JP2000277706A - 強誘電体メモリ素子及びその製造方法 - Google Patents
強誘電体メモリ素子及びその製造方法Info
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Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract
の製造プロセスとを分離し、互いの製造プロセスが他方
のデバイスに影響を与えない強誘電体メモリ素子の製造
方法を提供する。 【解決手段】 絶縁基板(42)上にTFTを形成し、
強誘電体キャパシタを構成する下部電極(31)をTF
Tのソース電極(8)に接合してメモリセルを形成す
る。強誘電体キャパシタは、TFTの製造プロセスとは
別の製造プロセスで製造される。例えば、所望の薄膜プ
ロセスにより所定の基台上に成膜され、当該基台から剥
離したものである。
Description
特性を利用した強誘電体メモリ素子及びその製造技術に
関わる。
と極めて大きく、キャパシタの絶縁膜に用いれば大規模
集積回路に好適な小面積、大容量のキャパシタが得られ
る。強誘電体薄膜は自発分極を持ち、外部電場の作用に
より分極方向を反転させることができるため、この特性
を用いて不揮発性メモリを製造することができる。
は、例えば、特開平5−90606号公報、特開平2−
288368号公報、特開平9−162311号公報等
に開示されているように、メモリ素子を構成するセルト
ランジスタとキャパシタとを一連の製造プロセスで製造
していた。具体的には、基板上にMOSトランジスタ等
のセルトランジスタを形成した後、続いてソース電極上
に拡散防止層、下部電極、強誘電体薄膜及び上部電極を
所望の薄膜プロセスで成膜することで、セルトランジス
タに接合するキャパシタを形成していた。
rroelectrics,Voll.116,pp79-93“Recent Result on
Switching,Fatigue and Electrical Characteriza
tionof Sol-Gel based PZT Capacitors”にはゾル
・ゲル法を用いたチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zrx
Ti1−x)O3)の成膜法が開示されている。
者は、強誘電体薄膜をゾル・ゲル法のような、高温熱処
理を必要とする成膜法で成膜すると、高温熱処理の際
に、表面に露出しているセルトランジスタの結晶構造に
欠陥が生じることを見出した。このゾル・ゲル法は、チ
タン酸ジルコン酸鉛等の強誘電体膜前駆体(ゾル)を下
部電極上に所定の回数に分けて塗布/乾燥/脱脂し、R
TA(Rapid Thermal Annealing)によるファイナル
アニールで800℃前後の高温熱処理で前駆体を結晶化
させる成膜法である。このため、高温酸素雰囲気に接す
るセルトランジスタの結晶構造に欠陥が生じることにな
る。この欠陥を回復するためには水素アニールを行う必
要があるが、この水素アニールにより強誘電体薄膜の酸
素欠陥が生じ、強誘電体薄膜中の化学量論比が変化して
しまう。このため、キャパシタの特性劣化により強誘電
体メモリ素子の性能が劣化する。
スタとキャパシタは一連の連続プロセスで製造するので
はなく、それぞれを別途のルートで製造することが望ま
れる。そこで、本発明は、セルトランジスタの製造プロ
セスとキャパシタの製造プロセスを分離し、互いの製造
プロセスが他方のデバイスに影響を与えない強誘電体メ
モリ素子の製造方法を提供することを課題とする。ま
た、この製造方法で得られる強誘電体メモリ素子を提供
することを課題とする。
にセルトランジスタを形成し、他の基台上で形成した強
誘電体キャパシタを構成する一方の電極(電荷蓄積電
極)をセルトランジスタの電極に接合してメモリセルを
形成することで解決される。このような方法により、一
方のデバイスの製造プロセスが他方のデバイスに悪影響
を与えることがなく、高性能の強誘電体メモリ素子を提
供することができる。また、セルトランジスタとして、
半導体基板上に形成されるMOSトランジスタや、絶縁
基板上に形成される薄膜トランジスタ(TFT)であっ
てもよい。
の製造プロセスとは別の製造プロセスで製造される。例
えば、所望の薄膜プロセスにより所定の基台上に成膜さ
れ、当該基台から剥離したものである。基台からの剥離
は、例えば、光の照射により剥離を生じる剥離層を介し
て基台上に強誘電体キャパシタを形成し、当該光の照射
により基台から剥離することにより行なう。この場合、
強誘電体キャパシタの基台からの剥離は素子の他の部材
