JP2000068464A - Ferroelectric thin film, method of evaluating the same, ferroelectric memory and manufacture thereof - Google Patents

Ferroelectric thin film, method of evaluating the same, ferroelectric memory and manufacture thereof

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JP2000068464A
JP2000068464A JP10240649A JP24064998A JP2000068464A JP 2000068464 A JP2000068464 A JP 2000068464A JP 10240649 A JP10240649 A JP 10240649A JP 24064998 A JP24064998 A JP 24064998A JP 2000068464 A JP2000068464 A JP 2000068464A
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Japan
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ferroelectric
ferroelectric film
film
raman
scattered light
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Japanese (ja)
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Takahiro Kimura
孝浩 木村
Tomoji Nakamura
友二 中村
Koichiro Honda
耕一郎 本田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To nondestructively and efficiently obtain the orientation of crystal grains in a ferroelectric thin film and the magnitude of the polarization by obtaining the spectral intensity of Raman scattered lights radiated from the ferroelectric film according to an exciting light irradiated on this film. SOLUTION: A linearly polarized exciting light 31A is irradiated on a ferroelectric film 39. According to the exciting light 31A, Raman scattered lights 31B radiated from the ferroelectric film 39 are detected. C-axis orientation of a tetragonal provskite ferroelectric crystal in the ferroelectric film 39 is obtd. from the spectrum intensity of a Raman scattered light 31B obtd. by a spectroscope 44. Thus the ferroelectric film 39 can be evaluated nondestructively and efficiently, even if the ferroelectric film 39 is a fine pattern. From the Raman scattering intensity, the magnitude of the spontaneous polarization of the ferroelectric film 39 can also be measured nondestructively.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は一般に半導体装置に
関し、特に強誘電体薄膜を使った半導体記憶装置の製造
方法に関する。いわゆるDRAMあるいはSRAM等の
半導体記憶装置はコンピュータを始めとする情報処理装
置において高速主記憶装置として広く使われているが、
これらは揮発性の記憶装置であり、電源をオフにすると
記憶された情報は失われてしまう。これに対し、従来よ
りプログラムやデータを格納する大容量補助記憶装置と
して不揮発性の磁気ディスク装置が使われている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor memory device using a ferroelectric thin film. Semiconductor storage devices such as so-called DRAM or SRAM are widely used as high-speed main storage devices in information processing devices such as computers.
These are volatile storage devices, and stored information is lost when the power is turned off. On the other hand, a nonvolatile magnetic disk device has conventionally been used as a large-capacity auxiliary storage device for storing programs and data.

【0002】しかし、磁気ディスク装置は大型で機械的
に脆弱であり、消費電力も大きく、さらに情報を読み書
きする際のアクセス速度が遅い欠点を有している。これ
に対し、最近では不揮発性補助記憶装置として、フロー
ティングゲート電極に情報を電荷の形で蓄積するEEP
ROMあるいはフラッシュメモリが使われていることが
多くなっている。特にフラッシュメモリはDRAMと同
様なセル構成を有するため大きな集積密度に形成しやす
く、磁気ディスク装置に匹敵する大容量記憶装置として
期待されている。
However, magnetic disk drives have the disadvantages of being large and mechanically fragile, consuming large amounts of power, and having low access speeds when reading and writing information. On the other hand, recently, as a nonvolatile auxiliary storage device, an EEPP which stores information in the form of electric charges in a floating gate electrode has been developed.
ROMs or flash memories are often used. In particular, since a flash memory has a cell configuration similar to that of a DRAM, it can be easily formed at a large integration density, and is expected as a large-capacity storage device comparable to a magnetic disk device.

【0003】一方、EEPROMやフラッシュメモリで
は、情報の書き込みがトンネル絶縁膜を介してのフロー
ティングゲート電極へのホットエレクトロンの注入によ
ってなされるため、必然的に書き込みに時間がかかり、
また情報の書き込みおよび消去を繰り返すとトンネル絶
縁膜が劣化してしまう問題が生じていた。トンネル絶縁
膜が劣化してしまうと書き込みあるいは消去動作が不安
定になってしまう。
On the other hand, in an EEPROM or a flash memory, information is written by injecting hot electrons into a floating gate electrode through a tunnel insulating film.
Further, there has been a problem that the tunnel insulating film is deteriorated when information is repeatedly written and erased. If the tunnel insulating film is deteriorated, the writing or erasing operation becomes unstable.

【0004】これに対し、情報を強誘電体膜の自発分極
の形で記憶する強誘電体記憶装置(以下FeRAMと記
す)が提案されている。かかるFeRAMでは個々のメ
モリセルトランジスタがDRAMの場合と同様に単一の
MOSFETよりなり、メモリセルキャパシタ中の誘電
体膜をPZT(Pb(Zr,Ti)O3 )あるいはPL
ZT(Pb(Zr,Ti,La)O3 )等の強誘電体に
置き換えた構成を有しており、高い集積密度での集積が
可能である。また、FeRAMは電界の印加により強誘
電体キャパシタの自発分極を制御するため、書き込みを
ホットエレクトロンの注入によって行なうEEPROM
やフラッシュメモリに比べて書き込み速度が1000倍
あるいはそれ以上速くなり、また消費電力が約1/10
に低減される有利な特徴を有している。さらにトンネル
酸化膜を使う必要がないため寿命も長く、フラッシュメ
モリの10万倍の書き換え回数を確保できると考えられ
る。
On the other hand, there has been proposed a ferroelectric memory device (hereinafter referred to as FeRAM) for storing information in the form of spontaneous polarization of a ferroelectric film. In such an FeRAM, each memory cell transistor is formed of a single MOSFET as in the case of a DRAM, and the dielectric film in the memory cell capacitor is formed of PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) or PL.
It has a configuration in which it is replaced with a ferroelectric such as ZT (Pb (Zr, Ti, La) O 3 ), and integration at a high integration density is possible. In addition, since FeRAM controls spontaneous polarization of a ferroelectric capacitor by applying an electric field, an EEPROM is used to perform writing by injecting hot electrons.
Write speed is 1000 times or more faster than that of flash memory and flash memory, and power consumption is about 1/10
It has the advantageous feature of being reduced to Furthermore, since it is not necessary to use a tunnel oxide film, the lifetime is long, and it is considered that 100,000 times the number of rewrites of the flash memory can be secured.

【0005】現在実現されているFeRAMは1μm前
後の比較的緩い設計ルールで設計されているものが多い
が、集積回路上においてサブミクロンまで微細化された
最近の高速CMOS論理回路との混載が可能なように、
FeRAMの微細化をさらに進めることが研究されてい
る。
Although many of the currently realized FeRAMs are designed with relatively loose design rules of about 1 μm, they can be mixed with recent high-speed CMOS logic circuits down to submicron on integrated circuits. Like,
There is research into further miniaturization of FeRAM.

【0006】[0006]

【従来の技術】図1は従来のFeRAM10の構成を示
す。図1を参照するに、FeRAM10はp型Si基板
11上に形成され、前記Si基板11表面にはフィール
ド酸化膜12により活性領域が画成される。前記活性領
域中には図示を省略したゲート酸化膜を介してメモリセ
ルトランジスタのゲート電極13がFeRAMのワード
線に対応して形成され、さらに前記基板11中には前記
ゲート電極13の両側にn+ 型の拡散領域11A11
Bが、それぞれメモリセルトランジスタのソース領域お
よびドレイン領域として形成される。また、前記基板1
1中には前記拡散領域11Aと11Bとの間にチャネル
領域が形成される。
2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a configuration of a conventional FeRAM 10. Referring to FIG. 1, a FeRAM 10 is formed on a p-type Si substrate 11, and an active region is defined on a surface of the Si substrate 11 by a field oxide film 12. A gate electrode 13 of a memory cell transistor is formed in the active region via a gate oxide film (not shown) corresponding to a word line of FeRAM. + Type diffusion regions 11A , 11
B is formed as a source region and a drain region of the memory cell transistor, respectively. Further, the substrate 1
In 1, a channel region is formed between the diffusion regions 11A and 11B.

【0007】前記ゲート電極13は前記Si基板11の
表面を前記活性領域において覆うCVD酸化膜14によ
り覆われ、さらに前記CVD酸化膜14は平坦化層間絶
縁膜15により覆われる。前記層間絶縁膜15中には前
記拡散領域11Bを露出するコンタクトホール15Aが
形成され、前記コンタクトホール15Aはポリシリコン
あるいはWSiよりなるプラグ16により充填される。
The gate electrode 13 is covered with a CVD oxide film 14 covering the surface of the Si substrate 11 in the active region, and the CVD oxide film 14 is covered with a planarizing interlayer insulating film 15. A contact hole 15A exposing the diffusion region 11B is formed in the interlayer insulating film 15, and the contact hole 15A is filled with a plug 16 made of polysilicon or WSi.

【0008】さらに、前記層間絶縁膜15上には前記プ
ラグ16の露出部を覆うようにTi/TiN構造の密着
層17が形成され、前記密着層17上にPt等よりなる
下側電極18が形成される。さらに前記下側電極18上
にはPZTあるいはPLZTよりなる強誘電体膜19が
形成され、前記強誘電体膜19上にはPt等よりなる上
側電極20が形成される。
Further, an adhesion layer 17 having a Ti / TiN structure is formed on the interlayer insulating film 15 so as to cover an exposed portion of the plug 16, and a lower electrode 18 made of Pt or the like is formed on the adhesion layer 17. It is formed. Further, a ferroelectric film 19 made of PZT or PLZT is formed on the lower electrode 18, and an upper electrode 20 made of Pt or the like is formed on the ferroelectric film 19.

【0009】前記下側電極18,強誘電体膜19および
上側電極20よりなる強誘電体キャパシタの側壁面はC
VD酸化膜21により覆われ、さらに前記強誘電体キャ
パシタの全体は層間絶縁膜22により覆われる。前記層
間絶縁膜22中には前記拡散領域22Aを露出するコン
タクトホール22Aが形成され、前記層間絶縁膜22上
には前記コンタクトホール22Aにおいて前記拡散領域
22AとコンタクトするAlあるいはAl合金よりなる
ビット線パターン23が形成される。
The side wall surface of the ferroelectric capacitor composed of the lower electrode 18, the ferroelectric film 19 and the upper electrode 20 is C
The ferroelectric capacitor is entirely covered with an interlayer insulating film 22. A contact hole 22A that exposes the diffusion region 22A is formed in the interlayer insulating film 22, and a bit line made of Al or an Al alloy that contacts the diffusion region 22A in the contact hole 22A on the interlayer insulating film 22. A pattern 23 is formed.

