JP2001338957A - 強誘電体キャパシタの評価方法および評価素子を搭載したウエハ - Google Patents
強誘電体キャパシタの評価方法および評価素子を搭載したウエハInfo
- Publication number
- JP2001338957A JP2001338957A JP2000155748A JP2000155748A JP2001338957A JP 2001338957 A JP2001338957 A JP 2001338957A JP 2000155748 A JP2000155748 A JP 2000155748A JP 2000155748 A JP2000155748 A JP 2000155748A JP 2001338957 A JP2001338957 A JP 2001338957A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ferroelectric
- capacitor
- film
- ferroelectric film
- evaluation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 58
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 10
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 4
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 abstract 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 abstract 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/27—Testing of devices without physical removal from the circuit of which they form part, e.g. compensating for effects surrounding elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2648—Characterising semiconductor materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/303—Contactless testing of integrated circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/64—Testing of capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/55—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 キャパシタ製造工程の早期の段階でキャパシ
タの保持特性の評価を可能にする。 【解決手段】 走査型フォース顕微鏡のピエゾレスポン
スモードを使用して、強誘電体膜表面における一定面積
の構造を調べることによって行う強誘電体キャパシタの
評価方法であって、擬似オーミックコンタクトを形成す
る電極と強誘電体膜とからなる積層構造を用い、強誘電
体膜の選択された結晶粒に、所定の極性の電圧パルスを
印加することで局所分極反転を誘導し、書き込みドメイ
ンの完全な反転までの所定時間でピエゾレスポンス画像
を得て保持時間を決定し、保持作用は切り換えドメイン
の完全な消失までの時間を測定することにより求める。
もしくは分極反転が保持されている領域部分の時間依存
性を測定することにより求める。
タの保持特性の評価を可能にする。 【解決手段】 走査型フォース顕微鏡のピエゾレスポン
スモードを使用して、強誘電体膜表面における一定面積
の構造を調べることによって行う強誘電体キャパシタの
評価方法であって、擬似オーミックコンタクトを形成す
る電極と強誘電体膜とからなる積層構造を用い、強誘電
体膜の選択された結晶粒に、所定の極性の電圧パルスを
印加することで局所分極反転を誘導し、書き込みドメイ
ンの完全な反転までの所定時間でピエゾレスポンス画像
を得て保持時間を決定し、保持作用は切り換えドメイン
の完全な消失までの時間を測定することにより求める。
もしくは分極反転が保持されている領域部分の時間依存
性を測定することにより求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体キャパシ
タの評価方法および評価素子を搭載したウエハに関し、
詳しくは強誘電体キャパシタの保持特性の評価方法およ
びキャパシタの保持特性を評価するための評価素子を搭
載したウエハに関する。
タの評価方法および評価素子を搭載したウエハに関し、
