JP2006147774A - Ferroelectric memory and its manufacturing method, ferroelectric memory device and its manufacturing method, and electronic apparatus - Google Patents

Ferroelectric memory and its manufacturing method, ferroelectric memory device and its manufacturing method, and electronic apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric memory together with its manufacturing method preventing the degradation of characteristic of a ferroelectric capacitor due to electric field from the side of a lower electrode, and to provide an electronic apparatus. <P>SOLUTION: The method is used to manufacture a ferroelectric memory provided with a ferroelectric capacitor which is comprised of a lower electrode 12 formed on a substrate 10, a ferroelectric layer 14 formed as to cover the lower electrode 12, and an upper electrode formed on the ferroelectric layer 14. The lower electrode 12 is formed on the substrate 10, and an insulating material containing Si is formed on the side wall 12a of the lower electrode 12. A ferroelectric material (sol gel layer 14c) containing lead is provided so as to cover the lower electrode 12 and the insulating material (reaction layer 13b), and the ferroelectric material is heated for crystallization, so as to change it into the ferroelectric layer 14. At the same time, the insulating material is dispersed to form a void 13 between the side wall 12a of the lower electrode 12 and the ferroelectric layer 14. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリとその製造方法、強誘電体メモリ装置とその製造方法、及び電子機器に関する。   The present invention relates to a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor and a manufacturing method thereof, a ferroelectric memory device and a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus.

セルトランジスタを備えず、強誘電体キャパシタのみを用いた強誘電体メモリからなる単純マトリクス型のメモリセルアレイは、非常に簡単な構造を有し、高い集積度を得ることができることから、その開発が期待されている。そのようなメモリセルアレイの一例として、強誘電体キャパシタが、第1信号電極(下部電極)と、該第1信号電極と交差する方向に配列された第2信号電極(上部電極)と、少なくとも前記第1信号電極と前記第2電極との交差領域に配置されたPZT等の強誘電体層と、を含んで構成されたものが知られている。(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−64187号公報
A simple matrix type memory cell array composed of a ferroelectric memory using only a ferroelectric capacitor without a cell transistor has a very simple structure and can obtain a high degree of integration. Expected. As an example of such a memory cell array, a ferroelectric capacitor includes a first signal electrode (lower electrode), a second signal electrode (upper electrode) arranged in a direction crossing the first signal electrode, and at least the above-mentioned A structure including a ferroelectric layer such as PZT disposed in an intersecting region between a first signal electrode and the second electrode is known. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2002-64187 A

しかしながら、前記のメモリセルアレイを構成する強誘電体メモリでは、図8に示すように、強誘電体キャパシタ1に電圧が印加されると、下部電極2の側壁面2bからも強誘電体層3に電界がかかるため、強誘電体キャパシタ1の特性が低下してしまう。すなわち、図8中の矢印Aで示すような下部電極2の上面2aからの電界のみであれば、強誘電体キャパシタ1はそのヒステリシスループの角型性が良好になる。しかし、図8中の矢印Bで示すような下部電極2の側壁面2aからの電界が加わると、この部位でのヒステリシスループの角型性が良好でないため、強誘電体キャパシタ1全体でのヒステリシスループの角型性が損なわれてしまうからである。さらに、このような下部電極2の側壁面2bからの電界に起因して、疲労特性(ファティーグ特性)が低下するといった課題もある。   However, in the ferroelectric memory constituting the memory cell array, as shown in FIG. 8, when a voltage is applied to the ferroelectric capacitor 1, the ferroelectric layer 3 is also applied from the side wall surface 2 b of the lower electrode 2. Since an electric field is applied, the characteristics of the ferroelectric capacitor 1 are deteriorated. That is, if only the electric field from the upper surface 2a of the lower electrode 2 as shown by the arrow A in FIG. 8, the ferroelectric capacitor 1 has a good squareness of the hysteresis loop. However, when an electric field from the side wall surface 2a of the lower electrode 2 as shown by an arrow B in FIG. 8 is applied, the hysteresis loop squareness at this portion is not good, and therefore the hysteresis in the entire ferroelectric capacitor 1 is reduced. This is because the squareness of the loop is impaired. Furthermore, due to the electric field from the side wall surface 2b of the lower electrode 2, there is a problem that fatigue characteristics (fatigue characteristics) are deteriorated.

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、下部電極の側面からの電界に起因する強誘電体キャパシタの特性低下を防止した、強誘電体メモリとその製造方法、さらにはこの強誘電体メモリを備えた強誘電体メモリ装置とその製造方法、及び電子機器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is a ferroelectric memory and a method of manufacturing the same, in which deterioration of characteristics of the ferroelectric capacitor due to an electric field from the side surface of the lower electrode is prevented. Furthermore, another object of the present invention is to provide a ferroelectric memory device including the ferroelectric memory, a manufacturing method thereof, and an electronic device.

本発明の強誘電体メモリは、基体上に形成された下部電極と、該下部電極を覆って形成された強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された上部電極と、からなる強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリであって、前記強誘電体層が鉛を含有する強誘電体材料からなり、前記下部電極の側壁と強誘電体層との間にボイド部が形成されていることを特徴としている。   A ferroelectric memory according to the present invention includes a lower electrode formed on a base, a ferroelectric layer formed so as to cover the lower electrode, and an upper electrode formed on the ferroelectric layer. A ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor, wherein the ferroelectric layer is made of a ferroelectric material containing lead, and a void portion is formed between a sidewall of the lower electrode and the ferroelectric layer. It is characterized by having.

この強誘電体メモリによれば、下部電極の側壁と強誘電体層との間にボイド部が形成されているので、このボイド部の誘電率が1に近くなることにより、このボイド部がその上に形成された強誘電体層より十分に低い誘電率となる。したがって、このボイド部により、下部電極の側壁面からの電界は、ほとんどこのボイド部にかかる。よって、このように下部電極の側壁面からの電界の影響が抑えられることから、強誘電体キャパシタのヒステリシスループの角型性が向上し、さらには、疲労特性(ファティーグ特性)の低下も抑えられる。   According to this ferroelectric memory, since the void portion is formed between the side wall of the lower electrode and the ferroelectric layer, the dielectric constant of the void portion becomes close to 1, so that the void portion The dielectric constant is sufficiently lower than that of the ferroelectric layer formed thereon. Therefore, an electric field from the side wall surface of the lower electrode is almost applied to the void portion by the void portion. Therefore, since the influence of the electric field from the side wall surface of the lower electrode is suppressed in this way, the squareness of the hysteresis loop of the ferroelectric capacitor is improved, and further, the deterioration of fatigue characteristics (fatigue characteristics) can be suppressed. .

