JP2004288943A - Process for fabricating ferroelectric capacitor, process for fabricating ferroelectric memory - Google Patents

Process for fabricating ferroelectric capacitor, process for fabricating ferroelectric memory Download PDF

Info

Publication number
JP2004288943A
JP2004288943A JP2003080146A JP2003080146A JP2004288943A JP 2004288943 A JP2004288943 A JP 2004288943A JP 2003080146 A JP2003080146 A JP 2003080146A JP 2003080146 A JP2003080146 A JP 2003080146A JP 2004288943 A JP2004288943 A JP 2004288943A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
ferroelectric
film
ferroelectric film
polarization
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.)
Withdrawn
Application number
JP2003080146A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Hasegawa
和正 長谷川
Eiji Natori
栄治 名取
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2003080146A priority Critical patent/JP2004288943A/en
Publication of JP2004288943A publication Critical patent/JP2004288943A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for fabricating a ferroelectric capacitor having good characteristics. <P>SOLUTION: The process for fabricating a ferroelectric capacitor consisting of a first electrode 20, a ferroelectric film 30, and a second electrode 40 comprises a step for performing heat treatment after the second electrode 40 is formed at least on the ferroelectric film 30, and a step for performing polarization of the ferroelectric film 30 by applying a specified voltage at least between the first electrode 20 and the second electrode 40. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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製造方法及び強誘電体メモリの製造方法に関する。
【0002】
【背景技術】
近年、強誘電体薄膜の自発分極を利用する強誘電体キャパシタを含む強誘電体メモリなどの半導体装置について注目が高まっている。なかでも、強誘電体キャパシタのヒステリシス特性を向上させるために、強誘電体薄膜の形成工程において分極処理を行う技術が提案されているが、さらなる特性の向上が望まれている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−68467号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、良好な特性を有する強誘電体キャパシタの製造方法を提供することにある。
【0005】
また、本発明の他の目的は、本発明の強誘電体キャパシタの製造方法を用いる強誘電体メモリの製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の強誘電体キャパシタの製造方法は、第1電極、強誘電体膜、及び第2電極からなる強誘電体キャパシタの製造方法であって、少なくとも前記強誘電体膜の上に前記第2電極を形成した後に熱処理を行うこと、前記熱処理の後に、少なくとも前記第1電極と前記第2電極との間に所与の電圧を印加することにより前記強誘電体膜に対して分極処理を行うこと、を含む。
【0007】
本発明によれば、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することにより分極処理を行うことで、分極処理のために強誘電体膜へ与えられる電界を精密に制御することができる。また、本発明によれば、第2電極を形成して熱処理をした後、すなわち強誘電体膜と第2電極との界面における欠陥密度を低減させた状態で分極処理を行うことができるため、ヒステリシス特性の優れた強誘電体キャパシタを得ることができる。
【0008】
なお、本発明は、以下の各種態様を採り得る。
【0009】
(A)前記熱処理を、前記強誘電体膜及び前記第2電極の少なくとも一方を所望の形状に加工した後に行うことができる。
【0010】
パターニングなどの加工時においては、エッチングされる層やその周辺の層に対して、それらの特性に望ましからぬ影響を与えるおそれがある。そこで、本発明では、第2電極と強誘電体膜との少なくとも一方が所望の形状に加工された後に熱処理を行って強誘電体膜の欠陥等を低減させてから分極処理を行うことにより、強誘電体膜の欠陥密度を低減した良好な結晶状態に対して分極処理を行うことができる。このため、本発明によれば、ヒステリシス特性の優れた強誘電体キャパシタを得ることができる。
【0011】
また、強誘電体膜の結晶状態を熱処理で改善することにより、強誘電体膜のピンホール等の欠陥による第1及び第2電極間の短絡が発生しにくくなる。従って、本発明によれば、分極処理の際にプロービングを行う場合などにおけるデバイスの取扱性を向上させることができる。
【0012】
(B)前記熱処理を、少なくとも前記第2電極を複数に分割する加工をした後に行い、前記分極処理を、複数の前記第2電極の上にこれらを相互に接続する導電体を設置して、該導電体と前記第1電極との間に所与の電圧を印加することにより行うことができる。
【0013】
かかる態様によれば、例えば、強誘電体キャパシタが同一の基体上に複数配置されるような構成において、各強誘電体キャパシタの第2電極を相互に接続する第3電極により、各キャパシタに均一に電界を与えることができ、分極処理工程を簡便化することができる。
【0014】
(C)前記熱処理を、酸素雰囲気中で行うことができる。
【0015】
かかる態様によれば、熱処理中に強誘電体膜の酸素欠損を補充して、強誘電体膜を良好な結晶状態へと回復させることができる。
【0016】
(D)本発明は、上記した強誘電体キャパシタの製造方法を含む、強誘電体メモリの製造方法に適用することができる。かかる場合において、前記分極処理後の工程における熱負荷が、前記強誘電体膜の相転移温度(キュリー温度)以下となるように当該工程を行うことが望ましい。このようにすれば、一旦分極処理されたキャパシタ中の強誘電体膜の常誘電体への相転移を防ぐことができ、分極処理により向上したヒステリシス特性を後の工程においても維持することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0018】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る強誘電体キャパシタの製造工程の一例を模式的に示す図である。