詳しくは強誘電体キャパシタの保持特性の評価方法およ
びキャパシタの保持特性を評価するための評価素子を搭
載したウエハに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の強誘電体キャパシタの保持特性の
評価方法は、下部電極上に強誘電体薄膜を形成し、さら
に強誘電体薄膜上に上部電極を形成した後、すなわち、
キャパシタの構成を完成させた後に、上部電極と下部電
極との間にパルス電圧を印加して、ヒステリシスを測定
することによって行っていた。
評価方法は、下部電極上に強誘電体薄膜を形成し、さら
に強誘電体薄膜上に上部電極を形成した後、すなわち、
キャパシタの構成を完成させた後に、上部電極と下部電
極との間にパルス電圧を印加して、ヒステリシスを測定
することによって行っていた。
【０００３】近年、強誘電体薄膜は、新世代の不揮発性
記憶装置への応用技術として注目されている。強誘電体
記憶装置の商品化では、保持特性、疲労、リーク特性、
誘電性のブレイクダウン等、強誘電体キャパシタの寿命
特性の改善が求められている。その強誘電体キャパシタ
の評価においては、電極材料が強誘電体キャパシタの電
気的パラメータを制御することが重要な要素となってい
る〔H.N.Al-Shareef et al,J.Mater.Res.9,No11,2968(1
994)参照〕。強誘電体膜と電極との界面は、強誘電体膜
の誘電特性と内部電界の分布状態に強く影響される。
記憶装置への応用技術として注目されている。強誘電体
記憶装置の商品化では、保持特性、疲労、リーク特性、
誘電性のブレイクダウン等、強誘電体キャパシタの寿命
特性の改善が求められている。その強誘電体キャパシタ
の評価においては、電極材料が強誘電体キャパシタの電
気的パラメータを制御することが重要な要素となってい
る〔H.N.Al-Shareef et al,J.Mater.Res.9,No11,2968(1
994)参照〕。強誘電体膜と電極との界面は、強誘電体膜
の誘電特性と内部電界の分布状態に強く影響される。
【０００４】保持特性は、電圧の切り換え動作後、強誘
電体キャパシタが一定の分極状態を保持する能力として
定義される。それは、白金（Ｐｔ）電極と鉛−ジルコネ
ート−チタネート（ＰＺＴ）系の強誘電体膜とによって
決定される。上記白金電極は、一般的な電極材料として
広く使用されているものであり、保持損失特性を示す
〔J.F.Scott et al,Appl.Phys.66,1444(1989)、R.Nasby
et al,Integrated Ferroelectrics 2,91(1992)参
照〕。強誘電体キャパシタのこの特徴は、膜と電極との
界面におけるデプレッション層の形成のための内部電界
の存在によって説明することができる。
電体キャパシタが一定の分極状態を保持する能力として
定義される。それは、白金（Ｐｔ）電極と鉛−ジルコネ
ート−チタネート（ＰＺＴ）系の強誘電体膜とによって
決定される。上記白金電極は、一般的な電極材料として
広く使用されているものであり、保持損失特性を示す
〔J.F.Scott et al,Appl.Phys.66,1444(1989)、R.Nasby
et al,Integrated Ferroelectrics 2,91(1992)参
照〕。強誘電体キャパシタのこの特徴は、膜と電極との
界面におけるデプレッション層の形成のための内部電界
の存在によって説明することができる。
【０００５】デプレッション層は、ペロブスカイト強誘
電体膜の半導体特性の結果として、膜／電極界面に現れ
る。金属が半導体と接触したとき、金属の仕事関数と半
導体の仕事関数とは異なるため、その界面においては、
ポテンシャルバリアと空間電荷分布が形成される。デプ
レッション領域における内部電界は、電圧の切り換え動
作後に、極性が反対の領域における核形成のきっかけと
なる。このようにして、保持損失プロセスが始まる。逆
に、もし金属と半導体とがオーミックコンタクトを形成
するような仕事関数を有するものであるならば、ビルト
イン電界が存在していないため、その保持作用は重要な
ものとなっている。
電体膜の半導体特性の結果として、膜／電極界面に現れ
る。金属が半導体と接触したとき、金属の仕事関数と半
導体の仕事関数とは異なるため、その界面においては、
ポテンシャルバリアと空間電荷分布が形成される。デプ
レッション領域における内部電界は、電圧の切り換え動
作後に、極性が反対の領域における核形成のきっかけと
なる。このようにして、保持損失プロセスが始まる。逆
に、もし金属と半導体とがオーミックコンタクトを形成
するような仕事関数を有するものであるならば、ビルト
イン電界が存在していないため、その保持作用は重要な
ものとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の強誘電体キャパ
シタの保持特性の評価は、前述したように、キャパシタ
