JP2003282560A - Ferroelectric layer and manufacturing method, and ferroelectric capacitor and piezoelectric device - Google Patents

Ferroelectric layer and manufacturing method, and ferroelectric capacitor and piezoelectric device

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JP2003282560A
JP2003282560A JP2002085573A JP2002085573A JP2003282560A JP 2003282560 A JP2003282560 A JP 2003282560A JP 2002085573 A JP2002085573 A JP 2002085573A JP 2002085573 A JP2002085573 A JP 2002085573A JP 2003282560 A JP2003282560 A JP 2003282560A
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ferroelectric
film
ferroelectric layer
raw material
material liquid
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Japanese (ja)
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Tatsuo Sawazaki
立雄 沢崎
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Seiko Epson Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a ferroelectric layer for improving surface morphology where the surface morphology is improved, a ferroelectric memory device and a piezoelectric device where the ferroelectric layer is applied. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the ferroelectric layer comprises steps of (a) forming a ferroelectric film 20, and (b) forming an embedded insulating film 30 on the ferroelectric film 20. The step (b) includes a step of stacking a raw material liquid layer 32 on the ferroelectric film 20 by turning raw material liquid for the embedded insulating film into mist. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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】本発明は、強誘電体層および
その製造方法ならびに強誘電体キャパシタおよび圧電素
子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric layer, a method of manufacturing the same, a ferroelectric capacitor and a piezoelectric element.

【0002】[0002]

【背景技術】現在、半導体装置(たとえば強誘電体メモ
リ(FeRAM))に適用される強誘電体膜として、層
状ペロブスカイト構造を有する強誘電体膜(たとえばB
iLaTiO系,BiTiO系,SrBiTaO系)が
提案されている。この層状ペロブスカイト構造を有する
強誘電体膜は、一般に、強誘電体膜の原料層を形成した
後、熱処理して結晶成長を行うことにより形成される。
BACKGROUND ART At present, as a ferroelectric film applied to a semiconductor device (for example, a ferroelectric memory (FeRAM)), a ferroelectric film having a layered perovskite structure (for example, B
iLaTiO-based, BiTiO-based, SrBiTaO-based) have been proposed. The ferroelectric film having the layered perovskite structure is generally formed by forming a raw material layer of the ferroelectric film and then performing heat treatment to grow crystals.

【0003】ところで、この形成方法により、たとえば
層状ペロブスカイト構造を有する強誘電体膜を形成した
場合、強誘電体膜は、結晶構造に起因して、c軸方向の
結晶成長速度がa,b軸方向の結晶成長速度よりも遅く
なる。つまり、a,b軸方向に結晶成長し易い。このた
め、上記の形成方法によると、層状ペロブスカイト構造
を有する強誘電体膜は、荒れた表面モフォロジとなる。
すなわち、強誘電体膜の上面において、凹部が発生す
る。なお、強誘電体膜がPZTからなる場合にも、層状
ペロブスカイト構造を有する強誘電体ほどではないが、
凹部が発生する。
By the way, when a ferroelectric film having, for example, a layered perovskite structure is formed by this forming method, the ferroelectric film has a crystal growth rate in the c-axis direction due to the crystal structure. Slower than the directional crystal growth rate. That is, crystals are easily grown in the a and b axis directions. Therefore, according to the above forming method, the ferroelectric film having the layered perovskite structure has a rough surface morphology.
That is, a recess is formed on the upper surface of the ferroelectric film. Even when the ferroelectric film is made of PZT, although not as much as the ferroelectric having the layered perovskite structure,
Recesses occur.

【0004】この凹部を埋める方法として、ゾル溶液又
はMOD(Metal Organic Decomposition)法用の溶
液をスピンコート法で塗布し、焼成する技術が提案され
ている(特開平6−32613号公報)。
As a method for filling the concave portion, a technique has been proposed in which a sol solution or a solution for MOD (Metal Organic Decomposition) method is applied by a spin coating method and baked (JP-A-6-32613).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、表面
モフォロジを改善することができる、強誘電体層の製造
方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ferroelectric layer, which can improve surface morphology.

【0006】本発明の他の目的は、表面モフォロジが改
善した、強誘電体層を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a ferroelectric layer having improved surface morphology.

【0007】本発明の他の目的は、本発明の強誘電体層
が適用された強誘電体キャパシタおよび圧電素子を提供
することにある。
Another object of the present invention is to provide a ferroelectric capacitor and a piezoelectric element to which the ferroelectric layer of the present invention is applied.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】1.強誘電体層の製造方
法 本発明の強誘電体層の製造方法は、(a)強誘電体膜を
形成する工程、(b)前記強誘電体膜の上に、埋め込み
絶縁膜を形成する工程を含み、前記工程(b)は、前記
強誘電体膜の上に、前記埋め込み絶縁膜のための原料液
をミスト化して堆積する工程を含む。
[Means for Solving the Problems] 1. Method for Manufacturing Ferroelectric Layer In the method for manufacturing a ferroelectric layer of the present invention, (a) a step of forming a ferroelectric film, (b) a step of forming an embedded insulating film on the ferroelectric film. And the step (b) includes a step of forming a raw material liquid for the buried insulating film into a mist and depositing it on the ferroelectric film.

