JPH05283612A - Capacity element - Google Patents

Capacity element

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JPH05283612A
JPH05283612A JP4082461A JP8246192A JPH05283612A JP H05283612 A JPH05283612 A JP H05283612A JP 4082461 A JP4082461 A JP 4082461A JP 8246192 A JP8246192 A JP 8246192A JP H05283612 A JPH05283612 A JP H05283612A
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JP
Japan
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film
electrode
dielectric
capacitive element
oxide
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Application number
JP4082461A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuaki Saito
克明 斉藤
Saigou Sai
宰豪 崔
Takuya Fukuda
琢也 福田
Michio Ogami
三千男 大上
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To heighten integration degree of capacitor elements by constituting at least one electrode of an insulator composed of a plurality of elements which exhibit a dielectric constant of 20 or above upon oxidation or an insulator having histeresis in polarization. CONSTITUTION:After forming an SiO2 film 105 on a silicon substrate 106, a polysilicon film 104 is deposited and an alloy film 103 of lead and titanium is further formed thereon. A ferroelectric thin film 102 of BaTiO3 is formed in contact with this alloy film and polysilicon 101 is finally deposited to constitute a capacitor element. The ferroelectric thin film 102 of BaTiO3 has the specific dielectric constant of 20 or above and thereby a capacitor having required capacitance can be constituted with reduced area.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電体または高誘電
体を用いた容量素子の高集積化、さらにこの容量素子を
用いた高集積度の半導体記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to high integration of a capacitive element using a ferroelectric material or a high dielectric material, and a semiconductor memory device having a high integration degree using this capacitive element.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイナミックランダムアクセスメモリ
(DRAM)はコンピュータの記憶素子として記憶容量
が大きく高速であることから近年精力的に研究され、よ
り高速高集積化が進んでいる。
2. Description of the Related Art A dynamic random access memory (DRAM) has been studied vigorously in recent years because of its large storage capacity and high speed as a storage element of a computer, and higher speed and higher integration have been advanced.

【0003】図7は一般的なDRAMメモリセル部の基
本的な回路図を示す。メモリセルはMOSトランジスタ
1101とコンデンサ1102が1対となり構成され、
コンデンサ1102に蓄積された電荷の量によって1ビ
ットのデータを記憶する。MOSトランジスタ1101
のゲート電極はワード線1103に接続され、さらにワ
ード線1103は周辺回路のデコーダドライバに連結さ
れている。また、MOSトランジスタ1101のドレイ
ン電極はビット線1104に接続され、更にこのビット
線はセンスアンプ1105、読み出し回路1106、書
き込み回路1107等の周辺回路に接続されている。ま
た、ドレイン電極はコンデンサの一方の電極に接続され
ており、もう一方の電極は各ビット共通のプレート線に
接続されている。
FIG. 7 shows a basic circuit diagram of a general DRAM memory cell section. The memory cell is composed of a MOS transistor 1101 and a capacitor 1102 as a pair,
1-bit data is stored according to the amount of charge accumulated in the capacitor 1102. MOS transistor 1101
Is connected to the word line 1103, and the word line 1103 is connected to the decoder driver of the peripheral circuit. The drain electrode of the MOS transistor 1101 is connected to the bit line 1104, and this bit line is connected to peripheral circuits such as the sense amplifier 1105, the read circuit 1106, and the write circuit 1107. The drain electrode is connected to one electrode of the capacitor, and the other electrode is connected to a plate line common to each bit.

【0004】この、コンデンサ1102の容量はα線が
もたらす電荷によるエラー(ソフトエラーと呼ばれる)
に対する耐性を備えるためには100fC以上の電荷が
蓄積されていなければならない。仮に電源電圧3Vでプ
レート電極に1/2Vccの1.5Vが印加されていた
とすると、コンデンサ1102には60fF以上の容量
が必要となる。
The capacitance of the capacitor 1102 is an error (called a soft error) due to the electric charge caused by α rays.
In order to have a resistance to, a charge of 100 fC or more must be accumulated. If 1.5 V of 1/2 Vcc is applied to the plate electrode at a power supply voltage of 3 V, the capacitor 1102 needs to have a capacity of 60 fF or more.

【0005】一般にコンデンサの容量は絶縁膜の比誘電
率及びコンデンサの電極面積に比例し、絶縁膜の膜厚に
反比例するから、コンデンサの容量を大きくするために
は電極の表面積を大きくし、絶縁膜の膜厚を薄くし、誘
電率の大きな絶縁膜を用いる必要がある。しかし、高集
積化DRAMにおいてはメモリセル1個当りの占める表
面積を縮小することが要求され、これまで用いられてき
た技術では充分なコンデンサの電極面積を得ることが困
難になってきている。そのため表面積を増すための研究
が行われている。例えば1991 Symposium on VLSI Techn
ology Digestof Technical Papers P7-P13に記載のよう
に複雑なプロセスを経て表面積の増大が図られている。
絶縁膜の膜厚は絶縁破壊電界強度との関連から絶縁膜の
薄膜化には限界がある。
Generally, the capacitance of a capacitor is proportional to the relative permittivity of the insulating film and the electrode area of the capacitor, and is inversely proportional to the film thickness of the insulating film. It is necessary to reduce the film thickness and use an insulating film having a large dielectric constant. However, in the highly integrated DRAM, it is required to reduce the surface area occupied by each memory cell, and it is becoming difficult to obtain a sufficient capacitor electrode area by the techniques used so far. Therefore, research is being conducted to increase the surface area. For example, 1991 Symposium on VLSI Techn
The surface area is being increased through a complex process as described in ology Digestof Technical Papers P7-P13.
The thickness of the insulating film has a limit in reducing the thickness of the insulating film because of its relation to the breakdown electric field strength.

【0006】一方、第8回強誘電体応用会議講演予稿集
p3−p29に記載してあるように絶縁膜の比誘電率の
大きな物質を用いようとする研究が進められている。比
誘電率の大きな物質としてはTa25、TiO2で20
から100程度さらにそれ以上の物質としてはPb(Z
rTi)O3、(PbLa)(ZrTi)O3、BaTi
3、SrTiO3などのペロブスカイト型の結晶構造を
もつ強誘電体を用いようとするものである。
On the other hand, as described in Proceedings of the 8th Ferroelectric Application Conference Proceedings, p3-p29, research is underway to use substances having a large relative dielectric constant of an insulating film. Ta 2 O 5 and TiO 2 are 20 as materials having a large relative dielectric constant.
To about 100 or more, Pb (Z
rTi) O 3 , (PbLa) (ZrTi) O 3 , BaTi
A ferroelectric material having a perovskite type crystal structure such as O 3 or SrTiO 3 is to be used.

【0007】図37は強誘電体の自発分極作用を説明す
る図表を示す。
FIG. 37 is a diagram for explaining the spontaneous polarization effect of the ferroelectric substance.

【0008】本図に示すように強誘電体には自発分極と
呼ばれる外部より電界を印加せずとも、物質中に分極を
有する現象がある。この自発分極をメモリとして用いる
強誘電体メモリに関する技術は特開昭63−20199
8号公報、特開昭64−066897号公報、特開平1
−158691号公報に記載されている。
As shown in this figure, there is a phenomenon called spontaneous polarization in a substance, which has polarization in the substance, even when no electric field is applied from the outside. A technique relating to a ferroelectric memory using this spontaneous polarization as a memory is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-20199.
No. 8, JP-A-64-066897, JP-A-1
It is described in JP-A-158691.

【0009】図8は強誘電体の分極の履歴を用いたメモ
リセルの等価回路図を示す。このメモリセルは1対のト
ランジスタと強誘電体容量素子により構成されている。
その際、強誘電体の残留分極を生じることを利用して記
憶状態を不揮発的に保持することが出来る。以下このよ
うなメモリを強誘電体メモリ(FRAM)と呼びDRA
Mと区別する。
FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram of a memory cell using the history of polarization of the ferroelectric substance. This memory cell is composed of a pair of transistors and a ferroelectric capacitor.
At this time, the storage state can be retained in a non-volatile manner by utilizing the remanent polarization of the ferroelectric substance. Hereinafter, such a memory is referred to as a ferroelectric memory (FRAM), and DRA
Distinguish from M.

【0010】誘電体の応用としてはさらに赤外線セン
サ、電気光学など、様々なものがある。これらの電子部
品においても小型化、集積化に伴い、誘電体も小型化、
薄膜化が進みつつある。
There are various other applications of the dielectric such as an infrared sensor and electro-optics. With the miniaturization and integration of these electronic components, the dielectric is also miniaturized.
Thinning is progressing.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】コンピュータの小型
化、高速化のためにはコンピュータ内部の記憶装置の高
集積化の必要性がある。そのためこれら内部記憶装置に
用いられている半導体装置の小型化するためには1ビッ
トあたりの記憶セルの縮小が望まれる。そのため、ダイ
ナミック型メモリや強誘電体不揮発性メモリに用いられ
ている容量素子の縮小が必要となり、容量素子に用いら
れている誘電体の高誘電率化や図37に示した強誘電体
の自発分極値の上昇が不可欠となる。
In order to reduce the size and increase the speed of a computer, it is necessary to highly integrate the storage device inside the computer. Therefore, in order to miniaturize the semiconductor device used in these internal storage devices, it is desired to reduce the storage cells per bit. Therefore, it is necessary to reduce the capacitance element used in the dynamic type memory and the ferroelectric non-volatile memory, and the dielectric constant used in the capacitance element is increased and the ferroelectric substance spontaneously shown in FIG. Increasing the polarization value is essential.

【0012】しかし、上記従来技術においては、誘電率
が20以上または分極に履歴を有するような酸化物絶縁
体を成膜し良好な結晶性を得るためには酸素雰囲気下で
基板温度を500℃以上の高温とする必要がある。この
ために下地電極が高温の状態で酸素雰囲気に暴露される
ために、アルミニウム等の貴金属以外の金属や、ポリシ
リコン等の半導体を下地電極として用いた場合にはこれ
ら金属や半導体の表面が酸化され絶縁体が形成される。
However, in the above-mentioned prior art, in order to form an oxide insulator having a dielectric constant of 20 or more or a history of polarization to obtain good crystallinity, the substrate temperature is 500 ° C. in an oxygen atmosphere. It is necessary to raise the temperature above. For this reason, the base electrode is exposed to an oxygen atmosphere at a high temperature, and when a metal other than a noble metal such as aluminum or a semiconductor such as polysilicon is used as the base electrode, the surface of the metal or the semiconductor is oxidized. And an insulator is formed.

【0013】図38は貴金属を下地電極として用いその
上に強誘電体を形成した場合の容量素子の説明図であ
る。
FIG. 38 is an explanatory diagram of a capacitive element in which a noble metal is used as a base electrode and a ferroelectric substance is formed thereon.

【0014】図39はアルミニウムを下地電極として用
いその上に強誘電体を形成した場合の容量素子の説明図
である。
FIG. 39 is an explanatory diagram of a capacitive element when aluminum is used as a base electrode and a ferroelectric substance is formed thereon.

【0015】図39に示すように金属や半導体が酸化さ
れて形成された物質の比誘電率は例えばSiO2で約
4.0、Al23で約9.0程度であり比誘電率が20
未満である。また、このような表面が酸化されて形成さ
れる酸化物の膜厚は5nm〜20nm程度である。
As shown in FIG. 39, the relative permittivity of a substance formed by oxidizing a metal or a semiconductor is, for example, about 4.0 for SiO 2 and about 9.0 for Al 2 O 3 , and the relative permittivity is about 10. 20
Is less than. The film thickness of the oxide formed by oxidizing such a surface is about 5 nm to 20 nm.

【0016】この結果、堆積された高誘電率膜と表面が
酸化されて形成された低誘電率膜との直列接合となり、
高誘電率膜の膜厚を薄くしても見かけ上、高い誘電率の
膜を得ることはできない。
As a result, a series junction is formed between the deposited high dielectric constant film and the low dielectric constant film formed by oxidizing the surface,
Even if the film thickness of the high-dielectric-constant film is reduced, it is impossible to obtain a film having a high dielectric constant.

【0017】図40は図38と図39に示す強誘電体を
形成した容量素子の強誘電体膜厚と容量の関係を示す図
表である。
FIG. 40 is a table showing the relationship between the ferroelectric film thickness and the capacitance of the capacitive element formed with the ferroelectric shown in FIGS. 38 and 39.

【0018】本図は強誘電体としてBaTiO3を用い
その誘電率を2000とし、下地電極をポリシリコンと
しSiとの界面にSiO2膜が5nm形成されたとし、
電極面積1×1μm2としたときのコンデンサの容量と
BaTiO3膜厚の関係をシミュレーションした結果と
酸化膜が形成されなかったときの関係をそれぞれ示し
た。このような表面積の小さく高誘電率膜の膜厚を仮に
薄くしたとしても所望の容量値を得ることができないと
いった問題がある。また、このように膜厚を薄くした際
には電極間のリーク電流が大きくなり電荷の保持特性が
悪くなるといった問題がある。また、このような容量素
子をDRAMの容量として用いた場合には書き込み時に
蓄えられた電荷が減少し、読み出し時に充分な電荷量が
残らなくなるので膜厚を薄く出来ず、そのため所望の容
量を得ようとした場合、容量の占有面積が増大し素子面
積の縮小が図れないといった問題がある。
In this figure, it is assumed that BaTiO 3 is used as the ferroelectric substance, its dielectric constant is 2000, the base electrode is polysilicon, and the SiO 2 film is formed to a thickness of 5 nm at the interface with Si.
The results of simulating the relationship between the capacitance of the capacitor and the thickness of the BaTiO 3 film when the electrode area was 1 × 1 μm 2 and the relationship when no oxide film was formed are shown. Even if the high-dielectric-constant film having such a small surface area is made thin, there is a problem that a desired capacitance value cannot be obtained. Further, when the film thickness is reduced in this way, there is a problem that the leak current between the electrodes becomes large and the charge retention characteristics deteriorate. Further, when such a capacitive element is used as the capacitance of a DRAM, the charge accumulated during writing decreases, and a sufficient amount of charge does not remain during reading, so that the film thickness cannot be reduced, and therefore the desired capacitance is obtained. In such a case, there is a problem that the area occupied by the capacitance increases and the element area cannot be reduced.

【0019】また、仮に表面に低誘電率の酸化物が形成
されない金属を用いたとしても、誘電率が20以上また
は分極に履歴を有するような酸化物絶縁体を下地材であ
る金属や絶縁体上に形成すると、下地材とこの酸化物絶
縁体膜との格子定数の不整合より酸化物絶縁体膜の結晶
性が界面付近で悪化し界面付近の誘電率が低下する。こ
の結果、下地材を酸化されない金属とし、この金属を一
方の電極とする容量素子を構成すると、高誘電率層と下
地材との界面付近の低誘電率層とが直列に結合された容
量となり、この低誘電率層が例え数nmの薄膜であった
としても実効的な誘電率は低下する問題がある。
Even if a metal having no low dielectric constant oxide formed on the surface is used, an oxide insulator having a dielectric constant of 20 or more or having a history of polarization is used as a base material or an insulator. If formed above, the crystallinity of the oxide insulator film deteriorates near the interface due to the mismatch of the lattice constants of the base material and the oxide insulator film, and the dielectric constant near the interface decreases. As a result, if the base material is made of a metal that is not oxidized and this metal is used as one of the electrodes, a capacitor with a high dielectric constant layer and a low dielectric constant layer near the interface between the base material and a series is formed. However, even if this low dielectric constant layer is a thin film of several nm, there is a problem that the effective dielectric constant is lowered.

【0020】このような低誘電率の酸化物を形成しない
物質として、図38に示すようにこれまで白金やパラジ
ウムのような貴金属が用いられている。これれらの技術
において仮には比較的、結晶性が優れ誘電率の高い強誘
電体膜が形成でき、実効的な誘電率の高い絶縁体が形成
されても、白金等の貴金属はドライエチングによる加工
が困難でイオンミリングまたはウェトエッチングによっ
てのみ加工が可能である。上記、イオンミリングやウェ
ットエッチング技術ではドライエッチングでなされるよ
うな微細加工を行うことができず高集積化の容量素子を
形成することが困難である。
As a substance which does not form such a low dielectric constant oxide, a noble metal such as platinum or palladium has been used so far as shown in FIG. In these technologies, even if a ferroelectric film with a relatively high crystallinity and a high dielectric constant can be formed and an insulator with a high effective dielectric constant is formed, noble metals such as platinum are processed by dry etching. However, it can be processed only by ion milling or wet etching. With the ion milling and wet etching techniques described above, it is difficult to form a highly integrated capacitive element because it is not possible to perform fine processing as is done by dry etching.

【0021】本発明の目的は、高集積度の容量素子を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a highly integrated capacitive element.

【0022】本発明の目的は、高集積度の容量素子を用
いたメモリを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a memory using a highly integrated capacitive element.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】上記目的は、誘電率が2
0以上または分極に履歴を有する酸化物誘電体と、該酸
化物誘電体の両面に接する電極とから構成される容量素
子において、少なくとも1方の電極が複数の元素よりな
り酸化されると20以上の誘電率を持つ絶縁体あるいは
分極に履歴を有する絶縁体となることにより達成され
る。
[Means for Solving the Problems] The above-mentioned object is to obtain a dielectric constant of 2
In a capacitive element including 0 or more or an oxide dielectric having a history of polarization and electrodes in contact with both surfaces of the oxide dielectric, at least one electrode is composed of a plurality of elements and is 20 or more when oxidized. This is achieved by using an insulator having a dielectric constant of or a history of polarization.

【0024】上記目的は、複数の元素の酸化により形成
される誘電体膜と、該誘電体膜の両面に接する電極とか
ら構成される容量素子において、少なくとも1方の電極
が前記誘電体膜に含まれる複数の元素を含むことにより
達成される。
The above object is to provide a capacitive element comprising a dielectric film formed by oxidation of a plurality of elements and electrodes in contact with both surfaces of the dielectric film, wherein at least one electrode is the dielectric film. This is achieved by including a plurality of contained elements.