構造、すなわち下部電極、強誘電体膜、上部電極の積層
構造を形成した後、上部電極と下部電極との間に電極パ
ルスを印加して、強誘電体膜のヒステリシス特性を評価
していた。そのため、キャパシタ製造工程の早期の段階
でキャパシタの保持特性を評価することは困難であっ
た。
シタの保持特性の評価は、前述したように、キャパシタ
構造、すなわち下部電極、強誘電体膜、上部電極の積層
構造を形成した後、上部電極と下部電極との間に電極パ
ルスを印加して、強誘電体膜のヒステリシス特性を評価
していた。そのため、キャパシタ製造工程の早期の段階
でキャパシタの保持特性を評価することは困難であっ
た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた強誘電体キャパシタの評価方法お
よび評価用ウエハである。
決するためになされた強誘電体キャパシタの評価方法お
よび評価用ウエハである。
【０００８】本発明の強誘電体キャパシタの評価方法
は、走査型フォース顕微鏡（ScanningForce Microscop
y）のピエゾレスポンスモードを使用して、強誘電体膜
表面における一定面積の構造を調べることによって行う
強誘電体キャパシタの評価方法であって、評価素子に電
極と強誘電体膜とが擬似オーミックコンタクトを形成す
る積層構造を用い、固定した試験チップを通して、強誘
電体膜の選択された結晶粒に所定の極性の電圧パルスを
印加することによって局所分極反転を誘導し、書き込み
ドメインの完全な反転までの所定時間でピエゾレスポン
ス像を得ることによって保持時間を決定し、保持特性
は、切り換えドメインの完全な消失までの時間を測定す
ることによって、もしくは分極反転が保持されている領
域部分の時間依存性を測定することによって決定すると
いう評価方法である。
は、走査型フォース顕微鏡（ScanningForce Microscop
y）のピエゾレスポンスモードを使用して、強誘電体膜
表面における一定面積の構造を調べることによって行う
強誘電体キャパシタの評価方法であって、評価素子に電
極と強誘電体膜とが擬似オーミックコンタクトを形成す
る積層構造を用い、固定した試験チップを通して、強誘
電体膜の選択された結晶粒に所定の極性の電圧パルスを
印加することによって局所分極反転を誘導し、書き込み
ドメインの完全な反転までの所定時間でピエゾレスポン
ス像を得ることによって保持時間を決定し、保持特性
は、切り換えドメインの完全な消失までの時間を測定す
ることによって、もしくは分極反転が保持されている領
域部分の時間依存性を測定することによって決定すると
いう評価方法である。
【０００９】上記強誘電体キャパシタの評価方法では、
上部電極を形成するまでに至ることなく、強誘電体膜を
形成した後、下部電極と強誘電体膜とを積層した状態
で、キャパシタの保持特性の評価を行う。そのため、キ
ャパシタの製造工程の途中におけるキャパシタの性能を
評価することが可能になる。
上部電極を形成するまでに至ることなく、強誘電体膜を
形成した後、下部電極と強誘電体膜とを積層した状態
で、キャパシタの保持特性の評価を行う。そのため、キ
ャパシタの製造工程の途中におけるキャパシタの性能を
評価することが可能になる。
【００１０】本発明の評価素子を搭載したウエハは、半
導体ウエハ上に形成した下部電極と、前記下部電極上に
形成した擬似オーミックコンタクトを有する強誘電体膜
とからなるキャパシタの保持特性の評価素子を備えたも
のである。
導体ウエハ上に形成した下部電極と、前記下部電極上に
形成した擬似オーミックコンタクトを有する強誘電体膜
とからなるキャパシタの保持特性の評価素子を備えたも
のである。
【００１１】上記評価素子を搭載したウエハでは、下部
電極と強誘電体膜とからなる評価素子によって、キャパ
シタを完成する前に強誘電体キャパシタの性能評価を行
うことが可能になる。そのため、製造工程中で不良を早
期に発見することが可能になるので、不良が生じていた
場合には、不良の早期発見により、製造コストの削減が
可能になる。
電極と強誘電体膜とからなる評価素子によって、キャパ
シタを完成する前に強誘電体キャパシタの性能評価を行
うことが可能になる。そのため、製造工程中で不良を早
期に発見することが可能になるので、不良が生じていた
場合には、不良の早期発見により、製造コストの削減が
可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の強誘電体キャパシタの評
価方法に係る実施の形態を、以下に説明する。
価方法に係る実施の形態を、以下に説明する。
【００１３】強誘電体キャパシタの評価方法では、走査
型フォース顕微鏡のピエゾレスポンスモードを使用し
て、強誘電体膜表面における一定面積の構造を調べるこ
とによって行う。その評価素子には、電極と強誘電体膜
とが擬似オーミックコンタクトを形成する積層構造のも
のを用いる。そして、固定した試験チップを通して、強