【0009】本発明の強誘電体層の製造方法によれば、
埋め込み絶縁膜のための原料液をミス化して堆積してい
る。このため、強誘電体膜の上面における凹部に、原料
液が入り込みやすい。したがって、本発明の強誘電体層
によれば、凹部内に確実に原料液を充填することができ
る。
According to the method of manufacturing the ferroelectric layer of the present invention,
The raw material liquid for the buried insulating film is deposited in a mistaken form. For this reason, the raw material liquid easily enters the concave portion on the upper surface of the ferroelectric film. Therefore, according to the ferroelectric layer of the present invention, it is possible to reliably fill the raw material liquid into the recess.

【0010】また、強誘電体膜の上に埋め込み絶縁膜を
形成することにより、強誘電体層の表面モフォロジを改
善させることができる。
By forming a buried insulating film on the ferroelectric film, the surface morphology of the ferroelectric layer can be improved.

【0011】また、前記工程(b)は、前記原料液を熱
処理して、埋め込み絶縁膜を形成する工程を含むことが
できる。
The step (b) may include a step of heat-treating the raw material liquid to form a buried insulating film.

【0012】前記工程(b)において、前記原料液は、
LSMCD法により堆積されることができる。LSMC
D法によれば、原料液をより確実に凹部内に充填するこ
とができる。
In the step (b), the raw material liquid is
It can be deposited by the LSMCD method. LSMC
According to the method D, the raw material liquid can be filled in the recess more reliably.

【0013】また、前記原料液は、ゾルゲル液またはM
OD液とすることができる。
The raw material liquid is a sol-gel liquid or M
It can be an OD solution.

【0014】前記埋め込み絶縁膜は、強誘電体からなる
ことができる。これにより、強誘電体層の強誘電性をよ
り確実に発現することができる。
The embedded insulating film may be made of a ferroelectric material. Thereby, the ferroelectricity of the ferroelectric layer can be more surely exhibited.

【0015】また、前記原料液のミストの粒径は、10
nm〜1μmとすることができる。この粒径がこの範囲
にあることにより、強誘電体層の凹部により確実に原料
液を充填することができる。
The particle size of the mist of the raw material liquid is 10
It can be set to nm to 1 μm. When the particle size is in this range, it is possible to reliably fill the raw material liquid in the concave portion of the ferroelectric layer.

【0016】前記埋め込み絶縁膜は、前記強誘電体膜の
上面における凹部内にのみ設けられていることができ
る。
The embedded insulating film may be provided only in the concave portion on the upper surface of the ferroelectric film.

【0017】2.強誘電体層 本発明の強誘電体層は、強誘電体膜と、前記強誘電体膜
の上面における凹部内にのみ設けられた埋め込み絶縁膜
とを含む。
2. Ferroelectric Layer The ferroelectric layer of the present invention includes a ferroelectric film and an embedded insulating film provided only in the concave portion on the upper surface of the ferroelectric film.

【0018】3.強誘電体キャパシタ 本発明の強誘電体キャパシタは、第1電極と、本発明の
強誘電体層と、第2電極とを含み、前記強誘電体層は、
少なくとも前記第1電極と前記第2電極との間に設けら
れている。
3. Ferroelectric capacitor The ferroelectric capacitor of the present invention includes a first electrode, a ferroelectric layer of the present invention, and a second electrode, and the ferroelectric layer is
It is provided at least between the first electrode and the second electrode.

【0019】4.圧電素子 本発明の圧電素子は、本発明の強誘電体層を含む。4. Piezoelectric element The piezoelectric element of the present invention includes the ferroelectric layer of the present invention.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】1.強誘電体層の製造方法 1.1 プロセス 図1〜図3は、強誘電体層の形成工程を模式的に示す断
面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 1. 1. Method of Manufacturing Ferroelectric Layer 1.1 Process FIGS. 1 to 3 are cross-sectional views schematically showing the steps of forming the ferroelectric layer.

【0021】まず、基体10の上に、強誘電体膜20を
形成する。強誘電体膜20の材質としては、たとえば層
状ペロブスカイト(たとえばSBT、BLT)、PZT
を挙げることができ、さらに、これらの材料にニオブや
ニッケル、マグネシウム等の金属を添加したもの等が適
用できる。強誘電体膜20の成形方法としては、たとえ
ば、ゾルゲル材料やMOD材料を用いたスピンコート法
やディッピング法、スパッタ法、LSMCD法、MOC
VD法、レーザアブレーション法を挙げることができ
る。
First, the ferroelectric film 20 is formed on the substrate 10. Examples of the material of the ferroelectric film 20 include layered perovskite (for example, SBT, BLT), PZT.
Furthermore, those obtained by adding a metal such as niobium, nickel, or magnesium to these materials can be applied. The ferroelectric film 20 may be formed by, for example, a spin coating method using a sol-gel material or a MOD material, a dipping method, a sputtering method, an LSMCD method, an MOC.
The VD method and the laser ablation method can be mentioned.

