JP2000174228A - Semiconductor integrated circuit and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor integrated circuit and manufacture thereof

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JP2000174228A
JP2000174228A JP10345368A JP34536898A JP2000174228A JP 2000174228 A JP2000174228 A JP 2000174228A JP 10345368 A JP10345368 A JP 10345368A JP 34536898 A JP34536898 A JP 34536898A JP 2000174228 A JP2000174228 A JP 2000174228A
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JP
Japan
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metal oxide
film
oxide dielectric
dielectric film
integrated circuit
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JP10345368A
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Japanese (ja)
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Hiroyuki Kanetani
宏行 金谷
Iwao Kunishima
巌 國島
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated circuit comprising a capacitor wherein scaling of film thickness is made easy, and degradation in characteristics under reduction action of hydrogen, etc., is suppressed. SOLUTION: Related to a semiconductor integrated circuit comprising a capacitor C1 formed on a substrate 10 covered with a silicon oxide film, the capacitor C1 comprises a lower Pt electrode 12 formed on the substrate 10 through a Ti film 11, a first PZT film 13 formed and crystallized over it, a second PZT film 14 formed and crystallized over it, and an upper Pt electrode 15 formed over it. The first PZT film 13 is crystallized containing Pt which is diffused from the Pt electrode 12 while the second PZT film 14 has little diffusion of Pt. Due to the second PZT film 14, and excellent polarity characteristics with no leakage is provided.

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】この発明は、薄膜構造のキャ
パシタを含む半導体集積回路とその製造方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit including a thin-film capacitor and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、強誘電体キャパシタを用いた
不揮発性半導体メモリ(以下、強誘電体メモリという)
が知られている。強誘電体キャパシタは、絶縁膜で覆わ
れた半導体基板上に下部電極、強誘電体膜及び上部電極
を積層して形成される。強誘電体膜としては代表的に
は、ペロブスカイト型結晶構造を持つジルコン酸チタン
酸鉛(PZT:PbZr1-xTix3)等の金属酸化物
強誘電体が用いられる。また、PZT膜を用いた場合、
上下電極には代表的にはPt電極が用いられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a nonvolatile semiconductor memory using a ferroelectric capacitor (hereinafter referred to as a ferroelectric memory).
It has been known. A ferroelectric capacitor is formed by stacking a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode on a semiconductor substrate covered with an insulating film. Typically, a metal oxide ferroelectric such as lead zirconate titanate (PZT: PbZr 1-x Ti x O 3 ) having a perovskite crystal structure is used as the ferroelectric film. When a PZT film is used,
Pt electrodes are typically used for the upper and lower electrodes.

【0003】この様な強誘電体メモリは、バッテリーレ
スでデータを保持でき、且つ高速動作が可能であるた
め、RF−ID(Radio Frequency Identification)等
の非接触カードへの応用が始まりつつある。また、SR
AM、DRAM、EEPROM等との置き換えや、ロジ
ック混載に対する期待も大きい。上述したPt/PZT
/Pt構造の強誘電体キャパシタの基本的な製造工程
は、基板上に下部Pt電極とPZT膜を順次堆積する工
程、堆積されたPZT膜の結晶化のために熱処理を行う
工程、及びPZT膜上に上部Pt電極を形成する工程か
らなる。
Since such a ferroelectric memory can hold data without a battery and can operate at high speed, application to a contactless card such as RF-ID (Radio Frequency Identification) is beginning to be started. Also, SR
There are great expectations for replacement with AM, DRAM, EEPROM, etc., and for mixed logic. Pt / PZT described above
A basic manufacturing process of a ferroelectric capacitor having a / Pt structure includes a process of sequentially depositing a lower Pt electrode and a PZT film on a substrate, a process of performing a heat treatment for crystallization of the deposited PZT film, and a process of performing a PZT film. And a step of forming an upper Pt electrode thereon.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】Pt/PZT/Pt構
造の強誘電体キャパシタは、水素雰囲気中での熱処理に
より分極特性が劣化することは、従来より報告されてい
る。これは水素の還元作用とPt電極の触媒作用によ
り、PZT膜に多くの酸素欠陥が導入されることに起因
する。従って、上述したPZT膜の結晶化処理は、水素
雰囲気で行うことはできず、例えば酸素雰囲気中で行う
ことが好ましい。
It has been reported that the polarization characteristics of a ferroelectric capacitor having a Pt / PZT / Pt structure are deteriorated by heat treatment in a hydrogen atmosphere. This is because many oxygen vacancies are introduced into the PZT film by the hydrogen reducing action and the catalytic action of the Pt electrode. Therefore, the crystallization treatment of the PZT film described above cannot be performed in a hydrogen atmosphere, but is preferably performed in, for example, an oxygen atmosphere.

【0005】一方、本発明者等による最近の研究による
と、下部Pt電極上にPZT膜を堆積して結晶化処理を
行うと、PZT膜と下部Pt電極との界面からPZT膜
内のかなり深い範囲までPtが拡散して、導電性を示す
層が形成されることが明らかになった。これは、堆積時
のPZT膜がアモルファス状態であり、拡散反応が速い
ためである。PZT膜内に上述のような導電性の層が形
成されると、その導電性の層は固定電荷蓄積の機能を失
う。特に、PZT膜の膜厚を100nm或いはそれ以下
にまで薄膜化しようとすると、そのPZT膜が殆ど導電
性の層となり、自発分極特性が得られにくくなる。従っ
て、強誘電体膜の膜厚のスケーリングが難しい。
On the other hand, according to recent research by the present inventors, when a PZT film is deposited on a lower Pt electrode and crystallization is performed, the PZT film is considerably deeper from the interface between the PZT film and the lower Pt electrode. It became clear that Pt diffused to the range and a layer showing conductivity was formed. This is because the PZT film at the time of deposition is in an amorphous state, and the diffusion reaction is fast. When the above-described conductive layer is formed in the PZT film, the conductive layer loses the function of storing fixed charges. In particular, when the thickness of the PZT film is reduced to 100 nm or less, the PZT film becomes almost a conductive layer, and it is difficult to obtain spontaneous polarization characteristics. Therefore, it is difficult to scale the thickness of the ferroelectric film.

【0006】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、誘電体膜の膜厚のスケーリングが容易であり且
つ、リークの少ない優れた分極特性或いは電荷保持特性
を示すキャパシタを持つ半導体集積回路とその製造方法
を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a semiconductor integrated circuit having a capacitor which can easily scale the thickness of a dielectric film and has excellent polarization characteristics or charge retention characteristics with little leakage. It is intended to provide a circuit and a method for manufacturing the circuit.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明に係る第1の半
導体集積回路はキャパシタを有し、前記キャパシタは、
下部電極と、この下部電極上に形成されて結晶化された
第1の金属酸化物誘電体膜と、この第1の金属酸化物誘
電体膜上に形成されて結晶化された第2の金属酸化物誘
電体膜と、この第2の金属酸化物誘電体膜上に形成され
た上部電極とを有することを特徴とする。
A first semiconductor integrated circuit according to the present invention has a capacitor, and the capacitor comprises:
A lower electrode, a first metal oxide dielectric film formed on the lower electrode and crystallized, and a second metal formed on the first metal oxide dielectric film and crystallized It has an oxide dielectric film and an upper electrode formed on the second metal oxide dielectric film.

