JP2001107238A - プラチナ電極上の単相ペロブスカイト強誘電体膜およびその形成方法 - Google Patents
プラチナ電極上の単相ペロブスカイト強誘電体膜およびその形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単相、高品質、Ｐｔ電極上に配向成長した強
誘電体膜を有した強誘電体デバイスおよびその形成方法
を提供する。 【解決手段】 本発明の集積回路強誘電体デバイスにお
ける強誘電体膜の形成方法は、ａ）第１の適合結晶格子
構造を有するプラチナ（Ｐｔ）の第１の下部電極層を形
成する工程と、ｂ）該第１の適合結晶格子構造と実質的
に同一の第２の結晶格子構造を該第１の下部電極層の上
にある単相ペロブスカイト強誘電体膜を形成し、それに
よって強誘電性を有する電極がＰｔ上に形成される工程
と、を含む。
誘電体膜を有した強誘電体デバイスおよびその形成方法
を提供する。 【解決手段】 本発明の集積回路強誘電体デバイスにお
ける強誘電体膜の形成方法は、ａ）第１の適合結晶格子
構造を有するプラチナ（Ｐｔ）の第１の下部電極層を形
成する工程と、ｂ）該第１の適合結晶格子構造と実質的
に同一の第２の結晶格子構造を該第１の下部電極層の上
にある単相ペロブスカイト強誘電体膜を形成し、それに
よって強誘電性を有する電極がＰｔ上に形成される工程
と、を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に集積回路（Ｉ
Ｃ）製造の分野に関し、より具体的には単相ペロブスカ
イト特性を有するプラチナ（Ｐｔ）電極上に形成した強
誘電体膜に関する。
Ｃ）製造の分野に関し、より具体的には単相ペロブスカ
イト特性を有するプラチナ（Ｐｔ）電極上に形成した強
誘電体膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、不揮発性ランダムアクセスメモリ
応用（ＮｖＲＡＭ）のための強誘電体材料への関心が強
まっている。これらのメモリ応用の必要条件を満たすた
めに、強誘電体キャパシタは小さなサイズ、低い抗電
界、大きな残留分極、低い疲労速度、および低いリーク
電流を有するべきである。これらの応用を目的とした研
究中のいくつかの候補となる強誘電体材料は、ＰｂＺｒ
1-xＴｉＯ3（ＰＺＴ）またはＰＺＴをドープしたもの、
ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3などのようなペロブスカイト
強誘電体である。これらの材料は、高いキュリー温度、
大きな残留分極および低い抗電界のような見込みのある
強誘電性を有する。しかし、これらのペロブスカイト強
誘電体が、疲労（分極の反転の増加に伴うスイッチャブ
ル分極の損失）、エージング、およびデバイスの寿命に
影響するリーク電流を含む深刻な劣化問題に被っている
ことは公知である。
応用（ＮｖＲＡＭ）のための強誘電体材料への関心が強
まっている。これらのメモリ応用の必要条件を満たすた
めに、強誘電体キャパシタは小さなサイズ、低い抗電
界、大きな残留分極、低い疲労速度、および低いリーク
電流を有するべきである。これらの応用を目的とした研
究中のいくつかの候補となる強誘電体材料は、ＰｂＺｒ
1-xＴｉＯ3（ＰＺＴ）またはＰＺＴをドープしたもの、
ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3などのようなペロブスカイト
強誘電体である。これらの材料は、高いキュリー温度、
大きな残留分極および低い抗電界のような見込みのある
強誘電性を有する。しかし、これらのペロブスカイト強
誘電体が、疲労（分極の反転の増加に伴うスイッチャブ
ル分極の損失）、エージング、およびデバイスの寿命に
影響するリーク電流を含む深刻な劣化問題に被っている
ことは公知である。
【０００３】もう１つの強誘電体材料に疲労のない特性
を有するＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）がある。しか
し、ＳＢＴは応用の限界である７５０℃より高温で堆
積、またはアニールしなければならない。研究されてい
るもう１つの代替の材料にゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）
膜がある。
を有するＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）がある。しか
し、ＳＢＴは応用の限界である７５０℃より高温で堆
積、またはアニールしなければならない。研究されてい
るもう１つの代替の材料にゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）
膜がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】強誘電体薄膜は、通常
高融点を有する酸化物セラミックスである。従って、堆
積温度を６００℃より下げること、さらにＰＺＴ膜およ
びＳＢＴ膜におけるように所望の相を維持することは、
非常に困難である。この関係は、堆積技術に関係無く保
たれる。例えば、もっとも多く研究されているＰＺＴ薄
膜の場合、６００℃以下の堆積温度と共に良好な電気的
特性は報告されていない。この問題は、この温度範囲で
形成する傾向のある準安定なパイロクロア相のためであ
り得る。低い温度の堆積は、前駆体の分離を促進する改
良した前駆体またはプラズマを使用することで可能であ
るが、この分野において報告されているのは非常に少数
の研究である。最近、疲労のないビスマス層状強誘電
体、すなわち、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9またはＳｒＢｉ2Ｎｂ
2Ｏ9、がＭＯＣＶＤ、ゾル−ゲル、およびパルスレーザ
ーアブレーションによって製造されている。しかし、堆
積温度は依然として７００℃より高い。さらに、ＣＶＤ
ビスマス層状強誘電体薄膜は、強誘電性を得るために、
長時間（＞１時間）の７００℃より高温でのポストアニ
ーリングを必要とする。
高融点を有する酸化物セラミックスである。従って、堆
積温度を６００℃より下げること、さらにＰＺＴ膜およ
びＳＢＴ膜におけるように所望の相を維持することは、
非常に困難である。この関係は、堆積技術に関係無く保
たれる。例えば、もっとも多く研究されているＰＺＴ薄
膜の場合、６００℃以下の堆積温度と共に良好な電気的
特性は報告されていない。この問題は、この温度範囲で
形成する傾向のある準安定なパイロクロア相のためであ
り得る。低い温度の堆積は、前駆体の分離を促進する改
良した前駆体またはプラズマを使用することで可能であ
るが、この分野において報告されているのは非常に少数
の研究である。最近、疲労のないビスマス層状強誘電
体、すなわち、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9またはＳｒＢｉ2Ｎｂ
2Ｏ9、がＭＯＣＶＤ、ゾル−ゲル、およびパルスレーザ
ーアブレーションによって製造されている。しかし、堆
積温度は依然として７００℃より高い。さらに、ＣＶＤ
ビスマス層状強誘電体薄膜は、強誘電性を得るために、
長時間（＞１時間）の７００℃より高温でのポストアニ
ーリングを必要とする。
【０００５】プラチナ（Ｐｔ）および他の貴金属がＩＣ
強誘電体キャパシタに用いられる。貴金属の使用はそれ
ら固有の化学的抵抗によって動機付けられる。この特性
は、特に強誘電体キャパシタの製造で見られるような、
高温酸素アニーリング条件下で望ましい。加えて、貴金
属とペロブスカイト酸化物のような強誘電体材料との間
の化学的相互作用が無視できる。
強誘電体キャパシタに用いられる。貴金属の使用はそれ
ら固有の化学的抵抗によって動機付けられる。この特性
は、特に強誘電体キャパシタの製造で見られるような、
高温酸素アニーリング条件下で望ましい。加えて、貴金
属とペロブスカイト酸化物のような強誘電体材料との間
の化学的相互作用が無視できる。
【０００６】Ｐｔ電極はＦｅＲＡＭおよびＤＲＡＭデバ
イス応用において広く使用されている。Ｐｔ電極は良好
なバリア電極であり、ならびにＰｔ電極上の強誘電体薄
膜の表面特性は、他の電極よりも優れている。しかしエ
ピタキシャル膜、または純粋な強誘電体材料相でさえ、
低温ＭＯＣＶＤプロセスによるＰｔ上への堆積は困難で
ある。
イス応用において広く使用されている。Ｐｔ電極は良好
なバリア電極であり、ならびにＰｔ電極上の強誘電体薄
膜の表面特性は、他の電極よりも優れている。しかしエ
ピタキシャル膜、または純粋な強誘電体材料相でさえ、
低温ＭＯＣＶＤプロセスによるＰｔ上への堆積は困難で
ある。
【０００７】Ｐｔ金属膜のアニーリングに関する他の問
題は、剥離、ヒロックの形成、および酸素の拡散であ
る。剥離およびヒロックの形成は、高温アニーリング中
のＩＣ層に隣接するＰｔの熱膨張および応力の違いに関
連する。Ｐｔ膜上のＴｉ層はＰｔ膜の応力を緩和し、ヒ
ロックの形成を抑制することで公知である。イリジウム
（Ｉｒ）およびバリア金属が酸素の拡散を防ぐために拡
散バリアとして使用されている。
題は、剥離、ヒロックの形成、および酸素の拡散であ
る。剥離およびヒロックの形成は、高温アニーリング中
のＩＣ層に隣接するＰｔの熱膨張および応力の違いに関
連する。Ｐｔ膜上のＴｉ層はＰｔ膜の応力を緩和し、ヒ
ロックの形成を抑制することで公知である。イリジウム
（Ｉｒ）およびバリア金属が酸素の拡散を防ぐために拡
散バリアとして使用されている。
【０００８】実験の結果が、ＰＺＴおよびＰＧＯのよう
なエピタキシャル強誘電体薄膜がＭＯＣＶＤプロセスに
よってＩｒ電極上に成長し得ることを示す。しかしより
高温での堆積またはより高いアニーリング温度で、Ｉｒ
電極の酸化および強誘電体薄膜中へのＩｒＯ2の拡散の
ために、これらの強誘電体薄膜がより高いリーク電流を
有する。さらに、Ｉｒ電極上に成長した強誘電体薄膜の
表面の粗さは、Ｐｔ電極のような電極上に堆積した強誘
電体薄膜の粗さよりもより大きく、Ｉｒ電極の利用を限
定する。
なエピタキシャル強誘電体薄膜がＭＯＣＶＤプロセスに
よってＩｒ電極上に成長し得ることを示す。しかしより
高温での堆積またはより高いアニーリング温度で、Ｉｒ
電極の酸化および強誘電体薄膜中へのＩｒＯ2の拡散の
ために、これらの強誘電体薄膜がより高いリーク電流を
有する。さらに、Ｉｒ電極上に成長した強誘電体薄膜の
表面の粗さは、Ｐｔ電極のような電極上に堆積した強誘
電体薄膜の粗さよりもより大きく、Ｉｒ電極の利用を限
定する。
【０００９】Ｐｒ電極およびＩｒ電極共に優先配向（１
１１）を有している。Ｐｔ（１１１）またはＩｒ（１１
１）とＰＺＴおよびＰＧＯのような様々な強誘電体との
間の格子ミスマッチは表１に載せた通りである。図か
ら、Ｉｒ（１１１）と強誘電体材料との間の格子ミスマ
ッチが、Ｐｔ（１１１）と強誘電体材料との間の格子ミ
スマッチよりも小さいことが分かり得る。
１１）を有している。Ｐｔ（１１１）またはＩｒ（１１
１）とＰＺＴおよびＰＧＯのような様々な強誘電体との
間の格子ミスマッチは表１に載せた通りである。図か
ら、Ｉｒ（１１１）と強誘電体材料との間の格子ミスマ
ッチが、Ｐｔ（１１１）と強誘電体材料との間の格子ミ
スマッチよりも小さいことが分かり得る。
【００１０】
【表１】 ＰＺＴを５５０℃のような低温でＰｔ（１１１）電極上
に堆積する場合、複数の相が形成される。すなわち、パ
イロクロア相およびペロブスカイト相（強誘電相）の両
方が結果として生ずる。Ｐｔ上にＰＺＴの単相ペロブス
カイト相は、６５０℃以上のより高温堆積温度、または
６５０℃以上のアニーリング後によってのみ得られ得
る。Ｉｒ（１１１）電極上のＰＺＴに関して、単相ペロ
ブスカイト（強誘電相）相は低温および高温の両方の堆
積温度で容易に形成する。Ｉｒ（１１１）上へのＰＧＯ
の堆積に関して、単一でｃ軸に非常に高く配向したＰＧ
Ｏが得られ得る。しかしＰｔ（１１１）上のＰＧＯに関
して、単一のＰＧＯ相を形成することでさえ困難であ
る。
に堆積する場合、複数の相が形成される。すなわち、パ
イロクロア相およびペロブスカイト相（強誘電相）の両
方が結果として生ずる。Ｐｔ上にＰＺＴの単相ペロブス
カイト相は、６５０℃以上のより高温堆積温度、または
６５０℃以上のアニーリング後によってのみ得られ得
る。Ｉｒ（１１１）電極上のＰＺＴに関して、単相ペロ
ブスカイト（強誘電相）相は低温および高温の両方の堆
積温度で容易に形成する。Ｉｒ（１１１）上へのＰＧＯ
の堆積に関して、単一でｃ軸に非常に高く配向したＰＧ