【0019】
まず、図1(A)に示すように、所与の基体10を準備する。
【0020】
基体10の材料は、公知の基板材料から選択することができ、例えば、シリコンなどの半導体基板や、ガラス基板、樹脂基板などを用いることができる。
【0021】
次に、図1(B)に示すように、基体10上に下部電極(第1電極)20、強誘電体膜30、上部電極(第2電極)40を順次積層する。
【0022】
下部電極20及び上部電極40は、例えば、スパッタ法などの公知の成膜方法を用いて形成することができる。また、下部電極20及び上部電極40の材料は、例えば、公知の導電性材料から適宜選択することができ、例えば、Pt、Ir、Ir酸化物(IrO)、Ti、Ti酸化物(TiO)、Ru、Ru酸化物(RuO)、SrRu複合酸化物(SrRuO)などが挙げられる。なお、下部電極20及び上部電極40は、上記において例示した材料などの単層膜及び複数の層からなる多層膜から構成することができる。
【0023】
強誘電体膜30は、例えば、SBT(Strontium Bismuth Tantalates)、PZT(Lead Zirconate Titanate)、BIT(Bismuth Titanate)、BLT(Bismuth Lanthanum)などの複合酸化物から形成される。強誘電体膜30の成膜方法は、公知の手法から好適なものを選択して用いることができ、例えば、溶液塗布法(ゾルゲル法、MOD(Metal Organic Decomposition)法を含む。)、スパッタ法、又はCVD(Chemical Vapor Deposition)法(MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を含む。)などを用いることができる。
【0024】
また、強誘電体膜30は、その上下に隣接して形成される下部電極20と上部電極40との界面状態により、疲労特性が変化する。すなわち、電極との界面状態が良好でないと、使用時に繰返し印加される電界により強誘電体が劣化していき、やがては強誘電体特性を失ってしまう。また、上部電極40をスパッタ法などの高エネルギー粒子が衝突する成膜法によると、強誘電体膜30がダメージを受けるおそれがある。このため、本実施の形態に係る製造工程では、上部電極40までを形成した状態で熱処理を行い、強誘電体膜30の結晶状態を回復する処理を行う。かかる熱処理は、酸素雰囲気中で行われることが望ましい。このようにすれば、上部電極成膜中又は熱処理中に強誘電体膜30に生じた酸素欠損を補充して、強誘電体膜30をより良好な結晶状態へと回復させることができる。
【0025】
ここで、かかる強誘電体膜30が成膜された状態では、図1(B)に示すように、強誘電体膜30を構成する複合酸化物結晶の分極の方向はランダムになっている。このように分極の方向がランダムなままでは、所望の強誘電体特性を得ることが難しい。そこで、本実施形態の製造工程では、図1(C)に示すように、下部電極20と上部電極40との間に電圧源50を接続して所与の電圧を印加して分極処理を行う。すると、強誘電体膜30を構成する複合酸化物結晶の分極は、ほぼ一様に与えられた電界の方向に配向する。なお、複合酸化物結晶の分極が配向する方向は、分極処理において印加される電圧の極性を制御することにより任意に設定することができる。また、かかる分極処理において印加される電圧は、直流及び交流(正弦波、方形波パルス、三角波パルスなどを含む)のいずれであってもよい。
【0026】
このように本実施の形態の製造工程によれば、下部電極20と上部電極40との間に電圧を印加することにより分極処理を行うことで、分極処理のために強誘電体膜30へ与えられる電界を精密に制御することができる。また、本実施の形態の製造工程によれば、上部電極40を形成して熱処理をした後、すなわち強誘電体膜30と下部電極20及び上部電極40との界面における欠陥密度を低減させた良好な結晶状態で分極処理を行うことができるため、ヒステリシス特性の優れた強誘電体キャパシタを得ることができる。
【0027】
以下に、本実施の形態に係る製造工程の実施例を説明する。
【0028】
本実施例では、基体10としてシリコン(Si)基板を用いた。
【0029】
そして、このシリコン基板上にスパッタ法でチタン(Ti)を20nmの膜厚で形成し、このチタン膜を650℃の酸素雰囲気で熱処理して、チタン酸化物(TiO)膜を形成した。続いて、白金(Pt)をスパッタ法で200nmの膜厚で形成して、チタン酸化物膜と白金膜との積層膜からなる下部電極20を形成した。
【0030】
次に、白金膜の上に強誘電体膜30としてPZT膜を溶液塗布法にて形成した。PZT膜は、Pb、Zr、及びTiの構成元素の比を110:30:70とし、膜厚200nmで酸素雰囲気中で600℃、1分間の熱処理により結晶化されたものである。
【0031】
次に、PZT膜の上に上部電極40として白金膜をスパッタ法を用い、膜厚200nmで形成した。この白金膜を形成した後に、酸素雰囲気中で700℃、30分間の熱処理を行い、上部の白金膜近傍のPZT膜の酸素欠損を補填し、PZT膜と白金膜界面の構成元素の配列を行い、結晶配向性を向上させた。かかる熱処理後における強誘電体キャパシタのX線回折の結果が図2に示される。図2によれば、38deg付近でPZTの急峻なピークが観測され、40deg付近で白金の急峻なピークが観測され、キャパシタの各層が十分に良好な結晶状態になっていることが確認できる。
【0032】
次に、下部電極20及び上部電極40の間に5Vの電圧を10秒間印加して、PZT膜に対して分極処理を行った。
【0033】
このようにして得られた強誘電体キャパシタと、分極処理を行っていない強誘電体キャパシタについて計測したヒステリシス特性が図3に示される。図3によれば、分極処理を行った本実施例の強誘電体キャパシタのほうが、分極値が高く、角型性のよいヒステリシス形状が得られていることが確認できた。
【0034】
(第2の実施形態)
図4(A)〜図4(C)は、本発明の第2の実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程の一例を模式的に示す図である。なお、第1の実施形態で説明したものと実質的に同様の機能を有する部材には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0035】
本実施の形態では、基体10として、半導体基板11上にトランジスタ16が形成されたものを用いる。トランジスタ16は、ソース/ドレイン13、ゲート絶縁膜14、及びゲート電極15を含んで構成される。また、ソース/ドレイン13の一方に対しては、強誘電体キャパシタとの電気的接続を行うためのプラグ電極17が形成される。トランジスタ16は、公知の半導体形成技術を用いて形成することができる。また、基体10には、上記の他に各トランジスタを分離する素子分離領域12と、層間絶縁膜18とを含むことができる。
【0036】
本実施の形態の製造工程は、この基体10の上に、図4(A)に示すように、下部電極(第1電極)20、強誘電体膜30、上部電極(第2電極)40を順次積層する。
【0037】
次に、図4(B)に示すように、下部電極20、強誘電体膜30、上部電極40をエッチングして、所望の形状にパターニングする。パターニングの手法としては、公知のものを用いることができる。そして、このパターニング後にデバイスに対して酸素雰囲気中などで熱処理を行い、強誘電体膜30の結晶状態や強誘電体膜30と各電極との界面状態を良好なものへと改善する。そして、上記第1の実施形態の場合と同様に、下部電極20及び上部電極40に電圧源50を用いて所与の電圧を印加することにより、強誘電体膜30に対して分極処理を行う。これにより、下部電極20、強誘電体膜30、及び上部電極40からなる強誘電体キャパシタは、第1の実施形態の場合と同様に、良好なヒステリシス特性を有することになる。