【0008】第1の半導体集積回路において、第1及び
第2の金属酸化物誘電体膜は、例えば強誘電体膜であ
る。また第1の金属酸化物誘電体膜は、下部電極からの
拡散による下部電極の構成元素を含んで結晶化されてい
るものとする。第1の半導体集積回路において、第1及
び第2の金属酸化物誘電体膜は、例えば比誘電率が50
以上の高誘電体膜である。
In the first semiconductor integrated circuit, the first and second metal oxide dielectric films are, for example, ferroelectric films. Further, it is assumed that the first metal oxide dielectric film is crystallized including the constituent elements of the lower electrode by diffusion from the lower electrode. In the first semiconductor integrated circuit, the first and second metal oxide dielectric films have a relative dielectric constant of 50, for example.
The above is a high dielectric film.

【0009】この発明に係る第2の半導体集積回路はキ
ャパシタを有し、前記キャパシタは、下部電極と、この
下部電極上に形成されて結晶化された第1の金属酸化物
誘電体膜と、この第1の金属酸化物誘電体膜上に形成さ
れて結晶化された第2の金属酸化物誘電体膜と、この第
2の金属酸化物誘電体膜上に形成されて結晶化された第
3の金属酸化物誘電体膜と、この第3の金属酸化物誘電
体膜上に形成された上部電極とを有することを特徴とす
る。
A second semiconductor integrated circuit according to the present invention has a capacitor, the capacitor comprising: a lower electrode; a first metal oxide dielectric film formed on the lower electrode and crystallized; A second metal oxide dielectric film formed on the first metal oxide dielectric film and crystallized; and a second metal oxide dielectric film formed on the second metal oxide dielectric film and crystallized. And a third metal oxide dielectric film and an upper electrode formed on the third metal oxide dielectric film.

【0010】第2の半導体集積回路において、第1乃至
第3の金属酸化物誘電体膜は例えば、強誘電体膜であ
る。また第1の金属酸化物誘電体膜は、下部電極からの
拡散による下部電極の構成元素を含んで結晶化され、第
3の金属酸化物誘電体膜は、上部電極からの拡散による
上部電極の構成元素を含んで結晶化されているものとす
る。第2の半導体集積回路において、第1乃至第3の金
属酸化物誘電体膜は例えば、比誘電率が50以上の高誘
電体膜である。第1又は第2の半導体集積回路におい
て、金属酸化物誘電体膜は好ましくはペロブスカイト型
結晶構造を有するものとする。
In the second semiconductor integrated circuit, the first to third metal oxide dielectric films are, for example, ferroelectric films. Also, the first metal oxide dielectric film is crystallized to include the constituent elements of the lower electrode by diffusion from the lower electrode, and the third metal oxide dielectric film is formed by diffusion of the upper electrode by diffusion from the upper electrode. It shall be crystallized including the constituent elements. In the second semiconductor integrated circuit, the first to third metal oxide dielectric films are, for example, high dielectric films having a relative dielectric constant of 50 or more. In the first or second semiconductor integrated circuit, the metal oxide dielectric film preferably has a perovskite crystal structure.

【0011】この発明に係る半導体集積回路の第1の製
造方法は、下部電極上に第1の金属酸化物誘電体膜を堆
積し、熱処理により第1の金属酸化物膜を結晶化させる
工程と、前記第1の金属酸化物誘電体膜上に第2の金属
酸化物誘電体膜を堆積し、熱処理により第2の金属酸化
物誘電体膜を結晶化させる工程と、前記第2の金属酸化
物誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、を有するこ
とを特徴とする。第1の製造方法において、第1及び第
2の金属酸化物誘電体膜は例えば、強誘電体膜である。
また第1の金属酸化物誘電体膜は、下部電極からの拡散
による下部電極の構成元素を含んで結晶化されるものと
する。第1の製造方法において、第1及び第2の金属酸
化物誘電体膜は例えば、比誘電率が50以上の高誘電体
膜である。
A first method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a step of depositing a first metal oxide dielectric film on a lower electrode and crystallizing the first metal oxide film by heat treatment. Depositing a second metal oxide dielectric film on the first metal oxide dielectric film, and crystallizing the second metal oxide dielectric film by heat treatment; Forming an upper electrode on the material dielectric film. In the first manufacturing method, the first and second metal oxide dielectric films are, for example, ferroelectric films.
Further, the first metal oxide dielectric film is to be crystallized including the constituent elements of the lower electrode by diffusion from the lower electrode. In the first manufacturing method, the first and second metal oxide dielectric films are, for example, high dielectric films having a relative dielectric constant of 50 or more.

【0012】この発明に係る半導体集積回路の第2の製
造方法は、下部電極上に第1の金属酸化物誘電体膜を堆
積し、熱処理により第1の金属酸化物膜を結晶化させる
工程と、前記第1の金属酸化物誘電体膜上に第2の金属
酸化物誘電体膜を堆積し、熱処理により第2の金属酸化
物誘電体膜を結晶化させる工程と、前記第2の金属酸化
物誘電体膜上に第3の金属酸化物誘電体膜を堆積する工
程と、前記第3の金属酸化物誘電体膜上に上部電極を形
成する工程と、熱処理を行って前記第3の金属酸化物誘
電体膜を結晶化させる工程と、を有することを特徴とす
る。第2の製造方法において、第1乃至第3の金属酸化
物誘電体膜は例えば、強誘電体膜である。この場合、第
1の金属酸化物誘電体膜は、下部電極からの拡散による
下部電極の構成元素を含んで結晶化され、第3の金属酸
化物誘電体膜は、上部電極からの拡散による上部電極の
構成元素を含んで結晶化されているものとする。第2の
製造方法において、第1乃至第3の金属酸化物誘電体膜
は例えば、比誘電率が50以上の高誘電体膜である。
A second method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a step of depositing a first metal oxide dielectric film on a lower electrode and crystallizing the first metal oxide film by heat treatment. Depositing a second metal oxide dielectric film on the first metal oxide dielectric film, and crystallizing the second metal oxide dielectric film by heat treatment; Depositing a third metal oxide dielectric film on an object dielectric film, forming an upper electrode on the third metal oxide dielectric film, and performing a heat treatment on the third metal oxide dielectric film. Crystallizing the oxide dielectric film. In the second manufacturing method, the first to third metal oxide dielectric films are, for example, ferroelectric films. In this case, the first metal oxide dielectric film is crystallized including the constituent elements of the lower electrode by diffusion from the lower electrode, and the third metal oxide dielectric film is formed by diffusion from the upper electrode. It is assumed that it is crystallized including the constituent elements of the electrode. In the second manufacturing method, the first to third metal oxide dielectric films are, for example, high dielectric films having a relative dielectric constant of 50 or more.

【0013】第1又は第2の製造方法において、好まし
くは、金属酸化物誘電体膜は、ペロブスカイト型結晶構
造を有するものとする。また第1又は第2の製造方法に
おいて、好ましくは、第1の金属酸化物誘電体膜を、所
定膜厚の金属酸化物誘電体膜の堆積と結晶化の熱処理と
を複数ステップ繰り返すことにより、複数層として形成
する。
In the first or second manufacturing method, preferably, the metal oxide dielectric film has a perovskite crystal structure. In the first or second manufacturing method, preferably, the first metal oxide dielectric film is formed by repeating a plurality of steps of depositing a metal oxide dielectric film having a predetermined thickness and heat treatment for crystallization. It is formed as a plurality of layers.