Ｏが得られ得る。しかしＰｔ（１１１）上のＰＧＯに関
して、単一のＰＧＯ相を形成することでさえ困難であ
る。
【００１１】本願は、同じ譲受人によって所有される以
下の同時係属中の出願、 １） 「Ｉｒｉｄｉｕｍ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｄｅ／Ｂａｒｒｉｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓａｍｅ」と題さ
れ、Ｚｈａｎｇらによって発明され、１９９９年３月５
日に出願された、米国特許出願第０９／２６３、５９５
号（代理人事件第ＳＭＴ３６４号）、 ２） 「Ｉｒｉｄｉｕｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｂａｒ
ｒｉｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ
ｆｏｒ Ｓａｍｅ」と題され、Ｚｈａｎｇらによって
発明され、１９９９年３月５日に出願された、米国特許
出願第０９／２６３、９７０号（代理人事件第ＳＭＴ３
６６号）、 ３） 「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｒｉｄｉｕｍ Ｂａｒ
ｒｉｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ Ｏｘｉｄｉ
ｚｅｄ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ＭｅｔａｌＣｏｍｐａ
ｎｉｏｎ Ｂａｒｒｉｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆ
ｏｒ Ｓａｍｅ」と題され、Ｚｈａｎｇらによって発明
され、１９９９年５月２１日に出願された、米国特許出
願第０９／３１６、６６１号（代理人事件第ＳＬＡ４０
４号）、 ４） 「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｒｉｄｉｕｍ−Ｍｅｔ
ａｌ−ＯｘｙｇｅｎＢａｒｒｉｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ ｗｉｔｈ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｃ
ｏｍｐａｎｉｏｎ Ｂａｒｒｉｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈ
ｏｄ ｆｏｒＳａｍｅ」と題され、Ｚｈａｎｇらによっ
て発明され、１９９９年５月２１日に出願された、米国
特許出願第０９／３１６、６４６号（代理人事件第ＳＬ
Ａ４０５号）、 ５） 「Ｍｕｌｔｉ−Ｐｈａｓｅ Ｌｅａｄ Ｇｅｒｍ
ａｎａｔｅ Ｆｉｌｍａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｍｅｔｈｏｄ」と題され、ＴｉｎｇｋａｉＬｉらによっ
て発明され、１９９９年４月２８日に出願された、米国
特許出願第０９／３０１、４３５号（代理人事件第ＳＬ
Ａ４００号）、 ６） 「Ｃ−Ａｘｉｓ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｌｅａｄ
ＧｅｒｍａｎａｔｅＦｉｌｍ ａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ」と題され、Ｔｉｎｇｋａｉ Ｌ
ｉらによって発明され、１９９９年４月２８日に出願さ
れた、米国特許出願第０９／３０１、４２０号（代理人
事件第ＳＬＡ４０１号）、 ７） 「Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｇｒｏｗｎ Ｌｅａ
ｄ Ｇｅｒｍａｎａｔｅ Ｆｉｌｍ ａｎｄ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ」と題され、Ｔｉｎｇｋａ
ｉ Ｌｉらによって発明され、１９９９年４月２８日に
出願された、米国特許出願第０９／３０２、２７２号
（代理人事件第ＳＬＡ４０２号）、 ８）「Ｆｅｒｒｏｅｌａｓｔｉｃ Ｌｅａｄ Ｇｅｒｍ
ａｎａｔｅ Ｆｉｌｍａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｍｅｔｈｏｄ」と題され、ＴｉｎｇｋａｉＬｉらによっ
て発明され、１９９９年４月２８日に出願された、米国
特許出願第０９／３０１、４３４号（代理人事件第ＳＬ
Ａ４０３号）、に関連する。
下の同時係属中の出願、 １） 「Ｉｒｉｄｉｕｍ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｄｅ／Ｂａｒｒｉｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓａｍｅ」と題さ
れ、Ｚｈａｎｇらによって発明され、１９９９年３月５
日に出願された、米国特許出願第０９／２６３、５９５
号（代理人事件第ＳＭＴ３６４号）、 ２） 「Ｉｒｉｄｉｕｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｂａｒ
ｒｉｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ
ｆｏｒ Ｓａｍｅ」と題され、Ｚｈａｎｇらによって
発明され、１９９９年３月５日に出願された、米国特許
出願第０９／２６３、９７０号（代理人事件第ＳＭＴ３
６６号）、 ３） 「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｒｉｄｉｕｍ Ｂａｒ
ｒｉｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ Ｏｘｉｄｉ
ｚｅｄ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ＭｅｔａｌＣｏｍｐａ
ｎｉｏｎ Ｂａｒｒｉｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆ
ｏｒ Ｓａｍｅ」と題され、Ｚｈａｎｇらによって発明
され、１９９９年５月２１日に出願された、米国特許出
願第０９／３１６、６６１号（代理人事件第ＳＬＡ４０
４号）、 ４） 「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｒｉｄｉｕｍ−Ｍｅｔ
ａｌ−ＯｘｙｇｅｎＢａｒｒｉｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ ｗｉｔｈ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｃ
ｏｍｐａｎｉｏｎ Ｂａｒｒｉｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈ
ｏｄ ｆｏｒＳａｍｅ」と題され、Ｚｈａｎｇらによっ
て発明され、１９９９年５月２１日に出願された、米国
特許出願第０９／３１６、６４６号（代理人事件第ＳＬ
Ａ４０５号）、 ５） 「Ｍｕｌｔｉ−Ｐｈａｓｅ Ｌｅａｄ Ｇｅｒｍ
ａｎａｔｅ Ｆｉｌｍａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｍｅｔｈｏｄ」と題され、ＴｉｎｇｋａｉＬｉらによっ
て発明され、１９９９年４月２８日に出願された、米国
特許出願第０９／３０１、４３５号（代理人事件第ＳＬ
Ａ４００号）、 ６） 「Ｃ−Ａｘｉｓ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｌｅａｄ
ＧｅｒｍａｎａｔｅＦｉｌｍ ａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ」と題され、Ｔｉｎｇｋａｉ Ｌ
ｉらによって発明され、１９９９年４月２８日に出願さ
れた、米国特許出願第０９／３０１、４２０号（代理人
事件第ＳＬＡ４０１号）、 ７） 「Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｇｒｏｗｎ Ｌｅａ
ｄ Ｇｅｒｍａｎａｔｅ Ｆｉｌｍ ａｎｄ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ」と題され、Ｔｉｎｇｋａ
ｉ Ｌｉらによって発明され、１９９９年４月２８日に
出願された、米国特許出願第０９／３０２、２７２号
（代理人事件第ＳＬＡ４０２号）、 ８）「Ｆｅｒｒｏｅｌａｓｔｉｃ Ｌｅａｄ Ｇｅｒｍ
ａｎａｔｅ Ｆｉｌｍａｎｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
Ｍｅｔｈｏｄ」と題され、ＴｉｎｇｋａｉＬｉらによっ
て発明され、１９９９年４月２８日に出願された、米国
特許出願第０９／３０１、４３４号（代理人事件第ＳＬ
Ａ４０３号）、に関連する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】ＩｒおよびＰｔの最適な
特性を含んだ強誘電体電極が製造され得ることが、有利
である。
特性を含んだ強誘電体電極が製造され得ることが、有利
である。
【００１３】より良好な強誘電特性および膜のより良好
な均一性が得られるように、エピタキシャル多層電極が
強誘電体薄膜をエピタキシャル成長し得る、または強誘
電体薄膜を好ましい配向に成長し得ることが、有利であ
る。
な均一性が得られるように、エピタキシャル多層電極が
強誘電体薄膜をエピタキシャル成長し得る、または強誘
電体薄膜を好ましい配向に成長し得ることが、有利であ
る。
【００１４】単相ペロブスカイト膜を低い堆積温度で金
属電極上に形成し得ることが有利である。このペロブス
カイト膜を５５０℃を下回る堆積温度でＰｔ電極上に形
成し得ることが有利である。
属電極上に形成し得ることが有利である。このペロブス
カイト膜を５５０℃を下回る堆積温度でＰｔ電極上に形
成し得ることが有利である。
【００１５】強誘電体膜がＩｒ上に堆積するように、強
誘電体膜を同じペロブスカイト特性を有するＰｔ上に堆
積し得ることが有利である。
誘電体膜を同じペロブスカイト特性を有するＰｔ上に堆
積し得ることが有利である。
【００１６】本発明の強誘電体膜の形成方法は、ａ）第
１の適合結晶格子構造を有するプラチナ（Ｐｔ）の第１
の下部電極層を形成する工程と、ｂ）該第１の適合結晶
格子構造と実質的に同一の第２の結晶格子構造を該第１
の下部電極層の上にある単相ペロブスカイト強誘電体膜
を形成し、それによって強誘電性を有する電極がＰｔ上
に形成される工程と、を含む。
１の適合結晶格子構造を有するプラチナ（Ｐｔ）の第１
の下部電極層を形成する工程と、ｂ）該第１の適合結晶
格子構造と実質的に同一の第２の結晶格子構造を該第１
の下部電極層の上にある単相ペロブスカイト強誘電体膜
を形成し、それによって強誘電性を有する電極がＰｔ上
に形成される工程と、を含む。
【００１７】強誘電体膜の形成方法は、工程ｂ）が前記
Ｐｔ下部電極層からエピタキシャル成長する強誘電体膜
を含み、それによってペロブスカイト強誘電体膜が低い
堆積温度でＰｔ上に形成されてもよい。
Ｐｔ下部電極層からエピタキシャル成長する強誘電体膜
を含み、それによってペロブスカイト強誘電体膜が低い
堆積温度でＰｔ上に形成されてもよい。
【００１８】強誘電体膜の形成方法は、工程ａ）が前記
Ｐｔ第１の適合格子構造と実質的に同一である第３の結
晶格子構造を有する下にある層から前記第１の下部電極
層をエピタキシャル成長する工程を含んでもよい。
Ｐｔ第１の適合格子構造と実質的に同一である第３の結
晶格子構造を有する下にある層から前記第１の下部電極
層をエピタキシャル成長する工程を含んでもよい。
【００１９】強誘電体膜の形成方法は、工程ａ）に先行
するさらなる工程であって、ａ１）前記第１の下部電極
層の下にある前記第３の結晶格子構造を有するイリジウ
ム（Ｉｒ）の第２の下部電極層を形成する工程と、該工
程ａ）が該第２の下部電極層から該第１の下部電極層を
エピタキシャル成長とを含んでもよい。
するさらなる工程であって、ａ１）前記第１の下部電極
層の下にある前記第３の結晶格子構造を有するイリジウ
ム（Ｉｒ）の第２の下部電極層を形成する工程と、該工
程ａ）が該第２の下部電極層から該第１の下部電極層を
エピタキシャル成長とを含んでもよい。
【００２０】強誘電体膜の形成方法は、シリコン基板が
提供され、工程ａ１）が該下にあるシリコン基板から前
記Ｉｒ第２の下部電極層をエピタキシャル成長する工程