の構成を考慮して、強誘電体キャパシタのセルトランジ
スタへの接合前又は接合後の何れかを選択して行なう。
膜は、ゾル・ゲル法、MOD法、スパッタ法又は印刷法
で成膜することができる。また、強誘電体キャパシタを
構成する強誘電体薄膜の組成は、チタン酸鉛、ジルコン
酸チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジ
ルコン酸チタン酸鉛ランタン又は、マグネシウムニオブ
酸ジルコニウムチタン酸鉛のうち何れかを使用すること
ができる。
ンジスタの電極に直接接合する下部電極を備えた強誘電
体キャパシタを、メモリセルを構成するキャパシタとす
るものである。かかる構成により、従来必要とされた拡
散防止層を省略することができる。
機器の不揮発性メモリとして使用することができる。情
報処理機器とは、コンピュータ、プリンタ等のCPU、
メモリ、データの入出力装置を備えたものをいう。
態について説明する。まず、図1を参照して強誘電キャ
パシタの製造プロセスについて説明し、図2及び図3を
参照してセルトランジスタの製造プロセスについて説明
する。 (強誘電キャパシタの製造プロセス)本プロセスは、基
台上に強誘電キャパシタを構成する下部電極と強誘電体
薄膜を成膜し、これを基台から剥離して、別プロセスで
形成されたセルトランジスタのソース電極に下部電極を
接合するものである。以下、各工程を順を追って説明す
る。
台40は、照射光が透過しうる透光性を有するものであ
って、後述する強誘電体薄膜の成形プロセスに対する耐
熱性および耐食性を備えるものであればよい。照射光の
透過率は、10%以上であることがことましく、50%
以上であることがより好ましい。透過率が低すぎると照
射光の減衰が大きくなり、剥離層41を剥離させるのに
より大きなエネルギーを要するからである。
膜の成形プロセスによって、例えば400℃〜900℃
以上となることがあるため、これらの温度に耐えられる
性質を備えていることが好ましい。基台40が耐熱性に
優れていれば、強誘電体薄膜の成形条件において、温度
設定が自由に行えるからである。
度をTmaxとしたとき、歪点がTmax以上の材料の
構成されていることが好ましい。具体的には、歪点が3
50℃以上であることが好ましく、500℃以上である
ことがさらに好ましい。このような材料としては、例え
ば、石英ガラス、ソーダガラス、コーニング7059、
日本電気ガラスOA―2等の耐熱性ガラスがある。特
に、石英ガラスは、耐熱性に優れる。その歪点は、通常
のガラスが400℃〜600℃であるのに対し、100
0℃である。
いが、0.1mm〜0.5mm程度であることが好まし
く、0.5mm〜1.5mmであることがより好まし
い。基台40の厚さが薄すぎると強度の低下を招き、逆
に厚すぎると、基台40の透過率が低い場合に照射光の
減衰を招くからである。ただし、基台40の照射光の透
過率が高い場合には、前記上限値を越えてその厚みを厚
くすることができる。
めに、基台40の厚みは均一であることが好ましい。
により当該層内や界面において剥離(「層内剥離」また
は「界面剥離」ともいう)を生ずる薄膜である。この剥
離層41に一定強度の光を照射することにより、剥離層
41を構成する原子または分子における原子間または分
子間の結合力が消失しまたは減少し、アブレーション(a
blation)等を生じ、剥離を起こすものである。また、照
射光の照射により、剥離層41から気体が放出され、分
離に至る場合もある。剥離層41に含有されていた成分
が気体となって放出され分離に至る場合と、剥離層41
が光を吸収して気体になり、その蒸気が放出されて分離
に至る場合とがある。
下の種類が考えられる。 (1)非晶質シリコン(a−Si) この非晶質シリコン中には、H(水素)が含有されてい
てもよい。水素の含有量は、2at%程度以上であるこ
とが好ましく、2at%〜20at%であることがさら
に好ましい。水素が含有されていると、光の照射により
水素が放出されることにより剥離層に内圧が発生し、こ
れが剥離を促進するからである。水素の含有量は、成膜
条件、例えば、CVD法を用いる場合には、そのガス組
成、ガス圧力、ガス雰囲気、ガス流量、ガス温度、基板
温度、投入する光のパワー等の条件を適宜設定すること
によって調整する。 (2)酸化ケイ素若しくはケイ酸化合物、酸化チタン若
しくはチタン酸化合物、酸化ジルコニウム若しくはジル
コン酸化合物、酸化ランタン若しくはランタン酸化合物
等の各種酸化物セラミックス、または誘電体あるいは半
導体 酸化珪素としては、SiO、SiO2、Si3O2が挙
げられる。珪酸化合物としては、例えばK2Si3、L