【0022】なお、強誘電体膜20は、一般に、図1に
示すように上面において凹部22が形成される。この凹
部22は、強誘電体膜20が層状ペロブスカイトの強誘
電体からなる場合に特に顕著に発生する。
The ferroelectric film 20 generally has a recess 22 formed on the upper surface thereof as shown in FIG. The recess 22 is particularly prominent when the ferroelectric film 20 is made of a layered perovskite ferroelectric.

【0023】次に、強誘電体膜20の上に、図3に示す
ように、埋め込み絶縁膜30を形成する。具体的には、
次のように、埋め込み絶縁膜30を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, a buried insulating film 30 is formed on the ferroelectric film 20. In particular,
The embedded insulating film 30 is formed as follows.

【0024】図2に示すように、強誘電体膜20の上
に、埋め込み絶縁膜30のための原料液をミスト化し
て、原料液層32を堆積する。原料液の堆積方法として
は、原料液をミスト化して導入することができる方法で
あれば特に限定されず、たとえばLSMCD法を挙げる
ことができる。その原料液は、ゾルゲル液、MOD液を
挙げることができる。ゾルゲル液としては、カルボン酸
塩を含む液からなることができる。MOD液としては、
得ようとする埋め込み絶縁膜の構成元素同士が直接また
は間接的に連続して接続された多核金属錯体を含む液を
挙げることができる。
As shown in FIG. 2, a raw material liquid for the buried insulating film 30 is misted on the ferroelectric film 20 to deposit a raw material liquid layer 32. The method for depositing the raw material liquid is not particularly limited as long as it can be introduced into the raw material liquid in the form of a mist, and examples thereof include the LSMCD method. Examples of the raw material liquid include a sol-gel liquid and a MOD liquid. The sol-gel liquid may be a liquid containing a carboxylate. As a MOD liquid,
A liquid containing a polynuclear metal complex in which the constituent elements of the buried insulating film to be obtained are continuously connected directly or indirectly to each other can be mentioned.

【0025】原料液層32の厚さは、たとえば1〜20
nmであることができる。また、原料液のミストの粒径
は、10nm〜1μmであることができる。
The thickness of the raw material liquid layer 32 is, for example, 1 to 20.
can be nm. The particle size of the mist of the raw material liquid may be 10 nm to 1 μm.

【0026】ゾルゲル液、MOD液のそれぞれの具体例
は、得ようとする埋め込み絶縁膜30の材質により定ま
る。なお、埋め込み絶縁膜30の材質は、絶縁性を有す
る材質であれば特に限定されず、たとえばSBT、BL
T、PZTを挙げることができる。なお、埋め込み絶縁
膜30の材質は、強誘電体であることが好ましい。ま
た、埋め込み絶縁膜30の材質と、強誘電体膜20の材
質とが同じであることができる。
Specific examples of the sol-gel liquid and the MOD liquid are determined by the material of the buried insulating film 30 to be obtained. The material of the buried insulating film 30 is not particularly limited as long as it has an insulating property, and for example, SBT, BL
Examples thereof include T and PZT. The material of the embedded insulating film 30 is preferably a ferroelectric material. Further, the material of the embedded insulating film 30 and the material of the ferroelectric film 20 can be the same.

【0027】そして、図3に示すように、原料液層32
を熱処理することにより、埋め込み絶縁膜32を形成す
ることができる。
Then, as shown in FIG. 3, the raw material liquid layer 32 is formed.
The embedded insulating film 32 can be formed by heat-treating.

【0028】熱処理の方法としては、たとえば、RTA
(Rapid Thermal Annealing)およびFA(ファーネ
ス)により酸素雰囲気中でアニールする方法を挙げるこ
とができる。より具体的には、RTAを用いて短時間の
アニールを行い微結晶核を精製する。そして、FAを用
いて結晶化を促進させることによって、埋め込み絶縁膜
30を形成することができる。このようにして、強誘電
体層100を形成することができる。
As the heat treatment method, for example, RTA is used.
(Rapid Thermal Annealing) and FA (furnace) may be used for annealing in an oxygen atmosphere. More specifically, RTA is used to anneal for a short time to purify the microcrystalline nuclei. Then, the buried insulating film 30 can be formed by promoting crystallization using FA. In this way, the ferroelectric layer 100 can be formed.

【0029】図4に示すように、埋め込み絶縁膜30が
凹部22内にのみ形成してもよい。なお、この場合に
は、原料液層を図5に示すように、強誘電体膜20の凹
部22にのみに堆積することにより、埋め込み絶縁膜3
0を凹部22内にのみ形成することができる。
As shown in FIG. 4, the buried insulating film 30 may be formed only in the recess 22. In this case, the buried insulating film 3 is formed by depositing the raw material liquid layer only on the concave portion 22 of the ferroelectric film 20 as shown in FIG.
0 can be formed only in the recess 22.

【0030】1.2 作用効果 以下、本実施の形態に係る強誘電体層の製造方法の作用
効果を説明する。
1.2 Operational Effects The operational effects of the method for manufacturing a ferroelectric layer according to this embodiment will be described below.