【0010】図2は図1のFeRAM10において前記
強誘電体膜19として使われるPZTのユニットセルを
示す。図2を参照するに、PZTはペロブスカイト型の
結晶構造を有し、外部電界により酸素原子により配位さ
れたPbあるいはTi原子がc軸方向に変位する。その
結果PZTは図3に示す自発分極特性を示す。すなわち
図1のFeRAM10では、前記下側電極18と上側電
極20との間に所定の書き込み電圧を印加することによ
り、前記強誘電体膜19を構成するPZT膜中の自発分
極が反転し、所望の二値情報が前記強誘電体膜19中に
書き込まれる。
FIG. 2 shows a PZT unit cell used as the ferroelectric film 19 in the FeRAM 10 of FIG. Referring to FIG. 2, PZT has a perovskite crystal structure, and Pb or Ti atoms coordinated by oxygen atoms are displaced in the c-axis direction by an external electric field. As a result, PZT shows the spontaneous polarization characteristics shown in FIG. That is, in the FeRAM 10 of FIG. 1, by applying a predetermined write voltage between the lower electrode 18 and the upper electrode 20, the spontaneous polarization in the PZT film forming the ferroelectric film 19 is inverted, and Is written in the ferroelectric film 19.

【0011】また、図1のFeRAM10において書き
込まれた二値情報を読み出すには前記ワード線、すなわ
ちゲート電極13を活性化し、前記チャネル領域を通っ
て前記ビット線電極23に現れる電圧を検出する。図3
のヒステリシスループにおいて電界強度がゼロにおける
幅はQSWと呼ばれる量で、この値が大きいほどFeRA
M10による情報の保持が確実になされる。また書き込
みに要する電界の値も減少する傾向にあり、その結果F
eRAM10の低電力駆動が可能になる。換言すると、
図1のFeRAM10では強誘電体膜19のQSWの値を
最大化することが望ましい。
In order to read the binary information written in the FeRAM 10 of FIG. 1, the word line, that is, the gate electrode 13 is activated, and the voltage appearing at the bit line electrode 23 through the channel region is detected. FIG.
In an amount width field strength at zero in the hysteresis loop called Q SW, FERA larger the value
The holding of information by M10 is ensured. The value of the electric field required for writing also tends to decrease, and as a result, F
The eRAM 10 can be driven with low power. In other words,
In the FeRAM 10 of FIG. 1, it is desirable to maximize the value of Q SW of the ferroelectric film 19.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】従来より、PZTある
いはPLZTの薄膜は、菱面体相と正方相との相境界近
傍において最大のQSWを示すことが知られており、この
ためFeRAM10の強誘電体膜19は、一般にこのよ
うな相境界近傍の組成で使われることが多い。図4はP
ZT、すなわちPbZrO3 −PbTiO3 系の相平衡
図を示す(B.Jaffe, et al., Piezoelectric Ceramics,
Academic Press, 1971)。
Conventionally, it has been known that a thin film of PZT or PLZT exhibits a maximum Q SW near a phase boundary between a rhombohedral phase and a tetragonal phase. The body film 19 is generally often used in such a composition near the phase boundary. FIG.
FIG. 2 shows a phase equilibrium diagram of ZT, that is, the PbZrO 3 —PbTiO 3 system (B. Jaffe, et al., Piezoelectric Ceramics,
Academic Press, 1971).

【0013】図4を参照するに、前記PbZrO3 −P
bTiO3 系には、PbTiO3 成分がモル比で6〜7
%を超えると常温で菱面体(Rhombohedral)相と正方相
(Tetragonal)相とが出現し、前記菱面体相領域と正方
相領域との間の相境界MPBが、PbTiO3 成分の組
成にして約48モル%のところに位置することがわか
る。また、前記菱面体相と正方相の領域の高温側には立
方(Cubic )相領域が出現することがわかる。菱面体相
領域中、FR(HT) と記載したのは高温相の領域を、また
R(LT) と記載したのは低温相の領域を示す。
Referring to FIG. 4, the PbZrO 3 -P
In the bTiO 3 system, the PbTiO 3 component has a molar ratio of 6-7.
% Cold rhombohedral (rhombohedral) phase and tetragonal phase (Tetragonal) phase and appeared exceeds, phase boundary MPB between the rhombohedral phase region and tetragonal phase region, approximately in the composition of PbTiO 3 components It can be seen that it is located at 48 mol%. It can also be seen that a cubic (Cubic) phase region appears on the high temperature side of the rhombohedral phase and the tetragonal phase region. In the rhombohedral phase region, F R (HT) indicates a high temperature phase region, and F R (LT) indicates a low temperature phase region.

【0014】先にも説明したように、FeRAM10に
おいて強誘電体膜19のQSWを最大化するために強誘電
体膜19の組成を前記相境界MPB近傍に設定すること
が行われているが、このような多相強誘電体膜19は一
般に多結晶膜となり、膜中において個々の結晶粒の方向
が様々な方向にばらつくことが避けられない。一方、前
記正方相のPZTあるいはPLZTはそのc軸の方向に
おいてQSWが最大になるため、前記FeRAM10の強
誘電体膜19中において前記正方相のPZTあるいはP
LZTはc軸が膜19の主面に略垂直になるような方位
に配向するのが好ましい。このため、かかる多結晶強誘
電体膜中の結晶粒の配向方向を試料作製条件により制御
する様々な研究がなされている。
As described above, in order to maximize the Q SW of the ferroelectric film 19 in the FeRAM 10, the composition of the ferroelectric film 19 is set near the phase boundary MPB. Such a multiphase ferroelectric film 19 is generally a polycrystalline film, and it is inevitable that the direction of individual crystal grains in the film varies in various directions. On the other hand, the square phase PZT or PLZT has the maximum Q SW in the c-axis direction, and thus the square phase PZT or PZT in the ferroelectric film 19 of the FeRAM 10.
It is preferable that the LZT is oriented in such a direction that the c-axis is substantially perpendicular to the main surface of the film 19. For this reason, various studies have been made to control the orientation direction of crystal grains in such a polycrystalline ferroelectric film according to sample preparation conditions.

【0015】一方、従来より、このようにして形成され
た多結晶強誘電体膜中のPZTあるいはPLZT結晶粒
の同定および配向方向の評価は、基板上に一様に形成さ
れた強誘電体膜についてX線回折を適用することにより
行われていたが、X線回折では測定のためには数mm角
以上の大きさの試料が必要になる。しかし、このような
方法では、図1のFeRAM10のような微細な強誘電
体膜19の特性を評価することは不可能である。FeR
AM10中の強誘電体膜19の結晶粒の配向について評
価を行なうには、1μm以下の空間分解能を有する分析
手段が必要である。また、かかる結晶粒の配向について
の情報から強誘電体膜19の分極の大きさを求める方法
が必要である。
On the other hand, conventionally, the identification of the PZT or PLZT crystal grains in the polycrystalline ferroelectric film formed in this manner and the evaluation of the orientation direction are carried out by using a ferroelectric film uniformly formed on a substrate. Has been performed by applying X-ray diffraction, but in X-ray diffraction, a sample having a size of several mm square or more is required for measurement. However, with such a method, it is impossible to evaluate the characteristics of a fine ferroelectric film 19 like the FeRAM 10 of FIG. FeR
In order to evaluate the orientation of the crystal grains of the ferroelectric film 19 in the AM 10, analysis means having a spatial resolution of 1 μm or less is required. In addition, a method for obtaining the magnitude of the polarization of the ferroelectric film 19 from information on the orientation of the crystal grains is required.

