)的布線，分別作為第二布線層和第三布線層中所需的外加布線，以構(gòu)成所述影像RAM，而不用改變第四層結(jié)構(gòu)的SRAM布局。然而，在鄰近的布線之間的間隔是很狹窄的，并且在光刻錄技術(shù)中沒有提供形成布線層的裕度，因此造成了鄰近布線之間的短路。特別是在第三布線層中，雖然在SRAM中兩條位線是呈一條直線布置的，但是在傳統(tǒng)類型的影像RAM中，擬以電子方式與比較上層之鐵電電容器相連的第三中繼布線334被布置成是沿著兩條成對的位線333進(jìn)行連接，所以要在所述位線之間將間隔增加相應(yīng)的寬度。因此，按照增加位線間隔的要求，就要改變所有布線層，包括最下層晶體管層在內(nèi)的布局，考慮到沿著字線延伸方向上的長度LW、沿著位線延伸方向上的長度LB，影像RAM在字線延伸方向上的長度LW比SRAM存儲單元的長度要長，與SRAM的相比，在半導(dǎo)體襯底上的存儲單元的單元面積要增加。此外，由于存儲單元的單元面積的增加，就須改變存儲單元的外圍電路，諸如解碼器、傳感放大器等，這使得設(shè)計中變化的尺度增大了，設(shè)計步驟的數(shù)目增加了。
此外，如圖16A、16B和16C所示，提出三層布線結(jié)構(gòu)的SRAM，以減少層數(shù)。在三層布線結(jié)構(gòu)的SRAM情況下面，盡管與圖13至15C所示的SRAM單元面積相比，其存儲單元的單元面積或多或少地增加了，但是布線層的數(shù)目減少了。圖16A、16B、16C所示的各層布局圖中，各部分的符號采用與圖13至15C中所示SRAM中相同的符號。圖16A示出晶體管層400，它具有在硅襯底1上形成的相應(yīng)的N型和P型擴(kuò)散層421和422，以及柵極423和字線424的多晶硅布線。圖16B示出第一布線層401，它包含電源線428、第二字線430、通過第一插塞425與晶體管層400之相應(yīng)擴(kuò)散層421相連的第一中繼布線426。圖16C示出第三布線層403，它包含通過第一中繼布線426連接的GND線429和位線433。
圖17A和17B以及圖18A和18B示出與三層結(jié)構(gòu)的SRAM相反的影像RAM的布局圖。另外，對相同的部件采用與圖10至12B相同的符號。圖17A示出晶體管層300，它包含在硅襯底1上形成的相應(yīng)的N型擴(kuò)散層321和P型擴(kuò)散層322，以及柵極323和字線324的多晶硅布線。圖17B示出第一布線層301，它包括通過第一插塞325與晶體管層300之?dāng)U散層321和322相連的電源線(Vcc)328和GND線329、第二字線(2WL)330以及第一中繼布線326。圖18A示出第二布線層302，它包含通過第二插塞327與第一中繼布線326相連的位線(BLN，BLT)333和第二中繼布線334。圖18B示出第三布線層303，它包含通過第三插塞332與第二中繼布線334相連的鐵電電容器336，以及在其上形成的第四布線層304，它包含通過第四插塞340與鐵電電容器336相連的極板線(PL)341。盡管圖中未予示出，鐵電電容器336由下電極、鐵電絕緣薄膜和上電極的層疊結(jié)構(gòu)組成，所述下電極與第二中繼布線334相連，上電極與極板線341相連。
在利用三層布線結(jié)構(gòu)之SRAM構(gòu)成傳統(tǒng)類型的影像RAM時，在第一布線層301中，盡管在SRAM中不出現(xiàn)GND線，但在傳統(tǒng)類型的影像RAM中，沿著電源線328和第二字線330布置GND線329。這是因為在第二布線層302中提供要與鐵電電容器相連的中繼布線334。因此，構(gòu)成一種存儲器單元MC的布局，沿位線延伸的方向的尺寸LB比三層布線結(jié)構(gòu)之SRAM的該尺寸要大，存儲單元MC的單元面積也增加了。在獲得與上述傳統(tǒng)類型影像RAM類似之存儲電容器的高容量結(jié)構(gòu)方面也造成障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體存儲設(shè)備，用于防止影像RAM之存儲單元的單元面積增加，同時獲得存儲電容器的高容量結(jié)構(gòu)。