【0038】
そして、最終的には、図4(C)に示すように、キャパシタの上部に例えば、アルミナ膜からなる水素バリア膜60を例えば、スパッタ法で形成し、例えば、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜70を例えば、TEOS−CVD法を用いて形成する。そして、キャパシタの上部電極40及びトランジスタ16のソース/ドレイン13を外部に接続するための配線層81、82を形成して強誘電体メモリを得ることができる。なお、本実施の形態の製造工程においては、強誘電体膜30への分極処理を行った後の工程について、キャパシタの特性を維持するために強誘電体膜30の相転移温度(キュリー温度)以下での熱負荷となるプロセスを選択することが好ましい。
【0039】
本実施の形態の製造工程によれば、強誘電体メモリに含まれる強誘電体キャパシタが第1の実施形態の場合と同様に良好なヒステリシス特性を有するため、良好な特性の強誘電体メモリを得ることができる。
【0040】
なお、本実施の形態では、トランジスタ16のソース/ドレイン13とキャパシタの下部電極20を接続するためにプラグ電極17を用いた場合を説明したが、これに限られるものではなく、トランジスタ16のソース/ドレイン13とキャパシタの上部電極40とが配線層により接続される構成についても適用することができる。
【0041】
(第3の実施形態)
図5は、本発明の第3の実施形態に係る製造工程において形成される強誘電体メモリを模式的に示す図である。なお、第2の実施形態において説明したものと実質的に同一の機能を有する部材には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0042】
この強誘電体メモリは、図5に示すように、下部電極20及び上部電極40が交差するように形成されるメモリセルアレイ100と、周辺回路210、220とを含んで構成される。メモリセルアレイ100においては、下部電極20と上部電極40との交差する領域において強誘電体キャパシタを構成し、メモリセルとして使用される。また、周辺回路部210、220は、メモリセルアレイ100に対して選択的に情報の書き込み若しくは読出しを行うための各種回路を含み、その他にセンスアンプなどの信号検出回路(図示省略)とを含んで構成することができる。周辺回路210、220については、公知の半導体素子形成技術を用いて形成することができる。
【0043】
また、メモリセルアレイ100と周辺回路210、220とは、図6に示すように、半導体基板11の異なる領域の上に形成することができる。以下では、強誘電体キャパシタ構造を含むメモリセルアレイ100についての具体的な製造工程を説明する。
【0044】
図7(A)〜図7(D)は、本実施の形態におけるメモリセルアレイ100の製造工程を模式的に示す図である。
【0045】
まず、図7(A)に示すように、基体10上に下部電極(第1電極)20を例えば、スパッタ法を用いて形成し、これを複数のラインからなるストライプ形状にパターニングする。
【0046】
次に、図7(B)に示すように、強誘電体膜30を溶液塗布法などにより形成する。続いて、上部電極(第2電極)40を例えば、スパッタ法などにより形成し、上部電極40を下部電極20と交差するストライプ形状にパターニングする。これにより、下部電極20と上部電極40との交差する領域において強誘電体キャパシタを構成することになる。なお、かかる工程においては、上部電極40の形状に合わせて、強誘電体膜30をパターニングしてもよい。
【0047】
次に、かかるデバイスに対して熱処理を行い、強誘電体膜30の結晶状態や強誘電体膜30と各電極との界面状態を回復させる。続いて、図7(C)に示すように、下部電極20と上部電極40との間に電圧源50を接続して所与の電圧を印加して、強誘電体膜30に対して分極処理を行う。これにより、強誘電体膜30を構成する複合酸化物結晶の分極の方向がほぼ一様に配向する。
【0048】
最後に、図7(D)に示すように、キャパシタの上部に水素バリア膜60及び層間絶縁膜70を形成してメモリセルアレイ100を得ることができる。このように、本実施の形態の製造工程においても、第2の実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。
【0049】
(第4の実施形態)
図8(A)〜図8(E)は、本発明の第4の実施形態に係る強誘電体メモリのメモリセルアレイの製造工程を模式的に示す図である。本実施の形態で形成される強誘電体メモリの基本的構造は、第3の実施形態において説明したものと同様であるが、メモリセルアレイの構造が異なる。そこで、第3の実施形態で説明したものと実質的に同様の機能を有する部材には同一符号を付し、詳細な説明を省略するとともに、第3の実施形態の場合との主要な相違点について説明する。
【0050】
まず、図8(A)に示すように、基体10上に下部電極(第1電極)20を形成し、強誘電体膜30、中間電極(第2電極)42を形成する。本実施の形態の製造工程では、この下部電極20と中間電極42との間に所与の電圧を印加して強誘電体膜30の分極処理を行うことを特徴とする。すなわち、基体10上に中間電極42までを積層した時点で、デバイスに対して酸化雰囲気中で熱処理を行って、その後電圧源50を用いて分極処理を行う。
【0051】
次に、図8(B)に示すように、下部電極20、強誘電体膜30、及び中間電極42を同一パターンでストライプ状にパターニングする。続いて、図8(C)に示すように、水素バリア膜60、層間絶縁膜70を形成し、その後図8(D)に示すように、層間絶縁膜70をエッチングして中間電極42を露出させる。なお、層間絶縁膜70のエッチングは、少なくとも下部電極20が露出しないような深さまで行ってもよい。最終的には、上部電極40となる金属配線を中間電極42の上に設けて、これを下部電極20と交差するようにストライプ状にパターニングすることによってメモリセルアレイを得ることができる。
【0052】
なお、本実施の形態の製造工程においては、分極処理を以下に示す手法を用いて行うこともできる。
【0053】
図9は、本実施の形態の製造工程の変形例を模式的に示す図である。
【0054】
まず、図9(A)に示すように、下部電極20、強誘電体膜30、及び中間電極42を形成した後に、図9(B)に示すように、強誘電体膜30及び中間電極42のみを同一パターンでストライプ状にパターニングする。その後、デバイスに対して酸化雰囲気中で熱処理を行い、強誘電体膜30の結晶状態等を回復させる。
【0055】
そして、図9(C)に示すように、パターニングより分割された中間電極42を相互に接続する導電体90を中間電極42の上に設置して、この導電体90と下部電極20との間に電圧源50を用いて強誘電体膜30に対して分極処理を行う。
【0056】
その後、図9(D)に示すように、下部電極20を強誘電体膜30及び中間電極42と同様のストライプ形状にパターニングする。その後の工程においては、本実施形態で説明した手法を用いてメモリセルアレイを得ることができる。
【0057】
以上に、本発明に好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の要旨範囲内で種々の変形態様を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る強誘電体キャパシタの製造工程を模式的に示す図である。
【図2】第1の実施形態の実施例を説明するための図である。
【図3】第1の実施形態の実施例を説明するための図である。