【0025】上記目的は、前記誘電体膜が比誘電率が2
0以上の高誘電体膜であることにより達成される。
The above-mentioned object is that the dielectric film has a relative dielectric constant of 2
This is achieved by having a high dielectric film of 0 or more.

【0026】上記目的は、前記誘電体膜が分極に履歴を
有する強誘電体膜であることにより達成される。
The above object is achieved by the fact that the dielectric film is a ferroelectric film having a history of polarization.

【0027】上記目的は、前記誘電体が少なくとも1方
の電極の酸化により形成されたことにより達成される。
The above objective is accomplished by the fact that the dielectric is formed by oxidation of at least one electrode.

【0028】上記目的は、前記酸化物誘電体と、前記電
極とは前記電極の酸化物を介して接していることにより
達成される。
The above object is achieved by the fact that the oxide dielectric and the electrode are in contact with each other through the oxide of the electrode.

【0029】上記目的は、前記誘電体と、前記誘電体を
構成する複数の元素を含む電極とが前記電極の酸化物を
介して接していることにより達成される。
The above object is achieved by the fact that the dielectric and the electrode containing a plurality of elements forming the dielectric are in contact with each other through the oxide of the electrode.

【0030】上記目的は、前記の容量素子の酸化物誘電
体の分極に履歴を有し、1方の電極が能動素子に電気的
に接続されて前記酸化物絶縁体の分極方向により記憶機
能を備えた記憶セルが半導体基板上にマトリクス状に配
設されてなる不揮発性メモリを提供することにより達成
される。
The above-mentioned object has a history of polarization of the oxide dielectric of the capacitive element, and one electrode is electrically connected to the active element so that the memory function is determined by the polarization direction of the oxide insulator. This is achieved by providing a non-volatile memory in which the provided memory cells are arranged in a matrix on a semiconductor substrate.

【0031】上記目的は、前記容量素子の1方の電極が
能動素子に電気的に接続されたダイナミックランダムア
クセスメモリを提供することにより達成される。
The above object is achieved by providing a dynamic random access memory in which one electrode of the capacitive element is electrically connected to an active element.

【0032】上記目的は、前記不揮発性メモリを用いた
半導体メモリーカードを提供することにより達成され
る。
The above object can be achieved by providing a semiconductor memory card using the non-volatile memory.

【0033】上記目的は、前記ダイナミックランダムア
クセスメモリを用いた半導体メモリーカードを提供する
ことにより達成される。
The above object is achieved by providing a semiconductor memory card using the dynamic random access memory.

【0034】上記目的は、前記不揮発性メモリを用いた
半導体ディスク基板を提供することにより達成される。
The above object is achieved by providing a semiconductor disk substrate using the non-volatile memory.

【0035】上記目的は、前記ダイナミックランダムア
クセスメモリを用いた半導体ディスク基板を提供するこ
とにより達成される。
The above object is achieved by providing a semiconductor disk substrate using the dynamic random access memory.

【0036】上記目的は、前記不揮発性メモリを用いた
マイクロプロセッサ提供することにより達成される。
The above object can be achieved by providing a microprocessor using the non-volatile memory.

【0037】上記目的は、前記ダイナミックランダムア
クセスメモリを用いたマイクロプロセッサを提供するこ
とにより達成される。
The above object is achieved by providing a microprocessor using the dynamic random access memory.

【0038】上記目的は、前記不揮発性メモリ、ダイナ
ミックランダムアクセスメモリ、半導体メモリーカー
ド、半導体ディスク基板、マイクロプロセッサの何れか
を用いたコンピュータを提供することにより達成され
る。
The above object can be achieved by providing a computer using any of the nonvolatile memory, dynamic random access memory, semiconductor memory card, semiconductor disk substrate, and microprocessor.

【0039】[0039]

【作用】酸化物高誘電体あるいは酸化物強誘電体を用い
た容量素子の電極として用いられてきた従来の材料に代
わり、2種以上の元素よりなり酸化されると20以上の
誘電率を持つ絶縁体あるいは分極に履歴を有する絶縁体
となる材料を用いることにより、酸化物高誘電体あるい
は酸化物強誘電体を得る酸化工程で電極と誘電体との間
に酸化膜が形成されてもこの酸化膜の誘電率は高くある
いは強誘電性を示し、電極、この酸化膜、酸化物高誘電
体あるいは酸化物強誘電体とが直列接合になっても容量
素子全体の容量値を低下せず高い容量値が得られるから
容量素子の集積度を高くすることができる。
[Function] Instead of the conventional material used as the electrode of the capacitive element using the oxide high dielectric or the oxide ferroelectric, it is composed of two or more kinds of elements and has a dielectric constant of 20 or more when oxidized. Even if an oxide film is formed between the electrode and the dielectric in the oxidation step for obtaining the oxide high dielectric or oxide ferroelectric by using a material that becomes an insulator or an insulator having a history of polarization The dielectric constant of the oxide film is high or exhibits ferroelectricity, and even if the electrode, this oxide film, the oxide high dielectric substance or the oxide ferroelectric substance is connected in series, the capacitance value of the entire capacitance element does not decrease and is high. Since the capacitance value is obtained, the degree of integration of the capacitance element can be increased.

【0040】誘電体中に含まれる2種以上の元素を電極
中に含有することにより、電極表面が酸化された物質に
より容量値を低下させることなく、この表面が酸化され
た電極はそのまま誘電体と同様の組成となり、結晶性も
向上することにより電極間のリーク電流を低減すると共
に、誘電体の誘電率を向上させることができる。
By containing two or more kinds of elements contained in the dielectric in the electrode, the electrode whose surface is oxidized does not decrease the capacitance value by the substance whose surface is oxidized, and the electrode whose surface is oxidized is the dielectric. The composition is similar to the above, and the crystallinity is improved, so that the leak current between the electrodes can be reduced and the dielectric constant of the dielectric can be improved.

【0041】このような容量素子の誘電体として比誘電
率が20以上の高誘電体または強誘電体膜を用いること
により容量値の大きな容量を得て必要な容量を少ない容
量面積で構成できる。
By using a high-dielectric or ferroelectric film having a relative permittivity of 20 or more as a dielectric of such a capacitive element, a capacitance having a large capacitance value can be obtained and a required capacitance can be constructed with a small capacitance area.

【0042】このような誘電体物質としてはKNbO3、NaT
aO3、KTaO3、SrTiO3、BaTiO3、PbTiO3、SrZrO3、BaZr
O3、BiFeO3、(Na1/2Bi1/2)TiO3、(K1/2Bi1/2)TiO3、(K
1/2La1/ 2)TiO3、(Ba1/2Pb1/2)TiO3、(Ca1/2Sr1/2)Ti
O3、(Na1/2Nd1/2)TiO3、(Ag1/2Ce1/ 2)TiO3、(Pb1/2Ca
1/2)ZrO3、Ba(Mg1/2Te1/2)O3、Ba(Mn1/2Te1/2)O3、Ba(C
o1/2Te1/2)O3、Ba(Cd1/2Te1/2)O3、Pb(Mg1/2Te1/2)O3
Pb(Mn1/2Te1/2)O3、Pb(Co1/2Te1/2)O3、Pb(Ni1/2Te1/2)
O3、Pb(Zn1/2Te1/2)O3、Pb(Cd1/2Te1/2)O3、Pb(Co1/2W1
/2)O3、Pb(Zr1/2Ti1/2)O3、Pb(Mg1/2Nb1/2)O3、Pb(Sc
1/2Nb1/2)O3、Pb(Mn1/2Nb1 /2)O3、Pb(Fe1/2Nb1/2)O3、P
b(Ni1/2Nb1/2)O3、Pb(In1/2Nb1/2)O3、Pb(Fe1/2W1/ 2)
O3、Pb(Lu1/2Ta1/2)O3、Pb(Yb1/2Ta1/2)O3、Pb(Cu1/2Sb
1/2)O3、Pb(Al1/2Sb1/ 2)O3、Ca(Mg1/2Te1/2)O3、Ca(Mn
1/2Te1/2)O3を用い、電極材料としては、KNb、Na
Ta、KTa、SrTi、BaTi、PbTi、SrZ
r、BaZr、BiFe、NaBiTi、KBiTi、
KLaTi、BaPbTiO3、CaSrTi、NaN
dTi、AgCeTi、PbCaZr、BaMgTe、
BaMnTe、BaCoTe、BaCdTe、PbMg
Te、PbMnTe、PbCoTe、ZnTe、PbC
dTe、PbCoW、PbZrTi、PbMgNb、P
bScNb、PbMnNb、PbFeNb、PbNiN
b、PbInNb、PbFeW、PbLuTa、PbY
bTa、PbCuSb、PbAlSb、CaMgTe、
CaMnTeの材材料を用いることにより誘電体と電極
の整合性が向上する。
As such a dielectric material, KNbO 3 , NaT
aO 3 , KTaO 3 , SrTiO 3 , BaTiO 3 , PbTiO 3 , SrZrO 3 , BaZr
O 3 , BiFeO 3 , (Na 1/2 Bi 1/2 ) TiO 3 , (K 1/2 Bi 1/2 ) TiO 3 , (K
1/2 La 1/2) TiO 3 , (Ba 1/2 Pb 1/2) TiO 3, (Ca 1/2 Sr 1/2) Ti
O 3, (Na 1/2 Nd 1/2 ) TiO 3, (Ag 1/2 Ce 1/2) TiO 3, (Pb 1/2 Ca
1/2 ) ZrO 3 , Ba (Mg 1/2 Te 1/2 ) O 3 , Ba (Mn 1/2 Te 1/2 ) O 3 , Ba (C
o 1/2 Te 1/2 ) O 3 , Ba (Cd 1/2 Te 1/2 ) O 3 , Pb (Mg 1/2 Te 1/2 ) O 3 ,
Pb (Mn 1/2 Te 1/2 ) O 3 , Pb (Co 1/2 Te 1/2 ) O 3 , Pb (Ni 1/2 Te 1/2 )
O 3 , Pb (Zn 1/2 Te 1/2 ) O 3 , Pb (Cd 1/2 Te 1/2 ) O 3 , Pb (Co 1/2 W 1
/ 2 ) O 3 , Pb (Zr 1/2 Ti 1/2 ) O 3 , Pb (Mg 1/2 Nb 1/2 ) O 3 , Pb (Sc
1/2 Nb 1/2) O 3, Pb (Mn 1/2 Nb 1/2) O 3, Pb (Fe 1/2 Nb 1/2) O 3, P
b (Ni 1/2 Nb 1/2) O 3, Pb (In 1/2 Nb 1/2) O 3, Pb (Fe 1/2 W 1/2)
O 3 , Pb (Lu 1/2 Ta 1/2 ) O 3 , Pb (Yb 1/2 Ta 1/2 ) O 3 , Pb (Cu 1/2 Sb
1/2) O 3, Pb (Al 1/2 Sb 1/2) O 3, Ca (Mg 1/2 Te 1/2) O 3, Ca (Mn
1/2 Te 1/2 ) O 3 is used, and the electrode material is KNb, Na
Ta, KTa, SrTi, BaTi, PbTi, SrZ
r, BaZr, BiFe, NaBiTi, KBiTi,
KLaTi, BaPbTiO 3 , CaSrTi, NaN
dTi, AgCeTi, PbCaZr, BaMgTe,
BaMnTe, BaCoTe, BaCdTe, PbMg
Te, PbMnTe, PbCoTe, ZnTe, PbC
dTe, PbCoW, PbZrTi, PbMgNb, P
bScNb, PbMnNb, PbFeNb, PbNiN
b, PbInNb, PbFeW, PbLuTa, PbY
bTa, PbCuSb, PbAlSb, CaMgTe,
By using the CaMnTe material, the matching between the dielectric and the electrode is improved.

【0043】上記誘電体を用いた容量素子の上記電極の
いくつかを酸化することにより容易でしかも均一な膜特
性を持つ誘電体を形成することができる。
By oxidizing some of the electrodes of the capacitive element using the above-mentioned dielectric, a dielectric having easy and uniform film characteristics can be formed.

【0044】このような容量素子の酸化物誘電体と電極
との間に、電極の酸化物を介在させることにより誘電体
の整合性が向上する。
By interposing the oxide of the electrode between the oxide dielectric of such a capacitive element and the electrode, the matching of the dielectric is improved.

【0045】上記2種の容量素子の電極の酸化物を酸素
雰囲気において高温熱処理を加えることにより形成させ
たものである。または、電極の酸化物を酸素を含むプラ
ズマに該電極を暴露することにより比較的低温で誘電体
膜を形成することができ他の比較的耐熱性の低い素子と
のプロセスのコンパチビリティーが向上し多機能の素子
をオンチップ化させることが可能となる。
The oxides of the electrodes of the above two types of capacitive elements are formed by applying high temperature heat treatment in an oxygen atmosphere. Alternatively, by exposing the electrode oxide to plasma containing oxygen, the dielectric film can be formed at a relatively low temperature, and the process compatibility with other relatively low heat resistance elements is improved. However, it becomes possible to make a multifunctional element on-chip.

【0046】電極の酸化物は該酸化物誘電体を形成する
過程において形成することにより電極の酸化物をあえて
形成するための工程を省き素子価格の低下と共に、プロ
セス間のバラツキを低減させることができる。
By forming the oxide of the electrode in the process of forming the oxide dielectric, the step for intentionally forming the oxide of the electrode can be omitted, and the element cost can be reduced and the variation between the processes can be reduced. it can.

【0047】上記の容量素子の酸化物絶縁体の分極に履
歴を有し、この容量素子の電極が能動素子に電気的に接
続させ、酸化物絶縁体の分極方向により記憶機能を備え
た記憶セルが半導体基板上にマトリクス状に配設し半導
体記憶装置を構成することによりメモリ特性を有する容
量素子を小さな占有面積でできるため素子の高集積化、
小型化高機能化が可能となると共に、高集積、小型化に
より処理速度を向上させることができる。
A memory cell having a history of polarization of the oxide insulator of the above-mentioned capacitance element, an electrode of this capacitance element being electrically connected to an active element, and having a storage function depending on the polarization direction of the oxide insulator. By arranging in a matrix on a semiconductor substrate to form a semiconductor memory device, a capacitive element having memory characteristics can be formed in a small occupied area, so that high integration of the element can be achieved.
In addition to miniaturization and high functionality, the processing speed can be improved by high integration and miniaturization.

【0048】上記容量素子の電極がMOSトランジスタ
のソース電極に電気的に接続し、もう一方の電極が他の
記憶素子と共通の電極に接続し、該容量素子に蓄積され
る電荷量により記憶機能を備えた記憶セルがマトリクス
状に配設され、上記MOSトランジスタのゲート電極は
ドライバ回路に接続される他のMOSトランジスタのゲ
ート電極と電気的に共通の配線に接続し、またMOSト
ランジスタの他の1つの電極は増幅回路、読み出し回
路、書き込み回路、ドライバ回路に接続される他のいく
つかの記憶セルと共通の線に接続しダイナミックランダ
ムアクセスメモリを構成することにより、データ蓄積容
量のチップ上占有面積を縮小でき上記の不揮発性メモリ
と同様に素子の高集積化、小型化高機能化が可能となる
と共に、高集積、小型化により処理速度を向上させるこ
とができる。
The electrode of the capacitance element is electrically connected to the source electrode of the MOS transistor, the other electrode is connected to the electrode common to the other storage element, and the storage function is determined by the amount of charge accumulated in the capacitance element. Memory cells provided with are arranged in a matrix, the gate electrode of the MOS transistor is connected to a wiring electrically common to the gate electrode of another MOS transistor connected to the driver circuit, and One electrode is connected to a common line with some other memory cells connected to an amplifier circuit, a read circuit, a write circuit, and a driver circuit to form a dynamic random access memory, so that the data storage capacity is occupied on the chip. The area can be reduced and high integration, miniaturization and high functionality of the device can be achieved as well as the above non-volatile memory. It is possible to improve the processing speed by reduction.

【0049】上記のランダムアクセスメモリ又は不揮発
性メモリを用い、半導体メモリーカード、半導体ディス
ク基板を構成し、ランダムアクセスメモリ又は不揮発性
メモリを内蔵キャッシュメモリーとして用いマイクロプ
ロセッサや上記のメモリを用いコンピュータを構成する
ことにより、安価で大容量の固体記録媒体が形成でき、
高速処理ができしかも小型化が可能となりしかも低消費
電力化ができる。さらに、強誘電体メモリを用いること
によりソフトエラーに強いメモリが得られる。
A semiconductor memory card or a semiconductor disk substrate is constructed by using the above random access memory or nonvolatile memory, a microprocessor is constructed by using the random access memory or nonvolatile memory as an internal cache memory, and a computer is constructed by using the above memory. By doing so, an inexpensive and large-capacity solid recording medium can be formed,
High-speed processing is possible, downsizing is possible, and low power consumption is possible. Further, by using the ferroelectric memory, a memory resistant to soft error can be obtained.

【0050】[0050]

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説
明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0051】実施例1 図1は本発明の実施例1の酸化物強誘電体薄膜の堆積状
態を示す模式図である。8インチのSi基板106上に
SiO2膜105を100nm形成した後、ポリSi膜
104を100nm堆積しさらに鉛とチタンの合金膜1
03が50nm形成され、この合金膜と接してBaTi
3の強誘電体薄膜102が100nm形成され最後に
ポリSi101が堆積され容量素子を構成している。
Example 1 FIG. 1 is a schematic diagram showing a deposited state of an oxide ferroelectric thin film of Example 1 of the present invention. A SiO 2 film 105 having a thickness of 100 nm is formed on an 8-inch Si substrate 106, a poly-Si film 104 having a thickness of 100 nm is deposited, and a lead-titanium alloy film 1 is formed.
03 is formed to a thickness of 50 nm and is in contact with this alloy film to form BaTi.
A ferroelectric thin film 102 of O 3 having a thickness of 100 nm is formed, and finally poly-Si 101 is deposited to form a capacitive element.

【0052】本実施例では合金膜を用いたが導電性を有
する焼結金属を用いても同等の効果がある。
Although an alloy film is used in this embodiment, the same effect can be obtained by using a conductive sintered metal.