【0016】そこで、本発明は上記の課題を解決した新
規で有用な強誘電体記憶装置の製造方法を提供すること
を概括的課題とする。本発明のより具体的な課題は、微
細な空間分解能で強誘電体薄膜中の結晶粒の配向性およ
び分極の大きさを求める強誘電体薄膜の評価方法、およ
びかかる薄膜の評価方法を使った強誘電体記憶装置の製
造方法を提供することにある。
Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a new and useful method of manufacturing a ferroelectric memory device which solves the above-mentioned problems. A more specific object of the present invention is to use a method for evaluating a ferroelectric thin film for obtaining orientation and polarization of crystal grains in a ferroelectric thin film with fine spatial resolution, and an evaluation method for such a thin film. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a ferroelectric memory device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、請求項1に記載したように、正方相ペロブスカイト
型強誘電体結晶を含む強誘電体膜の評価方法において、
前記強誘電体膜に対して励起光を照射する工程と、前記
励起光に応じて前記強誘電体膜から放射されるラマン散
乱光を検出する工程と、前記ラマン散乱光のスペクトル
強度から、前記強誘電体膜中における前記正方相ペロブ
スカイト型強誘電体結晶のc軸配向性を求める工程とよ
りなることを特徴とする強誘電体膜の評価方法により、
または請求項2に記載したように、前記励起光を照射す
る工程は、光源で形成された前記励起光を第1の偏光面
に偏光させる工程を含み、前記ラマン散乱光を検出する
工程は、前記誘電体膜から放射される後方散乱ラマン光
のうち、前記第1の偏光面に直交する第2の偏光面を有
する偏光成分を検出する工程を含むことを特徴とする請
求項1記載の強誘電体膜の評価方法により、または請求
項3に記載したように、前記ラマン散乱光を検出する工
程は、ラマンシフトが約600cm-1のラマン散乱光成
分の強度を求める工程を含むことを特徴とする請求項1
または2記載の強誘電体膜の評価方法により、または請
求項4に記載したように、前記c軸配向性を求める工程
では、前記ラマンシフトが約600cm-1のラマン散乱
光成分のピーク強度から前記c軸配向性を求めることを
特徴とする請求項3記載の強誘電体膜の評価方法によ
り、または請求項5に記載したように、さらに、前記ラ
マン散乱光のスペクトル強度から前記強誘電体膜の自発
分極の大きさを求める工程を含むことを特徴とする請求
項1〜4のうち、いずれか一項記載の強誘電体膜の評価
方法により、または請求項6に記載したように、正方相
ペロブスカイト型強誘電体結晶を含む強誘電体膜におい
て、前記強誘電体膜は、約600cm-1のラマンシフト
成分がラマン散乱スペクトル中に実質的に含まれないこ
とを特徴とする強誘電体膜により、または請求項7に記
載したように、強誘電体記憶装置の製造方法において、
下側電極上に、正方相ペロブスカイト型強誘電体結晶を
含む強誘電体膜を形成する工程と、前記強誘電体膜を評
価する工程と、前記強誘電体膜上に上側電極を形成する
工程とを含み、前記強誘電体膜を評価する工程は、前記
強誘電体膜に対して励起光を照射する工程と、前記励起
光に応じて前記強誘電体膜から放射されるラマン散乱光
を検出する工程と、前記ラマン散乱光のスペクトル強度
から、前記強誘電体膜中における前記正方相ペロブスカ
イト型強誘電体結晶のc軸配向性を求める工程とよりな
ることを特徴とする強誘電体記憶装置の製造方法によ
り、または請求項8に記載したように、前記励起光を照
射する工程は、光源で形成された前記励起光を第1の偏
光面に偏光させる工程を含み、前記ラマン散乱光を検出
する工程は、前記誘電体膜から放射される後方散乱ラマ
ン光のうち、前記第1の偏光面に直交する第2の偏光面
を有する偏光成分を検出する工程を含むことを特徴とす
る請求項7記載の強誘電体記憶装置の製造方法により、
または請求項9に記載したように、前記ラマン散乱光を
検出する工程は、ラマンシフトが約600cm-1のラマ
ン散乱光成分の強度を求める工程を含むことを特徴とす
る請求項7または8記載の強誘電体記憶装置の製造方法
により、または請求項10に記載したように、前記c軸
配向性を求める工程では、前記ラマンシフトが約600
cm-1のラマン散乱光成分のピーク強度から前記c軸配
向性を求めることを特徴とする請求項9記載の強誘電体
記憶装置の製造方法により、または請求項11に記載し
たように、さらに、前記ラマン散乱光のスペクトル強度
から前記強誘電体膜の自発分極の大きさを求める工程を
含むことを特徴とする請求項7〜10のうち、いずれか
一項記載の強誘電体記憶装置の製造方法により、または
請求項12に記載したように、さらに、前記強誘電体膜
を評価する工程の後、前記上側電極を形成する工程の前
に、前記自発分極の大きさに基づいて良否を判定する工
程を含むことを特徴とする請求項11記載の強誘電体記
憶装置の製造方法により、または請求項13に記載した
ように、さらに、前記良否判定工程の後、前記上側電極
を形成する工程の前に、前記良否判定工程で不良である
と判定された強誘電体膜を熱処理する工程と、前記熱処
理された強誘電体膜に対して前記評価する工程を再び実
行する工程とを含むことを特徴とする請求項12記載の
強誘電体記憶装置の製造方法により、または請求項14
に記載したように、基板上に形成された活性素子と、前
記基板上に前記活性素子に電気的に接続されて形成され
た強誘電体キャパシタとを含む強誘電体記憶装置におい
て、前記強誘電体キャパシタは下側電極と、前記下側電
極上に形成された、正方相ペロブスカイト型強誘電体結
晶を含む強誘電体膜と、前記強誘電体膜上に形成された
上側電極とよりなり、前記強誘電体膜は、約600cm
-1のラマンシフト成分がラマン散乱スペクトル中に実質
的に含まれないことを特徴とする強誘電体記憶装置によ
り、解決する。
According to the present invention, there is provided a method for evaluating a ferroelectric film containing a tetragonal perovskite-type ferroelectric crystal according to the present invention.
Irradiating the ferroelectric film with excitation light, detecting Raman scattered light emitted from the ferroelectric film in response to the excitation light, and from the spectral intensity of the Raman scattered light, Determining the c-axis orientation of the tetragonal perovskite ferroelectric crystal in the ferroelectric film, the method for evaluating a ferroelectric film,
Or as described in claim 2, the step of irradiating the excitation light includes a step of polarizing the excitation light formed by a light source to a first polarization plane, the step of detecting the Raman scattered light, 2. The method according to claim 1, further comprising a step of detecting a polarized light component having a second polarization plane orthogonal to the first polarization plane in the backscattered Raman light emitted from the dielectric film. The step of detecting the Raman scattered light by a method of evaluating a dielectric film or as described in claim 3 includes a step of determining the intensity of a Raman scattered light component having a Raman shift of about 600 cm -1. Claim 1
Or in the step of determining the c-axis orientation according to the method for evaluating a ferroelectric film according to 2 or as described in claim 4, wherein the Raman shift is determined from a peak intensity of a Raman scattered light component of about 600 cm −1. The ferroelectric film evaluation method according to claim 3, wherein the c-axis orientation is determined. Further, as described in claim 5, the ferroelectric film is further obtained from the spectral intensity of the Raman scattered light. The method for evaluating a ferroelectric film according to any one of claims 1 to 4, wherein the method includes a step of calculating the magnitude of spontaneous polarization of the film, or as described in claim 6, in the ferroelectric film containing the tetragonal phase perovskite ferroelectric crystal, the ferroelectric film, and wherein the Raman shift component of about 600 cm -1 is not substantially contained in the Raman scattering spectrum Tsuyo誘The body film, or as described in claim 7, in the manufacturing method of a ferroelectric memory device,
Forming a ferroelectric film containing a tetragonal perovskite ferroelectric crystal on the lower electrode, evaluating the ferroelectric film, and forming an upper electrode on the ferroelectric film The step of evaluating the ferroelectric film, the step of irradiating the ferroelectric film with excitation light, and Raman scattered light emitted from the ferroelectric film in response to the excitation light A ferroelectric memory, comprising: a step of detecting; and a step of obtaining a c-axis orientation of the tetragonal perovskite ferroelectric crystal in the ferroelectric film from the spectral intensity of the Raman scattered light. The step of irradiating the excitation light by a method of manufacturing a device or as described in claim 8 includes a step of polarizing the excitation light formed by a light source to a first polarization plane, wherein the Raman scattered light is emitted. The step of detecting 8. The ferroelectric material according to claim 7, further comprising a step of detecting a polarized light component having a second polarization plane orthogonal to the first polarization plane in the backscattered Raman light emitted from the body film. By the manufacturing method of the storage device,
Alternatively, the step of detecting the Raman scattered light includes a step of obtaining an intensity of a Raman scattered light component having a Raman shift of about 600 cm -1 as described in claim 9. According to the method of manufacturing a ferroelectric memory device of the above, or in the step of obtaining the c-axis orientation, the Raman shift is about 600
The method of manufacturing a ferroelectric memory device according to claim 9, wherein the c-axis orientation is obtained from a peak intensity of a Raman scattered light component of cm −1 , or as described in claim 11, 11. The ferroelectric memory device according to claim 7, further comprising a step of calculating the magnitude of spontaneous polarization of the ferroelectric film from the spectral intensity of the Raman scattered light. After the step of evaluating the ferroelectric film and before the step of forming the upper electrode, the pass / fail based on the magnitude of the spontaneous polarization is further determined by a manufacturing method or as described in claim 12. The method of manufacturing a ferroelectric memory device according to claim 11, further comprising the step of: determining the quality of the upper electrode after the pass / fail determination step. Process The method further includes a step of heat-treating the ferroelectric film determined to be defective in the pass / fail determination step, and a step of performing the evaluating step again on the heat-treated ferroelectric film. The method of manufacturing a ferroelectric memory device according to claim 12, or claim 14.
As described in the above, in a ferroelectric memory device including an active element formed on a substrate and a ferroelectric capacitor formed on the substrate and electrically connected to the active element, The body capacitor includes a lower electrode, a ferroelectric film including a tetragonal perovskite ferroelectric crystal formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the ferroelectric film. The ferroelectric film is about 600 cm
The problem is solved by a ferroelectric memory device characterized in that a Raman shift component of -1 is substantially not included in a Raman scattering spectrum.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】[第1実施例]図5は本発明の第
1実施例で使われる顕微ラマン分光測定装置30の概略
的な構成を示す。図5を参照するに、アルゴンレーザ3
1から出射した波長が488nmで出力が30mWのレ
ーザビーム31Aはミラー32で反射された後、偏光子
33により第1の偏光面を有する直線偏光に変換され、
さらにホログラフィックミラー34で反射された後、光
学顕微鏡35中に入射する。入射したレーザビーム31
Aはハーフミラー36で反射された後、対物レンズ37
により、X−Y−Zステージ38上に保持された強誘電
体膜39に入射する。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a micro-Raman spectrometer 30 used in the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the argon laser 3
A laser beam 31A having a wavelength of 488 nm and an output of 30 mW emitted from 1 is reflected by a mirror 32 and then converted by a polarizer 33 into linearly polarized light having a first polarization plane.
Further, after being reflected by the holographic mirror 34, the light enters the optical microscope 35. Incident laser beam 31
A is reflected by the half mirror 36, and then the objective lens 37
As a result, the light enters the ferroelectric film 39 held on the XYZ stage 38.

【0019】強誘電体膜39で反射されたレーザビーム
は、前記ハーフミラー36を通過した後接眼レンズ40
を経てカメラ41に入射し、前記強誘電体膜39の像が
表示装置42に表示される。また、前記表示装置42に
表示された像に基づいて、前記X−Y−Zステージを駆
動することにより、前記強誘電体膜39上の所望の位置
に前記レーザビーム31Aを照射することが可能にな
る。前記レーザビーム31Aは前記強誘電体膜39上に
おいて回折限界に近い約0.6μmのビームスポットま
で集束される。
The laser beam reflected by the ferroelectric film 39 passes through the half mirror 36, and then passes through the eyepiece 40.
Then, the light enters the camera 41, and the image of the ferroelectric film 39 is displayed on the display device 42. Further, by driving the XYZ stage based on the image displayed on the display device 42, it is possible to irradiate the laser beam 31A to a desired position on the ferroelectric film 39. become. The laser beam 31A is focused on the ferroelectric film 39 to a beam spot of about 0.6 μm close to the diffraction limit.

【0020】一方、前記強誘電体膜39は前記レーザビ
ーム31Aを照射されることでレーザビーム31Aを反
射すると同時に、後方ラマン散乱光31Bをも放射す
る。前記反射レーザビーム31Aおよびラマン散乱光3
1Bはハーフミラー36で反射された後、前記ホログラ
フィックミラー34に入射し、前記ホログラフィックミ
ラー34は反射レーザビーム31Aを選択的にカット
し、ラマン散乱光31Bのみを通過させる。ラマン散乱
光31Bはさらに検光子43を通過し、前記偏光子33
の偏光面とは垂直な偏光面を有する偏光成分がCCD装
置45を備えた分光器44に入射する。
On the other hand, the ferroelectric film 39 reflects the laser beam 31A by being irradiated with the laser beam 31A, and also emits backward Raman scattered light 31B. The reflected laser beam 31A and the Raman scattered light 3
1B is reflected by the half mirror 36 and then enters the holographic mirror 34. The holographic mirror 34 selectively cuts the reflected laser beam 31A, and passes only the Raman scattered light 31B. The Raman scattered light 31B further passes through the analyzer 43, and
A polarization component having a polarization plane perpendicular to the polarization plane enters a spectroscope 44 having a CCD device 45.

