JP2000103698A - Crystallographically aligned ferroelectric film usable as memory and method for crystali,ographically aligning perovskite film - Google Patents

Crystallographically aligned ferroelectric film usable as memory and method for crystali,ographically aligning perovskite film

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JP2000103698A
JP2000103698A JP11173627A JP17362799A JP2000103698A JP 2000103698 A JP2000103698 A JP 2000103698A JP 11173627 A JP11173627 A JP 11173627A JP 17362799 A JP17362799 A JP 17362799A JP 2000103698 A JP2000103698 A JP 2000103698A
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ferroelectric
layer
thin film
perovskite
depositing
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Japanese (ja)
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Aln Inam
イナム、アルン
Ramamoojii Ramesh
ラメシュ、ラマモージー
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Telcordia Technologies Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for forming a ferroelectric film having excellent electrical characteristics and aging characteristics. SOLUTION: The objective process for forming a ferroelectric thin film comprises the following steps. A ferroelectric layer deposition step to deposit a ferroelectric layer composed of a ferroelectric material on a single crystal at an evaporation temperature to stabilize the ferroelectric material in cubic crystal form and a step to cool the deposited layer beyond a transition temperature of the ferroelectric material lower than the evaporation temperature and induce the transition of the ferroelectric material from cubic crystal form to non-cubic crystal form by cooling at a cooling rate of 10-40 deg.C/min.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する分野】本発明は、一般的に強誘電性薄
膜、ペロブスカイト薄膜、およびこれらの製造方法に関
する。さらに詳しくは、本発明はこのような強誘電性薄
膜を利用した不揮発性メモリ、および不揮発性メモリで
利用可能な配向されたペロブスカイト薄膜の成長方法に
関する。
The present invention relates generally to ferroelectric thin films, perovskite thin films, and methods for their manufacture. More specifically, the present invention relates to a nonvolatile memory using such a ferroelectric thin film and a method for growing an oriented perovskite thin film usable in the nonvolatile memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電性メモリは、高密度のランダムに
アドレス可能な不揮発性メモリとして多くの注目を浴び
てきた。強誘電性メモリ素子は、本質的には2つの電
極、およびこの電極間の間隙を埋める強誘電性素材から
なるコンデンサである。少なくともこの強誘電性素材は
非常に高い誘電率を有しているため、向上したダイナミ
ックRAM (DRAM) コンデンサを提供することができる。
さらにこの電極は、印加された電圧の極性に応じ、強誘
電体において2つの安定した極性状態を誘導することが
でき、電極から電圧が取り除かれた後でも、強誘電体は
選択された状態を維持する。従って、強誘電性メモリを
不揮発性にすることができる。
2. Description of the Related Art Ferroelectric memories have received much attention as high-density, randomly addressable, non-volatile memories. A ferroelectric memory element is essentially a capacitor consisting of two electrodes and a ferroelectric material that fills the gap between the electrodes. At least this ferroelectric material has a very high dielectric constant, which can provide an improved dynamic RAM (DRAM) capacitor.
In addition, this electrode can induce two stable polar states in the ferroelectric depending on the polarity of the applied voltage, and the ferroelectric remains in the selected state even after the voltage is removed from the electrode. maintain. Therefore, the ferroelectric memory can be made nonvolatile.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】最初の頃の強誘電性メ
モリは、蒸着などで電極が形成される位置の反対側にあ
る比較的厚い強誘電体に依存していた。このような構造
は大規模集積とは互換性がなく、半導体集積回路に使用
されるものより相当高い動作電圧が必要だった。後の強
誘電性メモリでは、強誘電性薄膜が金属底面の電極上に
蒸着され、この強誘電性薄膜上に上部の電極が蒸着され
た。半導体に似たこの構造および製造工程は多くの利点
があるが、金属基板から生じる強誘電性膜の多結晶構造
には色々な問題があった。
Early ferroelectric memories relied on a relatively thick ferroelectric material opposite the location where the electrodes were formed, such as by evaporation. Such structures were not compatible with large scale integration and required significantly higher operating voltages than those used in semiconductor integrated circuits. In later ferroelectric memories, a ferroelectric thin film was deposited on an electrode on the bottom of the metal, and an upper electrode was deposited on this ferroelectric thin film. Although this semiconductor-like structure and manufacturing process have many advantages, the polycrystalline structure of the ferroelectric film resulting from the metal substrate has various problems.

【0004】最近になって、1990年11月10日登録の米国
特許出願番号07/616,166、「エピタキシャル・クプレー
ト超伝導体/強誘電性ヘテロ構造」(Epitaxial Cuprate
Superconductor/Ferroelectric Heterostructures)、S
cience、第252巻、1991年5月17日、pp. 944-946、およ
び「エピタキシャルY-Ba-Cu-O上の強誘電性PbZr0.2T
i .8O 薄膜」(Ferroelectric PbZr0.2Ti0.8
O thin films on epitaxial Y-Ba-Cu-O)、Applied Ph
ysics Letters、第59巻、1991年12月30日、pp. 3542-35
44 において、Rameshらは単結晶エピタキシャル成長強
誘電性メモリについて開示した。参考のため、この特許
出願を本書に記載した。これらのメモリの底面の電極
は、高温ペロブスカイト超伝導体の単結晶薄膜、例えば
YBaCuO7−x(以下YBCO)などである。次に強誘電
性薄膜はYBCO膜上にエピタキシャル的に蒸着され、そし
てこれは立方体あるいはほぼ立方体であるとは言え、そ
の結晶配向は、下部のペロブスカイト結晶配向にエピタ
キシャル的に従っている。
[0004] More recently, US patent application Ser. No. 07 / 616,166, filed Nov. 10, 1990, entitled "Epitaxial Cuprate Superconductor / Ferroelectric Heterostructure".
Superconductor / Ferroelectric Heterostructures), S
cience, Volume 252, May 17, 1991, pp. 944-946, and "Ferroelectric PbZr 0.2 T on epitaxial Y-Ba-Cu-O"
i 0 . 8 O 3 thin film ”(Ferroelectric PbZr 0.2 Ti 0.8
O 3 thin films on epitaxial Y-Ba-Cu-O), Applied Ph
ysics Letters, Vol. 59, December 30, 1991, pp. 3542-35
In 44, Ramesh et al. Disclosed a single crystal epitaxially grown ferroelectric memory. This patent application is described herein for reference. The electrode on the bottom of these memories is a single crystal thin film of high-temperature perovskite superconductor, for example,
YBa 2 Cu 3 O 7-x (hereinafter referred to as YBCO). The ferroelectric thin film is then epitaxially deposited on the YBCO film, and although it is cubic or nearly cubic, its crystal orientation follows epitaxially the underlying perovskite crystal orientation.

【0005】YBCOは92°K以下の温度では超伝導体で
あるが、上述した強誘電性メモリは、ほとんどの超伝導
でないペロブスカイトに見られるような半導的または誘
電的な動作ではなく、高いが正常な伝導性をYBCOが示す
室温で動作することが意図されている。
[0005] Although YBCO is a superconductor at temperatures below 92 ° K, the ferroelectric memory described above has high semiconducting or dielectric behavior, as found in most non-superconducting perovskites. Is intended to operate at room temperature, where YBCO exhibits normal conductivity.

【0006】Rameshらの強誘電性メモリは素晴らしい点
もあったとは言え、多くの問題点を持っていた。ヒステ
リシス曲線は充分に方形ではなく、保磁界も低かった。
このようなメモリ素子では、書込みや読取りにかなり複
雑なトランジスタ化されたゲートが必要になる。さら
に、これらの単結晶強誘電性メモリセルは、シミュレー
ションではかなり早くエージングや疲れを起こした。揮
発性半導体メモリに要求される典型的な条件は、10
12から1015の読取り書込みサイクルに耐えられる
かという点である。このような高い数字は、不揮発性強
誘電性メモリにはおそらく不要だと思われるが、システ
ム性能を確かなものにするには最低10サイクルの寿
命が望ましい。
[0006] Although the ferroelectric memory of Ramesh et al. Had some wonderful points, it had many problems. The hysteresis curve was not sufficiently square and the coercive field was low.
Such a memory element requires a fairly complex transistorized gate for writing and reading. In addition, these single crystal ferroelectric memory cells aged and fatigued fairly quickly in simulations. Typical conditions required for volatile semiconductor memory are 10
12 is that either withstand 10 15 read-write cycles. Such high numbers, but seems likely unnecessary for nonvolatile ferroelectric memories, desirably at least 10 8 cycles of life to the system performance to ensure its.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め本発明に係る方法は次のような手段を採用する。
In order to solve the above problems, the method according to the present invention employs the following means.

【0008】即ち、請求項1では、強誘電性薄膜を形成
する方法で、下記のステップからなるものであって:単
結晶体上に、強誘電性素材からなる強誘電性層を、該強
誘電性素材が立方晶相で安定する蒸着温度で蒸着する強
誘電性層蒸着ステップ;および該蒸着した層を、該蒸着
温度より低い該誘電性素材の遷移温度を越えて冷却し、
該強誘電性素材を該立方晶相から非立方晶相に変更する
遷移を起こすステップで、該冷却が10℃から40℃/
分の範囲内の冷却速度で実施されるステップを有するこ
とを特徴とする。
That is, a first aspect of the present invention provides a method of forming a ferroelectric thin film, comprising the steps of: forming a ferroelectric layer made of a ferroelectric material on a single crystal; Depositing a ferroelectric layer at a deposition temperature at which the dielectric material is stable in the cubic phase; and cooling the deposited layer over a transition temperature of the dielectric material below the deposition temperature;
Causing a transition that changes the ferroelectric material from the cubic phase to a non-cubic phase, wherein the cooling is from 10 ° C to 40 ° C /
Having a step performed at a cooling rate in the range of minutes.

