JPH0621338A - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置Info
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- JPH0621338A JPH0621338A JP4174123A JP17412392A JPH0621338A JP H0621338 A JPH0621338 A JP H0621338A JP 4174123 A JP4174123 A JP 4174123A JP 17412392 A JP17412392 A JP 17412392A JP H0621338 A JPH0621338 A JP H0621338A
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Abstract
キャパシタの構造に関し、電界効果型トランジスタ等の
能動素子の形成された同一基板上に、強誘電体膜を形成
した信頼性の優れた強誘電体記憶装置を提供する。 【構成】能動素子の形成された基板上にSiO2膜、
(100)配向Pt下部電極、(001)配向PZT膜
が、順次この順序で形成されている。 【効果】PZT薄膜キャパシタの結晶の結晶構造と格子
定数を本来バルクのPZTが持つ結晶構造と格子定数に
することにより、結晶内、特に電極界面でのPZTの歪
を無くし、キャパシタにかける電界の極性を1015回繰
り返してもスイッチング電荷量の減少を防ぐことができ
る。信頼性に優れた大容量半導体記憶装置が可能とな
る。
Description
憶装置に用いられる強誘電体キャパシタの構造に関す
る。
イド・フィジックス(J.Appl.Phys)199
1年、第70巻、第1号、382項〜388項に記載さ
れていた様に、強誘電体メモリ装置等に使用される白金
電極の結晶は多結晶からなり、その結晶方位は強い(1
11)配向をしていた。
来例を説明する。
る下部電極201上にPb(ZrXTi1-X)O3、略し
てPZT膜202が形成されており、その上に、上部電
極203が形成されていた。
ようにおよそ0.5である。
の白金の配向性に影響されて、(111)に強く配向し
ていた。
誘電体キャパシタ中の強誘電体膜の分極の向きにより行
なう。
面体構造を成しており、PZT膜中のプラスイオンとマ
イナスイオンの平均位置が、相反する(111)方向の
にずれるために分極を生じる。
Zrであり、マイナスイオンは、Oである。
に対してプラスの電位となるようにPZT膜202の抗
電界以上のバイアスをかけたとき、分極の向きは下向き
であり、上記方向と逆向きにバイアスをかけたとき上向
きとなる。
いる。
て、PZTの分極反転を利用しているので、10年保証
するためには、分極反転を1015回を繰り返した後のス
イッチング電荷量を保証しなければならない。
・アプライド・フィジックス(J.Appl.Phy
s)1991年、第69巻、第12号、8352項〜8
357項に記載され図3に示す様に、(001)配向の
PZT膜を形成する場合の下地は、MgO(100)単
結晶基板(マグネシア)301やSrTiO3(10
0)単結晶基板(チタン酸ストロンチウム)を用いてい
た。
01上にPtをスパッタ膜で形成すると下地の影響を受
けて、(100)配向した、多結晶のPt302が形成
され、その上に、PZT膜303を形成すると下地のP
tに影響を受けて(001)配向となる。
成比X〜0.5のPZT膜を(111)配向した白金電
極上に形成した場合、下地の白金電極に影響を受けて
(111)配向のPZT膜が形成されるため、PZTは
歪を持ちながら配向する。
クのPZTの格子定数が、若干異なることによって生じ
る格子不整合を緩和するからである。
では、分極反転を繰り返すと、膜疲労を起こし、残留分
極の大きさが小さくなったり、リーク電流が増えてしま
うという問題点を有していた。
rTiO3(001)単結晶基板上にPZT膜を(00
1)配向させて、エピタキシャル成長することができる
が、電界効果形トランジスタが形成された基板上に単結
晶のMgOやSrTiO3を形成することは、不可能で
あるため、(001)配向のPZT膜を電界効果型トラ
ンジスタと集積化することはできなかった。
決しようとするもので、その目的とするところは、電界
効果型トランジスタ等の能動素子の形成された同一基板
上に、格子歪の無い、すなわちバルクと同じ結晶構造と
格子定数を持つ強誘電体膜を形成し、書き換え回数を1
015回としても、保証期間10年以上の強誘電体記憶装
置を提供することである。
は、 (1) 能動素子の形成された半導体基板上に形成され
た非晶質膜と、前記非晶質膜上に形成された(100)
配向下部電極と、前記下部電極上に形成された(00
1)配向のペロブスカイト結晶構造を有する酸化物誘電
体膜と、前記酸化物誘電体膜上に形成された上部電極を
具備することを特徴とする。
珪素(SiO2)膜であり、前記下部電極材料が白金で
あり、前記酸化物誘電体がチタン酸ジルコン酸鉛Pb
(ZrXTi1-X)O3であり、前記Pb(ZrXT