を含んでもよい。
提供され、工程ａ１）が該下にあるシリコン基板から前
記Ｉｒ第２の下部電極層をエピタキシャル成長する工程
を含んでもよい。
【００２１】強誘電体膜の形成方法は、工程ａ１）に先
行する工程であって、ａ２）約１００から５００Åの範
囲の厚さを有する前記シリコン基板上にあるチタン（Ｔ
ｉ）およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された
材料のバリア層を形成する工程を含んでもよい。
行する工程であって、ａ２）約１００から５００Åの範
囲の厚さを有する前記シリコン基板上にあるチタン（Ｔ
ｉ）およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された
材料のバリア層を形成する工程を含んでもよい。
【００２２】強誘電体膜の形成方法は、工程ａ）は、前
記第１と第２の下部電極層との間に挟まれた前記第３の
格子構造を有する、ＰｔおよびＩｒ固溶体を形成する工
程を含んでもよい。
記第１と第２の下部電極層との間に挟まれた前記第３の
格子構造を有する、ＰｔおよびＩｒ固溶体を形成する工
程を含んでもよい。
【００２３】強誘電体膜の形成方法は、工程ａ１）は、
約１０００から２０００Åまでの範囲までの厚さを有す
る前記Ｉｒ第２の下部電極層を含んでもよい。
約１０００から２０００Åまでの範囲までの厚さを有す
る前記Ｉｒ第２の下部電極層を含んでもよい。
【００２４】強誘電体膜の形成方法は、工程ａ１）は、
約１００から２５０℃までの範囲の温度、１秒当たり約
０．３から０．６Åまでの範囲の成長速度で前記Ｉｒ第
２の下部電極層を形成する工程を含んでもよい。
約１００から２５０℃までの範囲の温度、１秒当たり約
０．３から０．６Åまでの範囲の成長速度で前記Ｉｒ第
２の下部電極層を形成する工程を含んでもよい。
【００２５】強誘電体膜の形成方法は、工程ｂ）は、Ｐ
ｂＺｒ1-xＴｉxＯ3（ＰＺＴ）、ゲルマニウム酸鉛（Ｐ
ＧＯ）、およびＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる
群から選択された材料である強誘電体膜を含んでもよ
い。
ｂＺｒ1-xＴｉxＯ3（ＰＺＴ）、ゲルマニウム酸鉛（Ｐ
ＧＯ）、およびＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる
群から選択された材料である強誘電体膜を含んでもよ
い。
【００２６】強誘電体膜の形成方法は、工程ａ）は、約
１００から２５０℃の範囲の温度、１秒当たり約０．１
から０．５Åの成長速度でＰｔ第１の下部電極層の形成
を含んでもよい。
１００から２５０℃の範囲の温度、１秒当たり約０．１
から０．５Åの成長速度でＰｔ第１の下部電極層の形成
を含んでもよい。
【００２７】強誘電体膜の形成方法は、工程ａ）は、約
１００から１０００Åまでの範囲の厚さを有する前記Ｐ
ｔ第１の下部電極層を含んでもよい。
１００から１０００Åまでの範囲の厚さを有する前記Ｐ
ｔ第１の下部電極層を含んでもよい。
【００２８】強誘電体膜の形成方法は、工程ｂ）は、以
下のＰＺＴ強誘電体膜の形成を含む方法であって、１）
[Ｐｂ（ｔｈｄ）2]、[Ｚｒ（ＴＭＨＤ）］およびＴｉ
（ＩＰＯ）4を混合する工程と、２）ａ）テトラヒドロ
フラン、イソプロパノール、テトラグリム、およびｂ）
ブチルエーテル、イソプロパノール、テトラグリムから
なる群から選択された溶媒に該混合物を溶解する工程
と、３）前駆体気体を生成するためにサブ工程２）で形
成した該溶液を加熱する工程と、４）サブ工程３）で形
成した該前駆体気体をＩＣウエハ上でＰＺＴ薄膜を形成
するために分解し、それによってエピタキシャル成長Ｐ
ＺＴ膜は強誘電性を有する工程と、を含んでもよい。
下のＰＺＴ強誘電体膜の形成を含む方法であって、１）
[Ｐｂ（ｔｈｄ）2]、[Ｚｒ（ＴＭＨＤ）］およびＴｉ
（ＩＰＯ）4を混合する工程と、２）ａ）テトラヒドロ
フラン、イソプロパノール、テトラグリム、およびｂ）
ブチルエーテル、イソプロパノール、テトラグリムから
なる群から選択された溶媒に該混合物を溶解する工程
と、３）前駆体気体を生成するためにサブ工程２）で形
成した該溶液を加熱する工程と、４）サブ工程３）で形
成した該前駆体気体をＩＣウエハ上でＰＺＴ薄膜を形成
するために分解し、それによってエピタキシャル成長Ｐ
ＺＴ膜は強誘電性を有する工程と、を含んでもよい。
【００２９】工程ｂ）１）は、それぞれ約１．２：０．
５：０．５のモル比で[Ｐｂ（ｔｈｄ）2]および[Ｚｒ
（ＴＭＨＤ）］およびＴｉ（ＩＰＯ）4を混合する工程
を含んでもよい。
５：０．５のモル比で[Ｐｂ（ｔｈｄ）2]および[Ｚｒ
（ＴＭＨＤ）］およびＴｉ（ＩＰＯ）4を混合する工程
を含んでもよい。
【００３０】工程ｂ）２）は、それぞれ約８：２：１の
モル比である前記溶媒を含んでもよい。
モル比である前記溶媒を含んでもよい。
【００３１】工程ｂ）２）は、溶媒１リットル当たり約
０．１モルのＰＺＴ混合物を有する前駆体溶液を形成す
る工程を含んでもよい。
０．１モルのＰＺＴ混合物を有する前駆体溶液を形成す
る工程を含んでもよい。
【００３２】強誘電体膜の形成方法は、液体ポンプおよ
び前駆体蒸発器が提供され、工程ｂ）２）が１分当たり
約０．５ミリリットル（ｍｌ／ｍｉｎ）の速度で工程
ｂ）３）で前記前駆体溶液を該前駆体蒸発器に導入する
工程を含み、工程ｂ）３）は約２００から２５０℃の範
囲の温度まで該前駆体溶液を加熱するために該前駆体蒸
発器を使用し、それによって前記前駆体気体が形成され
る工程を含む。
び前駆体蒸発器が提供され、工程ｂ）２）が１分当たり
約０．５ミリリットル（ｍｌ／ｍｉｎ）の速度で工程
ｂ）３）で前記前駆体溶液を該前駆体蒸発器に導入する
工程を含み、工程ｂ）３）は約２００から２５０℃の範
囲の温度まで該前駆体溶液を加熱するために該前駆体蒸
発器を使用し、それによって前記前駆体気体が形成され
る工程を含む。
【００３３】前記ＩＣウエハが反応器に設置され、およ
び工程ｂ）３）に続き、工程ｂ）４）に先行する工程で
あって、ｂ）３a）１分当たり約４０００から６０００
標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）までの範囲でアル
ゴン気体シュラウドを用いて、約１７０から２５０℃の
範囲の温度まで予熱したチャンバ内で前記前駆体気体を
混合する工程と、ｂ）３b）約１０００から２５００ｓ
ｃｃｍの範囲で反応器に酸素フローを導入する工程と、
を含んでもよい。
び工程ｂ）３）に続き、工程ｂ）４）に先行する工程で
あって、ｂ）３a）１分当たり約４０００から６０００
標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）までの範囲でアル
ゴン気体シュラウドを用いて、約１７０から２５０℃の
範囲の温度まで予熱したチャンバ内で前記前駆体気体を
混合する工程と、ｂ）３b）約１０００から２５００ｓ
ｃｃｍの範囲で反応器に酸素フローを導入する工程と、
を含んでもよい。
【００３４】前記ＩＣウエハが反応器内にあるウエハチ
ャックに設置され、工程ｂ）３）は約３０から１００ｔ
ｏｒｒ（Ｔ）の範囲の前駆体蒸気圧に設定する工程を含
み、ならびに約５００から７００℃の範囲の温度まで該
ウエハチャックを加熱し、および約５から２０Ｔの範囲
の反応器チャンバ圧に設定する工程を含んでもよい。
ャックに設置され、工程ｂ）３）は約３０から１００ｔ
ｏｒｒ（Ｔ）の範囲の前駆体蒸気圧に設定する工程を含
み、ならびに約５００から７００℃の範囲の温度まで該
ウエハチャックを加熱し、および約５から２０Ｔの範囲
の反応器チャンバ圧に設定する工程を含んでもよい。
【００３５】強誘電体キャパシタが形成され、工程ｂ）
はＰＺＴ強誘電体膜を形成する方法を含み、工程ｃ）に
続くさらなる工程であって、ｄ）６００と７５０℃との
間の範囲の温度で酸素雰囲気中該ＰＺＴ膜をアニーリン
グする工程と、ｅ）該強誘電体膜上にある導電性電極を
形成する工程と、ｆ）アニーリングし、それによって上
部電極および下部電極を有するキャパシタが形成される
工程と、を含んでもよい。
はＰＺＴ強誘電体膜を形成する方法を含み、工程ｃ）に
続くさらなる工程であって、ｄ）６００と７５０℃との
間の範囲の温度で酸素雰囲気中該ＰＺＴ膜をアニーリン
グする工程と、ｅ）該強誘電体膜上にある導電性電極を
形成する工程と、ｆ）アニーリングし、それによって上
部電極および下部電極を有するキャパシタが形成される
工程と、を含んでもよい。
【００３６】工程ｄ）およびｆ）は、約２０％よりも大
きな分圧で導入された前記酸素を含んでもよい。
きな分圧で導入された前記酸素を含んでもよい。
【００３７】工程ｄ）およびｆ）は、約３０分から２時
間の間、約６００から７５０℃の範囲の温度での炉アニ
ーリング、および約６００から８００℃の範囲の温度で
のラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）からなる群
から選択されたアニーリング方法を用いる工程を含んで
もよい。
間の間、約６００から７５０℃の範囲の温度での炉アニ
ーリング、および約６００から８００℃の範囲の温度で
のラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）からなる群
から選択されたアニーリング方法を用いる工程を含んで
もよい。
【００３８】工程ｄ）およびｆ）は、約１０から１８０
０秒の範囲の時間、および１秒当たり約１０から２００
℃の熱温度ランプアップを有するＲＴＡプロセスを含ん
でもよい。
０秒の範囲の時間、および１秒当たり約１０から２００
℃の熱温度ランプアップを有するＲＴＡプロセスを含ん
でもよい。
【００３９】工程ｂ）は、約１ミリメートル（ｍｍ）未
満の膜の厚さを有するＰＺＴ膜を形成する工程を含んで
もよい。
満の膜の厚さを有するＰＺＴ膜を形成する工程を含んで
もよい。
【００４０】本発明による強誘電体デバイスは、第１の
適合結晶構造を有するエピタキシャル成長したプラチナ
（Ｐｔ）の第１の下部電極層と、該第１の適合結晶構造
と実質的に同一の第２の格子構造を有する該第１の下部
電極層上にある単相ペロブスカイト強誘電体膜、それに
よって該デバイスが良好な強誘電性および低いリーク電
流との両方を有する単相ペロブスカイト強誘電体膜と、
該第１の適合格子構造と実際に同一の第３の結晶格子構
造を有する該第１の下部電極層の下にあるイリジウム
（Ｉｒ）の第２の下部電極層、それによって該プラチナ
電極層は該Ｉｒ電極層の格子構造を有するイリジウムの
（Ｉｒ）の第２の下部電極層と、からなる。
適合結晶構造を有するエピタキシャル成長したプラチナ
（Ｐｔ）の第１の下部電極層と、該第１の適合結晶構造
と実質的に同一の第２の格子構造を有する該第１の下部
電極層上にある単相ペロブスカイト強誘電体膜、それに
よって該デバイスが良好な強誘電性および低いリーク電
流との両方を有する単相ペロブスカイト強誘電体膜と、
該第１の適合格子構造と実際に同一の第３の結晶格子構
造を有する該第１の下部電極層の下にあるイリジウム
（Ｉｒ）の第２の下部電極層、それによって該プラチナ
電極層は該Ｉｒ電極層の格子構造を有するイリジウムの
（Ｉｒ）の第２の下部電極層と、からなる。
【００４１】前記強誘電体デバイスであって、さらに、
前記第２の下部電極層の下にあるシリコン基板であっ
て、それにより該強誘電体デバイスが集積回路（ＩＣ）
において使用するためのシリコン上に製造される、シリ
コン基板からなってもよい。
前記第２の下部電極層の下にあるシリコン基板であっ
て、それにより該強誘電体デバイスが集積回路（ＩＣ）
において使用するためのシリコン上に製造される、シリ
コン基板からなってもよい。
【００４２】前記強誘電体デバイスであって、さらに、
前記シリコン基板と前記第２の下部電極層との間に挟ま
れたチタン（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔａ）からなる群
から選択された材料を含むバリア層、からなってもよ
い。
前記シリコン基板と前記第２の下部電極層との間に挟ま
れたチタン（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔａ）からなる群
から選択された材料を含むバリア層、からなってもよ
い。
【００４３】前記強誘電体膜は、ＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3