【0009】請求項2では、請求項1記載の方法であっ
て、該冷却速度が15℃から30℃/分の範囲内にある
ものを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the method according to the first aspect, wherein the cooling rate is in a range of 15 ° C. to 30 ° C./min.

【0010】請求項3では、請求項1記載の方法で、該
単結晶体は、銅酸化物および酸化ビスマスを含むグルー
プから選ばれた酸化金属からなり、ペロブスカイト結晶
構造を有し、伝導性がある薄膜を具備し、しかも、該方
法は、該薄膜を単結晶基板上に蒸着するステップをさら
に有するものを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the method according to the first aspect, the single crystal body is made of a metal oxide selected from a group including copper oxide and bismuth oxide, has a perovskite crystal structure, and has conductivity. Comprising a thin film, wherein the method further comprises the step of depositing the thin film on a single crystal substrate.

【0011】請求項4では、請求項3記載の方法で、該
酸化金属がYBaCuOからなるものを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method according to the third aspect, the metal oxide is made of YBaCuO.

【0012】請求項5では、請求項4記載の方法で、該
強誘電性層がPbZrTiOからなるものを特徴とす
る。
A fifth aspect of the present invention is the method according to the fourth aspect, wherein the ferroelectric layer is made of PbZrTiO.

【0013】請求項6では、請求項5記載の方法で、該
遷移温度が約470℃であるものを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of the fifth aspect, the transition temperature is about 470 ° C.

【0014】請求項7では、請求項1記載の方法で、該
冷却ステップが該強誘電性素材の該層の少なくとも80
%をc軸配向にするものを特徴とする。
According to claim 7, in the method of claim 1, the cooling step comprises at least 80% of the layer of the ferroelectric material.
% Is c-axis oriented.

【0015】請求項8では、請求項1記載の方法であっ
て:該単結晶体が第1ペロブスカイト層を具備し;該強
誘電性層蒸着ステップが、他の単結晶体上に該第1ペロ
ブスカイト層をa、b軸配向膜として蒸着するステップ
を含み;さらに、第2ペロブスカイト層をa、b軸配向
膜として該強誘電性層に蒸着する第2ペロブスカイト層
蒸着ステップをさらに含むものを特徴とする。
According to claim 8, the method according to claim 1, wherein the single crystal comprises a first perovskite layer; and the step of depositing the ferroelectric layer comprises: Depositing a perovskite layer as an a- and b-axis oriented film; and further comprising depositing a second perovskite layer as an a- and b-axis oriented film on the ferroelectric layer. And

【0016】請求項9では、請求項8記載の方法で、該
第2ペロブスカイト層蒸着ステップは、蒸着温度がa、
b軸配向成長を助長する第1温度からc軸配向成長を助
長する第2温度へ徐々に上昇する間に該第2ペロブスカ
イト層を蒸着し、該第2蒸着ステップを続ける間に該蒸
着温度を該第2温度で維持することを含むものを特徴と
する。
According to a ninth aspect, in the method according to the eighth aspect, the step of depositing the second perovskite layer comprises the steps of:
depositing the second perovskite layer during a gradual rise from a first temperature that promotes b-axis oriented growth to a second temperature that promotes c-axis oriented growth, and increasing the deposition temperature while continuing the second deposition step. Maintaining at the second temperature is characterized.

【0017】請求項10では、強誘電性メモリの書込み
および若返りの方法で、強誘電性メモリにデータを書込
むための単結晶強誘電性素材および2つの電極からなる
該メモリに第1振幅および第1持続時間で電圧パルスを
印可する第1ステップ;および該第1ステップのために
該メモリを若返らせるよう該強誘電性メモリに該第1振
幅と同等の振幅および該第1持続時間より長い第2持続
時間で電圧パルスを印可する第2ステップを有すること
を特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in a method of writing and rejuvenating a ferroelectric memory, a single crystal ferroelectric material for writing data to the ferroelectric memory and the first amplitude and the second amplitude are applied to the memory. A first step of applying a voltage pulse for a first duration; and an amplitude equal to the first amplitude and longer than the first duration in the ferroelectric memory to rejuvenate the memory for the first step. A second step of applying a voltage pulse for a second duration is provided.

【0018】請求項11では、請求項10記載の方法
で、各電極が同様に配向された同素材からなるペロブス
カイト薄膜からなるものを特徴とする。
According to an eleventh aspect, in the method according to the tenth aspect, each electrode is formed of a perovskite thin film made of the same material and oriented in the same manner.

【0019】請求項12では配向されたペロブスカイト
薄膜を成長させる方法で、結晶基板上にペロブスカイト
薄膜を蒸着するステップ;該蒸着中に、蒸着環境をa、
b軸配向膜の形成を助長する第1成長環境からc軸配向
膜の形成を助長する第2成長環境に徐々に変更しなが
ら、該薄膜の第1部分を形成するステップ;上記第2成
長環境に移行した後、中断なく、該第2成長環境で該蒸
着を続け、該薄膜の第2部分を形成し、該第2部分を
a、b軸配向薄膜として形成するステップを有すること
を特徴とする。
In a twelfth aspect of the present invention, a method of growing an oriented perovskite thin film includes the step of depositing a perovskite thin film on a crystal substrate;
forming a first portion of the thin film while gradually changing from a first growth environment promoting the formation of the b-axis alignment film to a second growth environment promoting the formation of the c-axis alignment film; the second growth environment The step of continuing the deposition in the second growth environment without interruption, forming a second portion of the thin film, and forming the second portion as an a, b-axis oriented thin film. I do.

【0020】請求項13では、請求項12記載の方法
で、該薄膜の該第1部分および第2部分が通常の超伝導
素材からなるものを特徴とする。
According to a thirteenth aspect, in the method according to the twelfth aspect, the first portion and the second portion of the thin film are made of a normal superconducting material.

【0021】請求項14では、請求項12記載の方法
で、該第2成長環境が該第1成長環境での蒸着温度より
高い蒸着温度を含むものを特徴とする。
According to a fourteenth aspect, in the method according to the twelfth aspect, the second growth environment includes a deposition temperature higher than a deposition temperature in the first growth environment.

【0022】請求項15では、請求項14記載の方法
で、該変更ステップ、該蒸着ステップが該薄膜の複数の
単位格子を蒸着する間に、該蒸着温度を変更するものを
特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method according to the fourteenth aspect, the changing step comprises changing the deposition temperature while depositing a plurality of unit cells of the thin film.

【0023】請求項16では、請求項12記載の方法
で、該蒸着ステップは該薄膜を強誘電性層上に蒸着し、
その強誘電性層は少なくとも80%がc軸配向を有する
ものを特徴とする。
According to claim 16, in the method of claim 12, the depositing step deposits the thin film on a ferroelectric layer,
The ferroelectric layer is characterized in that at least 80% has a c-axis orientation.

【0024】[0024]

【発明のまとめ】本発明の一部は、不揮発性メモリ素子
として利用可能な強誘電性薄膜、およびその製造方法と
要約することができる。強誘電性薄膜は、a軸配向ある
いはc軸配向のいずれかを有する伝導性ペロブスカイト
素材の単結晶基板(または薄膜)上にエピタキシャル的
に成長する。強誘電性薄膜は、その80%、望ましくは
90%が電極表面に対してc軸が垂直方向に配向するよ
うに成長する。この高度な配向を達成するには、強誘電
性薄膜が立方晶系の相になっている温度で蒸着し、遷移
温度を通して制御しながら冷却するが、この遷移温度は
それ以下では薄膜が正方または斜方晶系の相になるもの
である。冷却速度は10℃/分と40℃/分の範囲だ
が、できれば約20℃/分くらいが望ましい。メモリ素
子は上部の電極を強誘電体に蒸着し、伝導性ペロブスカ
イトを底面の電極として使用することによってできあが
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A part of the present invention can be summarized as a ferroelectric thin film usable as a nonvolatile memory element and a method for manufacturing the same. The ferroelectric thin film is epitaxially grown on a single crystal substrate (or thin film) of a conductive perovskite material having either a-axis or c-axis orientation. The ferroelectric thin film is grown so that 80%, preferably 90%, of the ferroelectric thin film is oriented so that the c-axis is perpendicular to the electrode surface. To achieve this high degree of orientation, the ferroelectric thin film is deposited at a temperature at which it is in the cubic phase, and is cooled while being controlled through the transition temperature, below which the film is square or It becomes an orthorhombic phase. The cooling rate is in the range of 10 ° C./min and 40 ° C./min, but preferably about 20 ° C./min. The memory element is completed by depositing a top electrode on a ferroelectric and using a conductive perovskite as the bottom electrode.

【0025】強誘電性メモリは、両方の電極が同一の素
材および配向(例えばa軸配向のYBaCuO)からなるペロ
ブスカイト薄膜の場合、さらに向上することができる。
The ferroelectric memory can be further improved when both electrodes are perovskite thin films made of the same material and orientation (for example, a-axis oriented YBaCuO).

【0026】本発明のもう一つの部分は、メモリの読取
り書込みに使用されるパルスと同じ振幅の比較的長いパ
ルスを印加することによって、強誘電性メモリセルを疲
れ状態から若返らせる方法であると要約することができ
る。若返りは、本発明の単結晶強誘電性メモリセルで効
果的に実施することができる。
Another part of the invention is a method of rejuvenating a ferroelectric memory cell from fatigue by applying a relatively long pulse of the same amplitude as the pulse used to read and write the memory. Can be summarized. Rejuvenation can be effectively implemented with the single crystal ferroelectric memory cell of the present invention.