誘電体膜の選択された結晶粒に所定の極性の電圧パルス
を印加することによって局所分極反転を誘導し、書き込
みドメインの完全な反転までの所定時間でピエゾレスポ
ンス像を得ることによって保持時間を決定し、保持特性
は、切り換えドメインの完全な消失までの時間を測定す
ることによって、もしくは分極反転が保持されている領
域部分の時間依存性を測定することによって決定する、
という評価方法である。
型フォース顕微鏡のピエゾレスポンスモードを使用し
て、強誘電体膜表面における一定面積の構造を調べるこ
とによって行う。その評価素子には、電極と強誘電体膜
とが擬似オーミックコンタクトを形成する積層構造のも
のを用いる。そして、固定した試験チップを通して、強
誘電体膜の選択された結晶粒に所定の極性の電圧パルス
を印加することによって局所分極反転を誘導し、書き込
みドメインの完全な反転までの所定時間でピエゾレスポ
ンス像を得ることによって保持時間を決定し、保持特性
は、切り換えドメインの完全な消失までの時間を測定す
ることによって、もしくは分極反転が保持されている領
域部分の時間依存性を測定することによって決定する、
という評価方法である。
【００１４】本発明は、電極と強誘電体膜との接合に係
る電気的特性が強誘電体キャパシタの保持特性を評価す
る上で重要な役割を果たすことを利用している。上記電
気的特性は、電極の仕事関数と強誘電体膜の仕事関数の
差によって決まる。また、ショットキーバリアは、仕事
関数が金属電極よりも大きいｐ型半導体強誘電体膜によ
って形成されている。そして、強誘電体膜／電極界面近
傍の内部電界は、負の分極に転換したことが消失のきっ
かけとなる。
る電気的特性が強誘電体キャパシタの保持特性を評価す
る上で重要な役割を果たすことを利用している。上記電
気的特性は、電極の仕事関数と強誘電体膜の仕事関数の
差によって決まる。また、ショットキーバリアは、仕事
関数が金属電極よりも大きいｐ型半導体強誘電体膜によ
って形成されている。そして、強誘電体膜／電極界面近
傍の内部電界は、負の分極に転換したことが消失のきっ
かけとなる。
【００１５】この影響は、図１に示されている。図１
は、保持損失が観察されるＳｒＢｉ2Ｔａ2 Ｏ9 （ＳＢ
Ｔ）／Ｐｔヘテロ構造を走査型フォース顕微鏡によって
観察した結果の画像を示している。その画像では、
（ａ）に示すように、電圧パルスを印加する前の状態で
は、分極反転は生じていない。そして（ｂ）に示すよう
に、−６Ｖの電圧パルスを印加することにより、ドメイ
ンに自発的な分極反転（図中、中央の結晶の白い部分）
が観察される。そのことは、ショットキー型コンタクト
を形成することとして知られている〔J.F.Scott et al,
Ferroelectrics 225,83(1999)参照〕。さらに（ｃ）に
示すように、局所分極反転（ポーリング）後２分が経過
した状態では、まだ分極反転（図中、中央の結晶の白い
部分）が生じている。その後（ｄ）に示すように、局所
分極反転（ポーリング）後４分が経過した状態で、分極
反転が消失していることが観察された。
は、保持損失が観察されるＳｒＢｉ2Ｔａ2 Ｏ9 （ＳＢ
Ｔ）／Ｐｔヘテロ構造を走査型フォース顕微鏡によって
観察した結果の画像を示している。その画像では、
（ａ）に示すように、電圧パルスを印加する前の状態で
は、分極反転は生じていない。そして（ｂ）に示すよう
に、−６Ｖの電圧パルスを印加することにより、ドメイ
ンに自発的な分極反転（図中、中央の結晶の白い部分）
が観察される。そのことは、ショットキー型コンタクト
を形成することとして知られている〔J.F.Scott et al,
Ferroelectrics 225,83(1999)参照〕。さらに（ｃ）に
示すように、局所分極反転（ポーリング）後２分が経過
した状態では、まだ分極反転（図中、中央の結晶の白い
部分）が生じている。その後（ｄ）に示すように、局所
分極反転（ポーリング）後４分が経過した状態で、分極
反転が消失していることが観察された。
【００１６】このように、短時間で強誘電体キャパシタ
の保持特性の評価を行うことが可能になる。
の保持特性の評価を行うことが可能になる。
【００１７】次に、図２と図３とによって、走査型フォ
ース顕微鏡のピエゾレスポンスモードを使って評価し
た、Ｉｒ電極上にＳＢＴ膜を堆積した構造の負のドメイ
ンと正のドメインの安定性について説明する。
ース顕微鏡のピエゾレスポンスモードを使って評価し
た、Ｉｒ電極上にＳＢＴ膜を堆積した構造の負のドメイ
ンと正のドメインの安定性について説明する。
【００１８】図２に示されているように、Ｉｒ電極上の
ＳＢＴ膜（負のドメイン）の保持特性は、（ｂ）に示す
初期状態から（ｄ）に示す９６時間まではほとんど分極
反転（図中、中央の白い部分）の消失は見て取れない。
すなわち、１０Ｖの外部パルス電圧を印加することによ
って書き込みを行った後、安定した保持特性が９６時間