また、前記強誘電体メモリにおいては、前記鉛を含有する強誘電体材料は、
AB1−x Nbの一般式で示され、
A元素は、少なくともPbからなり、
B元素は、Zr、Ti、V、W及びHfのうち、少なくとも一つ以上からなり、
0.05≦x<4の範囲でNbを含んでいるのが好ましい。
このようにすれば、強誘電体層が、例えばPb(Zr、Ti)O(PZT)に比べ、より良好な強誘電体特性を有するものとなる。
In the ferroelectric memory, the lead-containing ferroelectric material is:
Represented by the general formula AB 1-x Nb x O 3
A element consists of at least Pb,
B element consists of at least one of Zr, Ti, V, W and Hf,
It is preferable that Nb is contained in the range of 0.05 ≦ x <4.
In this way, the ferroelectric layer has better ferroelectric properties than, for example, Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT).

本発明の強誘電体メモリ装置は、前記の強誘電体メモリがマトリクス状に配列されてなることを特徴としている。
この強誘電体メモリ装置によれば、セルトランジスタを形成することなく、強誘電体キャパシタのみを用いた強誘電体メモリからなる単純マトリクス型のメモリ装置となることから、非常に簡単な構造で高い集積度が得られる。
The ferroelectric memory device of the present invention is characterized in that the ferroelectric memories are arranged in a matrix.
According to this ferroelectric memory device, a simple matrix type memory device composed of a ferroelectric memory using only a ferroelectric capacitor is formed without forming a cell transistor. The degree of integration can be obtained.

本発明の強誘電体メモリの製造方法は、基体上に形成された下部電極と、該下部電極を覆って形成された強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された上部電極と、からなる強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリの製造方法であって、前記基体上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極の側壁部にSiを含有する絶縁材料を形成する工程と、前記下部電極及び前記絶縁材料を覆うように、鉛を含有する強誘電体材料を配する工程と、前記強誘電体材料を熱処理することで該強誘電体材料を結晶化し、強誘電体層とするとともに、前記絶縁材料を拡散させることで前記下部電極の側壁と強誘電体層との間にボイド部を形成する工程と、前記強誘電体層上に上部電極を形成する工程と、を備えたことを特徴としている。   A method of manufacturing a ferroelectric memory according to the present invention includes a lower electrode formed on a base, a ferroelectric layer formed so as to cover the lower electrode, and an upper electrode formed on the ferroelectric layer. A method of manufacturing a ferroelectric memory having a ferroelectric capacitor comprising: a step of forming a lower electrode on the substrate; and a step of forming an insulating material containing Si on a side wall of the lower electrode. A step of providing a ferroelectric material containing lead so as to cover the lower electrode and the insulating material; and the ferroelectric material is crystallized by heat-treating the ferroelectric material, thereby forming a ferroelectric layer And forming a void portion between the side wall of the lower electrode and the ferroelectric layer by diffusing the insulating material, and forming an upper electrode on the ferroelectric layer. It is characterized by having prepared.

この強誘電体メモリの製造方法によれば、下部電極の側壁部にSiを含有する絶縁材料を形成し、さらに下部電極及び前記絶縁材料を覆うように強誘電体材料を配した後、強誘電体材料を熱処理することで該強誘電体材料を結晶化し、強誘電体層とするとともに、前記絶縁材料を拡散させることで前記下部電極の側壁と強誘電体層との間にボイド部を形成するので、このボイド部の誘電率が1に近くなることにより、このボイド部がその上に形成された強誘電体層より十分に低い誘電率となる。したがって、前述したようにこのボイド部により、下部電極の側壁面からの電界がほとんどこのボイド部にかかる。よって、このように下部電極の側壁面からの電界の影響を抑えることができることから、強誘電体キャパシタのヒステリシスループの角型性を向上し、さらには、疲労特性(ファティーグ特性)の低下を抑えることもできる。   According to this method for manufacturing a ferroelectric memory, an insulating material containing Si is formed on the side wall portion of the lower electrode, and the ferroelectric material is disposed so as to cover the lower electrode and the insulating material, and then the ferroelectric material is formed. The ferroelectric material is crystallized by heat-treating the body material to form a ferroelectric layer, and a void portion is formed between the side wall of the lower electrode and the ferroelectric layer by diffusing the insulating material. Therefore, when the dielectric constant of the void portion is close to 1, the void portion has a dielectric constant sufficiently lower than that of the ferroelectric layer formed thereon. Therefore, as described above, almost all the electric field from the side wall surface of the lower electrode is applied to the void portion by the void portion. Therefore, since the influence of the electric field from the side wall surface of the lower electrode can be suppressed in this way, the squareness of the hysteresis loop of the ferroelectric capacitor is improved, and further, deterioration of fatigue characteristics (fatigue characteristics) is suppressed. You can also.

また、前記強誘電体メモリの製造方法においては、前記鉛を含有する強誘電体材料は、
AB1−x Nbの一般式で示され、
A元素は、少なくともPbからなり、
B元素は、Zr、Ti、V、W及びHfのうち、少なくとも一つ以上からなり、
0.05≦x<4の範囲でNbを含んでいるのが好ましい。
このようにすれば、強誘電体層が、例えばPb(Zr、Ti)O(PZT)に比べ、より良好な強誘電体特性を有するものとなる。
In the method for manufacturing the ferroelectric memory, the lead-containing ferroelectric material is:
Represented by the general formula AB 1-x Nb x O 3
A element consists of at least Pb,
B element consists of at least one of Zr, Ti, V, W and Hf,
It is preferable that Nb is contained in the range of 0.05 ≦ x <4.
In this way, the ferroelectric layer has better ferroelectric properties than, for example, Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT).

本発明の強誘電体メモリ装置の製造方法は、前記の製造方法によって得られた強誘電体メモリをマトリクス状に配列することを特徴としている。
この強誘電体メモリ装置の製造方法によれば、セルトランジスタを形成することなく、強誘電体キャパシタのみを用いた強誘電体メモリからなる単純マトリクス型のメモリ装置が得られることから、得られる強誘電体メモリ装置は非常に簡単な構造で高い集積度を有するものとなる。
The manufacturing method of a ferroelectric memory device according to the present invention is characterized in that the ferroelectric memories obtained by the manufacturing method are arranged in a matrix.
According to this method of manufacturing a ferroelectric memory device, a simple matrix type memory device including a ferroelectric memory using only a ferroelectric capacitor can be obtained without forming a cell transistor. The dielectric memory device has a very simple structure and a high degree of integration.

本発明の電子機器は、前記の強誘電体メモリ、あるいは前記の強誘電体メモリ装置を備えたことを特徴としている。
この電子機器によれば、前述したように強誘電体キャパシタのヒステリシスループの角型性が向上し、さらには、疲労特性(ファティーグ特性)の低下も抑えられた強誘電体メモリ、あるいはこれを有する強誘電体メモリ装置を備えているので、特にメモリ特性に優れたものとなる。
An electronic apparatus according to the present invention includes the ferroelectric memory or the ferroelectric memory device.
According to this electronic apparatus, as described above, the squareness of the hysteresis loop of the ferroelectric capacitor is improved, and furthermore, the ferroelectric memory in which the deterioration of the fatigue characteristics (fatigue characteristics) is suppressed, or the same is provided. Since the ferroelectric memory device is provided, the memory characteristics are particularly excellent.