i2SiO3、CaSiO3、ZrSiO4、Na2S
O3が挙げられる。
2O3、TiO2が挙げられる。チタン酸化合物として
は、例えば、BaTiO4、BaTiO3、CaTiO
3、SrTiO3、PbTi3,MgTiO3、ZrT
i2,SnTiO4,Al2Ti5,FeTiO3、B
aTi5O11、が挙げられる。
げられる。ジルコン酸化合物としては、例えば、BaZ
rO3、ZrSiO4、PbZrO3、MgZrO3、
K2ZrO3が挙げられる。 (3)窒化ケイ素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物
セラミックス (4)有機高分子材料 有機高分子材料としては、―CH2−、−CO−(ケト
ン)、−CONH−(アミド)、−NH−(イミド)、
−COO−(エステル)、−N=N−(アゾ)、−CH
=N−(シフ)等の結合(光の照射によりこれらの原子
間結合が切断される)を有するもの、特に、これらの結
合を多く有するものであれば、他の組成であってもよ
い。
香族炭化水素(1または2以上のベンゼン環またはその
縮合環)を有するものであってもよい。このような有機
高分子材料の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロ
ピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミ
ド、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート(PMM
A)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエ
ーテルスルホン(PES)、エポキシ樹脂等が挙げられ
る。 (5)金属 金属としては、例えば、Al、Li、Ti、Mn,I
n,Sn,Y,La,Ce,Nd,Pr,Gd若しくは
Sm、またはこれらのうち少なくとも一種を含む合金が
挙げられる。
μm程度であるのが好ましく、10nm〜2μm程度で
あるのがより好ましく、40nm〜1μm程度であるの
がさらに好ましい。剥離層の厚みが薄すぎると、形成さ
れた膜厚の均一性が失われて剥離にむらが生ずるからで
あり、剥離層41の厚みが厚すぎると、剥離に必要とさ
れる照射光のパワー(光量)を大きくする必要があった
り、また、剥離後に残された剥離層の残渣を除去するの
に時間を要したりするからである。
離層を形成可能な方法であればよく、剥離層41の組成
や厚み等の諸条件に応じて適宜選択することが可能であ
る。例えば、CVD(MOCVD、低圧CVD、ECR
―CVD含む)法、蒸着、分子線蒸着(MB)、スパッ
タリング法、イオンプレーティング法、PVD法等の各
種気相成膜法、電気メッキ、浸漬メッキ(ディッピン
グ)、無電解メッキ法等の各種メッキ法、ラングミュア
・ブロジェット(LB)法、スピンコート、スプレーコ
ート法、ロールコート法等の塗布法、各種印刷法、転写
法、インクジェット法、粉末ジェット法等に適用でき
る。これらのうち2種以上の方法を組み合わせてもよ
い。
場合には、CVD、特に低圧CVDやプラズマCVDに
より成膜するのが好ましい。また剥離層41をゾル・ゲ
ル法によりセラミックを用いて成膜する場合や有機高分
子材料で構成する場合には、塗布法、特にスピンコート
により成膜することが好ましい。
する。本実施の形態ではゾル・ゲル法で成膜する場合に
ついて説明する。強誘電体薄膜32は、キャパシタ絶縁
膜に使用できるものあれば、その組成は任意のものを適
用することができる。例えば、PZT系圧電性材料の
他、ニオブや酸化ニッケル、酸化マグネシウム等の金属
酸化物を添加したもの等が適用できる。具体的には、チ
タン酸鉛(PbTiO3)、ジルコン酸チタン酸鉛(P
b(Zr,Ti)O3)、ジルコン酸鉛(PbZr
O3)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La),TiO
3)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)
(Zr,Ti)O3)又は、マグネシウムニオブ酸ジル
コニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)(Mg,N
b)O3)等を適用することができる。
薄膜を形成可能な金属成分の水酸化物の水和錯体、即
ち、ゾルを剥離層41上に塗布・乾燥・脱脂処理して強
誘電体膜前駆体とし、この前駆体をRTA処理で結晶化
して強誘電体薄膜を得る。具体的には、ジルコン酸鉛と
チタン酸鉛とのモル混合比が56%:44%となるよう
なアモルファス状態のPZT系圧電体膜前駆体を、最終
