JP3599607B2 - ダイナミックメモリ及びダイナミックメモリの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、強誘電体装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、強誘電体装置は、以下の如く形成されていた。すなわち、強誘電体膜の二つの主面に対向する金属電極が形成されて成るのが通例であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術によると、強誘電体膜中のナトリュウム等のアルカリ・イオン等のイオンの電界による移動や、強誘電体構成元素である酸素やチタン等の構成元素の電界による移動に伴う偏析や、電極と強誘電体との界面準位の異なる事等により、強誘電体の電気的特性が一定しないと云う課題や、寿命が短いと云う課題等、特性の安定性上の課題があった。
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決する新しい強誘電体装置構造を提供する事を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明のダイナミックメモリは、
（１）基板と、
前記基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上面に直接形成された酸化タンタルあるいは酸化チタンを構成要素とする高誘電率酸化物膜と、
前記高誘電率酸化物膜の上面に、相互に対向する位置に形成された第一の電極及び第二の電極とを有することを特徴とする。
（２）基板と、
前記基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に相互に対向する位置に形成された第一の電極及び第二の電極と、
前記絶縁膜の上面と前記第一の電極の上面及び前記第二の電極の上面にそれぞれ接して形成された酸化タンタルあるいは酸化チタンを構成要素とする高誘電率酸化物膜とを有することを特徴とする。
また、本発明のダイナミックメモリの製造方法は、
基板上の絶縁膜の上面に直接酸化タンタルあるいは酸化チタンを構成要素とする高誘電率酸化物膜を形成する工程と、
前記高誘電率酸化物膜の上面に、第一の電極および第二の電極を相互に対向する位置に同時に形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
【作用】
燐ガラス層は酸化物強誘電体または高誘電率体中のアルカリ金属可動イオンを捕獲し、特性の劣化を防止し、特性の安定化を図る作用がある。
【０００７】
シリコン窒化膜は酸化物強誘電体または高誘電率体中からの酸素の放出を防止し、酸素欠損による特性の劣化を防止する作用がある。
【０００８】
窒化チタン電極は酸化物強誘電体または高誘電率体に設けられた電極下のチタンや酸素等の酸化物強誘電体または高誘電率体の構成元素の電界印加あるいは空間電荷制限電流による偏析を防止し、特性の安定化を図る作用がある。
【０００９】
酸化物強誘電体膜または高誘電率体膜の一主面に相互に対向する位置に形成された第一の電極及び第二の電極とを有することにより、電極と酸化物強誘電体膜または高誘電率体膜との間の界面準位密度を同一と成す事ができ、極性の反転による特性の変化を防止する作用がある。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳述する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。すなわち、シリコン等の半導体等から成る基板１０１の表面にはシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜等から成る絶縁膜１０２が形成されて成り、該絶縁膜１０２上にはチタンー白金や白金等から成る電極１０３が１０ｎｍ厚さ程度形成され、該電極１０３上に鉛・ジルコニュウム・チタン酸化物（ＰＺＴ）、鉛・ランタン・ジルコニュウム・チタン酸化物（ＰＬＺＴ）、あるいはチタン酸バリュウム等の強誘電体膜１０５か、または酸化タンタルあるいは酸化チタン等の高誘電率酸化物膜をスパッタ蒸着等により１０ｎｍ〜３００ｎｍ厚さ程度形成するに際し、あらかじめＣＶＤ法により形成したシリコン酸化物に酸化燐を混合した燐ガラス、または前記強誘電体膜１０５または高誘電率酸化物膜を形成後燐イオンを打ち込んで強誘電体膜１０５または高誘電率酸化物膜を燐ガラス化等して４ｍｏｌ％程度の燐濃度を有する燐ガラス層１０３を１０ｎｍ厚さ程度形成し、前記強誘電体膜１０５または高誘電率酸化物膜を形成後にも前記方法と同様な方法により燐ガラス層１０６を前記強誘電体膜１０５または高誘電率酸化物膜表面に１０ｎｍ厚さ程度形成後、電極チタンー白金や白金等から成る電極１０７を１０ｎｍ厚さ程度形成したものであるが、前記燐ガラス層１０３は形成しなくても良く、前記燐ガラス層１０６は一旦形成後可動イオンを捕獲させた後除去しても良く、さらに燐ガラス層１０３あるいは１０６を強誘電体膜１０５の側面にまで延在させて形成しても良く、該燐ガラス層等は燐ガラス単層のみならず酸化チタンや酸化シリコン等との多層構造であってもよい。