以下、本発明を詳しく説明する。
図1は、本発明の強誘電体メモリ装置の一実施形態を示す図であり、図1中符号1000は強誘電体メモリ装置である。強誘電体メモリ装置1000は、本発明の強誘電体メモリをマトリクス状に配列したメモリセルアレイ100と、周辺回路部200とを備えて構成されたものである。周辺回路部200は、後述する本発明の強誘電体メモリ(メモリセル)に対し、選択的に情報の書き込みもしくは読み出しを行うための各種回路を有したもので、例えば、下部電極12を選択的に制御するための第1駆動回路50と、上部電極16を選択的に制御するための第2駆動回路52と、センスアンプなどの信号検出回路(図示せず)とを有したものである。このような周辺回路部200の具体例としては、Yゲート、センスアンプ、入出力バッファ、Xアドレスデコーダ、Yアドレスデコーダまたはアドレスバッファを上げることができる。
The present invention will be described in detail below.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a ferroelectric memory device according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1000 denotes a ferroelectric memory device. The ferroelectric memory device 1000 includes a memory cell array 100 in which the ferroelectric memories of the present invention are arranged in a matrix, and a peripheral circuit unit 200. The peripheral circuit unit 200 includes various circuits for selectively writing or reading information with respect to a ferroelectric memory (memory cell) of the present invention to be described later. For example, the peripheral circuit unit 200 selectively selects the lower electrode 12. A first drive circuit 50 for controlling the upper electrode 16, a second drive circuit 52 for selectively controlling the upper electrode 16, and a signal detection circuit (not shown) such as a sense amplifier. As a specific example of such a peripheral circuit unit 200, a Y gate, a sense amplifier, an input / output buffer, an X address decoder, a Y address decoder, or an address buffer can be raised.

次に、本発明の強誘電体メモリの一実施形態について、図2を用いて説明する。図2は、図1のA−A線に沿ってメモリセルアレイ100の一部を模式的に示した断面図であり、図2中符号15は強誘電体メモリである。図1に示したメモリセルアレイ100では、行選択のための複数の下部電極(ワード線)12と、列選択のための複数の上部電極(ビット線)16とが互いに直交するように形成されている。なお、下部電極12をビット線、上部電極16をワード線とすることもできる。   Next, an embodiment of a ferroelectric memory according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of the memory cell array 100 along the line AA in FIG. 1, and reference numeral 15 in FIG. 2 denotes a ferroelectric memory. In the memory cell array 100 shown in FIG. 1, a plurality of lower electrodes (word lines) 12 for row selection and a plurality of upper electrodes (bit lines) 16 for column selection are formed to be orthogonal to each other. Yes. The lower electrode 12 can be a bit line and the upper electrode 16 can be a word line.

図2に示した強誘電体メモリ15において、下部電極12は、基体10上に並列して形成されたもので、Pt、Ir、Ru等の金属の単体、またはこれら金属を主体とした複合材料によって形成されたものである。なお、この下部電極12や前記上部電極16に、後述する強誘電体層中の強誘電体元素が拡散すると、電極と強誘電体層との界面部に組成ずれが生じ、ヒステリシスループの角型性が低下する。したがって、下部電極12や上部電極16には強誘電体元素が拡散しない緻密性が要求される。そこで、これら下部電極12や上部電極16の緻密性を上げるため、例えば、製造時に質量の重いガスでスパッタ成膜したり、Y、La等の酸化物を貴金属電極中に分散させるなどの手法を採用してもよい。なお、本実施形態では下部電極12は白金(Pt)からなっており、その側壁面12aが、基体10側に行くに連れて漸次幅が広くなるよう、40〜75°程度、本実施形態では約50°のテーパ角を有するテーパ形状に形成されている。   In the ferroelectric memory 15 shown in FIG. 2, the lower electrode 12 is formed in parallel on the substrate 10, and is a single metal such as Pt, Ir, or Ru, or a composite material mainly composed of these metals. It is formed by. When a ferroelectric element in a ferroelectric layer, which will be described later, diffuses into the lower electrode 12 or the upper electrode 16, a composition shift occurs at the interface between the electrode and the ferroelectric layer, and the hysteresis loop has a square shape. Sex is reduced. Therefore, the lower electrode 12 and the upper electrode 16 are required to be dense so that the ferroelectric element does not diffuse. Therefore, in order to increase the denseness of the lower electrode 12 and the upper electrode 16, for example, a method such as sputtering film formation with a gas having a heavy mass at the time of manufacture or a method of dispersing oxides such as Y and La in the noble metal electrode is used. It may be adopted. In this embodiment, the lower electrode 12 is made of platinum (Pt), and the side wall surface 12a is about 40 to 75 ° so that the width gradually increases toward the base 10 side. It is formed in a tapered shape having a taper angle of about 50 °.

そして、この下部電極12を覆って強誘電体層14が形成されている。強誘電体層14は、後述するように前記下部電極の上面(上面部)12bに接する部位の近傍がペロブスカイト型の結晶構造に結晶化された結晶領域14aとなっている。また、これ以外の部分では、結晶化されることなく非晶質になっていたり、あるいは、結晶化されていてもその結晶構造がパイロクロア型等のペロブスカイト型ではない結晶層を含んだ、Si拡散領域14bとなっている。
この強誘電体層14は、鉛を含有する強誘電体材料によって形成されたもので、具体的には、Pb(Zr、Ti)O(PZT)や(Pb、La)(Zr、Ti)O(PLZT)、さらに、これら材料にニオブ(Nb)等の金属が加えられたものなどによって形成されている。
A ferroelectric layer 14 is formed so as to cover the lower electrode 12. As will be described later, the ferroelectric layer 14 has a crystal region 14a crystallized in a perovskite crystal structure in the vicinity of a portion in contact with the upper surface (upper surface portion) 12b of the lower electrode. Other than this, Si diffusion that is amorphous without being crystallized, or that includes a crystal layer that is crystallized but is not perovskite type such as pyrochlore type Region 14b is formed.
This ferroelectric layer 14 is formed of a ferroelectric material containing lead, and specifically, Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT) or (Pb, La) (Zr, Ti). It is formed of O 3 (PLZT) or a material obtained by adding a metal such as niobium (Nb) to these materials.

ここで、特にニオブが加えられてなる強誘電体材料については、以下の一般式で示すことができる。
AB1−x Nb
この一般式において、A元素は、少なくともPbを有してなり、B元素は、Zr、Ti、V、W及びHfのうち、少なくとも一つ以上からなっている。そして、ニオブ(Nb)については、前記xが(0.05≦x<4)の範囲となるように配合されている。
ここで、一般式中のA元素については、Pbのみでなく、(Pb1−yLn)としてもよい。ただし、Lnは、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm 、Yb及びLuのうちから選択された一あるいは複数の元素であり、前記yは、0<y≦0.2 の範囲とするのが好ましい。
なお、本実施形態では、強誘電体層14を形成する強誘電体材料として、Pb、Zr、Tiを構成元素として含む酸化物からなるPZT系材料に、NbをドーピングしたPb(Zr、Ti、Nb)O (PZTN)を用いている。
Here, in particular, a ferroelectric material to which niobium is added can be expressed by the following general formula.
AB 1-x Nb x O 3
In this general formula, the A element includes at least Pb, and the B element includes at least one of Zr, Ti, V, W, and Hf. And about niobium (Nb), it mix | blends so that the said x may become the range of (0.05 <= x <4).
Here, the element A in the general formula may be not only Pb but also (Pb 1-y Ln y ). However, Ln is one or more elements selected from La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, and y Is preferably in the range of 0 <y ≦ 0.2.
In this embodiment, as a ferroelectric material for forming the ferroelectric layer 14, PbT (Zr, Ti, Ti, PbT, Zr, Ti, doped with Nb in a PZT material made of an oxide containing Pb, Zr, and Ti as constituent elements. Nb) O 3 (PZTN) is used.