的な膜厚が、0.3μmとなるまで所望の回数の塗布/
乾燥/脱脂を繰り返して成膜する。まず、剥離層41上
に塗布するゾルを調製する。
溶媒として、これにチタニウムテトライソプロポキシ
ド、テトラ−n−プロポキシジルコニウムを混合し、室
温下で20分間攪拌する。次いで、ジエタノールアミン
を加えて室温で更に20分間攪拌する。更に酢酸鉛を加
え、80℃に加熱する。加熱した状態で20分間攪拌
し、その後、室温になるまで自然冷却する。この工程で
ゾルが得られる。このゾルを剥離層41上に0.1μm
の厚さでスピンコーティングする。ゾルの膜厚を均一に
するために最初は500rpmで30秒間、次に150
0rpmで30秒間、最後に500rpmで10秒間、
スピンコーティングする。そして、180℃/10分で
乾燥した後、400℃/30分で脱脂する。更に、同様
の工程を2回繰り返して強誘電体膜前駆体を成膜する。
この強誘電体膜前駆体にRTAを用いて酸素雰囲気中で
600℃で5分間、続けて850℃で1分間の連続熱処
理を行い、結晶化する。以上の工程で膜厚0.3μmの
強誘電体膜が得られる。
行ってもよい。水熱処理とは、例えば、論文"Applicati
on of Hydrothermal Mechanism for Tailor-making Per
ovskite Titanate Films", IEEE Proc. of the 9th In
t'l Symp. on Electrets, Shanghai, China, Sept. 25-
30, pp. 617-622(1996), W-ping Xu, Masanori Okuyam
a, et al.,に記述されているように、アルカリ水溶液に
強誘電体膜前駆体を浸漬し、結晶化させる工程である。
この水熱法によれば、比較的低温(例えば、200℃以
下)で強誘電体膜前駆体を結晶化させることができる。
周波スパッタ、MOD法(Metal Organic Decomposit
ion Process)、印刷法等でも強誘電体薄膜32を成膜
することができる。スパッタ成膜法に関しては、特開平
8−277195号公報や、Japanese Journal of A
pplied Physics Vol.32 pp4122-4125“Preparation
and Characterrization of Pb(ZrxTi1-x)O3 Thin
Films by ReactiveSputtering Using an Alloy
Target”等の文献に詳細に記述されている。
関しては、特開平3−128681号公報等に詳細に開
示されている。この印刷法は、電歪セラミックス粒子を
主成分とするペーストやスラリーを用いて所望の基板上
に成膜し、熱処理をすることで強誘電体薄膜を得る技術
である。この印刷法を用いれば、リソグラフィ技術やレ
ーザ加工又はスライシング等の機械加工技術の適用が容
易であり、強誘電体薄膜の形状を任意に設計することが
できる。また、設計の自由度が向上することから、メモ
リ素子としてのキャパシタの集積密度を向上させること
ができる。
膜し、MOSトランジスタのソース電極の形状に合わせ
て強誘電体薄膜32及び下部電極31を分離する。下部
電極31は、直流スパッタ法、電子ビーム蒸着法等で厚
さ0.1μmの白金を成膜することで得られる。白金の
他に好適な電極として、パラジウム等の貴金属電極、I
rO2,RuO2,ReO3等の導電性化合物がある。
但し、下部電極に多結晶シリコンを使用すると、多結晶
シリコンが強誘電体薄膜に酸化されてしまい、界面に低
誘電率のシリコン酸化物が形成されるため、キャパシタ
の特性が劣化してしまう。従って、下部電極の材料の選
択には注意を要する。
ず)を塗布し、ソース電極の形状に合わせてパターニン
グを行い、これをマスクとしてドライエッチングを施
す。この工程により強誘電体薄膜31が分離される。
体薄膜32を基台40から剥離する。剥離された強誘電
体薄膜32及び下部電極31は後述するMOSトランジ
スタの製造プロセスに利用される。詳細については後述
する。
よび/または界面剥離を起こさせるものであればいかな
るものでもよく、例えば、X線、紫外線、可視光、赤外
線(熱線)、レーザ光、ミリ波、マイクロ波等の各波長
の光が適用できる。また電子線であっても放射線(α
線、β線、γ線)等であってもよい。それらの中でも、
剥離層にアブレーションを生じさせ易いという点で、レ
ーザ光が好ましい。
ては、各種気体レーザ、個体レーザ(半導体レーザ)等
が挙げられるが、特にエキシマレーザ、Nd−YAGレ
ーザ、アルゴンレーザ、CO2レーザ、COレーザ、H