此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種半導(dǎo)體存儲器設(shè)備，能夠利用適用于普遍使用之傳統(tǒng)SRAM的晶體管布線層設(shè)計數(shù)據(jù)來設(shè)計影像RAM。
此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種半導(dǎo)體存儲設(shè)備，可以降低影像RAM的許多設(shè)計步驟，縮短設(shè)計周期，并具有很大的存儲容量。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，它包括SRAM存儲單元和影像RAM存儲單元。所述影像RAM存儲單元在SRAM存儲器單元中帶有鐵電電容器，并按照如下方式構(gòu)造，使所述影像RAM的存儲器單元的面積等于所述SRAM的存儲器單元的面積。
此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，在所述SRAM存儲單元中至少包含具有鐵電電容器的影像RAM，該影像RAM包括中繼布線層，并且部分SRAM存儲單元的兩個存儲節(jié)點(diǎn)通過所述中繼布線層的中繼布線以及開口端分別與低電電容器相連。相應(yīng)的存儲節(jié)點(diǎn)和中繼布線層的中繼布線通過第一和第二開口端連在一起，而且所述中繼布線和鐵電電容器下電極通過第三和第四開口端連在一起。設(shè)置中繼布線，使第三和第四開口端之間的距離比第一和第二開口端之間的距離窄。
也就是說，設(shè)置所述中繼布線層，形成帶有中繼布線的中繼布線層，用來以任意的圖案形狀連接上層布線層和下層布線層，并且把用以連接與中繼布線相連之上層布線層的開口端位置和用以連接下層布線的開口斷位置設(shè)定為不同的任意位置。從而，可使所述鐵電電容器相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)和下電極相接，而不會改變適用于廣泛使用之傳統(tǒng)SRAM的布線層幾乎所有的數(shù)據(jù)。
此外，本發(fā)明的特征在于用來驅(qū)動SRAM和影像RAM的外圍電路是公用的。在這種情況下，構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)，其中存在SRAM和影像RAM，以便在存儲單元區(qū)域中混合。此外，保證在位線方向或者字線方向上由影像RAM構(gòu)成的存儲單元區(qū)域和由SRAM構(gòu)成的存儲單元區(qū)域的尺寸相同。
按照本發(fā)明，布線層的數(shù)目比傳統(tǒng)類型影像RAM的布線層的數(shù)目要增多，在所增加的布線層中，用來連接上層布線層和下層布線層的中繼布線形成任意形狀；可將用以連接下層布線層和用以連接上層布線層的連接結(jié)構(gòu)設(shè)定在不同的任意位置。于是，即使在傳統(tǒng)類型影像RAM的上層布線層布局和下層線層布局保持與SRAM的存儲單元的相應(yīng)布線層的布局相同，也可以實現(xiàn)影像RAM，而且，本發(fā)明的影像RAM能夠被實現(xiàn)而保持其尺寸和SRAM的存儲單元的尺寸相同。此外，借助共同使用外圍電路，可以很容易地通過將傳統(tǒng)SRAM的存儲單元替代為影像RAM的方式來設(shè)計半導(dǎo)體存儲設(shè)備。