【図4】第2の実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程を模式的に示す図である。
【図5】第3の実施形態に係る強誘電体メモリを模式的に示す平面図である。
【図6】第3の実施形態に係る強誘電体メモリを模式的に示す断面図である。
【図7】第3の実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程を模式的に示す図である。
【図8】第4の実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程を模式的に示す図である。
【図9】第4の実施形態に係る強誘電体メモリの製造工程の変形例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
10 基体、20 下部電極、30 強誘電体膜、40 上部電極、50 電圧源
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a ferroelectric capacitor and a method for manufacturing a ferroelectric memory.
[0002]
[Background Art]
In recent years, attention has been paid to a semiconductor device such as a ferroelectric memory including a ferroelectric capacitor utilizing spontaneous polarization of a ferroelectric thin film. Among them, a technique for performing a polarization process in a ferroelectric thin film forming process has been proposed in order to improve the hysteresis characteristics of a ferroelectric capacitor, but further improvement in characteristics is desired.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-68467 A
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ferroelectric capacitor having good characteristics.
[0005]
It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a ferroelectric memory using the method of manufacturing a ferroelectric capacitor of the present invention.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A method of manufacturing a ferroelectric capacitor according to the present invention is a method of manufacturing a ferroelectric capacitor including a first electrode, a ferroelectric film, and a second electrode, wherein at least the second electrode is provided on the ferroelectric film. Performing a heat treatment after forming the electrode; and performing a polarization treatment on the ferroelectric film by applying a given voltage between at least the first electrode and the second electrode after the heat treatment. Including.
[0007]
According to the present invention, by performing a polarization process by applying a voltage between the first electrode and the second electrode, it is possible to precisely control an electric field applied to the ferroelectric film for the polarization process. it can. According to the present invention, the polarization treatment can be performed after the second electrode is formed and subjected to the heat treatment, that is, in a state where the defect density at the interface between the ferroelectric film and the second electrode is reduced. A ferroelectric capacitor having excellent hysteresis characteristics can be obtained.
[0008]
The present invention can adopt the following various aspects.
[0009]
(A) The heat treatment can be performed after processing at least one of the ferroelectric film and the second electrode into a desired shape.
[0010]
During processing such as patterning, a layer to be etched and its surrounding layers may have undesirable effects on their characteristics. Therefore, in the present invention, after at least one of the second electrode and the ferroelectric film is processed into a desired shape, heat treatment is performed to reduce defects and the like of the ferroelectric film, and then polarization processing is performed. Polarization can be performed on a favorable crystal state in which the defect density of the ferroelectric film is reduced. Therefore, according to the present invention, a ferroelectric capacitor having excellent hysteresis characteristics can be obtained.