e−Neレーザ等が好ましく、その中でもエシキマレー
ザが特に好ましい。エキシマレーザは、短波長域で高エ
ネルギーを出力するため、極めて短時間で剥離層41に
アブレーションを生じさせることができる。このため隣
接する層や近接する層に温度上昇を生じさせることがほ
とんどなく、層の劣化や損傷を可能な限り少なくして剥
離を達成することができる。
長依存性がある場合、照射されるレーザ光の波長は、1
00nm〜350nm程度であることが好ましい。剥離
層41に、ガス放出、気化または昇華等の層変化を起こ
させるためには、照射されるレーザ光の波長は、350
nm〜1200nm程度であることが好ましい。
度は、エキシマレーザの場合、10〜5000mJ/c
m2程度とするのが好ましく、特に100〜5299m
J/cm2程度とするのがより好ましい。1〜1000
nsec程度とするのが好ましく、10〜100nse
c程度とするのがより好ましい。エネルギー密度が低い
か照射時間が短いと、十分なアブレーションが生ぜず、
エネルギー密度が高いか照射時間が長いと、剥離層41
を透過した照射光により、強誘電体薄膜32へ悪影響を
及ぼすことがある。
照射するのが好ましい。光の照射方向は、剥離層41に
対し垂直な方向に限らず、剥離層41に対し所定角傾斜
した方向であってもよい。また、剥離層41の面積が照
射光1回の照射面積より大きい場合には、剥離層41全
領域に対し、複数回に分け光を照射してもよい。また、
同一箇所に複数回照射してもよい。また、異なる種類、
異なる波長(波長域)の光を同一領域または異なる領域
に複数回照射してもよい。
部電極を形成しない例を説明したが、同図(A)に示す
工程において剥離層41上に上部電極を成膜してもよ
い。この場合、直流スパッタ法、電子ビーム蒸着法等で
厚さ0.1μmの白金、パラジウム、IrO2,RuO
2,ReO3等の導電性化合物を成膜すればよい。 (セルトランジスタの製造プロセス)次に、図2を参照
してセルトランジスタの製造プロセスについて説明す
る。本例ではセルトランジスタとして半導体基板上にn
チャネルMOSトランジスタを形成する場合の製造プロ
セスについて説明する。MOSトランジスタの製造プロ
セス自体は公知であるため概略を説明する。
た所望の形状のp型シリコン基板1の表面にLOCOS
(Local Oxidation of Silicon)用の下地SiO2
膜2と選択マスクとしてのSi3N4膜3を成膜する。
まず、シリコン基板1の汚れを洗浄した後、熱酸化法で
下地SiO2膜2を成膜する。酸素雰囲気の蒸気圧・処
理時間を調整し、膜厚を35nm程度にする。次いで、
CVD法でSi3N4膜3を膜厚100nm程度に堆積
する。
し、さらにBイオンの打ち込みによりチャネルストッパ
11を形成する。まず、Si3N4膜3上にレジスト4
を塗布し、所望のマスクパターンをレジスト4に転写し
てアライメントを行う。レジスト4を現像・露光し不要
部分を除去した後、レジスト4をマスクとしてSi3N
4膜3をエッチングする。レジスト4が除去された領域
がフィールド領域に相当する。このフィールド領域にB
(ボロン)イオンを1013/cm2程度に打ち込み、
チャネルストッパ11を形成する。
スト4を除去した後、水蒸気を用いた湿式酸化により、
表面に露出している下地SiO2膜2を酸化し、膜厚1
μm程度のフィールド酸化膜21を成膜する。
S用の選択マスクとして用いたSi3N4膜3と下地S
iO2膜2を除去し、新たに乾式或いはHCl酸化でゲ
ート酸化膜22を成膜する。ゲート酸化膜22は目標と
なるゲート長に応じて膜厚が変わるのでゲート長に応じ
て酸化温度、使用ガス等を設定する。例えば、ゲート酸
化膜22の膜厚は35nm程度とする。次いで、パンチ
スルー防止のため、アクティブ領域にBイオンを10
12/cm2程度に打ち込み、トランジスタの閾値電圧
を1V程度に調整する。
s(砒素)イオン打ち込みによりドレイン領域12、ソ
ース領域13を形成する。ゲート電極5の材質として、
P(リン)がドーピングされたポリシリコン(n+ poly
-Si)を使用すると界面の安定性が好ましい。ゲート電
極5はCVD法で成膜することができる。Pのドーピン
グはポリシリコンが成膜された後にP拡散を行うか、若
しくはCVD成膜中にin-situでドーピングすればよ
い。ゲート電極5の膜厚は0.3μm乃至0.6μm程
度に設定する。ポリシリコンの堆積後、所定のパターン
にドライエッチングしてゲート電極5を得る。
オンを打ち込む。Asイオンの導入は質量非分離型イオ
ン注入装置を用いてドーパントとなる不純物と水素とを
同時に注入するイオン・ドーピング法や、質量分離型イ