以下參照附圖將使本發(fā)明的上述以及其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征成為顯見的，其中圖1A和圖1B是SRAM和影像RAM的電路圖；圖2A和2B是本發(fā)明第一實施例影像RAM的縱向剖面圖；圖3A、3B和3C分別是沿圖2A和2B中a、b和c線的各層布局視圖；圖4A至4C分別是沿圖2A和2B中d、e和f線的各層布局視圖；圖5A和5B是表示第一實施例各相應(yīng)布線層布線分配的表格；圖6A和6B是本發(fā)明第二實施例影像RAM的縱向剖面圖；圖7A至7C分別是沿圖6A和6B中a、b和c線的各層布局視圖；圖8A和8B分別是沿圖6A和6B中d和e線的各層布局視圖；圖9A和9B是表示本發(fā)明第二實施例各布線層中布線分配的表格；圖10是沿著傳統(tǒng)影像RAM之位線延伸方向的縱向剖面圖；圖11A至11C分別是沿圖10中a、b和c線的各層布局視圖；圖12A和12B分別是沿圖10中d和e線的各層布局視圖；圖13是沿著傳統(tǒng)SRAM的位線方向的縱向剖面圖；圖14A和14B分別是沿圖13中a和b線的各層布局視圖；圖15A和15B分別是沿圖13中c和d線的各層布局視圖；圖16A至16C分別是穿過不同的傳統(tǒng)SRAM第二布線層的晶體管層布局視圖；圖17A和17B是不同的傳統(tǒng)影像RAM的晶體管層和第一布線層的布局圖；圖18A和18B是不同的傳統(tǒng)影像RAM的第二布線層和第三布線層的布局圖。
具體實施例方式
接下去，參照附圖解釋本發(fā)明的實施例。圖2A至4C示出將本發(fā)明應(yīng)用于傳統(tǒng)技術(shù)所述四層結(jié)構(gòu)之SRAM中的例子。另外，圖2A和2B的剖視圖是沿著圖3A至4C中的AA′和BB′線所取的剖面圖，圖3A至圖4C相應(yīng)的布局圖示出沿圖2A和2B中的a至f線方向的投影布局。如圖2A和2B所示，在硅襯底1上，通過第一至第六中間層絕緣薄膜111至116層疊有晶體管層100、第一布線層101、第二布線層102、第三布線層103、第四布線層104、第五布線層105和第六布線層106。最上層是鈍化薄膜117。
圖3A是表示晶體管層100的視圖，在硅襯底1的一個存儲單元MC區(qū)域內(nèi)，采用LOCOS方法選擇形成部件隔離絕緣薄膜121的方式形成晶體管區(qū)域。這之后，在晶體管的部分區(qū)域內(nèi)，采用N型砷雜質(zhì)或者磷雜質(zhì)等形成N型擴(kuò)散層122，采用諸如硼等P型雜質(zhì)形成帶有P型擴(kuò)散層123的其它區(qū)域。此外，在硅襯底1的表面形成柵氧化膜和多晶硅薄膜，然后通過光刻步驟，按照事先確定的方式形成多晶硅薄膜和柵氧化膜，從而形成柵極124和字線(WL)125。從而，形成晶體管層100，它帶有通過P型擴(kuò)散層123形成其源極和漏極的PMOS晶體管Q2和Q3，通過N型擴(kuò)散層122形成其源極和漏極的NMOS晶體管Q0和Q1，以及構(gòu)成柵控晶體管(傳輸門)的NMOS晶體管Q4和Q5。
圖3B是表示第一布線層101的視圖，在晶體管層100上形成硅氧化物的第一中間層絕緣薄膜111。此外，第一中間層絕緣薄膜111在其位于N型擴(kuò)散層122和P型擴(kuò)散層123上方的區(qū)域設(shè)有開口，將鎢等導(dǎo)電材料嵌入開口中，形成第一插塞126。接著，在第一中間層絕緣薄膜111中形成鋁薄膜或者鋁合金薄膜，通過光刻步驟形成所需圖案形狀，從而形成第一布線層101。形成第一布線層101，作為第一中繼布線127，并通過第一插塞126，使相應(yīng)的第一中繼布線117與晶體管層100的N型擴(kuò)散層122和P型擴(kuò)散層123相連。
圖3C是表示第二布線層102的視圖，在第一布線層101上形成硅氧化膜的第二中間層絕緣薄膜112。此外，第二中間層絕緣薄膜112在第一中繼布線上方的區(qū)域設(shè)有開口，將鎢等導(dǎo)電材料嵌入到開口中，形成第二插塞128。接著，在第二中間層絕緣薄膜112中形成鋁薄膜或者鋁合金薄膜，通過光刻步驟形成所需的圖案形狀，從而形成第二布線層102。形成第二布線層102，用以構(gòu)成電源線(Vcc)129、GND線130、第二字線(2WL)131以及第二中繼布線132，它們分別通過第二插塞128與第一中繼布線127相連。此外，按與多晶硅層100的字線125平行的方式形成所述第二字線131，還在附圖之外的區(qū)域使這些字線彼此電連接，從而實現(xiàn)整個字線的低電阻結(jié)構(gòu)。