【0014】この発明による第1の半導体集積回路で
は、キャパシタの誘電体膜は、下部電極側から第1の金
属酸化物誘電体膜と第2の金属酸化物誘電体膜の二層構
造により構成される。第1の金属酸化物膜は、下部電極
上に堆積された後、結晶化される。この様な積層誘電体
膜構造とすると、第1の金属酸化物誘電体膜の結晶化工
程で下部電極の構成元素が第1の金属酸化物膜に拡散
し、この構成元素を含んで結晶化される。そして第1の
金属酸化物誘電体膜に取り込まれた下部電極の構成元素
は、第1の金属酸化物誘電体膜が結晶化することにより
自由度を失い、或いは拡散係数が小さいものとなり、そ
の上に堆積される第2の金属酸化物誘電膜の結晶化の工
程でも、第2の金属酸化物誘電体膜には殆ど拡散しな
い。また、第2の金属酸化物誘電体膜の結晶化を上部電
極堆積前に行えば、上部電極から第2の金属酸化物誘電
体膜への構成元素の拡散はない。
In the first semiconductor integrated circuit according to the present invention, the dielectric film of the capacitor has a two-layer structure of the first metal oxide dielectric film and the second metal oxide dielectric film from the lower electrode side. Is done. The first metal oxide film is crystallized after being deposited on the lower electrode. With such a laminated dielectric film structure, the constituent elements of the lower electrode are diffused into the first metal oxide film in the crystallization step of the first metal oxide dielectric film, and the crystallization is performed including the constituent elements. Is done. The constituent elements of the lower electrode taken into the first metal oxide dielectric film lose their degrees of freedom due to crystallization of the first metal oxide dielectric film, or have a small diffusion coefficient. Even in the step of crystallizing the second metal oxide dielectric film deposited thereon, it hardly diffuses into the second metal oxide dielectric film. In addition, if the crystallization of the second metal oxide dielectric film is performed before the deposition of the upper electrode, there is no diffusion of the constituent elements from the upper electrode to the second metal oxide dielectric film.

【0015】従って、第1及び第2の金属酸化物膜が強
誘電体膜である強誘電体キャパシタの場合、第2の金属
酸化物膜はリークのない良好な強誘電特性を示し、自発
分極の大きい強誘電体キャパシタが得られる。また、第
2の金属酸化物誘電体膜には下部電極の構成元素の拡散
がないため、第2の金属酸化物誘電体膜の薄膜化が容易
である。更に、水素等を含む還元性ガスに対しても、第
1の金属酸化物誘電体膜が第2の金属酸化物誘電体膜に
対するバリアとして作用する結果、還元性ガスによる強
誘電体キャパシタの特性劣化も抑制される。第1及び第
2の金属酸化物膜が高誘電体膜である高誘電体キャパシ
タの場合にも、同様の理由でリークの少ない優れたキャ
パシタ特性が得られ、また高誘電体膜の薄膜化が可能に
なる。
Therefore, in the case of a ferroelectric capacitor in which the first and second metal oxide films are ferroelectric films, the second metal oxide film exhibits good ferroelectric characteristics without leakage, and exhibits spontaneous polarization. Is obtained. Further, since the constituent elements of the lower electrode are not diffused in the second metal oxide dielectric film, it is easy to reduce the thickness of the second metal oxide dielectric film. Furthermore, the first metal oxide dielectric film acts as a barrier to the second metal oxide dielectric film against a reducing gas containing hydrogen or the like, so that the characteristics of the ferroelectric capacitor due to the reducing gas are reduced. Deterioration is also suppressed. Even in the case of a high-dielectric capacitor in which the first and second metal oxide films are high-dielectric films, excellent capacitor characteristics with less leakage can be obtained for the same reason. Will be possible.

【0016】この発明による第2の半導体集積回路で
は、上述した第2の金属酸化物誘電体膜と上部電極の間
に更に第3の金属酸化物誘電体膜が挿入される。この場
合、第3の金属酸化物誘電体膜は、その上に上部電極を
堆積した後に結晶化されるようにすると、第1の金属酸
化物誘電体膜と同様に上部電極の構成元素を含んで結晶
化される。従ってこの第3の金属酸化物誘電体膜が、第
2の金属酸化物誘電体膜の上方からの水素等による還元
作用に対するバリアとなる。これにより、還元性ガスに
よる強誘電体キャパシタの特性劣化はより効果的に抑制
される。
In the second semiconductor integrated circuit according to the present invention, a third metal oxide dielectric film is further inserted between the above-mentioned second metal oxide dielectric film and the upper electrode. In this case, if the third metal oxide dielectric film is crystallized after depositing the upper electrode thereon, the third metal oxide dielectric film contains the constituent elements of the upper electrode similarly to the first metal oxide dielectric film. Is crystallized. Therefore, the third metal oxide dielectric film serves as a barrier against a reducing action by hydrogen or the like from above the second metal oxide dielectric film. Thereby, the characteristic deterioration of the ferroelectric capacitor due to the reducing gas is more effectively suppressed.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を説明する。 実施の形態1 図1は、この発明を強誘電体メモリに適用した実施の形
態での強誘電体キャパシタC1の構造を示している。基
板10は、シリコン酸化膜等の絶縁膜で覆われたシリコ
ン基板である。この基板10上に、下部電極として、T
i膜11を介してPt電極12が形成されている。Ti
膜11はPt電極12とシリコン酸化膜等との密着性を
良好にするために設けられている。Pt電極12上に
は、第1のPZT膜13及び第2のPZT膜14が積層
され、第2のPZT膜14上に上部電極としてPt電極
15が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 shows a structure of a ferroelectric capacitor C1 in an embodiment in which the present invention is applied to a ferroelectric memory. The substrate 10 is a silicon substrate covered with an insulating film such as a silicon oxide film. On this substrate 10, as a lower electrode, T
A Pt electrode 12 is formed via an i film 11. Ti
The film 11 is provided for improving the adhesion between the Pt electrode 12 and a silicon oxide film or the like. On the Pt electrode 12, a first PZT film 13 and a second PZT film 14 are laminated, and on the second PZT film 14, a Pt electrode 15 is formed as an upper electrode.

【0018】この実施の形態では、強誘電体キャパシタ
C1は、図示のようにパターニングされ、還元性ガスに
対する保護膜16で覆われている。保護膜16は特に、
PZT膜13,14とPt電極12,15との界面が終
端する側面を覆って、これらの界面への還元性ガスの侵
入を防止するようにしている。
In this embodiment, the ferroelectric capacitor C1 is patterned as shown and is covered with a protective film 16 for reducing gas. In particular, the protective film 16
The side surfaces where the interfaces between the PZT films 13 and 14 and the Pt electrodes 12 and 15 are terminated are covered to prevent the intrusion of the reducing gas into these interfaces.

【0019】この実施の形態による強誘電体キャパシタ
C1の製造工程を、具体的に図2を参照して説明する。
図2(a)に示すように、基板10上に、20nm程度
のTi膜11、200nm程度のPt電極12をスパッ
タにより順次堆積する。この状態で好ましくは、酸素雰
囲気中、500℃程度の熱処理を行う。次いで、Pt電
極12上に、第1のPZT膜13をゾルゲル法又はスパ
ッタ法により堆積する。第1のPZT膜13は、5〜5
0nm、より好ましくは10〜20nmの厚みとする。
第1のPZT膜13はこの段階ではアモルファス状態で
ある。
The manufacturing process of the ferroelectric capacitor C1 according to this embodiment will be specifically described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2A, a Ti film 11 of about 20 nm and a Pt electrode 12 of about 200 nm are sequentially deposited on the substrate 10 by sputtering. In this state, heat treatment is preferably performed at about 500 ° C. in an oxygen atmosphere. Next, a first PZT film 13 is deposited on the Pt electrode 12 by a sol-gel method or a sputtering method. The first PZT film 13 has a thickness of 5 to 5
The thickness is set to 0 nm, more preferably 10 to 20 nm.
At this stage, the first PZT film 13 is in an amorphous state.