オン注入装置を用いたイオン打ち込み法等を用いること
ができる。不純物濃度をおよそ1016/cm2程度に
調整し、ドレイン領域12、ソース領域13を形成す
る。Asによるドレイン領域12、ソース領域13では
不純物プロファイルが急峻であるために電界が強くなる
傾向がある。そこで、リンのイオン注入を行い、ドレイ
ン近傍のプロファイルを緩やかにしたLDD構造として
もよい。
6は、P(リン)を含んだCVD法によるSiO2膜
(PSG)を成膜することで形成される。PSGはPを
10モル%程度含むと軟化点が大幅に低下し、1000
℃前後の熱処理によってもリフローを起こし、表面を平
坦化することができる。
(G)) 本工程において、層間絶縁膜6にドライエッチングでコ
ンタクトホールを形成し、ドレイン電極7とソース電極
8を形成する。ドレイン電極7、ソース電極8はアルミ
ニウム、白金等をスパッタ成膜し、これを所定のパター
ンにエッチングすればよい。電極にアルミニウムを用い
る場合は、シリコンを1%〜3%含有させてアロイ・ピ
ットの発生を抑制することが好ましい。本工程で形成さ
れたドレイン電極7はビット線に接続し、ソース電極8
は強誘電キャパシタの下部電極に接合するものである。
セス(図1で説明した製造プロセス)で基台40から剥
離した強誘電体薄膜32と下部電極31をMOSトラン
ジスタに転写し、下部電極31とソース電極8を、CF
4を用いた固体接合技術で接合する。
剥離した強誘電体キャパシタを用いて、これをMOSト
ランジスタに接合する他に、基台40上に形成されたま
まの状態で強誘電体キャパシタをMOSトランジスタに
接合し、接合後に強誘電体キャパシタを基台40から剥
離してもよい。
(I)) 本工程において、CVD法でパッシベーション膜9を成
膜し、メモリセルの表面を被覆した後、ドライエッチン
グで強誘電体薄膜32に連通するコンタクトホールを開
口し、強誘電体キャパシタのドライブ線33をパターニ
ングする。配線はアルミニウム等を使用すればよい。
尚、上述の工程では半導体基板上にn型MOSトランジ
スタを形成する場合を説明したが、p型MOSトランジ
スタでもよく、エンハンスメント形(enhancement typ
e)、ディプレッション形(depletion type)のいずれ
でもよい。
FT)を形成するものでもよい。TFTをセルトランジ
スタとするメモリセルの製造工程の一例を図4に示す。
同図(A)に示すように、絶縁基板42上にポリシリコ
ンを堆積した後、熱酸化法によるゲート酸化膜22の成
膜、不純物導入によるドレイン領域12及びソース領域
13の形成、スパッタ成膜法等によるドレイン電極7及
びソース電極8の形成等を経てTFTを形成する。一
方、基台40上には剥離層41を介して強誘電体薄膜3
2及び下部電極31を、図1に示すプロセスで予め形成
しておく。次に、強誘電体薄膜32及び下部電極31
を、基台40上に形成されたままの状態で、ソース電極
8に接合する(同図(B))。基台40の裏面から所定
の照射光を照射することで、強誘電体薄膜32が剥離層
41から剥離する。最後に、パッシベーション膜9、ド
ライブ線33を形成してメモリセルが完成する(同図
(C))。
体キャパシタをTFTに接合した後に基台40から剥離
したが、図1に示すように、強誘電体キャパシタを予め
基台40から剥離した状態でTFTに接合することも可
能である。
造プロセスによれば、セルトランジスタの製造プロセス
とは別の製造プロセスで形成された強誘電体キャパシタ
をソース電極に接合することで強誘電体メモリ素子を製
造することが可能であるため、互いの製造プロセスが他
のデバイスに悪影響を与えることがない。また、強誘電
体メモリやトランジスタ等のデバイスの製造プロセスが
分離されていることにより、それぞれのデバイスの設計
の自由度が増し、最適な条件で製造することができる。
このため、高性能な強誘電体メモリ素子を製造すること
ができる。例えば、強誘電体メモリをゾル・ゲル法や印
刷法等の高温熱処理を要する製造プロセスで製造する場
合については、製造プロセスが分離されているため、半
導体基板の結晶構造に欠陥を与えることがなく、上述し
た従来技術の問題点を解決することができる。また、下
部電極31とソース電極8とを直接接合するため、両者
の間に拡散防止層を成膜する工程を省略することがで
き、製造プロセスの簡略化を図ることができる。 (強誘電体メモリ素子の構成)本実施の形態に関わる強
誘電体メモリ素子はコンピュータの不揮発性メモリとし
て使用することができる。絶縁基板上に形成されたTF
Tをセルトランジスタとする強誘電体メモリ素子の平面
図を図5に示す。同図に示す強誘電体メモリ素子のセル