【0027】さらに本発明のもう一つの部分は、a,b
軸配向のペロブスカイト薄膜を蒸着する方法であると要
約することができる。ペロブスカイト薄膜は、a軸成長
を助長する温度や他の成長パラメータで基板上にテンプ
レート層として蒸着される。成長を中断することなく、
温度や成長環境は、c軸成長を助長するものへと徐々に
変化していく。最終的なペロブスカイト薄膜の成長は、
この温度や成長環境で継続される。それにも拘わらず、
最終的な薄膜は、a,b軸配向膜として形成される。
Further, another part of the present invention comprises a, b
It can be summarized as a method of depositing an axially-oriented perovskite thin film. The perovskite thin film is deposited as a template layer on the substrate at a temperature that promotes a-axis growth and other growth parameters. Without interrupting growth
The temperature and growth environment gradually change to those that promote c-axis growth. The growth of the final perovskite thin film is
Continued at this temperature and growth environment. Nevertheless,
The final thin film is formed as an a-b-axis alignment film.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明における強誘電性メモリ素
子の最初の実施例の一般的構造は、図1に断面図として
示したが、これはRameshらの発明に従ったものである。
伝導性ペロブスカイト薄膜10は、単結晶基板12上にエピ
タキシャル的に蒸着され、c軸配向である(または、後
に説明するが、a軸配向であることが望ましい)。強誘
電性薄膜14は、伝導性薄膜10上にエピタキシャル的に蒸
着される。上部の電極16は、強誘電性薄膜14上にパター
ン付けされる。伝導性薄膜10は、底面の電極の役割を果
たす。強誘電性膜14をはさむ2つの電極10および16は、
コンデンサを構成する。強誘電性層14は、底面接触子18
装着のために、伝導性膜10を露出するようパターン付け
されている。本発明によれば、強誘電性膜10はc方向に
高度に配向されていなければならず、強誘電性素材の少
なくとも80%、できれば90%がc軸配向になること
が望ましい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The general structure of a first embodiment of a ferroelectric memory device according to the present invention is shown in cross-section in FIG. 1, which is in accordance with the invention of Ramesh et al.
The conductive perovskite thin film 10 is epitaxially deposited on the single crystal substrate 12 and has a c-axis orientation (or an a-axis orientation as will be described later). The ferroelectric thin film 14 is epitaxially deposited on the conductive thin film 10. The upper electrode 16 is patterned on the ferroelectric thin film 14. The conductive thin film 10 serves as an electrode on the bottom surface. The two electrodes 10 and 16 sandwiching the ferroelectric film 14 are
Construct a capacitor. The ferroelectric layer 14 has a bottom contact 18
It is patterned to expose conductive film 10 for mounting. According to the present invention, the ferroelectric film 10 must be highly oriented in the c-direction, and preferably at least 80%, and preferably 90%, of the ferroelectric material is c-axis oriented.

【0029】下記の考察では、強誘電性素材がチタン酸
ジルコン酸鉛またはPbZrTi1−xOの化学式(式
中、0<x<1)を有するPZTであると仮定している。x=
0.2、470℃以上のPZTは、図2の透視図に示した立方
結晶構造を有し、表に記載した同等の格子パラメータを
持っている。一方、構造位相遷移の470℃以下の温度で
は、PZTは表に記載した格子パラメータの正方結晶構造
を有し、c軸に沿った格子のスペーシングはa軸やb軸
に沿うものよりも少し長くなる。
[0029] In the discussion below, a ferroelectric material of lead zirconate titanate or PbZr x Ti 1-x O 3 of formula (wherein, 0 <x <1) is assumed to be PZT having. x =
0.2, 470 ° C. or higher PZT has the cubic crystal structure shown in the perspective view of FIG. 2 and the equivalent lattice parameters listed in the table. On the other hand, at temperatures below 470 ° C. of the structural phase transition, PZT has a tetragonal crystal structure with the lattice parameters listed in the table, and the spacing of the lattice along the c-axis is slightly less than that along the a-axis or b-axis. become longer.

【0030】 [0030]

【0031】強誘電性膜は、その遷移温度以上で成長す
る。冷却時の構造的遷移では、立方構造の中央からc軸
に沿って上方または下方に向かってZrまたはTiイオンが
動く。2方向の選択は、強誘電性素材の2つの安定した
極性を提供し、この強誘電性素材の中ではc軸が強誘電
性極性の望ましい方向である。
A ferroelectric film grows above its transition temperature. In the structural transition during cooling, Zr or Ti ions move upward or downward along the c-axis from the center of the cubic structure. The bidirectional selection provides two stable polarities of the ferroelectric material, in which the c-axis is the preferred direction of the ferroelectric polarity.

【0032】強誘電性膜14は、伝導性ペロブスカイト膜
10上に成長し、この膜は銅酸化物(以下、酸化クプレー
トと呼ぶ)または酸化ビスマスのいずれかの酸化金属か
らなる。これらは両方とも低温で超伝導性を示し、室温
でもかなりの伝導性を示す素材である。酸化クプレート
の最も開発の進んだ例として、超伝導体YBaCuO
7−x(YBCO) があるが、これは図3に示した斜方結晶構
造と表に記載した格子パラメータを持つものである。こ
の素材には、蒸着およびアニーリングの状態によって決
定される純粋に化学量的なYBaCuOからの酸素欠乏
がわずかにある。酸化ビスマスは、YBCOの結晶構造と似
ているが、より複雑で、高T超伝導でよく研究されて
いる。
The ferroelectric film 14 is a conductive perovskite film
This film grows on 10 and is made of a metal oxide, either copper oxide (hereinafter referred to as cuprate oxide) or bismuth oxide. Both of these materials are superconducting at low temperatures and have significant conductivity at room temperature. One of the most developed examples of oxide plates is the superconductor YBa 2 Cu 3 O
7-x (YBCO), which has the orthorhombic crystal structure shown in FIG. 3 and the lattice parameters shown in the table. This material has a slight oxygen deficiency from purely stoichiometric YBa 2 Cu 3 O 7, which is determined by the state of deposition and annealing. Bismuth oxide resembles the crystal structure of YBCO, but is more complex and is well studied with high Tc superconductivity.

【0033】PZTがc軸配向のYBCO上に高温で蒸着し、
位相遷移を通して冷却される場合、PZTのc軸がYBCOの
c軸と平行のとき格子の整合が最適となり、よってPZT
の配向が主にc軸配向になる。しかしながら、位相遷移
は強誘電性薄膜にかなりの歪みを起こし、強誘電体は強
い限極フィールドを起こす。これらは両方とも強誘電体
が複数ドメイン構造として形成されるよう誘発し、この
構造では正方PZTのドメインの多くはc軸が膜の平面に
横たわるよう形成される。つまり、強誘電性膜の多くの
部分は、a軸配向の素材を含んでいることになる。a軸
または同等のb軸は、膜に対して垂直のようである。優
れた強誘電性メモリは、c軸配向が80%以上であるべ
きで、できれば90%以上が望ましい。
PZT is deposited at a high temperature on c-axis oriented YBCO,
When cooled through the phase transition, the lattice matching is optimal when the PZT c-axis is parallel to the YBCO c-axis, and thus the PZT
Is mainly c-axis orientation. However, phase transitions cause considerable distortion in the ferroelectric thin film, and ferroelectrics cause a strong limiting field. Both of these induce the ferroelectric to form as a multi-domain structure in which many of the domains of the square PZT are formed with the c-axis lying in the plane of the film. In other words, a large part of the ferroelectric film contains the material having the a-axis orientation. The a-axis or equivalent b-axis appears to be perpendicular to the membrane. An excellent ferroelectric memory should have a c-axis orientation of at least 80%, preferably at least 90%.

【0034】本発明の一部には、位相遷移を通じて、冷
却速度をRameshらによる特許出願で開示されたものより
かなり高い速度へ増加することによって、事実上a軸配
向を除去できることの発見を含んでいる。実質上すべて
c軸配向の正方PZTを得るためには、冷却速度は少なく
とも10℃/分である必要があり、できれば20℃/分
が望ましい。他の考慮により、最大冷却速度は40℃/
分までに限定される。
Part of the present invention involves the discovery that, through phase transition, increasing the cooling rate to a significantly higher rate than that disclosed in the patent application by Ramesh et al. Can effectively eliminate the a-axis orientation. In. In order to obtain substantially all c-axis oriented square PZT, the cooling rate needs to be at least 10 ° C./min, preferably 20 ° C./min. Due to other considerations, the maximum cooling rate is 40 ° C /
Limited to minutes.

【0035】[0035]

【実施例1】ヘテロ構造は、[001]配向のLaAlOの基板
12を有するように成長させた。YBCO層10は、基板加熱機
の温度810℃で、248nm光の60nsパルスで使用したパルス
レーザ研磨によって100nmの厚さに蒸着した。強誘電性P
ZT層14はPbZr0.2Ti0.8Oの組成を有し、基板加
熱機の温度700℃〜715℃で、パルスレーザ研磨によって
250〜270nmの厚さに蒸着された。蒸着の詳細は、Ramesh
らによる特許およびApplied Physics Lettersの記事に
記載されている。PZT蒸着の後、チャンバは600トルの圧
力まで酸素を注入し、同構造物をさまざまな制御された
冷却速度で700℃から室温までに冷却した。
Embodiment 1 The heterostructure is a substrate of [001] -oriented LaAlO 3 .
Growed to have 12. The YBCO layer 10 was deposited to a thickness of 100 nm by pulse laser polishing using a 60 ns pulse of 248 nm light at a substrate heater temperature of 810 ° C. Ferroelectric P
The ZT layer 14 has a composition of PbZr 0.2 Ti 0.8 O 3 , and is heated at a substrate heater temperature of 700 ° C. to 715 ° C. by pulse laser polishing.
Deposited to a thickness of 250-270 nm. For more information on evaporation, see Ramesh
And in articles in Applied Physics Letters. After PZT deposition, the chamber was pumped with oxygen to a pressure of 600 Torr and the structure was cooled from 700 ° C. to room temperature at various controlled cooling rates.