このようなPZTNでは、NbがTiとほぼ同じサイズ(イオン半径が近く、原子半径は同一である。)で、重さが2倍あり、格子振動による原子間の衝突によっても格子から原子が抜けにくくなっている。また、原子価は、+5価で安定であり、たとえPbが抜けても、Nb5+ によりPb抜けの価数を補うことができる。また結晶化時に、Pb抜けが発生したとしても、サイズの大きなOが抜けるより、サイズの小さなNbが入る方が容易である。 In such a PZTN, Nb is almost the same size as Ti (the ionic radius is close and the atomic radius is the same), the weight is twice, and atoms are removed from the lattice by collisions between atoms due to lattice vibration. It has become difficult. Further, the valence is +5 and stable, and even if Pb is lost, the valence of Pb loss can be compensated by Nb 5+ . Further, even if Pb loss occurs during crystallization, it is easier to enter small Nb than large O loss.

また、Nbは+4価も存在するため、Ti4+の代わりに十分機能するものとなる。さらに、実際にはNbは共有結合性が非常に強く、Pbも抜け難くなっていると考えられる(H.Miyazawa,E.Natori,S.Miyashita;Jpn.J.Appl.Phys.39(2000)5679)。 Further, since Nb also has a +4 valence, it functions sufficiently instead of Ti 4+ . Furthermore, in fact, Nb has a very strong covalent bond, and Pb is considered to be difficult to escape (H. Miyazawa, E. Natori, S. Miyashita; Jpn. J. Appl. Phys. 39 (2000). 5679).

これまでも、PZTへのNbドーピングは、主にZrリッチの稜面体晶領域で行われてきたが、その量は、0.2〜0.025mol%(J.Am.Ceram.Soc,84(2001)902;Phys.Rev.Let,83(1999)1347)程度と、極僅かなものである。このようにNbを多量にドーピングすることができなかった要因は、Nbを例えば10モル%添加すると、結晶化温度が800℃以上に上昇してしまうことによるものであったと考えられる。   So far, Nb doping to PZT has been mainly performed in the Zr-rich rhombohedral region, but the amount is 0.2-0.025 mol% (J. Am. Ceram. Soc, 84 ( 2001) 902; Phys. Rev. Let, 83 (1999) 1347) and so on. It is considered that the reason why Nb could not be doped in a large amount as described above was that the crystallization temperature increased to 800 ° C. or more when Nb was added at, for example, 10 mol%.

そこで、強誘電体層14を形成する際には、さらにPbSiOシリケートを、例えば1〜5モル%の割合で添加するのが好ましい。これにより、PZTNの結晶化エネルギーを軽減させることができる。すなわち、強誘電体層14の材料としてPZTNを用いる場合には、後述するようにPZTの材料中にNbを添加するとともに、PbSiO等のシリケートを添加することで、PZTNの結晶化温度を低下させるのが好ましい。 Therefore, when forming the ferroelectric layer 14, it is preferable to add PbSiO 3 silicate at a ratio of 1 to 5 mol%, for example. Thereby, the crystallization energy of PZTN can be reduced. That is, when PZTN is used as the material of the ferroelectric layer 14, the crystallization temperature of PZTN is lowered by adding Nb to the PZT material and adding a silicate such as PbSiO 3 as will be described later. It is preferable to do so.

このような下部電極12とこれを覆う強誘電体層14との間には、下部電極12の側壁面(側壁部)12a、12aと強誘電体層14との間に、サイドウォール状のボイド部13が形成されている。このボイド部13は、後述するように、Si含有絶縁材料が強誘電体材料中に拡散したことによって形成された空孔(ボイド)を有したもので、比較的大きな空孔からなっていたり、小さな空孔(ボイド)を多数有した状態に形成されていたり、あるいは大きな空孔と小さな空孔とを有した状態に形成されたものである。このようなボイド部13は、空孔(ボイド)部分の誘電率(比誘電率)がほぼ1であることにより、大きな空孔からなる場合はもちろん、小さな空孔を多数有した状態に形成されている場合にも、このボイド部13はその誘電率が1に近くなり、その上に形成された強誘電体層14に比べて誘電率が十分に低くなっている。   Between the lower electrode 12 and the ferroelectric layer 14 covering the lower electrode 12, a sidewall-like void is formed between the side wall surfaces (side wall portions) 12 a and 12 a of the lower electrode 12 and the ferroelectric layer 14. A portion 13 is formed. As will be described later, the void portion 13 has pores (voids) formed by diffusing the Si-containing insulating material into the ferroelectric material, and is composed of relatively large pores. It is formed in a state having a large number of small holes (voids), or formed in a state having large holes and small holes. Such a void portion 13 is formed in a state having a large number of small holes as well as a large number of small holes, because the dielectric constant (relative dielectric constant) of the void portion is approximately 1. Even in this case, the void portion 13 has a dielectric constant close to 1, and the dielectric constant is sufficiently lower than that of the ferroelectric layer 14 formed thereon.

そして、前記強誘電体層14上には、図1に示したように下部電極12に直交して上部電極16が形成されている。上部電極16は、下部電極12と同様、Pt、Ir、Ru等の金属の単体、またはこれら金属を主体とした複合材料によって形成されたものである。そして、このような下部電極12、強誘電体層14、上部電極16によって強誘電体キャパシタが形成されており、さらに、この強誘電体キャパシタと、前記ボイド部13とを備えることにより、本発明の強誘電体メモリ15が構成されている。   An upper electrode 16 is formed on the ferroelectric layer 14 so as to be orthogonal to the lower electrode 12 as shown in FIG. Similar to the lower electrode 12, the upper electrode 16 is made of a single metal such as Pt, Ir, or Ru, or a composite material mainly composed of these metals. A ferroelectric capacitor is formed by the lower electrode 12, the ferroelectric layer 14, and the upper electrode 16, and the present invention further includes the ferroelectric capacitor and the void portion 13. This ferroelectric memory 15 is configured.