[0011]
In addition, by improving the crystalline state of the ferroelectric film by heat treatment, a short circuit between the first and second electrodes due to a defect such as a pinhole in the ferroelectric film is less likely to occur. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the handleability of the device when probing is performed during the polarization process.
[0012]
(B) performing the heat treatment after performing at least processing of dividing the second electrode into a plurality of pieces, and performing the polarization processing by disposing a conductor that interconnects the plurality of second electrodes on the plurality of second electrodes; It can be performed by applying a given voltage between the conductor and the first electrode.
[0013]
According to such an embodiment, for example, in a configuration in which a plurality of ferroelectric capacitors are arranged on the same base, the third electrodes interconnecting the second electrodes of the ferroelectric capacitors make the capacitors uniform in each capacitor. And an electric field can be applied thereto, and the polarization process can be simplified.
[0014]
(C) The heat treatment can be performed in an oxygen atmosphere.
[0015]
According to such an embodiment, oxygen vacancies in the ferroelectric film can be replenished during the heat treatment, and the ferroelectric film can be restored to a favorable crystalline state.
[0016]
(D) The present invention can be applied to a method for manufacturing a ferroelectric memory, including the method for manufacturing a ferroelectric capacitor described above. In such a case, it is desirable to perform the step so that the heat load in the step after the polarization treatment is equal to or lower than the phase transition temperature (Curie temperature) of the ferroelectric film. In this manner, the phase transition of the ferroelectric film in the capacitor once subjected to the polarization treatment to the paraelectric substance can be prevented, and the hysteresis characteristic improved by the polarization treatment can be maintained in the subsequent steps. .
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a manufacturing process of the ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention.
[0019]
First, as shown in FIG. 1A, a given substrate 10 is prepared.
[0020]
The material of the base 10 can be selected from known substrate materials. For example, a semiconductor substrate such as silicon, a glass substrate, a resin substrate, or the like can be used.
[0021]
Next, as shown in FIG. 1B, a lower electrode (first electrode) 20, a ferroelectric film 30, and an upper electrode (second electrode) 40 are sequentially stacked on the base 10.
[0022]
The lower electrode 20 and the upper electrode 40 can be formed by using a known film forming method such as a sputtering method. The material of the lower electrode 20 and the upper electrode 40 can be appropriately selected from, for example, known conductive materials. For example, Pt, Ir, Ir oxide (IrO x ), Ti, Ti oxide (TiO x) ), Ru, Ru oxide (RuO x ), SrRu composite oxide (SrRuO x ), and the like. In addition, the lower electrode 20 and the upper electrode 40 can be composed of a single-layer film made of the material exemplified above and a multilayer film including a plurality of layers.
[0023]
The ferroelectric film 30 is formed of a composite oxide such as SBT (Strontium Bismuth Tantalates), PZT (Lead Zirconate Titanate), BIT (Bismuth Titanate), and BLT (Bismuth Lanthanum). As a method for forming the ferroelectric film 30, a suitable method can be selected from known methods and used, for example, a solution coating method (including a sol-gel method and a MOD (Metal Organic Decomposition) method) and a sputtering method. Or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method (including a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method).
[0024]
In addition, the fatigue characteristics of the ferroelectric film 30 change depending on the state of the interface between the lower electrode 20 and the upper electrode 40 formed adjacently above and below the ferroelectric film 30. That is, if the state of the interface with the electrode is not good, the ferroelectric material is deteriorated by the electric field repeatedly applied during use, and eventually loses the ferroelectric characteristics. Also, according to a film forming method such as a sputtering method in which high-energy particles collide with the upper electrode 40, the ferroelectric film 30 may be damaged. For this reason, in the manufacturing process according to the present embodiment, a heat treatment is performed in a state where the upper electrode 40 is formed, and a process for restoring the crystal state of the ferroelectric film 30 is performed. Such a heat treatment is desirably performed in an oxygen atmosphere. In this manner, oxygen vacancies generated in the ferroelectric film 30 during the formation of the upper electrode or during the heat treatment can be supplemented, and the ferroelectric film 30 can be recovered to a more favorable crystalline state.
[0025]
Here, in a state where the ferroelectric film 30 is formed, as shown in FIG. 1B, the direction of polarization of the composite oxide crystal forming the ferroelectric film 30 is random. If the direction of polarization remains random, it is difficult to obtain desired ferroelectric characteristics. Therefore, in the manufacturing process of the present embodiment, as shown in FIG. 1C, a voltage source 50 is connected between the lower electrode 20 and the upper electrode 40 to apply a given voltage to perform a polarization process. . Then, the polarization of the composite oxide crystal forming the ferroelectric film 30 is oriented almost uniformly in the direction of the applied electric field. Note that the direction in which the polarization of the composite oxide crystal is oriented can be arbitrarily set by controlling the polarity of the voltage applied in the polarization process. Further, the voltage applied in the polarization processing may be any of a direct current and an alternating current (including a sine wave, a square wave pulse, and a triangular wave pulse).
[0026]
As described above, according to the manufacturing process of the present embodiment, the polarization process is performed by applying a voltage between the lower electrode 20 and the upper electrode 40, so that the polarization process is performed on the ferroelectric film 30. The applied electric field can be precisely controlled. Further, according to the manufacturing process of the present embodiment, after the upper electrode 40 is formed and heat-treated, that is, the defect density at the interface between the ferroelectric film 30 and the lower electrode 20 and the upper electrode 40 is reduced. Since the polarization treatment can be performed in a proper crystal state, a ferroelectric capacitor having excellent hysteresis characteristics can be obtained.
[0027]
Hereinafter, examples of the manufacturing process according to the present embodiment will be described.