【0036】次に、このヘテロ構造の結晶構造をX線回
折でテストした。図4はヘテロ構造が5、20、100℃/分
で冷却された回折パターンを示したものである。また図
はPZTの(002)および(200)ピークの予想位置を示してお
り、これらはそれぞれc軸およびa軸配向の正方PZTを示
し、YBCOの(006)ピークの予想位置は、c軸配向の斜方Y
BCOを示すものである。5℃/分の冷却速度で、a軸配
向およびc軸配向PZTの両方のかなりの量が認められた
が、ピークは比較的幅が広かった。(006)YBCOピークは
強いが幅が広かった。冷却速度20℃/分では、a軸配
向PZTは実質上消滅した。(006)YBCOピークは強いまま
で、さらに幅が狭くなった。冷却速度100℃/分で
は、a軸配向はさらに抑さえられた。しかしながら、(0
06)YBCOでは、ずれと減少の両方が起こった。比較的速
い冷却速度は、超伝導YBCOに必要な低温度斜方位相にな
るようYBCOが充分な酸素を吸収することを妨げると考え
られた。
Next, the crystal structure of this heterostructure was tested by X-ray diffraction. FIG. 4 shows the diffraction pattern of the heterostructure cooled at 5, 20, and 100 ° C./min. The figure also shows the expected positions of the (002) and (200) peaks of PZT, which show the square PZT of c-axis and a-axis orientation, respectively, and the expected position of the (006) peak of YBCO is c-axis orientation. Oblique Y
Indicates BCO. At a cooling rate of 5 ° C./min, significant amounts of both a-axis and c-axis oriented PZT were observed, but the peaks were relatively broad. (006) The YBCO peak was strong but broad. At a cooling rate of 20 ° C./min, the a-axis oriented PZT substantially disappeared. (006) The YBCO peak remained strong and narrowed further. At a cooling rate of 100 ° C./min, the a-axis orientation was further suppressed. However, (0
06) In YBCO, both slippage and reduction occurred. The relatively fast cooling rate was thought to prevent YBCO from absorbing enough oxygen to achieve the low temperature oblique phase required for superconducting YBCO.

【0037】数点の単結晶強誘電性装置を、5、10、2
0、30、40、60、100℃/分の異なる冷却速度で製造し
た。図5のように、メモリコンデンサは、2つのプラチナ
/金の電極20が20μm離れるようにPZT層14の上面に
蒸着し、形成された。YBCO層10は実質的に接地面として
機能した。製造後、この装置において残留極性、疲れ、
エージングなどのパラメータをテストした。同装置に
は、電極20の間に40 kHzの繰り返し速さで、8.6μsの
交流二極5Vパルス信号を一定の周期数で印加すること
によって疲れを起こした。極性特性は5V、2msの二極
パルスを印加し、また極性に直接関係する統合電流をモ
ニターすることによって断続的に測定した。
Several single crystal ferroelectric devices were used for 5, 10, 2
Produced at different cooling rates of 0, 30, 40, 60, 100 ° C / min. As shown in FIG. 5, the memory capacitor was formed by vapor deposition on the upper surface of the PZT layer 14 such that two platinum / gold electrodes 20 were separated by 20 μm. The YBCO layer 10 substantially functioned as a ground plane. After production, this device has residual polarity, fatigue,
Aging and other parameters were tested. The apparatus was fatigued by applying an AC bipolar 5V pulse signal of 8.6 μs at a constant frequency between the electrodes 20 at a repetition rate of 40 kHz. Polarity characteristics were measured intermittently by applying a 5 V, 2 ms bipolar pulse and monitoring the integrated current directly related to polarity.

【0038】パルス信号がゼロに戻った後に残る極性で
ある残留極性Pは、大きなエージングや疲れの前に測
定され、その結果は正方形をつなぐ線24および左側の縦
座標の目盛りで示されている。その後、装置の疲れ状態
が測定された。円をつなぐ線26は疲れの周期を示し、右
側の目盛りで表されているが、その後、示差残留極性δ
Pはもとの値の半分に減少した。示差残留極性は、スイ
ッチングパルスと非スイッチングパルス間の極性の差で
ある。これらのデータは、テストした中で20℃の冷却速
度が最適であることを示している。10℃から40℃の範囲
で満足の行く結果が得られるが、できれば15℃から30℃
の範囲が望ましい。三角形をつなぐ線28は、c軸配向を
持つPZTの量の分数c/(c+a)を示し、左側の縦座標
に百分率で表されている。この分数は、cとaの値を決
定するために、図4に示したものと同様のPZTの(002)お
よび(200)X線回折ピークの強さを合わせることによっ
て得た。配向データは、15℃/分で80%以上、20
℃/分で90%以上のa軸配向を示している。
The residual polarity pulse signal is a polar remaining after returning to zero P R is measured before the large aging and fatigue, the results are shown in the scale of the line 24 and the left ordinate connecting square I have. Thereafter, the fatigue state of the device was measured. The line 26 connecting the circles indicates the period of fatigue, which is indicated by the scale on the right, after which the differential residual polarity δ
P decreased to half of the original value. Differential residual polarity is the difference in polarity between a switching pulse and a non-switching pulse. These data indicate that a cooling rate of 20 ° C. is optimal during testing. Satisfactory results are obtained in the range 10 ° C to 40 ° C, but preferably 15 ° C to 30 ° C
Is desirable. The line 28 connecting the triangles represents the fraction c / (c + a) of the amount of PZT with c-axis orientation, expressed as a percentage on the left ordinate. This fraction was obtained by combining the intensities of the (002) and (200) X-ray diffraction peaks of PZT similar to that shown in FIG. 4 to determine the values of c and a. Orientation data is 80% or more at 15 ° C./min, 20%
It shows an a-axis orientation of 90% or more at ° C./min.

【0039】非常に遅い冷却速度は複数のドメインを形
成させ、これによってa軸配向PZTの形成が可能となる
と考えられる。非常に速い冷却速度はc軸配向を促進す
るが、これは同時に界面欠陥へと導き、最終的にYBCOで
の劣化を起こしてしまう。
It is believed that a very slow cooling rate causes the formation of multiple domains, which allows the formation of a-axis oriented PZT. Very high cooling rates promote c-axis orientation, which also leads to interfacial defects, ultimately leading to degradation in YBCO.

【0040】疲れのデータは、最適の冷却状態で約10
周期の有効寿命を示すが、これは非常に優れており、お
そらく非揮発性メモリを使用する多くのアプリケーショ
ンで充分満足できるものだろう。しかしながら、揮発性
メモリ場合は1015周期の動作条件になっていることが
よくある。しかし、PZT/YBCOメモリの有効寿命は、疲れ
パルスと同じ振幅のもっと長いパルスで若返らせること
によって延長できることが発見された。図5のメモリ素
子が10の疲れ周期にされた後、2秒間、5Vの直流パ
ルスをメモリ素子に印加した。そこで、メモリ素子のヒ
ステリシス極性特性は、ほとんど初期の値に戻った。他
の装置でのより詳しいデータは、図7に示されている。
疲れの前に、この装置は初期状態30であり、これは27μ
C/cmの極性をスイッチできるものだった。5Vでの1.
7x10周期の後、この装置は疲れ状態32を示し、ここ
で示差残留極性δPは、4μC/cmまで減少した。その
後、回復線34で図示されたように、この装置は対数的に
ポーリング時間に応じて、つまり直流パルスの持続時間
に応じる程度まで、5V直流パルスによって若返らせる
ことができた。約1〜2秒で、この装置は完全に若返りが
完了した。この回復は初期の劣化より大きくなる可能性
がある。この作用は完全には理解されていないが、スイ
ッチした極性のすべての測定で長さ2msの二極性パルス
シーケンスを使用したため起こると考えられた。二極性
ポーリングは回復を増加し、電極の一つがクプレート以
外の多結晶性金属の場合、単極性ポーリングの極性が重
要である。対称的な電極、例えばYBCOが上部と低部にあ
るものなどでは、回復も対称的になる。
The fatigue data shows that the optimum cooling condition is about 10 8
It shows the useful life of the cycle, which is very good and probably satisfactory for many applications using non-volatile memory. However, in the case of a volatile memory, the operation condition is often 10 15 cycles. However, it has been discovered that the useful life of a PZT / YBCO memory can be extended by rejuvenating it with longer pulses of the same amplitude as the fatigue pulse. After the memory device of FIG. 5 is a tired period of 10 9, 2 seconds, and applying a DC pulse of 5V to the memory device. Thus, the hysteresis polarity characteristics of the memory element returned to almost the initial values. More detailed data on other devices is shown in FIG.
Before fatigue, the device is in the initial state 30, which is 27μ
It could switch the polarity of C / cm 2 . 1. At 5V
After 7 × 10 9 cycles, the device exhibited a fatigue state of 32, where the differential residual polarity δP was reduced to 4 μC / cm 2 . Thereafter, as illustrated by the recovery line 34, the device could be rejuvenated logarithmically by the 5V DC pulse to a degree dependent on the polling time, ie the duration of the DC pulse. In about 1-2 seconds, the device was completely rejuvenated. This recovery can be greater than the initial degradation. This effect is not fully understood, but was thought to occur because all measurements of switched polarity used a bipolar pulse sequence of 2 ms in length. Bipolar poling increases recovery, and if one of the electrodes is a polycrystalline metal other than cuprate, the polarity of unipolar poling is important. For symmetrical electrodes, such as those with YBCO at the top and bottom, the recovery is also symmetrical.

