JP2011029532A - Ferroelectric capacitor and ferroelectric memory device - Google Patents

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Hirosane Hoko
宏真 鉾
Hiroshi Funakubo
浩 舟窪
Akika Kara
明▲華▼ 唐
Hiroshi Ishihara
石原  宏
Yoshihiro Sugiyama
芳弘 杉山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a ferroelectric thin film that has larger residual polarization (111) than PZT with an excellent orientation in a ferroelectric capacitor and a ferroelectric memory device. <P>SOLUTION: A ferroelectric film with a preferred orientation (111) is formed by adding, to tetragonal Pb(Zr<SB>x</SB>Ti<SB>1-x</SB>)O3, a material having a tetragonal perovskite structure with a larger c axis/a axis ratio than tetragonal Pb(Zr<SB>x</SB>Ti<SB>1-x</SB>)O3. Furthermore, an upper electrode and a lower electrode are provided so as to sandwich the ferroelectric film. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は強誘電体キャパシタ及び強誘電体メモリ装置に関するものであり、例えば、PZT〔Pb(Zr,Ti)O〕を含む正方晶ペロブスカイト系強誘電体の残留分極量を増大させるための構成に関する。 The present invention relates to a ferroelectric capacitor and a ferroelectric memory device. For example, a configuration for increasing the residual polarization amount of a tetragonal perovskite ferroelectric including PZT [Pb (Zr, Ti) O 3 ]. About.

近年、電源を切っても直前の記憶が保持され、且つ、ランダムアクセスが可能な不揮発性RAMはユビキタス社会の基盤を形成するデバイスとして、個人認証やセキュリティ分野で有望なデバイスである。   In recent years, a non-volatile RAM that retains the immediately preceding memory even when the power is turned off and can be randomly accessed is a promising device in the field of personal authentication and security as a device that forms the basis of a ubiquitous society.

種々の不揮発性ランダムアクセスメモリのなかで、自発分極を持つ強誘電体をキャパシタの誘電体層に用いた不揮発性メモリ(FeRAM)は、消費電力が小さいことから、モバイル分野の次世代メモリとして期待されている(例えば、特許文献1参照)。   Among various non-volatile random access memories, non-volatile memories (FeRAM) using ferroelectrics with spontaneous polarization in the dielectric layers of capacitors are expected as next-generation memories in the mobile field due to their low power consumption. (For example, refer to Patent Document 1).

現在実用化されているのは、1トランジスタ1キャパシタ(1T1C)型のFeRAMである。このタイプのFeRAMは、電源をOFFにしても強誘電体キャパシタに電荷が残留することを利用して、不揮発性のメモリ素子として利用するものである。   Currently, a one-transistor one-capacitor (1T1C) type FeRAM is in practical use. This type of FeRAM is used as a nonvolatile memory element by utilizing the fact that charges remain in a ferroelectric capacitor even when the power is turned off.

現在実用化されている材料は、PZT〔Pb(Zr,Ti)O〕或いはSBT(SrBiTa)という強誘電体材料である。前者の残留分極量は比較的大きい。しかし、現在、半導体メモリセルに使用できる薄膜で得られるPZTの残留分極量の最大値は30μC/cm2 前後である。一方、後者の残留分極量の最大値は10μC/cm2 前後である。 A material that is currently in practical use is a ferroelectric material such as PZT [Pb (Zr, Ti) O 3 ] or SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ). The former remanent polarization is relatively large. However, at present, the maximum value of the residual polarization amount of PZT obtained from a thin film that can be used for a semiconductor memory cell is around 30 μC / cm 2 . On the other hand, the maximum value of the latter remanent polarization amount is around 10 μC / cm 2 .

特開2001−077328号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-073328 特開2007−129232号公報JP 2007-129232 A

Appl.Phys.Lett.,Vol.86,p.262905,2005Appl. Phys. Lett. , Vol. 86, p. 262905, 2005 Chem.Mater.,Vol.18,p.4987,2006Chem. Mater. , Vol. 18, p. 4987, 2006

上記に示したように1T1C型FeRAMは現在実用化されているが、一つのメモリセルにトランジスタ1個と強誘電体キャパシタ1個が必要なので、ある大きさ以上のセル面積が必要となる。   As described above, the 1T1C type FeRAM is currently in practical use. However, since one transistor and one ferroelectric capacitor are required for one memory cell, a cell area larger than a certain size is required.

強誘電体キャパシタに蓄積できる電荷量は面積に比例するので、上述のPZTやSBTでは微細化を進めてゆくと記憶保持に必要な電荷量が維持できなくなり、大容量のメモリの実現が困難になっている。   Since the amount of charge that can be stored in a ferroelectric capacitor is proportional to the area, if the PZT and SBT described above are miniaturized, the amount of charge necessary for memory retention cannot be maintained, making it difficult to realize a large-capacity memory. It has become.

例えば、これらの材料では、最大限見積もっても150nmルールのプロセスで最大メモリ容量は64Mbitが微細化の限界となる。今後、強誘電体メモリの容量を増加するためには、強誘電体キャパシタの電荷量の増大が必要となっている。   For example, with these materials, a maximum memory capacity of 64 Mbit is the limit of miniaturization in the process of 150 nm rule at the maximum. In the future, in order to increase the capacity of the ferroelectric memory, it is necessary to increase the charge amount of the ferroelectric capacitor.

そのためには、強誘電体膜の蓄積電荷を増やすことが必要となる。キャパシタの電荷量を増加することで、微細化によるキャパシタ面積の縮小へ対応できるため、大規模化が可能になってくる。   For this purpose, it is necessary to increase the accumulated charge of the ferroelectric film. By increasing the amount of charge in the capacitor, it is possible to cope with a reduction in the capacitor area due to miniaturization, and thus it is possible to increase the scale.

そこで、PZTより残留分極量の大きな強誘電体材料が望まれているが、安定した高残留分極量の強誘電体材料が存在しないのが現状である。例えば、BZT〔Bi(Zn,Ti)O〕は理論的な予測では100μC/cm2 以上の残留分極量が期待されるが、実際には、実質的に強誘電体特性を示すBZTが得られていない。 Therefore, a ferroelectric material having a larger remanent polarization than PZT is desired, but there is no stable ferroelectric material having a high remanent polarization. For example, BZT [Bi (Zn, Ti) O 3 ] is expected to have a remanent polarization amount of 100 μC / cm 2 or more in theoretical prediction, but in practice, BZT substantially exhibiting ferroelectric characteristics is obtained. It is not done.

したがって、本発明は、PZTより大きな残留分極量の強誘電体薄膜を得ることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to obtain a ferroelectric thin film having a remanent polarization larger than that of PZT.