i1-X)O3のZr組成比が0.1以上0.2以下である
ことを特徴とする。
製造工程断構造図に基づいて説明する。
の部分であるが、簡単に説明する。まず、シリコン基板
101上に熱窒化膜(Si3N4)を全面に形成した後、
フォトエッチング工程によりLOCOS102を形成す
る部分の窒化膜に穴を開け、水蒸気を用いた湿式酸化に
よりシリコン基板の露出部を酸化し、LOCOS102
を形成する。
膜を除去した後、HCl酸化により厚さ150Åのゲー
ト酸化膜を形成する。
り多結晶シリコン103を全面に堆積し、その抵抗値を
下げるため燐(P)を1021/cm3程度イオン打ち込
みにより形成する。
を用いたドライ・エッチングによって多結晶シリコン1
03を図1(a)のように加工し、ゲート電極が形成さ
れる。 次に、この多結晶シリコンをマスクにして砒素
(As)をイオン打ち込みし、セルフアラインでソース
104及びドレイン105を形成する。
相成長法(CVD)により、燐ガラス106の膜を形成
する。
白金下部電極107を全面に形成する。
べる。
がある。
基板にマイナス500Vの直流バイアスをかけながら、
スパッタすることにより、白金107を形成する。
rのガス圧力、入力パワー密度5.6W/cm2で30
0秒スパッタする事により、厚さ5000Å、(10
0)配向の白金電極107を全面に形成することができ
る。
により、基板バイアスをかけない通常の直流(DC)マ
グネトロンスパッタ法でも可能である。
素分圧0.1mTorr、入力パワー密度5.6W/c
m2で、250秒スパッタすることにより、厚さ500
0Å、(100)配向の白金電極107を全面に形成す
ることができる。
質の燐ガラス106上に(100)配向の白金膜を形成
することができる。
い。
加したバイアススパッタ法を用いてもよい。
07上に厚さ5000Åの(001)配向のZr組成比
Xが0.15のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)108
を高周波(RF)マグネトロンスパッタ法により形成す
る。
0.85)O3.1とした。
の組成比を0.15とし、化学量論的組成のPZTから
一酸化鉛(PbO)を10パーセント過剰に含むターゲ
ット組成を用いた。
成比のバルクのPZTが、直方体の結晶構造をもち、
(001)方向が分極の方向と一致するからであり、更
に、下部電極107の白金の格子定数と、PZTのa軸
の格子定数が殆ど一致し、PZTの薄膜を形成した場合
にも、格子の歪量が少なく、分極反転等の膜疲労特性に
対して非常に有効だからである。
Torr、酸素ガス1mTorrの雰囲気、基板温度2
00℃、RFパワー密度6W/cm2である。
を得るために、酸素雰囲気中、500℃で熱処理を行な
った。
のPZT多結晶を得ることができた。
00Åの上部白金電極109をDCマグネトロンスパッ
タ法で形成した後、イオンミリング法を用いて下部白金
電極107、PZT108、上部白金電極109の加工
を行なう。
・オルト・シリケート(TEOS)のプラズマ化学気相
成長法で形成し、コンタクトホールを開けた後、アルミ
配線111をDCスパッタとフォトプロセス、アルミエ
ッチングプロセスにより形成する。
の書き換え回数に対するスイッチング電荷の変化のグラ
フを示す。
×100μmとし、5Vのバイアス電圧とした。
に、(111)配向PZT膜を形成したキャパシタを用
いた場合で、黒丸が本発明の実施例で示した(100)
配向のPt下部電極上に(001)配向のPb(Zr
0.15Ti0.85)O3膜を形成したキャパシタを用いた場
合である。
しに対して、本発明のPZTキャパシタのスイッチング
電荷の減少の割合は、従来に比べて、非常に優れている
ことが分かる。
もスイッチング電荷の大きさの減少がほとんど無いこと
が推定される。
於て、従来5Vで100μA/cm2以上であったが、
本実施例では、8μA/cm2と良好であった。
Xを0.15として説明したが、Xが0.8以上0.9
以下のいずれでも、Ptとの格子のミスマッチは非常に
少ないのでよい。
が、BaTiO3、PbTiO3、KNbO3、Pb(M
nNb)O3、(BaSr)TiO3等他のペロブスカイ
ト結晶構造を有する酸化物強誘電体または酸化物常誘電
体膜でもよい。
ウム(Nd)、ビスマス(Bi)、ナイオビウム(N
b)、アンチモン(Sb)、タンタル(Ta)等をドー
パントとして用いてもよい。
成される非晶質膜としてSiO2を用いて説明したが、
窒化珪素膜(Si3N4)でもよい。
たように能動素子の形成された半導体装置上に、酸化物
誘電体を集積化し、下部電極の結晶を(100)配向と
し、前記酸化物誘電体膜の結晶を(001)配向とする
ことで、本来前記酸化物誘電体がバルクとして持ってい
る結晶構造及び格子定数を薄膜にしても持ち得ることに
より、格子歪の無い、酸化物誘電体膜を形成することが
出来るので、情報の書き換えを1015回繰り返してもス
イッチング電荷量の減少を防ぐことができ、信頼性に優
れた大容量半導体記憶装置を提供することができると言
った効果を有する。
る。
子の断面構造図である。