【0041】この作用はScottらによる「サブミクロンK
NO膜のラマン分光学 II。疲れと空間放電作用」(Rama
n spectroscopy of submicron NKO3 film. II. Fatigue
andspace-charge effects) Journal of Applied Physi
cs、第64巻、1988年、pp. 1547-1551 に報告されたパル
スポーリングと似ているが、同研究者らは疲れパルスよ
りもかなり大きい振幅、一般的に疲れ電圧の3倍程度の
ポーリングパルスを使用しており、これは典型的な3〜
5Vの半導体電源とでは互換性がない。同レベルの装置
は、従来のゾル・ゲル処理によって、強誘電体が多結晶
性になるようプラチナ電極の上に作られた。その装置
は、5V、2秒のポーリングパルスを用いて、一部分を
回復したのみだった。
This effect is described by Scott et al.
Raman spectroscopy II of NO 3 film. Fatigue and space discharge effects '' (Rama
n spectroscopy of submicron NKO3 film. II.Fatigue
andspace-charge effects) Journal of Applied Physi
cs, Vol. 64, 1988, pp. 1547-1551, similar to the pulse polling, but the researchers found that the polling had a much larger amplitude than the fatigue pulse, typically about three times the fatigue voltage. Pulse, which is typically 3 to
There is no compatibility with a 5V semiconductor power supply. Comparable devices were fabricated on platinum electrodes by conventional sol-gel processing to make the ferroelectric polycrystalline. The device only partially recovered using a 5V, 2 second polling pulse.

【0042】また本発明の装置は、ポーリングパルスの
振幅が大きい場合、短いポーリングパルスでの回復を示
している。例えば、14.5Vのポーリングパルスは、
2msで完全な回復を行う。しかしながら、この実験は実
質上同じポーリングおよびデータ書込み/プローブ電圧
が使用でき、特殊電圧の印加ではなく印加電圧時間を長
くすることのみによってメモリ素子を定期的に若返らせ
ることを示した。
The apparatus of the present invention also shows recovery with a short polling pulse when the amplitude of the polling pulse is large. For example, a 14.5V polling pulse is
Complete recovery in 2ms. However, this experiment showed that substantially the same polling and data write / probe voltages could be used, and that the memory element was periodically rejuvenated by only increasing the applied voltage time rather than applying a special voltage.

【0043】図1の上部の金属電極の使用は、非対称的
な装置となってしまうため不利である。故に、図8のよ
うな対称的構造を有する強誘電性メモリ素子を製造する
ことが有利となる。さらに詳しくは、上部YBCO層40をPZ
T層14上にエピタキシャル的に形成し、金属接触子18お
よび16をYBCO層10および40上に形成する。この構造は、
Hegdeらによって開示された米国特許5,087,605のジョセ
フソン接合素子に近似している。しかしながら、この構
造はYBCO層10と40の両方がc軸配向を持つように製造さ
れると不利になる可能性がある。質の良いc軸配向YBCO
は、PZT層14の鉛が昇華する(または他の方法で鉛がこ
の合金から出る)上昇した温度でエピタキシャル的に形
成される。さらに、これらの上昇した温度は、シリコン
/強誘電性集積回路でのCMOS処理とは互換性がない可能
性がある。故に、上部YBCO層40がc軸配向を持つように
形成することが不利となる。しかしながら、Inamらによ
る米国特許(シリアル番号07/531,255、登録1990年5月3
1日、参考のため本書に記載)、および「a軸配向エピ
タキシャルYBaCuO7−x-PrBaCuO7−yヘテロ
構造」(a-axis oriented epitaxial YBaCuO7−x-
PrBaCuO7−y heterostructures) Applied Physic
s Letters、第57巻、1990年、pp. 2484-2486に開示され
たように、a軸配向YBCOはある程度低い温度で形成され
ることがよく知られている。
The use of the upper metal electrode of FIG. 1 is disadvantageous because it results in an asymmetric device. Therefore, it is advantageous to manufacture a ferroelectric memory element having a symmetric structure as shown in FIG. For more details, PZ the upper YBCO layer 40
Formed epitaxially on the T layer 14, metal contacts 18 and 16 are formed on the YBCO layers 10 and 40. This structure
It is similar to the Josephson junction device of US Pat. No. 5,087,605 disclosed by Hegde et al. However, this structure can be disadvantageous if both YBCO layers 10 and 40 are manufactured to have a c-axis orientation. High quality c-axis oriented YBCO
Is formed epitaxially at an elevated temperature at which the lead in the PZT layer 14 sublimes (or otherwise leaves the alloy). Moreover, these elevated temperatures may not be compatible with CMOS processing in silicon / ferroelectric integrated circuits. Therefore, it is disadvantageous to form the upper YBCO layer 40 to have the c-axis orientation. However, a US patent by Inam et al. (Serial number 07 / 531,255, registered May 3, 1990
1 day, this document described), and "a-axis oriented epitaxial YBa 2 Cu 3 O 7-x -PrBa 2 Cu 3 O 7-y heterostructures" for reference (a-axis oriented epitaxial YBa 2 Cu 3 O 7- x-
PrBa 2 Cu 3 O 7-y heterostructures) Applied Physic
It is well known that a-axis oriented YBCO is formed at somewhat lower temperatures, as disclosed in s Letters, Vol. 57, 1990, pp. 2484-2486.

【0044】[0044]

【実施例2】従って、基板加熱機温度を700℃に維持す
ることにより、a軸配向膜として下部のYBCO層10を蒸着
するため、またPZT層14を640℃でc軸配向膜として蒸着
するためにレーザ研磨が使用された。上部YBCO層40は、
この層40の厚さが増加するに従って、基板加熱機温度を
640℃から始め、700℃まで上げて蒸着した。低い温度部
分では鉛が昇華することを防いだが、より高い温度部分
では上質のa軸配向YBCOとなった。
Embodiment 2 Therefore, the lower YBCO layer 10 is deposited as an a-axis alignment film by maintaining the substrate heater temperature at 700 ° C., and the PZT layer 14 is deposited as a c-axis alignment film at 640 ° C. Laser polishing was used for this. The upper YBCO layer 40
As the thickness of this layer 40 increases, the substrate heater temperature
The deposition was started at 640 ° C. and increased to 700 ° C. Although the sublimation of lead was prevented at the lower temperature portion, the higher temperature portion resulted in high quality a-axis oriented YBCO.

【0045】これらの装置を図5に示したように接触子
を配置した後、電気的にテストした。5Vでの1012
二極周期の後、示差残留極性は15%減少した。この損
失は、パルスポーリングによって回復することができ
た。装置によっては、1012疲れ周期の直後にエージ
ングが行われた。これらは10年間当り2%の減衰という
優れたエージング特性を示した。
These devices were electrically tested after placing the contacts as shown in FIG. 10 12 at 5V
After the bipolar cycle, the differential residual polarity decreased by 15%. This loss could be recovered by pulse polling. Some devices, aging was carried out immediately after the 10 12 fatigue cycles. They exhibited excellent aging properties with 2% attenuation per 10 years.

【0046】上記の実施例では、c軸配向PZTは、a軸
配向YBCO上に成長した。図2と3の結晶構造の比較、お
よび表の格子パラメータは、このヘテロ構造が通常の意
味でのエピタキシャルではなく、YBCOの長い格子スペー
シングが、PZTの短い格子スペーシングの少なくとも2つ
の効果的なテンプレートになることを示している。YBCO
格子スペーシングの比較は、ペロブスカイトにおけるa
軸とb軸配向を区別することが非常に困難であることを
示しており、両方とも本書類のa軸配向の説明に記載さ
れているが、これは場合によってa,b軸配向という一
般名で呼ばれることがある。
In the above example, c-axis oriented PZT was grown on a-axis oriented YBCO. A comparison of the crystal structures of FIGS. 2 and 3 and the lattice parameters in the table show that this heterostructure is not epitaxial in the usual sense, and that the long lattice spacing of YBCO is at least two times more effective than the short lattice spacing of PZT. It shows that it will be a nice template. YBCO
Lattice spacing comparisons show that a perovskite
This indicates that it is very difficult to distinguish between the axis and the b-axis orientation, both of which are described in the description of the a-axis orientation in this document, but which may sometimes be referred to as the a-b-axis orientation. Sometimes called.

【0047】温度勾配を利用したa,b軸配向YBCOの成
長は、Inamらによる特許出願で開示された高Tc超電導体
の配向成長を向上・単純化するための方法に従った。同
研究者らはa軸配向成長を助長する低い温度で PrBaC
uO7−y(PrBCO)の層を蒸着し、c軸成長を助長する
温度になるまで成長を中断した後(通常15分間)、YBCO
の成長を再開した。高温にも拘わらず、PrBCOテンプレ
ート層は上に横たわるYBCOを強制的にa,b軸配向に成
長させ、低温で成長させたa,b軸配向膜よりも高い品
質となった。しかしながら、PrBaCuOの使用は、PrBCOが
半導性であるため電流がテンプレート層を通過する必要
がある場合には不利となる。
The growth of a- and b-axis-oriented YBCO using a temperature gradient followed a method for improving and simplifying the oriented growth of a high Tc superconductor disclosed in a patent application by Inam et al. The researchers found that PrBa 2 C at low temperatures promoted a-axis oriented growth.
depositing a layer of u 3 O 7-y (PrBCO ), after the growth was suspended until the temperature that promotes c-axis growth (15 minutes normally), YBCO
Resumed growth. Despite the high temperature, the PrBCO template layer forcibly grown the overlying YBCO in a- and b-axis orientation, and had higher quality than the a, b-axis oriented film grown at low temperature. However, the use of PrBaCuO is disadvantageous when the current needs to pass through the template layer because PrBCO is semiconducting.