この様に、強誘電体膜または高誘電率酸化物膜等の表面に燐ガラス層を形成すると、該燐ガラス層は強誘電体膜または高誘電率酸化物膜中の可動イオンを捕獲し、可動イオンによる強誘電体膜または高誘電率酸化物膜の特性劣化を防止し、特性の安定化を図る事ができる効果がある。図２は、本発明の他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。すなわち、基板２０１上に形成された絶縁膜２０２上に電極２０３を形成後、ＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜２０４を１０ｎｍ〜５０ｎｍ厚さ程度形成し、次いで強誘電体膜２０５または高誘電率酸化物膜を１０ｎｍ〜３００ｎｍ厚さ程度形成し、次いでＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜２０６を１０ｎｍ〜５０ｎｍ厚さ程度形成し、次いで電極２０７を形成したものであるが、シリコン窒化膜２０３あるいは２０６を強誘電体膜２０５の側面にまで延在させて形成しても良く、あるいはシリコン窒化膜２０３あるいは２０６は電極２０３あるいは２０６の強誘電体膜２０５または高誘電率酸化物膜との界面を除く表面や側面に、あるいはこの場合には電極表面にまで延在して形成されても良く、更に前記実施例の燐ガラス層をシリコン窒化膜２０４あるいは２０６と強誘電体膜２０５または高誘電率酸化物膜との界面に形成しても良く、該シリコン窒化膜はシリコン窒化膜単層のみならずシリコン酸化膜や酸化チタン膜との多層膜構造であっても良い。この場合に、強誘電体膜または高誘電率酸化物膜等を酸素アニールや酸素プラズマ・アニールして酸素を飽和させた後に、その表面にシリコン窒化膜を形成すると強誘電体膜または高誘電率酸化物膜に酸素欠損を生じる事なく、電界印加や空間電荷制限電流が流れる事による酸素欠損に伴う特性劣化を防止する事ができる効果がある。
【００１２】
図３は、本発明のその他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。すなわち、基板３０１上の絶縁膜３０２上に電極３０３を形成後、強誘電体膜３０４または高誘電率酸化物膜を１０ｎｍ〜３００ｎｍ厚さ程度形成し、窒化チタン膜３０５から成る電極をＣＶＤ法やスパッタ蒸着法等により１０ｎｍ〜１００ｎｍ厚さ程度形成したものであるが、該窒化チタン膜３０５上または該窒化チタン膜３０５下に他の金属や合金から成る電極を積層して形成しても良く、また前記電極３０３も窒化チタン膜や窒化チタン膜と他の金属や合金との積層構造から成る電極であっても良い。更に、前記実施例等に示した燐ガラス層やシリコン窒化膜あるいはそれらの積層膜を窒化チタン電極と強誘電体膜３０４との界面に形成しても良い。この場合に、強誘電体膜または高誘電率酸化物膜等を酸素アニールや酸素プラズマ・アニールして酸素を飽和させた後に、その表面に窒化チタン電極を形成すると強誘電体膜または高誘電率酸化物膜に酸素欠損を生じる事なく、電界印加や空間電荷制限電流が流れる事による酸素欠損に伴う特性劣化を防止する事ができる効果がある。
【００１３】
図４は、本発明の更にその他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。すなわち、基板４０１上の絶縁膜４０２上に電極４０３を形成後、強誘電体膜４０４または高誘電率酸化物膜を５ｎｍ〜３００ｎｍ厚さ程度形成し、該強誘電体膜４０４または高誘電率酸化物膜の表面に対向して形成された２つの対向電極４０５および４０６を形成したものであるが、前記電極４０３は必ずしも必要ではなく、また対向電極４０５および４０６は強誘電体膜４０４または高誘電率酸化物膜の一主面に形成されていれば良く、すなわち対向電極４０５および４０６は絶縁膜４０２と強誘電体膜４０４または高誘電率酸化物膜との界面に形成されても良い。更に、前記実施例等に示した燐ガラス層やシリコン窒化膜あるいはそれらの積層膜や窒化チタン電極を本実施例に適用しても良い事は云うまでもない。この様に、強誘電体膜または高誘電率酸化物膜の一主面に対向電極を設けると、各電極と強誘電体膜または高誘電率酸化物膜との界面処理が同一となり、界面準位密度も同一となり、電極の極性を変化させても電気的特性の対称性が良好と成り、電気的特性の安定化を図る事ができる効果がある。
【００１４】