（ＰＺＴ）、ゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）、およびＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる群から選択された材
料であってもよい。
（ＰＺＴ）、ゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）、およびＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる群から選択された材
料であってもよい。
【００４４】前記強誘電体デバイスであって、さらに前
記強誘電体膜上にある上部電極であって、それによって
キャパシタが形成される、前記強誘電体膜上にある上部
電極からなってもよい。
記強誘電体膜上にある上部電極であって、それによって
キャパシタが形成される、前記強誘電体膜上にある上部
電極からなってもよい。
【００４５】前記リーク電流が１００ｋＶにおいて約１
×１０-7Ａ／ｃｍ2、より低い分極電圧が約３Ｖ、およ
び飽和電圧が約２から５Ｖまでの範囲であってもよい。
×１０-7Ａ／ｃｍ2、より低い分極電圧が約３Ｖ、およ
び飽和電圧が約２から５Ｖまでの範囲であってもよい。
【００４６】前記強誘電体膜が、約１０００から８００
０Åの範囲の厚さを有してもよい。
０Åの範囲の厚さを有してもよい。
【００４７】前記Ｉｒ第２の下部電極層が、約１０００
から２０００Åの範囲の厚さを有してもよい。
から２０００Åの範囲の厚さを有してもよい。
【００４８】前記Ｐｔ第１の下部電極層が、約１００か
ら１０００Åの範囲の厚さを有してもよい。
ら１０００Åの範囲の厚さを有してもよい。
【００４９】前記強誘電体膜が、約０．５から５ミクロ
ンまでの範囲の結晶粒サイズを有してもよい。
ンまでの範囲の結晶粒サイズを有してもよい。
【００５０】従って、集積回路強誘電体デバイスにおい
て、強誘電体膜を形成する方法が提供される。この方法
は、 ａ） 第１の適合結晶格子構造を有するプラチナ（Ｐ
ｔ）の第１の下部電極層を形成する工程と、 ｂ） 該第１の適合結晶格子構造と実質的には同一の第
２の結晶格子構造を有する該第１の下部電極上にある単
相ペロブスカイト強誘電体膜を形成し、それによって強
誘電性を有する電極がＰｔ電極上に形成される工程と、
を含む。
て、強誘電体膜を形成する方法が提供される。この方法
は、 ａ） 第１の適合結晶格子構造を有するプラチナ（Ｐ
ｔ）の第１の下部電極層を形成する工程と、 ｂ） 該第１の適合結晶格子構造と実質的には同一の第
２の結晶格子構造を有する該第１の下部電極上にある単
相ペロブスカイト強誘電体膜を形成し、それによって強
誘電性を有する電極がＰｔ電極上に形成される工程と、
を含む。
【００５１】工程ｂ）はＰｔ下部電極層から強誘電体薄
膜のエピタキシャル成長を含み、それによってペロブス
カイト強誘電体膜が高温のアニーリングなくしてＰｔ上
に形成する。
膜のエピタキシャル成長を含み、それによってペロブス
カイト強誘電体膜が高温のアニーリングなくしてＰｔ上
に形成する。
【００５２】本発明のいくつかの局面において、工程
ａ）は、Ｐｔ第１の適合格子構造と実質的に同一である
第３の結晶格子構造を有する下地のＩｒ層から第１の下
部電極層のエピタキシャル成長を含む。シリコン基板を
提供する場合、Ｉｒ層は下地のシリコン基板からエピタ
キシャル成長している。本発明のいくつかの局面におい
て、予備的な工程では、約１００から５００Åの範囲の
厚さを有するシリコン基板上にチタン（Ｔｉ）およびタ
ンタル（Ｔａ）からなる群から選択された材料のバリア
層を形成する。
ａ）は、Ｐｔ第１の適合格子構造と実質的に同一である
第３の結晶格子構造を有する下地のＩｒ層から第１の下
部電極層のエピタキシャル成長を含む。シリコン基板を
提供する場合、Ｉｒ層は下地のシリコン基板からエピタ
キシャル成長している。本発明のいくつかの局面におい
て、予備的な工程では、約１００から５００Åの範囲の
厚さを有するシリコン基板上にチタン（Ｔｉ）およびタ
ンタル（Ｔａ）からなる群から選択された材料のバリア
層を形成する。
【００５３】工程ａ）は約１００から２５０℃までの範
囲の温度、１秒当たり約０．１から０．５Åまでの範囲
の成長速度、約１００から１０００Åまでの範囲の厚さ
までの、Ｐｔ第１の下部電極の形成を含む。
囲の温度、１秒当たり約０．１から０．５Åまでの範囲
の成長速度、約１００から１０００Åまでの範囲の厚さ
までの、Ｐｔ第１の下部電極の形成を含む。
【００５４】強誘電体デバイスはまた、第１の適合結晶
格子構造を有するプラチナ（Ｐｔ）のエピタキシャル成
長の第１の下部電極層の包含を提供する。単相ペロブス
カイト強誘電体膜が、第１の適合結晶格子構造に実質的
に同一の第２の格子構造を有する第１の下部電極層の上
にある。この方法で、デバイスは良好な強誘電性および
低いリーク電流の両方を有する。Ｉｒの第２の下部電極
層を、第１の適合結晶格子構造に実質的に同一の第３の
格子構造を有する第１の下部電極の下にある。Ｐｔ電極
層は、Ｉｒ電極層の格子構造を有する。
格子構造を有するプラチナ（Ｐｔ）のエピタキシャル成
長の第１の下部電極層の包含を提供する。単相ペロブス
カイト強誘電体膜が、第１の適合結晶格子構造に実質的
に同一の第２の格子構造を有する第１の下部電極層の上
にある。この方法で、デバイスは良好な強誘電性および
低いリーク電流の両方を有する。Ｉｒの第２の下部電極
層を、第１の適合結晶格子構造に実質的に同一の第３の
格子構造を有する第１の下部電極の下にある。Ｐｔ電極
層は、Ｉｒ電極層の格子構造を有する。
【００５５】本発明のいくつか局面において、チタン
（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選択さ
れた金属を含むバリア層が、シリコン基板と第２の電極
層との間に挿入される。強誘電体膜は、ＰＺＴおよびゲ
ルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）からなる群から選択された材
料である。本発明のいくつかの局面において、強誘電体
デバイスはさらに、キャパシタを形成するために強誘電
体膜上にある上部電極を含む。
（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選択さ
れた金属を含むバリア層が、シリコン基板と第２の電極
層との間に挿入される。強誘電体膜は、ＰＺＴおよびゲ
ルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）からなる群から選択された材
料である。本発明のいくつかの局面において、強誘電体
デバイスはさらに、キャパシタを形成するために強誘電
体膜上にある上部電極を含む。
【００５６】
【発明の実施の形態】本発明はエピタキシャル多層電極
および復合電極の堆積方法、次いで、エピタキシャル多
層電極と復合電極との間に、ＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3（Ｐ
ＺＴ）およびＰｂ5Ｇｅ3Ｏ11（ＰＧＯ）のような高品質
の強誘電体薄膜の堆積方法を述べる。
および復合電極の堆積方法、次いで、エピタキシャル多
層電極と復合電極との間に、ＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ3（Ｐ
ＺＴ）およびＰｂ5Ｇｅ3Ｏ11（ＰＧＯ）のような高品質
の強誘電体薄膜の堆積方法を述べる。
【００５７】Ｉｒ、Ｐｔ、および多層Ｐｔ／Ｉｒの３種
の電極上のＰＺＴ薄膜の疲労特性を、様々なスイッチン
グ電圧およびスイッチング周波数で調べた。Ｉｒ電極上
のＰＺＴ薄膜は、角型で、飽和したヒステリシスループ
を有するが、それらのリーク電流および疲労速度は非常
に大きい。Ｐｔ電極上のＰＺＴ薄膜は、より低いリーク
電流を有するが、それらのヒステリシスループは角型で
なく、完全に飽和していない。本発明の多層Ｐｔ／Ｉｒ
電極上のＰＺＴ薄膜は、極めて角型で、飽和したヒステ
リシスループを有し、より低いリーク電流およびより小
さな疲労速度を有する。実験プロセスおよび結果は以下
に示す。
の電極上のＰＺＴ薄膜の疲労特性を、様々なスイッチン
グ電圧およびスイッチング周波数で調べた。Ｉｒ電極上
のＰＺＴ薄膜は、角型で、飽和したヒステリシスループ
を有するが、それらのリーク電流および疲労速度は非常
に大きい。Ｐｔ電極上のＰＺＴ薄膜は、より低いリーク
電流を有するが、それらのヒステリシスループは角型で
なく、完全に飽和していない。本発明の多層Ｐｔ／Ｉｒ
電極上のＰＺＴ薄膜は、極めて角型で、飽和したヒステ
リシスループを有し、より低いリーク電流およびより小
さな疲労速度を有する。実験プロセスおよび結果は以下
に示す。
【００５８】図１、２および３は、Ｉｒ、Ｐｔ、および
Ｐｔ／Ｉｒ電極上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労特性を示
す。疲労特性は、スイッチング電圧３Ｖ、およびスイッ
チング周波数５０ｋＨｚで測定された。１×１０8回の
スイッチングサイクル試験の後、Ｉｒ、ＰｔおよびＰｔ
／Ｉｒ上のＰＺＴ薄膜の標準保持分極はそれぞれ０．５
５、０．６１、および０．７５であった。実験結果から
分かるように、Ｉｒ電極およびＰｔ／Ｉｒ電極の両方の
上のＰＺＴ薄膜は角型で、飽和したヒステリシスループ
を有するが、Ｐｔ電極上のＰＺＴ薄膜のヒステリシスル
ープは角型でなく、完全に飽和していない。
Ｐｔ／Ｉｒ電極上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労特性を示
す。疲労特性は、スイッチング電圧３Ｖ、およびスイッ
チング周波数５０ｋＨｚで測定された。１×１０8回の
スイッチングサイクル試験の後、Ｉｒ、ＰｔおよびＰｔ
／Ｉｒ上のＰＺＴ薄膜の標準保持分極はそれぞれ０．５
５、０．６１、および０．７５であった。実験結果から
分かるように、Ｉｒ電極およびＰｔ／Ｉｒ電極の両方の
上のＰＺＴ薄膜は角型で、飽和したヒステリシスループ
を有するが、Ｐｔ電極上のＰＺＴ薄膜のヒステリシスル
ープは角型でなく、完全に飽和していない。
【００５９】図４は、Ｉｒ電極およびＰｔ電極上に堆積
されたＰＺＴ膜と比較して、本発明のＰｔ／Ｉｒ電極上
に堆積したＰＺＴ膜がより低い疲労速度を示しているこ
とを示す。
されたＰＺＴ膜と比較して、本発明のＰｔ／Ｉｒ電極上
に堆積したＰＺＴ膜がより低い疲労速度を示しているこ
とを示す。
【００６０】図５、６および７は、スイッチング電圧３
Ｖおよびスイッチング周波数５ｋＨｚでのＩｒ電極、Ｐ
ｔ電極、およびＰｔ／Ｉｒ電極上のＰＺＴ薄膜の疲労挙
動を示す。１×１０8回のスイッチングサイクル試験の
後、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＰｔ／Ｉｒ上のＰＺＴ薄膜の標
準保持分極は、それぞれ０．３８、０．７６、および
０．５８であった。スイッチング周波数の減少によって
ＩｒおよびＰｔ／Ｉｒ上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労速
度は減少する。
Ｖおよびスイッチング周波数５ｋＨｚでのＩｒ電極、Ｐ
ｔ電極、およびＰｔ／Ｉｒ電極上のＰＺＴ薄膜の疲労挙
動を示す。１×１０8回のスイッチングサイクル試験の
後、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＰｔ／Ｉｒ上のＰＺＴ薄膜の標
準保持分極は、それぞれ０．３８、０．７６、および
０．５８であった。スイッチング周波数の減少によって
ＩｒおよびＰｔ／Ｉｒ上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労速
度は減少する。
【００６１】図８は、Ｐｔ上のＰＺＴ薄膜の疲労特性が
スイッチング周波数の減少と共に減少することを示す。
スイッチング周波数の減少と共に減少することを示す。
【００６２】図９および１０は、スイッチング電圧５Ｖ
およびスイッチング周波数５ｋＨｚで、Ｐｔ電極および
Ｐｔ／Ｉｒ電極上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労特性を示
す。高いリーク電流のために、Ｉｒ電極上のＰＺＴ薄膜
のヒステリシスループは、４Ｖまでしか測定し得ない。
およびスイッチング周波数５ｋＨｚで、Ｐｔ電極および
Ｐｔ／Ｉｒ電極上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労特性を示