維持されていることが示されている。同様に、図３に示
されているＰｔ電極上のＳＢＴ膜（正のドメイン）の保
持特性を見ると、（ｂ）に示すように初期状態では分極
反転（図中、中央の白い部分）が生じているが、（ｄ）
に示す局所分極反転（ポーリング）後９６時間の状態で
も安定した保持特性が維持されていることが示されてい
る。このように、Ｉｒ電極上のＳＢＴ膜の保持特性は、
Ｐｔ電極上のＳＢＴ膜の保持特性と比較して、非常に優
れていることがわかる。なお、図２および図３の各
（ａ）図は、電圧印加前の状態を示しており、見やすく
するために、結晶粒界部分を黒線で示し、分極反転は生
じていないが結晶粒部分を白く示した。
ＳＢＴ膜（負のドメイン）の保持特性は、（ｂ）に示す
初期状態から（ｄ）に示す９６時間まではほとんど分極
反転（図中、中央の白い部分）の消失は見て取れない。
すなわち、１０Ｖの外部パルス電圧を印加することによ
って書き込みを行った後、安定した保持特性が９６時間
維持されていることが示されている。同様に、図３に示
されているＰｔ電極上のＳＢＴ膜（正のドメイン）の保
持特性を見ると、（ｂ）に示すように初期状態では分極
反転（図中、中央の白い部分）が生じているが、（ｄ）
に示す局所分極反転（ポーリング）後９６時間の状態で
も安定した保持特性が維持されていることが示されてい
る。このように、Ｉｒ電極上のＳＢＴ膜の保持特性は、
Ｐｔ電極上のＳＢＴ膜の保持特性と比較して、非常に優
れていることがわかる。なお、図２および図３の各
（ａ）図は、電圧印加前の状態を示しており、見やすく
するために、結晶粒界部分を黒線で示し、分極反転は生
じていないが結晶粒部分を白く示した。
【００１９】ここで、ＳＢＴ／Ｐｔ膜の保持特性とＳＢ
Ｔ／Ｉｒ膜の保持特性との違いを図４によって説明す
る。なお、図４の（ａ）は、ＳＢＴ／Ｐｔ膜の保持特性
を表した図面であって、縦軸に標準化した保持分極を示
し、横軸に時間を示す。また図４の（ｂ）は、ＳＢＴ／
Ｉｒ膜の保持特性を表した図面であって、縦軸に標準化
した保持分極を示し、横軸に時間を示す。
Ｔ／Ｉｒ膜の保持特性との違いを図４によって説明す
る。なお、図４の（ａ）は、ＳＢＴ／Ｐｔ膜の保持特性
を表した図面であって、縦軸に標準化した保持分極を示
し、横軸に時間を示す。また図４の（ｂ）は、ＳＢＴ／
Ｉｒ膜の保持特性を表した図面であって、縦軸に標準化
した保持分極を示し、横軸に時間を示す。
【００２０】図４に示すように、ＳＢＴ／Ｐｔ膜の保持
特性と比較してＳＢＴ／Ｉｒ膜の保持特性が長時間にわ
たって安定していることがわかる。特に、負のドメイン
に対する保持特性の安定性が優れていることがわかる。
特性と比較してＳＢＴ／Ｉｒ膜の保持特性が長時間にわ
たって安定していることがわかる。特に、負のドメイン
に対する保持特性の安定性が優れていることがわかる。
【００２１】ところで、Ｉｒ電極は、成膜プロセスの間
に容易に酸化しやすい。この影響は、電極の仕事関数の
増加を導き、オーミックコンタクトの形成を導く。その
結果、内部電界は膜内部に入り込まない。しかも、Ｉｒ
電極／ＳＢＴ膜／Ｉｒ電極構造のキャパシタの保持特性
は、Ｐｔ電極／ＳＢＴ膜／Ｐｔ電極構造のキャパシタの
保持特性と比較して改善される。
に容易に酸化しやすい。この影響は、電極の仕事関数の
増加を導き、オーミックコンタクトの形成を導く。その
結果、内部電界は膜内部に入り込まない。しかも、Ｉｒ
電極／ＳＢＴ膜／Ｉｒ電極構造のキャパシタの保持特性
は、Ｐｔ電極／ＳＢＴ膜／Ｐｔ電極構造のキャパシタの
保持特性と比較して改善される。
【００２２】上記説明したような本発明の強誘電体キャ
パシタの評価方法は、一例として、半導体デバイスの生
産ラインにおける強誘電体膜キャパシタの製造工程中に
行われる。もしくは、強誘電体キャパシタの強誘電体膜
を形成した後に行われる。
パシタの評価方法は、一例として、半導体デバイスの生
産ラインにおける強誘電体膜キャパシタの製造工程中に
行われる。もしくは、強誘電体キャパシタの強誘電体膜
を形成した後に行われる。
【００２３】このように、キャパシタの上部電極を形成
する前の製造工程の途中で、強誘電体キャパシタの保持
特性を評価することができるので、製造工程中の不良を
早期に発見することが可能になる。そのため、今まで
は、不良が生じていた状態で上部電極を形成する工程を
行っていたが、不良の早期発見により、上部電極を形成
する前に不良が発見されるので、製造コストの削減が可
能になる。
する前の製造工程の途中で、強誘電体キャパシタの保持
特性を評価することができるので、製造工程中の不良を
早期に発見することが可能になる。そのため、今まで
は、不良が生じていた状態で上部電極を形成する工程を
行っていたが、不良の早期発見により、上部電極を形成
する前に不良が発見されるので、製造コストの削減が可
能になる。
【００２４】次に、本発明の評価素子を搭載したウエハ
について以下に説明する。
について以下に説明する。