尚、本発明は実施例等に示した平面型強誘電体装置のみならず、縦型強誘電体装置やダイナミック・メモリのコンデンサー部や独立型強誘電体コンデンサー等の強誘電体装置等にも適用する事ができる事は云うまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
本発明により、強誘電体の電気的特性が一定し、寿命が長い、特性の安定した強誘電体装置を提供する事ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。
【図３】本発明のその他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。
【図４】本発明の更にその他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１・・・基板
１０２、２０２、３０２、４０２・・・絶縁膜
１０３、１０７、２０３、２０７、３０３、４０３・・・電極
１０４、１０６・・・燐ガラス層
１０５、２０５、３０４、４０４・・・強誘電体膜
２０４、２０６・・・シリコン窒化膜
３０５・・・窒化チタン膜
４０５、４０６・・・対向電極
【産業上の利用分野】
本発明は、強誘電体装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、強誘電体装置は、以下の如く形成されていた。すなわち、強誘電体膜の二つの主面に対向する金属電極が形成されて成るのが通例であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術によると、強誘電体膜中のナトリュウム等のアルカリ・イオン等のイオンの電界による移動や、強誘電体構成元素である酸素やチタン等の構成元素の電界による移動に伴う偏析や、電極と強誘電体との界面準位の異なる事等により、強誘電体の電気的特性が一定しないと云う課題や、寿命が短いと云う課題等、特性の安定性上の課題があった。
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決する新しい強誘電体装置構造を提供する事を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明のダイナミックメモリは、
（１）基板と、
前記基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上面に直接形成された酸化タンタルあるいは酸化チタンを構成要素とする高誘電率酸化物膜と、
前記高誘電率酸化物膜の上面に、相互に対向する位置に形成された第一の電極及び第二の電極とを有することを特徴とする。
（２）基板と、
前記基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に相互に対向する位置に形成された第一の電極及び第二の電極と、
前記絶縁膜の上面と前記第一の電極の上面及び前記第二の電極の上面にそれぞれ接して形成された酸化タンタルあるいは酸化チタンを構成要素とする高誘電率酸化物膜とを有することを特徴とする。
また、本発明のダイナミックメモリの製造方法は、
基板上の絶縁膜の上面に直接酸化タンタルあるいは酸化チタンを構成要素とする高誘電率酸化物膜を形成する工程と、
前記高誘電率酸化物膜の上面に、第一の電極および第二の電極を相互に対向する位置に同時に形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
【作用】
燐ガラス層は酸化物強誘電体または高誘電率体中のアルカリ金属可動イオンを捕獲し、特性の劣化を防止し、特性の安定化を図る作用がある。
【０００７】
シリコン窒化膜は酸化物強誘電体または高誘電率体中からの酸素の放出を防止し、酸素欠損による特性の劣化を防止する作用がある。
【０００８】
窒化チタン電極は酸化物強誘電体または高誘電率体に設けられた電極下のチタンや酸素等の酸化物強誘電体または高誘電率体の構成元素の電界印加あるいは空間電荷制限電流による偏析を防止し、特性の安定化を図る作用がある。
【０００９】
酸化物強誘電体膜または高誘電率体膜の一主面に相互に対向する位置に形成された第一の電極及び第二の電極とを有することにより、電極と酸化物強誘電体膜または高誘電率体膜との間の界面準位密度を同一と成す事ができ、極性の反転による特性の変化を防止する作用がある。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳述する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。