【0053】図2は従来技術による容量素子の模式図で
ある。
FIG. 2 is a schematic diagram of a capacitive element according to the prior art.

【0054】本図は下地電極としてポリシリコンのみを
用いた容量素子の断面構造を示している。8インチのS
i基板上106にSiO2膜105を100nm形成
し、ポリSi膜201を100nm堆積し、BaTiO
3の強誘電体薄膜102が100nm形成され最後にポ
リSi101が堆積され容量素子を構成している。それ
ぞれの膜の成膜方法は図1に示した成膜方法と同じもの
である。また、図2と同じ構造で下地金属として白金1
00nm、BaTiO3を100nm、ポリSiを10
0nm堆積して容量素子を構成した。
This drawing shows a cross-sectional structure of a capacitor element using only polysilicon as a base electrode. 8 inch S
A SiO 2 film 105 having a thickness of 100 nm is formed on the i substrate 106, and a poly Si film 201 is deposited to have a thickness of 100 nm.
A ferroelectric thin film 102 of 3 is formed to a thickness of 100 nm, and finally poly-Si 101 is deposited to form a capacitive element. The film forming method of each film is the same as the film forming method shown in FIG. In addition, the same structure as in FIG.
00 nm, BaTiO 3 100 nm, poly-Si 10
0 nm was deposited to form a capacitive element.

【0055】これら、3種の容量素子の容量値は図1の
容量が59fF/μm2、図2の容量素子のうち下地金
属にポリSiを用いた膜は6.5fF/μm2であり、
下地金属に白金を用いた膜は62fF/μm2である。
この結果より本発明の容量素子はポリSiを下地金属と
して用いた容量素子の約10倍程度の容量値を持ち、白
金を下地膜として用いた容量素子とほぼ同程度の容量値
が得られている。しかし白金を電極として用いた場合に
はドライエッチングによる加工ができず、王水またはイ
オンミリングによってのみ加工が可能である。そのた
め、微細加工が困難であり、また仮に微細加工を行った
としてもその形状にバラツキが多く電極面積1μm2
容量素子を形成した際に、PbTiZ4電極を用いた容
量素子に比較してその容量値のバラツキが10倍に拡大
する。
[0055] These, capacitance values of the three of the capacitor capacitance 59fF / μm 2 of Figure 1, film using poly-Si on the underlying metal out of the capacitive element in FIG. 2 is a 6.5fF / μm 2,
The film using platinum as the base metal has a film thickness of 62 fF / μm 2 .
From this result, the capacitance element of the present invention has a capacitance value about 10 times that of the capacitance element using poly-Si as the base metal, and a capacitance value substantially the same as that of the capacitance element using platinum as the base film is obtained. There is. However, when platinum is used as an electrode, it cannot be processed by dry etching, and can be processed only by aqua regia or ion milling. Therefore, it is difficult to perform microfabrication, and even if microfabrication is performed, there are many variations in the shape, and when a capacitive element having an electrode area of 1 μm 2 is formed, it is more difficult than a capacitive element using a PbTiZ 4 electrode. The variation of the capacitance value is expanded ten times.

【0056】また、ポリSiやアルミニウム等の貴金属
以外の金属を電極として用いた容量素子の容量値が低い
原因は、分析の結果により強誘電体膜成膜の際、下地金
属との界面との間に下地金属の酸化膜が形成されている
ためと判明した。ポリSiと強誘電体膜と間にSiO2
膜50nmの膜厚が形成される。SiO2膜の誘電率は
4.0であり、この低誘電率膜が高誘電率膜と直列結合
となるために誘電率が低下したものである。
The cause of the low capacitance value of the capacitive element using a metal other than a noble metal such as poly-Si or aluminum as an electrode is that the interface with the underlying metal during the formation of the ferroelectric film is based on the analysis result. It was found that an oxide film of the underlying metal was formed between them. SiO 2 between the poly-Si and the ferroelectric film
A film thickness of 50 nm is formed. The SiO 2 film has a dielectric constant of 4.0, and this low dielectric constant film is connected in series with the high dielectric constant film, so that the dielectric constant is lowered.

【0057】ここで、鉛チタン合金の成膜方法について
説明する。上記合金はRFマグネトロンスパッタ法によ
り形成されている。
Here, a method of forming a lead titanium alloy film will be described. The alloy is formed by the RF magnetron sputtering method.

【0058】図3は鉛とチタンの二相合金の状態図を示
す。このように鉛とチタンを混合させた場合、鉛対チタ
ンのモル比1対4の場合安定な合金状態となる。本実施
例におけるターゲットの組成も1:4の鉛チタン合金を
用いている。アルゴンをスパッタガスとし、スパッタ圧
力0.3Paで、基板温度300℃にてスパッタを行う
と、ターゲットとほぼ同じ組成であるモル比1:4の鉛
チタンの合金膜が成膜される。
FIG. 3 shows a phase diagram of a two-phase alloy of lead and titanium. When lead and titanium are mixed in this way, a stable alloy state is obtained when the molar ratio of lead to titanium is 1: 4. The composition of the target in this embodiment is also a lead titanium alloy of 1: 4. When argon is used as a sputtering gas and sputtering is performed at a substrate pressure of 300 ° C. at a sputtering pressure of 0.3 Pa, a lead-titanium alloy film having a molar ratio of 1: 4 and having substantially the same composition as the target is formed.

【0059】また、BaTiO3強誘電体薄膜はECR
プラズマアシスト有機金属CVD法により成膜されてい
る。
The BaTiO 3 ferroelectric thin film has an ECR
The film is formed by the plasma assisted metal organic CVD method.

【0060】図4はECRプラズマアシスト有機金属C
VD装置の構成を示す説明図である。本図に示すように
基板の設置される基板ホルダ401を備えた真空容器
と、この真空容器に石英製のマイクロ波導入窓412を
介してマイクロ波導破管が接続され、さらにマイクロ波
発生装置403となるマグネトロンが連結されている。
マグネトロンからは2.45GHzのマイクロ波電界が
発生しマイクロ波導破管を伝搬し石英窓を透過し真空容
器内に導入される。図には省略したが、マイクロ波導破
管にはマイクロ波チューナ、マイクロ波伝搬検出器等が
備えられ、基板上でマイクロ波の電界方向が基板に対し
平行となるように予めチューニングされている。また、
図には省略したが真空容器とゲートバルブを介して基板
搬入ロボット室を備えこの基板搬送ロボットにより基板
が真空容器内に搬入される。また、ロボット室は他の成
膜装置等とやはりゲートバルブを介して接続され基板を
他の処理を含め連続的に処理することができる。基板ホ
ルダ401には加熱ヒータ406を備え基板を最高10
00℃まで加熱可能となっている。また、真空容器の周
囲には磁界コイル405が設置され基板上で磁力線の方
向が基板と垂直向きになり、磁束密度が最大1000ガ
ウスまで発生できる。有機金属ソース容器には有機金属
キャリアガスが導入できるようにキャリアガスボンベ4
11から配管が設置され配管は室温から300℃まで温
度制御が可能である。有機金属ソース407、408及
び有機金属ソース導入配管もやはりヒータ409により
それぞれ独立に室温から300℃まで温度制御可能であ
る。なお、基板上に均一に成膜処理が行えるようにガス
は基板に対し垂直方向に導入され、多数の導入孔を有し
ている。
FIG. 4 shows ECR plasma assisted organometallic C.
It is explanatory drawing which shows the structure of a VD apparatus. As shown in the figure, a vacuum container provided with a substrate holder 401 on which a substrate is installed, a microwave blast tube is connected to the vacuum container through a microwave introduction window 412 made of quartz, and a microwave generator 403 is further provided. Is connected to the magnetron.
A microwave electric field of 2.45 GHz is generated from the magnetron, propagates through the microwave blast tube, passes through the quartz window, and is introduced into the vacuum container. Although not shown in the figure, the microwave blast tube is provided with a microwave tuner, a microwave propagation detector, etc., and is tuned in advance so that the electric field direction of the microwave is parallel to the substrate. Also,
Although not shown in the drawing, a substrate loading robot chamber is provided via a vacuum container and a gate valve, and the substrate is loaded into the vacuum container by the substrate transfer robot. Further, the robot chamber is connected to another film forming apparatus or the like through the gate valve, and the substrate can be continuously processed including other processing. The substrate holder 401 is equipped with a heater 406 and the substrate can be set to a maximum of 10
It can be heated up to 00 ° C. Further, a magnetic field coil 405 is installed around the vacuum container so that the direction of magnetic force lines on the substrate is perpendicular to the substrate, and a magnetic flux density of up to 1000 gauss can be generated. Carrier gas cylinder 4 so that an organometallic carrier gas can be introduced into the organometallic source container
The pipe is installed from 11, and the temperature of the pipe can be controlled from room temperature to 300 ° C. The temperature of the organometallic sources 407 and 408 and the organometallic source introducing pipe can also be independently controlled by the heater 409 from room temperature to 300 ° C. The gas is introduced in a direction perpendicular to the substrate and has a large number of introduction holes so that the film can be uniformly formed on the substrate.

【0061】BaTiO3の成膜プロセスは以下の通り
である。
The BaTiO 3 film formation process is as follows.

【0062】予め真空容器を1.0×10の−6乗To
rrまで排気し、基板をヒータ406により基板の表面
温度が600℃となるまで加熱する。Ti(OC25
2407とBa(DPM)2408をそれぞれの容器及び
配管ヒータ409により80℃、200℃に加熱し、加
熱により気化したそれぞれの材料ガスを50ml/mi
n、150ml/minの流量の酸素ガス411をキャ
リアガスとしてで真空容器内に導入する。導入されたガ
スはマイクロ波の電界と磁界とにより電子サイクロトロ
ン共鳴をおこしプラズマ状態となり、分解された金属元
素と励起状態にある酸素と反応し基板方向に加速され成
膜処理を施す。
A vacuum vessel was previously set to 1.0 × 10 −6 To.
After exhausting to rr, the substrate is heated by the heater 406 until the surface temperature of the substrate reaches 600 ° C. Ti (OC 2 H 5 )
2 407 and Ba (DPM) 2 408 are heated to 80 ° C. and 200 ° C. by respective container and pipe heaters 409, and the respective material gas vaporized by heating is heated to 50 ml / mi.
Oxygen gas 411 having a flow rate of n and 150 ml / min is introduced as a carrier gas into the vacuum container. The introduced gas causes electron cyclotron resonance by an electric field and a magnetic field of microwaves to be in a plasma state, reacts with the decomposed metal element and oxygen in an excited state, is accelerated toward the substrate, and is subjected to a film forming process.

【0063】実施例2 強誘電体は成膜後450℃以上の高温のアニールを長時
間行うことにより、その結晶性が向上し誘電率が上昇し
リーク電流が低下することが知られている。そこで容量
素子を構成後600℃、10時間の熱処理を行い、その
容量素子の容量値を評価した。この結果いずれの容量素
子においても容量値が低下し、それぞれ20fF/μm
2、5fF/μm2、19fF/μm2であった。これは
強誘電体膜中の酸素が熱拡散し上部電極のポリSiとの
界面に低誘電率のSiO2膜が形成され、低誘電率膜と
の直列容量が形成されたために総合容量値が低下したも
のである。
Example 2 It is known that the ferroelectric material is improved in crystallinity, dielectric constant and leak current by annealing at high temperature of 450 ° C. or higher for a long time after film formation. Therefore, after forming the capacitor, heat treatment was performed at 600 ° C. for 10 hours, and the capacitance value of the capacitor was evaluated. As a result, the capacitance value is lowered in any of the capacitive elements, and each of them is 20 fF / μm
2 , 5 fF / μm 2 and 19 fF / μm 2 . This is because the oxygen in the ferroelectric film is thermally diffused, a low dielectric constant SiO 2 film is formed at the interface with the upper electrode poly-Si, and a series capacitance with the low dielectric constant film is formed. It has been lowered.

【0064】図5は本発明の実施例2の堆積状態を示す
模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a deposited state of the second embodiment of the present invention.

【0065】本図に示すように、上部電極もPbTi4
とポリSiの多層構造の容量素子を構成した。この結果
アニール後の容量値は65fF/μm2と向上してい
る。
As shown in this figure, the upper electrode is also made of PbTi 4
And a capacitive element having a multilayer structure of poly-Si was constructed. As a result, the capacitance value after annealing is improved to 65 fF / μm 2 .

【0066】実施例3 図6は本発明の実施例3のDRAMメモリセル部の断面
構造図である。
Embodiment 3 FIG. 6 is a sectional structural view of a DRAM memory cell portion according to Embodiment 3 of the present invention.

【0067】図7は一般的なメモリセルの周辺を含めた
回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram including the periphery of a general memory cell.

【0068】図8は一般的な不揮発性メモリの周辺を含
めた回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram including the periphery of a general nonvolatile memory.

【0069】不揮発性メモリ(FRAM)もほぼ同様の
断面構造で読み出し書き込みの周辺回路が図8に示すよ
うに異なる。図6においてSi基板に素子分離用の局所
酸化905、n型ドープ層901、ゲート酸化膜、ゲー
ト電極902を形成しMOSトランジスタを構成した
後、ビット線903を形成し、酸化膜を成膜し、蓄積ノ
ードとなるポリSi904とPbTi4906を形成
し、さらに強誘電体膜としてPbZrTiO3907を
成膜した。さらにプレート電極となるポリSi908を
成膜し、多層配線用のアルミ配線911、910、90
9などを配設した後、保護膜が成膜されDRAMメモリ
セル部は完成する。
The nonvolatile memory (FRAM) has almost the same cross-sectional structure, and the read / write peripheral circuits are different as shown in FIG. In FIG. 6, after forming a local oxidation 905 for element isolation, an n-type doped layer 901, a gate oxide film, and a gate electrode 902 on a Si substrate to form a MOS transistor, a bit line 903 is formed and an oxide film is formed. Then, poly-Si 904 and PbTi 4 906, which will be storage nodes, were formed, and PbZrTiO 3 907 was further formed as a ferroelectric film. Further, poly-Si 908 to be a plate electrode is formed into a film, and aluminum wirings 911, 910, 90 for multilayer wiring are formed.
After disposing 9, etc., a protective film is formed and the DRAM memory cell portion is completed.

【0070】PbTi4の成膜方法は実施例1と同様で
あるが、他にも蒸着法等によっても同じ特性の膜を得る
ことができる。PbZrTiO3はPbTi4形成後に6
00℃、1時間の酸素雰囲気での熱処理を行い、表面に
PbTiO3膜を形成後に成膜すると結晶性が向上する
ことがX線回折の結果より明らかとなり、リーク電流が
少なく、誘電率も高く、強誘電性の膜が形成されてい
る。本実施例に依れば、DRAM読み出しに必要な容量
を得るために電極面積は0.8μm2必要であり64M
b以上の高集積化DRAM等にも対応できる。
The film forming method of PbTi 4 is the same as that of the first embodiment, but a film having the same characteristics can be obtained by the vapor deposition method or the like. PbZrTiO 3 is 6 after forming PbTi 4.
It is clear from the results of X-ray diffraction that the crystallinity is improved by performing a heat treatment in an oxygen atmosphere at 00 ° C. for 1 hour to form a PbTiO 3 film on the surface, the leakage current is small, and the dielectric constant is high. , A ferroelectric film is formed. According to the present embodiment, the electrode area is required to be 0.8 μm 2 in order to obtain the capacitance necessary for reading the DRAM, and the capacitance is 64M.
It can also be applied to highly integrated DRAMs of b or higher.

【0071】実施例4 上記容量素子をFRAMに用いる例について述べる。強
誘電体容量素子の用途には様々あるが、その1例として
図8に記載するDRAMとほぼ同様の構成のメモリや、
SRAMデータのバックアップ用として用いる例を示し
た。DRAMのメモリ構造ではデータ書き込み時のみな
らず、データ読み出し時にも強誘電体の分極方向を反転
させるのに対してSRAMの構造では電源オフ時や特に
データ強誘電体に記憶させようとした場合にのみバック
アップワードライン(BUWL)に電圧を印加しMOS
トランジスタをオンしSRAM中のデータを転送し、バ
ックアップコンロールライン(BUCL)に1パルスの
矩形波を印加することにより強誘電体メモリ容量(F
C)とダミー強誘電体メモリ容量(FC上線)にデータ
を書き込むといった動作をするため、分極反転回数が著
しく少なくデータ保持特性が良く素子の信頼性も高い。
本実施例により得られた強誘電体膜の自発分極は50μ
C/cm2であるため、読み出しに必要な容量面積は
0.2μm2程度であるためセル面積もバックアップ用
のMOSトランジスタを含め20%程度拡大する程度で
高信頼性で高速のメモリを構成することができる。
Example 4 An example of using the above capacitive element in an FRAM will be described. There are various uses of the ferroelectric capacitor, but as one example, a memory having a configuration substantially similar to the DRAM shown in FIG.
The example used for backing up the SRAM data is shown. In the memory structure of the DRAM, the polarization direction of the ferroelectric is inverted not only at the time of writing the data but also at the time of reading the data, whereas in the structure of the SRAM, when the power is turned off or particularly when the data is stored in the ferroelectric. Only the backup word line (BUWL) is applied with voltage and MOS
By turning on the transistor, transferring the data in the SRAM, and applying a rectangular pulse of 1 pulse to the backup control line (BUCL), the ferroelectric memory capacity (F
Since data is written in C) and the dummy ferroelectric memory capacity (FC upper line), the number of polarization inversions is extremely small, the data retention characteristic is good, and the element reliability is high.
The spontaneous polarization of the ferroelectric film obtained in this example is 50 μm.
Since it is C / cm 2 , the capacity area required for reading is about 0.2 μm 2 , and therefore the cell area is expanded by about 20% including the MOS transistor for backup to form a highly reliable and high-speed memory. be able to.

【0072】実施例5 図9は本発明の実施例5の強誘電体を用いたDRAMメ
モリセル部の断面構造図である。
Fifth Embodiment FIG. 9 is a sectional structural view of a DRAM memory cell portion using a ferroelectric substance according to a fifth embodiment of the present invention.

【0073】図10から図16に実施例5の製造プロセ
スの断面図を示す。
10 to 16 are sectional views showing the manufacturing process of the fifth embodiment.