す。高いリーク電流のために、Ｉｒ電極上のＰＺＴ薄膜
のヒステリシスループは、４Ｖまでしか測定し得ない。
【００６３】図１１は、スイッチング電圧３ＶでのＰＺ
Ｔ薄膜のデータと比べて、ＰｔおよびＰｔ／Ｉｒ両方の
上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労速度がスイッチング電圧
の増加に伴い増加することを示す。Ｐｔ電極に関して、
ＰＺＴ薄膜の標準保分極は、スイッチング電圧が３Ｖか
ら５Ｖへ増加するに伴い０．７５から０．４へ著しく減
少する。本発明のＰｔ／Ｉｒ電極に関して、ＰＺＴ薄膜
の標準保持分極は、スイッチング電圧が３Ｖから５Ｖへ
増加するに伴い、０．６から０．５へと著しく減少す
る。Ｐｔ／Ｉｒ上に堆積したＰＺＴ薄膜の保持分極は１
×１０8サイクルの後、ほとんど１×１０10サイクル
（図１０）まで安定性が残存する。
Ｔ薄膜のデータと比べて、ＰｔおよびＰｔ／Ｉｒ両方の
上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労速度がスイッチング電圧
の増加に伴い増加することを示す。Ｐｔ電極に関して、
ＰＺＴ薄膜の標準保分極は、スイッチング電圧が３Ｖか
ら５Ｖへ増加するに伴い０．７５から０．４へ著しく減
少する。本発明のＰｔ／Ｉｒ電極に関して、ＰＺＴ薄膜
の標準保持分極は、スイッチング電圧が３Ｖから５Ｖへ
増加するに伴い、０．６から０．５へと著しく減少す
る。Ｐｔ／Ｉｒ上に堆積したＰＺＴ薄膜の保持分極は１
×１０8サイクルの後、ほとんど１×１０10サイクル
（図１０）まで安定性が残存する。
【００６４】非常に良好な強誘電性を有する多結晶ＰＺ
Ｔ薄膜は、ＭＯＣＶＤプロセスを用いて堆積される。実
験プロセスおよび結果は下で述べる。
Ｔ薄膜は、ＭＯＣＶＤプロセスを用いて堆積される。実
験プロセスおよび結果は下で述べる。
【００６５】液体のデリバリシステムを有するＥＭＣＯ
ＲＥ酸化物ＭＯＣＶＤ反応器がＰＺＴ薄膜の成長に使用
される。ＰＺＴ薄膜は、ＭＯＣＶＤプロセスを用いて、
６インチＰｔ（３０ｎｍ）Ｉｒ（２０ｎｍ）／Ｔｉ（２
５ｎｍ）／ＳｉＯ2（２００ｎｍ）Ｓｉ上に堆積され
る。ＰＺＴ薄膜の前駆体を表２に列挙する。
ＲＥ酸化物ＭＯＣＶＤ反応器がＰＺＴ薄膜の成長に使用
される。ＰＺＴ薄膜は、ＭＯＣＶＤプロセスを用いて、
６インチＰｔ（３０ｎｍ）Ｉｒ（２０ｎｍ）／Ｔｉ（２
５ｎｍ）／ＳｉＯ2（２００ｎｍ）Ｓｉ上に堆積され
る。ＰＺＴ薄膜の前駆体を表２に列挙する。
【００６６】
【表２】 １．２：０．５：０．５のモル比の[Ｐｂ(ｔｈｄ)2]、
Ｚｒ(ＴＭＨＤ)4、およびＴｉ(ＩＰＯ)4を、モル比８：
２：１でブチルエーテル、イソプロパノール、およびテ
トラグリムの混合溶媒に溶解させる。あるいは、テトラ
ヒドロフラン（ＴＨＦ)がブチルエーテルの代わりに使
用される。前駆体溶液は、ＰＺＴの０．１Ｍ／Ｌの濃度
を有する。溶液は前駆体気体を形成するために０．１〜
０．５ｍｌ／分の速度でポンプによって蒸発器（２００
〜２５０℃）に注入される。前駆体気体は２００〜２５
０℃に予備加熱されたアルゴン流を用いて反応器に取り
入れられる。堆積温度および圧力は、それぞれ５００〜
６５０℃、１０Ｔｏｒｒである。酸素（１０００〜２５
００ｓｃｃｍ）を含むシュラウドフロー（Ａｒ４０００
ｓｃｃｍ）が反応器に送られる。堆積後、ＰＺＴ薄膜は
酸素雰囲気中で室温まで冷却される。ＰＺＴ薄膜の強誘
電性を改善するために、堆積直後のＰＺＴ薄膜を、上部
電極を堆積する前後で６００〜７００℃において酸素雰
囲気中でアニールした。
Ｚｒ(ＴＭＨＤ)4、およびＴｉ(ＩＰＯ)4を、モル比８：
２：１でブチルエーテル、イソプロパノール、およびテ
トラグリムの混合溶媒に溶解させる。あるいは、テトラ
ヒドロフラン（ＴＨＦ)がブチルエーテルの代わりに使
用される。前駆体溶液は、ＰＺＴの０．１Ｍ／Ｌの濃度
を有する。溶液は前駆体気体を形成するために０．１〜
０．５ｍｌ／分の速度でポンプによって蒸発器（２００
〜２５０℃）に注入される。前駆体気体は２００〜２５
０℃に予備加熱されたアルゴン流を用いて反応器に取り
入れられる。堆積温度および圧力は、それぞれ５００〜
６５０℃、１０Ｔｏｒｒである。酸素（１０００〜２５
００ｓｃｃｍ）を含むシュラウドフロー（Ａｒ４０００
ｓｃｃｍ）が反応器に送られる。堆積後、ＰＺＴ薄膜は
酸素雰囲気中で室温まで冷却される。ＰＺＴ薄膜の強誘
電性を改善するために、堆積直後のＰＺＴ薄膜を、上部
電極を堆積する前後で６００〜７００℃において酸素雰
囲気中でアニールした。
【００６７】ＰＺＴ薄膜の組成をエネルギー分散Ｘ線解
析（ＥＤＸ)によって分析した。膜の相は、Ｘ線回折に
よって同定した。Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板上の
膜の厚さおよび表面構造を走査型電子顕微鏡で測定し
た。強誘電性を標準ＲＴ６６Ａ装置を用いて測定した。
析（ＥＤＸ)によって分析した。膜の相は、Ｘ線回折に
よって同定した。Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板上の
膜の厚さおよび表面構造を走査型電子顕微鏡で測定し
た。強誘電性を標準ＲＴ６６Ａ装置を用いて測定した。
【００６８】図１２は、５５０℃で堆積した本発明のＰ
ＺＴ薄膜および６５０℃でアニールした本発明のＰＺＴ
薄膜のＸ線回折図を示す。組成および相の測定により、
約３５０ｎｍの厚さを有する多結晶ＰＺＴ薄膜の生成を
確かめた。
ＺＴ薄膜および６５０℃でアニールした本発明のＰＺＴ
薄膜のＸ線回折図を示す。組成および相の測定により、
約３５０ｎｍの厚さを有する多結晶ＰＺＴ薄膜の生成を
確かめた。
【００６９】図１３は、２Ｐｒ（分極電圧）６０．７μ
Ｃ／ｃｍ2および２Ｅｃ（抗電界）７６ｋＶ／ｃｍを有
する本発明のＰＺＴ薄膜の堆積直後のヒステリシスルー
プを示す。ＰＺＴ薄膜はＭＯＣＶＤプロセスによる堆積
後、非常に良好な強誘電性および電気的特性を有する。
Ｃ／ｃｍ2および２Ｅｃ（抗電界）７６ｋＶ／ｃｍを有
する本発明のＰＺＴ薄膜の堆積直後のヒステリシスルー
プを示す。ＰＺＴ薄膜はＭＯＣＶＤプロセスによる堆積
後、非常に良好な強誘電性および電気的特性を有する。
【００７０】図１４は、本発明の薄膜を６５０℃、３０
分アニールした後のヒステリシスループを示す。２Ｐｒ
は５３．８μＣ／ｃｍ2まで減少し、２Ｅｃは８７ｋＶ
／ｃｍまで増加し、ヒステリシスループは印加電圧５Ｖ
において良好な飽和、対称性を有する。
分アニールした後のヒステリシスループを示す。２Ｐｒ
は５３．８μＣ／ｃｍ2まで減少し、２Ｅｃは８７ｋＶ
／ｃｍまで増加し、ヒステリシスループは印加電圧５Ｖ
において良好な飽和、対称性を有する。
【００７１】図１５は、様々な印加電圧における本発明
の薄膜のヒステリシスループを示す。ＰＺＴ薄膜のヒス
テリシスループは、３Ｖからほとんど飽和している。
の薄膜のヒステリシスループを示す。ＰＺＴ薄膜のヒス
テリシスループは、３Ｖからほとんど飽和している。
【００７２】図１６は、本発明の薄膜の１００ｋＶ／ｃ
ｍにおける低いリーク電流６．１６×１０-7Ａ／ｃｍ2
を示す。上記実験結果によりＭＯＣＶＤプロセスを用い
ることによって高品質なＰＺＴ薄膜の堆積が可能である
ことを確かめられる。
ｍにおける低いリーク電流６．１６×１０-7Ａ／ｃｍ2
を示す。上記実験結果によりＭＯＣＶＤプロセスを用い
ることによって高品質なＰＺＴ薄膜の堆積が可能である
ことを確かめられる。
【００７３】エピタキシャル多層電極を電子ビーム蒸着
法によって生成させた。初めに１００〜２００ｎｍの厚
さのＩｒ電極を、０．０３〜０．０６ｎｍ／秒のより低
い成長速度を用いて１００〜２５０℃でＴｉ／ＳｉＯ2
／Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させた。次いで、１
０〜５０ｎｍの非常に薄いＰｔ電極を、０．０１〜０．
０５ｎｍ／秒のより低い成長速度を用いて１００〜２５
０℃でＩｒ電極上にエピタキシャル成長させた。
法によって生成させた。初めに１００〜２００ｎｍの厚
さのＩｒ電極を、０．０３〜０．０６ｎｍ／秒のより低
い成長速度を用いて１００〜２５０℃でＴｉ／ＳｉＯ2
／Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させた。次いで、１
０〜５０ｎｍの非常に薄いＰｔ電極を、０．０１〜０．
０５ｎｍ／秒のより低い成長速度を用いて１００〜２５
０℃でＩｒ電極上にエピタキシャル成長させた。
【００７４】図１７は、Ｐｔ電極、Ｉｒ電極、およびＰ
ｔ／Ｉｒ電極のＸ線回折図を示す。Ｘ線回折図によりＩ
ｒ基板上にエピタキシャルＰｔ膜が成長したことが分か
る。
ｔ／Ｉｒ電極のＸ線回折図を示す。Ｘ線回折図によりＩ
ｒ基板上にエピタキシャルＰｔ膜が成長したことが分か
る。
【００７５】ＰＺＴ薄膜の組成を、エネルギー分散Ｘ線
解析（ＥＤＸ）を用いて分析した。膜の相をＸ線回折法
を用いて同定した。３種類の基板上の膜の厚さおよび表
面粗さを走査型電子顕微鏡によって測定した。強誘電性
を標準ＲＴ６６Ａ装置を用いて測定した。
解析（ＥＤＸ）を用いて分析した。膜の相をＸ線回折法
を用いて同定した。３種類の基板上の膜の厚さおよび表
面粗さを走査型電子顕微鏡によって測定した。強誘電性
を標準ＲＴ６６Ａ装置を用いて測定した。
【００７６】図１８は、Ｐｔ電極、Ｉｒ電極、およびエ
ピタキシャルＰｔ−Ｉｒ電極上のＰＺＴのＸ線回折図で
ある。Ｘ線回折図はＩｒ電極およびＰｔ／Ｉｒ電極上の
両方の電極上に成長した純粋なＰＺＴ膜を示す。エピタ
キシャルＰｔ／Ｉｒ上のＭＯＣＶＤ ＰＺＴ薄膜はま
た、優れた強誘電性、および電気的特性を示す。
ピタキシャルＰｔ−Ｉｒ電極上のＰＺＴのＸ線回折図で
ある。Ｘ線回折図はＩｒ電極およびＰｔ／Ｉｒ電極上の
両方の電極上に成長した純粋なＰＺＴ膜を示す。エピタ
キシャルＰｔ／Ｉｒ上のＭＯＣＶＤ ＰＺＴ薄膜はま
た、優れた強誘電性、および電気的特性を示す。
【００７７】図１９は強誘電体デバイスに関する本発明
の強誘電体膜の形成方法の工程を図示する。工程１０は
強誘電体デバイスにおける集積回路を提供する。工程１
２は第一適合結晶格子構造を有するプラチナ（Ｐｔ）第
１の下部電極層を形成する。明細書中で記述したよう
に、適合する格子構造はＰｔに関する自然の格子構造で
ないことが理解される。適合する格子構造は特に、その
ペロブスカイト相における強誘電体膜の格子構造に合う
ように設計された構造である。工程１２は、Ｐｔ第１の
下部電極層を約１００から２５０℃の温度範囲で、１秒
当たり約０．１から０．５Åの範囲の成長速度で形成す
る工程を含む。工程１２は、約１００〜１０００Åの範
囲の厚さを有するＰｔ第１の下部電極層を含む。工程１
４は、第１の適合結晶格子構造に実質的に同一の第２の
結晶格子構造を有する第１の下部電極層上にある単相ペ
ロブスカイト強誘電体膜を形成する。第１の適合結晶構
造および第２の適合結晶構造は完全に一致しないことが
理解される。正確なミスマッチを定めるのは困難であ
る。しかし、同様にそのような膜がＩｒ電極上に成長す
る方法で、十分小さな格子ミスマッチにより、Ｐｔ上に
単相ペロブスカイト強誘電体膜を形成する。工程１４
は、ＰＺＴ、ゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）、およびＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる群から選択された材
料である強誘電体膜を含む。本発明のいくつかの局面に
おいて、工程１４は、約１ミリメートル（ｍｍ）未満の
厚さを有するＰＺＴ膜の形成を含む。工程１６は、生成
物であり、ここで強誘電性を有する電極が、Ｐｔ電極上
に形成される。
の強誘電体膜の形成方法の工程を図示する。工程１０は
強誘電体デバイスにおける集積回路を提供する。工程１
２は第一適合結晶格子構造を有するプラチナ（Ｐｔ）第
１の下部電極層を形成する。明細書中で記述したよう
に、適合する格子構造はＰｔに関する自然の格子構造で
ないことが理解される。適合する格子構造は特に、その
ペロブスカイト相における強誘電体膜の格子構造に合う
ように設計された構造である。工程１２は、Ｐｔ第１の
下部電極層を約１００から２５０℃の温度範囲で、１秒
当たり約０．１から０．５Åの範囲の成長速度で形成す
る工程を含む。工程１２は、約１００〜１０００Åの範
囲の厚さを有するＰｔ第１の下部電極層を含む。工程１
４は、第１の適合結晶格子構造に実質的に同一の第２の