【0020】この後、酸素雰囲気中、650〜750℃
で熱処理を行い、第1のPZT膜13を結晶化させる。
この結晶化の工程で、Pt電極12と第1のPZT膜1
3の間で拡散反応が生じ、第1のPZT膜13はPtを
含んで結晶化される。このため第1のPZT膜13は導
電性を持つようになる。
Thereafter, in an oxygen atmosphere at 650-750 ° C.
Is performed to crystallize the first PZT film 13.
In this crystallization step, the Pt electrode 12 and the first PZT film 1
3, a diffusion reaction occurs, and the first PZT film 13 is crystallized including Pt. For this reason, the first PZT film 13 becomes conductive.

【0021】次に、図2(b)に示すように、第1のP
ZT膜13上に第2のPZT膜14をゾルゲル法又はス
パツタ法により堆積する。この第2のPZT膜14の膜
厚は、300〜2000nmとする。そして、酸素雰囲
気中、650〜750℃で熱処理を行い、第2のPZT
膜13を結晶化させる。この結晶化の工程では、第2の
PZT膜14には殆どPtの拡散がないことが確認され
ている。これは、この段階で第1のPZT膜13が結晶
化されているので、その内部に既に取り込まれているP
tは自由度が小さいためである。また結晶化された第1
のPZT膜13により下部Pt電極12から第2のPZ
T膜14へのPt拡散も阻止されるためである。
Next, as shown in FIG. 2B, the first P
A second PZT film 14 is deposited on the ZT film 13 by a sol-gel method or a sputter method. The thickness of the second PZT film 14 is 300 to 2000 nm. Then, heat treatment is performed at 650 to 750 ° C. in an oxygen atmosphere, and the second PZT
The film 13 is crystallized. In this crystallization step, it has been confirmed that the second PZT film 14 hardly diffuses Pt. This is because the first PZT film 13 has been crystallized at this stage, and the P
t is because the degree of freedom is small. The crystallized first
From the lower Pt electrode 12 to the second PZ
This is because Pt diffusion into the T film 14 is also prevented.

【0022】その後、図2(c)に示すように、第2の
PZT膜14上にスパッタにより上部Pt電極15を堆
積する。その後は図示しないが、ここまでの積層構造を
パターニングして、強誘電体キャパシタC1を形成す
る。具体的なパターニング工程は、まず所定のレジスト
パターンを用いて、上部Pt電極15、第2のPZT膜
14、及び第1のPZT膜13を順次エッチングする。
このエッチングには、Ar/Cl2/CF4ガスを用いた
RIE法を適用し、下部Pt電極12の表面を僅かに除
去するようにオーバーエッチングを行う。そして、レジ
ストパターンを除去して保護膜16を形成した後、先の
レジストパターンより広い範囲を覆うレジストパターン
を再度形成して、保護膜16及び下部Pt電極12をエ
ッチングする。保護膜16としては、水素等の侵入をブ
ロックすることができるSixNy、TiOx、Tix
SiyNz等が用いられる。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, an upper Pt electrode 15 is deposited on the second PZT film 14 by sputtering. Thereafter, although not shown, the laminated structure up to this point is patterned to form a ferroelectric capacitor C1. In a specific patterning step, first, the upper Pt electrode 15, the second PZT film 14, and the first PZT film 13 are sequentially etched using a predetermined resist pattern.
For this etching, an RIE method using an Ar / Cl 2 / CF 4 gas is applied, and over-etching is performed so as to slightly remove the surface of the lower Pt electrode 12. Then, after removing the resist pattern to form the protective film 16, a resist pattern covering a wider area than the previous resist pattern is formed again, and the protective film 16 and the lower Pt electrode 12 are etched. As the protective film 16, SixNy, TiOx, Tix capable of blocking intrusion of hydrogen or the like can be used.
SiyNz or the like is used.

【0023】なお、この実施の形態による強誘電体メモ
リのメモリセルが例えば、強誘電体キャパシタC1とM
OSトランジスタによる1トランジスタ/1キャパシタ
構造として形成される場合につき、そのメモリセル構造
の一例を示すと、図3のようになる。基板10には、図
示のようにシリコン基板1の素子分離絶縁膜2により区
画された領域にMOSトランジスタ3が形成され、この
上がシリコン酸化膜等の層間絶縁膜4により覆われる。
The memory cells of the ferroelectric memory according to this embodiment are, for example, ferroelectric capacitors C1 and M
FIG. 3 shows an example of the memory cell structure in the case where the memory cell is formed as a one-transistor / one-capacitor structure using OS transistors. As shown, a MOS transistor 3 is formed on a substrate 10 in a region defined by an element isolation insulating film 2 of a silicon substrate 1, and the MOS transistor 3 is covered with an interlayer insulating film 4 such as a silicon oxide film.

【0024】層間絶縁膜4には、MOSトランジスタ3
の一方の拡散層に対するコンタクトプラグ7が埋め込ま
れる。層間絶縁膜4にはまた、MOSトランジスタの他
方の拡散層に接続されるビット線5が埋設される。この
層間絶縁膜4の上に、上述した強誘電体キャパシタC1
が形成される。図の例では、下部Pt電極12がコンタ
クトプラグ7を介してMOSトランジスタに接続され、
この接続ノードがメモリノードとなる。キャパシタC1
の上には更に層間絶縁膜17が形成される。この層間絶
縁膜17上に、キャパシタC1の上部Pt電極15に接
続されるプレート配線18が形成される。
The interlayer insulating film 4 has a MOS transistor 3
The contact plug 7 for one of the diffusion layers is buried. A bit line 5 connected to the other diffusion layer of the MOS transistor is buried in the interlayer insulating film 4. On the interlayer insulating film 4, the above-described ferroelectric capacitor C1 is formed.
Is formed. In the example shown, the lower Pt electrode 12 is connected to the MOS transistor via the contact plug 7,
This connection node becomes a memory node. Capacitor C1
On top of this, an interlayer insulating film 17 is further formed. On the interlayer insulating film 17, a plate wiring 18 connected to the upper Pt electrode 15 of the capacitor C1 is formed.

【0025】図4は、この実施の形態による強誘電体キ
ャパシタC1の分極特性を従来例の強誘電体キャパシタ
と比較して示している。従来例の強誘電体キャパシタ
は、下部Pt電極上に一層のPZT膜を形成し、熱処理
によりこれを結晶化させた後、その上に上部Pt電極を
形成したものである。従来例での自発分極量はおよそ、
2Pr1=10μC/cm2であるのに対し、この実施
の形態での自発分極量はおよそ、2Pr2=30μC/
cm2が得られている。
FIG. 4 shows the polarization characteristics of the ferroelectric capacitor C1 according to this embodiment in comparison with the ferroelectric capacitor of the prior art. In the conventional ferroelectric capacitor, one layer of PZT film is formed on a lower Pt electrode, which is crystallized by a heat treatment, and then an upper Pt electrode is formed thereon. The spontaneous polarization in the conventional example is approximately
While 2Pr1 = 10 μC / cm 2 , the amount of spontaneous polarization in this embodiment is approximately 2Pr2 = 30 μC / cm 2.
cm 2 have been obtained.