次に、このような構成からなる強誘電体メモリ15を備えた強誘電体メモリ装置1000の製造方法を説明する。
まず、図3(a)に示すように、Si基板からなる基体10上に下部電極12形成用の第1導電層17を形成する。ここで、基体10としては、例えばMOSトランジスタなどの半導体素子が形成された領域を含む構造など、強誘電体メモリ装置1000の種類によって適宜な構造のものが用いられる。
Next, a manufacturing method of the ferroelectric memory device 1000 including the ferroelectric memory 15 having such a configuration will be described.
First, as shown in FIG. 3A, a first conductive layer 17 for forming a lower electrode 12 is formed on a base 10 made of a Si substrate. Here, as the substrate 10, a substrate having an appropriate structure depending on the type of the ferroelectric memory device 1000 such as a structure including a region where a semiconductor element such as a MOS transistor is formed is used.

第1導電層17は、例えばTiOxを40nmの厚さに成膜してTiOx層17aを形成し、さらにその上にPtを200nmの厚さに成膜してPt層17bを形成することで、得られる。ここで、TiOx層17aは、Si基板からなる基体10の表層部に形成されたシリコン酸化層(SiO層)上に、Pt層17bを良好に接合させるための密着層として機能するものである。 The first conductive layer 17 is formed, for example, by forming a TiOx layer 17a by depositing TiOx to a thickness of 40 nm, and further forming a Pt layer 17b by depositing Pt to a thickness of 200 nm thereon. can get. Here, the TiOx layer 17a functions as an adhesion layer for satisfactorily bonding the Pt layer 17b on the silicon oxide layer (SiO 2 layer) formed on the surface layer portion of the substrate 10 made of an Si substrate. .

なお、第1導電層17の材質としては、前述したように強誘電体キャパシタの電極となり得るものであれば、Pt以外のものを用いることもできる。具体的には、前述したように、Ir,IrOx,RuOx,SrRuOxや、LaSrCoOx等を用いることもできる。また、第1導電層17は、単層であってもよい。このような第1導電層17の形成方法としては、スパッタ法が好適に用いられるが、真空蒸着やCVD等の成膜法、またはこれらの方法の組み合わせなどを採用することもできる。   As the material for the first conductive layer 17, materials other than Pt can be used as long as they can serve as electrodes of the ferroelectric capacitor as described above. Specifically, as described above, Ir, IrOx, RuOx, SrRuOx, LaSrCoOx, or the like can also be used. The first conductive layer 17 may be a single layer. As a method for forming the first conductive layer 17, a sputtering method is preferably used, but a film forming method such as vacuum deposition or CVD, or a combination of these methods can also be employed.

次に、第1導電層17の上面に、レジストマスク(図示せず)をその全面に形成し、さらにリソグラフィによってラインパターンのマスク60を形成する。また、レジスト以外のマスクとして、いわゆるハードマスクを用いることもできる。このハードマスク60の材質としては、第1導電層17をパターニングする際にマスクとして機能し得る材質であれば、特に限定されることなく、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化チタンを挙げることができる。   Next, a resist mask (not shown) is formed on the entire upper surface of the first conductive layer 17, and a line pattern mask 60 is formed by lithography. A so-called hard mask can also be used as a mask other than the resist. The material of the hard mask 60 is not particularly limited as long as the material can function as a mask when the first conductive layer 17 is patterned, and examples thereof include silicon nitride, silicon oxide, and titanium nitride. it can.

前記マスク層として酸化シリコンを用いた場合の形成方法としては、例えばCVD法が用いられる。マスク層の膜厚としては、下部電極12の膜厚の1.0〜2倍程度が好ましく、例えば400nmとされる。マスク層のエッチング方法としては、公知の技術を用いることができ、例えばRIE(反応性イオンエッチング)が用いられる。その場合に、エッチングガスとしてはCHFとArとの混合ガスを用いることができる。 As a formation method when silicon oxide is used as the mask layer, for example, a CVD method is used. The film thickness of the mask layer is preferably about 1.0 to 2 times the film thickness of the lower electrode 12, for example, 400 nm. As a method for etching the mask layer, a known technique can be used. For example, RIE (reactive ion etching) is used. In that case, a mixed gas of CHF 3 and Ar can be used as an etching gas.

次に、前記マスク60を用いて第1導電層17をパターニングすることにより、図3(b)に示すように下部電極12を形成し、酸素プラズマなどでレジストマスクを除去する。エッチング方法としては、例えばICP(誘導結合プラズマ)等の高密度プラズマを用いた、高密度プラズマドライエッチングが用いられる。その場合に、エッチングガスとしては、ClとArとの混合ガスを用いることができ、1.0Pa以下の低圧力下、500Wのバイアス電力で行うことができる。このようなエッチングによって下部電極12を形成すると、得られた下部電極12は、その側壁面12aが約50°のテーパ角となるテーパ形状に形成される。なお、エッチング方法については、前記の方法に限定されることなく、RIE等を用いることもできる。
酸化シリコンのハードマスクを使用した場合には、ClとOの混合ガスを使用し、前記のドライエッチング方法にてパターニングを行うことができる。ハ−ドマスクを使用したほうが、レジストマスクを使用する場合よりテーパー角を大きくすることができる。例えば、酸化シリコンを用いた場合には約70°にすることができる。マスク層60としてハードマスクを使用した場合には、この後、ハードマスクをドライエッチングまたはウェットエッチングによって選択的に除去しても良いし、後述するエッチバック工程において除去しても良い。
Next, by patterning the first conductive layer 17 using the mask 60, the lower electrode 12 is formed as shown in FIG. 3B, and the resist mask is removed with oxygen plasma or the like. As an etching method, for example, high density plasma dry etching using high density plasma such as ICP (inductively coupled plasma) is used. In that case, a mixed gas of Cl 2 and Ar can be used as an etching gas, and the etching can be performed with a bias power of 500 W under a low pressure of 1.0 Pa or less. When the lower electrode 12 is formed by such etching, the obtained lower electrode 12 is formed into a tapered shape with the side wall surface 12a having a taper angle of about 50 °. Note that the etching method is not limited to the above method, and RIE or the like can also be used.
When a silicon oxide hard mask is used, patterning can be performed by the dry etching method using a mixed gas of Cl 2 and O 2 . Using a hard mask can increase the taper angle compared to using a resist mask. For example, when silicon oxide is used, the angle can be about 70 °. When a hard mask is used as the mask layer 60, the hard mask may be selectively removed thereafter by dry etching or wet etching, or may be removed in an etch back process described later.

次いで、CVD法によってSi含有絶縁材料、本実施形態ではSiOを、図3(c)に示すように前記下部電極12を覆った状態で厚さ600nm程度に成膜し、SiO層13aを形成する。なお、Si含有絶縁材料としては、SiOに代えてSiONやSi等を用いることもできる。また、SiOはSiOとして表される珪素酸化物の代表例として示したもので、一般式SiOで表される珪素酸化物を用いることができるのはもちろんである。 Next, a Si-containing insulating material, in this embodiment SiO 2 , is formed to a thickness of about 600 nm with the lower electrode 12 covered as shown in FIG. 3C by the CVD method, and the SiO 2 layer 13a is formed. Form. As the Si-containing insulating material, SiON, Si 3 N 4 or the like can be used instead of SiO 2 . Further, SiO 2 is an illustration as a representative example of silicon oxide represented as SiO x, it is of course can be used silicon oxide represented by general formula SiO x.