【0031】(1)本実施の形態によれば、強誘電体膜
20の上に、埋め込み絶縁膜30を形成している。この
ため、強誘電体層の表面モフォロジの向上を図ることが
できる。また、実施例で後述するように、埋め込み絶縁
膜30を形成することにより、この強誘電体層100を
強誘電体キャパシタに適用した場合において、絶縁破壊
を生じ難くすることができる。
(1) According to the present embodiment, the embedded insulating film 30 is formed on the ferroelectric film 20. Therefore, the surface morphology of the ferroelectric layer can be improved. Further, as described later in Examples, by forming the buried insulating film 30, it is possible to prevent dielectric breakdown when the ferroelectric layer 100 is applied to a ferroelectric capacitor.

【0032】(2)特開平6−32613号公報に開示
された技術(背景技術参照)によると、ゾル溶液やMO
D法用の溶液を強誘電体膜の微小な凹部に充填するの
は、表面張力の問題で難しい。このため、凹部において
空洞が発生したりする。また、スピンコート法による塗
布によると、ウエハ面内の膜厚の均一性が良くなく、ウ
エハ間あるいはロット間の膜厚の再現性が乏しいという
問題がある。
(2) According to the technique disclosed in JP-A-6-32613 (see background art), a sol solution or MO is used.
It is difficult to fill the minute recesses of the ferroelectric film with the solution for the D method due to the problem of surface tension. For this reason, a cavity is generated in the recess. In addition, the coating by the spin coating method has a problem that the uniformity of the film thickness on the wafer surface is not good and the reproducibility of the film thickness between wafers or between lots is poor.

【0033】しかし、本実施の形態によれば、ミスト化
して、埋め込み絶縁膜30のための原料液を堆積させて
いる。このため、ミストのサイズを小さくしてやること
により、確実に凹部22に原料液を充填することができ
る。また、堆積時間で原料液層の厚さを制御することが
できるため、制御性が向上する。また、ウエハ面内の厚
さに関して均一性が向上し、ウエハ間あるいはロット間
の膜厚の再現性が向上する。
However, according to the present embodiment, the raw material liquid for the buried insulating film 30 is deposited in the form of mist. Therefore, it is possible to reliably fill the concave portion 22 with the raw material liquid by reducing the size of the mist. Moreover, since the thickness of the raw material liquid layer can be controlled by the deposition time, controllability is improved. Further, the uniformity of the thickness within the wafer surface is improved, and the reproducibility of the film thickness between wafers or between lots is improved.

【0034】2.適用例 本発明に係る強誘電体層は、たとえば次の強誘電体メモ
リ装置に適用することができる。
2. Application Example The ferroelectric layer according to the present invention can be applied to, for example, the following ferroelectric memory device.

【0035】2.1 第1強誘電体メモリ装置 図6は、第1の強誘電体メモリ装置を模式的に示す断面
図である。
2.1 First Ferroelectric Memory Device FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the first ferroelectric memory device.

【0036】第1強誘電体メモリ装置200は、強誘電
体キャパシタ210と、選択トランジスタ220とを含
む。強誘電体キャパシタ210は、下部電極212と強
誘電体層214と上部電極216とが順次積層されて構
成されている。
The first ferroelectric memory device 200 includes a ferroelectric capacitor 210 and a selection transistor 220. The ferroelectric capacitor 210 is configured by sequentially stacking a lower electrode 212, a ferroelectric layer 214, and an upper electrode 216.

【0037】2.2 第2の強誘電体メモリ装置 図7は、第2強誘電体メモリ装置を模式的に示す平面図
である。図8は、第2強誘電体メモリ装置の断面を模式
的に示す断面図である。
2.2 Second Ferroelectric Memory Device FIG. 7 is a plan view schematically showing the second ferroelectric memory device. FIG. 8 is a sectional view schematically showing a section of the second ferroelectric memory device.

【0038】第2強誘電体メモリ装置300は、強誘電
体キャパシタからなる強誘電体メモリセルがマトリクス
状に配列されて構成されている。具体的には、第2強誘
電体メモリ装置300は、第1信号電極312と強誘電
体層314と第2信号電極316とを有する。行選択の
ための第1信号電極(ワード線)312と、列選択のた
めの第2信号電極(ビット線)316とは直交するよう
に配列されている。すなわち、行方向に沿って第1信号
電極312が所定ピッチで配列され、行方向と直交する
列方向に沿って第2信号電極316が所定ピッチで配列
されている。そして、強誘電体層314は、図8に示す
ように、第1信号電極312と第2信号電極316との
間に、強誘電体層314が設けられている。
The second ferroelectric memory device 300 is formed by arranging ferroelectric memory cells, which are composed of ferroelectric capacitors, in a matrix. Specifically, the second ferroelectric memory device 300 has a first signal electrode 312, a ferroelectric layer 314, and a second signal electrode 316. The first signal electrode (word line) 312 for row selection and the second signal electrode (bit line) 316 for column selection are arranged so as to be orthogonal to each other. That is, the first signal electrodes 312 are arranged at a predetermined pitch along the row direction, and the second signal electrodes 316 are arranged at a predetermined pitch along the column direction orthogonal to the row direction. As shown in FIG. 8, the ferroelectric layer 314 is provided with the ferroelectric layer 314 between the first signal electrode 312 and the second signal electrode 316.