【0026】この実施の形態により上述のような大きな
自発分極が得られる理由は、PZT膜が二層構造により
形成され、且つ第1のPZT膜13が第2のPZT膜1
4の形成前に結晶化処理されて、第1のPZT膜13に
下部Pt電極12からPtが拡散していること、及びそ
の結果として第2のPZT膜14にはPtの拡散がない
こと、の結果である。このことは、SIMS分析の結果
により明らかになっている。
The reason why the above-described embodiment can obtain such a large spontaneous polarization is that the PZT film is formed by a two-layer structure and the first PZT film 13 is formed by the second PZT film 1.
4 that Pt is diffused from the lower Pt electrode 12 into the first PZT film 13 by crystallization prior to the formation of the Pt 4, and that Pt is not diffused into the second PZT film 14 as a result, Is the result of This is clear from the results of the SIMS analysis.

【0027】図5及び図6はそれぞれ、この実施の形態
による強誘電体キャパシタC1と従来例の強誘電体キャ
パシタについて、SIMS分析を行って得られたPt分
布とPb分布を示している。従来例の場合、図6に示す
ように、PZT膜には、下部Pt電極からの深いPt拡
散が認められる。このPt拡散層の部分は前述のように
導電性を示し、このため良好な分極特性が得られない。
これに対しこの実施の形態の場合、図5に示すように、
第1のPZT膜13にはPtが拡散しているが、第2の
PZT膜14にはPtの拡散は殆ど認められない。
FIGS. 5 and 6 show the Pt distribution and the Pb distribution obtained by performing SIMS analysis on the ferroelectric capacitor C1 according to this embodiment and the ferroelectric capacitor of the conventional example, respectively. In the case of the conventional example, as shown in FIG. 6, deep Pt diffusion from the lower Pt electrode is recognized in the PZT film. The portion of the Pt diffusion layer exhibits conductivity as described above, so that good polarization characteristics cannot be obtained.
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG.
Although Pt is diffused in the first PZT film 13, Pt is hardly diffused in the second PZT film 14.

【0028】また、Ptが拡散した第1のPZT膜13
は、下部Pt電極12側から第2のPZT膜14への水
素等の還元性元素の侵入に対するバリアとなる。このた
め、製造工程中、或いはその後の第2のPZT膜14に
対する水素等による還元作用が抑制されて、分極特性の
劣化も抑えられる。
The first PZT film 13 in which Pt is diffused
Serves as a barrier against invasion of reducing elements such as hydrogen from the lower Pt electrode 12 side to the second PZT film 14. Therefore, the reduction action of the second PZT film 14 by hydrogen or the like during or after the manufacturing process is suppressed, and the deterioration of the polarization characteristics is also suppressed.

【0029】実施の形態2 図7は、この発明を強誘電体メモリに適用した実施の形
態2による強誘電体キャパシタC2の構造を、図1に対
応させて示している。基板10は、シリコン酸化膜等の
絶縁膜で覆われたシリコン基板である。この基板10上
に、下部電極として、Ti膜11を介してPt電極12
が形成されている。Ti膜11はPt電極12とシリコ
ン酸化膜等との密着性を良好にするために設けられてい
る。Pt電極12上には、第1のPZT膜13、第2の
PZT膜14及び第3のPZT膜21が積層され、第3
のPZT膜21上に上部電極としてPt電極15が形成
されている。
Second Embodiment FIG. 7 shows a structure of a ferroelectric capacitor C2 according to a second embodiment in which the present invention is applied to a ferroelectric memory, corresponding to FIG. The substrate 10 is a silicon substrate covered with an insulating film such as a silicon oxide film. A Pt electrode 12 is formed on the substrate 10 via a Ti film 11 as a lower electrode.
Are formed. The Ti film 11 is provided for improving the adhesion between the Pt electrode 12 and the silicon oxide film or the like. On the Pt electrode 12, a first PZT film 13, a second PZT film 14, and a third PZT film 21 are laminated.
A Pt electrode 15 is formed on the PZT film 21 as an upper electrode.

【0030】この実施の形態では、強誘電体キャパシタ
C2は、図示のようにパターニングされ、還元性ガスに
対する保護膜16で覆われている。保護膜16は特に、
PZT膜13,14とPt電極12,15との界面が露
出する側面を覆って、これらの界面への還元性ガスの侵
入を防止するようにしている。
In this embodiment, the ferroelectric capacitor C2 is patterned as shown, and is covered with a protective film 16 for reducing gas. In particular, the protective film 16
The interface between the PZT films 13 and 14 and the Pt electrodes 12 and 15 is covered with the exposed side surfaces to prevent the intrusion of the reducing gas into these interfaces.

【0031】この実施の形態による強誘電体キャパシタ
C2の製造工程を、具体的に図2に対応させて、図8に
示している。図8(a)に示すように、基板10上に、
20nm程度のTi膜、200nm程度のPt電極12
をスパッタにより順次堆積する。この状態で好ましく
は、酸素雰囲気中、500℃程度の熱処理を行う。次い
で、Pt電極12上に、第1のPZT膜13をゾルゲル
法又はスパッタ法により堆積する。第1のPZT膜13
は、5〜50nm、より好ましくは10〜20nmの厚
みとする。第1のPZT膜13はこの段階ではアモルフ
ァス状態である。
FIG. 8 shows a manufacturing process of the ferroelectric capacitor C2 according to this embodiment, specifically corresponding to FIG. As shown in FIG. 8A, on the substrate 10,
Ti film of about 20 nm, Pt electrode 12 of about 200 nm
Are sequentially deposited by sputtering. In this state, heat treatment is preferably performed at about 500 ° C. in an oxygen atmosphere. Next, a first PZT film 13 is deposited on the Pt electrode 12 by a sol-gel method or a sputtering method. First PZT film 13
Has a thickness of 5 to 50 nm, more preferably 10 to 20 nm. At this stage, the first PZT film 13 is in an amorphous state.

【0032】この後、酸素雰囲気中、650〜750℃
で熱処理を行い、第1のPZT膜13を結晶化させる。
この結晶化の工程で、Pt電極12と第1のPZT膜1
3の間で拡散反応が生じ、第1のPZT膜13はPtを
含んで結晶化される。
Thereafter, in an oxygen atmosphere, at 650 to 750 ° C.
Is performed to crystallize the first PZT film 13.
In this crystallization step, the Pt electrode 12 and the first PZT film 1
3, a diffusion reaction occurs, and the first PZT film 13 is crystallized including Pt.

【0033】次に、図8(b)に示すように、第1のP
ZT膜13上に第2のPZT膜14をゾルゲル法又はス
パツタ法により堆積する。この第2のPZT膜14の膜
厚は、300〜2000nmとする。そして、酸素雰囲
気中、650〜750℃で熱処理を行い、第2のPZT
膜13を結晶化させる。この結晶化の工程では、第2の
PZT膜14には殆どPtの拡散がない。
Next, as shown in FIG. 8B, the first P
A second PZT film 14 is deposited on the ZT film 13 by a sol-gel method or a sputter method. The thickness of the second PZT film 14 is 300 to 2000 nm. Then, heat treatment is performed at 650 to 750 ° C. in an oxygen atmosphere, and the second PZT
The film 13 is crystallized. In this crystallization step, the second PZT film 14 hardly diffuses Pt.