【0021】図6は、試料A〜Cについて分光器44に
より得られたラマン散乱光31Bのスペクトルを示す。
ただし、試料A〜Cは基板上にスパッタで形成されたP
ZT膜を、700°Cにおいて互いに異なった酸素雰囲
気中で熱処理したものである。ただし図6のラマンスペ
クトルは、約280cm-1の波数のピークにおいて規格
化されている。
FIG. 6 shows the spectrum of the Raman scattered light 31B obtained by the spectroscope 44 for the samples A to C.
However, the samples A to C are obtained by sputtering P on the substrate.
The ZT film was heat-treated at 700 ° C. in different oxygen atmospheres. However, the Raman spectrum in FIG. 6 is normalized at the peak of the wave number of about 280 cm −1 .

【0022】図6を参照するに、観測されたラマンスペ
クトルは試料A,B,Cで実質的に変化しており、特に
約600cm-1の波数の位置に現れるピークが試料A,
B,Cで大きく変化していることに注意すべきである。
試料A,B,Cでは、後程説明するように、熱処理条件
の差により、正方相のPZT結晶粒の配向方向が異なっ
ていると考えられ、従って図6のラマンスペクトルの変
化は、試料A,B,C中におけるPZT結晶粒の配向方
向の変化を反映しているものと考えられる。
Referring to FIG. 6, the observed Raman spectrum is substantially changed in samples A, B, and C. In particular, a peak appearing at a wave number position of about 600 cm -1 is observed in samples A, B, and C.
It should be noted that there is a large change in B and C.
In Samples A, B, and C, as will be described later, it is considered that the orientation direction of the PZT crystal grains in the tetragonal phase is different due to the difference in the heat treatment conditions. This is considered to reflect the change in the orientation direction of the PZT crystal grains in B and C.

【0023】図7は、図5の装置で得られたラマンスペ
クトルに対し、波数が400cm-1〜800cm-1の範
囲において線形補正を施し、さらに波数が約520cm
-1,約600cm-1および700cm-1の三つのガウシ
アン曲線で近似した結果を示す。図7を参照するに、ラ
マンスペクトルは上記の三つのガウシアン曲線で非常に
高い精度で近似されることがわかる。図7のガウシアン
曲線のうち、特に波数が600-1のガウシアン曲線の高
さは図6の結果に対応して試料A,B,Cで大きく変化
し、前記PZT試料中におけるc軸の方向を敏感に反映
しているものと考えられる。
[0023] Figure 7, with respect to a Raman spectrum obtained by the apparatus of FIG. 5, the wave number is subjected to a linear correction in the range of 400cm -1 ~800cm -1, further wavenumber of about 520cm
1 shows the results of approximation with three Gaussian curves of −1 , about 600 cm −1 and 700 cm −1 . Referring to FIG. 7, it can be seen that the Raman spectrum is approximated with very high accuracy by the above three Gaussian curves. Of the Gaussian curves in FIG. 7, the height of the Gaussian curve having a wave number of 600 -1 changes greatly in Samples A, B and C corresponding to the results in FIG. 6, and the direction of the c-axis in the PZT sample is changed. It is thought that it reflects sensitively.

【0024】図8は、Freire, J.D.(Freire, J.D., Ph
ys. Rev. B37, pp.2074, 1988)他による正方晶系PbT
iO3 結晶のラマンスペクトルと格子振動モードの関係
を示す。図8の関係より、図6に見られる600cm-1
のガウシアンピークは,正方晶系PbTiO3 結晶のA
1 (TO3 )モードの格子振動に対応すると同定され
る。
FIG. 8 shows Freire, JD (Freire, JD, Ph
ys. Rev. B37, pp. 2074, 1988) Tetragonal PbT by others
4 shows a relationship between a Raman spectrum of an iO 3 crystal and a lattice vibration mode. From the relationship of FIG. 8, the 600 cm −1 shown in FIG.
Of the Gaussian peak of Ab in the tetragonal PbTiO 3 crystal
It is identified as corresponding to the 1 (TO 3 ) mode lattice vibration.

【0025】ところで、強誘電体膜39中において方位
が回転した場合のPZT結晶粒のラマン散乱強度Iは、
結晶粒に固定した座標系の方位を図9のように定義した
場合、次式
Incidentally, the Raman scattering intensity I of the PZT crystal grains when the orientation is rotated in the ferroelectric film 39 is as follows.
When the orientation of the coordinate system fixed to the crystal grain is defined as shown in FIG.

【0026】[0026]

【数1】 (Equation 1)

【0027】で表される。ただし、図8中、座標系x1
−x2 −x3 は強誘電体膜39に固定した座標系を、座
標系x1 ’−x2 ’−x3 ’は強誘電体膜39中のPZ
T結晶粒に固定した座標系を、角度θはPZT結晶粒の
c軸が膜厚方向に対してなす角を、角度φはPZT結晶
粒のc軸回りでの回転角を、さらに角度γは強誘電体膜
39の面内における前記c軸のなす方位角を、それぞれ
示す。また、数式(1)中、EI は入射レーザビーム3
1Aの電場ベクトルを、Es は形成されるラマン光の電
場ベクトルを、Tは結晶粒に固定した座標系におけるラ
マンテンソルを、またRは上記角度θ,φ,γによる結
晶粒の3次元回転に対応したマトリクスを表す。また、
数式(1)中、Aは比例定数である。
## EQU2 ## However, in FIG. 8, the coordinate system x 1
−x 2 −x 3 is a coordinate system fixed to the ferroelectric film 39, and a coordinate system x 1 ′ −x 2 ′ −x 3 ′ is PZ in the ferroelectric film 39.
The coordinate system fixed to the T crystal grains, the angle θ is the angle formed by the c-axis of the PZT crystal grains with respect to the film thickness direction, the angle φ is the rotation angle of the PZT crystal grains around the c-axis, and the angle γ is The azimuthal angles formed by the c-axis in the plane of the ferroelectric film 39 are shown. Further, in Equation (1), E I is the incident laser beam 3
1A is the electric field vector of E, E s is the electric field vector of the Raman light to be formed, T is the Raman tensor in a coordinate system fixed to the crystal grains, and R is the three-dimensional rotation of the crystal grains by the angles θ, φ, and γ. Represents a matrix corresponding to. Also,
In equation (1), A is a proportional constant.

【0028】図5の測定装置では、入射レーザビームは
第1の偏光面に直線偏光しており、また検出されるラマ
ン光は第2の垂直な偏光面に直線偏光している。このよ
うな系では、前記電場ベクトルEI ,ES およびA
1 (TO3 )モードのラマンテンソルTは、次式(2)
In the measuring apparatus shown in FIG. 5, the incident laser beam is linearly polarized on the first polarization plane, and the detected Raman light is linearly polarized on the second perpendicular polarization plane. In such a system, the electric field vectors E I , E S and A
The Raman tensor T of 1 (TO 3 ) mode is given by the following equation (2)

【0029】[0029]

【数2】 (Equation 2)

【0030】で与えられ、前記数式(2)を前記数式
(1)に代入すると、ラマン散乱光強度Iは次式(3)
When the equation (2) is substituted into the equation (1), the Raman scattered light intensity I is given by the following equation (3)

【0031】[0031]

【数3】 (Equation 3)

【0032】により与えられる。さらに、前記PZT結
晶粒の前記強誘電体膜39の面内におけるc軸の方向が
ランダムであると仮定すると、数式(3)はさらに簡単
になって、次式(4)
Is given by Further, assuming that the direction of the c-axis of the PZT crystal grains in the plane of the ferroelectric film 39 is random, the equation (3) is further simplified, and the following equation (4) is obtained.

【0033】[0033]

【数4】 (Equation 4)

【0034】に示されるようになる。すなわち、ラマン
散乱光強度Iは、図10に示すように、前記強誘電体膜
39中におけるPZT結晶粒のc軸が膜19の面に対し
てなす角θの正弦の4乗に比例することがわかる。図1
0を参照するに、前記強誘電体膜39中におけるPZT
結晶粒のc軸方向が前記膜19に直交する場合、あるい
は角度θが約20°以内であれば、前記600cm-1
ラマンシフトにおけるラマン散乱ピークは実質的には現
れないことがわかる。これに対し、前記PZT結晶粒の
c軸が傾斜し、前記角度約20°の値を超えて増大する
と前記600-1のラマンシフトにおけるラマン散乱ピー
クは急激に大きくなる。
As shown in FIG. That is, as shown in FIG. 10, the Raman scattered light intensity I is proportional to the fourth power of the sine of the angle θ formed by the c-axis of the PZT crystal grains in the ferroelectric film 39 with respect to the surface of the film 19. I understand. FIG.
0, PZT in the ferroelectric film 39
When the c-axis direction of the crystal grains is orthogonal to the film 19, or when the angle θ is within about 20 °, the Raman scattering peak at the Raman shift of 600 cm −1 does not substantially appear. On the other hand, when the c-axis of the PZT crystal grains is inclined and increases beyond the value of the angle of about 20 °, the Raman scattering peak at the Raman shift of 600 -1 sharply increases.

【0035】図10の結果は、作製された強誘電体膜に
対して図5の構成の顕微ラマン分光装置を使ってラマン
分光分析を行ない、求められたラマンシフトが600c
-1のラマン散乱ピークの強度が低い、あるいは実質的
に現れないものを選ぶことにより、強誘電体膜中のPZ
TあるいはPLZT結晶の配向方向が強誘電体膜の面に
対して実質的に垂直な試料を選ぶことが可能であること
を意味する。600cm-1のラマンシフトにおけるラマ
ン散乱ピークの強度の比較は、図6に示すように特定の
ラマンシフトピーク、例えば280cm-1のピークに対
して規格化したラマンスペクトルデータについて行なえ
ばよい。
The results of FIG. 10 show that the manufactured ferroelectric film was subjected to Raman spectroscopy using the microscopic Raman spectrometer having the configuration of FIG.
By selecting a Raman scattering peak having a low m- 1 intensity or substantially no Raman scattering peak, the PZ in the ferroelectric film can be reduced.
This means that it is possible to select a sample in which the orientation direction of the T or PLZT crystal is substantially perpendicular to the plane of the ferroelectric film. The comparison of the intensity of the Raman scattering peak at the Raman shift of 600 cm −1 may be performed on Raman spectrum data normalized to a specific Raman shift peak, for example, a peak of 280 cm −1 as shown in FIG.