本発明の一観点からは、正方晶Pb(ZrTi1−x)Oに、前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oよりc軸/a軸比が大きい正方晶ペロブスカイト構造を有する材料を添加して(111)優先配向した強誘電体膜と、前記強誘電体膜を挟む下部電極と上部電極とを有することを特徴とする強誘電体キャパシタが提供される。 From one aspect of the present invention, tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) to O 3, the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) c -axis / a-axis ratio than O 3 is large tetragonal perovskite structure There is provided a ferroelectric capacitor comprising a ferroelectric film added with a material having (111) preferential orientation, a lower electrode and an upper electrode sandwiching the ferroelectric film.

また、本発明の別の観点からは、半導体基板と、前記半導体基板に設けた電界効果型トランジスタと、前記電界効果型トランジスタより上層部に設けるとともに、正方晶Pb(ZrTi1−x)Oに、前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oよりc軸/a軸比が大きい正方晶ペロブスカイト構造を有する材料を添加して(111)優先配向した強誘電体膜と、前記強誘電体膜を挟む下部電極と上部電極とからなる強誘電体キャパシタとを有し、前記電界効果型トランジスタのソース電極或いはドレイン電極の一方と前記上部電極或いは下部電極の一方とを電気的に接続するとともに、前記上部電極或いは下部電極の他方をプレート線に接続したことを特徴とする強誘電体メモリ装置が提供される。 From another viewpoint of the present invention, a semiconductor substrate, a field effect transistor provided on the semiconductor substrate, and a tetragonal crystal Pb (Zr x Ti 1-x ) are provided in an upper layer portion than the field effect transistor. the O 3, and the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 was added to materials having from c-axis / a-axis ratio is greater tetragonal perovskite structure (111) strongly preferentially oriented dielectric film, A ferroelectric capacitor including a lower electrode and an upper electrode sandwiching the ferroelectric film, and electrically connecting one of the source electrode or the drain electrode of the field effect transistor and one of the upper electrode or the lower electrode; A ferroelectric memory device is provided in which the other of the upper electrode and the lower electrode is connected to a plate line.

開示の強誘電体キャパシタ及び強誘電体メモリ装置によれば、PZTより大きな残留分極量を有する強誘電体キャパシタ及びPZTより大きな残留分極量を有する強誘電体キャパシタを備えた強誘電体メモリ装置の実現が可能になる。   According to the disclosed ferroelectric capacitor and ferroelectric memory device, there is provided a ferroelectric memory device including a ferroelectric capacitor having a remanent polarization larger than PZT and a ferroelectric capacitor having a remanent polarization larger than PZT. Realization is possible.

本発明の実施の形態の強誘電体キャパシタの概略的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a ferroelectric capacitor according to an embodiment of the present invention. 強誘電体膜の配向性の説明図である。It is explanatory drawing of the orientation of a ferroelectric film. ヒステリシス特性のBZTモル比依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the BZT molar ratio dependence of a hysteresis characteristic. 3%BZT−PZTのヒステリシス特性図である。It is a hysteresis characteristic figure of 3% BZT-PZT. BZTの添加による残留分極量の増大の原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of the increase in the amount of remanent polarization by addition of BZT. PZTと5%BZT−PZTのc軸/a軸比の温度依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the temperature dependence of c-axis / a-axis ratio of PZT and 5% BZT-PZT. 本発明の実施例1のスタック型FeRAMの途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle of the stack type FeRAM of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のスタック型FeRAMの図7以降の途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process until the middle of FIG. 7 after the stack type FeRAM of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のスタック型FeRAMの図8以降の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process after FIG. 8 of stack type FeRAM of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のメモリセルの等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the memory cell according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例2のプレーナ型FeRAMの概略的要部断面図である。It is a schematic principal part sectional drawing of the planar type FeRAM of Example 2 of this invention.

ここで、図1乃至図6を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の実施の形態の強誘電体キャパシタの概略的断面図である。図1に示すように、本発明の実施の形態の強誘電体キャパシタは、下地絶縁膜1上に、下部電極2、(111)主配向した強誘電体膜3及び上部電極4を順次積層して形成される。この場合の強誘電体膜3は、正方晶ペロブスカイト構造のPb(ZrTi1−x)Oに対して、正方晶Pb(ZrTi1−x)Oよりc軸/a軸比が大きい正方晶ペロブスカイト構造を有する材料Bi(M1−y)O(但し、M:Zn,Mg、R:Ti,Zr,Sn,Nb,W)を添加して形成する。 Here, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 6, embodiment of this invention is described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a ferroelectric capacitor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the ferroelectric capacitor according to the embodiment of the present invention, a lower electrode 2, a (111) main-oriented ferroelectric film 3 and an upper electrode 4 are sequentially laminated on a base insulating film 1. Formed. Ferroelectric film 3 in this case, with respect to Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 tetragonal perovskite structure, tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 than c-axis / a-axis ratio material Bi (M y R 1-y ) O 3 ( where, M: Zn, Mg, R : Ti, Zr, Sn, Nb, W) having a large tetragonal perovskite structure is formed by adding.

この場合のPb(ZrTi1−x)Oの組成xは、0.25〜0.45であり、より好適には0.35〜0.45とする。なお、xが0.45を超えると結晶構造が不安定になり、x>0.55では正方晶ではなく斜方晶となる。一方、x<0.25では十分な残留分極量が得られなくなる。 In this case, the composition x of Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 is 0.25 to 0.45, and more preferably 0.35 to 0.45. Note that when x exceeds 0.45, the crystal structure becomes unstable, and when x> 0.55, it becomes orthorhombic rather than tetragonal. On the other hand, when x <0.25, a sufficient amount of remanent polarization cannot be obtained.

また、Bi(M1−y)O(但し、M:Zn,Ti、R:Ti,Zr,Sn,Nb,W)としては、M=Zn且つR=TiのBi(ZnTi1−y)Oが典型的なものであり、また、Bi(M1−y)Oの組成比yは0.45〜0.55の範囲が好適である。 Bi (M y R 1-y ) O 3 (M: Zn, Ti, R: Ti, Zr, Sn, Nb, W) is Bi (Zn y Ti with M = Zn and R = Ti). 1-y ) O 3 is typical, and the composition ratio y of Bi (M y R 1-y ) O 3 is preferably in the range of 0.45 to 0.55.

また、Bi(M1−y)Oの添加量、即ち、Pb(ZrTi1−x)OとBi(M1−y)Oとのモル比は、後述するように98:2〜92:8の範囲が好適である。 The amount of Bi (M y R 1-y ) O 3 , i.e., the molar ratio of Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 and Bi (M y R 1-y ) O 3 will be described later Thus, the range of 98: 2 to 92: 8 is suitable.

この場合の下部電極2は、(111)配向性を持たせた導電性材料層が好適であり、例えば、Pt、Ir、Ru、IrO、或いは、RuOを用いるが、強誘電体膜が酸化物からなるので同じ酸化物であるIrO、或いは、RuOがより好適である。 In this case, the lower electrode 2 is preferably a conductive material layer having (111) orientation. For example, Pt, Ir, Ru, IrO 2 or RuO 2 is used, but a ferroelectric film is used. Since it consists of an oxide, IrO 2 or RuO 2 which is the same oxide is more preferable.