【0034】その後、図8(c)に示すように、第2の
PZT膜14上にゾルゲル法又はスパッタ法により第3
のPZT膜21を5〜50nm、より好ましくは10〜
20nmの厚みで堆積し、引き続きスパッタにより上部
Pt電極15を堆積する。その後、酸素雰囲気中、65
0〜750℃で熱処理を行い、第3のPZT膜21を結
晶化させる。この結晶化の工程で第3のPZT膜21に
は上部Pt電極15からPtが拡散して、第3のPZT
膜21は、導電性となる。ここまでの積層構造をパター
ニングして、保護膜16を形成することは、先の実施の
形態1と同様である。
Thereafter, as shown in FIG. 8C, a third PZT film 14 is formed on the second PZT film 14 by a sol-gel method or a sputtering method.
Of the PZT film 21 is 5 to 50 nm, more preferably 10 to 50 nm.
Then, the upper Pt electrode 15 is deposited by sputtering. Then, in an oxygen atmosphere, 65
Heat treatment is performed at 0 to 750 ° C. to crystallize the third PZT film 21. In this crystallization step, Pt diffuses from the upper Pt electrode 15 into the third PZT film 21 to form a third PZT film.
The film 21 becomes conductive. The protective film 16 is formed by patterning the stacked structure up to this point, as in the first embodiment.

【0035】この実施の形態2では、先の実施の形態1
と異なり、PZT膜が3層構造となっていて、第3のP
ZT膜21は、上部Pt電極15を堆積した後に結晶化
されている。そしてこの上部Pt電極15を形成した後
の結晶化処理によって、第3のPZT膜21と上部Pt
電極15の間の低抵抗接触が得られる。また、第3のP
ZT膜21には上述のようにPtが拡散するが、第2の
PZT膜14は既に結晶化されていて、Ptの拡散は殆
どないようにすることができる。
In the second embodiment, the first embodiment is used.
Unlike the PZT film, which has a three-layer structure,
The ZT film 21 is crystallized after depositing the upper Pt electrode 15. Then, the third PZT film 21 and the upper Pt
A low resistance contact between the electrodes 15 is obtained. Also, the third P
Although Pt diffuses into the ZT film 21 as described above, the second PZT film 14 has already been crystallized, and it is possible to make the diffusion of Pt almost nil.

【0036】図9は、この実施の形態2による強誘電体
キャパシタC2のSIMS分析によるPt分布とPb分
布を示している。図示のように、第1及び第3のPZT
膜13及び21には多くのPt拡散が認められるのに対
し、第2のPZT膜14には殆どPtの拡散はない。
FIG. 9 shows a Pt distribution and a Pb distribution of the ferroelectric capacitor C2 according to the second embodiment by SIMS analysis. As shown, the first and third PZTs
While a large amount of Pt diffusion is observed in the films 13 and 21, the second PZT film 14 hardly diffuses Pt.

【0037】従ってこの実施の形態2の場合も、第2の
PZT膜14が分極特性を決定する実質的なキャパシタ
誘電体膜として機能し、リークの少ない優れた分極特性
を示す。また第2のPZT膜14の膜厚を選択すること
により、強誘電体キャパシタの薄膜化が可能になる。ま
たこの実施の形態2では、第1のPZT膜13が下部P
t電極12の触媒作用による第2のPZT膜14の水素
劣化を抑制するバリアになると同時に、第3のPZT膜
21が上部Pt電極15の触媒作用による第2のPZT
膜14の水素劣化を抑制するバリアとして働く。これに
より、劣化のより少ない安定した分極特性が得られる。
Therefore, also in the second embodiment, the second PZT film 14 functions as a substantial capacitor dielectric film that determines the polarization characteristics, and exhibits excellent polarization characteristics with little leakage. Also, by selecting the thickness of the second PZT film 14, the ferroelectric capacitor can be made thinner. In the second embodiment, the first PZT film 13 is
At the same time, the third PZT film 21 serves as a barrier for suppressing hydrogen degradation of the second PZT film 14 due to the catalytic action of the t-electrode 12, and the second PZT film 21 acts as the second PZT
It functions as a barrier that suppresses hydrogen deterioration of the film 14. Thereby, stable polarization characteristics with less deterioration can be obtained.

【0038】この発明は強誘電体キャパシタに限らず、
高誘電体キャパシタを用いるDRAM等にも適用でき
る。この場合の高誘電体キャパシタの金属酸化物誘電体
としては、比誘電率が50以上の例えば、BSTO;
(Ba,Sr)TiO3 が用いられる。この発明をそ
の様な高誘電体キャパシタに適用した実施の形態につい
て、以下に説明する。
The present invention is not limited to ferroelectric capacitors,
The present invention can be applied to a DRAM using a high dielectric capacitor. In this case, as the metal oxide dielectric of the high dielectric capacitor, for example, BSTO having a relative dielectric constant of 50 or more;
(Ba, Sr) TiO 3 is used. An embodiment in which the present invention is applied to such a high dielectric capacitor will be described below.

【0039】実施の形態3 図10は、この発明の実施の形態3による高誘電体キャ
パシタC11の構造を、実施の形態1の図1に対応させ
て示す。下部Pt電極12の上に第1のBSTO膜22
と第2のBSTO膜23が積層され、この上に上部Pt
電極15が形成されている。製造工程は、実施の形態1
と同様であり、第1のBSTO膜22の結晶化の熱処理
工程で第1のBSTO膜22にはPtが拡散する。その
後形成される第2のBSTO膜23は、上部Pt電極1
5の堆積前に結晶化され、これにはPtの拡散は殆どな
い。
Third Embodiment FIG. 10 shows a structure of a high dielectric capacitor C11 according to a third embodiment of the present invention, corresponding to FIG. 1 of the first embodiment. A first BSTO film 22 on the lower Pt electrode 12
And a second BSTO film 23 are laminated, and an upper Pt
An electrode 15 is formed. The manufacturing process is the same as in the first embodiment.
In the same manner as described above, Pt diffuses into the first BSTO film 22 in the heat treatment step for crystallization of the first BSTO film 22. The second BSTO film 23 formed thereafter is formed on the upper Pt electrode 1.
Crystallized before deposition of 5, which has little diffusion of Pt.

【0040】この実施の形態の場合、強誘電体キャパシ
タと異なり、水素等の還元作用による分極特性の劣化と
いう問題はもともとない。しかし、第2のBSTO膜2
3がリークの少ない実質的な高誘電体キャパシタのキャ
パシタ誘電体膜として機能するから、優れた電荷保持特
性が得られる。また、第2のBSTO膜23への下部電
極構成元素の拡散がないため、膜厚のスケーリングが容
易になるという効果が得られる。
In the case of this embodiment, unlike the ferroelectric capacitor, the problem of the deterioration of the polarization characteristics due to the reducing action of hydrogen or the like does not occur. However, the second BSTO film 2
3 functions as a capacitor dielectric film of a substantially high-dielectric capacitor with little leakage, so that excellent charge retention characteristics can be obtained. Further, since there is no diffusion of the constituent elements of the lower electrode into the second BSTO film 23, the effect of facilitating the scaling of the film thickness can be obtained.