圖4A是表示第三布線層103的視圖，在第二布線層102上形成硅氧化物薄膜的第三中間層絕緣薄膜113。此外，第三中間層絕緣薄膜113在第二中繼布線132上方的區(qū)域設(shè)有開口，將鎢等導(dǎo)電材料嵌入到開口中，形成第三插塞133。接著，在第三中間層絕緣薄膜113中形成鋁薄膜或者鋁合金薄膜以及鈦或者鈦氮化物層疊的薄膜，通過光刻步驟形成所需的圖案形狀，從而形成第三布線層103。所形成的第三布線層103用以構(gòu)成第三中繼布線134，并通過第三插塞133與第二中繼布線132相連。第三中繼布線134形成L型圖案形狀，使得后面述及的上層中與第四布線層104相連的第四插塞135沿字線延伸方向的間隔比下層中用于與第二布線層102(即主要的布線)相連的第三插塞133之間的間隔要窄。換句話說，按照能夠在第四布線層104中形成的布線之間布置的形狀形成所述第三中間布線134。
圖4B是說明第四布線層104的視圖，在第三布線層103上形成硅氧化物的第四中間層絕緣薄膜114。另外，所述第四中間層絕緣薄膜114在第三中繼布線134上方的區(qū)域設(shè)有開口，將鎢等導(dǎo)電材料嵌入到開口中，形成第四插塞135。接著，在第四中間層絕緣薄膜114中形成鋁薄膜或者鋁合金薄膜，通過光刻步驟形成所需的圖案形狀，從而形成第四布線層104。所形成的第四布線層104組成位線(BLN，BLT)136和第三中繼布線137，它們通過第四插塞135與第三中繼布線134相連。
圖4C是簡要地表示第五布線層105和第六布線層106的視圖，在第四布線層104上形成硅氧化膜的第五中間層絕緣薄膜115。此外，第五中間層絕緣薄膜115在第四中繼布線137之上的區(qū)域形成一個開口，在開口中嵌入導(dǎo)電材料，從而形成第五插塞138。接著，在第五中間層絕緣薄膜115上形成第五布線層105。所形成的第五布線層105用于形成鐵電電容器139。特別地，所述鐵電電容器139形成層疊結(jié)構(gòu)，其中下電極140和上電極141在同一個平面上互相重疊，在下電極104和上電極141之間插入陶瓷等鐵電絕緣薄膜142。按照制造鐵電電容器139的步驟，形成包含Pt、Ir、Ru等貴重金屬，或者IrO2、RuO2等導(dǎo)電氧化物的薄膜。接著，在其上形成一個PZT[Pb(Zr，Ti)O3]、SBT[(SrBi2Ta2O9)]、BST[(Ba，Sr)TiO3]等鐵電絕緣薄膜，在其上形成由與下電極類似的材料構(gòu)成的薄膜，從而形成層疊結(jié)構(gòu)。按照所需的圖案形狀形成這種層疊結(jié)構(gòu)，從而形成鐵電電容器139。下電極140通過第五插塞138與第四中繼布線137相連。此外，在其上形成第六中間層絕緣薄膜116，在上電極141之上設(shè)有開口，在開口中嵌入導(dǎo)電材料，從而形成第六插塞143。接著在第六中間層絕緣薄膜116上形成鋁薄膜或者鋁合金薄膜，并通過光刻步驟形成所需的圖案形狀，從而形成極板線(PL)116，構(gòu)成第六布線層116。所述極板線與上電極相連。此外，在極板線144上形成鈍化薄膜117。
當(dāng)按照這種方式形成實施例的影像RAM與圖10至圖12B所示傳統(tǒng)類型的影像RAM進(jìn)行對比時，傳統(tǒng)類型影像RAM的第二布線層302和第三布線層303分別相應(yīng)于本實施例的第二布線層102和第四布線層104，在傳統(tǒng)類型影像RAM的第二布線層302和第三布線層303之間插入一個布線層，所插入的布線層構(gòu)成本實施例的第三布線層103。形成本實施例第三布線層103，以構(gòu)成第三中繼布線134，并提供使下層的第二中繼布線132與上層的第四中繼布線137及位線136相連。此外，有如本實施例中的L型圖案形狀形成第三布線層103的第三中繼布線134，可以相對于第三插塞133任意改變第四插塞135在平面上的位置。因此，在本發(fā)明的第四布線層104中，可以將用來與鐵電電容器139電連接的第四中繼布線137布置在兩條成對的位線136之間，并且可以通過增大存儲單元MC區(qū)域內(nèi)位線136之間的間隙來安排。因而，與圖10至12B中存儲器單元的傳統(tǒng)類型影像RAM相比，可使沿字線延伸方向的尺寸LW得以被減小。結(jié)果，可以實現(xiàn)本實施例的影像RAM，同時保持沿字線延伸方向的尺寸LW和沿位線延伸方向的尺寸LB與普通SRAM存儲單元的這些尺寸相同，而在普通的SRAM中沒有提供圖13至15B所示的鐵電電容器。