また、下部電極2として(111)配向性を持たせたSrRuO(SRO)または導電性を付与したSrTiO、例えば、NbドープSrTiOを用いても良い。さらには、Pt、Ir、Ru、IrO、或いは、RuOからなる導電層上にSrRuOまたは導電性を付与したSrTiOを導電性酸化物バッファ層として設けた積層構造として用いても良い。このような積層構造を用いることによって強誘電体膜3の(111)配向性をより良好にすることができる。 Further, SrRuO 3 (SRO) with (111) orientation or SrTiO 3 with conductivity, for example, Nb-doped SrTiO 3, may be used as the lower electrode 2. Further, a stacked structure in which SrRuO 3 or SrTiO 3 imparted with conductivity is provided as a conductive oxide buffer layer on a conductive layer made of Pt, Ir, Ru, IrO 2 , or RuO 2 may be used. By using such a laminated structure, the (111) orientation of the ferroelectric film 3 can be improved.

また、上部電極4としては、Pt、Ir、Ru、IrO、RuO、SRO、NbドープSrTiO、IrO/SRO積層構造、YBCO(YBaCu7−x)、LSCO(La2−xSrCuO)を用いる。 As the upper electrode 4, Pt, Ir, Ru, IrO 2, RuO 2, SRO, Nb -doped SrTiO 3, IrO 2 / SRO layered structure, YBCO (YBa 2 Cu 3 O 7-x), LSCO (La 2 using -x Sr x CuO 4).

また、強誘電体膜3の成膜方法としては、ゾルゲル法を用いても良いし、MOCVD法(有機金属気相成長法)を用いても良いし、或いは、スパッタリング法を用いても良い。ゾルゲル法を用いる場合には、溶液原料として各金属のアセチルアセトン錯体(AcAc:acetyl acetone)を用いる。   Further, as a method of forming the ferroelectric film 3, a sol-gel method may be used, an MOCVD method (metal organic chemical vapor deposition method) may be used, or a sputtering method may be used. When the sol-gel method is used, an acetylacetone complex (AcAc) of each metal is used as a solution raw material.

例えば、Bi(M1−y)Oとして、Bi(ZnTi1−y)Oを用いる場合には、PZTゾルゲル溶液としては、
Pb:Pb(AcAc)
Zr:Zr(AcAc)
Ti:Ti(AcAc)
を溶媒に溶かした溶液を用いる。また、BZTゾルゲル溶液としては、
Bi:Bi(AcAc)
Zn:Zn(AcAc)
Ti:Ti(AcAc)
を溶媒に溶かした溶液を用いる。
For example, when using Bi (Zn y Ti 1-y ) O 3 as Bi (M y R 1-y ) O 3, as the PZT sol-gel solution,
Pb: Pb (AcAc)
Zr: Zr (AcAc)
Ti: Ti (AcAc)
A solution in which is dissolved in a solvent is used. Moreover, as a BZT sol-gel solution,
Bi: Bi (AcAc)
Zn: Zn (AcAc)
Ti: Ti (AcAc)
A solution in which is dissolved in a solvent is used.

この場合には、例えば、ゾルゲル溶液の濃度が0.25mol/Lならば、一回当たり50nm〜100nm、例えば、60nmの膜厚が得られるように、PZTゾルゲル溶液とBZTゾルゲル溶液とを98:2〜92:8のモル比で混合したのち、下部電極上に滴下しスピンコートする。この場合、まず、300rpm〜600rpmで5秒〜10秒回転させたのち、2500rpm〜4000rpmで20秒〜30秒回転させる。   In this case, for example, if the concentration of the sol-gel solution is 0.25 mol / L, the PZT sol-gel solution and the BZT sol-gel solution are 98: 100 nm so that a film thickness of 50 nm to 100 nm, for example, 60 nm can be obtained. After mixing at a molar ratio of 2 to 92: 8, the mixture is dropped on the lower electrode and spin coated. In this case, first, it is rotated at 300 rpm to 600 rpm for 5 seconds to 10 seconds, and then rotated at 2500 rpm to 4000 rpm for 20 seconds to 30 seconds.

次いで、空気中或いは酸素雰囲気中で200℃〜360℃の温度で3分〜5分仮焼成したのち、空気中或いは酸素雰囲気中で1分〜6分乾燥させる。この工程を総膜厚が120nm〜300nmになるまで繰り返したのち、酸素雰囲気中で550℃〜650℃の温度で結晶化アニールを行う。   Next, after preliminary calcination at a temperature of 200 ° C. to 360 ° C. for 3 minutes to 5 minutes in air or an oxygen atmosphere, drying is performed for 1 minute to 6 minutes in air or an oxygen atmosphere. After repeating this process until the total film thickness reaches 120 nm to 300 nm, crystallization annealing is performed at a temperature of 550 ° C. to 650 ° C. in an oxygen atmosphere.

また、MOCVD法を用いて成膜する場合には、PZTソースとしては、
Pb:Pb(C1119
Zr:Zr(O−t−C
Ti:Ti(O−I−C
を用いる。また、BZTソースとしては、
Bi:Bi((CH〔2−(CHNCH〕)
Zz:Zr(C1425
Ti:Ti(O−I−C
を用いる。
In addition, when a film is formed using the MOCVD method, as a PZT source,
Pb: Pb (C 11 H 19 O 2 ) 2
Zr: Zr (Ot-C 4 H 9 ) 4
Ti: Ti (O—I—C 3 H 7 ) 4
Is used. As a BZT source,
Bi: Bi ((CH 3 ) 2 [2- (CH 3 ) 2 NCH 2 C 6 H 4 ])
Zz: Zr (C 14 H 25 O 2 ) 2
Ti: Ti (O—I—C 3 H 7 ) 4
Is used.

この場合には、基板温度を550℃〜670℃とした状態で各ソースの供給比率が設定した組成比になるように調整して成膜チャンバーに送り込み、結晶化成膜する。   In this case, in a state where the substrate temperature is set to 550 ° C. to 670 ° C., the supply ratio of each source is adjusted so as to be a set composition ratio and sent to the film formation chamber to perform crystallization film formation.

また、スパッタリング法を用いる場合には、BZTが2%〜8%、より好適には3%〜5%添加されたPZTターゲットを用い、Ar/Oスパッタにより下部基板上にアモルファス膜として成膜したのち、550℃〜670℃の温度で結晶化アニールする。 When sputtering is used, an amorphous film is formed on the lower substrate by Ar / O 2 sputtering using a PZT target to which BZT is added at 2% to 8%, more preferably 3% to 5%. After that, crystallization annealing is performed at a temperature of 550 ° C. to 670 ° C.