【0036】図11は、様々な熱処理を行なったPZT
強誘電体膜について求められた自発分極の大きさQSW
600cm-1のラマンシフトにおけるラマン散乱光強度
の関係を示す。図11を参照するに、前記600cm-1
におけるラマン散乱光の強度が減少するにつれてPZT
強誘電体膜のQSWの値が増大することがわかる。これは
図10の結果を勘案すると、例えば図1のFeRAM1
0においてPZTあるいはPLZT強誘電体膜19を形
成するに当たり、ラマンシフトが600cm-1のラマン
散乱光の強度が低い膜を選んで使うことにより、正方相
のPZTあるいはPLZT結晶粒のうちc軸方向が膜に
実質的に垂直に配向したものの割合が高く、したがって
大きな自発分極を示す膜が得られることを示している。
FIG. 11 shows PZT subjected to various heat treatments.
The relationship between the magnitude of the spontaneous polarization Q SW obtained for the ferroelectric film and the Raman scattered light intensity at a Raman shift of 600 cm −1 is shown. Referring to FIG. 11, the 600 cm -1
PZT as the intensity of the Raman scattered light at
It can be seen that the value of Q SW of the ferroelectric film increases. This is, for example, considering the result of FIG.
In forming the PZT or PLZT ferroelectric film 19 at 0, a film having a Raman shift of 600 cm -1 and a low intensity of Raman scattered light is selected and used. Indicates that the ratio of those oriented substantially perpendicular to the film is high, and thus a film exhibiting a large spontaneous polarization is obtained.

【0037】図11の関係は実験的に求められたもので
あるが、次式(5)
The relationship shown in FIG. 11 is obtained experimentally.

【0038】[0038]

【数5】 (Equation 5)

【0039】で近似することができる。ただし、数式
(5)中、QSWはμC/cm2 の単位で表される。ま
た、図11中、実線は上記数式(5)をプロットしたも
のである。そこで、本発明では、基板上に形成された強
誘電体膜について、図5の顕微ラマン分光測定装置を使
い、ラマンシフトが600cm-1のラマン散乱強度の大
きい試料を選ぶことにより、自発分極の小さい強誘電体
膜を除くことが可能になる。 [第2実施例]図12は本発明の第2実施例による強誘
電体キャパシタの製造方法を示すフローチャートであ
る。
Can be approximated by However, in Equation (5), Q SW is expressed in units of μC / cm 2 . In FIG. 11, the solid line is obtained by plotting the equation (5). Therefore, in the present invention, the spontaneous polarization of the ferroelectric film formed on the substrate is selected by using the microscopic Raman spectrometer of FIG. 5 and selecting a sample having a Raman shift of 600 cm −1 and a large Raman scattering intensity. It becomes possible to remove a small ferroelectric film. [Second Embodiment] FIG. 12 is a flowchart showing a method of manufacturing a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【0040】図12を参照するに、ステップS1におい
て基板上にPt等の下側電極が形成され、さらにステッ
プS2において前記下側電極上にPZTあるいはPLZ
Tよりなる強誘電体膜が、スパッタあるいはゾルゲル法
により形成される。このようにして形成された強誘電体
膜はステップS3において約700〜750°Cの温度
で1〜2分間急速熱処理(RTA)され、強誘電体膜が
結晶化される。
Referring to FIG. 12, a lower electrode such as Pt is formed on a substrate in step S1, and PZT or PLZ is formed on the lower electrode in step S2.
A ferroelectric film made of T is formed by sputtering or a sol-gel method. The ferroelectric film thus formed is subjected to rapid thermal processing (RTA) at a temperature of about 700 to 750 ° C. for 1 to 2 minutes in step S3, and the ferroelectric film is crystallized.

【0041】次に、ステップS4の工程において、前記
結晶化した強誘電体膜中における正方相PZTあるいは
PLZT結晶粒のc軸方位を、先に第1実施例で説明し
た方法で検査する。検査の結果、ラマンシフトが600
cm-1のラマン散乱強度が図10で説明したように低
い、あるいは実質的に検出されないならば、得られた強
誘電体膜中の正方相PZTあるいはPLZT結晶粒のc
軸方向は前記基板に対して実質的に直交していると結論
され、ステップS5において前記強誘電体膜上に上部電
極が形成される。さらにステップS6において、得られ
た構造に対して酸化雰囲気中、典型的には650°Cに
おいて急速熱処理を行なうことにより、良品のキャパシ
タが得られる。
Next, in the step S4, the c-axis orientation of the tetragonal phase PZT or PLZT crystal grains in the crystallized ferroelectric film is inspected by the method described in the first embodiment. As a result of inspection, Raman shift was 600
If the Raman scattering intensity at cm -1 is low or substantially not detected as described in FIG. 10, c of the square phase PZT or PLZT crystal grains in the obtained ferroelectric film is obtained.
It is concluded that the axial direction is substantially orthogonal to the substrate, and an upper electrode is formed on the ferroelectric film in step S5. Further, in step S6, a good capacitor is obtained by performing a rapid heat treatment on the obtained structure in an oxidizing atmosphere, typically at 650 ° C.

【0042】一方、ステップS4の検査工程において、
前記ラマンシフトが600cm-1のラマン散乱強度の値
が大きい場合には、ステップS7において強誘電体膜は
不良であるとして破棄される。一方、ステップS4の検
査工程において、前記600cm-1におけるラマン散乱
ピークが検出はされるがその大きさが大きくない場合に
は、ステップS8において上部電極を形成した後、ステ
ップS9においてさらにステップS6と同様な急速熱処
理を行ない、さらにステップS10において電気的な試
験を行ない、良否を判定する。
On the other hand, in the inspection step of step S4,
If the value of the Raman scattering intensity at the Raman shift of 600 cm -1 is large, the ferroelectric film is discarded as defective in step S7. On the other hand, in the inspection step of step S4, if the Raman scattering peak at 600 cm -1 is detected but the size is not large, the upper electrode is formed in step S8, and further in step S9, step S6 is performed. A similar rapid heat treatment is performed, and an electrical test is performed in step S10 to determine pass / fail.

【0043】ステップS4における本発明の検査は非破
壊検査であり、このため全数検査が可能である。また、
ステップS10の電気的な試験を、ステップS4におい
て良否が疑わしいとされた試料に対してのみ行なうこと
により、歩留まりが向上すると同時に製造スループット
を向上させることができる。これは、ステップS4にお
いて疑わしいとされた試料もステップS9の熱処理工程
で回復する可能性があるためである。 [第3実施例]図13(A)〜15(H)は本発明の第
3実施例によるFeRAMの製造工程を示す図である。
The inspection according to the present invention in step S4 is a non-destructive inspection, and therefore, 100% inspection is possible. Also,
By performing the electrical test in step S10 only on the sample whose quality is suspected in step S4, the yield can be improved and the manufacturing throughput can be improved. This is because the sample suspected in step S4 may be recovered in the heat treatment step in step S9. [Third Embodiment] FIGS. 13A to 15H are views showing a manufacturing process of an FeRAM according to a third embodiment of the present invention.

【0044】図13(A)を参照するに、p−型Si基
板51上にはフィールド酸化膜52によりメモリセル領
域が形成される。さらに、前記Si基板51上にはゲー
ト絶縁膜53が前記メモリセル領域を覆うように形成さ
れ、ゲート電極54が前記ゲート絶縁膜53上に、通常
のMOSトランジスタと同様に形成される。ゲート電極
54はメモリセル領域を横断するワード線の一部を構成
する。さらに、基板51中には、前記ゲート電極54の
両側にn型の拡散領域55,56が、ゲート電極54を
自己整合マスクに使って形成される。
Referring to FIG. 13A, a memory cell region is formed on a p − type Si substrate 51 by a field oxide film 52. Further, a gate insulating film 53 is formed on the Si substrate 51 so as to cover the memory cell region, and a gate electrode 54 is formed on the gate insulating film 53 in the same manner as a normal MOS transistor. Gate electrode 54 forms a part of a word line crossing the memory cell region. Further, in the substrate 51, n-type diffusion regions 55 and 56 are formed on both sides of the gate electrode 54 using the gate electrode 54 as a self-alignment mask.

【0045】MOSトランジスタがこのようにして形成
された後、前記基板51上にはゲート電極54を覆うよ
うにSiO2 膜57が形成され、前記SiO2 膜57中
には周知のフォトリソグラフィー法により、前記拡散領
域55を露出するコンタクトホールが形成される。さら
に、前記コンタクトホールの形成の後、前記SiO2
57上にはWSi層が前記コンタクトホールを含むよう
に堆積され、その結果前記WSi層は前記コンタクトホ
ールにおいて前記拡散領域55とコンタクトする。この
WSi層をパターニングすることにより、図13(A)
に示すビット線電極58が形成される。
After the MOS transistor is formed in this manner, an SiO 2 film 57 is formed on the substrate 51 so as to cover the gate electrode 54, and the SiO 2 film 57 is formed in the SiO 2 film 57 by a well-known photolithography method. Then, a contact hole exposing the diffusion region 55 is formed. After the formation of the contact hole, a WSi layer is deposited on the SiO 2 film 57 so as to include the contact hole. As a result, the WSi layer contacts the diffusion region 55 in the contact hole. By patterning this WSi layer, FIG.
Are formed as shown in FIG.