【００２５】評価素子を搭載したウエハは、例えば半導
体ウエハ上に評価素子が所定の位置に形成されている。
この評価素子は、デバイスとして機能する強誘電体キャ
パシタの下部電極と例えば同時に形成された下部電極
と、その下部電極上に形成された強誘電体膜とから構成
されている。しかも、上記下部電極と上記強誘電体膜と
は擬似オーミックコンタクトを有する。
体ウエハ上に評価素子が所定の位置に形成されている。
この評価素子は、デバイスとして機能する強誘電体キャ
パシタの下部電極と例えば同時に形成された下部電極
と、その下部電極上に形成された強誘電体膜とから構成
されている。しかも、上記下部電極と上記強誘電体膜と
は擬似オーミックコンタクトを有する。
【００２６】上記評価素子を搭載したウエハでは、下部
電極と強誘電体膜とからなる評価素子によって、キャパ
シタを完成する前に強誘電体キャパシタの性能評価を行
うことが可能になる。そのため、製造工程中で不良を早
期に発見することが可能になるので、不良が生じていた
場合には、不良の早期発見により、製造コストの削減が
可能になる。
電極と強誘電体膜とからなる評価素子によって、キャパ
シタを完成する前に強誘電体キャパシタの性能評価を行
うことが可能になる。そのため、製造工程中で不良を早
期に発見することが可能になるので、不良が生じていた
場合には、不良の早期発見により、製造コストの削減が
可能になる。
【００２７】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の強誘電体
キャパシタの評価方法によれば、強誘電体膜を形成した
後、下部電極と強誘電体膜とを積層した状態で、キャパ
シタの保持特性の評価を行うことができるため、キャパ
シタの製造工程の途中におけるキャパシタの性能を評価
することが可能になる。よって、製造工程中で不良を早
期に発見することが可能になるので、不良が生じていた
場合には、不良の早期発見により、製造コストの削減が
可能になる。
キャパシタの評価方法によれば、強誘電体膜を形成した
後、下部電極と強誘電体膜とを積層した状態で、キャパ
シタの保持特性の評価を行うことができるため、キャパ
シタの製造工程の途中におけるキャパシタの性能を評価
することが可能になる。よって、製造工程中で不良を早
期に発見することが可能になるので、不良が生じていた
場合には、不良の早期発見により、製造コストの削減が
可能になる。
【００２８】本発明の評価素子を搭載したウエハによれ
ば、下部電極と強誘電体膜とからなる評価素子によっ
て、キャパシタが完成する前に強誘電体キャパシタの性
能評価を行うことが可能になる。そのため、製造工程中
で不良を早期に発見することができるので、不良が生じ
ていた場合には、不良の早期発見により、製造コストの
削減が可能になる。
ば、下部電極と強誘電体膜とからなる評価素子によっ
て、キャパシタが完成する前に強誘電体キャパシタの性
能評価を行うことが可能になる。そのため、製造工程中
で不良を早期に発見することができるので、不良が生じ
ていた場合には、不良の早期発見により、製造コストの
削減が可能になる。
【図１】保持損失が観察されるＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ
9 （ＳＢＴ）／Ｐｔヘテロ構造の観察画像を示す図面で
ある。
9 （ＳＢＴ）／Ｐｔヘテロ構造の観察画像を示す図面で
ある。
【図２】局所分極反転（ポーリング）後のＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ2 Ｏ9 （ＳＢＴ）／Ｉｒヘテロ構造における負のドメ
インの安定性を示すピエゾレスポンスの観察画像の図面
である。
ａ2 Ｏ9 （ＳＢＴ）／Ｉｒヘテロ構造における負のドメ
インの安定性を示すピエゾレスポンスの観察画像の図面
である。
【図３】局所分極反転（ポーリング）後のＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ2 Ｏ9 （ＳＢＴ）／Ｉｒヘテロ構造における正のドメ
インの安定性を示すピエゾレスポンスの観察画像の図面
である。
ａ2 Ｏ9 （ＳＢＴ）／Ｉｒヘテロ構造における正のドメ
インの安定性を示すピエゾレスポンスの観察画像の図面
である。
【図４】ＳＢＴ膜／Ｐｔ膜とＳＢＴ膜／Ｉｒ膜の正およ
び負のドメインにおける時間の関数で表した保持分極を
示す図面である。
び負のドメインにおける時間の関数で表した保持分極を
示す図面である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M106 AA01 AA07 AB08 AB12 BA14 CA70 DH01 DH50 5F083 FR01 JA15 JA17 JA38 MA01 MA15 ZA20
Claims (4)
- 【請求項１】 走査型フォース顕微鏡のピエゾレスポン
スモードを使用して、強誘電体膜表面における一定面積