結晶格子構造を有する第１の下部電極層上にある単相ペ
ロブスカイト強誘電体膜を形成する。第１の適合結晶構
造および第２の適合結晶構造は完全に一致しないことが
理解される。正確なミスマッチを定めるのは困難であ
る。しかし、同様にそのような膜がＩｒ電極上に成長す
る方法で、十分小さな格子ミスマッチにより、Ｐｔ上に
単相ペロブスカイト強誘電体膜を形成する。工程１４
は、ＰＺＴ、ゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）、およびＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる群から選択された材
料である強誘電体膜を含む。本発明のいくつかの局面に
おいて、工程１４は、約１ミリメートル（ｍｍ）未満の
厚さを有するＰＺＴ膜の形成を含む。工程１６は、生成
物であり、ここで強誘電性を有する電極が、Ｐｔ電極上
に形成される。
【００７８】本発明のいくつかの局面において、工程１
４は、Ｐｔ下部電極から配向性のある、あるいはエピタ
キシャル成長のペロブスカイト強誘電体膜を含み、それ
によってペロブスカイト強誘電体膜が低い堆積温度でＰ
ｔ上に形成する。当該分野で周知のように、「配向成
長」はｃ軸のような少なくとも１つの軸に配列した均一
の多結晶構造を意味する。本発明におけるＰＺＴ膜は
（１１０）方向に配向して成長し、一方、ＰＧＯは（０
０１）方向に形成されている。しかし、配向成長構造
は、なお結晶間に結晶粒界領域を有し得る。「エピタキ
シャル成長」は結晶構造中にそのような粒界のない配向
性のある成長構造を意味する。さらに、工程１２は、Ｐ
ｔ第１の適合格子構造と実質的に同一の第３の結晶構造
を有する下にある層から、第１の下部電極層を配向また
はエピタキシャル成長することを含む。加えて、第１の
適合格子構造および第３の格子構造は同一ではない。さ
らに、第１の適合格子構造は一定ではない。その格子構
造は、Ｐｔ層の厚さに応じて、第３の格子構造により厳
密に類似する格子構造を有する、Ｐｔにもっとも近い第
３の格子構造を有して変化する。
４は、Ｐｔ下部電極から配向性のある、あるいはエピタ
キシャル成長のペロブスカイト強誘電体膜を含み、それ
によってペロブスカイト強誘電体膜が低い堆積温度でＰ
ｔ上に形成する。当該分野で周知のように、「配向成
長」はｃ軸のような少なくとも１つの軸に配列した均一
の多結晶構造を意味する。本発明におけるＰＺＴ膜は
（１１０）方向に配向して成長し、一方、ＰＧＯは（０
０１）方向に形成されている。しかし、配向成長構造
は、なお結晶間に結晶粒界領域を有し得る。「エピタキ
シャル成長」は結晶構造中にそのような粒界のない配向
性のある成長構造を意味する。さらに、工程１２は、Ｐ
ｔ第１の適合格子構造と実質的に同一の第３の結晶構造
を有する下にある層から、第１の下部電極層を配向また
はエピタキシャル成長することを含む。加えて、第１の
適合格子構造および第３の格子構造は同一ではない。さ
らに、第１の適合格子構造は一定ではない。その格子構
造は、Ｐｔ層の厚さに応じて、第３の格子構造により厳
密に類似する格子構造を有する、Ｐｔにもっとも近い第
３の格子構造を有して変化する。
【００７９】本発明のいくつかの局面において、さらな
る工程が工程１２に先行する。工程１０ａ（図示せず）
は、約１００から５００Åまでの範囲の厚さを有するシ
リコン基板上にあるチタン（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔ
ａ）からなる群から選択された材料のバリア層を形成す
る。この工程は、本発明のすべての局面において実施さ
れない。工程１０ｂは、第１の下部電極層の下にある第
３の結晶格子構造を有するイリジウム（Ｉｒ）の第２の
下部電極層を形成する。工程１０ｂは、約１０００から
２０００Åの範囲の厚さを有するＩｒ第２の下部電極層
を含む。工程１０ｂは、約１００から２５０℃の範囲の
温度、１秒当たり約０．３から０．６Åの範囲の成長速
度でＩｒ第２の下部電極層の形成を含む。次いで、工程
１２は、第２の下部電極層から第１の下部電極層のエピ
タキシャル成長を含む。
る工程が工程１２に先行する。工程１０ａ（図示せず）
は、約１００から５００Åまでの範囲の厚さを有するシ
リコン基板上にあるチタン（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔ
ａ）からなる群から選択された材料のバリア層を形成す
る。この工程は、本発明のすべての局面において実施さ
れない。工程１０ｂは、第１の下部電極層の下にある第
３の結晶格子構造を有するイリジウム（Ｉｒ）の第２の
下部電極層を形成する。工程１０ｂは、約１０００から
２０００Åの範囲の厚さを有するＩｒ第２の下部電極層
を含む。工程１０ｂは、約１００から２５０℃の範囲の
温度、１秒当たり約０．３から０．６Åの範囲の成長速
度でＩｒ第２の下部電極層の形成を含む。次いで、工程
１２は、第２の下部電極層から第１の下部電極層のエピ
タキシャル成長を含む。
【００８０】このように、工程１２におけるＰｔの第１
の適合格子構造は、工程１０ｂにおいて堆積されたＩｒ
の第３の格子構造に起因する。Ｉｒとペロブスカイト強
誘電体層との間のミスマッチは非常に小さい。Ｐｔ層が
十分薄い限りは、Ｐｔ層は下にあるＩｒの格子構造を
「採用する」。つまり、Ｐｔ層が十分薄くさえあれば、
Ｉｒの格子構造を有するＰｔ／Ｉｒ固溶体が、高温のア
ニーリングに従い形成される。本発明のいくつかの局面
において、Ｐｔ原子がいくつかのＩｒ原子と置換する、
またはＰｔ原子がＩｒ層中に拡散したＩｒの固溶体が、
Ｉｒ格子構造を有して形成されることを考慮すると有用
である。Ｐｔ層が薄い場合、例えば１００Åの厚さの場
合、いわゆる完全なＰｔ層はそのような固溶体であると
みなせる。Ｐｔ層がより厚い場合、例えば５００Åの厚
さの場合、次いでＰｔ／Ｉｒ固溶体がＩｒ層とＰｔ層と
の間に挟まれる。それゆえ、工程１２は、第３の格子構
造を有する第１の下部電極層と第２の下部電極層との間
に挟まれたＰｔおよびＩｒの固溶体の形成を含む。
の適合格子構造は、工程１０ｂにおいて堆積されたＩｒ
の第３の格子構造に起因する。Ｉｒとペロブスカイト強
誘電体層との間のミスマッチは非常に小さい。Ｐｔ層が
十分薄い限りは、Ｐｔ層は下にあるＩｒの格子構造を
「採用する」。つまり、Ｐｔ層が十分薄くさえあれば、
Ｉｒの格子構造を有するＰｔ／Ｉｒ固溶体が、高温のア
ニーリングに従い形成される。本発明のいくつかの局面
において、Ｐｔ原子がいくつかのＩｒ原子と置換する、
またはＰｔ原子がＩｒ層中に拡散したＩｒの固溶体が、
Ｉｒ格子構造を有して形成されることを考慮すると有用
である。Ｐｔ層が薄い場合、例えば１００Åの厚さの場
合、いわゆる完全なＰｔ層はそのような固溶体であると
みなせる。Ｐｔ層がより厚い場合、例えば５００Åの厚
さの場合、次いでＰｔ／Ｉｒ固溶体がＩｒ層とＰｔ層と
の間に挟まれる。それゆえ、工程１２は、第３の格子構
造を有する第１の下部電極層と第２の下部電極層との間
に挟まれたＰｔおよびＩｒの固溶体の形成を含む。
【００８１】本発明のいくつかの局面において、工程１
０はシリコン基板を提供し、工程１０ｂは下にあるシリ
コン基板からＩｒ第２の下部電極層の配向またはエピタ
キシャル成長を含む。
０はシリコン基板を提供し、工程１０ｂは下にあるシリ
コン基板からＩｒ第２の下部電極層の配向またはエピタ
キシャル成長を含む。
【００８２】本発明のいくつかの局面において、工程１
４は次のサブ工程（図示せず）を伴うＰＺＴ強誘電体膜
の形成を含む。
４は次のサブ工程（図示せず）を伴うＰＺＴ強誘電体膜
の形成を含む。
【００８３】ａ） [Ｐｂ（ｔｈｄ）2]、[Ｚｒ（ＴＭＨ
Ｄ）]、およびＴｉ（ＩＰＯ）4の混合するサブ工程と、 ｂ） ａ）テトラヒドロフラン、イソプロパノール、お
よびテトラグリム、およびｂ）ブチルエーテル、イソプ
ロパノール、およびテトラグリムからなる群から選択さ
れた溶媒に混合物を溶解するサブ工程と、 ｃ） サブ工程ｂ）で形成した溶液を前駆体気体を生成
するための加熱するサブ工程と、 ｄ） サブ工程ｃ）で形成した前駆体気体をＩＣウエハ
上にＰＺＴ薄膜を形成するために分解し、それによって
エピタキシャル成長したＰＺＴ膜は強誘電性を有するサ
ブ工程と、を含む。
Ｄ）]、およびＴｉ（ＩＰＯ）4の混合するサブ工程と、 ｂ） ａ）テトラヒドロフラン、イソプロパノール、お
よびテトラグリム、およびｂ）ブチルエーテル、イソプ
ロパノール、およびテトラグリムからなる群から選択さ
れた溶媒に混合物を溶解するサブ工程と、 ｃ） サブ工程ｂ）で形成した溶液を前駆体気体を生成
するための加熱するサブ工程と、 ｄ） サブ工程ｃ）で形成した前駆体気体をＩＣウエハ
上にＰＺＴ薄膜を形成するために分解し、それによって
エピタキシャル成長したＰＺＴ膜は強誘電性を有するサ
ブ工程と、を含む。
【００８４】本発明のいくつかの局面において、サブ工
程ａ）は、[Ｐｂ（ｔｈｄ）2]、[Ｚｒ（ＴＭＨＤ）]お
よびＴｉ（ＩＰＯ）4をそれぞれ約１．２：０．５：
０．５のモル比で混合することを含む。本発明の別の局
面において、サブ工程ｂ）はそれぞれ約８：２：１のモ
ル比の溶媒を含む。さらにサブ工程ｂ）は、溶媒１リッ
トル当たり約０．１モルのＰＺＴ混合物を有する前駆体
溶液の形成を含む。
程ａ）は、[Ｐｂ（ｔｈｄ）2]、[Ｚｒ（ＴＭＨＤ）]お
よびＴｉ（ＩＰＯ）4をそれぞれ約１．２：０．５：
０．５のモル比で混合することを含む。本発明の別の局
面において、サブ工程ｂ）はそれぞれ約８：２：１のモ
ル比の溶媒を含む。さらにサブ工程ｂ）は、溶媒１リッ
トル当たり約０．１モルのＰＺＴ混合物を有する前駆体
溶液の形成を含む。
【００８５】工程１０が液体ポンプおよび前駆体蒸発器
を提供する場合、次いで工程１４ｂは、前駆体溶液を工
程１４ｃにおいて１分当たり約０．５ミリリットル（ｍ
ｌ／ｍｉｎ）の速度で前駆体蒸発器に導入するための液
体ポンプの使用を含む。さらに工程１４ｃは、約２００
から２５０℃の範囲の温度まで前駆体溶液を加熱するた
めの前駆体蒸発器の使用を含み、それによって前駆体気
体が形成する。
を提供する場合、次いで工程１４ｂは、前駆体溶液を工
程１４ｃにおいて１分当たり約０．５ミリリットル（ｍ
ｌ／ｍｉｎ）の速度で前駆体蒸発器に導入するための液
体ポンプの使用を含む。さらに工程１４ｃは、約２００
から２５０℃の範囲の温度まで前駆体溶液を加熱するた
めの前駆体蒸発器の使用を含み、それによって前駆体気
体が形成する。
【００８６】工程１０が、ＩＣウエハの反応器への設置
を提供する場合、次いでさらなるサブ工程が工程１４
ｃ）に続き、工程１４ｄに先行する。工程１４ｃ1（図
示せず）は、１分当たり約４０００から６０００標準立
方センチメートル（ｓｃｃｍ）の範囲のアルゴン気体シ
ュラウドフローを用いて、約１７０から２５０℃の範囲
の温度まで余熱したチャンバ内で前駆体気体を混合す
る。工程１４ｃ2（図示せず）は、薬１０００から２５
００ｓｃｃｍの範囲で酸素フローを反応器に導入する。
を提供する場合、次いでさらなるサブ工程が工程１４
ｃ）に続き、工程１４ｄに先行する。工程１４ｃ1（図
示せず）は、１分当たり約４０００から６０００標準立
方センチメートル（ｓｃｃｍ）の範囲のアルゴン気体シ
ュラウドフローを用いて、約１７０から２５０℃の範囲
の温度まで余熱したチャンバ内で前駆体気体を混合す
る。工程１４ｃ2（図示せず）は、薬１０００から２５
００ｓｃｃｍの範囲で酸素フローを反応器に導入する。
【００８７】工程１０がＩＣウエハの反応器内のウエハ
チャックへの設置を提供する場合、工程１４ｃは、約３
０から１００ｔｏｒｒ（Ｔ）の範囲において前駆体蒸気
圧の設定を含む。さらに、工程１４ｄは、およそ５００
から７００℃の範囲の温度までウエハチャックを加熱
し、５〜２０Ｔまでの範囲で反応器チャンバ圧の設定を
含む。
チャックへの設置を提供する場合、工程１４ｃは、約３
０から１００ｔｏｒｒ（Ｔ）の範囲において前駆体蒸気
圧の設定を含む。さらに、工程１４ｄは、およそ５００
から７００℃の範囲の温度までウエハチャックを加熱
し、５〜２０Ｔまでの範囲で反応器チャンバ圧の設定を
含む。
【００８８】工程１０が、強誘電体キャパシタの形成を
提供し、および工程１４がＰＺＴ強誘電体膜の形成を含
む場合、次いでさらなる工程が工程１４に続く。工程１
５ａは、６００と７５０℃との間の範囲の温度で酸素雰
囲気中ＰＺＴ膜をアニールする。工程１５ｂは強誘電体
膜上に導電性の電極を形成する。工程１５ｃはアニール