続いて、前記SiO層13aをエッチバックすることにより、図4(a)に示すように下部電極12の上面部12bを露出させ、かつその側壁面12a上に前記SiO層13aからなるサイドウォール状の反応層13bを形成する。すなわち、このようにSi含有絶縁材料を成膜し、さらにこれをエッチバックすることにより、下部電極12の側壁部にSi含有絶縁材料を付着させる。エッチバックについては、例えばRIEなどのドライエッチングによって行うことができる。具体的には、CHF/Oガスを用いて10Pa、500WのRF電力で行うことができる。また、ハードマスクとして酸化シリコンを使った場合には、このエッチバック工程により、SiO層13aとハードマスク60を同時に除去することが可能である。 Subsequently, the SiO 2 layer 13a is etched back to expose the upper surface portion 12b of the lower electrode 12 as shown in FIG. 4A, and the side wall surface 12a is made of the SiO 2 layer 13a. A wall-like reaction layer 13b is formed. That is, the Si-containing insulating material is formed in this way and further etched back to adhere the Si-containing insulating material to the side wall portion of the lower electrode 12. The etch back can be performed by dry etching such as RIE. Specifically, CHF 3 / O 2 gas can be used with RF power of 10 Pa and 500 W. When silicon oxide is used as the hard mask, the SiO 2 layer 13a and the hard mask 60 can be removed simultaneously by this etch back process.

次いで、図4(b)に示すように、前記の下部電極12及び反応層13bを覆った状態に、前記の強誘電体材料を配する。強誘電体材料を配するにあたっては、特にゾルゲル法が好適に用いられる。すなわち、強誘電体層14として前記のPZTN層を形成する場合、例えばPbZrO用ゾルゲル溶液、PbTiO用ゾルゲル溶液、およびPbNbO用ゾルゲル溶液を混合したものに、さらにPbSiO用ゾルゲル溶液を添加したものを用いる。PZTN膜は、構成元素にNbを含むため、結晶化温度が高い。したがって、前述したように結晶化温度を低減させるため、PbSiO用ゾルゲル溶液をさらに添加しているのである。本実施形態では、前記のゾルゲル混合溶液を、下部電極12及び反応層13bを覆った状態にスピンコート法で塗布する。具体的には、2500rpmで3層塗布することにより、およそ150nmの膜厚のゾルゲル層14cを形成する。
なお、強誘電体材料を配する方法としては、前記のゾルゲル材料を用いたスピンコート法に限定されることなく、ディッピング法、スパッタ法、MOCVD法、レーザアブレーション法等を用いることもできる。また、その場合に、ゾルゲル材料に代えてMOD材料を用いることもできる。
Next, as shown in FIG. 4B, the ferroelectric material is disposed so as to cover the lower electrode 12 and the reaction layer 13b. In arranging the ferroelectric material, the sol-gel method is particularly preferably used. In other words, strong in the case of forming the PZTN layer as a dielectric layer 14, for example, PbZrO 3 sol-gel solution, a sol-gel solution for PbTiO 3, and PbNbO 3 that the sol-gel solution was mixed for further addition of PbSiO 3 sol-gel solution for Use what you did. Since the PZTN film contains Nb as a constituent element, the crystallization temperature is high. Therefore, as described above, in order to reduce the crystallization temperature, a sol-gel solution for PbSiO 3 is further added. In the present embodiment, the sol-gel mixed solution is applied by a spin coating method so as to cover the lower electrode 12 and the reaction layer 13b. Specifically, the sol-gel layer 14c having a thickness of about 150 nm is formed by applying three layers at 2500 rpm.
Note that the method of arranging the ferroelectric material is not limited to the spin coating method using the sol-gel material, and a dipping method, a sputtering method, an MOCVD method, a laser ablation method, or the like can also be used. In that case, a MOD material can be used instead of the sol-gel material.

次いで、酸素雰囲気にて550℃〜650℃の温度範囲で熱処理(RTA処理)を5〜60分程度行い、ゾルゲル層14cを強誘電体層14とする。この熱処理によってゾルゲル層14cは、図4(c)に示すように下部電極の上面12bに接する部位がペロブスカイト型の結晶構造に結晶化し、結晶領域14aとなる。   Next, heat treatment (RTA treatment) is performed for about 5 to 60 minutes in a temperature range of 550 ° C. to 650 ° C. in an oxygen atmosphere, so that the sol-gel layer 14 c is made the ferroelectric layer 14. As a result of this heat treatment, the sol-gel layer 14c is crystallized into a perovskite crystal structure at the portion in contact with the upper surface 12b of the lower electrode as shown in FIG.

また、下部電極12の側壁面12a上の前記反応層13bは、SiおよびOがその上のゾルゲル層14c中に拡散する。この結果、下部電極12の側壁面12a上は、反応層13bを構成していた元素が拡散したことによってボイド部13となる。このボイド部13は、前述したように、比較的大きな空孔からなっていたり、小さな空孔(ボイド)を多数有した状態となっていたり、あるいは大きな空孔と小さな空孔とを有した状態となっている。したがって、このボイド部13は、前述したように誘電率が1に近くなり、強誘電体層14より十分に低いものとなる。   In the reaction layer 13b on the side wall surface 12a of the lower electrode 12, Si and O diffuse into the sol-gel layer 14c thereon. As a result, the void portion 13 is formed on the side wall surface 12a of the lower electrode 12 due to the diffusion of the elements constituting the reaction layer 13b. As described above, the void portion 13 is composed of relatively large holes, has a large number of small holes (voids), or has a large hole and small holes. It has become. Therefore, the void portion 13 has a dielectric constant close to 1 as described above, and is sufficiently lower than the ferroelectric layer 14.

また、このように反応層13bを構成していた元素が拡散することで、特に前記ゾルゲル層14cにおける前記反応層13b上に位置する部位、すなわち反応層13bに接する部位は、Si拡散領域14bとなる。このSi拡散領域14bは、Siが拡散したことによって結晶化されることなく鉛ガラスや非晶質となったり、あるいは結晶化されていてもその結晶構造がペロブスカイト型とはならずにパイロクロア型となる。したがって、Si拡散領域14bは前記の結晶領域14aに比べ、強誘電体膜としての特性が格段に劣るものとなる。   In addition, since the elements constituting the reaction layer 13b are diffused in this way, in particular, the part located on the reaction layer 13b in the sol-gel layer 14c, that is, the part in contact with the reaction layer 13b is the same as the Si diffusion region 14b. Become. This Si diffusion region 14b becomes lead glass or amorphous without being crystallized due to the diffusion of Si, or even if it is crystallized, its crystal structure does not become a perovskite type but a pyrochlore type. Become. Therefore, the Si diffusion region 14b is significantly inferior in characteristics as a ferroelectric film compared to the crystal region 14a.