【0046】次に、図13(B)の工程において、典型
的にはSiO2 よりなる層間絶縁膜59が図13(A)
の構造上に堆積され、例えばCMP(化学機械研磨)法
を使った平坦化の後、前記層間絶縁膜59中に拡散領域
56を露出する深いコンタクトホール60が、高解像度
フォトリソグラフィーにより形成される。次に、図13
(C)の工程において、図13(B)の構造上に、Pに
よりn+型にドープされたポリシリコン膜61が、CV
D法により、前記ポリシリコンSi膜61が前記コンタ
クトホール60を充填するように堆積され、さらに図1
4(D)の工程において前記ポリシリコン膜61をドラ
イエッチングにより層間絶縁膜59の表面が露出するま
でエッチバックすることにより、前記コンタクトホール
をポリシリコンプラグ62が充填した構造が得られる。
Next, in the step of FIG. 13B, an interlayer insulating film 59 typically made of SiO 2 is formed as shown in FIG.
After being planarized using, for example, a CMP (chemical mechanical polishing) method, a deep contact hole 60 exposing the diffusion region 56 is formed in the interlayer insulating film 59 by high-resolution photolithography. . Next, FIG.
In the step of (C), a polysilicon film 61 doped n + type with P is formed on the structure of FIG.
According to Method D, the polysilicon Si film 61 is deposited so as to fill the contact hole 60.
In the step 4 (D), the polysilicon film 61 is etched back by dry etching until the surface of the interlayer insulating film 59 is exposed, whereby a structure in which the contact holes are filled with polysilicon plugs 62 is obtained.

【0047】図14(D)の工程では、さらに前記層間
絶縁膜59上にTi膜(図示せず)がPVD法により、
前記ポリシリコンプラグ62を覆うように形成され、さ
らにその上にTiN膜(図示せず)をリアクティブスパ
ッタリングにより、拡散障壁層として形成される。さら
にその上には、Pt,IrあるいはIrO2 を含む導体
層63が形成される。さらに、図14(D)の工程で
は、前記導体層63上に、PZTあるいはPLZTより
なる強誘電体膜64が、酸化雰囲気中のスパッタにより
形成される。堆積された強誘電体膜64は、典型的には
不活性雰囲気中、約700°Cで急速加熱処理すること
により結晶化され、さらに酸化雰囲気中で急速加熱処理
することにより、強誘電体膜64中に形成されやすい酸
素欠陥が解消される。
In the step of FIG. 14D, a Ti film (not shown) is further formed on the interlayer insulating film 59 by a PVD method.
A TiN film (not shown) is formed on the polysilicon plug 62 as a diffusion barrier layer by reactive sputtering. Further thereon, a conductor layer 63 containing Pt, Ir or IrO 2 is formed. Further, in the step of FIG. 14D, a ferroelectric film 64 made of PZT or PLZT is formed on the conductor layer 63 by sputtering in an oxidizing atmosphere. The deposited ferroelectric film 64 is typically crystallized by rapid heat treatment at about 700 ° C. in an inert atmosphere, and further subjected to rapid heat treatment in an oxidizing atmosphere to form a ferroelectric film. Oxygen vacancies that are easily formed in 64 are eliminated.

【0048】次に、図14(E)の工程において、前記
PZT膜64はフォトリソグラフィー法により所望のパ
ターンにパターニングされ、さらにその下の導体層63
はイオンミリング法により対応したパターンにパターニ
ングされる。前記導体層63のパターニングの結果、強
誘電体キャパシタの下側電極65が形成され、また前記
PZT膜24のパターニングの結果キャパシタ絶縁膜6
6が形成される。
Next, in the step of FIG. 14E, the PZT film 64 is patterned into a desired pattern by a photolithography method, and furthermore, a conductor layer 63 thereunder is formed.
Are patterned into a corresponding pattern by an ion milling method. As a result of the patterning of the conductor layer 63, the lower electrode 65 of the ferroelectric capacitor is formed, and as a result of the patterning of the PZT film 24, the capacitor insulating film 6 is formed.
6 are formed.

【0049】本実施例では、図14(E)の構造を図5
の顕微ラマン分光測定装置30のXYZステージ38上
に基板19として保持し、前記光源31が形成するレー
ザビーム31Aを前記強誘電体キャパシタ絶縁膜66に
照射することにより、膜66中におけるPZTあるいは
PLZT結晶粒のc軸配向方向を評価する。すなわち、
観測されたラマン散乱スペクトル中にラマンシフトが6
00cm-1のピークが実質的に検出されない場合、良品
であるとして、図14(F)の工程に進む。一方、60
0cm-1のラマンシフトが観測される場合には、不良品
の可能性があると判定する。
In the present embodiment, the structure of FIG.
Is held as a substrate 19 on an XYZ stage 38 of a micro-Raman spectrometer 30 of the type described above, and a laser beam 31A formed by the light source 31 is irradiated on the ferroelectric capacitor insulating film 66, thereby forming PZT or PLZT in the film 66. The c-axis orientation direction of the crystal grains is evaluated. That is,
Raman shift of 6 in the observed Raman scattering spectrum
If the peak at 00 cm -1 is not substantially detected, it is determined to be a good product, and the process proceeds to the step of FIG. On the other hand, 60
If a Raman shift of 0 cm -1 is observed, it is determined that there is a possibility of a defective product.

【0050】図14(F)の工程では、図14(E)の
構造上に前記キャパシタ絶縁膜66を覆うようにSiO
2 膜67がCVD法により堆積され、さらに前記SiO
2 膜67中に前記キャパシタ絶縁膜66を露出するコン
タクトホール68が形成される。さらに、図15(G)
の工程において、前記SiO2 膜67上に露出したキャ
パシタ絶縁膜66を覆うようにPtパターン69が強誘
電体キャパシタの上側電極として形成され、さらに図1
5(H)の工程において、前記SiO2 膜67上に前記
上側電極69を覆うように層間絶縁膜70が形成され
る。また、前記層間絶縁膜70上には配線パターン71
が形成される。
In the step of FIG. 14F, SiO 2 is formed on the structure of FIG.
2 film 67 is deposited by a CVD method,
A contact hole 68 exposing the capacitor insulating film 66 is formed in the second film 67. Further, FIG.
In the step (1), a Pt pattern 69 is formed as an upper electrode of the ferroelectric capacitor so as to cover the capacitor insulating film 66 exposed on the SiO 2 film 67.
In the step 5 (H), an interlayer insulating film 70 is formed on the SiO 2 film 67 so as to cover the upper electrode 69. A wiring pattern 71 is formed on the interlayer insulating film 70.
Is formed.

【0051】図15(H)のFeRAMは、前記強誘電
体キャパシタ絶縁膜66において600cm-1のラマン
シフトピークが実質的に観測されない点を除くと、図1
に説明した従来のFeRAMと同様な構成を有してい
る。本実施例では図14(E)の検査工程において、非
破壊検査により不良の可能性のある試料を排除できるた
め、完成品の検査工程が簡単になり、FeRAMの製造
スループットを向上させることができる。 [第4実施例]図16は本発明の第4実施例による顕微
ラマン分光測定装置80の構成を示す。ただし、図16
中先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を
省略する。
In the FeRAM of FIG. 15H, except that the Raman shift peak at 600 cm -1 is not substantially observed in the ferroelectric capacitor insulating film 66, FIG.
Has the same configuration as the conventional FeRAM described in FIG. In the present embodiment, in the inspection process of FIG. 14E, a sample having a possibility of failure can be eliminated by the nondestructive inspection, so that the inspection process of the finished product is simplified, and the manufacturing throughput of the FeRAM can be improved. . Fourth Embodiment FIG. 16 shows the configuration of a micro Raman spectrometer 80 according to a fourth embodiment of the present invention. However, FIG.
The parts described above in the middle are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0052】図16を参照するに、顕微ラマン分光測定
装置80は、前記ラマン散乱光31Bの光路上、前記検
光子43の下流側に、280cm-1のラマンシフトに一
致した透過率の中心を有する帯域通過光フィルタ81と
600cm-1のラマンシフトに一致した透過率の中心を
有する帯域通過光フィルタ82とを、前記ラマン散乱光
31Bの光路に挿抜自在に配設する。前記光路に挿入さ
れた光フィルタ81あるいは82を通過したラマン散乱
光31Bはレンズ83により二次元CCDアレイ84上
に集束され、得られた画像信号は画像処理装置85に送
られる。
Referring to FIG. 16, the microscopic Raman spectrometer 80 sets the center of the transmittance coincident with the Raman shift of 280 cm −1 on the optical path of the Raman scattered light 31 B and on the downstream side of the analyzer 43. A band-pass optical filter 81 having a band-pass optical filter 81 and a band-pass optical filter 82 having a center of transmittance matching the Raman shift of 600 cm -1 is disposed so as to be freely inserted into and removed from the optical path of the Raman scattered light 31B. The Raman scattered light 31B that has passed through the optical filter 81 or 82 inserted in the optical path is focused on a two-dimensional CCD array 84 by a lens 83, and the obtained image signal is sent to an image processing device 85.

【0053】本実施例では、まず光フィルタ81を前記
ラマン散乱光31Bの光路に挿入し、前記画像処理装置
85を使って280cm-1のラマンシフトのピーク強度
の二次元分布I1 (x,y)を前記強誘電体膜39表面
対して測定する。次にフィルタを81から82に切替
え、600cm-1のラマンシフトについて、同様な二次
元分布I2 (x,y)を測定する。さらに、前記画像処
理装置85において規格化演算I2 (x,y)/I
1 (x,y)を行なうことにより、ラマンシフト280
cm-1のピーク強度で規格化されたラマンシフト600
cm-1のピーク強度の二次元分布が求められる。このよ
うにして得られた規格化ラマンピーク強度分布の各点に
対してベースライン補正を行ない、ガウシアン曲線の当
てはめを行なうことにより、強誘電体膜39中の正方相
PZTあるいはPLZT結晶のc軸方位を評価すること
が可能になる。
[0053] In the present embodiment, first, the optical filter 81 is inserted in the optical path of the Raman scattered light 31B, two-dimensional distribution I 1 (x peak intensities of Raman shift of 280 cm -1 using the image processing apparatus 85, y) is measured on the surface of the ferroelectric film 39. Next, the filter is switched from 81 to 82, and a similar two-dimensional distribution I 2 (x, y) is measured for a Raman shift of 600 cm −1 . Further, in the image processing device 85, the standardized operation I 2 (x, y) / I
1 By performing (x, y), Raman shift 280
Raman shift 600 normalized with a peak intensity of cm -1
A two-dimensional distribution of the peak intensity at cm -1 is determined. Baseline correction is performed on each point of the normalized Raman peak intensity distribution obtained in this manner, and Gaussian curve fitting is performed, whereby the c-axis of the square phase PZT or PLZT crystal in the ferroelectric film 39 is obtained. The azimuth can be evaluated.