【0074】この実施例は、256MビットDRAM技
術により、0.25μmルールで設計され電源電圧は
1.5V、センスアンプピッチ0.8μm、ワード線ピ
ッチ0.7μmで設計されている。しかし、本発明は上
記の設計寸法に限定されるものではない。
This embodiment is designed by the 0.25 μm rule by the 256 Mbit DRAM technology, the power supply voltage is 1.5 V, the sense amplifier pitch is 0.8 μm, and the word line pitch is 0.7 μm. However, the present invention is not limited to the above design dimensions.

【0075】図10に示すようにSi基板上にソース、
ドレイントとなるn型ドープ層901、ゲート電極90
2、ゲート絶縁膜、素子分離等のSiO2絶縁膜90
5、ポリシリコンからなるビット線14を形成しMOS
トランジスタが構成される。
As shown in FIG. 10, the source is on the Si substrate,
N-type doped layer 901 serving as a drain, gate electrode 90
2. SiO 2 insulating film 90 for gate insulating film, element isolation, etc.
5, bit line 14 made of polysilicon is formed and MOS
A transistor is constructed.

【0076】この上にBaTiO3(チタン酸バリウ
ム)とSrTiO3の固溶体膜を膜厚0.3μm成膜す
る。成膜方法としてはBa、Ti、Srの有機金属、あ
るいは有機金属錯体をキャリアガスとしてオゾンを用
い、基板温度を600℃とし有機金属化学気相堆積法を
用いている。成膜装置としては図4に記載のECRマイ
クロ波プラズマMOCVD装置を用いることができる。
On this, a solid solution film of BaTiO 3 (barium titanate) and SrTiO 3 is formed to a film thickness of 0.3 μm. As a film forming method, ozone is used as an organic metal of Ba, Ti, or Sr or an organic metal complex as a carrier gas, and a substrate temperature is 600 ° C. and an organic metal chemical vapor deposition method is used. As the film forming apparatus, the ECR microwave plasma MOCVD apparatus shown in FIG. 4 can be used.

【0077】図12は実施例5の製造プロセスの強誘電
体膜をエッチング後の断面図を示す。その後、リソグラ
フィ工程を経て上記強誘電体膜をエッチングし図12の
断面となるように加工する。その際、MOSトランジス
タのソースコンタクト部上の強誘電体が除去されるこ
と、強誘電体が所望の厚さに加工されていることが必要
である。ビット線上のSiO2上に強誘電体が残されて
いても何ら問題はない。
FIG. 12 shows a sectional view after etching the ferroelectric film in the manufacturing process of the fifth embodiment. Then, the ferroelectric film is etched through a lithography process and processed so as to have the cross section shown in FIG. At that time, it is necessary that the ferroelectric substance on the source contact portion of the MOS transistor be removed and that the ferroelectric substance be processed to have a desired thickness. There is no problem even if the ferroelectric is left on the SiO 2 on the bit line.

【0078】図13に示すようにPbTiの合金膜16
01とアルミニウム1602をスパッタ法により成膜す
る。
As shown in FIG. 13, a PbTi alloy film 16 is formed.
01 and aluminum 1602 are formed by a sputtering method.

【0079】図14に示すようにBPSG1701膜を
成膜する。
A BPSG1701 film is formed as shown in FIG.

【0080】図15に示すようにアルミニウム薄膜の強
誘電体の上部に堆積された部分が露出する迄エッチバッ
クする。
As shown in FIG. 15, etching back is performed until the portion of the aluminum thin film deposited on the ferroelectric is exposed.

【0081】図13に示すように露出したアルミニウム
1901とその下層のPbTi合金1902をエッチン
グし電極形状に加工する。これにより強誘電体側壁部同
士を電気的に分離し電極とすることにより容量素子が形
成される。なお、その際の電極間隔は0.2μmとした
ものである。しかし本発明は0.2μm程度の膜厚に限
られたものではなく必要とされる容量値、膜の比抵抗よ
り決定される。
As shown in FIG. 13, the exposed aluminum 1901 and the underlying PbTi alloy 1902 are etched and processed into an electrode shape. As a result, the ferroelectric sidewalls are electrically separated from each other to form electrodes, thereby forming a capacitive element. The electrode spacing at that time was 0.2 μm. However, the present invention is not limited to the film thickness of about 0.2 μm, but is determined by the required capacitance value and the specific resistance of the film.

【0082】上記アルミニウム電極のうち、MOSトラ
ンジスタと接続されていない電極は他の容量素子と共通
の電極と電気的に接続されておりプレート電極として用
いられる。
Among the aluminum electrodes, the electrode not connected to the MOS transistor is electrically connected to the electrode common to the other capacitance elements and is used as a plate electrode.

【0083】さらに、上記容量素子上にSiO2膜を形
成し保護膜としメモリーセルが構成される。DRAMと
して用いられる場合、さらにその上にアルミ配線等91
1、910、909が配設され外部電極とのコンタクト
がとられ、パッケージに封入されて図7に記載した回路
構成のDRAMが完成する。尚、センスアンプ、ドライ
バー回路の周辺回路及びそれらのプロセスについては省
略したが当然含まれている。
Further, a memory cell is formed by forming a SiO 2 film on the above capacitive element and using it as a protective film. When it is used as a DRAM, aluminum wiring etc.
1, 910, and 909 are provided, contacts with external electrodes are made, and they are enclosed in a package to complete the DRAM having the circuit configuration shown in FIG. Although the peripheral circuits of the sense amplifier and the driver circuit and their processes are omitted, they are naturally included.

【0084】容量素子の容量値は本実施例において、4
0fFが得られている。また、強誘電体の側壁部を利用
した際の抵抗率は約10の13乗Ωcmであり電極間隔
を0.2μmとしたことによりDRAMメモリセルとし
て用いるには充分小さいリーク電流値が得られている。
In this embodiment, the capacitance value of the capacitive element is 4
0 fF is obtained. Further, the resistivity when utilizing the side wall portion of the ferroelectric substance is about 10 13 Ωcm, and by setting the electrode interval to 0.2 μm, a leak current value sufficiently small to be used as a DRAM memory cell can be obtained. There is.

【0085】本実施例により図16に記載したような従
来SiO2膜を絶縁体として用いたメモリセル構造と比
較してメモリセルの占有面積が約3分の1以下に縮小で
きたことになる。これに対し電極材料として白金を用い
た場合には白金の加工のためにイオンミリングを必要と
するため微細化が困難であり、上記実施例と同じ容量値
を得るためには本実施例と比較してメモリセル面積が約
1.5倍程度必要となる。また、アルミニウムやポリS
iを電極として用いた場合には加工性が優れている反面
強誘電体膜の形成時に電極が酸化し低誘電率の酸化アル
ミニウムやSiO2膜が形成されるために上記と同様の
強誘電体膜厚及び電極面積で容量素子を構成した際に容
量値は本実施例と比較して約8分の1程度に低下する。
According to this embodiment, the occupied area of the memory cell can be reduced to about one third or less as compared with the memory cell structure using the conventional SiO 2 film as the insulator as shown in FIG. .. On the other hand, when platinum is used as the electrode material, ion milling is required to process the platinum, which makes it difficult to miniaturize. Then, the memory cell area is required to be about 1.5 times. Also, aluminum and poly S
When i is used as an electrode, it has excellent workability, but on the other hand, when the ferroelectric film is formed, the electrode is oxidized to form an aluminum oxide or SiO 2 film having a low dielectric constant. When the capacitive element is constructed with the film thickness and the electrode area, the capacitance value is reduced to about 1/8 of that of the present embodiment.

【0086】図17は本発明の実施例1の高誘電体を用
いた強誘電体を用いたDRAMメモリセル部の斜視図で
ある。
FIG. 17 is a perspective view of a DRAM memory cell portion using a ferroelectric substance using the high dielectric substance according to the first embodiment of the present invention.

【0087】図18は図17の平面図である。FIG. 18 is a plan view of FIG.

【0088】強誘電体膜2002、2104がMOSト
ランジスタのソース電極2105を囲むように構成され
ている。これにより、強誘電体を用いた容量の面積が広
くとれ、上記容量値の高さ低くできるために、メモリセ
ル構成後の段差が少なく、後工程のアルミ配線の配設時
に発生する段差が原因となる配線の切断が減少し、素子
の歩止まりを向上させることができる。
Ferroelectric films 2002 and 2104 are formed so as to surround the source electrode 2105 of the MOS transistor. As a result, the area of the capacitance using the ferroelectric material can be widened and the height of the capacitance value can be lowered, so that the step difference after the memory cell configuration is small, and the step difference that occurs when the aluminum wiring is arranged in the subsequent process is the cause. It is possible to reduce the number of disconnections of wirings, which can improve the yield of the device.

【0089】実施例6 強誘電体膜としてPb(Zr、Ti)O3を成膜し自発
分極を利用した強誘電体メモリの形成例を示す。メモリ
の構造は図18に記載したものである。
Example 6 An example of forming a ferroelectric memory using Pb (Zr, Ti) O 3 as a ferroelectric film and utilizing spontaneous polarization will be described. The structure of the memory is as shown in FIG.

【0090】PbZrTiO3膜の成膜法としてはゾル
ゲル法を用いている。また、PbTi3膜の成膜には電
子線蒸着法を用いている。本実施例に依れば従来の白金
を下地金属に用いた技術に比較して電極の加工性に優れ
るために、微細化工に優れさらに強誘電性も向上する。
また、電極形成に要するターゲットの費用も安価になる
ためにメモリの高集積化、高速化、低価格化に大きく貢
献するものである。
The sol-gel method is used as the method for forming the PbZrTiO 3 film. An electron beam evaporation method is used for forming the PbTi3 film. According to this embodiment, the workability of the electrode is excellent as compared with the conventional technique using platinum as the base metal, so that the fine processing is excellent and the ferroelectricity is also improved.
Further, the cost of the target required for forming the electrodes is also low, which greatly contributes to high integration, high speed, and low cost of the memory.

【0091】なお、本実施例においては、容量、トラン
ジスタそれぞれ1個づつで1組の素子2組で記憶素子を
構成する例について述べたが、当然、強誘電体の自発分
極を用いる他の構造の不揮発性メモリについてもセル面
積を縮小し高集積化が図れる。実施例7 図19は本発明の実施例7のDRAMのメモリセルの断
面図を示す。
In the present embodiment, the example in which the storage element is composed of one set of two elements, one for each of the capacitor and the transistor, has been described, but it goes without saying that another structure using the spontaneous polarization of the ferroelectric substance is used. For the non-volatile memory, the cell area can be reduced and high integration can be achieved. Seventh Embodiment FIG. 19 is a sectional view of a DRAM memory cell according to a seventh embodiment of the present invention.

【0092】本図に上記のようなPbTi4を電極と
し、強誘電体を用いた容量を制御トランジスタ、駆動用
の周辺回路、配線の終了した基板の最上位に形成したD
RAMのメモリセルの断面図を示した。容量素子の蓄積
ノードとMOSトランジスタの電極とはタングステンに
より接続されている。強誘電体は上記の材料のように、
重金属やマグネシウム等の半導体や絶縁膜の特性を変化
させる元素が多く含まれている。上記強誘電体膜を最終
工程において形成することにより素子の長期的な信頼性
を向上させることができる。
In this figure, the above PbTi 4 is used as an electrode, and a capacitor using a ferroelectric material is formed on the top of the control transistor, the peripheral circuit for driving, and the wiring-finished substrate.
A cross-sectional view of a RAM memory cell is shown. The storage node of the capacitive element and the electrode of the MOS transistor are connected by tungsten. Ferroelectrics, like the materials above,
It contains many elements such as heavy metals and magnesium that change the characteristics of semiconductors and insulating films. By forming the ferroelectric film in the final step, long-term reliability of the device can be improved.

【0093】図10に示す素子と図19に示す構造を持
つテストエレメンタリグループによる評価によれば、M
OSトランジスタのオフ電流が図19の場合には図10
の場合と比較して低くでき、リフレッシュサイクルを長
くできる。
According to the evaluation by the test elementary group having the element shown in FIG. 10 and the structure shown in FIG. 19, M
If the off-state current of the OS transistor is as shown in FIG.
It is possible to lower the cycle and lengthen the refresh cycle as compared with the case of.

【0094】また、強誘電体材料を構成する金属をα線
崩壊の半減期の長い物質を用いるよう生成することによ
りソフトエラーの発生確率を下げることができた。
Further, by generating the metal constituting the ferroelectric material so as to use a substance having a long half-life of α-ray decay, the probability of occurrence of soft error could be lowered.

【0095】実施例8 これまでに述べた実施例においては金属あるいは強誘電
体膜は1層のみから構成されていたが、本実施例は半導
体基板上に組成の異なる強誘電体を成膜し第1の層は下
地酸化膜とのバッファ層として用いることにより第2の
層の強誘電体の結晶性を向上させ強誘電性を引き出す例
である。
Example 8 In the examples described above, the metal or ferroelectric film was composed of only one layer, but in this example, ferroelectrics having different compositions are formed on the semiconductor substrate. This is an example in which the first layer is used as a buffer layer with the underlying oxide film to improve the crystallinity of the ferroelectric substance of the second layer and bring out the ferroelectricity.

【0096】図20は本発明の実施例8の多層の強誘電
体及び多層の電極を用いたメモリセルの断面図を示す。
本素子は、0.3μmルールで設計され、電源電圧は
3.0V、センスアンプピッチ0.8μm、ワード線ピ
ッチ0.7μmで設計されたものである。Si基板上に
図1に記載した様にMOSトランジスタ及びビット線が
形成された後に、シリコンとのコンタクト抵抗を低減す
るためにコンタクト部チタン2701を形成する。形成
されたチタンはその後の高温プロセスにおいてシリコン
と反応しシリコンとの境界部に約0.02μmのチタン
シリサイド2702を形成する。このチタンシリサイド
はさらにコンタクト抵抗を低減させている。 さらにチ
タン上部にバリア層となる窒化チタン2703が形成さ
れる。強誘電体膜を成膜する前にMOSトランジスタの
ソース電極のコンタクト部にバリア材を形成することに
より強誘電体に含まれる鉛やジルコニウム等の重金属や
マグネシウム等のSi中で可動イオンとなりうる物質が
Si中に混入することを防止できる。Si中に重金属が
混入したり、可動イオンが混入するとSiのバンドギャ
ップ中の深いエネルギ域に電子のエネルギ準位が形成さ
れMOSトランジスタのリーク電流の増加や閾値電圧の
変化等を引き起こす。これらを防ぐことのできるバリア
材として窒化チタン2703を用いたものである。
FIG. 20 shows a sectional view of a memory cell using a multilayer ferroelectric substance and a multilayer electrode of Example 8 of the present invention.
This element is designed according to the rule of 0.3 μm, the power supply voltage is 3.0 V, the sense amplifier pitch is 0.8 μm, and the word line pitch is 0.7 μm. After the MOS transistor and the bit line are formed on the Si substrate as shown in FIG. 1, a contact portion titanium 2701 is formed in order to reduce the contact resistance with silicon. The formed titanium reacts with silicon in the subsequent high temperature process to form titanium silicide 2702 of about 0.02 μm at the boundary with silicon. This titanium silicide further reduces the contact resistance. Further, titanium nitride 2703 to be a barrier layer is formed on the titanium. By forming a barrier material on the contact portion of the source electrode of a MOS transistor before forming a ferroelectric film, a heavy metal such as lead or zirconium contained in the ferroelectric or a substance that can become mobile ions in Si such as magnesium Can be prevented from being mixed into Si. When heavy metals are mixed into Si or mobile ions are mixed therein, energy levels of electrons are formed in a deep energy region in the band gap of Si, which causes an increase in leak current of the MOS transistor and a change in threshold voltage. Titanium nitride 2703 is used as a barrier material capable of preventing these.

【0097】さらに、SrTiO32704及びPb
(Mg、Nb)O32705それぞれCVD法、ゾルゲ
ル法により膜厚0.1及び0.45μm成膜する。
Furthermore, SrTiO 3 2704 and Pb
(Mg, Nb) O 3 2705 are formed to a film thickness of 0.1 and 0.45 μm by the CVD method and the sol-gel method, respectively.

【0098】さらに、フォトリソグラフィ工程、ドライ
エッチング工程を経て、Pb(Mg、Nb)O3270
5及びSrTiO32704が幅0.15μm、長さ2
μmとなるように形成される。その際、強誘電体層の高
さは0.5μmであり、図8に示したようにMOSトラ
ンジスタのソース電極のコンタクト部を囲むように形成
されている。さらに、PbTi22706を0.04μ
mポリシリコン2707を0.05μm成膜する。さら
に、ボロンリンシリケートガラス(BPSG)2708
を成膜し800℃の高温でリフローさせる。さらに、B
PSGをPb(Mg、Nb)O3上のポリシリコンが露
出するまでエッチバックさせる。なお、BPSGはPb
等の重金属と固溶度が高くゲッタリング効果がある。
Further, through a photolithography process and a dry etching process, Pb (Mg, Nb) O 3 270
5 and SrTiO 3 2704 have a width of 0.15 μm and a length of 2
It is formed to have a thickness of μm. At that time, the height of the ferroelectric layer is 0.5 μm and is formed so as to surround the contact portion of the source electrode of the MOS transistor as shown in FIG. Furthermore, PbTi 2 2706 was added to 0.04 μm.
m polysilicon 2707 is deposited to a thickness of 0.05 μm. Furthermore, boron phosphorus silicate glass (BPSG) 2708
Is deposited and reflowed at a high temperature of 800 ° C. Furthermore, B
The PSG is etched back until the polysilicon on Pb (Mg, Nb) O 3 is exposed. BPSG is Pb
It has a high solid solubility with heavy metals such as the like and has a gettering effect.