【0039】本発明に係る強誘電体層の適用例は、以上
の強誘電体メモリ装置に限定されず、圧電素子にも適用
することができる。
The application example of the ferroelectric layer according to the present invention is not limited to the above ferroelectric memory device, but can be applied to a piezoelectric element.

【0040】[0040]

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。なお、本発明は、その要旨を超えない限り、
以下の実施例に制約されるものではない。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Incidentally, the present invention, unless it exceeds the gist,
The present invention is not limited to the examples below.

【0041】1.強誘電体層の形成方法 以下、強誘電体層の形成方法について説明する。なお、
図9は、強誘電体層のプロセスのフローチャートを示
す。
1. Method for Forming Ferroelectric Layer Hereinafter, a method for forming the ferroelectric layer will be described. In addition,
FIG. 9 shows a flow chart of the process for the ferroelectric layer.

【0042】まず、SBT膜を形成した。SBT膜は、
次のように形成した。
First, an SBT film was formed. SBT film is
It was formed as follows.

【0043】スピンコート法により、SBTの原料液を
基体上に塗布し、SBT前駆体層を形成した。なお、S
BT前駆体層の厚さは、60nmとした。次に、SBT
前駆体層において、微結晶核を形成するためのベークを
行った。このベークは、260℃で4分間行った。次
に、SBT前駆体層を仮焼成した。この仮焼成は、酸素
雰囲気下、温度700℃の条件で、40秒間行った。S
BTの原料液の塗布から仮焼成までを1サイクルとし
て、計2サイクル行った。
The SBT raw material liquid was applied onto the substrate by the spin coating method to form an SBT precursor layer. In addition, S
The thickness of the BT precursor layer was 60 nm. Next, SBT
The precursor layer was baked to form microcrystal nuclei. This baking was performed at 260 ° C. for 4 minutes. Next, the SBT precursor layer was pre-baked. This calcination was performed for 40 seconds under the condition of temperature of 700 ° C. under oxygen atmosphere. S
A total of 2 cycles were carried out, with one cycle from the coating of the BT raw material liquid to the preliminary firing.

【0044】そして、SBT前駆体層を本焼成した。こ
の本焼成は、酸素雰囲気下、温度700℃の条件で1時
間行った。このようにして、SBT膜を形成した。
Then, the SBT precursor layer was fired. This main calcination was carried out in an oxygen atmosphere at a temperature of 700 ° C. for 1 hour. In this way, the SBT film was formed.

【0045】次に、SBT膜の上に、埋め込みSBT膜
を形成した。埋め込みSBT膜は次のように形成した。
Next, a buried SBT film was formed on the SBT film. The embedded SBT film was formed as follows.

【0046】SBTの原料液をミスト化して、SBT膜
の上にSBTの原料液層を堆積した。具体的には、SB
Tの原料液層をLSMCD法により堆積した。次に、S
BTの原料液層をベークした。このベークは、260℃
で4分間行った。次に、SBTの原料液を仮焼成した。
仮焼成は、酸素雰囲気下、温度700℃で、40秒間行
った。次に、SBTの原料液を本焼成した。この本焼成
は、酸素雰囲気下、温度700℃の条件で、1時間行っ
た。以上のようにして、埋め込みSBT膜を形成し、実
施例に係る強誘電体層を形成した。
The SBT raw material liquid was made into mist, and the SBT raw material liquid layer was deposited on the SBT film. Specifically, SB
A raw material liquid layer of T was deposited by the LSMCD method. Then S
The raw material liquid layer of BT was baked. This bake is 260 ° C
I went there for 4 minutes. Next, the raw material liquid of SBT was pre-baked.
The calcination was performed in an oxygen atmosphere at a temperature of 700 ° C. for 40 seconds. Next, the SBT raw material liquid was subjected to main firing. This main calcination was performed for 1 hour in an oxygen atmosphere at a temperature of 700 ° C. As described above, the embedded SBT film was formed and the ferroelectric layer according to the example was formed.

【0047】なお、実施例に係る強誘電体層は、計3種
類得た。すなわち、埋め込みSBT膜の原料液の堆積量
を変えて、第1〜第3の実施例に係る強誘電体層を得
た。第1実施例に係る強誘電体層は、SBT膜の上に厚
さが5nmのSBTの原料液層を堆積するのに理論上必
要な量のSBT原料液を供給して形成された。また、第
2および第3の実施例に係る強誘電体層は、それぞれ、
SBT前駆体層の上に厚さが10nm、20nmのSB
Tの原料液層を堆積するのに理論上必要な量のSBTの
原料液を供給して形成された。このSBTの原料液の量
は、時間により制御された。
Incidentally, a total of three types of ferroelectric layers according to the example were obtained. That is, the ferroelectric layer according to the first to third examples was obtained by changing the deposition amount of the raw material liquid of the embedded SBT film. The ferroelectric layer according to the first example was formed by supplying the SBT raw material liquid in an amount theoretically necessary for depositing the SBT raw material liquid layer having a thickness of 5 nm on the SBT film. Further, the ferroelectric layers according to the second and third examples are respectively
SB with a thickness of 10 nm or 20 nm on the SBT precursor layer
It was formed by supplying the SBT raw material liquid in an amount theoretically necessary to deposit the T raw material liquid layer. The amount of this SBT raw material liquid was controlled by time.