【0054】なお、以上の説明では強誘電体膜はPZT
あるいはPLZTとしたが、本発明はかかる特定の材料
系に限定されるものではなく、本発明はPbTiO3
PbZrO3 ,BaTiO3 ,SrTiO3 ,KNbO
3 ,KTaO3 、あるいはこれらの混晶よりなる、正方
晶系のA1 対称性を有する格子振動に由来するラマン散
乱ピークについて適用可能である。
In the above description, the ferroelectric film is made of PZT.
Alternatively, PLZT is used, but the present invention is not limited to such a specific material system, and the present invention relates to PbTiO 3 ,
PbZrO 3 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , KNbO
The present invention can be applied to a Raman scattering peak derived from lattice vibration having a tetragonal A 1 symmetry, composed of 3 , KTaO 3 , or a mixed crystal thereof.

【0055】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨内
において様々な変形・変更が可能である。
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes may be made within the scope of the present invention described in the appended claims. Is possible.

【0056】[0056]

【発明の効果】請求項1〜5記載の本発明の特徴によれ
ば、正方相を含むペロブスカイト型強誘電体結晶よりな
る強誘電体膜の評価方法において、前記強誘電体膜に対
して直線偏光した励起光を照射し、前記励起光に応じて
前記強誘電体膜から放射されるラマン散乱光を検出し、
前記ラマン散乱光のスペクトル強度を求めることによ
り、前記強誘電体膜中における前記正方相ペロブスカイ
ト型強誘電体結晶のc軸配向性を、前記強誘電体膜が微
細パターンである場合でも、非破壊で効率的に評価する
ことが可能である。特に、ラマンシフトが600cm-1
のラマン散乱ピークの強度が前記c軸配向性を明瞭に反
映するものであり、したがって請求項3,4に記載のよ
うに、600cm-1のラマン散乱ピークの強度を測定す
ることにより強誘電体膜の評価を行なうのが有利であ
る。また、請求項5に記載のように前記ラマン散乱強度
から強誘電体膜の自発分極の大きさまでも、非破壊で測
定することが可能である。
According to the first to fifth aspects of the present invention, in the method for evaluating a ferroelectric film made of a perovskite-type ferroelectric crystal containing a tetragonal phase, a straight line is formed on the ferroelectric film. Irradiating polarized excitation light, detecting Raman scattered light emitted from the ferroelectric film according to the excitation light,
By determining the spectral intensity of the Raman scattered light, the c-axis orientation of the tetragonal perovskite type ferroelectric crystal in the ferroelectric film is non-destructively, even when the ferroelectric film is a fine pattern. Can be evaluated efficiently. In particular, the Raman shift is 600 cm -1
The intensity of the Raman scattering peak clearly reflects the c-axis orientation. Therefore, as described in claims 3 and 4, by measuring the intensity of the Raman scattering peak at 600 cm −1 , Advantageously, an evaluation of the membrane is performed. Further, it is possible to non-destructively measure even the magnitude of the spontaneous polarization of the ferroelectric film from the Raman scattering intensity.

【0057】請求項6に記載したように、正方相ペロブ
スカイト型強誘電体結晶を含む強誘電体膜において、前
記強誘電体膜が約600cm-1のラマンシフト成分をラ
マン散乱スペクトル中に実質的に含まない場合、強誘電
体膜中における正方相PZTあるいはPLZT結晶はc
軸が前記膜面に対して略垂直に配向しており、最大の自
発分極を示す。
According to a sixth aspect of the present invention, in the ferroelectric film including the tetragonal phase perovskite type ferroelectric crystal, the ferroelectric film has a Raman shift component of about 600 cm -1 substantially in the Raman scattering spectrum. , The square phase PZT or PLZT crystal in the ferroelectric film is c
The axis is oriented substantially perpendicular to the film surface and shows the maximum spontaneous polarization.

【0058】請求項7〜13記載の本発明の特徴によれ
ば、正方相を含むペロブスカイト型強誘電体結晶よりな
る強誘電体膜をキャパシタ絶縁膜として含む強誘電体記
憶装置の製造方法において、前記強誘電体膜に対して直
線偏光した励起光を照射し、前記励起光に応じて前記強
誘電体膜から放射されるラマン散乱光を検出し、前記ラ
マン散乱光のスペクトル強度を求めることにより、前記
強誘電体膜中における前記正方相ペロブスカイト型強誘
電体結晶のc軸配向性が前記強誘電体膜の主面に略垂直
方向に整列した、自発分極が最大の強誘電体膜を有する
強誘電体記憶装置を、強誘電体記憶装置を損傷すること
なく検査し、選別することが可能になる。特に、ラマン
シフトが600cm-1のラマン散乱ピークの強度が前記
c軸配向性を明瞭に反映するものであり、したがって請
求項9,10に記載のように、600cm-1のラマン散
乱ピークの強度を測定することにより強誘電体膜の評価
を行なうのが有利である。
According to a feature of the present invention, there is provided a method of manufacturing a ferroelectric memory device including, as a capacitor insulating film, a ferroelectric film made of a perovskite ferroelectric crystal containing a tetragonal phase. By irradiating the ferroelectric film with linearly polarized excitation light, detecting Raman scattered light emitted from the ferroelectric film in response to the excitation light, and determining the spectral intensity of the Raman scattered light. A c-axis orientation of the tetragonal perovskite-type ferroelectric crystal in the ferroelectric film is aligned in a direction substantially perpendicular to a main surface of the ferroelectric film, and has a spontaneous polarization maximum ferroelectric film. The ferroelectric memory device can be inspected and sorted without damaging the ferroelectric memory device. In particular, the intensity of the Raman scattering peak at a Raman shift of 600 cm -1 clearly reflects the c-axis orientation, and therefore the intensity of the Raman scattering peak at 600 cm -1 as described in claims 9 and 10. It is advantageous to evaluate the ferroelectric film by measuring

【0059】請求項14記載の本発明の特徴によれば、
強誘電体キャパシタとして正方相のペロブスカイト型強
誘電体結晶を含む強誘電体膜を使った強誘電体記憶装置
において、前記強誘電体キャパシタとして約600cm
-1のラマンシフト成分をラマン散乱スペクトル中に実質
的に含まない強誘電体膜を使うことにより、強誘電体キ
ャパシタの自発分極を最大化することができる。これに
伴い、かかる強誘電体記憶装置は微細化しても動作が不
安定になることがない。
According to the feature of the present invention described in claim 14,
In a ferroelectric memory device using a ferroelectric film containing a tetragonal perovskite ferroelectric crystal as a ferroelectric capacitor, the ferroelectric capacitor is about 600 cm.
The spontaneous polarization of the ferroelectric capacitor can be maximized by using a ferroelectric film that does not substantially include the Raman shift component of -1 in the Raman scattering spectrum. Accordingly, even if such a ferroelectric memory device is miniaturized, the operation does not become unstable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の強誘電体記憶装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional ferroelectric memory device.

【図2】図1の強誘電体記憶装置で使われる強誘電体膜
の結晶構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a crystal structure of a ferroelectric film used in the ferroelectric memory device of FIG.

【図3】図2の強誘電体膜の分極特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating polarization characteristics of the ferroelectric film of FIG. 2;

【図4】図1の強誘電体記憶装置で使われる強誘電体膜
の相平衡図を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a phase equilibrium diagram of a ferroelectric film used in the ferroelectric memory device of FIG. 1;

【図5】本発明の第1実施例で使われる顕微ラマン分光
測定装置の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a microscopic Raman spectrometer used in the first embodiment of the present invention.

【図6】図5の装置を使って得られるラマン散乱スペク
トルの例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a Raman scattering spectrum obtained by using the apparatus of FIG. 5;

【図7】図6のラマン散乱スペクトルのガウシアン曲線
による近似を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an approximation of the Raman scattering spectrum of FIG. 6 using a Gaussian curve.

【図8】強誘電体膜中の格子振動モードとラマン散乱ス
ペクトルとの関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a lattice vibration mode in a ferroelectric film and a Raman scattering spectrum.

【図9】強誘電体膜中の強誘電体結晶の方位を定義する
図である。
FIG. 9 is a diagram that defines the orientation of a ferroelectric crystal in a ferroelectric film.

【図10】PZT膜における600cm-1ラマンシフト
のピーク強度と膜中での強誘電体結晶の配向角との間の
関係を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a peak intensity of a Raman shift of 600 cm −1 in a PZT film and an orientation angle of a ferroelectric crystal in the film.

【図11】PZT膜における600cm-1ラマンシフト
のピーク強度と強誘電体膜の自発分極の大きさとの間の
関係を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the peak intensity of the Raman shift at 600 cm −1 in the PZT film and the magnitude of spontaneous polarization of the ferroelectric film.

【図12】本発明の第2実施例による強誘電体膜の作製
工程を示すフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing a manufacturing process of a ferroelectric film according to a second embodiment of the present invention.

【図13】(A)〜(C)は本発明の第3実施例による
強誘電体記憶装置の製造工程を示す図(その1)であ
る。
FIGS. 13A to 13C are diagrams (part 1) illustrating the steps of manufacturing the ferroelectric memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図14】(D)〜(F)は本発明の第3実施例による
強誘電体記憶装置の製造工程を示す図(その2)であ
る。
FIGS. 14 (D) to (F) are views (No. 2) showing the steps of manufacturing the ferroelectric memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図15】(G)〜(H)は本発明の第3実施例による
強誘電体記憶装置の製造工程を示す図(その3)であ
る。
FIGS. 15G to 15H are views (No. 3) showing the steps of manufacturing the ferroelectric memory device according to the third embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第3実施例で使われる顕微ラマン分
光測定装置の構成を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the configuration of a microscopic Raman spectrometer used in the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 強誘電体記憶装置 11,51 基板 11A,11B,55,56 拡散領域 12,52 フィールド絶縁膜 13,54 ゲート電極 14,21,57,67 SiO2 膜 15,22,59,70 層間絶縁膜 16,62 導体プラグ 17 密着層 18,63,65 下側電極 19,64,66 強誘電体膜 20,69 上側電極 22A コンタクトホール 23 ビット線電極 30,80 顕微ラマン分光測定装置 31 光源 31A レーザビーム 31B 後方ラマン散乱光 32 ミラー 33 偏光子 34 ホログラフィックミラー 35 顕微鏡 36 ハーフミラー 37 対物レンズ 38 XYZステージ 39 試料 40 接眼レンズ 41 カメラ 42 表示装置 43 検光子 44 分光器 45,84 CCDアレイ 53 ゲート絶縁膜 60 導体層 68 開口部 71 配線パターン 81,82 帯域通過フィルタ 83 レンズ 85 画像処理装置10 ferroelectric memory device 11, 51 substrate 11A, 11B, 55, 56 diffusion region 12, 52 a field insulating film 13,54 gate electrode 14,21,57,67 SiO 2 film 15,22,59,70 interlayer insulating film 16, 62 conductor plug 17 adhesion layer 18, 63, 65 lower electrode 19, 64, 66 ferroelectric film 20, 69 upper electrode 22A contact hole 23 bit line electrode 30, 80 microscopic Raman spectrometer 31 light source 31A laser beam 31B Back Raman scattered light 32 Mirror 33 Polarizer 34 Holographic mirror 35 Microscope 36 Half mirror 37 Objective lens 38 XYZ stage 39 Sample 40 Eyepiece 41 Camera 42 Display device 43 Analyzer 44 Spectroscope 45, 84 CCD array 53 Gate insulating film 60 conductor layer 68 opening 1 wiring patterns 81 and 82 band-pass filter 83 lens 85 image processing apparatus