【0048】本発明のこの部分に従うと、図9に示した
ように、a,b軸配向の成長を助長する温度または他の
成長環境で、結晶基板40上にエピタキシャル的に成長し
た下部のペロブスカイト層42がある。結晶基板40には、
SrTiOやLaAlOのような一般的なペロブスカイト薄膜
のバルク基板、c軸配向ペロブスカイト薄膜、正方強誘
電性層などさまざまなものを使用することができる。次
に、成長を大きく中断することなく、ペロブスカイト遷
移層44は、下部のペロブスカイト層42上にエピタキシャ
ル的に成長させる。遷移層44蒸着中の温度(あるいは他
の成長環境)は、a,b軸配向成長を助長する温度(成
長環境)からc軸配向成長を助長するものへと徐々に増
加していく。c軸成長温度に達すると、上部のペロブス
カイト層は、その温度で蒸着される。それにも拘わら
ず、これはa,b軸配向膜としてエピタキシャル的に形
成される。
In accordance with this portion of the present invention, as shown in FIG. 9, the lower perovskite epitaxially grown on crystal substrate 40 at a temperature or other growth environment that promotes the growth of the a, b axis orientation. There is a layer 42. The crystal substrate 40 includes
Various materials such as a bulk substrate of a general perovskite thin film such as SrTiO 3 and LaAlO 3 , a c-axis oriented perovskite thin film, and a square ferroelectric layer can be used. Next, the perovskite transition layer 44 is epitaxially grown on the lower perovskite layer 42 without greatly interrupting the growth. The temperature (or other growth environment) during the deposition of the transition layer 44 gradually increases from a temperature (growth environment) that promotes a- and b-axis oriented growth to a temperature that promotes c-axis oriented growth. When the c-axis growth temperature is reached, the upper perovskite layer is deposited at that temperature. Nevertheless, it is formed epitaxially as an a, b axis alignment film.

【0049】[0049]

【実施例3】このような一連のa,b軸配向ヘテロ構造
は、LaAlOの基板40上にパルスレーザ研磨によって成
長させた。すべての成長速度は約0.01nm/secだった。YB
COまたはPrBCOのいずれかである下部のペロブスカイト
層42は、基板加熱機温度約700℃で、30〜50nmの厚さに
蒸着した。この温度はa軸配向ペロブスカイト膜の成長
を助長するものである。次に、YBCOからなる遷移層42
は、基板温度が徐々にそして連続的に700℃から約800℃
まで6〜7゜/分の速度で上昇する間に蒸着した。高い
温度は、c軸配向ペロブスカイト膜の成長を助長する。
下部のペロブスカイト層42がYBCOの場合、蒸着は一様に
連続的となり、PrBCOの場合、蒸着はPrBCOからYBCOへ中
断なく変更される。0.01 nm/secの成長速度で、遷移層4
2は厚さ約10 nm、つまり複数の単位格子を有し、成長温
度勾配は約10℃/nmだった。YBCOの上部ペロブスカイ
ト層46の成長では、温度は800℃が維持された。
Example 3 A series of such a- and b-axis oriented heterostructures were grown on a LaAlO 3 substrate 40 by pulsed laser polishing. All growth rates were about 0.01 nm / sec. YB
The lower perovskite layer 42, either CO or PrBCO, was deposited at a substrate heater temperature of about 700 ° C. to a thickness of 30-50 nm. This temperature promotes the growth of the a-axis oriented perovskite film. Next, the transition layer 42 made of YBCO
The substrate temperature gradually and continuously from 700 ℃ to about 800 ℃
Deposition was performed while rising at a rate of 6-7 ° / min. High temperatures promote the growth of c-axis oriented perovskite films.
If the lower perovskite layer 42 is YBCO, the deposition is uniformly continuous, and in the case of PrBCO, the deposition is changed from PrBCO to YBCO without interruption. With a growth rate of 0.01 nm / sec, the transition layer 4
2 had a thickness of about 10 nm, ie, a plurality of unit cells, and a growth temperature gradient of about 10 ° C./nm. During growth of the upper perovskite layer 46 of YBCO, the temperature was maintained at 800 ° C.

【0050】X線実験は、上部ペロブスカイト層46の少
なくとも95%が、c軸配向成長を助長する温度で成長
しているにも拘わらず、a,b軸配向で形成されたこと
を実証した。つまり、a軸配向の下部のペロブスカイト
層42がテンプレートとして機能したことになる。ラザフ
ォード後方散乱によれば、配向インターフェースは、ヘ
テロ構造が遷移層42なしで成長した場合、つまり温度変
更中に成長が中断された場合よりも極端でないこと示し
た。下部のペロブスカイト層42がYBCOまたはPrBCOのい
ずれであっても結果は同様だった。
X-ray experiments demonstrated that at least 95% of the upper perovskite layer 46 was formed in a, b-axis orientation, despite growing at a temperature that promoted c-axis orientation growth. That is, the perovskite layer 42 below the a-axis orientation functions as a template. According to Rutherford backscattering, the orientation interface showed that the heterostructure was less extreme than when grown without the transition layer 42, ie, when growth was interrupted during the temperature change. The results were similar whether the lower perovskite layer 42 was YBCO or PrBCO.

【0051】徐々の温度遷移で成長させたヘテロ構造の
超伝導性輸送特性は、著しい向上を示した。YBCOの超伝
導性遷移温度は92゜K以上のままだったが、その遷移幅
はかなり鋭くなった。YBCO膜46の平面内で、臨界電流密
度は約10倍から10A/cm倍以上まで増加した。マイク
ロ波表面抵抗およびフラックス量子雑音は、c軸配向膜
のものと同様だった。
The superconducting transport properties of heterostructures grown at gradual temperature transitions have shown significant improvements. The superconducting transition temperature of YBCO remained above 92 ゜ K, but the transition width became much sharper. In the plane of the YBCO film 46, the critical current density increased from about 10 times to more than 10 6 A / cm 2 . Microwave surface resistance and flux quantum noise were similar to those of the c-axis oriented film.

【0052】ペロブスカイト層42と46の間の中断なしの
成長は、不純物層の形成(おそらく従来の技術において
温度を上昇させるために必要だった長い中断期間中に上
方向に移動するBaおよびCu)を妨げると考えられた。
a,b軸配向膜は、複数ドメインで、また長いc軸が隣
接するドメインに対して垂直方向に向いている形で成長
すると予想された。不純物層は、a,b軸配向ドメイン
間の境界を拡散させ、ドメイン間のリンクを劣化させて
しまう。故に、本発明の中断なしの成長は、YBCO面内で
の弱いリンクの形成を妨げ、よって超伝導性輸送特性を
向上させる。本発明のこの部分は、レーザ研磨に限定さ
れることはなく、蒸着の他の形態、また異なる配向の成
長を助長する他の成長環境にまで拡大できるものであ
る。
The uninterrupted growth between the perovskite layers 42 and 46 is due to the formation of impurity layers (probably Ba and Cu moving upward during the long interruptions needed to raise the temperature in the prior art). Was thought to interfere.
The a- and b-axis alignment films were expected to grow in multiple domains, with the long c-axis oriented perpendicular to adjacent domains. The impurity layer diffuses the boundary between the a- and b-axis alignment domains, and deteriorates the link between the domains. Hence, the uninterrupted growth of the present invention prevents the formation of weak links in the YBCO plane, thus improving superconducting transport properties. This part of the invention is not limited to laser polishing, but can be extended to other forms of deposition and other growth environments that promote growth of different orientations.

【0053】商用の強誘電性メモリアレイは、サポート
電子装置を集積し、コストを削減するため、半導体基板
上に作るべきである。図10に示したこのようなアレイ
は、単結晶シリコン基板50上に作られる。バッファ層52
はシリコン基板50上に蒸着される。バッファ層がシリコ
ン基板上で単結晶ペロブスカイト膜を成長させること
は、超伝導体技術で周知のことである。バッファ層の素
材の例としては、イットリア安定ジルコニア(YSZ)およ
びMgOなどがある。下部のYBCO層54(望ましくはa軸配
向)は、バッファ層52上に蒸着され、c軸配向の強誘電
性層56は、下部のYBCO層54上に蒸着される。上部YBCO層
58は、できれば下部のYBCO層54と対称的に配向されてい
ることが望ましいが、強誘電性層56上に蒸着され、個別
のYBCO電極58としてパターン付けされる。側面部分は下
部のYBCO層54までエッチングされる。金属接触子60は下
部のYBCO層54上に蒸着され、個別の金属接触子62はYBCO
電極58上に蒸着される。当然のことながら、図示された
接触子は、シリコン/強誘電性集積回路に使用される金
属リード線の一例にすぎない。
Commercial ferroelectric memory arrays should be fabricated on semiconductor substrates to integrate support electronics and reduce costs. Such an array shown in FIG. 10 is formed on a single crystal silicon substrate 50. Buffer layer 52
Is deposited on the silicon substrate 50. It is well known in the superconductor art that a buffer layer grows a single crystal perovskite film on a silicon substrate. Examples of the material of the buffer layer include yttria-stable zirconia (YSZ) and MgO. A lower YBCO layer 54 (preferably a-axis oriented) is deposited on buffer layer 52, and a c-axis oriented ferroelectric layer 56 is deposited on lower YBCO layer 54. Upper YBCO layer
58 is preferably symmetrically oriented with the underlying YBCO layer 54, but is deposited on the ferroelectric layer 56 and patterned as a separate YBCO electrode 58. The side portions are etched down to the lower YBCO layer 54. Metal contacts 60 are deposited on the lower YBCO layer 54, and individual metal contacts 62
It is deposited on the electrode 58. Of course, the contacts shown are only one example of metal leads used in silicon / ferroelectric integrated circuits.