【0048】なお、埋め込みSBT膜が形成されていな
いSBT膜のみからなる強誘電体層を比較例とした。
A ferroelectric layer made of only the SBT film without the embedded SBT film was used as a comparative example.

【0049】2.表面モフォロジ 図10〜図13に、強誘電体層のSEM(Scanning el
ectron microscope)写真を示す。図10は、第1実施
例に係る強誘電体層のSEM写真である。図11は、第
2実施例に係る強誘電体層のSEM写真である。図12
は、第3実施例に係る強誘電体層のSEM写真である。
図13は、比較例に係る強誘電体層のSEM写真であ
る。
2. Surface Morphology Figures 10 to 13 show SEM (Scanning el
ectron microscope) Show photos. FIG. 10 is an SEM photograph of the ferroelectric layer according to the first example. FIG. 11 is an SEM photograph of the ferroelectric layer according to the second example. 12
4A is an SEM photograph of a ferroelectric layer according to a third example.
FIG. 13 is an SEM photograph of the ferroelectric layer according to the comparative example.

【0050】図10〜図13に示すように、埋め込みS
BT膜が形成されている第1〜第3実施例によれば、埋
め込みSBT膜が形成されていない比較例に比べて、格
段に凹凸度合いが減り、表面モフォロジが向上している
のがわかる。
As shown in FIGS. 10 to 13, the embedded S
According to the first to third examples in which the BT film is formed, the degree of unevenness is significantly reduced and the surface morphology is improved as compared with the comparative example in which the embedded SBT film is not formed.

【0051】また、図14に示すように、埋め込みSB
T膜の厚さが厚くなるにしたがって、最大高さが減少傾
向にあることがわかる。したがって、この点からも埋め
込みSBT膜を形成することにより、表面モフォロジが
向上するのがわかる。ここで、「最大高さ」とは、図1
5に示すように、強誘電体層の表面における隣接する凸
部S10と凹部S20のうち、凸部S10の頂点と凹部
S20の底との距離L10であって、最大のものをい
う。なお、横軸の「埋め込みSBT膜厚」は、SBTの
原料液の供給量を膜厚に換算したものである。
In addition, as shown in FIG.
It can be seen that the maximum height tends to decrease as the thickness of the T film increases. Therefore, also from this point, it is understood that the surface morphology is improved by forming the embedded SBT film. Here, the "maximum height" means that in FIG.
As shown in FIG. 5, among the adjacent convex portions S10 and concave portions S20 on the surface of the ferroelectric layer, the distance L10 between the apex of the convex portion S10 and the bottom of the concave portion S20 is the maximum distance. The “embedded SBT film thickness” on the horizontal axis is the amount of the supply of the SBT raw material liquid converted into the film thickness.

【0052】また、図16に示すように、埋め込みSB
T膜の厚さが厚くなるにしたがって、平均粗さRaが減
少しているのがわかる。平均粗さRaは、下記式により
導出した。
Further, as shown in FIG. 16, the embedded SB
It can be seen that the average roughness Ra decreases as the thickness of the T film increases. The average roughness Ra was derived by the following formula.

【0053】[0053]

【数1】 [Equation 1]

【0054】3.絶縁破壊 図17は、第1〜第3実施例に係る強誘電体層および比
較例に係る強誘電体層を強誘電体キャパシタに適用した
場合における、印加電圧とリーク電流との関係を示すグ
ラフである。なお、ここでいう印加電圧とは、図18に
示すように強誘電体層114を挟む上部電極112と下
部電極116との間の電位差を示し、リーク電流は上部
電極112と下部電極116との間のリーク電流を示
す。図17において、リーク電流が急峻に上昇したとこ
ろが、絶縁破壊を起こす電圧である。なお、測定温度
は、85℃であった。
3. Dielectric Breakdown FIG. 17 is a graph showing the relationship between the applied voltage and the leakage current when the ferroelectric layers according to the first to third examples and the ferroelectric layer according to the comparative example are applied to the ferroelectric capacitor. Is. The applied voltage mentioned here indicates a potential difference between the upper electrode 112 and the lower electrode 116 sandwiching the ferroelectric layer 114 as shown in FIG. 18, and the leakage current is between the upper electrode 112 and the lower electrode 116. The leak current between them is shown. In FIG. 17, the point where the leak current sharply rises is the voltage that causes dielectric breakdown. The measurement temperature was 85 ° C.