の構造を調べることによって行う強誘電体キャパシタの
評価方法であって、 評価素子に電極と強誘電体膜とが擬似オーミックコンタ
クトを形成する積層構造を用い、 固定した試験チップを通して、前記強誘電体膜における
選択された結晶粒に、所定の極性の電圧パルスを印加す
ることで局所分極反転を誘導し、 書き込みドメインの完全な反転までの所定時間でピエゾ
レスポンス像を得ることによって保持時間を決定し、 保持特性は、切り換えドメインの完全な消失までの時間
を測定することによって、もしくは分極反転が保持され
ている領域部分の時間依存性を測定することによって決
定することを特徴とする強誘電体キャパシタの評価方
法。 - 【請求項２】 前記評価素子は、 下部電極と、 前記下部電極上に堆積した擬似オーミックコンタクトを
有する強誘電体薄膜とからなることを特徴とする請求項
１記載の強誘電体キャパシタの評価方法。 - 【請求項３】 走査型フォース顕微鏡のピエゾレスポン
スモードを使用して、前記強誘電体膜表面における一定
面積の構造を調べることによって行う強誘電体キャパシ
タの評価方法であって、 評価素子に電極と強誘電体膜とが擬似オーミックコンタ
クトを形成する積層構造を用い、 固定した試験チップを通して、前記強誘電体膜における
選択された結晶粒に、所定の極性の電圧パルスを印加す
ることによって局所分極反転を誘導し、 書き込みドメインの完全な反転までの所定時間でピエゾ
レスポンス像を得ることによって保持時間を決定し、 保持特性は、切り換えドメインの完全な消失までの時間
を測定することによって、もしくは分極反転が保持され
ている領域部分の時間依存性を測定することによって決
定する強誘電体キャパシタの評価方法を、 半導体デバイスの生産ラインにおける強誘電体膜キャパ
シタの製造工程中、もしくは前記強誘電体膜を形成した
後に行うことを特徴とする請求項１記載の強誘電体キャ
パシタの評価方法。 - 【請求項４】 半導体ウエハ上に形成した下部電極と、 前記下部電極上に形成した擬似オーミックコンタクトを
有する強誘電体膜とからなるキャパシタの保持特性の評
価素子を備えたことを特徴とする評価素子を搭載したウ
エハ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000155748A JP2001338957A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 強誘電体キャパシタの評価方法および評価素子を搭載したウエハ |
| US09/865,265 US20020058343A1 (en) | 2000-05-26 | 2001-05-25 | Evaluation method of ferroelectric capacitor and wafer mounted with evaluation element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000155748A JP2001338957A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 強誘電体キャパシタの評価方法および評価素子を搭載したウエハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001338957A true JP2001338957A (ja) | 2001-12-07 |
Family
ID=18660639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000155748A Pending JP2001338957A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 強誘電体キャパシタの評価方法および評価素子を搭載したウエハ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020058343A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001338957A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004081647A1 (ja) * | 2003-03-14 | 2004-09-23 | Mitsubishi Cable Industries Ltd. | 分極反転結晶の製造方法 |
| JP2006073712A (ja) * | 2004-09-01 | 2006-03-16 | Agilent Technol Inc | Ｔｆｔアレイ試験方法および試験装置 |
-
2000
- 2000-05-26 JP JP2000155748A patent/JP2001338957A/ja active Pending