【0054】[0054]

【実施例4】シリコン基板の強誘電性メモリコンデンサ
をパルスレーザ研磨によって作成し、電気的にテストし
た。その層化構造は図10に示した通りである。バッファ
層52は、(001)配向シリコン基板50上の100nmの完全に安
定した(9モル% Y)YSZだった。YBCO層は両方とも、
温度配向法によってa軸配向にされた。この構造は、横
方向でパターンなしだが、図5と同様に上部YBCO層上の
2つの金製電極と接触していた。疲れデータは、LaAlO
基板を用いた同様の装置のものと非常に近似してい
た。
Example 4 A ferroelectric memory capacitor on a silicon substrate was fabricated by pulsed laser polishing and tested electrically. The layered structure is as shown in FIG. The buffer layer 52 was 100 nm perfectly stable (9 mol% Y) YSZ on a (001) oriented silicon substrate 50. Both YBCO layers
The a-axis orientation was performed by a temperature orientation method. The structure was laterally unpatterned, but was in contact with two gold electrodes on the upper YBCO layer as in FIG. Fatigue data is LaAlO
It was very similar to that of a similar device using three substrates.

【0055】[0055]

【実施例5】a軸配向YBCOを有するもう一つのシリコン
/強誘電性ヘテロ構造を製作し、これは30 nmの下部のY
BCO層10が必ずa軸配向テンプレートになるように680℃
で成長させた。次にYBCO成長は、4分間で温度を800℃ま
で徐々に上昇させながら中断なく連続して行われた。そ
の後、下部のYBCO層10のさらに70 nmを成長した。続い
て、PZT層14および上部a軸配向上部YBCO層40を上述し
たように成長した。X線回折は、YBCOの5%弱がc軸配
向であり、PZT層は完全にc軸配向となっていることを
示した。
Example 5 Another silicon / ferroelectric heterostructure with a-axis orientation YBCO was fabricated, which was fabricated using a 30 nm lower Y
680 ° C so that BCO layer 10 always becomes a-axis oriented template
Grown in. Next, YBCO growth was performed continuously without interruption while gradually increasing the temperature to 800 ° C. in 4 minutes. Thereafter, a further 70 nm of the lower YBCO layer 10 was grown. Subsequently, a PZT layer 14 and an upper a-axis oriented upper YBCO layer 40 were grown as described above. X-ray diffraction showed that less than 5% of YBCO was c-axis oriented and the PZT layer was completely c-axis oriented.

【0055】[0055]

【実施例6】シリコン/強誘電性ヘテロ構造は、その両
方の電極がc軸配向YBCOを有するように作成された。下
部のYBCO層は810℃で成長させ、PZT層は640℃で成長さ
せた。次に、中断なく500レーザパルスによってYBCOを6
40℃で蒸着した。その後、上部YBCO層の蒸着のため、温
度が810℃に上昇するまで4分間成長を中断した。この装
置に1012二極(つまり、±5V)周期で疲れが施された
後、示差残留極性はわずか10〜15%減少したのみで、こ
れはパルスポーリングで回復することができた。故に、
a軸配向YBCOは望ましいが不可欠ではない。但し対称的
ヘテロ構造は非常に望ましい。
Example 6 A silicon / ferroelectric heterostructure was created such that both electrodes had c-axis oriented YBCO. The lower YBCO layer was grown at 810 ° C and the PZT layer was grown at 640 ° C. Next, YBCO 6 with 500 laser pulses without interruption
Deposited at 40 ° C. The growth was then interrupted for 4 minutes until the temperature rose to 810 ° C. for the deposition of the upper YBCO layer. 10 12 bipolar this device (i.e., ± 5V) after the fatigue is applied with a period, a differential residual polarity were only slightly decreased 10-15%, which could be recovered by the pulse polling. Therefore,
a-axis oriented YBCO is desirable but not essential. However, symmetric heterostructures are highly desirable.

【0056】[0056]

【実施例7】さまざまな構造の一連の強誘電性メモリコ
ンデンサが製作され、この強誘電性層はPb0.9La
0.1Zr0.2Ti0.8Oからなるものだった。強誘
電性層の抵抗を増加するため、ランタニド合金を使用し
た。これらの装置はある程度減少した残留極性を示した
が、1012周期以上で疲れを施すことができた。ここで
重要なことは、強誘電性層全体の抵抗が20〜50倍増加し
たことだった。
EXAMPLE 7 A series of ferroelectric memory capacitors of various structures were fabricated, the ferroelectric layer comprising Pb 0.9 La
It consisted of 0.1 Zr 0.2 Ti 0.8 O 3 . Lanthanide alloys were used to increase the resistance of the ferroelectric layer. These devices showed some reduced residual polarity, but could be fatigued over 10 12 cycles. Importantly, the overall resistance of the ferroelectric layer increased by a factor of 20 to 50.

【0057】[0057]

【実施例8】追加の強誘電性メモリコンデンサが製作さ
れ、この強誘電性層はPbZr0.5Ti 0.5Oからなる
ものだった。これらは電気的にテストされなかったが、
目視検査によって表面品質が優れていることが分かり、
これは高度な電気的品質を示すものだった。この強誘電
性合金は多結晶強誘電性メモリにおいてよく使われてい
る。
Example 8 An additional ferroelectric memory capacitor was fabricated.
This ferroelectric layer is PbZr0.5Ti 0.5O3Consists of
Was something. These were not tested electrically,
Visual inspection shows that the surface quality is excellent,
This was indicative of high electrical quality. This ferroelectric
Alloys are commonly used in polycrystalline ferroelectric memories
You.

【0058】上記の2つの実施例は、本発明が合金Pb
1−yLaZrTi1−xO(式中、0≦y≦1および0≦x
<1。但し、yの一般的上限は10%、xの一般的上限は65
%)の広範囲にすぐ応用できることを証明している。し
かしながら、Rameshらの特許に説明されたように、他の
強誘電体を使用することもできる。例えば、BiTiO
12、PbTiO、LiNbOなどを挙げることができる。
The above two embodiments show that the present invention relates to the alloy Pb
1-y La y Zr x Ti 1-x O 3 (where 0 ≦ y ≦ 1 and 0 ≦ x
<1. However, the general upper limit of y is 10%, and the general upper limit of x is 65
%) Has proven to be readily applicable to a wide range of applications. However, other ferroelectrics can be used, as described in the Ramesh et al. Patent. For example, Bi 4 Ti 3 O
12 , PbTiO 3 , LiNbO 3 and the like.

【0059】ペロブスカイト導体は、超伝導性を示すタ
イプのクプレートまたは酸化ビスマスの一つであると言
える。酸化クプレートはYBCOばかりではなく、ランタニ
ド希土類金属、つまりCeからLuまでによってYを置換す
る他の酸化物を含んでいる。PrBCOは一般的に伝導性が
良くないが、優れたエピタキシャルテンプレートとして
知られており、よって酸化金属層が電極として使用され
ていなければ有用である。酸化ビスマスは、BiSrCa
n−1 CuO4+2n+x(式中、nは正の整数)を含
んでいる。酸化ビスマスは、高T超伝導性においてよ
く研究されている。
The perovskite conductor can be said to be one of cuprate or bismuth oxide of the type exhibiting superconductivity. The oxidized cuprate contains not only YBCO but also other oxides that replace Y by lanthanide rare earth metals, ie, from Ce to Lu. Although PrBCO is generally poor in conductivity, it is known as an excellent epitaxial template and is therefore useful unless a metal oxide layer is used as an electrode. Bismuth oxide is Bi 2 Sr 2 Ca
n-1 Cu n O 4 + 2n + x ( where, n is a positive integer) contains. Bismuth oxide has been well studied in high Tc superconductivity.

【0060】本発明は、優れた電気特性およびエージン
グ特性を持った強誘電性メモリセルを提供するものであ
る。大きな保磁フィールドと方形ヒステリシスによっ
て、強誘電体がマトリックス式のアドレス法で直接接触
することができる。つまり、ロウ電極は強誘電性層の下
に平行に通り、コラム電極は強誘電性層の上で垂直方向
に通り、両方の電極は強誘電性層に直接接触し、トラン
ジスタゲートの必要性を除去するができる。このような
構造は、非常に高密度にすることができる。
The present invention provides a ferroelectric memory cell having excellent electric characteristics and aging characteristics. The large coercive field and square hysteresis allow the ferroelectrics to make direct contact in a matrix-type addressing. That is, the row electrodes pass parallel below the ferroelectric layer, the column electrodes pass vertically above the ferroelectric layer, and both electrodes directly contact the ferroelectric layer, reducing the need for a transistor gate. Can be removed. Such a structure can be very dense.

【0061】また本発明は、a軸配向ペロブスカイト膜
成長において、より柔軟な方法を提供する。このような
膜は優れた超伝導特性を示し、強誘電性メモリ以外の装
置においても有利に使用することができるものである。
The present invention also provides a more flexible method for growing an a-axis oriented perovskite film. Such films exhibit excellent superconducting properties and can be advantageously used in devices other than ferroelectric memories.