【0055】図17に示すように、第1〜第3実施例に
おける絶縁破壊を起こす電圧は、正の電圧側では比較例
より大きく、負の電圧側では比較例より小さい。したが
って、第1〜第3実施例によれば、比較例に比べて、絶
縁破壊を起こし難いことがわかる。
As shown in FIG. 17, the voltages that cause dielectric breakdown in the first to third embodiments are higher on the positive voltage side than in the comparative example, and lower on the negative voltage side than in the comparative example. Therefore, according to the first to third examples, it is understood that the dielectric breakdown is less likely to occur as compared with the comparative example.

【0056】4.ヒステリシス特性 図19は、第1〜第3実施例に係る強誘電体層を強誘電
体キャパシタに適用した場合における、ヒステリシス特
性を示すグラフである。2Prとは、データ0が書き込
まれている場合における電位差が0VのときのPr値
と、データ1が書き込まれている場合における電位差が
0VのときのPr値との差を示す。2Prが高いほど、
ヒステリシスループの角型性が優れていることを示す。
なお、横軸は、書き込み電圧を示す。
4. Hysteresis Characteristics FIG. 19 is a graph showing hysteresis characteristics when the ferroelectric layers according to the first to third examples are applied to the ferroelectric capacitors. 2Pr indicates the difference between the Pr value when the potential difference is 0V when the data 0 is written and the Pr value when the potential difference is 0V when the data 1 is written. The higher 2Pr,
It shows that the squareness of the hysteresis loop is excellent.
The horizontal axis represents the write voltage.

【0057】第1実施例においては書き込み電圧が1V
以上で2Prが10μC/cm2を超え、第2実施例に
おいては書き込み電圧が2V以上で2Prが10μC/
cm 2を超え、第3実施例においては書き込み電圧が3
V以上で2Prが10μC/cm2を超えている。した
がって、各実施例に係る強誘電体層によれば、適切な書
き込み電圧を設定することにより、所定のヒステリシス
特性を確実に得ることができる。なお、図19に示すよ
うに、埋め込み絶縁膜の厚さが薄くなるにしたがって、
2Pr値は向上している。
In the first embodiment, the write voltage is 1V.
2 Pr is 10 μC / cm2Exceeding the second embodiment
When the write voltage is 2 V or higher, 2 Pr is 10 μC /
cm 2And the write voltage is 3 in the third embodiment.
2Pr is 10 μC / cm above V2Is over. did
Therefore, according to the ferroelectric layer according to each example, an appropriate writing is performed.
By setting the imprint voltage, the specified hysteresis
The characteristics can be surely obtained. In addition, as shown in FIG.
As the embedded insulating film becomes thinner,
The 2Pr value is improving.

【0058】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変
形実施が可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

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

【図1】強誘電体層の形成工程を模式的に示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a step of forming a ferroelectric layer.

【図2】強誘電体層の形成工程を模式的に示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a step of forming a ferroelectric layer.

【図3】強誘電体層の形成工程を模式的に示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a step of forming a ferroelectric layer.

【図4】変形例に係る強誘電体層を模式的に示す断面図
である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a ferroelectric layer according to a modified example.

【図5】変形例に係る強誘電体層の形成工程を模式的に
示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing a step of forming a ferroelectric layer according to a modification.

【図6】第1の強誘電体メモリ装置を模式的に示す断面
図である。
FIG. 6 is a sectional view schematically showing a first ferroelectric memory device.

【図7】第2強誘電体メモリ装置を模式的に示す平面図
である。
FIG. 7 is a plan view schematically showing a second ferroelectric memory device.

【図8】第2強誘電体メモリ装置の断面を模式的に示す
断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a second ferroelectric memory device.

【図9】強誘電体層のプロセスのフローチャートを示
す。
FIG. 9 shows a process flow chart for a ferroelectric layer.

【図10】第1実施例に係る強誘電体層のSEM写真で
ある。
FIG. 10 is an SEM photograph of the ferroelectric layer according to the first example.

【図11】第2実施例に係る強誘電体層のSEM写真で
ある。
FIG. 11 is an SEM photograph of a ferroelectric layer according to a second example.

【図12】第3実施例に係る強誘電体層のSEM写真で
ある。
FIG. 12 is an SEM photograph of a ferroelectric layer according to a third example.

【図13】比較例に係る強誘電体層のSEM写真であ
る。
FIG. 13 is an SEM photograph of a ferroelectric layer according to a comparative example.

【図14】穴埋めSBT膜厚と、強誘電体層の凹部の最
大高さとの関係を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the hole-filling SBT film thickness and the maximum height of recesses in the ferroelectric layer.

【図15】強誘電体層の凹部の最大高さを説明するため
の図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the maximum height of the concave portion of the ferroelectric layer.

【図16】穴埋めSBT膜厚と平均粗さとの関係を示す
グラフである。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the hole-filling SBT film thickness and the average roughness.

【図17】印加電圧と、リーク電流との関係を示すグラ
フである。
FIG. 17 is a graph showing the relationship between applied voltage and leak current.