圖5A表示一個圖表，用以比較構(gòu)成本實施例目的的相應(yīng)字線、位線、電源線、GND線和SRAM鐵電電容器、傳統(tǒng)類型RAM和本實施例影像RAM中最終連接布線層。此外，可以按圖5B所示的結(jié)構(gòu)來構(gòu)造本實施例的影像RAM，作為與字線、位線、電源線和GND線和鐵電電容器相連的布線層結(jié)構(gòu)。根據(jù)這個例子，作為第一改進(jìn)的舉例，位線布置在第三布線層處，第四布線層布置有中繼線，用以改變與上層和下層布線層，諸如電源線、GND線及引線等相連的插塞位置。此外，作為第二改進(jìn)的舉例，第三布線層布置有比如電源線、GND線和引線等中繼線，第四布線層布置有位線。即使在這種結(jié)構(gòu)中，類似于本實施例，可以提供不會增加存儲單元之單元面積的影像RAM。通常，通過對附圖所示之外的布線層的組合可以對相應(yīng)的布線進(jìn)行布置。
接下去，將解釋本發(fā)明的第二實施例。圖6A至圖8C所示第二實施例是將本發(fā)明用于傳統(tǒng)技術(shù)所述的三層布線結(jié)構(gòu)SRAM中的實施例。此外，圖6A和6B是沿圖7A至8B中的AA′和BB′線各部分的剖面圖，圖7A至圖8B對應(yīng)的布局圖示出沿圖6A和圖6B中的a至e線的布局。如圖6A和6B所示，在硅襯底1上，通過第一至第五中間層絕緣薄膜211至215層疊有晶體管層200、第一布線層201、第二布線層202、第三布線層203、第四布線層204和第五布線層205。最頂層是鈍化層216。
圖7A是表示晶體管層200的視圖，該晶體管層基本上與第一實施例的相同，但擴(kuò)散層的圖案形狀、柵極和字線有一部分與之不同。采用LOCOS方法在硅襯底1的一個存儲單元MC區(qū)域中選擇地形成部件隔離絕緣薄膜211，從而形成晶體管區(qū)域。這之后，采用N型砷雜質(zhì)或者磷雜質(zhì)等在晶體管的部分區(qū)域中形成N型擴(kuò)散層222，通過采用諸如硼等P型雜質(zhì)形成帶有P型擴(kuò)散層223的其它區(qū)域。此外，在硅襯底1的表面形成柵極氧化物膜和多晶硅薄膜，然后通過光刻步驟按照事先確定的方式形成多晶硅薄膜和柵極氧化物膜，從而形成柵極224和字線(WL)225。因而，形成晶體管層200，它帶有通過P型擴(kuò)散層223構(gòu)成其源極和漏極，進(jìn)而形成負(fù)載晶體管的PMOS晶體管Q2和Q3，通過N型擴(kuò)散層222構(gòu)成其源極和漏極，進(jìn)而形成單元晶體管的NMOS晶體管Q0和Q1，以及構(gòu)成柵控晶體管的NMOS晶體管Q4和Q5。
圖7B是表示第一布線層201的視圖，在晶體管層200上形成硅氧化物的第一中間層絕緣薄膜211。此外，第一中間層絕緣薄膜211在其位于N型擴(kuò)散層222和P型擴(kuò)散層223上方的區(qū)域設(shè)有開口，將鎢等導(dǎo)電材料嵌入到開口中，形成第一插塞226。接著，在第一中間層絕緣薄膜221中形成鋁薄膜或者鋁合金薄膜，通過光刻步驟形成所需的圖案形狀，從而形成第一布線層201。形成第一布線層201，以便構(gòu)成電源線(Vcc)228、第二字線(2WL)229和第一中繼布線230；通過第一插塞226，使所述電源線228與P型擴(kuò)散層223相連，以及使第二字線229與晶體管層200的字線225相連，第一中繼布線230分別與N型擴(kuò)散層222、P型擴(kuò)散層223和柵極224相連。