【0099】さらに、エッチングにより強誘電体上部の
ポリシリコンを除去し、硫酸により強誘電体上部のアル
ミニウムを除去する。これにより、強誘電体を介してプ
レート電極2709と蓄積ノード2710を電気的に分
離する。その結果、Pb(Mg、Nb)O3と接する電
極の面積は1μm2(2μm×0.5μm)、また電極
間隔は0.15μmとなる。
Further, the polysilicon on the ferroelectric upper portion is removed by etching, and the aluminum on the ferroelectric upper portion is removed by sulfuric acid. As a result, the plate electrode 2709 and the storage node 2710 are electrically separated via the ferroelectric substance. As a result, the area of the electrode in contact with Pb (Mg, Nb) O 3 is 1 μm 2 (2 μm × 0.5 μm), and the electrode interval is 0.15 μm.

【0100】さらに、上記容量素子上に保護膜としてS
iO2膜2711を形成しメモリーセルが構成される。
DRAMとして用いられる場合、さらにその上にアルミ
配線2712等が配設され外部電極とのコンタクトがと
られ、パッケージに封入されて完成する。尚、センスア
ンプ、ドライバー回路、等の周辺回路のプロセスについ
ては省略したが当然含まれており、図11に示すような
構成となる。
Further, as a protective film, S is formed on the capacitance element.
A memory cell is formed by forming the iO 2 film 2711.
When it is used as a DRAM, aluminum wiring 2712 and the like are further provided thereon to make contact with external electrodes, and then sealed in a package for completion. Although processes of peripheral circuits such as the sense amplifier and the driver circuit are omitted, they are naturally included, and the configuration is as shown in FIG.

【0101】容量素子の容量値は本実施例において、約
80fFが得られた。プレート電極に印加される電圧が
電源電圧3Vの半分の1.5Vが印加されるため、蓄積
される電荷量は120fCである。また、リーク電流1
fA程度でありDRAMメモリセルとして用いるには充
分小さい値が得られている。
In the present embodiment, the capacitance value of the capacitance element was about 80 fF. Since the voltage applied to the plate electrode is 1.5V, which is half the power supply voltage of 3V, the accumulated charge amount is 120 fC. In addition, leak current 1
The value is about fA, which is sufficiently small for use as a DRAM memory cell.

【0102】またこのようなDRAMに用いる物質とし
てPb(Mg、Nb)O3について述べているが、本発
明は上記膜に限られたものではない。例えば、BaTi
3やSrTiO3またはこれらの膜を主成分とする固溶
体膜を用いた場合、Pb(Mg、Nb)O3に比較して
比誘電率が小さいため、素子寸法は上記のものと異なる
が、100kHz以上の高周波領域においても、高い応
答特性を得ることができる。これは、BaやSr原子の
質量ががPb原子の質量と比較して小さいためである。
また、Pb(Ti、Zr)O3や(Pb、La)(T
i、Zr)O3はPb(Mg、Nb)O3の構成元素であ
るMgを含まないため、Mg拡散やMgが可動イオンと
なることによるMOSトランジスタ特性の変化といった
問題を引き起こすことがなく、信頼性が向上する。
Although Pb (Mg, Nb) O 3 is described as a substance used in such a DRAM, the present invention is not limited to the above film. For example, BaTi
When O 3 or SrTiO 3 or a solid solution film containing these films as a main component is used, the relative dielectric constant is smaller than that of Pb (Mg, Nb) O 3 , so the device dimensions are different from those described above. High response characteristics can be obtained even in a high frequency region of 100 kHz or higher. This is because the mass of Ba and Sr atoms is smaller than the mass of Pb atoms.
Also, Pb (Ti, Zr) O 3 and (Pb, La) (T
Since i, Zr) O 3 does not contain Mg which is a constituent element of Pb (Mg, Nb) O 3 , it does not cause problems such as Mg diffusion or change in MOS transistor characteristics due to Mg becoming mobile ions. Improves reliability.

【0103】上記実施例においてはゾルゲル法を取り上
げるげているが、他にスパッタ法、有機金属気相堆積
法、蒸着法、水熱法等によっても上記膜を成膜すること
ができる。スパッタ法はターゲットの組成を変化させる
ことにより膜の組成を制御性良く成膜でき、(Pb、L
a)(Ti、Zr)O3や銅を固溶させたPb(Mg、
Nb)O3など構成元素数が多い膜の成膜も容易に行う
ことができる。また、有機金属気相堆積法や水熱法は1
0枚以上の基板上に同時成膜できスループットが向上す
る。
Although the sol-gel method is taken up in the above-mentioned embodiments, the above-mentioned film can be formed by a sputtering method, a metal organic chemical vapor deposition method, a vapor deposition method, a hydrothermal method or the like. In the sputtering method, the composition of the film can be formed with good controllability by changing the composition of the target, and (Pb, L
a) Pb (Mg, which is a solid solution of (Ti, Zr) O 3 and copper
A film having a large number of constituent elements such as Nb) O 3 can be easily formed. In addition, the organometallic vapor deposition method and hydrothermal method are 1
Simultaneous film formation on 0 or more substrates improves throughput.

【0104】また、電極についてもPbTi合金につい
て主に述べてきたが他にもKNb、NaTa、KTa、
SrTi、BaTi、SrZr、BaZr、BiFe、
NaBiTi、KBiTi、KLaTi、BaPbTi
3、CaSrTi、NaNdTi、AgCeTi、P
bCaZr、BaMgTe、BaMnTe、BaCoT
e、BaCdTe、PbMgTe、PbMnTe、Pb
CoTe、ZnTe、PbCdTe、PbCoW、Pb
ZrTi、PbMgNb、PbScNb、PbMnN
b、PbFeNb、PbNiNb、PbInNb、Pb
FeW、PbLuTa、PbYbTa、PbCuSb、
PbAlSb、CaMgTe、CaMnTeの組合せが
考えられる。
Regarding the electrodes, the PbTi alloy has been mainly described, but KNb, NaTa, KTa,
SrTi, BaTi, SrZr, BaZr, BiFe,
NaBiTi, KBiTi, KLaTi, BaPbTi
O 3 , CaSrTi, NaNdTi, AgCeTi, P
bCaZr, BaMgTe, BaMnTe, BaCoT
e, BaCdTe, PbMgTe, PbMnTe, Pb
CoTe, ZnTe, PbCdTe, PbCoW, Pb
ZrTi, PbMgNb, PbScNb, PbMnN
b, PbFeNb, PbNiNb, PbInNb, Pb
FeW, PbLuTa, PbYbTa, PbCuSb,
A combination of PbAlSb, CaMgTe and CaMnTe is considered.

【0105】次に上記したPbTi合金以外のBaT
i、SrTi合金について述べる。
Next, BaT other than the above PbTi alloy is used.
The i and SrTi alloys will be described.

【0106】実施例9 図21は本発明の実施例9の酸化物強誘電体薄膜の堆積
状態を示す模式図である。Poly-Si膜の上にBa、Tiの合
金膜2が形成され、この上に連続的にBaTiO3の強誘電体
薄膜3が形成されれている。
Example 9 FIG. 21 is a schematic diagram showing a deposited state of an oxide ferroelectric thin film of Example 9 of the present invention. An alloy film 2 of Ba and Ti is formed on the Poly-Si film, and a ferroelectric thin film 3 of BaTiO 3 is continuously formed on the alloy film 2.

【0107】具体的に、BaTiO3の強誘電体薄膜の形成工
程を第2図を参照しながら以下に説明する。真空蒸着装
置内に基板としてシリコンウエハ(直径100mm)を用いて
酸素ガスをガス吹き出し管より200ml/minの流量で導入
し、圧力0.3 Paになるように排気量を調節した後、ガス
吹き出し管よりモノシラン、SiH4を20ml/minの流量で導
入しPoly-Si層を形成した。
The process of forming the ferroelectric thin film of BaTiO 3 will be specifically described below with reference to FIG. Using a silicon wafer (diameter 100 mm) as a substrate in the vacuum evaporation system, introduce oxygen gas from the gas blowing pipe at a flow rate of 200 ml / min, adjust the exhaust volume so that the pressure becomes 0.3 Pa, and then use the gas blowing pipe. Monosilane and SiH 4 were introduced at a flow rate of 20 ml / min to form a Poly-Si layer.

【0108】この上に連続的にBa、Tiを同時に蒸着さ
せ、Ba、Tiの合金膜を形成した後、酸素ガスを導入し酸
素欠損のBaTiOn層を形成し、この上にBaTiO3層をスパッ
タリングにより形成した。スパッタガスとしてはアルゴ
ンガスを用い、ターゲットとしてはバリウム、チタンを
モル比1:1で混合し焼結したものを用いた。基板の温度
は600℃前後になるように基板を加熱し、BaTiO3の組成
でペロブスカイト結晶構造をもつ層を形成した。この上
に電極材料として0.2μmのTiを堆積させた。この時得ら
れた膜厚が5000ÅのBaTiO3膜の容量は53.1fFである。
After Ba and Ti are continuously vapor-deposited simultaneously on this to form an alloy film of Ba and Ti, oxygen gas is introduced to form an oxygen-deficient BaTiOn layer, on which a BaTiO 3 layer is sputtered. Formed by. Argon gas was used as the sputtering gas, and barium and titanium were mixed and sintered at a molar ratio of 1: 1 as the target. The substrate was heated so that the temperature of the substrate was around 600 ° C., and a layer having a perovskite crystal structure was formed with the composition of BaTiO 3 . 0.2 μm of Ti was deposited as an electrode material on this. The capacity of the BaTiO 3 film having a film thickness of 5000 Å obtained at this time is 53.1 fF.

【0109】図22は従来技術になる酸化物強誘電体薄
膜の堆積状態を示す模式図である。この従来技術は、ポ
リSi上に化学気相成長(CVD)法の一種である有機金属を
用いたMOCVD法によりBaTiO3酸化物高誘電体薄膜を形成
するのである。しかし、この場合Poly-Si結晶面はすぐ
酸化され、表面に薄い酸化膜であるSiO2の絶縁層が形成
され、この上に強誘電体膜であるBaTiO3層を成膜して
も、SiO2層の容量が支配的となり、BaTiO3膜厚が500
0ÅでSiO2膜厚20Åである時の容量は13.3fFであった。
FIG. 22 is a schematic diagram showing the state of deposition of an oxide ferroelectric thin film according to the prior art. In this conventional technique, a BaTiO 3 oxide high dielectric thin film is formed on poly-Si by MOCVD using an organic metal, which is a type of chemical vapor deposition (CVD) method. However, in this case, the Poly-Si crystal surface is immediately oxidized and an insulating layer of SiO 2 which is a thin oxide film is formed on the surface. Even if a BaTiO 3 layer which is a ferroelectric film is formed on this, an SiO 2 insulating layer is formed. The capacity of the two layers becomes dominant, and the BaTiO 3 film thickness is 500
The capacitance was 13.3 fF when the SiO 2 film thickness was 20 Å at 0 Å.

【0110】上記の従来の方法と比べると、本発明の強
誘電体薄膜形成方法によると強誘電性の低下防止がで
き、ポリSi電極材料と反応しないBaTiO3組成の強誘電
体薄膜が得られる。
Compared with the conventional method described above, according to the method for forming a ferroelectric thin film of the present invention, the ferroelectric property can be prevented from lowering, and a ferroelectric thin film of BaTiO 3 composition which does not react with the poly-Si electrode material can be obtained. ..

【0111】本実施例において、図21のBa、Tiの合金
膜をスパッタリングによっても形成される。スパッタガ
スとしてはアルゴンガスを用い、ターゲットとしてはBa
とTiを個々に焼結したものを用いた。基板温度は60
0℃前後である。
In this example, the alloy film of Ba and Ti shown in FIG. 21 is also formed by sputtering. Argon gas was used as the sputtering gas and Ba was used as the target.
And Ti were individually sintered. Substrate temperature is 60
It is around 0 ° C.

【0112】また、加熱蒸着法を用いてBa、Tiの合金膜
を形成することができる。BaTiO3はスパッタ法の
代わりにMOCVD法を用いても形成することができる。蒸
発原料として、Baについてはβ−ジケトン錯体、Tiにつ
いてはアルコキシドを用い原料供給時に窒素をキャリア
ーガスとして用いた。
Further, an alloy film of Ba and Ti can be formed by using the heating vapor deposition method. BaTiO 3 can also be formed by using the MOCVD method instead of the sputtering method. As the evaporation raw material, β-diketone complex was used for Ba and alkoxide was used for Ti, and nitrogen was used as a carrier gas when the raw material was supplied.

【0113】実施例10 図23は本発明の実施例10の酸化物強誘電体薄膜の堆
積状態を示す模式図である。ポリSi上にSr、Tiの合金
膜が形成され、この上に連続的にSrTiO3の高誘電体薄膜
が形成されている。
Example 10 FIG. 23 is a schematic diagram showing a deposited state of an oxide ferroelectric thin film of Example 10 of the present invention. An alloy film of Sr and Ti is formed on poly-Si, and a high dielectric thin film of SrTiO 3 is continuously formed on the alloy film.

【0114】具体的に、SrTiO3の高誘電体薄膜の形成工
程を説明する。真空蒸着装置内にPoly-Si層を形成し、
この上にSr、Tiを同時に蒸着させ、Sr、Tiの合金膜を形
成した。この後、酸素ガスを導入し、酸素欠損のSrTiOn
層を形成した。スパッタ法を用いてSrTiO3を層の上に連
続的に堆積させ、SrTiO3層を成膜した後、600℃前後に
なるように基板を加熱しSrTiO3の組成でペロブスカイト
結晶構造をもつ層を形成した。この上に電極材料として
Tiを堆積させ層を形成した。
A process for forming a high dielectric thin film of SrTiO 3 will be specifically described. Form a Poly-Si layer in the vacuum evaporation system,
Sr and Ti were simultaneously vapor-deposited on this to form an alloy film of Sr and Ti. After this, oxygen gas was introduced to remove oxygen-deficient SrTiO n.
Layers were formed. By sputtering is continuously deposited SrTiO 3 on the layer, after forming the SrTiO 3 layer, a layer having a perovskite crystal structure by heating the substrate with the composition of SrTiO 3 such that the front and rear 600 ° C. Formed. As an electrode material on this
Ti was deposited to form a layer.

【0115】図24は従来技術になる酸化物高誘電体薄
膜の堆積状態を示す模式図である。この従来技術はPoly
-Si結晶基板の上に化学気相成長(CVD)法の一種である有
機金属を用いたMOCVD法によりSrTiO3酸化物高誘電体薄
膜を得るものである。しかし、この場合Poly-Si結晶面
はすぐ酸化され、表面に薄い酸化膜であるSiO2の絶縁層
が生成され、この上に高誘電体膜であるSrTiO3層を成膜
してもSiO2層の誘電率が支配的となり比誘電率が決
定され、誘電率低下が確認されている。
FIG. 24 is a schematic view showing a deposited state of a high dielectric oxide thin film according to the prior art. This conventional technology is Poly
-The SrTiO 3 oxide high dielectric thin film is obtained on the -Si crystal substrate by the MOCVD method using an organic metal which is one of the chemical vapor deposition (CVD) methods. However, in this case Poly-Si crystal face is immediately oxidized surface a thin insulating layer of oxide film and a SiO 2 is produced, SiO 2 be formed of SrTiO 3 layer is a high dielectric film on the It has been confirmed that the dielectric constant of the layer becomes dominant, the relative dielectric constant is determined, and the dielectric constant is lowered.

【0116】上記の従来の方法と比べてると、本発明の
高誘電体薄膜形成方法によると高誘電性の低下防止がで
き、形成時下部電極材料と反応しないSrTiO3組成の高強
誘電体薄膜が得られる。
Compared with the above-mentioned conventional method, the method of forming a high dielectric thin film of the present invention can prevent the deterioration of high dielectric property, and a high ferroelectric thin film of SrTiO 3 composition that does not react with the lower electrode material during formation can be obtained. can get.

【0117】Sr、Tiの合金膜の成膜方法としてはスパッ
タ法、加熱蒸着法、CVD法等によっても形成できる。
SrTiO3の成膜方法としてはスパッタ法以外にもMOCVD法
等によっても成膜される。
As the method of forming the alloy film of Sr and Ti, a sputtering method, a heating vapor deposition method, a CVD method or the like can be used.
As a film forming method of SrTiO 3, a film may be formed by a MOCVD method or the like in addition to the sputtering method.

【0118】実施例11 図25は本発明の実施例11の酸化物強誘電体薄膜の堆
積状態を示す模式図である。
Example 11 FIG. 25 is a schematic diagram showing a deposited state of an oxide ferroelectric thin film of Example 11 of the present invention.

【0119】具体的に、BaTiO3の強誘電体薄膜の形成工
程を説明する。CVD法によりPoly-Si層を形成し、こ
の上にTiを蒸着させ下部電極を形成した後、連続的に
Ba、Tiを同時に蒸着させ、Ba、Tiの合金膜を形成した
後、酸素ガスを導入し酸素欠損のBaTiOn層117を形成
し、この上にBaTiO3層をスパッタリングにより形成し
た。スパッタガスとしてはアルゴンガスを用い、ターゲ
ットとしてはBa、Tiをモル比1:1で混合したものを用い
た。基板の温度は600℃前後になるように基板を加熱
し、BaTiO3の組成でペロブスカイト結晶構造をもつ層11
15を形成した。この上に上部電極として0.2μmのTiを堆
積させ層を形成した。
A process for forming a ferroelectric thin film of BaTiO 3 will be specifically described. After forming a Poly-Si layer by the CVD method and depositing Ti on this to form the lower electrode, continuously
After Ba and Ti were simultaneously vapor-deposited to form a Ba and Ti alloy film, oxygen gas was introduced to form an oxygen-deficient BaTiOn layer 117, and a BaTiO 3 layer was formed thereon by sputtering. Argon gas was used as the sputtering gas, and a mixture of Ba and Ti at a molar ratio of 1: 1 was used as the target. The substrate was heated so that the temperature of the substrate was around 600 ° C, and a layer having a composition of BaTiO 3 and having a perovskite crystal structure 11
Formed 15. On top of this, 0.2 μm of Ti was deposited as an upper electrode to form a layer.

【0120】本発明の強誘電体膜であるBaTiO3は構成組
成であるTiを上下部の電極として利用しているので強誘
電性の低下が防止ができる強誘電体薄膜が得られる。
Since BaTiO 3 which is the ferroelectric film of the present invention utilizes Ti which is a constituent composition as the upper and lower electrodes, it is possible to obtain a ferroelectric thin film capable of preventing the deterioration of the ferroelectric property.