図2は、強誘電体膜の配向性の説明図であり、ここでは、(111)配向Pt下部電極上にゾルゲル法で成膜したPZT−BZT膜についての測定結果を示している。なお、上部電極もPtとしている。図に示すように、BZTのモル比が10%になると(111)配向性がかなり悪化することがわかる。   FIG. 2 is an explanatory view of the orientation of the ferroelectric film, and shows the measurement result of the PZT-BZT film formed by the sol-gel method on the (111) -oriented Pt lower electrode. The upper electrode is also Pt. As shown in the figure, it is understood that the (111) orientation is considerably deteriorated when the molar ratio of BZT is 10%.

図3は、ヒステリシス特性のBZTモル比依存性の説明図であり、各200nmの膜厚のPZT−BZT膜をPt電極で挟んだ強誘電体キャパシタに10Vの電圧を印加した場合のヒステリシス特性を示している。図から明らかなように、残留分極量は、
PZT 35μC/cm2
3%BZT−PZT 45μC/cm2
5%BZT−PZT 46μC/cm2
8%BZT−PZT 41μC/cm2
10%BZT−PZT 41μC/cm2
であった。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the dependence of hysteresis characteristics on the BZT molar ratio. The hysteresis characteristics when a voltage of 10 V is applied to a ferroelectric capacitor in which a PZT-BZT film having a thickness of 200 nm is sandwiched between Pt electrodes are shown. Show. As is apparent from the figure, the amount of remanent polarization is
PZT 35μC / cm 2
3% BZT-PZT 45 μC / cm 2
5% BZT-PZT 46 μC / cm 2
8% BZT-PZT 41 μC / cm 2
10% BZT-PZT 41 μC / cm 2
Met.

この図3を上記の図2と合わせて考察すると、BZTの添加効果を十分に発揮するためには、2%以上、より好適には3%以上添加することが好適である。一方、10%以上添加した場合には、(111)配向性が低下するので、添加量は8%以下、より好適には、5%以下とすることが望ましい。   Considering FIG. 3 together with FIG. 2 above, it is preferable to add 2% or more, more preferably 3% or more in order to sufficiently exhibit the effect of adding BZT. On the other hand, when (10)% or more is added, the (111) orientation is lowered, so the addition amount is preferably 8% or less, more preferably 5% or less.

図4は、3%BZT−PZTのヒステリシス特性図であり、印加電圧の増大とともに、残留分極量が増大している。   FIG. 4 is a hysteresis characteristic diagram of 3% BZT-PZT, and the amount of remanent polarization increases as the applied voltage increases.

次に、図5を参照してBZTの添加による残留分極量の増大の原理を説明する。図5(a)はPZTの結晶構造図であり、ABO型の正方晶ペロブスカイト構造である。この場合、Aサイトの原子はPbであり、Bサイトの原子はZr或いはTiとなる。PZTにおいては、組成比によるが30℃におけるc軸/a軸比は1.023程度である。この場合、c軸方向に電圧を印加することによって、Bサイトの原子は電圧の印加方向に移動し、電圧を0Vにした場合にも、格子位置に戻らないので残留分極の原因となる。 Next, with reference to FIG. 5, the principle of increasing the amount of remanent polarization by adding BZT will be described. FIG. 5A is a crystal structure diagram of PZT, which is an ABO 3 type tetragonal perovskite structure. In this case, the atom at the A site is Pb, and the atom at the B site is Zr or Ti. In PZT, although it depends on the composition ratio, the c-axis / a-axis ratio at 30 ° C. is about 1.023. In this case, by applying a voltage in the c-axis direction, atoms at the B site move in the voltage application direction, and even when the voltage is set to 0 V, it does not return to the lattice position, which causes residual polarization.

図5(b)は、3%BZT−PZTの結晶構造図であり、BZT〔Bi(Zn0.5Ti0.5)O〕の室温におけるc軸/a軸比は1.21であり、PZTより大きいので、3%BZT−PZTはc軸方向に伸びた結晶構造となる。 FIG. 5B is a crystal structure diagram of 3% BZT-PZT, and the c-axis / a-axis ratio of BZT [Bi (Zn 0.5 Ti 0.5 ) O 3 ] at room temperature is 1.21. Therefore, 3% BZT-PZT has a crystal structure extending in the c-axis direction.

したがって、c軸方向に電圧を印加した場合に、Bサイトの原子の移動空間が拡がるので、Bサイトの原子の移動が容易になり、それにともなって残留分極量も大きくなる。但し、BZT自体の場合には強誘電体特性が得られず、また、上記の図2に示すように、10%添加した場合の10%BZT−PZTの(111)配向性は低下するので、添加量に上限があることになる。   Therefore, when a voltage is applied in the c-axis direction, the movement space of the B site atoms is expanded, and the movement of the B site atoms is facilitated, and the residual polarization amount is accordingly increased. However, in the case of BZT itself, ferroelectric characteristics cannot be obtained, and as shown in FIG. 2, the (111) orientation of 10% BZT-PZT when 10% is added decreases. There is an upper limit to the amount added.

図6は、PZTと5%BZT−PZTのc軸/a軸比の温度依存性の説明図であり、300℃近傍まではBZTの添加によるc軸/a軸比の増大効果が確認された。したがって、優れた強誘電体特性を示すPZTに対して、それ自体では十分な強誘電体特性は示さないが、PZTよりc軸/a軸比の正方晶ペロブスカイト構造を有する材料を添加することによりBサイトの原子の移動が容易になり、通常の使用温度においては残留分極量が増大する。   FIG. 6 is an explanatory diagram of the temperature dependence of the c-axis / a-axis ratio of PZT and 5% BZT-PZT, and the effect of increasing the c-axis / a-axis ratio by adding BZT was confirmed up to around 300 ° C. . Therefore, PZT which shows excellent ferroelectric properties does not show sufficient ferroelectric properties by itself, but by adding a material having a tetragonal perovskite structure with a c-axis / a-axis ratio from PZT. Movement of atoms at the B site is facilitated, and the amount of remanent polarization increases at normal operating temperatures.

以上を前提として、次に、図7乃至図10を参照して、本発明の実施例1のスタック型FeRAMを説明するが、1メモリセルとして説明する。まず、図7(a)に示すように、p型シリコン基板11にp型ウエル領域12を形成したのち、STI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離絶縁膜13を形成する。なお、p型シリコン基板11の他の領域にはpチャネル型トランジスタを形成するためのn型ウエル領域も形成するが、ここでは説明を簡単にするために図示及び説明は省略する。   Based on the above, the stack type FeRAM according to the first embodiment of the present invention will be described next with reference to FIGS. 7 to 10, but will be described as one memory cell. First, as shown in FIG. 7A, after forming a p-type well region 12 in a p-type silicon substrate 11, an element isolation insulating film 13 having an STI (Shallow Trench Isolation) structure is formed. Note that an n-type well region for forming a p-channel transistor is also formed in another region of the p-type silicon substrate 11, but the illustration and description are omitted here for the sake of simplicity.