圖7C是表示第二布線層202的視圖，在第一布線層201上形成硅氧化膜的第二中間層絕緣薄膜212。另外，第二中間層絕緣薄膜212在第一中繼布線230上方的區(qū)域設(shè)有開口，將鎢等導(dǎo)電材料嵌入到開口中，從而形成第二插塞231。接著，在第二中間層絕緣薄膜212中形成鋁薄膜或者鋁合金薄膜，通過光刻步驟形成所需的圖案形狀，從而形成第二布線層202。形成第二布線層202，以便構(gòu)成GND線232和第二中繼布線233，它們分別由第二插塞231與第一中繼布線230相連。特別地，第二中繼布線233形成L型圖案形狀，使得與后述平面上的上層布線層相連的第三插塞234的位置和與作為引線布線層的下層布線層相連的第二插塞231的位置有很大的不同。也就是說，按照這樣的形狀形成第二中繼布線233，使得可將第三插塞234布置在第三布線層203處是形成的各布線235之間的空間。
圖8A是表示第三布線層230的視圖，在第二布線層202上形成硅氧化物薄膜的第三中間層絕緣薄膜213。另外，第三中間層絕緣薄膜213在第二中繼布線上方的區(qū)域設(shè)有開口，將鎢等導(dǎo)電材料嵌入到開口中，從而形成第三插塞234。接著，在第三中間層絕緣薄膜213中形成鋁薄膜或者鋁合金薄膜，通過光刻步驟形成所需的圖案形狀，從而形成第三布線層203。形成第三布線層203，用以組成位線(BLN，BLT)235和第三中繼布線236，第三中繼布線236通過第三插塞234與第二中繼布線233相連。
圖8B是簡要地表示第四布線層204和第五布線層205的視圖，在第三布線層203上形成硅氧化膜的第四中間層絕緣薄膜214。另外，第四中間層絕緣薄膜214在第三中繼布線236之上的區(qū)域設(shè)有一個開口，在開口中嵌入導(dǎo)電材料，從而形成第四插塞237。接著，依序?qū)盈B地形成導(dǎo)電薄膜、鐵電絕緣薄膜和導(dǎo)電薄膜；還在第四中間層絕緣薄膜21上按照光刻步驟形成所需的圖案形狀，從而形成鐵電電容器238，它包含下電極239和上電極240以及在兩個電極之間的鐵電絕緣薄膜241。此外，在其上形成第五中間層絕緣薄膜215，在鐵電電容器238的上方區(qū)域設(shè)有一個開口，在開口中嵌入導(dǎo)電材料，因而形成第五插塞242。接著，在第五中間層絕緣薄膜215上形成導(dǎo)電薄膜，并根據(jù)光刻步驟按照所需的圖案形狀形成極板線243，這個極板線構(gòu)成與鐵電電容器238上電極241相連的第五布線層205。此外，在極板線243上形成鈍化薄膜216。
在按這種方式構(gòu)成的本實施例影像RAM與圖17A至18B所示的傳統(tǒng)類型影像RAM進(jìn)行對比時，本實施例的影像RAM是按照這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，它相當(dāng)于將傳統(tǒng)類型影像RAM之第一布線層301的布線分解為本實施例影像RAM中的第一布線層201和第二布線層202。形成本實施例的第一布線層201，以便構(gòu)成電源線228、第二字線229和第一中繼布線230；形成第二布線層202，以便構(gòu)成GND線232和第二中繼布線233。特別地，通過將第一中繼布線230和第二中繼線233形成曲柄形狀和L型形狀，可以相對于要與晶體管層200相連的第一插塞226任意改變要與平面上第二布線層202相連的第二插塞231的位置。因此，按照本實施例的第二布線層202，在GND線232之間允許有一個空間，用以可將與上層鐵電電容器238電連接的第二中繼布線233布置在各GND線之間。因而，與傳統(tǒng)類型的影像RAM的存儲單元相比，使沿位線延伸方向的尺寸LB得以被減小，結(jié)果可以使用與普通SRAM存儲單元相同的尺寸實現(xiàn)本實施例的影像RAM，而在普通的SRAM中不提供圖16A、16B和16C所示的鐵電電容器。