【0121】実施例12 図26は本発明の実施例11の酸化物高誘電体薄膜の堆
積状態を示す模式図である。
Example 12 FIG. 26 is a schematic diagram showing a deposited state of an oxide high dielectric constant thin film of Example 11 of the present invention.

【0122】具体的に、SrTiO3の高誘電体薄膜の形成工
程を説明する。CVD法によりPoly-Si層を形成し、こ
の上にTiを蒸着させ、下部電極を形成した後、連続的に
Sr、Tiを同時に蒸着させ、Sr、Tiの合金膜を形成した
後、酸素ガスを導入し酸素欠損のSrTiOn層を形成し、こ
の上にSrTiO3層1312をスパッタリングにより形成した。
スパッタガスとしてはアルゴンガスを用い、ターゲット
としてはSr、Tiをモル比1:1で混合したものを用いた。
基板の温度は600℃前後になるように基板を加熱し、SrT
iO3の組成でペロブスカイト結晶構造をもつ層1315を形
成した。この上に上部電極として0.2μmのTiを堆積させ
層1316を形成した。
A process of forming a high dielectric thin film of SrTiO 3 will be specifically described. Poly-Si layer is formed by CVD method, Ti is vapor-deposited on this, lower electrode is formed, and then continuously.
After Sr and Ti were vapor-deposited at the same time to form an alloy film of Sr and Ti, oxygen gas was introduced to form an oxygen-deficient SrTiOn layer, and an SrTiO 3 layer 1312 was formed thereon by sputtering.
Argon gas was used as the sputtering gas, and a mixture of Sr and Ti at a molar ratio of 1: 1 was used as the target.
Heat the substrate so that the temperature of the substrate is around 600 ℃, and press the SrT
A layer 1315 having a perovskite crystal structure was formed with a composition of iO 3 . On this, 0.2 μm of Ti was deposited as an upper electrode to form a layer 1316.

【0123】本発明の高誘電体膜であるSrTiO3は組成成
分であるTiを上下部の電極として利用しているので高誘
電性の低下が防止ができる高誘電体薄膜が得られる。
Since SrTiO 3 which is the high dielectric film of the present invention utilizes Ti which is a composition component as the upper and lower electrodes, a high dielectric thin film capable of preventing deterioration of high dielectric property can be obtained.

【0124】次に本発明の容量素子を用いた応用製品の
例を説明する。
Next, examples of applied products using the capacitive element of the present invention will be described.

【0125】実施例13 図27は本発明の実施例13のシステムLSIのレイア
ウトを示す。本図は上記実施例で述べてきた本発明のメ
モリ素子をオンチップ化させたシステムLSIを示す。
本実施例は今後、通信方式がアナログネットワーク、デ
ジタルネットワーク、ナロウバンドイインテリジェント
サービスデジタルネットワーク(N−ISDN)、さら
にブロ−ドバンド(B)−ISDNに対応できる技術で
あり、高精細な自然動画を含むマルチメディア通信に対
応可能なな高集積高速メモリと通信回路から直接信号を
入力させるためにドライバレシーバ回路等をオンチップ
化させたものである。
Embodiment 13 FIG. 27 shows a layout of a system LSI of Embodiment 13 of the present invention. This figure shows a system LSI in which the memory device of the present invention described in the above-described embodiment is integrated on a chip.
In the present embodiment, the communication system will be compatible with analog networks, digital networks, narrowband intelligent service digital networks (N-ISDN), and broadband (B) -ISDN in the future, and high-definition natural moving images can be reproduced. It is a high-integrated high-speed memory compatible with multimedia communication including the above, and a driver-receiver circuit and the like are made on-chip to directly input signals from the communication circuit.

【0126】図28は本発明の実施例13の論理LSI
のレイアウトを示す。本図にFRAM、DRAM、SR
AMをキャッシュメモリとして内蔵したマイクロプロセ
ッサを示す。本実施例のように、本発明のメモリ素子を
内蔵キャッシュメモリとして用いれば、先に述べたよう
に大容量かつ低消費電力であるので、高度な機能を持つ
論理素子を低消費電力で動作させることができる。さら
に、ソフトエラーに強いマイクロプロセッサが得られる
といった効果もある。
FIG. 28 is a logic LSI of the thirteenth embodiment of the present invention.
Shows the layout of. This figure shows FRAM, DRAM, SR
2 shows a microprocessor incorporating an AM as a cache memory. If the memory device of the present invention is used as a built-in cache memory as in the present embodiment, since it has a large capacity and low power consumption as described above, a logic device having an advanced function is operated with low power consumption. be able to. Furthermore, there is an effect that a microprocessor that is resistant to soft errors can be obtained.

【0127】実施例14 図29は本発明の実施例14の半導体ディスク基板のレ
イアウトを示す。本図に示したように、本発明のFRA
M、DRAM、SRAMを半導体ディスク基板として用
いれば、先述したように安価で大容量の固体記録媒体と
して、極めて有利である。特にFRAMデスクを用いれ
ば、不揮発性であるために停電時にも電気的バックアッ
プが不要で、記憶内容を他の記憶媒体(例えば磁気ディ
スク、磁気テープ等)にバックアップとしてコピーする
必要がなく、また可動部がないために衝撃に強く、消費
電力の極めて少ないなどの利点がある。さらに、ソフト
エラーに強い半導体ディスク基板が得られるという効果
もある。
Embodiment 14 FIG. 29 shows a layout of a semiconductor disk substrate of Embodiment 14 of the present invention. As shown in this figure, the FRA of the present invention
If M, DRAM, or SRAM is used as a semiconductor disk substrate, it is extremely advantageous as an inexpensive and large-capacity solid recording medium as described above. In particular, if a FRAM desk is used, since it is non-volatile, there is no need for electrical backup even in the event of a power failure, there is no need to copy the stored contents to another storage medium (eg, magnetic disk, magnetic tape, etc.) as a backup, and it is movable. Since there are no parts, it is strong against impact and has the advantages of extremely low power consumption. Furthermore, there is an effect that a semiconductor disk substrate that is resistant to soft errors can be obtained.

【0128】図30は本発明の実施例14のメモリカー
ドのレイアウトを示す。本発明のFRAM、SRAMは
半導体ディスク基板のみならず本図に示したようなメモ
リカードにも応用できる。特にFRAMを用いたカード
(FRAMカード)は従来のメモリカードのように記憶
保持用の電池をカード内に内蔵させる必要がないために
従来のフロッピディスクと同様の用途があり、フロッピ
に比べ大幅にアクセス時間が短縮できるといった利点が
ある。従って、上記FRAMSRAMを用いたメモリカ
ードを従来のフロッピディスクのようにワークステーシ
ョン以下の小型及び携帯用コンピュータシステムにおけ
る交換可能な補助記憶媒体として利用すれば、ディスク
を回転させるために要するモータ等の駆動系や駆動用の
電源が不要なので、システム全体を小型化できまた、消
費電力を低減で、さらに大容量の情報を高速に読み書き
できるのでシステム全体としての処理能力が向上する。
FIG. 30 shows the layout of the memory card of Embodiment 14 of the present invention. The FRAM and SRAM of the present invention can be applied not only to the semiconductor disk substrate but also to the memory card as shown in this figure. In particular, a card using FRAM (FRAM card) has the same application as a conventional floppy disk because it does not need to have a battery for storing data in the card unlike a conventional memory card, and is significantly larger than a floppy disk. There is an advantage that access time can be shortened. Therefore, if a memory card using the FRAM SRAM is used as a replaceable auxiliary storage medium in a small-sized portable computer system below a workstation like a conventional floppy disk, a motor or the like required for rotating the disk can be driven. Since the power supply for the system and the drive is not required, the entire system can be downsized, the power consumption can be reduced, and a large amount of information can be read and written at high speed, so that the processing capability of the entire system is improved.

【0129】実施例15 上記論理素子(マイクロプロセッサ)、及び本発明によ
るメモリ素子(FRAM、DRAM、SRAM)、さら
に本発明による半導体ディスク基板や本発明によるメモ
リカードは、スーパーコンピュータ、大型、汎用、中小
型コンピュータやワークステーション、さらにはパーソ
ナルコンピュータ、ポータブルコンピュータ、ラップト
ップコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータに
用いるとその効果が大きい。
Embodiment 15 The above logic device (microprocessor), the memory device (FRAM, DRAM, SRAM) according to the present invention, the semiconductor disk substrate according to the present invention, and the memory card according to the present invention are a super computer, a large-sized, general-purpose device. The effect is great when used in small and medium-sized computers and workstations, as well as personal computers, portable computers, laptop computers, and notebook personal computers.

【0130】図31は本発明の実施例15のコンピュー
タシステムの構成を示す説明図である。本図において半
導体ディスクとして、DRAM及びSRAMディスクは
従来と同様の使い方であるが、従来に比較して大容量か
つ安価であるために、処理能力等の性能を高めることが
できる。これらは特に中小型以上の機種で大きな効果が
ある。
FIG. 31 is an explanatory diagram showing the configuration of a computer system according to the fifteenth embodiment of the present invention. In this figure, as semiconductor disks, DRAM and SRAM disks are used in the same manner as in the prior art, but since they have a large capacity and are inexpensive as compared with the prior art, performance such as processing capacity can be improved. These are especially effective for small and medium-sized models.

【0131】また、FRAMディスクは、従来の半導体
ディスクに比べ、不揮発性、大容量、低消費電力、等の
利点を持つ。特に、不揮発性であるために電気的なバッ
クアップを必要としないので、中小型以上の機種に見ら
れるような停電対策用の蓄電池が不要で、システム全体
を小型化できるという利点がある。また、記憶内容をア
クセス時間の遅い磁気ディスク上にコピーする必要がな
く、従来のシステムより高速にかつ大容量の情報を処理
できるので、システム全体の高速化、性能アップ、小型
化、低価格化が図れるといった利点がある。
Further, the FRAM disk has advantages such as nonvolatility, large capacity, and low power consumption as compared with the conventional semiconductor disk. In particular, since it is non-volatile, it does not require electrical backup, and therefore has the advantage that it does not require a storage battery for power outages as seen in small and medium-sized models and can downsize the entire system. In addition, since it is not necessary to copy the stored contents onto a magnetic disk with a slow access time, it can process a large amount of information faster than conventional systems, thus speeding up the entire system, improving performance, downsizing, and lowering the price. Has the advantage that

【0132】さらに、携帯用のパーソナルコンピュータ
からノート型コンピュータに関しても、磁気ディスクを
必要としないために、振動に強いシステム構成でき、低
消費電力であるため、長時間のバッテリ動作をさせるこ
とができ、携帯用の用途が広がり移動体内等においても
安定な動作を保証することができる。
Further, from a portable personal computer to a notebook computer, since a magnetic disk is not required, a system structure resistant to vibration can be constructed, and low power consumption enables long-term battery operation. Therefore, it is possible to ensure stable operation even in a moving body or the like, because of widespread use for portable use.

【0133】さらに、上記マイクロプロセッサを信号処
理部に用い、本発明のメモリ素子を主記憶部用いれば、
大容量の情報に高速でアクセスできるために極めて高度
かつ複雑な情報処理を短時間で行うことができる。
Further, when the above microprocessor is used for the signal processing section and the memory device of the present invention is used for the main storage section,
Since a large amount of information can be accessed at high speed, extremely sophisticated and complicated information processing can be performed in a short time.

【0134】実施例16 さらに、本発明の論理素子、メモリ素子、及び半導体デ
ィスクや、メモリカードを用いたシステムには上記コン
ピュータ以外にもワードプロセッサ、プリンタ等のOA
機器がある。
Sixteenth Embodiment Further, in the system using the logic element, the memory element, the semiconductor disk, and the memory card of the present invention, in addition to the above computer, an OA such as a word processor and a printer is provided.
There is equipment.

【0135】図32は本発明の実施例16のワードプロ
セッサの構成を示す説明図である。図33は図32に示
すプリンタの構成を示す説明図である。
FIG. 32 is an explanatory diagram showing the structure of a word processor according to the sixteenth embodiment of the present invention. FIG. 33 is an explanatory diagram showing the configuration of the printer shown in FIG.

【0136】このようなOA機器においても、上記小型
から携帯用のコンピュータシステムと同様に、従来は、
大容量の補助記憶装置として、磁気ディスクシステムが
使われ、また交換可能な小容量の補助記憶装置としてフ
ロッピイディスクシステムが使われている。従って、上
記コンピュータシステムにおいて述べたことと同様の理
由にして、本発明によるメモリ素子、及び半導体ディス
クやメモリカードを用いることにより、システム全体の
高速化が図られ、機能アップや、小型化、低価格化、高
信頼化が容易になるという利点がある。
In such OA equipment, as in the above-mentioned small to portable computer system, conventionally,
A magnetic disk system is used as a large-capacity auxiliary storage device, and a floppy disk system is used as a replaceable small-capacity auxiliary storage device. Therefore, for the same reason as described in the above computer system, by using the memory device, the semiconductor disk and the memory card according to the present invention, the speed of the entire system can be increased, and the function can be improved, the size can be reduced, and the size can be reduced. There is an advantage that price and high reliability become easy.

【0137】実施例17 図34は本発明の実施例17のゲーム用コンピュータシ
ステムの構成を示す説明図である。ゲーム用コンピュー
タに本発明を適応することにより、大容量のメモリを安
価に提供できるので、高度な内容のゲームも容易にデザ
インでき、かつそのプログラムが高速動作するという利
点がある。この効果は、携帯用のゲーム機でとくに大き
い。
Seventeenth Embodiment FIG. 34 is an explanatory diagram showing the structure of a game computer system according to a seventeenth embodiment of the present invention. By applying the present invention to a game computer, a large-capacity memory can be provided at low cost, so that a game with high content can be easily designed, and its program operates at high speed. This effect is particularly great in a portable game machine.

【0138】実施例18 図35は本発明の実施例18の電子卓上計算機の構成を
示す説明図である。
Embodiment 18 FIG. 35 is an explanatory diagram showing the configuration of an electronic desk calculator according to Embodiment 18 of the present invention.

【0139】図36は本発明の実施例18の電子手帳の
構成を示す説明図である。
FIG. 36 is an explanatory diagram showing the structure of the electronic notebook according to the eighteenth embodiment of the present invention.

【0140】図35、図36に示した電子卓上計算機、
電子手帳においても低消費電力で、小型化、高速化が図
れ性能アップ、低価格化、低消費電力化が図れるといっ
た利点がある。
The electronic desk calculator shown in FIGS. 35 and 36,
The electronic notebook also has the advantages of low power consumption, small size, high speed, high performance, low price, and low power consumption.

【0141】[0141]

【発明の効果】本発明によれば、酸化物高誘電体あるい
は酸化物強誘電体を用いた容量素子の電極として、2種
以上の元素よりなり酸化されると高誘電体あるいは強誘
電体となる材料を用いることにより、上記誘電体を得る
酸化工程で電極と誘電体との間に酸化膜が形成されても
この酸化膜の高誘電率あるいは強誘電性を示し、容量素
子全体の容量値を低下せず高い容量値が得られるから容
量素子の集積度を高くする効果が得られる。
According to the present invention, as an electrode of a capacitive element using an oxide high dielectric or an oxide ferroelectric, it is composed of two or more kinds of elements and becomes a high dielectric or a ferroelectric when oxidized. By using the material, even if an oxide film is formed between the electrode and the dielectric in the oxidation process for obtaining the above-mentioned dielectric, the oxide film exhibits a high dielectric constant or ferroelectricity, and the capacitance value of the entire capacitance element is high. Since a high capacitance value can be obtained without decreasing the value, the effect of increasing the integration degree of the capacitance element can be obtained.

【0142】この集積度の高い容量素子をランダムアク
セスメモリ、不揮発性メモリに用い、さらにこれらのメ
モリを搭載した製品は高集積化、小型化高機能化が可能
となると共に、高集積、小型化により処理速度を向上さ
せる効果が得られる。
A capacitor having this high degree of integration is used as a random access memory or a non-volatile memory, and products equipped with these memories can be highly integrated, miniaturized and highly functionalized, and also highly integrated and miniaturized. As a result, the effect of improving the processing speed can be obtained.

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

【図1】本発明の実施例の酸化物強誘電体薄膜の堆積状
態を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a deposited state of an oxide ferroelectric thin film according to an example of the present invention.

【図2】従来技術による容量素子の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a capacitive element according to a conventional technique.

【図3】一般的な鉛とチタンの二相合金の状態図であ
る。
FIG. 3 is a phase diagram of a general lead-titanium two-phase alloy.

【図4】一般的なECRプラズマアシスト有機金属CV
D装置の構成を示す説明図である。
FIG. 4 General ECR plasma-assisted organometallic CV
It is explanatory drawing which shows the structure of D device.

【図5】本発明の実施例の堆積状態を示す模式図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a deposition state of an example of the present invention.

【図6】本発明の実施例のDRAMメモリセル部の断面
構造図である。
FIG. 6 is a cross-sectional structure diagram of a DRAM memory cell portion according to an embodiment of the present invention.

【図7】一般的なメモリセルの周辺を含めた回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram including the periphery of a general memory cell.

【図8】一般的な不揮発性メモリの周辺を含めた回路図
である。
FIG. 8 is a circuit diagram including the periphery of a general nonvolatile memory.

【図9】本発明の実施例の強誘電体を用いたDRAMメ
モリセル部の断面構造図である。
FIG. 9 is a cross-sectional structural view of a DRAM memory cell portion using a ferroelectric substance according to an example of the present invention.

【図10】本発明の実施例の製造プロセスにおける断面
図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view in the manufacturing process of the example of the present invention.

【図11】本発明の実施例の製造プロセスにおける断面
図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view in the manufacturing process of the example of the present invention.

【図12】本発明の実施例の製造プロセスにおける断面
図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view in the manufacturing process of the example of the present invention.

【図13】本発明の実施例の製造プロセスにおける断面
図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view in the manufacturing process of the example of the present invention.