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 耕一郎 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5F083 AD21 FR02 JA14 JA15 JA38 JA43 PR33 PR34 PR40  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Koichiro Honda 4-1-1, Kamidadanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term within Fujitsu Limited (reference) 5F083 AD21 FR02 JA14 JA15 JA38 JA43 PR33 PR34 PR40

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正方相ペロブスカイト型強誘電体結晶を
含む強誘電体膜の評価方法において、 前記強誘電体膜に対して励起光を照射する工程と、 前記励起光に応じて前記強誘電体膜から放射されるラマ
ン散乱光を検出する工程と、 前記ラマン散乱光のスペクトル強度から、前記強誘電体
膜中における前記正方相ペロブスカイト型強誘電体結晶
のc軸配向性を求める工程とよりなることを特徴とする
強誘電体膜の評価方法。
1. A method for evaluating a ferroelectric film including a tetragonal perovskite ferroelectric crystal, comprising: irradiating the ferroelectric film with excitation light; Detecting the Raman scattered light emitted from the film; and determining the c-axis orientation of the tetragonal perovskite ferroelectric crystal in the ferroelectric film from the spectral intensity of the Raman scattered light. A method for evaluating a ferroelectric film, comprising:
【請求項2】 前記励起光を照射する工程は、光源で形
成された前記励起光を第1の偏光面に偏光させる工程を
含み、前記ラマン散乱光を検出する工程は、前記誘電体
膜から放射される後方散乱ラマン光のうち、前記第1の
偏光面に直交する第2の偏光面を有する偏光成分を検出
する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の強誘電
体膜の評価方法。
2. The step of irradiating the excitation light includes a step of polarizing the excitation light formed by a light source to a first plane of polarization, and the step of detecting the Raman scattered light includes the step of: 2. The evaluation of the ferroelectric film according to claim 1, further comprising a step of detecting a polarized light component having a second polarization plane orthogonal to the first polarization plane in the emitted backscattered Raman light. Method.
【請求項3】 前記ラマン散乱光を検出する工程は、ラ
マンシフトが約600cm-1のラマン散乱光成分の強度
を求める工程を含むことを特徴とする請求項1または2
記載の強誘電体膜の評価方法。
3. The method according to claim 1, wherein the step of detecting the Raman scattered light includes the step of determining the intensity of a Raman scattered light component having a Raman shift of about 600 cm −1.
The evaluation method of the ferroelectric film described in the above.
【請求項4】 前記c軸配向性を求める工程では、前記
ラマンシフトが約600cm-1のラマン散乱光成分のピ
ーク強度から前記c軸配向性を求めることを特徴とする
請求項3記載の強誘電体膜の評価方法。
4. The method according to claim 3, wherein in the step of determining the c-axis orientation, the c-axis orientation is determined from a peak intensity of a Raman scattered light component having a Raman shift of about 600 cm −1. Evaluation method of dielectric film.
【請求項5】 さらに、前記ラマン散乱光のスペクトル
強度から前記強誘電体膜の自発分極の大きさを求める工
程を含むことを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれ
か一項記載の強誘電体膜の評価方法。
5. The method according to claim 1, further comprising a step of calculating the magnitude of spontaneous polarization of the ferroelectric film from the spectral intensity of the Raman scattered light. Evaluation method of ferroelectric film.
【請求項6】 正方相ペロブスカイト型強誘電体結晶を
含む強誘電体膜において、 前記強誘電体膜は、約600cm-1のラマンシフト成分
がラマン散乱スペクトル中に実質的に含まれないことを
特徴とする強誘電体膜。
6. A ferroelectric film containing a tetragonal phase perovskite ferroelectric crystal, wherein the ferroelectric film has a Raman shift component of about 600 cm −1 substantially not included in a Raman scattering spectrum. Characteristic ferroelectric film.
【請求項7】 強誘電体記憶装置の製造方法において、 下側電極上に、正方相ペロブスカイト型強誘電体結晶を
含む強誘電体膜を形成する工程と、 前記強誘電体膜を評価する工程と、 前記強誘電体膜上に上側電極を形成する工程とを含み、 前記強誘電体膜を評価する工程は、 前記強誘電体膜に対して励起光を照射する工程と、 前記励起光に応じて前記強誘電体膜から放射されるラマ
ン散乱光を検出する工程と、 前記ラマン散乱光のスペクトル強度から、前記強誘電体
膜中における前記正方相ペロブスカイト型強誘電体結晶
のc軸配向性を求める工程とよりなることを特徴とする
強誘電体記憶装置の製造方法。
7. A method of manufacturing a ferroelectric memory device, comprising: forming a ferroelectric film including a tetragonal perovskite ferroelectric crystal on a lower electrode; and evaluating the ferroelectric film. And forming an upper electrode on the ferroelectric film, wherein the step of evaluating the ferroelectric film includes: irradiating the ferroelectric film with excitation light; and Detecting the Raman scattered light emitted from the ferroelectric film in response to the c-axis orientation of the tetragonal phase perovskite ferroelectric crystal in the ferroelectric film from the spectral intensity of the Raman scattered light And a method for manufacturing a ferroelectric memory device.
【請求項8】 前記励起光を照射する工程は、光源で形
成された前記励起光を第1の偏光面に偏光させる工程を
含み、前記ラマン散乱光を検出する工程は、前記誘電体
膜から放射される後方散乱ラマン光のうち、前記第1の
偏光面に直交する第2の偏光面を有する偏光成分を検出
する工程を含むことを特徴とする請求項7記載の強誘電
体記憶装置の製造方法。
8. The step of irradiating the excitation light includes the step of polarizing the excitation light formed by a light source to a first plane of polarization, and the step of detecting the Raman scattered light comprises the step of: 8. The ferroelectric memory device according to claim 7, further comprising a step of detecting, from the emitted backscattered Raman light, a polarization component having a second polarization plane orthogonal to the first polarization plane. Production method.
【請求項9】 前記ラマン散乱光を検出する工程は、ラ
マンシフトが約600cm-1のラマン散乱光成分の強度
を求める工程を含むことを特徴とする請求項7または8
記載の強誘電体記憶装置の製造方法。
9. The method according to claim 7, wherein the step of detecting the Raman scattered light includes the step of determining the intensity of a Raman scattered light component having a Raman shift of about 600 cm −1.
The manufacturing method of the ferroelectric memory device according to the above.
【請求項10】 前記c軸配向性を求める工程では、前
記ラマンシフトが約600cm-1のラマン散乱光成分の
ピーク強度から前記c軸配向性を求めることを特徴とす
る請求項9記載の強誘電体記憶装置の製造方法。
10. The method according to claim 9, wherein in the step of determining the c-axis orientation, the c-axis orientation is determined from a peak intensity of a Raman scattered light component having a Raman shift of about 600 cm −1. A method for manufacturing a dielectric storage device.
【請求項11】 さらに、前記ラマン散乱光のスペクト
ル強度から前記強誘電体膜の自発分極の大きさを求める
工程を含むことを特徴とする請求項7〜10のうち、い
ずれか一項記載の強誘電体記憶装置の製造方法。
11. The method according to claim 7, further comprising a step of calculating the magnitude of spontaneous polarization of the ferroelectric film from the spectral intensity of the Raman scattered light. A method for manufacturing a ferroelectric memory device.
【請求項12】 さらに、前記強誘電体膜を評価する工
程の後、前記上側電極を形成する工程の前に、前記自発
分極の大きさに基づいて良否を判定する工程を含むこと
を特徴とする請求項11記載の強誘電体記憶装置の製造
方法。
12. The method according to claim 11, further comprising, after the step of evaluating the ferroelectric film and before the step of forming the upper electrode, a step of judging pass / fail based on the magnitude of the spontaneous polarization. The method of manufacturing a ferroelectric memory device according to claim 11.
【請求項13】 さらに、前記良否判定工程の後、前記
上側電極を形成する工程の前に、前記良否判定工程で不
良であると判定された強誘電体膜を熱処理する工程と、
前記熱処理された強誘電体膜に対して前記評価する工程
を再び実行する工程とを含むことを特徴とする請求項1
2記載の強誘電体記憶装置の製造方法。
13. A heat treatment process for the ferroelectric film determined to be defective in the pass / fail determination step after the pass / fail determination step and before the step of forming the upper electrode,
Performing the evaluating step on the heat-treated ferroelectric film again.
3. The method for manufacturing a ferroelectric memory device according to item 2.
【請求項14】 基板上に形成された活性素子と、 前記基板上に前記活性素子に電気的に接続されて形成さ
れた強誘電体キャパシタとを含む強誘電体記憶装置にお
いて、 前記強誘電体キャパシタは下側電極と、 前記下側電極上に形成された、正方相ペロブスカイト型
強誘電体結晶を含む強誘電体膜と、 前記強誘電体膜上に形成された上側電極とよりなり、 前記強誘電体膜は、約600cm-1のラマンシフト成分
がラマン散乱スペクトル中に実質的に含まれないことを
特徴とする強誘電体記憶装置。
14. A ferroelectric memory device comprising: an active element formed on a substrate; and a ferroelectric capacitor formed on the substrate so as to be electrically connected to the active element. The capacitor includes a lower electrode, a ferroelectric film including a tetragonal perovskite-type ferroelectric crystal formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the ferroelectric film. The ferroelectric memory device, wherein the ferroelectric film has substantially no Raman shift component of about 600 cm -1 in the Raman scattering spectrum.
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