すなわち、シリコン等の半導体等から成る基板１０１の表面にはシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜等から成る絶縁膜１０２が形成されて成り、該絶縁膜１０２上にはチタンー白金や白金等から成る電極１０３が１０ｎｍ厚さ程度形成され、該電極１０３上に鉛・ジルコニュウム・チタン酸化物（ＰＺＴ）、鉛・ランタン・ジルコニュウム・チタン酸化物（ＰＬＺＴ）、あるいはチタン酸バリュウム等の強誘電体膜１０５か、または酸化タンタルあるいは酸化チタン等の高誘電率酸化物膜をスパッタ蒸着等により１０ｎｍ〜３００ｎｍ厚さ程度形成するに際し、あらかじめＣＶＤ法により形成したシリコン酸化物に酸化燐を混合した燐ガラス、または前記強誘電体膜１０５または高誘電率酸化物膜を形成後燐イオンを打ち込んで強誘電体膜１０５または高誘電率酸化物膜を燐ガラス化等して４ｍｏｌ％程度の燐濃度を有する燐ガラス層１０３を１０ｎｍ厚さ程度形成し、前記強誘電体膜１０５または高誘電率酸化物膜を形成後にも前記方法と同様な方法により燐ガラス層１０６を前記強誘電体膜１０５または高誘電率酸化物膜表面に１０ｎｍ厚さ程度形成後、電極チタンー白金や白金等から成る電極１０７を１０ｎｍ厚さ程度形成したものであるが、前記燐ガラス層１０３は形成しなくても良く、前記燐ガラス層１０６は一旦形成後可動イオンを捕獲させた後除去しても良く、さらに燐ガラス層１０３あるいは１０６を強誘電体膜１０５の側面にまで延在させて形成しても良く、該燐ガラス層等は燐ガラス単層のみならず酸化チタンや酸化シリコン等との多層構造であってもよい。この様に、強誘電体膜または高誘電率酸化物膜等の表面に燐ガラス層を形成すると、該燐ガラス層は強誘電体膜または高誘電率酸化物膜中の可動イオンを捕獲し、可動イオンによる強誘電体膜または高誘電率酸化物膜の特性劣化を防止し、特性の安定化を図る事ができる効果がある。図２は、本発明の他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。すなわち、基板２０１上に形成された絶縁膜２０２上に電極２０３を形成後、ＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜２０４を１０ｎｍ〜５０ｎｍ厚さ程度形成し、次いで強誘電体膜２０５または高誘電率酸化物膜を１０ｎｍ〜３００ｎｍ厚さ程度形成し、次いでＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜２０６を１０ｎｍ〜５０ｎｍ厚さ程度形成し、次いで電極２０７を形成したものであるが、シリコン窒化膜２０３あるいは２０６を強誘電体膜２０５の側面にまで延在させて形成しても良く、あるいはシリコン窒化膜２０３あるいは２０６は電極２０３あるいは２０６の強誘電体膜２０５または高誘電率酸化物膜との界面を除く表面や側面に、あるいはこの場合には電極表面にまで延在して形成されても良く、更に前記実施例の燐ガラス層をシリコン窒化膜２０４あるいは２０６と強誘電体膜２０５または高誘電率酸化物膜との界面に形成しても良く、該シリコン窒化膜はシリコン窒化膜単層のみならずシリコン酸化膜や酸化チタン膜との多層膜構造であっても良い。この場合に、強誘電体膜または高誘電率酸化物膜等を酸素アニールや酸素プラズマ・アニールして酸素を飽和させた後に、その表面にシリコン窒化膜を形成すると強誘電体膜または高誘電率酸化物膜に酸素欠損を生じる事なく、電界印加や空間電荷制限電流が流れる事による酸素欠損に伴う特性劣化を防止する事ができる効果がある。
【００１２】
図３は、本発明のその他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。すなわち、基板３０１上の絶縁膜３０２上に電極３０３を形成後、強誘電体膜３０４または高誘電率酸化物膜を１０ｎｍ〜３００ｎｍ厚さ程度形成し、窒化チタン膜３０５から成る電極をＣＶＤ法やスパッタ蒸着法等により１０ｎｍ〜１００ｎｍ厚さ程度形成したものであるが、該窒化チタン膜３０５上または該窒化チタン膜３０５下に他の金属や合金から成る電極を積層して形成しても良く、また前記電極３０３も窒化チタン膜や窒化チタン膜と他の金属や合金との積層構造から成る電極であっても良い。更に、前記実施例等に示した燐ガラス層やシリコン窒化膜あるいはそれらの積層膜を窒化チタン電極と強誘電体膜３０４との界面に形成しても良い。この場合に、強誘電体膜または高誘電率酸化物膜等を酸素アニールや酸素プラズマ・アニールして酸素を飽和させた後に、その表面に窒化チタン電極を形成すると強誘電体膜または高誘電率酸化物膜に酸素欠損を生じる事なく、電界印加や空間電荷制限電流が流れる事による酸素欠損に伴う特性劣化を防止する事ができる効果がある。
【００１３】