し、それによって上部電極および下部電極を有するキャ
パシタが形成される。本発明のいくつかの局面におい
て、上部電極はＰｔ／Ｉｒ下部電極として製造されたＩ
ｒ／Ｐｔ層状電極である。本発明のいくつかの局面にお
いて、工程１５ａおよび１５ｃは、約２０％より大きな
分圧で導入された酸素を含む。さらに工程１５ａおよび
１５ｃは、約３０分から２時間の間、約６００から７５
０℃の範囲の温度で炉アニーリング、および約６００か
ら８００℃の範囲の温度でのラピッドサーマルアニーリ
ング（ＲＴＡ）からなる群から選択された方法のアニー
リングの使用を含む。
提供し、および工程１４がＰＺＴ強誘電体膜の形成を含
む場合、次いでさらなる工程が工程１４に続く。工程１
５ａは、６００と７５０℃との間の範囲の温度で酸素雰
囲気中ＰＺＴ膜をアニールする。工程１５ｂは強誘電体
膜上に導電性の電極を形成する。工程１５ｃはアニール
し、それによって上部電極および下部電極を有するキャ
パシタが形成される。本発明のいくつかの局面におい
て、上部電極はＰｔ／Ｉｒ下部電極として製造されたＩ
ｒ／Ｐｔ層状電極である。本発明のいくつかの局面にお
いて、工程１５ａおよび１５ｃは、約２０％より大きな
分圧で導入された酸素を含む。さらに工程１５ａおよび
１５ｃは、約３０分から２時間の間、約６００から７５
０℃の範囲の温度で炉アニーリング、および約６００か
ら８００℃の範囲の温度でのラピッドサーマルアニーリ
ング（ＲＴＡ）からなる群から選択された方法のアニー
リングの使用を含む。
【００８９】本発明のいくつかの局面において、工程１
５ａおよび１５ｃは、約１０から１８００秒までの範囲
の継続時間、および１秒当たり約１０から２００℃の範
囲の熱温度ランプアップを有するＲＴＡプロセスを含
む。
５ａおよび１５ｃは、約１０から１８００秒までの範囲
の継続時間、および１秒当たり約１０から２００℃の範
囲の熱温度ランプアップを有するＲＴＡプロセスを含
む。
【００９０】図２０は本発明の完全な強誘電体デバイス
を示す。強誘電体デバイス１００は、第１の適合結晶格
子構造を有する配向またはエピタキシャル成長したプラ
チナ（Ｐｔ）の第１の下部電極層１０２を含む。適合し
たＰｔ格子構造は、上述のように、図１９の説明であ
る。単相ペロブスカイト強誘電体膜１０４が第１の下部
電極層１０２上にある。強誘電体膜１０４は第１の適合
結晶格子構造と実質的に同一の第２の結晶格子構造を有
し、それによってデバイスは良好な強誘電性および低い
リーク電流との両方を有する。強誘電体膜１０４は、Ｐ
ＺＴ、ゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）、およびＳｒＢｉ2
Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる群から選択された材料であ
る。強誘電体膜１０４は、約０．５から５ミクロンまで
の範囲の粒径を有する。
を示す。強誘電体デバイス１００は、第１の適合結晶格
子構造を有する配向またはエピタキシャル成長したプラ
チナ（Ｐｔ）の第１の下部電極層１０２を含む。適合し
たＰｔ格子構造は、上述のように、図１９の説明であ
る。単相ペロブスカイト強誘電体膜１０４が第１の下部
電極層１０２上にある。強誘電体膜１０４は第１の適合
結晶格子構造と実質的に同一の第２の結晶格子構造を有
し、それによってデバイスは良好な強誘電性および低い
リーク電流との両方を有する。強誘電体膜１０４は、Ｐ
ＺＴ、ゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）、およびＳｒＢｉ2
Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる群から選択された材料であ
る。強誘電体膜１０４は、約０．５から５ミクロンまで
の範囲の粒径を有する。
【００９１】イリジウム（Ｉｒ）の第２の下部電極層１
０６が第１の下部電極１０２の下に配置される。第２の
下部電極層１０６は、第１の適合格子構造と実質的に同
一の第３の結晶格子構造を有し、それによってＰｔ電極
層はＩｒ電極層の格子構造を有する。図１９の解説で上
述したように、Ｉｒ格子構造を有するＰｔおよびＩｒの
固溶体（図示せず）が、第１の下部電極層１０２と第２
の下部電極１０６との間に形成される。
０６が第１の下部電極１０２の下に配置される。第２の
下部電極層１０６は、第１の適合格子構造と実質的に同
一の第３の結晶格子構造を有し、それによってＰｔ電極
層はＩｒ電極層の格子構造を有する。図１９の解説で上
述したように、Ｉｒ格子構造を有するＰｔおよびＩｒの
固溶体（図示せず）が、第１の下部電極層１０２と第２
の下部電極１０６との間に形成される。
【００９２】基板１０８は、第２の下部電極層１０６の
下にある。本発明のいくつかの局面において、基板１０
８はシリコン基板であり、それによって強誘電体デバイ
スは集積回路（ＩＣ）上で使用するためにシリコン上に
製造される。
下にある。本発明のいくつかの局面において、基板１０
８はシリコン基板であり、それによって強誘電体デバイ
スは集積回路（ＩＣ）上で使用するためにシリコン上に
製造される。
【００９３】任意でバリア層１１０がシリコン基板１０
８と第２の下部電極層１０６との間に挟まれる。バリア
層１１０はチタン（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔａ）から
なる群から選択された材料を含む。
８と第２の下部電極層１０６との間に挟まれる。バリア
層１１０はチタン（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔａ）から
なる群から選択された材料を含む。
【００９４】本発明のさらなるいくつかの局面は、強誘
電体膜１０４上にある上部電極１１２を含み、それによ
ってキャパシタが形成される。形成されたキャパシタの
リーク電流は、１００ｋＶで１×１０-7Ａ／ｃｍ2、よ
り低い分極電圧は約３Ｖ、飽和電圧が約２から５Ｖまで
の範囲である。
電体膜１０４上にある上部電極１１２を含み、それによ
ってキャパシタが形成される。形成されたキャパシタの
リーク電流は、１００ｋＶで１×１０-7Ａ／ｃｍ2、よ
り低い分極電圧は約３Ｖ、飽和電圧が約２から５Ｖまで
の範囲である。
【００９５】強誘電体膜１０４は、約１０００から８０
００Åの範囲の厚さ１１４を有する。Ｉｒ第２の下部電
極層１０６は、約１０００から２０００Åの範囲の厚さ
１１６を有する。Ｐｔ第１の下部電極層１０２は、約１
００から１０００Åの範囲の厚さ１１８を有する。
００Åの範囲の厚さ１１４を有する。Ｉｒ第２の下部電
極層１０６は、約１０００から２０００Åの範囲の厚さ
１１６を有する。Ｐｔ第１の下部電極層１０２は、約１
００から１０００Åの範囲の厚さ１１８を有する。
【００９６】低い堆積温度でＰｔ電極上に単相ペロブス
カイト膜に形成され得る強誘電体膜が提供される。強誘
電体膜および下にあるＩｒ下部電極との間にあるＰｔ層
の挿入により、リーク電流は著しく改善する。またＰｔ
下部電極上に単相ペロブスカイト膜を形成するための堆
積方法が提供される。他の実施態様および多様な上述の
強誘電体膜、強誘電体デバイス構造、および形成方法
が、本発明に上述した規定に応じて、当業者によってな
されるであろう。
カイト膜に形成され得る強誘電体膜が提供される。強誘
電体膜および下にあるＩｒ下部電極との間にあるＰｔ層
の挿入により、リーク電流は著しく改善する。またＰｔ
下部電極上に単相ペロブスカイト膜を形成するための堆
積方法が提供される。他の実施態様および多様な上述の
強誘電体膜、強誘電体デバイス構造、および形成方法
が、本発明に上述した規定に応じて、当業者によってな
されるであろう。
【００９７】
【発明の効果】強誘電体デバイスは単相、高品質、Ｐｔ
電極上に配向成長した強誘電体膜を有して提供される。
Ｐｔ電極は、強誘電体膜上に所望の格子構造を有した材
料上に配向成長する。Ｐｔ電極は、Ｐｔと強誘電体膜と
の間のミスマッチが最小になるように、下にある層の格
子構造を採用する。Ｐｔ格子構造におけるこの適合によ
ってＰｔ電極上に低い堆積温度で単相ペロブスカイト強
誘電体膜の形成が可能になる。結果、低いリーク電流、
完全に飽和した角形性のある、対称性のヒステリシスル
ープを有する強誘電体デバイスが形成される。上述の強
誘電体デバイスの強誘電体膜の形成方法もまた提供す
る。
電極上に配向成長した強誘電体膜を有して提供される。
Ｐｔ電極は、強誘電体膜上に所望の格子構造を有した材
料上に配向成長する。Ｐｔ電極は、Ｐｔと強誘電体膜と
の間のミスマッチが最小になるように、下にある層の格
子構造を採用する。Ｐｔ格子構造におけるこの適合によ
ってＰｔ電極上に低い堆積温度で単相ペロブスカイト強
誘電体膜の形成が可能になる。結果、低いリーク電流、
完全に飽和した角形性のある、対称性のヒステリシスル
ープを有する強誘電体デバイスが形成される。上述の強
誘電体デバイスの強誘電体膜の形成方法もまた提供す
る。
【図１】図１は、Ｉｒ電極上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲
労特性を示す。
労特性を示す。
【図２】図２は、Ｐｔ電極上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲
労特性を示す。
労特性を示す。
【図３】図３は、Ｐｔ／Ｉｒ電極上に堆積したＰＺＴ薄
膜の疲労特性を示す。
膜の疲労特性を示す。
【図４】図４は、ＩｒおよびＰｔ電極上のＰＺＴ膜と比
べて、本発明の電極Ｐｔ／Ｉｒ上のＰＺＴ膜がより低い
疲労速度を示していることを示す。
べて、本発明の電極Ｐｔ／Ｉｒ上のＰＺＴ膜がより低い
疲労速度を示していることを示す。
【図５】図５は、スイッチング電圧３Ｖおよび周波数５
ｋＨｚにおけるＩｒ電極上のＰＺＴ薄膜の疲労挙動を示
す。
ｋＨｚにおけるＩｒ電極上のＰＺＴ薄膜の疲労挙動を示
す。
【図６】図６は、スイッチング電圧３Ｖおよび周波数５
ｋＨｚにおけるＰｔ電極上のＰＺＴ薄膜の疲労挙動を示
す。
ｋＨｚにおけるＰｔ電極上のＰＺＴ薄膜の疲労挙動を示
す。
【図７】図７は、スイッチング電圧３Ｖおよび周波数５
ｋＨｚにおけるＰｔ／Ｉｒ電極上のＰＺＴ薄膜の疲労挙
動を示す。
ｋＨｚにおけるＰｔ／Ｉｒ電極上のＰＺＴ薄膜の疲労挙
動を示す。
【図８】図８は、スイッチング周波数を減少させた場合
のＰｔ上のＰＺＴ薄膜の疲労速度の減少を示す。
のＰｔ上のＰＺＴ薄膜の疲労速度の減少を示す。
【図９】図９は、スイッチング電圧５Ｖおよびスイッチ
ング周波数５ｋＨｚにおけるＰｔ上に堆積されたＰＺＴ
薄膜の疲労特性を示す。
ング周波数５ｋＨｚにおけるＰｔ上に堆積されたＰＺＴ
薄膜の疲労特性を示す。
【図１０】図１０は、スイッチング電圧５Ｖおよびスイ
ッチング周波数５ｋＨｚにおけるＰｔ／Ｉｒ上に堆積さ
れたＰＺＴ薄膜の疲労特性を示す。
ッチング周波数５ｋＨｚにおけるＰｔ／Ｉｒ上に堆積さ
れたＰＺＴ薄膜の疲労特性を示す。
【図１１】図１１は、スイッチング電圧３ＶでのＰＺＴ
薄膜のデータと比較して、ＰｔおよびＰｔ／Ｉｒ両方の
上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労速度がスイッチング電圧
の増加に伴い増加することを示す。
薄膜のデータと比較して、ＰｔおよびＰｔ／Ｉｒ両方の
上に堆積したＰＺＴ薄膜の疲労速度がスイッチング電圧
の増加に伴い増加することを示す。
【図１２】図１２は、５５０℃で堆積した本発明のＰＺ
Ｔ薄膜および６５０℃アニールした本発明のＰＺＴ薄膜
のＸ線回折図を示す。
Ｔ薄膜および６５０℃アニールした本発明のＰＺＴ薄膜
のＸ線回折図を示す。
【図１３】図１３は、２Ｐｒが６０．７μＣ／ｃｍ2お
よび２Ｅｃが７６ｋＶ／ｃｍを有する本発明のＰＺＴ薄
膜の堆積後のヒステリシスループを示す。
よび２Ｅｃが７６ｋＶ／ｃｍを有する本発明のＰＺＴ薄
膜の堆積後のヒステリシスループを示す。
【図１４】図１４は、本発明のＰＺＴ薄膜を６５０℃、
３０分アニールした後のヒステリシスループを示す。
３０分アニールした後のヒステリシスループを示す。
【図１５】図１５は、本発明の薄膜の様々な印加電圧に
おけるヒステリシスループを示す。
おけるヒステリシスループを示す。
【図１６】図１６は、本発明の１００ｋＶ／ｃｍで６．
１６×１０-7Ａ／ｃｍ2低いリーク電流を示す。
１６×１０-7Ａ／ｃｍ2低いリーク電流を示す。
【図１７】図１７は、Ｐｔ、Ｉｒ、およびエピタキシャ
ルＰｔ／Ｉｒ電極のＸ線回折図を示す。