【図14】本発明の実施例の製造プロセスにおける断面
図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view in the manufacturing process of the example of the present invention.

【図15】本発明の実施例の製造プロセスにおける断面
図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view in the manufacturing process of the example of the present invention.

【図16】本発明の実施例の製造プロセスにおける断面
図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view in the manufacturing process of the example of the present invention.

【図17】本発明の実施例の高誘電体を用いた強誘電体
を用いたDRAMメモリセル部の斜視図である。
FIG. 17 is a perspective view of a DRAM memory cell portion using a ferroelectric substance that uses a high dielectric substance according to an example of the present invention.

【図18】図17の平面図である。FIG. 18 is a plan view of FIG.

【図19】本発明の実施例のDRAMのメモリセルの断
面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a memory cell of a DRAM according to an embodiment of the present invention.

【図20】本発明の実施例の多層の強誘電体及び多層の
電極を用いたメモリセルの断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view of a memory cell using a multilayer ferroelectric substance and a multilayer electrode according to an example of the present invention.

【図21】本発明の実施例の酸化物強誘電体薄膜の堆積
状態の模式図である。
FIG. 21 is a schematic view of a deposited state of an oxide ferroelectric thin film according to an example of the present invention.

【図22】従来技術になる酸化物強誘電体薄膜の堆積状
態の模式図である。
FIG. 22 is a schematic diagram of a deposited state of a conventional oxide ferroelectric thin film.

【図23】本発明の実施例の酸化物強誘電体薄膜の堆積
状態の模式図である。
FIG. 23 is a schematic diagram of a deposited state of an oxide ferroelectric thin film according to an example of the present invention.

【図24】従来技術になる酸化物高誘電体薄膜の堆積状
態の模式図である。
FIG. 24 is a schematic view of a deposited state of an oxide high dielectric thin film according to a conventional technique.

【図25】本発明の実施例の酸化物強誘電体薄膜の堆積
状態の模式図である。
FIG. 25 is a schematic view of a deposited state of an oxide ferroelectric thin film according to an example of the present invention.

【図26】本発明の実施例の酸化物高誘電体薄膜の堆積
状態の模式図である。
FIG. 26 is a schematic view of a deposited state of an oxide high dielectric thin film of an example of the invention.

【図27】本発明の実施例のシステムLSIのレイアウ
トである。
FIG. 27 is a layout of the system LSI according to the embodiment of the present invention.

【図28】本発明の実施例の論理LSIのレイアウトで
ある。
FIG. 28 is a layout of a logic LSI according to an embodiment of the present invention.

【図29】本発明の実施例の半導体ディスク基板のレイ
アウトである。
FIG. 29 is a layout of a semiconductor disk substrate according to an example of the present invention.

【図30】本発明の実施例のメモリカードのレイアウト
である。
FIG. 30 is a layout of a memory card according to an embodiment of the present invention.

【図31】本発明の実施例のコンピュータシステムの構
成の説明図である。
FIG. 31 is an explanatory diagram of a configuration of a computer system according to the embodiment of this invention.

【図32】本発明の実施例のワードプロセッサの構成の
説明図である。
FIG. 32 is an explanatory diagram of a configuration of a word processor according to the embodiment of this invention.

【図33】図32に示すプリンタの構成の説明図であ
る。
FIG. 33 is an explanatory diagram of a configuration of the printer shown in FIG. 32.

【図34】本発明の実施例のゲーム用コンピュータシス
テムの構成の説明図である。
FIG. 34 is an explanatory diagram of a configuration of a game computer system according to an embodiment of the present invention.

【図35】本発明の実施例の電子卓上計算機の構成の説
明図である。
FIG. 35 is an explanatory diagram of a configuration of an electronic desk calculator according to an embodiment of the present invention.

【図36】本発明の実施例の電子手帳の構成の説明図で
ある。
FIG. 36 is an explanatory diagram of a configuration of an electronic notebook according to the embodiment of this invention.

【図37】一般的な強誘電体の自発分極作用を説明する
図表である。
FIG. 37 is a diagram illustrating a spontaneous polarization action of a general ferroelectric substance.

【図38】従来の貴金属を下地電極として用いその上に
強誘電体を形成した場合の容量素子の説明図である。
FIG. 38 is an explanatory diagram of a capacitive element when a conventional noble metal is used as a base electrode and a ferroelectric is formed on the base electrode.

【図39】従来のアルミニウムを下地電極として用いそ
の上に強誘電体を形成した場合の容量素子の説明図であ
る。
FIG. 39 is an explanatory diagram of a capacitive element in the case where a conventional aluminum is used as a base electrode and a ferroelectric is formed thereon.

【図40】図38と図39に示す強誘電体を形成した容
量素子の強誘電体膜厚と容量の関係の図表である。
FIG. 40 is a chart showing the relationship between the ferroelectric film thickness and the capacitance of the capacitive element formed with the ferroelectric shown in FIGS. 38 and 39.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ポリSi 102 BaTiO3 103 PbTi4 104 ポリSi 105 SiO2 106 Si 201 ポリSi 401 基板 402 真空容器 403 マイクロ波導破管 404 マイクロ波発生装置 405 磁界コイル 406 基板ヒ−タ 407 Ba(DPM)3 408 Ti(DPM)3 409 ヒ−タ 410 ガス流量コントロ−ラ 901 n型拡散層 902 ワ−ド線 903 ビット線 904 蓄積ノ−ド(ポリSi) 905 局所酸化膜 906 PbTi4膜 907 BaTiO3 908 プレ−ト電極(ポリSi) 909 チタンタングステン 910 アルミニウム 911 チタンタングステン 1001 強誘電体膜 1002 PbTi4膜 1003 プレ−ト電極(ポリSi) 1101 MOSトランジスタ 1102 容量素子 1103 ワ−ド線 1104 ビット線 1105 センスアンプ 1106 読み出しアンプ 1107 書き込みアンプ 1201 ワ−ド線 1202 ビット線 1203 ダミ−ビット線 1204 強誘電体容量素子 1301 SiO2膜 1401 強誘電体膜 1501 エッチング加工後の強誘電体膜 1601 PbTi4膜 1602 アルミニウム 1701 BPSG膜 1801 エッチバック後のBPSG膜 1901 電極形状に加工後のポリSi 1902 電極形状に加工後のPbTi4膜 2001 蓄積ノ−ド 2002 強誘電体膜 2003 プレ−ト電極 2004 ビット線 2005 ワ−ド線 2006 n型拡散層 2201 コンタクト電極(タングステン) 2701 チタン 2702 チタンシリサイド 2703 チタンナイトライド 2704 チタン酸ストロンチウム 2705 PbZrTiO3 2706 PbTi4 2707 ポリSi 2708 BPSG 2709 プレ−ト電極 2710 ストレ−ジノ−ド 2711 送還絶縁膜 2712 アルミ配線 2713 チタンタングステン101 poly-Si 102 BaTiO 3 103 PbTi 4 104 poly-Si 105 SiO 2 106 Si 201 poly-Si 401 substrate 402 vacuum container 403 microwave destructive tube 404 microwave generator 405 magnetic field coil 406 substrate heater 407 Ba (DPM) 3 408 Ti (DPM) 3 409 Heater 410 Gas flow rate controller 901 n-type diffusion layer 902 Word line 903 Bit line 904 Storage node (poly Si) 905 Local oxide film 906 PbTi 4 film 907 BaTiO 3 908 pre - gate electrode (poly Si) 909 titanium tungsten 910 aluminum 911 titanium tungsten 1001 ferroelectric film 1002 PbTi 4 film 1003 pre - gate electrode (poly Si) 1101 MOS transistor 1102 capacitive element 1103 Wa Word line 1104 bit lines 1105 sense amplifiers 1106 readout amplifier 1107 write amplifier 1201 word - word line 1202 bit lines 1203 dummy - Strong bit line 1204 dielectric capacitor element 1301 SiO 2 film 1401 ferroelectric film 1501 ferroelectric after etching Film 1601 PbTi 4 film 1602 Aluminum 1701 BPSG film 1801 Etched back BPSG film 1901 Poly Si 1902 after processing into electrode shape PbTi 4 film after processing into electrode shape 2001 Storage node 2002 Ferroelectric film 2003 plate Electrode 2004 Bit line 2005 Word line 2006 n-type diffusion layer 2201 Contact electrode (tungsten) 2701 Titanium 2702 Titanium silicide 2703 Titanium nitride 2704 Strontium titanate Um 2705 PbZrTiO 3 2706 PbTi 4 2707 Poly Si 2708 BPSG 2709 pre - gate electrode 2710 stress - Gino - de 2711 repatriation insulating film 2712 aluminum wiring 2713 titanium tungsten

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─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年5月14日[Submission date] May 14, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項10[Name of item to be corrected] Claim 10

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0060[Correction target item name] 0060

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0060】 図4はECRプラズマアシスト有機金属
CVD装置の構成を示す説明図である。本図に示すよう
に基板の設置される基板ホルダ401を備えた真空容器
と、この真空容器に石英製のマイクロ波導入窓412を
介してマイクロ波導管が接続され、さらにマイクロ波
発生装置403となるマグネトロンが連結されている。
マグネトロンからは2.45GHzのマイクロ波電界が
発生しマイクロ波導管を伝搬し石英窓を透過し真空容
器内に導入される。図には省略したが、マイクロ波導
管にはマイクロ波チューナ、マイクロ波伝搬検出器等が
備えられ、基板上でマイクロ波の電界方向が基板に対し
平行となるように予めチューニングされている。また、
図には省略したが真空容器とゲートバルブを介して基板
搬入ロボット室を備えこの基板搬送ロボットにより基板
が真空容器内に搬入される。また、ロボット室は他の成
膜装置等とやはりゲートバルブを介して接続され基板を
他の処理を含め連続的に処理することができる。基板ホ
ルダ401には加熱ヒータ406を備え基板を最高10
00℃まで加熱可能となっている。また、真空容器の周
囲には磁界コイル405が設置され基板上で磁力線の方
向が基板と垂直向きになり、磁束密度が最大1000ガ
ウスまで発生できる。有機金属ソース容器には有機金属
キャリアガスが導入できるようにキャリアガスボンベ4
11から配管が設置され配管は室温から300℃まで温
度制御が可能である。有機金属ソース407、408及
び有機金属ソース導入配管もやはりヒータ409により
それぞれ独立に室温から300℃まで温度制御可能であ
る。なお、基板上に均一に成膜処理が行えるようにガス
は基板に対し垂直方向に導入され、多数の導入孔を有し
ている。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the ECR plasma assisted organometallic CVD apparatus. A vacuum vessel having a substrate holder 401 installed in the substrate as shown in the figure, microwave waveguide through a quartz microwave introducing window 412 is connected to the vacuum vessel, further microwave generator 403 Is connected to the magnetron.
Microwave electric field of 2.45GHz is introduced to the generated vacuum chamber through the quartz window propagates microwave waveguide is from the magnetron. Although omitted in the drawings, a micro-wave wave <br/> microwave tuner in tube, a microwave propagation detector and the like are provided, in advance tuned electric field direction of the microwave is parallel to the substrate on the substrate Has been done. Also,
Although not shown in the drawing, a substrate loading robot chamber is provided via a vacuum container and a gate valve, and the substrate is loaded into the vacuum container by the substrate transfer robot. Further, the robot chamber is connected to another film forming apparatus or the like through the gate valve, and the substrate can be continuously processed including other processing. The substrate holder 401 is equipped with a heater 406 and the substrate can be set to a maximum of 10
It can be heated up to 00 ° C. Further, a magnetic field coil 405 is installed around the vacuum container so that the direction of magnetic force lines on the substrate is perpendicular to the substrate, and a magnetic flux density of up to 1000 gauss can be generated. Carrier gas cylinder 4 so that an organometallic carrier gas can be introduced into the organometallic source container
The pipe is installed from 11, and the temperature of the pipe can be controlled from room temperature to 300 ° C. The temperature of the organometallic sources 407 and 408 and the organometallic source introducing pipe can also be independently controlled by the heater 409 from room temperature to 300 ° C. The gas is introduced in a direction perpendicular to the substrate and has a large number of introduction holes so that the film can be uniformly formed on the substrate.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0076[Correction target item name] 0076

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0076】 図11に示すようにこの上にBaTiO
3(チタン酸バリウム)とSrTiO3の固溶体膜140
を膜厚0.3μm成膜する。成膜方法としてはBa、
Ti、Srの有機金属、あるいは有機金属錯体をキャリ
アガスとしてオゾンを用い、基板温度を600℃とし有
機金属化学気相堆積法を用いている。成膜装置としては
図4に記載のECRマイクロ波プラズマMOCVD装置
を用いることができる。
As shown in FIG . 11 , BaTiO 3 is formed on top of this .
3 (barium titanate) and SrTiO 3 solid solution film 140
1 is deposited to a film thickness of 0.3 μm. As a film forming method, Ba,
An organometallic chemical vapor deposition method is used in which ozone is used as an organic metal of Ti or Sr or an organometallic complex as a carrier gas and the substrate temperature is 600 ° C. As the film forming apparatus, the ECR microwave plasma MOCVD apparatus shown in FIG. 4 can be used.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0081[Name of item to be corrected] 0081

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0081】 図16に示すように露出したアルミニウ
ム1901とその下層のPbTi合金1902をエッチ
ングし電極形状に加工する。これにより強誘電体側壁部
同士を電気的に分離し電極とすることにより容量素子が
形成される。なお、その際の電極間隔は0.2μmとし
たものである。しかし本発明は0.2μm程度の膜厚に
限られたものではなく必要とされる容量値、膜の比抵抗
より決定される。
As shown in FIG . 16 , the exposed aluminum 1901 and the PbTi alloy 1902 below it are etched and processed into an electrode shape. As a result, the ferroelectric sidewalls are electrically separated from each other to form electrodes, thereby forming a capacitive element. The electrode spacing at that time was 0.2 μm. However, the present invention is not limited to the film thickness of about 0.2 μm, but is determined by the required capacitance value and the specific resistance of the film.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0084[Correction target item name] 0084

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0084】 容量素子の容量値は本実施例において、
40fFが得られている。また、強誘電体の側壁部を利
用した際の抵抗率は約1013 Ωcmであり電極間隔を
0.2μmとしたことによりDRAMメモリセルとして
用いるには充分小さいリーク電流値が得られている。
In the present embodiment, the capacitance value of the capacitive element is
40 fF is obtained. Further, the resistivity when utilizing the side wall portion of the ferroelectric substance is about 10 13 Ωcm, and by setting the electrode interval to 0.2 μm, a sufficiently small leak current value can be obtained for use as a DRAM memory cell.

【手続補正6】[Procedure Amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0092[Correction target item name] 0092

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0092】 本図に上記のようなPbTi4を電極と
し、強誘電体を用いた容量を制御トランジスタ、駆動用
の周辺回路、配線の終了した基板の最上位に形成したD
RAMのメモリセルの断面図を示した。容量素子の蓄積
ノードとMOSトランジスタの電極とはタングステン
コンタクト電極2201により接続されている。強誘電
体は上記の材料のように、重金属やマグネシウム等の半
導体や絶縁膜の特性を変化させる元素が多く含まれてい
る。上記強誘電体膜を最終工程において形成することに
より素子の長期的な信頼性を向上させることができる。
In this figure, PbTi 4 is used as an electrode as described above, and a capacitor using a ferroelectric is formed on the top of the substrate where the control transistor, the driving peripheral circuit and the wiring are completed.
A cross-sectional view of a RAM memory cell is shown. The storage node of the capacitive element and the electrode of the MOS transistor are made of tungsten .
It is connected by a contact electrode 2201 . Ferroelectrics, like the above materials, contain many elements such as heavy metals and magnesium that change the characteristics of semiconductors and insulating films. By forming the ferroelectric film in the final step, long-term reliability of the device can be improved.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0096[Correction target item name] 0096

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0096】 図20は本発明の実施例8の多層の強誘
電体及び多層の電極を用いたメモリセルの断面図を示
す。本素子は、0.3μmルールで設計され、電源電圧
は3.0V、センスアンプピッチ0.8μm、ワード線
ピッチ0.7μmで設計されたものである。Si基板上
図10に記載した様にMOSトランジスタ及びビット
線が形成された後に、シリコンとのコンタクト抵抗を低
減するためにコンタクト部チタン2701を形成する。
形成されたチタンはその後の高温プロセスにおいてシリ
コンと反応しシリコンとの境界部に約0.02μmのチ
タンシリサイド2702を形成する。このチタンシリサ
イドはさらにコンタクト抵抗を低減させている。さらに
チタン上部にバリア層となる窒化チタン2703が形成
される。強誘電体膜を成膜する前にMOSトランジスタ
のソース電極のコンタクト部にバリア材を形成すること
により強誘電体に含まれる鉛やジルコニウム等の重金属
やマグネシウム等のSi中で可動イオンとなりうる物質
がSi中に混入することを防止できる。Si中に重金属
が混入したり、可動イオンが混入するとSiのバンドギ
ャップ中の深いエネルギ域に電子のエネルギ準位が形成
されMOSトランジスタのリーク電流の増加や閾値電圧
の変化等を引き起こす。これらを防ぐことのできるバリ
ア材として窒化チタン2703を用いたものである。
FIG. 20 shows a sectional view of a memory cell using a multilayer ferroelectric substance and a multilayer electrode of Example 8 of the present invention. This element is designed according to the rule of 0.3 μm, the power supply voltage is 3.0 V, the sense amplifier pitch is 0.8 μm, and the word line pitch is 0.7 μm. After the MOS transistor and the bit line are formed on the Si substrate as shown in FIG. 10 , a contact portion titanium 2701 is formed in order to reduce the contact resistance with silicon.
The formed titanium reacts with silicon in the subsequent high temperature process to form titanium silicide 2702 of about 0.02 μm at the boundary with silicon. This titanium silicide further reduces the contact resistance. Further, titanium nitride 2703 to be a barrier layer is formed on the titanium. By forming a barrier material on the contact portion of the source electrode of a MOS transistor before forming a ferroelectric film, a heavy metal such as lead or zirconium contained in the ferroelectric or a substance that can become mobile ions in Si such as magnesium Can be prevented from being mixed into Si. When heavy metals are mixed into Si or mobile ions are mixed therein, energy levels of electrons are formed in a deep energy region in the band gap of Si, which causes an increase in leak current of the MOS transistor and a change in threshold voltage. Titanium nitride 2703 is used as a barrier material capable of preventing these.

