JPH0823073A - 強誘電体薄膜キャパシタおよびその製造方法 - Google Patents

強誘電体薄膜キャパシタおよびその製造方法

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JPH0823073A
JPH0823073A JP6153197A JP15319794A JPH0823073A JP H0823073 A JPH0823073 A JP H0823073A JP 6153197 A JP6153197 A JP 6153197A JP 15319794 A JP15319794 A JP 15319794A JP H0823073 A JPH0823073 A JP H0823073A
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film capacitor
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板面内および基板間の電気的特性のばらつ
きがなく不揮発性半導体記憶回路に適用可能な強誘電体
薄膜キャパシタおよびその製造方法を提供する。 【構成】 主として<105>軸が厚さ方向に配向した
SrBi2 (Tax Nb1-x 2 9 (x=0〜1)の
薄膜および該薄膜を挟む一対の電極9,11からなるこ
とを特徴とする薄膜キャパシタである。この薄膜10
は、下部電極9上にストロンチウム,ビスマス,タンタ
ル,ニオブのアルコキシドまたは有機金属塩を原料とし
た溶液を塗布後乾燥し、乾燥後の膜厚が20〜80nmの
範囲で600〜850℃で結晶化させることを繰り返す
ことで形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は小型電子回路装置、特に
不揮発性半導体記憶装置に用いる強誘電体薄膜キャパシ
タに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より強誘電体薄膜を用いた薄膜キャ
パシタは開発されている。特に強誘電体としてチタン酸
ジルコン酸鉛(PZT)を用いた強誘電体薄膜キャパシ
タは広く研究されている。しかしPZTは分極反転を繰
り返すと特性が劣化する、いわゆる疲労現象が指摘され
ている。したがってPZT薄膜キャパシタを不揮発性半
導体記憶装置に適用した場合、読み出し・書き込み回数
が108 回に制限される(日経マイクロデバイス199
2年6月号P.80)。
【0003】PZT以外の強誘電体材料としてビスマス
系酸化物も研究されている。例えばジャパニーズ・ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジクス、第32巻、4
086ページ(JAPANESE JOURNAL O
F APPLIED PHYSICS, VOL.3
2,P.4086)にはチタン酸ビスマス薄膜をCVD
法により作製した薄膜キャパシタが述べられている。ま
たインターナショナル・パブリケーション・ナンバーW
O93/12542(INTERNATIONAL P
UBLICATION NUMBER WO93/12
542)にはSrBi2 Ta2 9 等のビスマス系酸化
物薄膜キャパシタと電荷転送用トランジスタよりなるメ
モリセルを用いた不揮発性半導体記憶装置が述べられて
おり、ビスマス系酸化物の疲労特性がきわめて優れてい
ることが指摘されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この従来のビスマス系
酸化物薄膜キャパシタは、ビスマス系酸化物が著しい異
方性を示すため、ビスマス系酸化物薄膜の配向性の不均
一性により薄膜キャパシタの電気的特性がばらついてし
まうという課題がある。すなわちビスマス系酸化物は層
状構造をもちa軸ないしb軸方向には大きな自発分極を
有するが、c軸方向の自発分極は極めて小さい。したが
って薄膜の配向が不均一な場合、自発分極量は薄膜キャ
パシタを作製した基板面内または基板ごとに変化する。
そのため自発分極の量により情報の1,0を記憶する不
揮発メモリを実現するには、重大な障害となる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板面内およ
び基板間の電気的特性のばらつきがなく不揮発性半導体
記憶回路に適用可能な強誘電体薄膜キャパシタおよびそ
の製造方法を提供するものである。このため本発明の薄
膜キャパシタは、主として<105>軸が厚さ方向に配
向したSrBi2 (Tax Nb1-x 2 9 の薄膜およ
び該薄膜を挟む一対の電極から構成されることにより上
記目的を達成している。
【0006】又、その製造方法としては、基板上に下部
電極層を形成し、ストロンチウム,ビスマス,タンタ
ル,ニオブのアルコキシドまたは有機金属塩を原料とし
た溶液を電極上に塗布後乾燥し、乾燥後の膜厚が20〜
80nmの範囲で600〜850℃で結晶化させることを
繰り返してSrBi2 (Tax Nb1-x 2 9 (x=
0〜1)の薄膜を形成し、さらに上部電極を形成するこ
とを特徴としている。
【0007】
【実施例】図1は本発明の薄膜キャパシタの一実施例を