図４は、本発明の更にその他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。すなわち、基板４０１上の絶縁膜４０２上に電極４０３を形成後、強誘電体膜４０４または高誘電率酸化物膜を５ｎｍ〜３００ｎｍ厚さ程度形成し、該強誘電体膜４０４または高誘電率酸化物膜の表面に対向して形成された２つの対向電極４０５および４０６を形成したものであるが、前記電極４０３は必ずしも必要ではなく、また対向電極４０５および４０６は強誘電体膜４０４または高誘電率酸化物膜の一主面に形成されていれば良く、すなわち対向電極４０５および４０６は絶縁膜４０２と強誘電体膜４０４または高誘電率酸化物膜との界面に形成されても良い。更に、前記実施例等に示した燐ガラス層やシリコン窒化膜あるいはそれらの積層膜や窒化チタン電極を本実施例に適用しても良い事は云うまでもない。この様に、強誘電体膜または高誘電率酸化物膜の一主面に対向電極を設けると、各電極と強誘電体膜または高誘電率酸化物膜との界面処理が同一となり、界面準位密度も同一となり、電極の極性を変化させても電気的特性の対称性が良好と成り、電気的特性の安定化を図る事ができる効果がある。
【００１４】
尚、本発明は実施例等に示した平面型強誘電体装置のみならず、縦型強誘電体装置やダイナミック・メモリのコンデンサー部や独立型強誘電体コンデンサー等の強誘電体装置等にも適用する事ができる事は云うまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
本発明により、強誘電体の電気的特性が一定し、寿命が長い、特性の安定した強誘電体装置を提供する事ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。
【図３】本発明のその他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。
【図４】本発明の更にその他の実施例を示す強誘電体装置の要部の断面図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１・・・基板
１０２、２０２、３０２、４０２・・・絶縁膜
１０３、１０７、２０３、２０７、３０３、４０３・・・電極
１０４、１０６・・・燐ガラス層
１０５、２０５、３０４、４０４・・・強誘電体膜
２０４、２０６・・・シリコン窒化膜
３０５・・・窒化チタン膜
４０５、４０６・・・対向電極
Claims (3)
- 基板と、
前記基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上面に直接形成された酸化タンタルあるいは酸化チタンを構成要素とする高誘電率酸化物膜と、
前記高誘電率酸化物膜の上面に、相互に対向する位置に形成された第一の電極及び第二の電極とを有することを特徴とするダイナミックメモリ。 - 基板と、
前記基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に相互に対向する位置に形成された第一の電極及び第二の電極と、
前記絶縁膜の上面と前記第一の電極の上面及び前記第二の電極の上面にそれぞれ接して形成された酸化タンタルあるいは酸化チタンを構成要素とする高誘電率酸化物膜とを有することを特徴とするダイナミックメモリ。 - 基板上の絶縁膜の上面に直接酸化タンタルあるいは酸化チタンを構成要素とする高誘電率酸化物膜を形成する工程と、
前記高誘電率酸化物膜の上面に、第一の電極および第二の電極を相互に対向する位置に同時に形成する工程とを備えたことを特徴とするダイナミックメモリの製造方法。
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| JP18075399A JP3599607B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | ダイナミックメモリ及びダイナミックメモリの製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP18075399A JP3599607B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | ダイナミックメモリ及びダイナミックメモリの製造方法 |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP (1) | JP3599607B2 (ja) |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP18075399A patent/JP3599607B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2000082783A (ja) | 2000-03-21 |
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