【手続補正8】[Procedure Amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0100[Correction target item name] 0100

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0100】 さらに、上記容量素子上に保護膜として
SiO2膜2711を形成しメモリーセルが構成され
る。DRAMとして用いられる場合、さらにその上にア
ルミ配線2712等が配設され外部電極とのコンタクト
がとられ、パッケージに封入されて完成する。尚、セン
スアンプ、ドライバー回路、等の周辺回路のプロセスに
ついては省略したが当然含まれており、図8に示すよう
な構成となる。
Further, a SiO 2 film 2711 is formed as a protective film on the capacitive element to form a memory cell. When it is used as a DRAM, aluminum wiring 2712 and the like are further provided thereon to make contact with external electrodes, and then sealed in a package for completion. Although processes of peripheral circuits such as the sense amplifier and the driver circuit are omitted, they are naturally included, and the configuration is as shown in FIG .

【手続補正9】[Procedure Amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0107[Name of item to be corrected] 0107

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0107】 具体的に、BaTiO3の強誘電体薄膜の形成
工程を図21を参照しながら以下に説明する。真空蒸着
装置内に基板としてシリコンウエハ(直径100mm)を用い
て酸素ガスをガス吹き出し管より200ml/minの流量で導
入し、圧力0.3 Paになるように排気量を調節した後、ガ
ス吹き出し管よりモノシラン、SiH4を20ml/minの流量で
導入しPoly-Si層を形成した。
A process for forming a BaTiO 3 ferroelectric thin film will be described below in detail with reference to FIG . Using a silicon wafer (diameter 100 mm) as a substrate in the vacuum evaporation system, introduce oxygen gas from the gas blowing pipe at a flow rate of 200 ml / min, adjust the exhaust volume so that the pressure becomes 0.3 Pa, and then use the gas blowing pipe. Monosilane and SiH 4 were introduced at a flow rate of 20 ml / min to form a Poly-Si layer.

【手続補正10】[Procedure Amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0128[Name of item to be corrected] 0128

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0128】 図30は本発明の実施例14のメモリカ
ードのレイアウトを示す。本発明のFRAM、SRAM
は半導体ディスク基板のみならず本図に示したようなメ
モリカードにも応用できる。特にFRAMを用いたカー
ド(FRAMカード)は従来のメモリカードのように記
憶保持用の電池をカード内に内蔵させる必要がないため
に従来のフロッピディスクと同様の用途があり、フロッ
ピに比べ大幅にアクセス時間が短縮できるといった利点
がある。従って、上記FRAMSRAMを用いたメモ
リカードを従来のフロッピディスクのようにワークステ
ーション以下の小型及び携帯用コンピュータシステムに
おける交換可能な補助記憶媒体として利用すれば、ディ
スクを回転させるために要するモータ等の駆動系や駆動
用の電源が不要なので、システム全体を小型化できま
た、消費電力を低減で、さらに大容量の情報を高速に読
み書きできるのでシステム全体としての処理能力が向上
する。
FIG. 30 shows the layout of the memory card of Embodiment 14 of the present invention. FRAM and SRAM of the present invention
Can be applied not only to the semiconductor disk substrate but also to the memory card shown in this figure. In particular, a card using FRAM (FRAM card) has the same application as a conventional floppy disk because it does not need to have a battery for storing data in the card unlike a conventional memory card, and is significantly larger than a floppy disk. There is an advantage that access time can be shortened. Therefore, if a memory card using the above FRAM or SRAM is used as a replaceable auxiliary storage medium in a small-sized portable computer system below a workstation like a conventional floppy disk, a motor required for rotating the disk, etc. Since the driving system and the driving power source are not required, the entire system can be downsized, the power consumption can be reduced, and a large amount of information can be read and written at high speed, so that the processing capability of the entire system is improved.

【手続補正11】[Procedure Amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0131[Correction target item name] 0131

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0131】 また、FRAMディスクは、従来の半導
体ディスクに比べ、不揮発性、大容量、低消費電力
利点を持つ。特に、不揮発性であるために電気的なバッ
クアップを必要としないので、中小型以上の機種に見ら
れるような停電対策用の蓄電池が不要で、システム全体
を小型化できるという利点がある。また、記憶内容をア
クセス時間の遅い磁気ディスク上にコピーする必要がな
く、従来のシステムより高速にかつ大容量の情報を処理
できるので、システム全体の高速化、性能アップ、小型
化、低価格化が図れるといった利点がある。さらに、携
帯用のパーソナルコンピュータからノート型コンピュー
タに関しても、磁気ディスクを必要としないために、振
動に強いシステム構成でき、低消費電力であるため、長
時間のバッテリ動作をさせることができ、携帯用の用途
が広がり移動体内等においても安定な動作を保証するこ
とができる。
Further, the FRAM disk has advantages such as nonvolatility, large capacity, and low power consumption as compared with the conventional semiconductor disk. In particular, since it is non-volatile, it does not require electrical backup, and therefore has the advantage that it does not require a storage battery for power outages as seen in small and medium-sized models and can downsize the entire system. In addition, since it is not necessary to copy the stored contents onto a magnetic disk with a slow access time, it can process a large amount of information faster than conventional systems, thus speeding up the entire system, improving performance, downsizing, and lowering the price. Has the advantage that Further, from a portable personal computer to a notebook computer, since a magnetic disk is not required, a system configuration that is resistant to vibration can be configured, and low power consumption allows battery operation for a long time. It is possible to ensure stable operation even in a moving body or the like due to the wide range of uses.

【手続補正12】[Procedure Amendment 12]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0133[Name of item to be corrected] 0133

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0133】 さらに、上記マイクロプロセッサを信号
処理部に用い、本発明のメモリ素子を主記憶部用いれ
ば、大容量の情報に高速でアクセスできるために極めて
高度かつ複雑な情報処理を短時間で行うことができる。
Further, if the above microprocessor is used for the signal processing unit and the memory element of the present invention is used for the main storage unit , a large amount of information can be accessed at high speed, and therefore extremely sophisticated and complicated information processing can be performed in a short time. It can be carried out.

【手続補正13】[Procedure Amendment 13]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0134[Correction target item name] 0134

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0134】実施例16 さらに、本発明の論理素子、メモリ素子及び半導体ディ
スクや、メモリカードを用いたシステムには上記コンピ
ュータ以外にもワードプロセッサ、プリンタ等のOA機
器がある。
[0134] Example 16 Further, the logic device of the present invention, a memory element and beauty semiconductor disk, the system using a memory card word processor in addition to the computer, there is OA equipment such as a printer.

【手続補正14】[Procedure Amendment 14]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】符号の説明[Correction target item name] Explanation of code

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【符号の説明】 101 ポリSi 102 BaTiO3 103 PbTi4 104 ポリSi 105 SiO2 106 Si 201 ポリSi 401 基板 402 真空容器 403 マイクロ波導波管 404 マイクロ波発生装置 405 磁界コイル 406 基板ヒ−タ 407 Ba(DPM)3 408 Ti(DPM)3 409 ヒ−タ 410 ガス流量コントロ−ラ 901 n型拡散層 902 ワ−ド線 903 ビット線 904 蓄積ノ−ド(ポリSi) 905 局所酸化膜 906 PbTi4膜 907 BaTiO3 908 プレ−ト電極(ポリSi) 909 チタンタングステン 910 アルミニウム 911 チタンタングステン 1001 強誘電体膜 1002 PbTi4膜 1003 プレ−ト電極(ポリSi) 1101 MOSトランジスタ 1102 容量素子 1103 ワ−ド線 1104 ビット線 1105 センスアンプ 1106 読み出しアンプ 1107 書き込みアンプ 1201 ワ−ド線 1202 ビット線 1203 ダミ−ビット線 1204 強誘電体容量素子 1301 SiO2膜 1401 強誘電体膜 1501 エッチング加工後の強誘電体膜 1601 PbTi4膜 1602 アルミニウム 1701 BPSG膜 1801 エッチバック後のBPSG膜 1901 電極形状に加工後のポリSi 1902 電極形状に加工後のPbTi4膜 2001 蓄積ノ−ド 2002 強誘電体膜 2003 プレ−ト電極 2004 ビット線 2005 ワ−ド線 2006 n型拡散層 2201 コンタクト電極(タングステン) 2701 チタン 2702 チタンシリサイド 2703 チタンナイトライド 2704 チタン酸ストロンチウム 2705 PbZrTiO3 2706 PbTi4 2707 ポリSi 2708 BPSG 2709 プレ−ト電極 2710 ストレ−ジノ−ド 2711 SiO2膜 2712 アルミ配線 2713 チタンタングステン[Explanation of reference numerals] 101 poly-Si 102 BaTiO 3 103 PbTi 4 104 poly-Si 105 SiO 2 106 Si 201 poly-Si 401 substrate 402 vacuum container 403 microwave waveguide 404 microwave generator 405 magnetic field coil 406 substrate heater 407 Ba (DPM) 3 408 Ti (DPM) 3 409 Heater 410 Gas flow rate controller 901 n-type diffusion layer 902 Word line 903 Bit line 904 Accumulation node (poly Si) 905 Local oxide film 906 PbTi 4 film 907 BaTiO 3 908 pre - gate electrode (poly Si) 909 titanium tungsten 910 aluminum 911 titanium tungsten 1001 ferroelectric film 1002 PbTi 4 film 1003 pre - gate electrode (poly Si) 1101 MOS transistor 1102 volume containing Child 1103 Word line 1104 Bit line 1105 Sense amplifier 1106 Read amplifier 1107 Write amplifier 1201 Word line 1202 Bit line 1203 Dummy bit line 1204 Ferroelectric capacitor 1301 SiO 2 film 1401 Ferroelectric film 1501 After etching processing Ferroelectric film 1601 PbTi 4 film 1602 Aluminum 1701 BPSG film 1801 BPSG film after etching back 1901 Poly Si 1902 after processing into electrode shape PbTi 4 film after processing into electrode shape 2001 Storage node 2002 Ferroelectric film 2003 plate electrode 2004 bit line 2005 word line 2006 n-type diffusion layer 2201 contact electrode (tungsten) 2701 titanium 2702 titanium silicide 2703 titanium nitride 2704 chi Strontium titanate 2705 PbZrTiO 3 2706 PbTi 4 2707 Poly-Si 2708 BPSG 2709 Plate electrode 2710 Storage node 2711 SiO 2 film 2712 Aluminum wiring 2713 Titanium tungsten

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B41J 29/00 8804−2C B41J 29/00 S (72)発明者 大上 三千男 福島県田村郡三春町大字熊耳字大平16 日 立エーアイシー株式会社三春工場内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Internal reference number FI technical display location // B41J 29/00 8804-2C B41J 29/00 S (72) Inventor Michio Oue Tamura, Fukushima Prefecture Miharu-cho, Gunma Omi 16 Ohira, Hiratachi AIC Co., Ltd. Miharu Factory

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘電率が20以上または分極に履歴を有
する酸化物誘電体と、該酸化物誘電体の両面に接する電
極とから構成される容量素子において、少なくとも1方
の電極が複数の元素よりなり酸化されると20以上の誘
電率を持つ絶縁体あるいは分極に履歴を有する絶縁体と
なることを特徴とする容量素子。
1. In a capacitive element including an oxide dielectric having a dielectric constant of 20 or more or having a history of polarization, and electrodes in contact with both surfaces of the oxide dielectric, at least one electrode having a plurality of elements. The capacitive element, which becomes an insulator having a dielectric constant of 20 or more or an insulator having a history of polarization when oxidized.
【請求項2】 複数の元素の酸化により形成される誘電
体膜と、該誘電体膜の両面に接する電極とから構成され
る容量素子において、少なくとも1方の電極が前記誘電
体膜に含まれる複数の元素を含むことを特徴とする容量
素子。
2. In a capacitive element comprising a dielectric film formed by oxidation of a plurality of elements and electrodes in contact with both surfaces of the dielectric film, at least one electrode is included in the dielectric film. A capacitive element comprising a plurality of elements.
【請求項3】 前記誘電体膜は比誘電率が20以上の高
誘電体膜であることを特徴とする請求項2に記載の容量
素子。
3. The capacitive element according to claim 2, wherein the dielectric film is a high dielectric film having a relative dielectric constant of 20 or more.
【請求項4】 前記誘電体膜は分極に履歴を有する強誘
電体膜であることを特徴とする請求項2に記載の容量素
子。
4. The capacitive element according to claim 2, wherein the dielectric film is a ferroelectric film having a history of polarization.
【請求項5】 前記誘電体は少なくとも1方の電極の酸
化により形成されたことを特徴とする請求項1から請求
項4のうち何れかの請求項に記載の容量素子。
5. The capacitive element according to claim 1, wherein the dielectric is formed by oxidizing at least one electrode.
【請求項6】 前記酸化物誘電体と、前記電極とは前記
電極の酸化物を介して接していることを特徴とする請求
項1に記載の容量素子。
6. The capacitive element according to claim 1, wherein the oxide dielectric and the electrode are in contact with each other through the oxide of the electrode.
【請求項7】 前記誘電体と、前記誘電体を構成する複
数の元素を含む電極とは前記電極の酸化物を介して接し
ていることを特徴とする請求項2から請求項4のうち何
れかの請求項に記載の容量素子。
7. The dielectric according to any one of claims 2 to 4, wherein the dielectric and an electrode containing a plurality of elements forming the dielectric are in contact with each other through an oxide of the electrode. The capacitive element according to the claim.
【請求項8】 前記電極の酸化物は酸素雰囲気において
高温熱処理を加えることにより形成されたことを特徴と
する請求項5から請求項7のうち何れかの請求項に記載
の容量素子。
8. The capacitive element according to claim 5, wherein the oxide of the electrode is formed by applying a high temperature heat treatment in an oxygen atmosphere.
【請求項9】 前記電極の酸化物は酸素を含むプラズマ
に暴露されて形成されたことを特徴とする請求項5から
請求項7のうち何れかの請求項に記載の容量素子。
9. The capacitive element according to claim 5, wherein the oxide of the electrode is formed by being exposed to plasma containing oxygen.
【請求項10】 前記電極の酸化物は前記化物誘電体を
形成する過程において形成されたことを特徴と請求項6
または請求項7に記載の容量素子。
10. The oxide of the electrode is formed in a process of forming the oxide dielectric.
Alternatively, the capacitive element according to claim 7.
【請求項11】 請求項1から請求項10のうちのいず
れかの請求項に記載の容量素子の酸化物誘電体の分極に
履歴を有し、1方の電極が能動素子に電気的に接続され
て前記酸化物絶縁体の分極方向により記憶機能を備えた
記憶セルが半導体基板上にマトリクス状に配設されてな
ることを特徴とする不揮発性メモリ。
11. The capacitor according to any one of claims 1 to 10, wherein the polarization of the oxide dielectric of the capacitive element has a history, and one electrode is electrically connected to the active element. A non-volatile memory, in which memory cells having a memory function depending on the polarization direction of the oxide insulator are arranged in a matrix on a semiconductor substrate.
【請求項12】 請求項1から請求項10のうちのいず
れかの請求項に記載の容量素子の1方の電極が能動素子
に電気的に接続されたたことを特徴とするダイナミック
ランダムアクセスメモリ。
12. A dynamic random access memory, wherein one electrode of the capacitive element according to any one of claims 1 to 10 is electrically connected to an active element. ..
【請求項13】 請求項11に記載の不揮発性メモリを
用いたことを特徴とする半導体メモリーカード。
13. A semiconductor memory card using the nonvolatile memory according to claim 11.
【請求項14】 請求項12に記載のダイナミックラン
ダムアクセスメモリを用いたことを特徴とする半導体メ
モリーカード。
14. A semiconductor memory card using the dynamic random access memory according to claim 12.
【請求項15】 請求項11に記載の不揮発性メモリを
用いたことを特徴とする半導体ディスク基板。
15. A semiconductor disk substrate using the non-volatile memory according to claim 11.
【請求項16】 請求項12に記載のダイナミックラン
ダムアクセスメモリを用いたことを特徴とする半導体デ
ィスク基板。
16. A semiconductor disk substrate using the dynamic random access memory according to claim 12.
【請求項17】 請求項11に記載の不揮発性メモリを
用いたことを特徴とするマイクロプロセッサ。
17. A microprocessor using the non-volatile memory according to claim 11. Description:
【請求項18】 請求項12に記載のダイナミックラン
ダムアクセスメモリを用いたことを特徴とするマイクロ
プロセッサ。
18. A microprocessor using the dynamic random access memory according to claim 12.
【請求項19】 請求項11に記載の不揮発性メモリを
用いたことを特徴とするコンピュータ。
19. A computer using the non-volatile memory according to claim 11.
【請求項20】 請求項12に記載のランダムアクセス
メモリを用いたことを特徴とするコンピュータ。
20. A computer using the random access memory according to claim 12.
【請求項21】 請求項13または請求項14に記載の
半導体メモリーカードを用いたことを特徴とするコンピ
ュータ。
21. A computer using the semiconductor memory card according to claim 13 or 14.
【請求項22】 請求項15または請求項16に記載の
半導体ディスク基板を用いたことを特徴とするコンピュ
ータ。
22. A computer using the semiconductor disk substrate according to claim 15 or 16.
【請求項23】 請求項17または請求項18に記載の
マイクロプロセッサを用いたことを特徴とするコンピュ
ータ。
23. A computer using the microprocessor according to claim 17 or 18.
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KR1019920025351A KR100290963B1 (en) 1991-12-25 1992-12-24 Capacitance element for semiconductor integrated circuit and its manufacturing method
US08/417,839 US5745336A (en) 1991-12-25 1995-04-06 Capacitor for semiconductor integrated circuit

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5828080A (en) * 1994-08-17 1998-10-27 Tdk Corporation Oxide thin film, electronic device substrate and electronic device

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