【図18】第1〜第3実施例に係る強誘電体層および比
較例に係る強誘電体層を強誘電体キャパシタに適用した
場合における、印加電圧とリーク電流との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 18 is a graph showing a relationship between an applied voltage and a leak current when the ferroelectric layers according to the first to third examples and the ferroelectric layer according to the comparative example are applied to a ferroelectric capacitor. .

【図19】書き込み電圧と、2Prとの関係を示すグラ
フである。
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the write voltage and 2Pr.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基体 20 強誘電体膜 22 凹部 30 埋め込み絶縁膜 32 原料液層 100 強誘電体層 200 第1強誘電体メモリ装置 210 強誘電体キャパシタ 212 下部電極 214 強誘電体層 216 上部電極 220 選択トランジスタ 300 第2強誘電体メモリ装置 312 第1信号電極 314 強誘電体層 316 第2信号電極 10 Base 20 Ferroelectric film 22 recess 30 Embedded insulating film 32 Raw material liquid layer 100 ferroelectric layer 200 First Ferroelectric Memory Device 210 Ferroelectric capacitor 212 Lower electrode 214 Ferroelectric layer 216 Upper electrode 220 selection transistor 300 Second ferroelectric memory device 312 First signal electrode 314 Ferroelectric layer 316 Second signal electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01L 27/105 C04B 35/00 J H01L 27/10 444C Fターム(参考) 4G030 AA09 AA13 AA16 AA21 AA43 BA09 BA10 CA08 GA09 GA10 GA35 5F058 BA20 BD01 BD05 BF27 BF80 BH03 BJ02 5F083 FR01 FR02 JA15 JA17 MA06 MA19 PR23 PR33 PR34 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // H01L 27/105 C04B 35/00 J H01L 27/10 444C F term (reference) 4G030 AA09 AA13 AA16 AA21 AA43 BA09 BA10 CA08 GA09 GA10 GA35 5F058 BA20 BD01 BD05 BF27 BF80 BH03 BJ02 5F083 FR01 FR02 JA15 JA17 MA06 MA19 PR23 PR33 PR34

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)強誘電体膜を形成する工程、
(b)前記強誘電体膜の上に、埋め込み絶縁膜を形成す
る工程を含み、 前記工程(b)は、前記強誘電体膜の上に、前記埋め込
み絶縁膜のための原料液をミスト化して堆積する工程を
含む、強誘電体層の製造方法。
1. (a) a step of forming a ferroelectric film,
(B) including a step of forming a buried insulating film on the ferroelectric film, wherein the step (b) mist forms a raw material liquid for the buried insulating film on the ferroelectric film. A method of manufacturing a ferroelectric layer, comprising the step of:
【請求項2】 請求項1において、 前記工程(b)は、前記原料液を熱処理して、埋め込み
絶縁膜を形成する工程を含む、強誘電体層の製造方法。
2. The method of manufacturing a ferroelectric layer according to claim 1, wherein the step (b) includes a step of heat-treating the raw material liquid to form a buried insulating film.
【請求項3】 請求項1または2において、 前記工程(b)において、前記原料液は、LSMCD法
により堆積される、強誘電体層の製造方法。
3. The method for manufacturing a ferroelectric layer according to claim 1, wherein in the step (b), the raw material liquid is deposited by the LSMCD method.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記原料液は、ゾルゲル液またはMOD液である、強誘
電体層の製造方法。
4. The method for manufacturing a ferroelectric layer according to claim 1, wherein the raw material liquid is a sol-gel liquid or a MOD liquid.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、 前記埋め込み絶縁膜は、強誘電体からなる、強誘電体層
の製造方法。
5. The method for manufacturing a ferroelectric layer according to claim 1, wherein the embedded insulating film is made of a ferroelectric material.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかにおいて、 前記原料液のミストの粒径は、1μm以下である、強誘
電体層の製造方法。
6. The method for manufacturing a ferroelectric layer according to claim 1, wherein the particle size of the mist of the raw material liquid is 1 μm or less.
【請求項7】 請求項1〜6のいずれかにおいて、 前記埋め込み絶縁膜は、前記強誘電体膜の上面における
凹部内にのみ設けられている、強誘電体層の製造方法。
7. The method of manufacturing a ferroelectric layer according to claim 1, wherein the embedded insulating film is provided only in a recess on the upper surface of the ferroelectric film.
【請求項8】 強誘電体膜と、 前記強誘電体膜の上面における凹部内にのみ設けられた
埋め込み絶縁膜とを含む、強誘電体層。
8. A ferroelectric layer including a ferroelectric film and an embedded insulating film provided only in a recess on the upper surface of the ferroelectric film.
【請求項9】 第1電極と、請求項8に記載の強誘電体
層と、第2電極とを含み、 前記強誘電体層は、少なくとも前記第1電極と前記第2
電極との間に設けられている、強誘電体キャパシタ。
9. A first electrode, a ferroelectric layer according to claim 8, and a second electrode, wherein the ferroelectric layer is at least the first electrode and the second electrode.
A ferroelectric capacitor provided between the electrodes.
【請求項10】 請求項8に記載の強誘電体層を含む、
圧電素子。
10. A ferroelectric layer according to claim 8, comprising
Piezoelectric element.
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