次いで、p型ウエル領域12にゲート絶縁膜14を介して多結晶シリコンからなるゲート電極15を形成し、このゲート電極15をマスクとしてAs等のイオンを注入することによってn型エクステンション領域16を形成する。   Next, a gate electrode 15 made of polycrystalline silicon is formed in the p-type well region 12 through the gate insulating film 14, and ions such as As are implanted using the gate electrode 15 as a mask to form an n-type extension region 16. To do.

次いで、全面にSiO膜等を堆積させ、異方性エッチングを施すことによってサイドウォール17を形成したのち、再び、As等をイオン注入することによってn+ 型ドレイン領域18及びn+ 型ソース領域19を形成する。 Next, an SiO 2 film or the like is deposited on the entire surface, and anisotropic etching is performed to form the sidewalls 17. Then, As and the like are ion-implanted again to form the n + -type drain region 18 and the n + -type source region. 19 is formed.

次いで、厚いSiO膜等からなる層間絶縁膜20を形成して平坦化したのち、n+ 型ドレイン領域18及びn+ 型ソース領域19に達するコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールをTiN膜(図示は省略)を介してWで埋め込むことによってWプラグ21,22を形成する。 Next, after an interlayer insulating film 20 made of a thick SiO 2 film or the like is formed and planarized, contact holes reaching the n + type drain region 18 and the n + type source region 19 are formed, and this contact hole is formed as a TiN film ( W plugs 21 and 22 are formed by embedding with W via (not shown).

次いで、図7(b)に示すように、下部電極となる例えば、厚さが、例えば、200nmのPt膜23を全面に堆積させる。この場合、Pt膜23は自己配向により(111)主配向膜となる。   Next, as shown in FIG. 7B, for example, a Pt film 23 having a thickness of, for example, 200 nm is deposited on the entire surface to serve as the lower electrode. In this case, the Pt film 23 becomes a (111) main alignment film by self-alignment.

次いで、ゾルゲル法を用いて強誘電体膜25を形成する。例えば、3モル%のBi(Zn0.5Ti0.5)OをPb(Zr0.4Ti0.6)Oに添加したゾルゲル溶液をPt膜23上に滴下しスピンコート法により成膜する。なお、ゾルゲル溶液としては、上述のように各金属のアセチルアセトン錯体を用いる。 Next, the ferroelectric film 25 is formed using a sol-gel method. For example, a sol-gel solution in which 3 mol% Bi (Zn 0.5 Ti 0.5 ) O 3 is added to Pb (Zr 0.4 Ti 0.6 ) O 3 is dropped on the Pt film 23 and spin coating is performed. Form a film. As the sol-gel solution, an acetylacetone complex of each metal is used as described above.

まず、Pt膜23上にゾルゲル溶液を滴下し、300rpm〜600rpmで5秒〜10秒、例えば、500rpmで5秒回転させたのち、2500rpm〜4000rpm、例えば、3000rpmで20秒間回転させて、均一な厚さにする。   First, a sol-gel solution is dropped on the Pt film 23, rotated at 300 rpm to 600 rpm for 5 seconds to 10 seconds, for example, 500 rpm for 5 seconds, and then rotated at 2500 rpm to 4000 rpm, for example, 3000 rpm for 20 seconds. Make it thick.

次いで、例えば、大気中或いは酸素中において200℃〜360℃、例えば、330℃のホットプレート上で3分〜5分、例えば、4分間仮焼成したのち、引き続いて大気中或いは酸素中で1分〜6分乾燥させる。この工程で例えば、67nmの塗布膜24が形成される。この工程を総膜厚が120nm〜300nm、例えば、200nmになるまで繰り返す。   Next, for example, after calcining on a hot plate at 200 ° C. to 360 ° C., for example, 330 ° C. for 3 minutes to 5 minutes, for example, for 4 minutes in the atmosphere or oxygen, subsequently, for 1 minute in the air or oxygen Allow to dry for ~ 6 minutes. In this step, for example, a 67 nm coating film 24 is formed. This process is repeated until the total film thickness becomes 120 nm to 300 nm, for example, 200 nm.

次いで、図8(c)に示すように、RTA(ラピッドサーマルアニール)炉を用いて酸素雰囲気中で550℃〜650℃、例えば、600℃で30分間保持して塗布膜24を結晶化してPZT−BZTからなる強誘電体膜25とする。   Next, as shown in FIG. 8C, the coating film 24 is crystallized by holding at 550 ° C. to 650 ° C., for example, 600 ° C. for 30 minutes in an oxygen atmosphere using an RTA (rapid thermal annealing) furnace, and PZT. A ferroelectric film 25 made of BZT is used.

次いで、図8(d)に示すように、再び、スパッタ法を用いて強誘電体膜25上に、上部電極となる厚さが、例えば、100nmのPt膜26を堆積させる。   Next, as shown in FIG. 8D, a Pt film 26 having a thickness of, for example, 100 nm as an upper electrode is deposited again on the ferroelectric film 25 by sputtering.

次いで、図9(e)に示すように、レジストパターン(図示は省略)をマスクとしてPt膜26、強誘電体膜25及びPt膜23を順次エッチングすることにより上部電極29/強誘電体膜25/下部電極28からなる強誘電体キャパシタ27を形成する。   Next, as shown in FIG. 9 (e), the Pt film 26, the ferroelectric film 25, and the Pt film 23 are sequentially etched using the resist pattern (not shown) as a mask to thereby form the upper electrode 29 / ferroelectric film 25. / A ferroelectric capacitor 27 composed of the lower electrode 28 is formed.

次いで、エッチングなどで強誘電体膜25が受けたダメージを回復させるため、例えば、大気圧酸素雰囲気中において600℃で30分程度の熱処理を行なう。   Next, in order to recover the damage received by the ferroelectric film 25 by etching or the like, for example, heat treatment is performed at 600 ° C. for about 30 minutes in an atmospheric pressure oxygen atmosphere.

次いで、図9(f)に示すように、全面に薄いAl等からなる保護膜30を成膜したのち、厚さが、例えば、1.5μmのSiO等からなる層間絶縁膜31を堆積させて表面を平坦化する。 Next, as shown in FIG. 9F, after forming a protective film 30 made of thin Al 2 O 3 or the like on the entire surface, an interlayer insulating film 31 made of SiO 2 or the like having a thickness of 1.5 μm, for example. To flatten the surface.

次いで、Wプラグ21及び上部電極29に達するコンタクトホールを形成する。次いで、全面に、TiN膜、Al膜、Ti膜、及び、TiN膜を順次堆積させたのちパターニングしてn+ 型ドレイン領域18に接続するビット線32を形成するとともに、上部電極29に接続するプレート線33を形成する。なお、ゲート電極15はワード線と接続する。 Next, contact holes reaching the W plug 21 and the upper electrode 29 are formed. Next, a TiN film, an Al film, a Ti film, and a TiN film are sequentially deposited on the entire surface and then patterned to form a bit line 32 connected to the n + -type drain region 18 and connected to the upper electrode 29. A plate line 33 is formed. Note that the gate electrode 15 is connected to a word line.