ルＰｔ／Ｉｒ電極のＸ線回折図を示す。
【図１８】図１８は、Ｐｔ、Ｉｒ、およびエピタキシャ
ルＰｔ−Ｉｒ電極のＸ線回折図を示す。
ルＰｔ−Ｉｒ電極のＸ線回折図を示す。
【図１９】図１９は、強誘電体デバイスにおける、本発
明の強誘電体膜の形成の方法の工程を示す。
明の強誘電体膜の形成の方法の工程を示す。
【図２０】図２０は、本発明の完全な強誘電体デバイス
を示す。
を示す。
１００ 強誘電体デバイス １０２ 第１の下部電極 １０４ 強誘電体膜 １０６ 第２の下部電極 １０８ シリコン基板 １１０ バリア層 １１２ 上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シェン テン スー アメリカ合衆国 ワシントン 98607， カマス， エヌダブリュー トラウト コ ート 2216
Claims (34)
- 【請求項１】 集積回路強誘電体デバイスにおける、強
誘電体膜の形成方法であって、該方法は ａ） 第１の適合結晶格子構造を有するプラチナ（Ｐ
ｔ）の第１の下部電極層を形成する工程と、 ｂ） 該第１の適合結晶格子構造と実質的に同一の第２
の結晶格子構造を該第１の下部電極層の上にある単相ペ
ロブスカイト強誘電体膜を形成し、それによって強誘電
性を有する電極がＰｔ電極上に形成される工程と、を含
む、強誘電体膜の形成方法。 - 【請求項２】 工程ｂ）は前記Ｐｔ下部電極層からエピ
タキシャル成長する強誘電体膜を含み、それによってペ
ロブスカイト強誘電体膜が低い堆積温度でＰｔ上に形成
される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 工程ａ）は前記Ｐｔ第１の適合格子構造
と実質的に同一である第３の結晶格子構造を有する下に
ある層から前記第１の下部電極層をエピタキシャル成長
する工程を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 工程ａ）に先行するさらなる工程であっ
て、 ａ１）前記第１の下部電極層の下にある前記第３の結晶
格子構造を有するイリジウム（Ｉｒ）の第２の下部電極
層を形成する工程と、 該工程ａ）が該第２の下部電極層から該第１の下部電極
層をエピタキシャル成長とを含む、請求項３に記載の方
法。 - 【請求項５】 シリコン基板が提供され、工程ａ１）が
該下にあるシリコン基板から前記Ｉｒ第２の下部電極層
をエピタキシャル成長する工程を含む、請求項４に記載
の方法。 - 【請求項６】 工程ａ１）に先行する工程であって、 ａ２）約１００から５００Åの範囲の厚さを有する前記
シリコン基板上にあるチタン（Ｔｉ）およびタンタル
（Ｔａ）からなる群から選択された材料のバリア層を形
成する工程を含む、請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 工程ａ）は、前記第１と第２の下部電極
層との間に挟まれた前記第３の格子構造を有する、Ｐｔ
およびＩｒ固溶体を形成する工程を含む、請求項４に記
載の方法。 - 【請求項８】 工程ａ１）は、約１０００から２０００
Åの範囲までの厚さを有する前記Ｉｒ第２の下部電極層
を含む、請求項４に記載の方法。 - 【請求項９】 工程ａ１）は、約１００から２５０℃ま
での範囲の温度、１秒当たり約０．３から０．６Åまで
の範囲の成長速度で前記Ｉｒ第２の下部電極層を形成す
る工程を含む、請求項４に記載の方法。 - 【請求項１０】 工程ｂ）は、ＰｂＺｒ1-xＴｉxＯ
3（ＰＺＴ）、ゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）、およびＳ
ｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる群から選択された
材料である強誘電体膜を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 工程ａ）は、約１００から２５０℃の
範囲の温度、１秒当たり約０．１から０．５Åの成長速
度でＰｔ第１の下部電極層の形成を含む、請求項１に記
載の方法。 - 【請求項１２】 工程ａ）は、約１００から１０００Å
までの範囲の厚さを有する前記Ｐｔ第１の下部電極層を
含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】 工程ｂ）は、以下のＰＺＴ強誘電体膜
の形成を含む方法であって、 １）[Ｐｂ（ｔｈｄ）2]、[Ｚｒ（ＴＭＨＤ）］およびＴ
ｉ（ＩＰＯ）4を混合する工程と、 ２）ａ）テトラヒドロフラン、イソプロパノール、およ
びテトラグリム、およびｂ）ブチルエーテル、イソプロ
パノール、テトラグリムからなる群から選択された溶媒
に該混合物を溶解する工程と、 ３）前駆体気体を生成するためにサブ工程２）で形成し
た該溶液を加熱する工程と、 ４）サブ工程３）で形成した該前駆体気体をＩＣウエハ
上でＰＺＴ薄膜を形成するために分解し、それによって
エピタキシャル成長ＰＺＴ膜は強誘電性を有する工程
と、を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１４】 工程ｂ）１）は、それぞれ約１．２：
０．５：０．５のモル比で[Ｐｂ（ｔｈｄ）2]、[Ｚｒ
（ＴＭＨＤ）］、およびＴｉ（ＩＰＯ）4を混合する工
程を含む、請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 工程ｂ）２）は、それぞれ約８：２：
１のモル比である前記溶媒を含む、請求項１３に記載の
方法。 - 【請求項１６】 工程ｂ）２）は、溶媒１リットル当た
り約０．１モルのＰＺＴ混合物を有する前駆体溶液を形
成する工程を含む、請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１７】 液体ポンプおよび前駆体蒸発器が提供
され、工程ｂ）２）が１分当たり約０．５ミリリットル
（ｍｌ／ｍｉｎ）の速度で工程ｂ）３）で前記前駆体溶
液を該前駆体蒸発器に導入する工程を含み、工程ｂ）
３）は約２００から２５０℃までの範囲の温度まで該前
駆体溶液を加熱するために該前駆体蒸発器を使用し、そ
れによって前記前駆体気体が形成される工程を含む、請
求項１３に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記ＩＣウエハが反応器に設置され、
および工程ｂ）３）に続き、工程ｂ）４）に先行する工
程であって、 ｂ）３a）１分当たり約４０００から６０００標準立方
センチメートル（ｓｃｃｍ）までの範囲でアルゴン気体
シュラウドを用いて、約１７０から２５０℃の範囲の温
度まで予熱したチャンバ内で前記前駆体気体を混合する
工程と、 ｂ）３b）約１０００から２５００ｓｃｃｍの範囲で反
応器に酸素フローを導入する工程と、を含む、請求項１
３に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記ＩＣウエハが反応器内にあるウエ
ハチャックに設置され、工程ｂ）３）は約３０から１０
０ｔｏｒｒ（Ｔ）の範囲の前駆体蒸気圧に設定する工程
を含み、工程ｂ）４）は、約５００から７００℃の範囲
の温度まで該ウエハチャックを加熱し、および約５から
２０Ｔの範囲の反応器チャンバ圧に設定する工程を含
む、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２０】 強誘電体キャパシタが形成され、工程
ｂ）はＰＺＴ強誘電体膜を形成する方法を含み、ならび
に工程ｃ）に続くさらなる工程であって、 ｄ） ６００と７５０℃との間の範囲の温度で酸素雰囲
気中該ＰＺＴ膜をアニーリングする工程と、 ｅ）該強誘電体膜上にある導電性電極を形成する工程
と、 ｆ）アニーリングし、それによって上部電極および下部
電極を有するキャパシタが形成される工程と、を含む、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項２１】 工程ｄ）およびｆ）は、約２０％より
も大きな分圧で導入された前記酸素を含む、請求項２０
に記載の方法。 - 【請求項２２】 工程ｄ）およびｆ）は、約３０分から
２時間の間、約６００から７５０℃の範囲の温度での炉
アニーリング、および約６００から８００℃の範囲の温
度でのラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ）からな
る群から選択されたアニーリング方法を用いる工程を含
む、請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２３】 工程ｄ）およびｆ）は、約１０から１
８００秒の範囲の時間、および１秒当たり約１０から２
００℃の熱温度ランプアップを有するＲＴＡプロセスを
含む、請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２４】 工程ｂ）は、約１ミリメートル（ｍ
ｍ）未満の膜の厚さを有するＰＺＴ膜を形成する工程を
含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項２５】 強誘電体デバイスであって、第１の適
合結晶構造を有するエピタキシャル成長したプラチナ
（Ｐｔ）の第１の下部電極層と、 該第１の適合結晶構造と実質的に同一の第２の格子構造
を有する該第１の下部電極層上にある単相ペロブスカイ
ト強誘電体膜であって、それにより該デバイスが良好な
強誘電性および低いリーク電流との両方を有する単相ペ
ロブスカイト強誘電体膜と、 該第１の適合格子構造と実際に同一の第３の結晶格子構
造を有する該第１の下部電極層の下にあるイリジウム
（Ｉｒ）の第２の下部電極層であって、それにより該プ
ラチナ電極層は該Ｉｒ電極層の格子構造を有するイリジ
ウムの（Ｉｒ）の第２の下部電極層と、からなる、強誘
電体デバイス。 - 【請求項２６】 前記強誘電体デバイスであって、さら
に、 前記第２の下部電極層の下にあるシリコン基板であっ
て、それにより該強誘電体デバイスが集積回路（ＩＣ）
において使用するためのシリコン上に製造される、シリ
コン基板からなる、請求項２５に記載の強誘電体デバイ
ス。 - 【請求項２７】 前記強誘電体デバイスであって、さら
に、前記シリコン基板と前記第２の下部電極層との間に
挟まれたチタン（Ｔｉ）およびタンタル（Ｔａ）からな
る群から選択された材料を含むバリア層、からなる、請
求項２６に記載の強誘電体デバイス。 - 【請求項２８】 前記強誘電体膜は、ＰｂＺｒ1-xＴｉx
Ｏ3（ＰＺＴ）、ゲルマニウム酸鉛（ＰＧＯ）、および
ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）からなる群から選択され
た材料である、請求項２５に記載の強誘電体デバイス。 - 【請求項２９】 前記強誘電体デバイスであって、さら
に前記強誘電体膜上にある上部電極であって、それによ
りキャパシタが形成される上部電極からなる、請求項２
５に記載の強誘電体デバイス。 - 【請求項３０】 前記リーク電流が１００ｋＶにおいて
約１×１０-7Ａ／ｃｍ2、より低い分極電圧が約３Ｖ、
および飽和電圧が約２から５Ｖまでの範囲である、請求
項２９に記載の強誘電体膜。 - 【請求項３１】 前記強誘電体膜が、約１０００から８
０００Åまでの範囲の厚さを有する、請求項２５に記載
の強誘電体デバイス。 - 【請求項３２】 前記Ｉｒ第２の下部電極層が、約１０
００から２０００Åまでの範囲の厚さを有する、請求項
２５に記載の強誘電体デバイス。 - 【請求項３３】 前記Ｐｔ第１の下部電極層が、約１０
０から１０００Åまでの範囲の厚さを有する、請求項２
５に記載の強誘電体デバイス。 - 【請求項３４】 前記強誘電体膜が、約０．５から５ミ
クロンまでの範囲の結晶粒サイズを有する、請求項２５
に記載の強誘電体膜。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US36324599A | 1999-07-28 | 1999-07-28 | |
| US09/363.245 | 1999-07-28 |
Publications (1)
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|---|---|
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|---|---|
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