るスイッチング電荷量の変化を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 能動素子の形成された半導体基板上に形
成された非晶質膜と、前記非晶質膜上に形成された(1
00)配向下部電極と、前記下部電極上に形成された
(001)配向のペロブスカイト結晶構造を有する酸化
物誘電体膜と、前記酸化物誘電体膜上に形成された上部
電極を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の非晶質膜が二酸化珪素
(SiO2)膜であり、前記下部電極材料が白金であ
り、前記酸化物誘電体がチタン酸ジルコン酸鉛Pb(Z
rXTi1-X)O3であり、前記Pb(ZrXTi1-X)O3
のZr組成比Xが0.1以上0.2以下であることを特
徴とする半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17412392A JP3232661B2 (ja) | 1992-07-01 | 1992-07-01 | 半導体記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP17412392A JP3232661B2 (ja) | 1992-07-01 | 1992-07-01 | 半導体記憶装置 |
Related Child Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11187573A Division JP2000068468A (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 半導体記憶装置の製造方法 |
JP11187568A Division JP2000068466A (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 半導体記憶装置 |
JP2001110443A Division JP2001352045A (ja) | 2001-04-09 | 2001-04-09 | 半導体記憶装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0621338A true JPH0621338A (ja) | 1994-01-28 |
JP3232661B2 JP3232661B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=15973057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17412392A Expired - Lifetime JP3232661B2 (ja) | 1992-07-01 | 1992-07-01 | 半導体記憶装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3232661B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030028115A (ko) * | 2001-09-27 | 2003-04-08 | 주식회사 포스코 | 원료 사전처리 시스템에서의 고로 반광 입도 조절 방법 |
KR100403798B1 (ko) * | 1996-03-11 | 2004-06-26 | 삼성전자주식회사 | 겹침형강유전체랜덤액세서메모리및그제조방법과구동방법 |
US7176509B2 (en) | 2004-03-25 | 2007-02-13 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US7220598B1 (en) | 1999-08-18 | 2007-05-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of making ferroelectric thin film having a randomly oriented layer and spherical crystal conductor structure |
-
1992
- 1992-07-01 JP JP17412392A patent/JP3232661B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
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US7176509B2 (en) | 2004-03-25 | 2007-02-13 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US7413913B2 (en) | 2004-03-25 | 2008-08-19 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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