[0028]
In the present embodiment, a silicon (Si) substrate was used as the base 10.
[0029]
Then, titanium (Ti) was formed to a thickness of 20 nm on the silicon substrate by a sputtering method, and the titanium film was heat-treated in an oxygen atmosphere at 650 ° C. to form a titanium oxide (TiO x ) film. Subsequently, platinum (Pt) was formed with a thickness of 200 nm by a sputtering method to form a lower electrode 20 composed of a laminated film of a titanium oxide film and a platinum film.
[0030]
Next, a PZT film was formed as a ferroelectric film 30 on the platinum film by a solution coating method. The PZT film has a ratio of the constituent elements of Pb, Zr, and Ti of 110: 30: 70, and has a thickness of 200 nm and is crystallized by a heat treatment at 600 ° C. for 1 minute in an oxygen atmosphere.
[0031]
Next, a platinum film was formed on the PZT film as the upper electrode 40 to have a thickness of 200 nm by a sputtering method. After forming this platinum film, a heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at 700 ° C. for 30 minutes to compensate for oxygen deficiency in the PZT film near the upper platinum film and to arrange the constituent elements at the interface between the PZT film and the platinum film. And the crystal orientation was improved. FIG. 2 shows the result of X-ray diffraction of the ferroelectric capacitor after the heat treatment. According to FIG. 2, a steep peak of PZT is observed around 38 deg, and a steep peak of platinum is observed near 40 deg, confirming that each layer of the capacitor is in a sufficiently good crystalline state.
[0032]
Next, a voltage of 5 V was applied between the lower electrode 20 and the upper electrode 40 for 10 seconds to perform a polarization process on the PZT film.
[0033]
FIG. 3 shows the hysteresis characteristics measured for the ferroelectric capacitor thus obtained and the ferroelectric capacitor not subjected to polarization processing. According to FIG. 3, it was confirmed that the ferroelectric capacitor of the present example subjected to the polarization treatment had a higher polarization value and a hysteresis shape with good squareness was obtained.
[0034]
(Second embodiment)
FIGS. 4A to 4C are diagrams schematically illustrating an example of a manufacturing process of the ferroelectric memory according to the second embodiment of the present invention. Members having substantially the same functions as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
[0035]
In this embodiment, a substrate in which a transistor 16 is formed over a semiconductor substrate 11 is used. The transistor 16 includes a source / drain 13, a gate insulating film 14, and a gate electrode 15. In addition, a plug electrode 17 for making an electrical connection with a ferroelectric capacitor is formed on one of the source / drain 13. The transistor 16 can be formed using a known semiconductor formation technique. Further, in addition to the above, the base 10 may include an element isolation region 12 for isolating each transistor and an interlayer insulating film 18.
[0036]
In the manufacturing process of the present embodiment, a lower electrode (first electrode) 20, a ferroelectric film 30, and an upper electrode (second electrode) 40 are formed on the base 10 as shown in FIG. Laminate sequentially.
[0037]
Next, as shown in FIG. 4B, the lower electrode 20, the ferroelectric film 30, and the upper electrode 40 are etched and patterned into a desired shape. As a patterning technique, a known technique can be used. After the patterning, the device is subjected to a heat treatment in an oxygen atmosphere or the like to improve the crystal state of the ferroelectric film 30 and the interface state between the ferroelectric film 30 and each electrode to a good state. Then, as in the case of the first embodiment, a polarization process is performed on the ferroelectric film 30 by applying a given voltage to the lower electrode 20 and the upper electrode 40 using the voltage source 50. . Thus, the ferroelectric capacitor including the lower electrode 20, the ferroelectric film 30, and the upper electrode 40 has good hysteresis characteristics, as in the first embodiment.
[0038]
Finally, as shown in FIG. 4C, a hydrogen barrier film 60 made of, for example, an alumina film is formed on the capacitor by, for example, a sputtering method, and an interlayer insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed. 70 is formed using, for example, a TEOS-CVD method. Then, wiring layers 81 and 82 for connecting the upper electrode 40 of the capacitor and the source / drain 13 of the transistor 16 to the outside are formed, so that a ferroelectric memory can be obtained. In the manufacturing process of the present embodiment, the phase transition temperature (Curie temperature) of the ferroelectric film 30 in order to maintain the characteristics of the capacitor in the process after the polarization process on the ferroelectric film 30 is performed. It is preferable to select a process that results in a thermal load in the following.
[0039]
According to the manufacturing process of the present embodiment, the ferroelectric capacitor included in the ferroelectric memory has good hysteresis characteristics as in the case of the first embodiment. Obtainable.
[0040]
In this embodiment, the case where the plug electrode 17 is used to connect the source / drain 13 of the transistor 16 and the lower electrode 20 of the capacitor has been described. However, the present invention is not limited to this. A configuration in which the / drain 13 and the upper electrode 40 of the capacitor are connected by a wiring layer is also applicable.
[0041]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a diagram schematically showing a ferroelectric memory formed in a manufacturing process according to the third embodiment of the present invention. Members having substantially the same functions as those described in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
[0042]
As shown in FIG. 5, the ferroelectric memory includes a memory cell array 100 formed so that a lower electrode 20 and an upper electrode 40 intersect, and peripheral circuits 210 and 220. In the memory cell array 100, a ferroelectric capacitor is formed in a region where the lower electrode 20 and the upper electrode 40 intersect and used as a memory cell. Further, the peripheral circuit sections 210 and 220 include various circuits for selectively writing or reading information to or from the memory cell array 100, and further include a signal detection circuit (not shown) such as a sense amplifier. Can be configured. The peripheral circuits 210 and 220 can be formed by using a known semiconductor element forming technique.