その後、前記強誘電体層14上にPtからなる第2導電層(図示せず)を200nmの厚さに成膜し、続いて前記下部電極12を形成した手法と同様にして、該下部電極12と交差するようにライン状にパターニングし、図2に示したように上部電極16を形成する。これにより、本発明に係る強誘電体キャパシタを形成し、強誘電体メモリ15を得る。また、このように強誘電体メモリ15を得ることにより、図1に示したようなクロスポイント型のメモリセルアレイ100を形成する。
さらに、このようなメモリセルアレイ100とは別に、あるいは部分的に工程を共有することによって周辺回路部200を形成し、これによって強誘電体メモリ装置1000を得る。
Thereafter, a second conductive layer (not shown) made of Pt is formed on the ferroelectric layer 14 to a thickness of 200 nm, and subsequently the lower electrode 12 is formed in the same manner as the lower electrode 12 is formed. Then, the upper electrode 16 is formed as shown in FIG. Thus, the ferroelectric capacitor according to the present invention is formed, and the ferroelectric memory 15 is obtained. Further, by obtaining the ferroelectric memory 15 in this way, the cross-point type memory cell array 100 as shown in FIG. 1 is formed.
Further, the peripheral circuit unit 200 is formed separately from the memory cell array 100 or by partially sharing the process, thereby obtaining the ferroelectric memory device 1000.

このようにして得られた強誘電体メモリ15にあっては、下部電極12の側壁面12aと強誘電体層14との間にボイド部13が形成されており、このボイド部13がその上に形成された強誘電体層14より十分に低い誘電率となる。したがって、このボイド部13によって下部電極12の側壁面12aからの電界の発生が抑えられ、これにより下部電極12の側壁面12aからSi拡散領域14bへの電界の影響が抑えられ、よって、強誘電体キャパシタのヒステリシスループの角型性が向上し、さらには、疲労特性(ファティーグ特性)の低下も抑えられる。   In the ferroelectric memory 15 obtained in this way, a void portion 13 is formed between the side wall surface 12a of the lower electrode 12 and the ferroelectric layer 14, and this void portion 13 is formed thereon. The dielectric constant is sufficiently lower than that of the ferroelectric layer 14 formed in (1). Therefore, the void portion 13 suppresses the generation of an electric field from the side wall surface 12a of the lower electrode 12, thereby suppressing the influence of the electric field from the side wall surface 12a of the lower electrode 12 to the Si diffusion region 14b. The squareness of the hysteresis loop of the body capacitor is improved, and further, the deterioration of fatigue characteristics (fatigue characteristics) can be suppressed.

また、特に強誘電体材料としてNbを含んでなるPZTNを用いているので、得られた強誘電体層14における結晶領域14aは、例えばPb(Zr、Ti)O(PZT)に比べ、より良好な強誘電体特性を有するものとなり、したがって強誘電体メモリ15自体がより良好なものとなる。 Further, since PZTN containing Nb is used as the ferroelectric material, the crystal region 14a in the obtained ferroelectric layer 14 is more in comparison with, for example, Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT). Thus, the ferroelectric memory 15 itself has better characteristics.

また、このような強誘電体メモリ15をマトリクス状に配列してなる強誘電体メモリ装置1000にあっては、セルトランジスタを形成することなく、強誘電体キャパシタのみを用いた強誘電体メモリからなる単純マトリクス型のメモリ装置となることから、非常に簡単な構造で高い集積度が得られる。   In the ferroelectric memory device 1000 in which such ferroelectric memories 15 are arranged in a matrix, a ferroelectric memory using only a ferroelectric capacitor is formed without forming a cell transistor. Therefore, a high degree of integration can be obtained with a very simple structure.

(実験例)
図3(a)〜(c)、図4(a)〜(c)に示した工程にしたがって強誘電体メモリ15を作製した。また、比較のため、SiOからなる反応層13bを形成せず、それ以外は前記強誘電体メモリ15の製造と同様にして、強誘電体メモリを作製した。
作製した各強誘電体メモリについて、それぞれの強誘電体キャパシタのヒステリシスループの角型性を調べた。図5に、各強誘電体キャパシタのQ−V特性を示す。なお、図5においては、本発明の強誘電体メモリ15の特性図を実施例と記し、従来の強誘電体メモリの特性図を従来例と記している。
図5に示したように、明らかに本発明の実施例の方が、角型性に優れていることが確認された。これにより、本発明の実施例のものは、従来例のものに比べてメモリ特性に優れていることが分かった。
(Experimental example)
A ferroelectric memory 15 was fabricated according to the steps shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) and FIGS. 4 (a) to 4 (c). For comparison, a ferroelectric memory was manufactured in the same manner as in the manufacturing of the ferroelectric memory 15 except that the reaction layer 13b made of SiO 2 was not formed.
For each manufactured ferroelectric memory, the squareness of the hysteresis loop of each ferroelectric capacitor was examined. FIG. 5 shows the QV characteristics of each ferroelectric capacitor. In FIG. 5, the characteristic diagram of the ferroelectric memory 15 of the present invention is described as an example, and the characteristic diagram of a conventional ferroelectric memory is described as a conventional example.
As shown in FIG. 5, it was clearly confirmed that the embodiment of the present invention was superior in squareness. Thus, it was found that the example of the present invention was superior in memory characteristics as compared with the conventional example.

また、前記の実施例および従来例の各強誘電体メモリについて、キャパシタの分極値とサイクルタイムとの関係から疲労特性(ファティーグ特性)を調べた。得られた結果を図6に示す。図6より、本発明の実施例の方が従来例に比べ、サイクルタイムの増加に伴う標準化した分極値(Pr)の低下が少なく、したがって、本発明の実施例の方が従来例に比べて疲労特性にも優れていることが分かった。   Further, the fatigue characteristics (fatigue characteristics) of the ferroelectric memories of the above-described examples and conventional examples were examined from the relationship between the polarization value of the capacitor and the cycle time. The obtained result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the embodiment of the present invention has a smaller decrease in the standardized polarization value (Pr) with an increase in cycle time than the conventional example. Therefore, the embodiment of the present invention has a lower value than the conventional example. It was found that the fatigue characteristics were also excellent.

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。例えば、前記実施形態では、本発明の強誘電体メモリ装置として、本発明の強誘電体メモリをマトリクス状に配列したメモリセルアレイ100を備えてなる構成としたが、本発明はこれに限定されることなく、従来公知の1T1C型や2T2C型などの強誘電体メモリ装置にも適用可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, the ferroelectric memory device of the present invention includes the memory cell array 100 in which the ferroelectric memories of the present invention are arranged in a matrix, but the present invention is not limited to this. Without limitation, the present invention can also be applied to conventionally known ferroelectric memory devices such as 1T1C type and 2T2C type.

次に、前記の強誘電体メモリ、あるいは前記の強誘電体メモリ装置を構成要素として備えた電子機器の一例を説明する。
図7は、このような電子機器の一例としての携帯電話を示す斜視図であり、図7中符号1001は携帯電話である。
この携帯電話1001(電子機器)は、前記の強誘電体メモリあるいは強誘電体メモリ装置を備えているので、特にメモリ特性について良好なものとなり、その信頼性が高いものとなる。
Next, an example of an electronic apparatus provided with the ferroelectric memory or the ferroelectric memory device as a component will be described.
FIG. 7 is a perspective view showing a mobile phone as an example of such an electronic apparatus. Reference numeral 1001 in FIG. 7 denotes a mobile phone.
Since the cellular phone 1001 (electronic device) includes the ferroelectric memory or the ferroelectric memory device, the memory phone has particularly good memory characteristics and high reliability.