圖9A是一個視圖，用來比較構(gòu)成本實施例目的的SRAM、本實施例的傳統(tǒng)類型RAM和本實施例影像RAM中相應(yīng)的字線、位線、電源線、GND線和鐵電電容器最終連接的布線層。此外，可以通過圖9B所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)成本實施例的影像RAM，作為與字線、位線、電源線、GND線和鐵電電容器相連的布線層結(jié)構(gòu)。根據(jù)這個例子，作為第一改進(jìn)的舉例，第一布線層布置有中繼布線，作為引線，用來改變與上布線層和下布線層相連的插塞的位置；第二布線層布置有位線，第三布線層布置有電源線和GND線。此外，作為第二改進(jìn)的舉例，第二布線層布置有比如電源線、GEND線和構(gòu)成引線的中繼線，第三布線層布置有位線。即使在這種結(jié)構(gòu)中，類似于本實施例，可以提供不會增加存儲單元的單元面積的影像RAM。通常，通過對附圖所示之外的布線層的組合，可以對相應(yīng)的布線進(jìn)行布置。
這里，可以與極板線集成在一體地的構(gòu)成鐵電電容器的上電極，在這種情況下，與極板線在同一個布線層構(gòu)成所述鐵電電容器。由此，在第一和第二實施例中，簡要地說明了具有極板線的最頂層布線層和具有鐵電電容器在其正下方之布線層。在構(gòu)成這樣的結(jié)構(gòu)時，形成鐵電電容器和上電極的步驟變得或多或少有點(diǎn)復(fù)雜，不過，可以省略第一實施例中的第六中間層絕緣薄膜216和第六插塞143以及第二實施例中的第五中間層絕緣薄膜和第五插塞242，由于取消了本發(fā)明影像RAM相對于傳統(tǒng)影像RAM在布線層數(shù)目上所增加的層數(shù)，因此就可限制所述結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。
第一和第二實施例的晶體管層和相應(yīng)布線層的布局示出本發(fā)明影像RAM的代表性實施例；可以適當(dāng)?shù)馗淖僊OS晶體管的布置和連接到其上的相應(yīng)布線的圖案形狀。
如前所述，本發(fā)明使傳統(tǒng)類型影像RAM的存儲單元尺寸與SRAM的存儲器尺寸相同，因此，即使在傳統(tǒng)型影像RAM的上布線層和下布線層布局保持與相應(yīng)的SRAM存儲單元布線層的布局相同，也可以實現(xiàn)影像RAM，并且可以與SRAM存儲單元相同的尺寸實現(xiàn)本發(fā)明的影像RAM。從而，通過使用目前適用于傳統(tǒng)通用SRAM中晶體管層的設(shè)計數(shù)據(jù)，可以設(shè)計影像RAM，而且還增加了設(shè)計的自由度，減少了許多設(shè)計步驟，縮短了設(shè)計周期，并實現(xiàn)了具有高存儲容量的存儲器設(shè)備。
很顯然本發(fā)明并不限于上述的實施例，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的前提下可以對其進(jìn)行改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，包括包含SRAM存儲單元的SRAM存儲器；以及包含鐵電電容器和SRAM存儲單元的影像RAM；其中，所述影像RAM的單元面積實際上等于所述SRAM存儲器的單元面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，構(gòu)成所述影像RAM的部分SRAM存儲單元的布線層數(shù)比構(gòu)成所述SRAM的SRAM存儲單元的布線層數(shù)多。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，在構(gòu)成所述影像RAM的部分SRAM存儲單元的布線層和構(gòu)成其部分鐵電電容器的布線層之間設(shè)有中繼布線層。
4.一種半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，包括影像RAM，它包含部分SRAM存儲單元和鐵電電容器，所述鐵電電容器與所述SRAM存儲單元所述部分的存儲節(jié)點(diǎn)相連；其中所述影像RAM在相應(yīng)于存儲節(jié)點(diǎn)的布線和鐵電電容器下電極之間設(shè)有中繼布線層；其中與所述存儲節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的布線通過在第一間隔中沿第一方向布置的第一和第二開口端與所述中繼布