[0043]
Further, the memory cell array 100 and the peripheral circuits 210 and 220 can be formed on different regions of the semiconductor substrate 11 as shown in FIG. Hereinafter, a specific manufacturing process of the memory cell array 100 including the ferroelectric capacitor structure will be described.
[0044]
7A to 7D are diagrams schematically showing a manufacturing process of the memory cell array 100 according to the present embodiment.
[0045]
First, as shown in FIG. 7A, a lower electrode (first electrode) 20 is formed on the base 10 by using, for example, a sputtering method, and is patterned into a stripe shape composed of a plurality of lines.
[0046]
Next, as shown in FIG. 7B, a ferroelectric film 30 is formed by a solution coating method or the like. Subsequently, an upper electrode (second electrode) 40 is formed by, for example, a sputtering method or the like, and the upper electrode 40 is patterned into a stripe shape crossing the lower electrode 20. As a result, a ferroelectric capacitor is formed in a region where the lower electrode 20 and the upper electrode 40 intersect. In this step, the ferroelectric film 30 may be patterned according to the shape of the upper electrode 40.
[0047]
Next, a heat treatment is performed on the device to recover the crystal state of the ferroelectric film 30 and the interface state between the ferroelectric film 30 and each electrode. Subsequently, as shown in FIG. 7C, a voltage source 50 is connected between the lower electrode 20 and the upper electrode 40 to apply a given voltage to the ferroelectric film 30 to perform a polarization process. I do. Thereby, the direction of polarization of the composite oxide crystal constituting the ferroelectric film 30 is oriented substantially uniformly.
[0048]
Finally, as shown in FIG. 7D, a memory cell array 100 can be obtained by forming a hydrogen barrier film 60 and an interlayer insulating film 70 above the capacitor. As described above, also in the manufacturing process of the present embodiment, the same effects as in the case of the second embodiment can be obtained.
[0049]
(Fourth embodiment)
FIGS. 8A to 8E are diagrams schematically showing a manufacturing process of the memory cell array of the ferroelectric memory according to the fourth embodiment of the present invention. The basic structure of the ferroelectric memory formed in this embodiment is the same as that described in the third embodiment, but the structure of the memory cell array is different. Therefore, members having substantially the same functions as those described in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and major differences from the third embodiment will be described. Will be described.
[0050]
First, as shown in FIG. 8A, a lower electrode (first electrode) 20 is formed on a base 10, a ferroelectric film 30, and an intermediate electrode (second electrode) 42 are formed. The manufacturing process of the present embodiment is characterized in that a given voltage is applied between the lower electrode 20 and the intermediate electrode 42 to perform a polarization process on the ferroelectric film 30. That is, when the intermediate electrode 42 is laminated on the base 10, the device is subjected to a heat treatment in an oxidizing atmosphere, and then the polarization process is performed using the voltage source 50.
[0051]
Next, as shown in FIG. 8B, the lower electrode 20, the ferroelectric film 30, and the intermediate electrode 42 are patterned in the same pattern in a stripe shape. Subsequently, as shown in FIG. 8C, a hydrogen barrier film 60 and an interlayer insulating film 70 are formed, and thereafter, as shown in FIG. 8D, the interlayer insulating film 70 is etched to expose the intermediate electrode 42. Let it. Note that the etching of the interlayer insulating film 70 may be performed at least to such a depth that the lower electrode 20 is not exposed. Finally, a memory cell array can be obtained by providing a metal wiring to be the upper electrode 40 on the intermediate electrode 42 and patterning it in a stripe shape so as to cross the lower electrode 20.
[0052]
Note that, in the manufacturing process of the present embodiment, the polarization treatment can be performed using the following method.
[0053]
FIG. 9 is a diagram schematically showing a modification of the manufacturing process of the present embodiment.
[0054]
First, after forming the lower electrode 20, the ferroelectric film 30, and the intermediate electrode 42 as shown in FIG. 9A, the ferroelectric film 30 and the intermediate electrode 42 are formed as shown in FIG. Only the same pattern is patterned in a stripe pattern. Thereafter, a heat treatment is performed on the device in an oxidizing atmosphere to recover the crystal state and the like of the ferroelectric film 30.
[0055]
Then, as shown in FIG. 9C, a conductor 90 for interconnecting the intermediate electrodes 42 divided by patterning is placed on the intermediate electrode 42, and the conductor 90 and the lower electrode 20 are placed between the conductor 90 and the lower electrode 20. First, the polarization process is performed on the ferroelectric film 30 using the voltage source 50.
[0056]
Thereafter, as shown in FIG. 9D, the lower electrode 20 is patterned into the same stripe shape as the ferroelectric film 30 and the intermediate electrode. In the subsequent steps, a memory cell array can be obtained by using the method described in this embodiment.
[0057]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing a manufacturing process of a ferroelectric capacitor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the first embodiment.
FIG. 4 is a view schematically showing a manufacturing process of the ferroelectric memory according to the second embodiment.
FIG. 5 is a plan view schematically showing a ferroelectric memory according to a third embodiment.
FIG. 6 is a sectional view schematically showing a ferroelectric memory according to a third embodiment.
FIG. 7 is a view schematically showing a manufacturing process of the ferroelectric memory according to the third embodiment.
FIG. 8 is a view schematically showing a manufacturing process of the ferroelectric memory according to the fourth embodiment.