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

【図1】 本発明の強誘電性メモリ素子の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a ferroelectric memory device according to the present invention.

【図2】 立方または正方のいずれかであるPZT格子構
造の透視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a PZT lattice structure that is either cubic or square.

【図3】 斜方格子構造の透視図である。FIG. 3 is a perspective view of an oblique lattice structure.

【図4】 結晶配向を蒸着温度からの冷却速度として示
したX線データのグラフである。
FIG. 4 is a graph of X-ray data showing a crystal orientation as a cooling rate from a deposition temperature.

【図5】 本発明の評価に使用するテスト装置の断面図
である。
FIG. 5 is a sectional view of a test device used for evaluation of the present invention.

【図6】 結晶配向および2つの極性特性の冷却速度へ
の依存度を示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the dependence of crystal orientation and two polar properties on cooling rate.

【図7】 若返りデータのグラフである。FIG. 7 is a graph of rejuvenation data.

【図8】 本発明の対称強誘電性メモリ素子の断面図で
ある。
FIG. 8 is a sectional view of a symmetric ferroelectric memory device according to the present invention.

【図9】 本発明に従ったa軸配向のヘテロ構造成長の
断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a-axis oriented heterostructure growth according to the present invention.

【図10】 シリコン基板上に製作された単結晶強誘電
性メモリアレイの断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a single crystal ferroelectric memory array manufactured on a silicon substrate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8242 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 イナム、アルン アメリカ合衆国、07701 ニュージャージ ー州、レッド バンク、リバーサイド ア ベニュー 28、アパートメント 11エイ (72)発明者 ラメシュ、ラマモージー アメリカ合衆国、07701 ニュージャージ ー州、テイントン フォールズ、パロミノ プレイス 29──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court ゛ (Reference) H01L 21/8242 21/8247 29/788 29/792 (72) Inventor Enum, Arun United States, 07701 New Jersey 28, Riverside Ave, Apartment, Red Bank, State 11 (72) Inventor Ramesh, Ramamoosie United States, 07701 Tainton Falls, Palomino Place 29, Tainton Falls

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電性薄膜を形成する方法で、下記の
ステップからなるもの:単結晶体上に、強誘電性素材か
らなる強誘電性層を、該強誘電性素材が立方晶相で安定
する蒸着温度で蒸着する強誘電性層蒸着ステップ;およ
び該蒸着した層を、該蒸着温度より低い該誘電性素材の
遷移温度を越えて冷却し、該強誘電性素材を該立方晶相
から非立方晶相に変更する遷移を起こすステップで、該
冷却が10℃から40℃/分の範囲内の冷却速度で実施
されるステップ。
1. A method for forming a ferroelectric thin film, comprising the following steps: forming a ferroelectric layer made of a ferroelectric material on a single crystal body, wherein the ferroelectric material has a cubic phase. Depositing a ferroelectric layer at a stable deposition temperature; and cooling the deposited layer above the transition temperature of the dielectric material below the deposition temperature to remove the ferroelectric material from the cubic phase. Causing a transition to change to a non-cubic phase, wherein the cooling is performed at a cooling rate in the range of 10 ° C. to 40 ° C./min.
【請求項2】 請求項1記載の方法で、該冷却速度が1
5℃から30℃/分の範囲内にあるもの。
2. The method according to claim 1, wherein said cooling rate is one.
Those in the range of 5 ° C to 30 ° C / min.
【請求項3】 請求項1記載の方法で、該単結晶体は、
銅酸化物および酸化ビスマスを含むグループから選ばれ
た酸化金属からなり、ペロブスカイト結晶構造を有し、
伝導性がある薄膜を具備し、しかも、該方法は、該薄膜
を単結晶基板上に蒸着するステップをさらに有するも
の。
3. The method according to claim 1, wherein the single crystal is
Consisting of a metal oxide selected from the group including copper oxide and bismuth oxide, having a perovskite crystal structure,
Providing a conductive thin film, and wherein the method further comprises depositing the thin film on a single crystal substrate.
【請求項4】 請求項3記載の方法で、該酸化金属がY
BaCuOからなるもの。
4. The method of claim 3, wherein said metal oxide is Y
What consists of BaCuO.
【請求項5】 請求項4記載の方法で、該強誘電性層が
PbZrTiOからなるもの。
5. The method of claim 4, wherein said ferroelectric layer comprises PbZrTiO.
【請求項6】 請求項5記載の方法で、該遷移温度が約
470℃であるもの。
6. The method of claim 5, wherein said transition temperature is about 470 ° C.
【請求項7】 請求項1記載の方法で、該冷却ステップ
が該強誘電性素材の該層の少なくとも80%をc軸配向
にするもの。
7. The method of claim 1, wherein said cooling step causes at least 80% of said layer of said ferroelectric material to be c-axis oriented.
【請求項8】 請求項1記載の方法で:該単結晶体が第
1ペロブスカイト層を具備し;該強誘電性層蒸着ステッ
プが、他の単結晶体上に該第1ペロブスカイト層をa、
b軸配向膜として蒸着するステップを含み;さらに上記
方法は、第2ペロブスカイト層をa、b軸配向膜として
該強誘電性層に蒸着する第2ペロブスカイト層蒸着ステ
ップをさらに含むもの。
8. The method of claim 1, wherein the single crystal comprises a first perovskite layer; and the step of depositing the ferroelectric layer comprises the step of: depositing the first perovskite layer on another single crystal;
and e. depositing a second perovskite layer on the ferroelectric layer as an a- and b-axis alignment film. The method further comprises depositing a second perovskite layer on the ferroelectric layer.
【請求項9】 請求項8記載の方法で、該第2ペロブス
カイト層蒸着ステップは、蒸着温度がa、b軸配向成長
を助長する第1温度からc軸配向成長を助長する第2温
度へ徐々に上昇する間に該第2ペロブスカイト層を蒸着
し、該第2蒸着ステップを続ける間に該蒸着温度を該第
2温度で維持することを含むもの。
9. The method of claim 8, wherein the step of depositing the second perovskite layer comprises gradually increasing the deposition temperature from a first temperature that promotes a- and b-axis oriented growth to a second temperature that promotes c-axis oriented growth. Depositing said second perovskite layer while rising, and maintaining said deposition temperature at said second temperature while continuing said second deposition step.
【請求項10】 強誘電性メモリの書込みおよび若返り
の方法で、下記のステップを有するもの:強誘電性メモ
リにデータを書込むための単結晶強誘電性素材および2
つの電極からなる該メモリに第1振幅および第1持続時
間で電圧パルスを印可する第1ステップ;および該第1
ステップのために該メモリを若返らせるよう該強誘電性
メモリに該第1振幅と同等の振幅および該第1持続時間
より長い第2持続時間で電圧パルスを印可する第2ステ
ップ。
10. A method of writing and rejuvenating a ferroelectric memory, comprising the following steps: a single crystal ferroelectric material for writing data to a ferroelectric memory;
A first step of applying a voltage pulse at a first amplitude and a first duration to said memory consisting of two electrodes; and
A second step of applying a voltage pulse to the ferroelectric memory with an amplitude equal to the first amplitude and a second duration longer than the first duration to rejuvenate the memory for the step.
【請求項11】 請求項10記載の方法で、各電極が同
様に配向された同素材からなるペロブスカイト薄膜から
なるもの。
11. The method according to claim 10, wherein each electrode is made of a perovskite thin film of the same material which is similarly oriented.
【請求項12】 配向されたペロブスカイト薄膜を成長
させる方法で、下記のステップを有するもの:結晶基板
上にペロブスカイト薄膜を蒸着するステップ;該蒸着中
に、蒸着環境をa、b軸配向膜の形成を助長する第1成
長環境からc軸配向膜の形成を助長する第2成長環境に
徐々に変更しながら、該薄膜の第1部分を形成するステ
ップ;上記第2成長環境に移行した後、中断なく、該第
2成長環境で該蒸着を続け、該薄膜の第2部分を形成
し、該第2部分をa、b軸配向薄膜として形成するステ
ップ。
12. A method of growing an oriented perovskite thin film, comprising the steps of: depositing a perovskite thin film on a crystalline substrate; forming an a- and b-axis oriented film during the deposition. Forming a first portion of the thin film while gradually changing from a first growth environment for promoting the formation of a c-axis oriented film to a second growth environment for promoting the formation of a c-axis oriented film; Forming the second portion of the thin film, and forming the second portion as an a, b-axis oriented thin film.
【請求項13】 請求項12記載の方法で、該薄膜の該
第1部分および第2部分が通常の超伝導素材からなるも
の。
13. The method of claim 12, wherein said first and second portions of said thin film comprise a conventional superconducting material.
【請求項14】 請求項12記載の方法で、該第2成長
環境が該第1成長環境での蒸着温度より高い蒸着温度を
含むもの。
14. The method of claim 12, wherein said second growth environment includes a deposition temperature higher than a deposition temperature in said first growth environment.
【請求項15】 請求項14記載の方法で、該変更ステ
ップ、該蒸着ステップが該薄膜の複数の単位格子を蒸着
する間に、該蒸着温度を変更するもの。
15. The method of claim 14, wherein the changing step changes the deposition temperature while the depositing step deposits a plurality of unit cells of the thin film.
【請求項16】 請求項12記載の方法で、該蒸着ステ
ップは該薄膜を強誘電性層上に蒸着し、その強誘電性層
は少なくとも80%がc軸配向を有するもの。
16. The method of claim 12, wherein said depositing step deposits said thin film on a ferroelectric layer, said ferroelectric layer having at least 80% c-axis orientation.
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