以降は図示を省略するが、回路構成の要求に応じて、3層乃至は5層の配線を行ない、層間絶縁膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの各種絶縁膜を形成することによってデバイスの動作部分を保護する。   Although not shown in the drawings, depending on the requirements of the circuit configuration, wiring of three to five layers is performed, and various insulating films such as an interlayer insulating film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film are formed to form a device. Protect moving parts.

最後に外部引き出し用の電極を形成し、それ以外の部分にはポリイミドを形成して保護層とすることにより、本発明の実施例1のスタック型FeRAMの基本構成が完成する。   Finally, an external lead electrode is formed, and polyimide is formed on the other portions to form a protective layer, thereby completing the basic structure of the stacked FeRAM according to the first embodiment of the present invention.

図10は、図9(f)に示したメモリセルの等価回路図であり、ゲート電極15はワード線34に連なり、一方、強誘電体キャパシタ27はプレート線(接地線)33とn+ 型ソース領域19との間に接続される。 FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the memory cell shown in FIG. 9F. The gate electrode 15 is connected to the word line 34, while the ferroelectric capacitor 27 is connected to the plate line (ground line) 33 and the n + type. Connected to the source region 19.

このように、本発明の実施例1のスタック型FeRAMにおいては強誘電体キャパシタを構成する誘電体膜としてc軸/a軸比がPZTより大きなPZT−BZTを用いているので残留分極量をPZTの35μC/cm2 より大きくすることができる。また、それによって、1メモリセルの微小化が可能になるので、大容量のFeRAMの実現が可能になる。 As described above, in the stack type FeRAM according to the first embodiment of the present invention, PZT-BZT having a c-axis / a-axis ratio larger than PZT is used as the dielectric film constituting the ferroelectric capacitor. Greater than 35 μC / cm 2 . In addition, since one memory cell can be miniaturized, a large-capacity FeRAM can be realized.

次に、図11を参照して、本発明の実施例2のプレーナ型FeRAMを説明する。まず、上記の実施例1と全く同様な工程によりnチャネル型トランジスタを形成するとともに、n+ 型ドレイン領域18及びn+ 型ソース領域19に対するWプラグ21,22を形成する。 Next, referring to FIG. 11, a planar type FeRAM according to the second embodiment of the present invention will be described. First, an n-channel transistor is formed by the same process as in the first embodiment, and W plugs 21 and 22 for the n + -type drain region 18 and the n + -type source region 19 are formed.

次いで、CVD法を用いて全面に薄いSiN膜41及びSiO膜42を堆積させたのち、下部電極となる例えば、厚さが、例えば、200nmのRuO膜43及び厚さが、例えば、100nmのSrRuO膜44を順次堆積させる。この場合のRuO膜43は、自己配向により(111)主配向膜となり、さらに、SrRuO膜44を設けることにより(111)配向性が高まる。 Next, after depositing a thin SiN film 41 and SiO 2 film 42 on the entire surface by using the CVD method, for example, a RuO 2 film 43 having a thickness of, for example, 200 nm and a thickness of, for example, 100 nm are formed as the lower electrode. SrRuO 3 films 44 are sequentially deposited. In this case, the RuO 2 film 43 becomes a (111) main alignment film by self-alignment, and the (111) orientation is further improved by providing the SrRuO 3 film 44.

次いで、MOCVD法を用いて強誘電体膜45を形成する。例えば、Bi(Zn0.5Ti0.5)OとPb(Zr0.4Ti0.6)Oのモル比が3:97になるように各ソースの流量比を設定する。なお、ソースとしては、上記の実施の形態で説明したソースを用い、基板温度を550℃〜670℃、例えば、600℃として結晶化成膜する。 Next, a ferroelectric film 45 is formed using MOCVD. For example, the flow rate ratio of each source is set so that the molar ratio of Bi (Zn 0.5 Ti 0.5 ) O 3 and Pb (Zr 0.4 Ti 0.6 ) O 3 is 3:97. Note that as the source, the source described in the above embodiment mode is used, and the substrate temperature is 550 ° C. to 670 ° C., for example, 600 ° C., and crystallization is performed.

次いで、再び、スパッタ法を用いて強誘電体膜45上に、上部電極となる厚さが、例えば、200nmのRuO膜を堆積させる。次いで、レジストパターン(図示は省略)をマスクとしてRuO膜、強誘電体膜45、SrRuO膜44及びRuO膜43を順次エッチングすることにより上部電極48/強誘電体膜45/下部電極47からなる強誘電体キャパシタ46を形成する。 Next, again, a RuO 2 film having a thickness of, for example, 200 nm to be an upper electrode is deposited on the ferroelectric film 45 by sputtering. Next, the RuO 2 film, the ferroelectric film 45, the SrRuO 3 film 44, and the RuO 2 film 43 are sequentially etched using the resist pattern (not shown) as a mask to sequentially etch the upper electrode 48 / ferroelectric film 45 / lower electrode 47. A ferroelectric capacitor 46 is formed.

次いで、エッチングなどで強誘電体膜45が受けたダメージを回復させるため、例えば、大気圧酸素雰囲気中において600℃で30分程度の熱処理を行なう。   Next, in order to recover the damage received by the ferroelectric film 45 by etching or the like, for example, heat treatment is performed at 600 ° C. for about 30 minutes in an atmospheric pressure oxygen atmosphere.

次いで、全面に薄いAl等からなる絶縁膜49を形成したのち、Wプラグ22に達するコンタクトホールを形成するとともに、上部電極48に対するコンタクトホールを設ける。次いで、全面にTiN膜を堆積させてパターニングすることによって局所内部配線50を形成する。 Next, after forming a thin insulating film 49 made of Al 2 O 3 or the like on the entire surface, a contact hole reaching the W plug 22 and a contact hole for the upper electrode 48 are provided. Next, a local internal wiring 50 is formed by depositing and patterning a TiN film on the entire surface.

次いで、全面に厚さが、例えば、1.5μmのSiO膜等からなる層間絶縁膜51を堆積して平坦化したのち、Wプラグ21に達するコンタクトホールを形成する。次いで、全面に、TiN膜、Al膜、Ti膜、及び、TiN膜を順次堆積させたのちパターニングしてn+ 型ドレイン領域18に接続するビット線52を形成する。なお、ゲート電極15はワード線に接続するとともに、下部電極47はプレート線に接続する。 Next, an interlayer insulating film 51 made of, for example, a 1.5 μm thick SiO 2 film is deposited and planarized on the entire surface, and then a contact hole reaching the W plug 21 is formed. Next, a TiN film, an Al film, a Ti film, and a TiN film are sequentially deposited on the entire surface and then patterned to form the bit line 52 connected to the n + -type drain region 18. The gate electrode 15 is connected to the word line, and the lower electrode 47 is connected to the plate line.