【0041】実施の形態4 図11は、この発明の実施の形態4による高誘電体キャ
パシタC12の構造を、実施の形態2の図7に対応させ
て示す。下部Pt電極12の上に第1のBSTO膜2
2、第2のBSTO膜23及び第3のBSTO膜24が
積層され、この上に上部Pt電極15が形成されてい
る。製造工程は、実施の形態2と同様であり、第1のB
STO膜22の結晶化の熱処理工程で第1のBSTO膜
22にはPtが拡散する。また第3のBSTO膜24
は、上部Pt電極15を堆積した後の結晶化処理によ
り、Ptが拡散される。第2のBSTO膜23には、殆
どPtの拡散はない。この実施の形態によっても同様
に、リークの少ない電荷保持特性が得られ、膜厚のスケ
ーリングが容易になる。
Fourth Embodiment FIG. 11 shows a structure of a high dielectric capacitor C12 according to a fourth embodiment of the present invention, corresponding to FIG. 7 of the second embodiment. First BSTO film 2 on lower Pt electrode 12
2, a second BSTO film 23 and a third BSTO film 24 are stacked, and an upper Pt electrode 15 is formed thereon. The manufacturing process is the same as in the second embodiment, and the first B
Pt diffuses into the first BSTO film 22 in the heat treatment step of crystallization of the STO film 22. Also, the third BSTO film 24
In the case, Pt is diffused by a crystallization process after depositing the upper Pt electrode 15. The second BSTO film 23 hardly diffuses Pt. Also in this embodiment, similarly, charge retention characteristics with less leakage can be obtained, and the film thickness can be easily scaled.

【0042】実施の形態5 上記各実施の形態で説明した第1の金属酸化物誘電体膜
について、これを複数ステップにより形成した複数層と
することもできる。具体的には。薄い金属酸化物誘電体
膜を堆積し、結晶化の熱処理を行って、次の金属酸化物
誘電体膜を堆積する、というステップを繰り返す。この
様な手法を用いると、第1の金属酸化物誘電体膜をトー
タルとしてより薄くすることができる。何故なら、薄い
金属酸化物誘電体膜を順次結晶化しながら重ねることに
よって、下部Pt電極から上部の金属酸化物誘電体膜へ
のPt拡散の深さを1層のみで必要な厚み形成する場合
より小さくできるあるからである。
Fifth Embodiment The first metal oxide dielectric film described in each of the above embodiments may be formed into a plurality of layers formed by a plurality of steps. In particular. The steps of depositing a thin metal oxide dielectric film, performing a heat treatment for crystallization, and depositing the next metal oxide dielectric film are repeated. By using such a technique, the first metal oxide dielectric film can be made thinner as a whole. This is because, by stacking thin metal oxide dielectric films while sequentially crystallizing them, the depth of Pt diffusion from the lower Pt electrode to the upper metal oxide dielectric film can be reduced to a required thickness with only one layer. This is because it can be made smaller.

【0043】この発明は、上記実施の形態に限られな
い。例えば、強誘電体キャパシタについての上記実施の
形態では、金属酸化物強誘電体膜としてPZTを用いた
が、他の強誘電体膜例えば、SBT(SrBi2Ta2
9)を用いた場合にも、この発明を適用することができ
る。高誘電体キャパシタについても、比誘電率が50以
上の他の金属酸化物誘電体膜を用いることができる。更
に、上下電極として、Pt電極に限らず、Ru、RuO
2等を用いた場合にもこの発明は有効である。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment of the ferroelectric capacitor, PZT is used as the metal oxide ferroelectric film, but other ferroelectric films, for example, SBT (SrBi 2 Ta 2 O)
The present invention can be applied to the case where 9 ) is used. As for the high dielectric capacitor, another metal oxide dielectric film having a relative dielectric constant of 50 or more can be used. Further, the upper and lower electrodes are not limited to the Pt electrodes, but may be Ru, RuO.
The present invention is also effective when using 2 or the like.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、金
属酸化物誘電体膜を複数層構造とすることにより、リー
クが少なく且つ膜厚のスケーリングが容易で、優れた分
極特性或いは電荷保持特性を示すキャパシタを持つ半導
体集積回路が得られる。
As described above, according to the present invention, since the metal oxide dielectric film has a multi-layer structure, the leakage is small, the film thickness is easily scaled, and the excellent polarization characteristics or charge retention is achieved. A semiconductor integrated circuit having a capacitor exhibiting characteristics is obtained.

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

【図1】この発明の実施の形態1による強誘電体キャパ
シタの構造を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a ferroelectric capacitor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同実施の形態1による強誘電体キャパシタの製
造工程を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the ferroelectric capacitor according to the first embodiment.

【図3】同実施の形態1によるメモリセル構造を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a memory cell structure according to the first embodiment.

【図4】同実施の形態1による強誘電体キャパシタの分
極特性を従来例と比較して示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing polarization characteristics of the ferroelectric capacitor according to the first embodiment in comparison with a conventional example.

【図5】同実施の形態1による強誘電体キャパシタのS
IMS分析結果を示す図である。
FIG. 5 shows S of the ferroelectric capacitor according to the first embodiment.
It is a figure showing an IMS analysis result.

【図6】従来例の強誘電体キャパシタのSIMS分析結
果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a result of SIMS analysis of a conventional ferroelectric capacitor.

【図7】この発明の実施の形態2による強誘電体キャパ
シタの構造を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a structure of a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図8】同実施の形態2による強誘電体キャパシタの製
造工程を示す図である。
FIG. 8 is a view showing a manufacturing process of the ferroelectric capacitor according to the second embodiment.

【図9】同実施の形態2による強誘電体キャパシタのS
IMS分析結果を示す図である。
FIG. 9 shows S of the ferroelectric capacitor according to the second embodiment.
It is a figure showing an IMS analysis result.

【図10】この発明の実施の形態3による高誘電体キャ
パシタの構造を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a structure of a high dielectric capacitor according to Embodiment 3 of the present invention.

【図11】この発明の実施の形態4による高誘電体キャ
パシタの構造を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a structure of a high dielectric capacitor according to Embodiment 4 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基板、11…Ti膜、12…Pt電極、13…第
1のPZT膜、14…第2のPZT膜、15…Pt電
極、17…保護膜、21…第3のPZT膜、22…第1
のBSTO膜、23…第2のBSTO膜、24…第3の
BSTO膜、C1,C2…強誘電体キャパシタ、C1
1,C12…高誘電体キャパシタ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate, 11 ... Ti film, 12 ... Pt electrode, 13 ... First PZT film, 14 ... Second PZT film, 15 ... Pt electrode, 17 ... Protective film, 21 ... Third PZT film, 22 ... First
BSTO film, 23 ... second BSTO film, 24 ... third BSTO film, C1, C2 ... ferroelectric capacitor, C1
1, C12: High dielectric capacitor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F083 AD21 FR02 GA06 GA27 JA13 JA14 JA15 JA17 JA38 JA39 JA43 JA45 JA56 JA60 PR00 PR03 PR22 PR33  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 5F083 AD21 FR02 GA06 GA27 JA13 JA14 JA15 JA17 JA38 JA39 JA43 JA45 JA56 JA60 PR00 PR03 PR22 PR33