-
2001
- 2001-05-25 US US09/865,265 patent/US20020058343A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020058343A1 (en) | 2002-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI638354B (zh) | 操作鐵電記憶體胞之方法及相關之鐵電記憶體胞 | |
| Mueller et al. | Reliability Characteristics of Ferroelectric $\hbox {Si: HfO} _ {2} $ Thin Films for Memory Applications | |
| US5804850A (en) | Ferroelectric based capacitor cell for use in memory systems | |
| US5864932A (en) | Partially or completely encapsulated top electrode of a ferroelectric capacitor | |
| KR100268453B1 (ko) | 반도체 장치 및 그것의 제조 방법 | |
| US7148530B2 (en) | Ferroelectric capacitor and method for manufacturing the same | |
| KR19980081009A (ko) | 강유전체막을 사용한 박막 커패시터 장치 및 ｒａｍ 장치 | |
| US7599278B2 (en) | Recording medium comprising ferroelectric layer, nonvolatile memory device comprising recording medium, and methods of writing and reading data for the memory device | |
| KR20000077182A (ko) | 강유전체 비휘발성 기억장치 | |
| US6238933B1 (en) | Polarization method for minimizing the effects of hydrogen damage on ferroelectric thin film capacitors | |
| US9939314B2 (en) | Shock recording device | |
| US7149137B2 (en) | Process monitoring for ferroelectric memory devices with in-line retention test | |
| KR100455638B1 (ko) | 강유전성 트랜지스터와 메모리 셀 배열 내에서의 그 사용 | |
| JP2001338957A (ja) | 強誘電体キャパシタの評価方法および評価素子を搭載したウエハ | |
| Taylor et al. | Pulse switching characterization of organometallic chemical vapor deposited PbZrxTi1− xO3 thin films for high-density memory applications | |
| JPH07202138A (ja) | 強誘電体記憶素子 | |
| KR100335298B1 (ko) | 트랜지스터 스위치와 강유전성 캐패시터를 채용하는강유전성 메모리 및 그 제조 방법 | |
| KR100533974B1 (ko) | 하부전극과 강유전체막의 접착력을 향상시킬 수 있는강유전체캐패시터 형성 방법 | |
| JP4100958B2 (ja) | 強誘電体メモリ素子とその製造方法 | |
| JP3541749B2 (ja) | 半導体記憶装置及びその製造方法 | |
| RU2785593C1 (ru) | Элемент постоянной памяти на основе проводящего ферроэлектрика GeTe | |
| JP2001338958A (ja) | 強誘電体キャパシタの評価方法 | |
| KR100197564B1 (ko) | 강유전체 커패시터 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법 | |
| Ashikaga et al. | Dependences of Process-Induced Damage on Imprint Characteristics in SrBi2Ta2O9 Capacitors | |
| JPH10256495A (ja) | 不揮発性半導体記憶装置 |