以降は図示を省略するが、回路構成の要求に応じて、3層乃至は5層の配線を行ない、層間絶縁膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの各種絶縁膜を形成することによってデバイスの動作部分を保護する。最後に外部引き出し用の電極を形成し、それ以外の部分にはポリイミドを形成して保護層とすることにより、本発明の実施例2のプレーナ型FeRAMの基本構成が完成する。   Although not shown in the drawings, depending on the requirements of the circuit configuration, wiring of three to five layers is performed, and various insulating films such as an interlayer insulating film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film are formed to form a device. Protect moving parts. Finally, an external lead electrode is formed, and polyimide is formed on the other portions to form a protective layer, thereby completing the basic structure of the planar FeRAM according to the second embodiment of the present invention.

この本発明の実施例2のプレーナ型FeRAMにおいても接続構造が異なるだけで、強誘電体キャパシタを構成する誘電体膜としてPZT−BZTを用いているので残留分極量をPZTの35μC/cm2 より大きくすることができる。また、それによって、1メモリセルの微小化が可能になるので、大容量のFeRAMの実現が可能になる。 Also in the planar type FeRAM according to the second embodiment of the present invention, only the connection structure is different and PZT-BZT is used as the dielectric film constituting the ferroelectric capacitor. Therefore, the residual polarization amount is 35 μC / cm 2 of PZT. Can be bigger. In addition, since one memory cell can be miniaturized, a large-capacity FeRAM can be realized.

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件に限られるものではなく、上記の実施の形態に記載した各条件を採用しても良いものである。例えば、実施例1においては、強誘電体膜の成膜方法としてゾルゲル法を用いているが、MOCVD法或いはスパッタ法を用いても良いものである。   Each example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the conditions shown in each example, and each condition described in the above embodiment may be adopted. is there. For example, in Example 1, the sol-gel method is used as the method for forming the ferroelectric film, but the MOCVD method or the sputtering method may be used.

また、実施例2においては、強誘電体膜の成膜方法としてMOCVD法を用いているが、ゾルゲル法或いはスパッタ法を用いても良いものである。また、上部電極或いは下部電極の材料も上記の実施の形態において開示した範囲内において適宜変更しても良いものである。   In Example 2, the MOCVD method is used as the method for forming the ferroelectric film, but a sol-gel method or a sputtering method may be used. Further, the material of the upper electrode or the lower electrode may be appropriately changed within the range disclosed in the above embodiment.

ここで、実施例1及び実施例2を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
(付記1) 正方晶Pb(ZrTi1−x)Oに、前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oよりc軸/a軸比が大きい正方晶ペロブスカイト構造を有する材料を添加して(111)優先配向した強誘電体膜と、前記強誘電体膜を挟む下部電極と上部電極とを有することを特徴とする強誘電体キャパシタ。
(付記2) 前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oよりc軸/a軸比が大きい正方晶ペロブスカイト構造を有する材料が、Pbの一部をBiに、且つ、M1−y(但し、M:Zn,Mg、R:Ti,Zr,Sn,Nb,W)となることを特徴とする付記1に記載の強誘電体キャパシタ。
(付記3) 前記強誘電体膜は、前記正方晶Pb(ZrTi1−x)OとBi(M1−y)O(但し、M:Zn,Mg、R:Ti,Zr,Sn,Nb,W)とのモル比が98:2〜92:8である材料から形成されたことを特徴とする付記2に記載の強誘電体キャパシタ。
(付記4) 前記Bi(M1−y)O(但し、M:Zn,Mg、R:Ti,Zr,Sn,Nb,W)の組成比yが、0.45〜0.55であることを特徴とする付記3に記載の強誘電体キャパシタ。
(付記5) 前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oの組成比xが0.25〜0.45であることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の強誘電体キャパシタ。
(付記6) 前記下部電極が、(111)配向性を持たせた導電性材料層からなることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載の強誘電体キャパシタ。
(付記7) 前記導電性材料層が、Pt、Ir或いはRuのいずれか、或いは、その酸化物からなることを特徴とする付記6に記載の強誘電体キャパシタ。
(付記8) 前記導電性材料層が、SrRuOまたは導電性を付与したSrTiOからなることを特徴とする付記6に記載の強誘電体キャパシタ。
(付記9) 前記導電性材料層が、SrRuOまたは導電性を付与したSrTiOからなる導電性酸化物バッファ層と、Pt、Ir或いはRuのいずれか、或いは、その酸化物からなる導電層層との積層構造からなる特徴とする付記6に記載の強誘電体キャパシタ。
(付記10) 半導体基板と、前記半導体基板に設けた電界効果型トランジスタと、前記電界効果型トランジスタより上層部に設けるとともに、正方晶Pb(ZrTi1−x)Oに、前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oよりc軸/a軸比が大きい正方晶ペロブスカイト構造を有する材料を添加して(111)優先配向した強誘電体膜と、前記強誘電体膜を挟む下部電極と上部電極とからなる強誘電体キャパシタと、を有し、前記電界効果型トランジスタのソース電極或いはドレイン電極の一方と前記上部電極或いは下部電極の一方とを電気的に接続するとともに、前記上部電極或いは下部電極の他方をプレート線に接続したことを特徴とする強誘電体メモリ装置。
Here, the following supplementary notes are disclosed regarding the embodiment of the present invention including Example 1 and Example 2.
To (Supplementary Note 1) tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3, a material having the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) c -axis / a-axis ratio than O 3 is large tetragonal perovskite structure A ferroelectric capacitor comprising: a ferroelectric film added with (111) preferential orientation; and a lower electrode and an upper electrode sandwiching the ferroelectric film.
(Supplementary Note 2) A material having a tetragonal perovskite structure having a c-axis / a-axis ratio larger than that of the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 is a part of Pb in Bi and M y R 1 The ferroelectric capacitor as set forth in appendix 1, wherein -y (where M: Zn, Mg, R: Ti, Zr, Sn, Nb, W).
(Supplementary Note 3) the ferroelectric film, the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 and Bi (M y R 1-y ) O 3 ( where, M: Zn, Mg, R : Ti, 3. The ferroelectric capacitor according to appendix 2, wherein the ferroelectric capacitor is formed of a material having a molar ratio with Zr, Sn, Nb, W) of 98: 2 to 92: 8.
(Supplementary Note 4) The composition ratio y of Bi (M y R 1-y ) O 3 (M: Zn, Mg, R: Ti, Zr, Sn, Nb, W) is 0.45 to 0.55. The ferroelectric capacitor as set forth in appendix 3, wherein:
(Supplementary Note 5) ferroelectric according to any one of Supplementary Notes 1 to 4 wherein the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 composition ratio x is equal to or is 0.25 to 0.45 Body capacitor.
(Supplementary note 6) The ferroelectric capacitor according to any one of supplementary notes 1 to 5, wherein the lower electrode is made of a conductive material layer having (111) orientation.
(Supplementary note 7) The ferroelectric capacitor according to supplementary note 6, wherein the conductive material layer is made of any one of Pt, Ir, Ru, or an oxide thereof.
(Supplementary note 8) The ferroelectric capacitor according to supplementary note 6, wherein the conductive material layer is made of SrRuO 3 or SrTiO 3 imparted with conductivity.
(Supplementary Note 9) The conductive material layer includes a conductive oxide buffer layer made of SrRuO 3 or SrTiO 3 imparted with conductivity, and a conductive layer layer made of Pt, Ir or Ru, or an oxide thereof. The ferroelectric capacitor according to appendix 6, wherein the ferroelectric capacitor has a laminated structure.
(Supplementary Note 10) A semiconductor substrate, a field effect transistor provided on the semiconductor substrate, and an upper layer portion than the field effect transistor, and the tetragonal crystal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 has the tetragonal crystal. A (111) preferentially oriented ferroelectric film is sandwiched by adding a material having a tetragonal perovskite structure having a larger c-axis / a-axis ratio than Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3, and the ferroelectric film sandwiched between A ferroelectric capacitor composed of a lower electrode and an upper electrode; electrically connecting one of a source electrode or a drain electrode of the field effect transistor and one of the upper electrode or the lower electrode; and A ferroelectric memory device, wherein the other of the upper electrode and the lower electrode is connected to a plate line.