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下部電極上に形成されて結晶化された第
1の金属酸化物誘電体膜と、 この第1の金属酸化物誘電体膜上に形成されて結晶化さ
れた第2の金属酸化物誘電体膜と、 この第2の金属酸化物誘電体膜上に形成された上部電極
と、を有することを特徴とする半導体集積回路。
1. A first metal oxide dielectric film formed on a lower electrode and crystallized, and a second metal formed on the first metal oxide dielectric film and crystallized. A semiconductor integrated circuit comprising: an oxide dielectric film; and an upper electrode formed on the second metal oxide dielectric film.
【請求項2】 前記第1及び第2の金属酸化物誘電体膜
は、強誘電体膜であることを特徴とする請求項1記載の
半導体集積回路。
2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein said first and second metal oxide dielectric films are ferroelectric films.
【請求項3】 前記第1の金属酸化物誘電体膜は、前記
下部電極からの拡散による下部電極の構成元素を含んで
結晶化されていることを特徴とする請求項1記載の半導
体集積回路。
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the first metal oxide dielectric film is crystallized including a constituent element of the lower electrode by diffusion from the lower electrode. .
【請求項4】 前記第1及び第2の金属酸化物誘電体膜
は、比誘電率が50以上の高誘電体膜であることを特徴
とする請求項1記載の半導体集積回路。
4. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein said first and second metal oxide dielectric films are high dielectric films having a relative dielectric constant of 50 or more.
【請求項5】 下部電極上に形成されて結晶化された第
1の金属酸化物誘電体膜と、 この第1の金属酸化物誘電体膜上に形成されて結晶化さ
れた第2の金属酸化物誘電体膜と、 この第2の金属酸化物誘電体膜上に形成されて結晶化さ
れた第3の金属酸化物誘電体膜と、 この第3の金属酸化物誘電体膜上に形成された上部電極
と、を有することを特徴とする半導体集積回路。
5. A first metal oxide dielectric film formed on a lower electrode and crystallized, and a second metal formed on the first metal oxide dielectric film and crystallized. An oxide dielectric film; a third metal oxide dielectric film formed on the second metal oxide dielectric film and crystallized; and a third metal oxide dielectric film formed on the third metal oxide dielectric film. A semiconductor integrated circuit, comprising: an upper electrode;
【請求項6】 前記第1乃至第3の金属酸化物誘電体膜
は、強誘電体膜であることを特徴とする請求項5記載の
半導体集積回路。
6. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein said first to third metal oxide dielectric films are ferroelectric films.
【請求項7】 前記第1の金属酸化物誘電体膜は、前記
下部電極からの拡散による下部電極の構成元素を含んで
結晶化され、 前記第3の金属酸化物誘電体膜は、前記上部電極からの
拡散による上部電極の構成元素を含んで結晶化されてい
ることを特徴とする請求項5記載の半導体集積回路。
7. The first metal oxide dielectric film is crystallized including a constituent element of a lower electrode by diffusion from the lower electrode, and the third metal oxide dielectric film is 6. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein the semiconductor integrated circuit is crystallized including a constituent element of the upper electrode by diffusion from the electrode.
【請求項8】 前記第1乃至第3の金属酸化物誘電体膜
は、比誘電率が50以上の高誘電体膜であることを特徴
とする請求項5記載の半導体集積回路。
8. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein said first to third metal oxide dielectric films are high dielectric films having a relative dielectric constant of 50 or more.
【請求項9】 前記強誘電体膜は、ペロブスカイト型結
晶構造を有することを特徴とする請求項2又は6に記載
の半導体集積回路。
9. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein said ferroelectric film has a perovskite-type crystal structure.
【請求項10】 下部電極上に第1の金属酸化物誘電体
膜を堆積し、熱処理により第1の金属酸化物膜を結晶化
させる工程と、 前記第1の金属酸化物誘電体膜上に第2の金属酸化物誘
電体膜を堆積し、熱処理により第2の金属酸化物誘電体
膜を結晶化させる工程と、 前記第2の金属酸化物誘電体膜上に上部電極を形成する
工程と、を有することを特徴とする半導体集積回路の製
造方法。
10. A step of depositing a first metal oxide dielectric film on a lower electrode and crystallizing the first metal oxide film by heat treatment; Depositing a second metal oxide dielectric film, crystallizing the second metal oxide dielectric film by heat treatment, and forming an upper electrode on the second metal oxide dielectric film. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit, comprising:
【請求項11】 前記第1及び第2の金属酸化物誘電体
膜は、強誘電体膜であることを特徴とする請求項10記
載の半導体集積回路の製造方法。
11. The method according to claim 10, wherein the first and second metal oxide dielectric films are ferroelectric films.
【請求項12】 前記第1の金属酸化物誘電体膜は、前
記下部電極からの拡散による下部電極の構成元素を含ん
で結晶化されることを特徴とする請求項10記載の半導
体集積回路の製造方法。
12. The semiconductor integrated circuit according to claim 10, wherein the first metal oxide dielectric film is crystallized including a constituent element of the lower electrode by diffusion from the lower electrode. Production method.
【請求項13】 前記第1及び第2の金属酸化物誘電体
膜は、比誘電率が50以上の高誘電体膜であることを特
徴とする請求項10記載の半導体集積回路の製造方法。
13. The method according to claim 10, wherein the first and second metal oxide dielectric films are high dielectric films having a relative dielectric constant of 50 or more.
【請求項14】 下部電極上に第1の金属酸化物誘電体
膜を堆積し、熱処理により第1の金属酸化物膜を結晶化
させる工程と、 前記第1の金属酸化物誘電体膜上に第2の金属酸化物誘
電体膜を堆積し、熱処理により第2の金属酸化物誘電体
膜を結晶化させる工程と、 前記第2の金属酸化物誘電体膜上に第3の金属酸化物誘
電体膜を堆積する工程と、 前記第3の金属酸化物誘電体膜上に上部電極を形成する
工程と、 熱処理を行って前記第3の金属酸化物誘電体膜を結晶化
させる工程と、を有することを特徴とする半導体集積回
路の製造方法。
14. A step of depositing a first metal oxide dielectric film on a lower electrode and crystallizing the first metal oxide film by heat treatment; Depositing a second metal oxide dielectric film and crystallizing the second metal oxide dielectric film by heat treatment; and forming a third metal oxide dielectric film on the second metal oxide dielectric film. A step of depositing a body film, a step of forming an upper electrode on the third metal oxide dielectric film, and a step of performing heat treatment to crystallize the third metal oxide dielectric film. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit, comprising:
【請求項15】 前記第1乃至第3の金属酸化物誘電体
膜は、強誘電体膜であることを特徴とする請求項14記
載の半導体集積回路の製造方法。
15. The method according to claim 14, wherein the first to third metal oxide dielectric films are ferroelectric films.
【請求項16】 前記第1の金属酸化物誘電体膜は、前
記下部電極からの拡散による下部電極の構成元素を含ん
で結晶化され、 前記第3の金属酸化物誘電体膜は、前記上部電極からの
拡散による上部電極の構成元素を含んで結晶化されてい
ることを特徴とする請求項14記載の半導体集積回路の
製造方法。
16. The first metal oxide dielectric film is crystallized including a constituent element of a lower electrode by diffusion from the lower electrode, and the third metal oxide dielectric film is 15. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to claim 14, wherein the semiconductor integrated circuit is crystallized including a constituent element of the upper electrode by diffusion from the electrode.
【請求項17】 前記第1乃至第3の金属酸化物誘電体
膜は、比誘電率が50以上の高誘電体膜であることを特
徴とする請求項14記載の半導体集積回路の製造方法。
17. The method according to claim 14, wherein the first to third metal oxide dielectric films are high dielectric films having a relative dielectric constant of 50 or more.
【請求項18】 前記強誘電体膜は、ペロブスカイト型
結晶構造を有することを特徴とする請求項11又は15
に記載の半導体集積回路の製造方法。
18. The ferroelectric film according to claim 11, wherein the ferroelectric film has a perovskite crystal structure.
3. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to 1.
【請求項19】 前記第1の金属酸化物誘電体膜は、所
定膜厚の金属酸化物誘電体膜の堆積と結晶化の熱処理と
を複数ステップ繰り返すことにより、複数層として形成
することを特徴とする請求項10又は14に記載の半導
体集積回路の製造方法。
19. The first metal oxide dielectric film is formed as a plurality of layers by repeating a plurality of steps of depositing a metal oxide dielectric film having a predetermined thickness and heat treatment for crystallization. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to claim 10, wherein:
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