FIG. 9 is a view schematically showing a modification of the manufacturing process of the ferroelectric memory according to the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 base, 20 lower electrode, 30 ferroelectric film, 40 upper electrode, 50 voltage source

Claims (5)

第1電極、強誘電体膜、及び第2電極からなる強誘電体キャパシタの製造方法であって、
少なくとも前記強誘電体膜の上に前記第2電極を形成した後に熱処理を行うこと、
前記熱処理の後に、少なくとも前記第1電極と前記第2電極との間に所与の電圧を印加することにより前記強誘電体膜に対して分極処理を行うこと、
を含む、強誘電体キャパシタの製造方法。
A method for manufacturing a ferroelectric capacitor comprising a first electrode, a ferroelectric film, and a second electrode,
Performing a heat treatment at least after forming the second electrode on the ferroelectric film;
Performing a polarization process on the ferroelectric film by applying a given voltage between at least the first electrode and the second electrode after the heat treatment;
A method for manufacturing a ferroelectric capacitor, comprising:
請求項1において、
前記熱処理は、前記強誘電体膜及び前記第2電極の少なくとも一方を所望の形状に加工した後に行われる、強誘電体キャパシタの製造方法。
In claim 1,
The method of manufacturing a ferroelectric capacitor, wherein the heat treatment is performed after at least one of the ferroelectric film and the second electrode is processed into a desired shape.
請求項1において、
前記熱処理は、少なくとも前記第2電極を複数に分割する加工をした後に行われ、
前記分極処理は、複数の前記第2電極の上にこれらを相互に接続する導電体を設置して、該導電体と前記第1電極との間に所与の電圧を印加することにより行われる、強誘電体キャパシタの製造方法。
In claim 1,
The heat treatment is performed after at least processing of dividing the second electrode into a plurality of pieces,
The polarization process is performed by disposing a conductor interconnecting the plurality of second electrodes on a plurality of the second electrodes and applying a given voltage between the conductor and the first electrode. And a method of manufacturing a ferroelectric capacitor.
請求項1〜3のいずれかにおいて、
前記熱処理は、酸素雰囲気中で行われる、強誘電体キャパシタの製造方法。
In any one of claims 1 to 3,
The method of manufacturing a ferroelectric capacitor, wherein the heat treatment is performed in an oxygen atmosphere.
請求項1〜4に記載された強誘電体キャパシタの製造方法を含む、強誘電体メモリの製造方法。A method for manufacturing a ferroelectric memory, comprising the method for manufacturing a ferroelectric capacitor according to claim 1.
JP2003080146A 2003-03-24 2003-03-24 Process for fabricating ferroelectric capacitor, process for fabricating ferroelectric memory Withdrawn JP2004288943A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003080146A JP2004288943A (en) 2003-03-24 2003-03-24 Process for fabricating ferroelectric capacitor, process for fabricating ferroelectric memory

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003080146A JP2004288943A (en) 2003-03-24 2003-03-24 Process for fabricating ferroelectric capacitor, process for fabricating ferroelectric memory

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004288943A true JP2004288943A (en) 2004-10-14

Family

ID=33294083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003080146A Withdrawn JP2004288943A (en) 2003-03-24 2003-03-24 Process for fabricating ferroelectric capacitor, process for fabricating ferroelectric memory

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004288943A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120159754A1 (en) * 2010-12-24 2012-06-28 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Polling method of piezoelectric element and method of manufacturing inertial sensor using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120159754A1 (en) * 2010-12-24 2012-06-28 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Polling method of piezoelectric element and method of manufacturing inertial sensor using the same
US8973230B2 (en) * 2010-12-24 2015-03-10 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Polling method of piezoelectric element and method of manufacturing inertial sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100329533B1 (en) Electronic Devices Including Perovskite Oxide Films, Manufacturing Methods And Ferroelectric Capacitors
TW560047B (en) Semiconductor device having a ferroelectric capacitor and fabrication process thereof
EP0797244A2 (en) Thin ferroelectric film element and method for manufacturing the same
JPH08306231A (en) Substrate covered with thin film of ferroelectric substance, its manufacture, and nonvolatile memory constructed the substrate
KR19990045573A (en) Memory device and manufacturing method thereof
JP2000040800A (en) Ferroelectric storage element and manufacture thereof
KR20030071586A (en) Method of fabricating semiconductor device
KR100353804B1 (en) A method for forming ferroelectric capacitor in semiconductor device
KR100382719B1 (en) Semiconductor device comprising ferroelectric capacitor and method of manufacturing the same
JP2004165351A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2004296929A (en) Process for fabricating ferroelectric capacitor, ferroelectric capacitor, memory element, electronic element, memory device and electronic apparatus
JP2006313833A (en) Ferroelectric capacitor, method of forming the same and electronic device
JP3299909B2 (en) Multilayer structure electrode using oxide conductor
JPH10173140A (en) Manufacture of ferroelectric capacitor and manufacture of ferroelectric memory device
JP2001237402A (en) Structured metal oxide containing layer, and method of manufacturing semiconductor structure element
JP4421814B2 (en) Capacitor element manufacturing method
JP4433200B2 (en) Ferroelectric capacitor and semiconductor device
JP2004288943A (en) Process for fabricating ferroelectric capacitor, process for fabricating ferroelectric memory
JP2007242841A (en) Ferroelectric capacitor and ferroelectric memory
JP2000349249A (en) Manufacture of semiconductor storage device
JP2001036025A (en) Manufacture of ferroelectric memory device
JP2007081334A (en) Thin-film laminated piezoelectric transformer and its manufacturing methodmethod
JP2002329844A (en) Thin-film multilayer wiring circuit board and its manufacturing method
JP3797413B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4299610B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060112

A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060606