1 下地絶縁膜
2 下部電極
3 強誘電体膜
4 上部電極
11 p型シリコン基板
12 p型ウエル領域
13 素子分離絶縁膜
14 ゲート絶縁膜
15 ゲート電極
16 n型エクステンション領域
17 サイドウォール
18 n+ 型ドレイン領域
19 n+ 型ソース領域
20,31,51 層間絶縁膜
21,22 Wプラグ
23,26 Pt膜
24 塗布膜
25,45 強誘電体膜
27,46 強誘電体キャパシタ
28,47 下部電極
29,48 上部電極
30 保護膜
32,52 ビット線
33 プレート線
34 ワード線
41 SiN膜
42 SiO
43 RuO
44 SrRuO
49 絶縁膜
50 局所内部配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base insulating film 2 Lower electrode 3 Ferroelectric film 4 Upper electrode 11 P-type silicon substrate 12 P-type well region 13 Element isolation insulating film 14 Gate insulating film 15 Gate electrode 16 N-type extension region 17 Side wall 18 n + type drain Region 19 n + type source regions 20, 31, 51 Interlayer insulating films 21, 22 W plug 23, 26 Pt film 24 Coating film 25, 45 Ferroelectric film 27, 46 Ferroelectric capacitor 28, 47 Lower electrodes 29, 48 Upper electrode 30 Protective film 32, 52 Bit line 33 Plate line 34 Word line 41 SiN film 42 SiO 2 film 43 RuO 2 film 44 SrRuO 3 film 49 Insulating film 50 Local internal wiring

Claims (6)

正方晶Pb(ZrTi1−x)Oに、前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oよりc軸/a軸比が大きい正方晶ペロブスカイト構造を有する材料を添加して(111)優先配向した強誘電体膜と、
前記強誘電体膜を挟む下部電極と上部電極と
を有することを特徴とする強誘電体キャパシタ。
Tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3, with the addition of material having the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) c -axis / a-axis ratio than O 3 is large tetragonal perovskite structure ( 111) a preferentially oriented ferroelectric film;
A ferroelectric capacitor comprising a lower electrode and an upper electrode sandwiching the ferroelectric film.
前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oよりc軸/a軸比が大きい正方晶ペロブスカイト構造を有する材料が、Pbの一部がBiに、且つ、ZrTi1−xの一部がM1−y(但し、M:Zn,Mg、R:Ti,Zr,Sn,Nb,W)となることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。 A material having a tetragonal perovskite structure having a c-axis / a-axis ratio larger than that of the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 is a part of Pb in Bi and one of Zr x Ti 1-x . part is M y R 1-y (where, M: Zn, Mg, R : Ti, Zr, Sn, Nb, W) the ferroelectric capacitor according to claim 1, characterized in that a. 前記強誘電体膜は、前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oと前記Bi(M1−y)O(但し、M:Zn,Mg、R:Ti,Zr,Sn,Nb,W)とのモル比が98:2〜92:8である原料から形成されたことを特徴とする請求項2に記載の強誘電体キャパシタ。 The ferroelectric film, the said tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 Bi (M y R 1-y) O 3 ( where, M: Zn, Mg, R : Ti, Zr, Sn , Nb, W). The ferroelectric capacitor according to claim 2, wherein the ferroelectric capacitor is formed from a raw material having a molar ratio of 98: 2 to 92: 8. 前記Bi(M1−y)O(但し、M:Zn,Mg、R:Ti,Zr,Sn,Nb,W)の組成比yが、0.45〜0.55であることを特徴とする請求項3に記載の強誘電体キャパシタ。 The Bi (M y R 1-y ) O 3 ( where, M: Zn, Mg, R : Ti, Zr, Sn, Nb, W) composition ratio y of, that is from 0.45 to 0.55 4. The ferroelectric capacitor according to claim 3, wherein 前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oの組成比xが0.25〜0.45であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の強誘電体キャパシタ。 5. The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein a composition ratio x of the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 is 0.25 to 0.45. . 半導体基板と、
前記半導体基板に設けた電界効果型トランジスタと、
前記電界効果型トランジスタより上層部に設けるとともに、正方晶Pb(ZrTi1−x)Oに、前記正方晶Pb(ZrTi1−x)Oよりc軸/a軸比が大きい正方晶ペロブスカイト構造を有する材料を添加して(111)優先配向した強誘電体膜と、前記強誘電体膜を挟む下部電極と上部電極とからなる強誘電体キャパシタと
を有し、
前記電界効果型トランジスタのソース電極或いはドレイン電極の一方と前記上部電極或いは下部電極の一方とを電気的に接続するとともに、
前記上部電極或いは下部電極の他方をプレート線に接続したことを特徴とする強誘電体メモリ装置。
A semiconductor substrate;
A field effect transistor provided on the semiconductor substrate;
Is provided on the upper portion than the field-effect transistor, the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 , a large c-axis / a-axis ratio than the tetragonal Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 A ferroelectric film (111) preferentially oriented by adding a material having a tetragonal perovskite structure, and a ferroelectric capacitor including a lower electrode and an upper electrode sandwiching the ferroelectric film,
Electrically connecting one of a source electrode or a drain electrode of the field effect transistor and one of the upper electrode or the lower electrode;
A ferroelectric memory device, wherein the other of the upper electrode and the lower electrode is connected to a plate line.
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