線層的中繼布線相連；其中所述下電極通過在比所述第一間隔短的第二間隔處沿所述第一方向布置的第三和第四開口端與所述中繼布線相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，所述中繼布線層是與相應(yīng)于影像RAM之一對位線的布線層不同的布線層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，所述第三和第四開口端都布置在與所述一對位線相應(yīng)的布線之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，形成所述中繼布線的形狀使所述第一和第二開口端以及所述第三和第四開口端被布置在不同的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，由所述下電極、在所述下電極上形成的鐵電絕緣薄膜以及在所述鐵電絕緣薄膜上形成的上電極構(gòu)成所述鐵電電容器；由與連接到所述上電極上的極板布線層相同的布線層構(gòu)成所述上電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，所述半導(dǎo)體存儲設(shè)備還包含SRAM存儲單元；所述影像RAM的存儲單元面積和所述SRAM存儲單元面積實際上彼此相同。
10.一種半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，包括SRAM存儲單元的一部分；影像RAM，它包含與所述部分SRAM存儲單元存儲節(jié)點(diǎn)相連的鐵電電容器；其中所述影像RAM包含第一布線層，它包含與所述部分SRAM存儲單元的單元晶體管和柵控晶體管相連的字線；第二布線層，它包含存儲節(jié)點(diǎn)布線，用以連接所述單元晶體管和柵控晶體管，還包含第一中繼布線，用以將所述柵控晶體管與位線相連；第三布線層，它包含與所述存儲節(jié)點(diǎn)布線相連的第二中繼布線和與第一中繼布線相連的第三中繼布線；第四中繼布線層，它包含與所述第二中繼布線相連的第四中繼布線和與所述第三中繼布線相連的所述位線；第五布線層，它包含與所述第四中繼布線相連的所述鐵電電容器；第六布線層，它包含與所述鐵電電容器上電極相連的極板線；其中用以連接所述第二中繼布線和存儲節(jié)點(diǎn)之第一開口端和用以連接所述第二中繼布線和第四中繼布線之第二開口端被布置在不同位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，其中，所述第二布線層包含第五中繼布線，用作與所述單元晶體管相連的電源布線；以及其中在所述第二布線層和第三布線層之間設(shè)置第七布線層；所述第七布線層還包括電源布線，它與所述第五中繼布線相連；第六中繼布線，用于將存儲節(jié)點(diǎn)的布線與第二中繼布線相連；以及第七中繼布線，用于將所述第一中繼布線和所述第三中繼布線相連。
全文摘要
一種用以防止影像RAM單元面積增加的半導(dǎo)體存儲設(shè)備，它包括部分SRAM存儲單元和與所述部分SRAM存儲單元之存儲節(jié)點(diǎn)相連的鐵電電容器，得到存儲電容器的高性能結(jié)構(gòu)。所述影像RAM在與存儲節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的布線層和鐵電電容器下電極之間設(shè)有中繼布線層；與存儲節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的布線通過在第一間隔處布置的第一和第二開口端與中繼布線相連；鐵電電容器下電極通過布置在比第一間隔要窄的第二間隔處的第三和第四開口端與中繼布線相連。
文檔編號H01L21/70GK1411072SQ0214989
公開日2003年4月16日 申請日期2002年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月4日
發(fā)明者奈倉健, 三輪達(dá) 申請人:日本電氣株式會社