構造は2T・2C(2トランジスタ・2キャパシタ)型
である。基本的な構造はDRAMのスタック型セルに類
似している。絶縁基板上のメモリ素子に対応するトラン
ジスタ領域にはTFTを構成するポリシリコン領域62
が形成されている。TFTのソース電極8は強誘電体キ
ャパシタの下部電極31と接合している。強誘電体薄膜
32はソース電極8上に転写形成されており、その上部
をドライブ線33がパターニングされている。一方、T
FTのドレイン電極7はビット線71に接続している。
また、各TFTのゲート電極5はワード線55に接続さ
れている。
示す。強誘電体メモリ素子にデータを書き込む場合は、
アドレス端子51からアドレス信号が供給されるととも
に、チップセレクト端子52からは選択信号が、書き込
み制御端子53からは書き込み制御信号が供給される。
一方のビット線71をオンにし、他方のビット線71を
オフにした状態で、ワード線デコーダ及びドライバ50
は指定されたワード線55をオンにする。ドライブ線デ
コーダ及びドライバ60は指定されたドライブ線33に
正のパルスを印加する。すると、強誘電体キャパシタに
は強誘電体薄膜32のヒステリシス特性による残留分極
が残るため、電源を切っても情報は保される。一方、デ
ータを読み出す場合は、ビット線対をフローティング状
態とした後、ワード線55をオンにしてセルを選択す
る。次に、ドライブ線33に正電圧を印加し、キャパシ
タの分極反転による変位電流をセンスアンプ70で増幅
する。センス・タイミング制御部80はセンスタイミン
グを制御し、データをデータI/O90に供給する。デ
ータI/O90はCPUや他のメモリ素子等の各種デバ
イス61に接続しており、データのやり取りを制御す
る。本実施の形態によれば、このようなコンパクトな構
造のメモリセルを容易に製造することができる。
造プロセスとは別の製造プロセスで形成された強誘電キ
ャパシタをセルトランジスタの電極に接合することで強
誘電体メモリ素子を製造することが可能であるため、互
いの製造プロセスが他のデバイスに影響を与えることが
ない。従って、強誘電体キャパシタの性能向上により、
強誘電体メモリの書換可能回数の低下を防ぐことができ
る。
メモリセルの製造工程断面図である。
メモリセルの製造工程断面図である。
製造工程断面図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 基板上にセルトランジスタを形成し、他
の基台上で形成した強誘電体キャパシタを構成する一方
の電極を前記セルトランジスタの電極に接合してメモリ
セルを形成する工程を備えた強誘電体メモリ素子の製造
方法。 - 【請求項2】 半導体基板上にMOSトランジスタを形
成し、当該半導体基板とは異なる基台上で形成した強誘
電体キャパシタを構成する一方の電極を前記MOSトラ
ンジスタのドレイン電極又はソース電極のうち何れか一
方の電極に接合してメモリセルを形成する工程を備えた
強誘電体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項3】 絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成
し、当該絶縁基板とは異なる基台上で形成した強誘電体
キャパシタを構成する一方の電極を前記薄膜トランジス
タのドレイン電極又はソース電極のうち何れか一方の電
極に接合してメモリセルを形成する工程を備えた強誘電
体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項4】 前記強誘電体キャパシタは、所望の薄膜
プロセスにより所定の基台上に成膜され、当該基台から
剥離したものであることを特徴とする請求項1乃至請求
項3のうち何れか1項に記載の強誘電体メモリ素子の製
造方法。 - 【請求項5】 前記強誘電体キャパシタは、光の照射に
より剥離を生じる剥離層を介して前記基台上に形成さ
れ、当該光の照射により前記基台から剥離したものであ
ることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうち何れか
1項に記載の強誘電体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項6】 前記強誘電体キャパシタを構成する強誘
電体薄膜は、ゾル・ゲル法、MOD法、スパッタ法又は
印刷法で成膜されたものであることを特徴とする請求項
1乃至請求項5のうち何れか1項に記載の強誘電体メモ
リ素子の製造方法。 - 【請求項7】 前記強誘電体キャパシタを構成する強誘