また、他の電子機器の例として、パーソナルコンピュータ、液晶装置、電子手帳、ページャ、POS端末、ICカード、ミニディスクプレーヤ、液晶プロジェクタ、およびエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファイダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、タッチパネルを備えた装置、時計、ゲーム機器、電気泳動装置など、様々なものに適用することができる。   Examples of other electronic devices include personal computers, liquid crystal devices, electronic notebooks, pagers, POS terminals, IC cards, mini-disc players, liquid crystal projectors, and engineering workstations (EWS), word processors, televisions, viewfinder types or The present invention can be applied to various devices such as a monitor direct-view type video tape recorder, an electronic desk calculator, a car navigation device, a device equipped with a touch panel, a clock, a game machine, and an electrophoresis device.

本発明の強誘電体メモリ装置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the ferroelectric memory device of this invention. 本発明の強誘電体メモリの一実施形態の概略構成を示す側断面図である。1 is a side sectional view showing a schematic configuration of an embodiment of a ferroelectric memory according to the present invention. (a)〜(c)は強誘電体メモリの製造工程を説明するための図である。(A)-(c) is a figure for demonstrating the manufacturing process of a ferroelectric memory. (a)〜(c)は強誘電体メモリの製造工程を説明するための図である。(A)-(c) is a figure for demonstrating the manufacturing process of a ferroelectric memory. 各強誘電体キャパシタのQ−V特性を示すグラフである。It is a graph which shows the QV characteristic of each ferroelectric capacitor. 疲労特性を示すグラフである。It is a graph which shows a fatigue characteristic. 電子機器の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of an electronic device. 従来の強誘電体メモリにおける課題を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the subject in the conventional ferroelectric memory.

符号の説明Explanation of symbols

10…基体、12…下部電極、12a…側壁面(側壁部)、12b…上面(上面部)、
13…ボイド部、13a…SiO層、13b…反応層、14…強誘電体層、
14a…結晶領域、14b…Si拡散領域、14c…ゾルゲル層、
15…強誘電体メモリ、16…上部電極、
100…メモリセル、1000…強誘電体メモリ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Base | substrate, 12 ... Lower electrode, 12a ... Side wall surface (side wall part), 12b ... Upper surface (upper surface part),
13 ... void portion, 13a ... SiO 2 layer, 13b ... reaction layer, 14 ... ferroelectric layer,
14a ... crystal region, 14b ... Si diffusion region, 14c ... sol-gel layer,
15 ... ferroelectric memory, 16 ... upper electrode,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Memory cell, 1000 ... Ferroelectric memory device

Claims (7)

基体上に形成された下部電極と、該下部電極を覆って形成された強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された上部電極と、からなる強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリであって、
前記強誘電体層が鉛を含有する強誘電体材料からなり、
前記下部電極の側壁と強誘電体層との間にボイド部が形成されていることを特徴とする強誘電体メモリ。
A ferroelectric having a ferroelectric capacitor comprising a lower electrode formed on a substrate, a ferroelectric layer formed so as to cover the lower electrode, and an upper electrode formed on the ferroelectric layer Memory,
The ferroelectric layer is made of a ferroelectric material containing lead,
A ferroelectric memory, wherein a void portion is formed between a side wall of the lower electrode and a ferroelectric layer.
前記鉛を含有する強誘電体材料は、
AB1−x Nbの一般式で示され、
A元素は、少なくともPbからなり、
B元素は、Zr、Ti、V、W及びHfのうち、少なくとも一つ以上からなり、
0.05≦x<4の範囲でNbを含むことを特徴とする請求項1記載の強誘電体メモリ。
The lead-containing ferroelectric material is:
Represented by the general formula AB 1-x Nb x O 3
A element consists of at least Pb,
B element consists of at least one of Zr, Ti, V, W and Hf,
2. The ferroelectric memory according to claim 1, wherein Nb is contained in a range of 0.05 ≦ x <4.
請求項1又は2記載の強誘電体メモリがマトリクス状に配列されてなることを特徴とする強誘電体メモリ装置。   3. A ferroelectric memory device comprising the ferroelectric memories according to claim 1 or 2 arranged in a matrix. 基体上に形成された下部電極と、該下部電極を覆って形成された強誘電体層と、該強誘電体層上に形成された上部電極と、からなる強誘電体キャパシタを有する強誘電体メモリの製造方法であって、
前記基体上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の側壁部にSiを含有する絶縁材料を形成する工程と、
前記下部電極及び前記絶縁材料を覆うように、鉛を含有する強誘電体材料を配する工程と、
前記強誘電体材料を熱処理することで該強誘電体材料を結晶化し、強誘電体層とするとともに、前記絶縁材料を拡散させることで前記下部電極の側壁と強誘電体層との間にボイド部を形成する工程と、
前記強誘電体層上に上部電極を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする強誘電体メモリの製造方法。
A ferroelectric having a ferroelectric capacitor comprising a lower electrode formed on a substrate, a ferroelectric layer formed so as to cover the lower electrode, and an upper electrode formed on the ferroelectric layer A method of manufacturing a memory,
Forming a lower electrode on the substrate;
Forming an insulating material containing Si on the side wall of the lower electrode;
Arranging a ferroelectric material containing lead so as to cover the lower electrode and the insulating material;
The ferroelectric material is crystallized by heat-treating the ferroelectric material to form a ferroelectric layer, and a void is formed between the sidewall of the lower electrode and the ferroelectric layer by diffusing the insulating material. Forming a part;
Forming an upper electrode on the ferroelectric layer;
A method for manufacturing a ferroelectric memory, comprising:
前記鉛を含有する強誘電体材料は、
AB1−x Nbの一般式で示され、
A元素は、少なくともPbからなり、
B元素は、Zr、Ti、V、W及びHfのうち、少なくとも一つ以上からなり、
0.05≦x<4の範囲でNbを含むことを特徴とする請求項4記載の強誘電体メモリの製造方法。
The lead-containing ferroelectric material is:
Represented by the general formula AB 1-x Nb x O 3
A element consists of at least Pb,
B element consists of at least one of Zr, Ti, V, W and Hf,
5. The method of manufacturing a ferroelectric memory according to claim 4, wherein Nb is contained in a range of 0.05 ≦ x <4.
請求項4又は5記載の製造方法によって得られた強誘電体メモリをマトリクス状に配列することを特徴とする強誘電体メモリ装置の製造方法。   6. A method of manufacturing a ferroelectric memory device, comprising arranging the ferroelectric memories obtained by the manufacturing method according to claim 4 in a matrix. 請求項1又は2に記載の強誘電体メモリ、あるいは請求項3記載の強誘電体メモリ装置を備えたことを特徴とする電子機器。


An electronic apparatus comprising the ferroelectric memory according to claim 1 or 2 or the ferroelectric memory device according to claim 3.


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