電体薄膜の組成は、チタン酸鉛(PbTiO3)、ジル
コン酸チタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)、ジルコ
ン酸鉛(PbZrO3)、チタン酸鉛ランタン((P
b,La),TiO3)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタ
ン((Pb,La)(Zr,Ti)O3)又は、マグネ
シウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,
Ti)(Mg,Nb)O3)のうち何れかであることを
特徴とする請求項1乃至請求項6のうち何れか1項に記
載の強誘電体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項8】 セルトランジスタの電極に直接接合する
下部電極を備えた強誘電体キャパシタを、メモリセルを
構成するキャパシタとする強誘電体メモリ素子。 - 【請求項9】 絶縁基板上に形成された薄膜トランジス
タのドレイン電極又はソース電極のうち何れか一方の電
極に直接接合する下部電極を備えた強誘電体キャパシタ
を、メモリセルを構成するキャパシタとする強誘電体メ
モリ素子。 - 【請求項10】 請求項1乃至請求項7のうち何れかの
方法で製造された強誘電体メモリ素子、又は、請求項8
或は請求項9に記載の強誘電体メモリ素子を不揮発性メ
モリとして備えた情報処理機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11081742A JP2000277706A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 強誘電体メモリ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11081742A JP2000277706A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 強誘電体メモリ素子及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000277706A true JP2000277706A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13754900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11081742A Withdrawn JP2000277706A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 強誘電体メモリ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000277706A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006013081A (ja) * | 2004-06-24 | 2006-01-12 | Nec Corp | 半導体装置、その製造方法及び電子機器 |
JP2006245094A (ja) * | 2005-03-01 | 2006-09-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜圧電体素子の製造方法および薄膜圧電体素子の転写方法 |
-
1999
- 1999-03-25 JP JP11081742A patent/JP2000277706A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006013081A (ja) * | 2004-06-24 | 2006-01-12 | Nec Corp | 半導体装置、その製造方法及び電子機器 |
US8723240B2 (en) | 2004-06-24 | 2014-05-13 | Gold Charm Limited | Semiconductor device, manufacturing method for the same, and electronic device |
JP2006245094A (ja) * | 2005-03-01 | 2006-09-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜圧電体素子の製造方法および薄膜圧電体素子の転写方法 |
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