示す半導体記憶装置の断面図である。1はシリコン基
板、2は素子分離用のフィールド酸化膜、3はゲート絶
縁膜、4はポリシリコン等のワード線、5、5′は電荷
転送用トランジスタのソースまたはドレインになる不純
物拡散領域、6は層間絶縁膜、7はポリシリコン、8は
シリコン拡散バリアメタル層となる窒化チタン層、9は
白金層である。白金層はパターニングされて個々の独立
した強誘電体キャパシタの一方の電極となる。
【0008】次にこの基板上にSrBi2 Ta2 9
強誘電体薄膜層10を作製する方法を説明する。ジイソ
プロポキシストロンチウム0.1mol,硝酸ビスマス
0.2mol,テトラエトキシタンタル0.2molを
氷酢酸100mlに溶解し100℃で24時間加熱攪拌
する。この溶液をキシレンで0.1Mに希釈した後、上
記した基板上に3000rpmで1分間スピンコート
し、250℃で10min乾燥する。乾燥後の膜厚は約
30nmである。この膜厚が80nm以下の範囲にあればク
ラック等を生じることなく成膜することができる。また
膜厚が20nm以下では膜が不連続になり実用的でない。
これを乾燥後酸素雰囲気中で800℃で10分間熱処理
する。熱処理の温度としては、600℃以下であると結
晶化せず、850℃以上であると、ビスマスが揮発する
ため(酸化ビスマスの融点は830℃である)、好まし
くない。この熱処理により薄膜は結晶化する。その際基
板との界面より結晶化が起こるため、結晶がエピタキシ
ャルに成長し<105>に配向した膜を得ることができ
る。結晶化の際の膜厚が80nm以上になると膜中で結晶
化がランダムに起こり、配向した膜は得られない。この
塗布および熱処理を繰り返すことにより最初に得られた
配向を維持し、より大きな膜厚をもった膜を得ることが
できる。本実施例では合計6回繰り返し膜厚約200nm
の<105>に配向したSrBi2 Ta2 9 膜10を
作製した。ビスマスを5%から15%過剰にすることに
より、より緻密に結晶化することができる。このような
通常の熱処理法以外に赤外線ランプによる急速加熱によ
り熱処理を行うこともできる。この上に上部電極白金層
11が形成される。
【0009】図2は上記の方法で得たSrBi2 Ta2
9 薄膜のX線回折を示す曲線図である。このようにほ
ぼ完全に<105>に配向した膜を得ることができる。
【0010】図3はそれぞれ10枚の8inchシリコ
ンウェハー基板上に作製した本発明による配向膜と従来
の無配向膜による該薄膜キャパシタの自発分極を、基板
1枚につきランダムに選択した10点での測定値、すな
わちそれぞれ計100点での測定値の分布を測定値の平
均を100として示した分布図である。このように本発
明による薄膜キャパシタの基板面内、および基板間での
自発分極の分布は非常に小さい。
【0011】なお本実施例はSrBi2 Ta2 9 につ
いて述べたが、SrBi2 Nb2 9 および両者の固溶
体SrBi2 (Ta,Nb)2 9 にも全く同様に適用
でき同様の効果を得ることができる。
【0012】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明の薄膜キ
ャパシタおよびその製造方法によれば、基板面内および
基板間の電気的特性のばらつきがなく不揮発性半導体記
憶回路に適用可能な薄膜キャパシタを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による半導体記憶装置の断面図
である。
【図2】本発明の実施例による強誘電体薄膜のX線回折
像である。
【図3】本発明の実施例による薄膜キャパシタの自発分
極の測定値の分布を示す分布図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 ワード線 5,5′ 不純物拡散領域 6 層間絶縁膜 7 ポリシリコン 8 下部電極バリアメタル層 9 下部電極 10 強誘電体 11 上部電極 12 層間絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/108 27/10 451

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主として<105>軸が厚さ方向に配向し
    たSrBi2 (Tax Nb1-x 29 (x=0〜1)
    の薄膜および該薄膜を挟む一対の電極からなることを特
    徴とする薄膜キャパシタ。
  2. 【請求項2】基板上に下部電極層を形成し、ストロンチ
    ウム,ビスマス,タンタル,ニオブのアルコキシドまた
    は有機金属塩を原料とした溶液を電極上に塗布後乾燥
    し、乾燥後の膜厚が20〜80nmの範囲で600〜85
    0℃で結晶化させることを繰り返してSrBi2 (Ta
    x Nb1-x 2 9 (x=0〜1)の薄膜を形成し、さ
    らに上部電極を形成することを特徴とする薄膜キャパシ
    タの製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998008255A1 (fr) * 1996-08-20 1998-02-26 Hitachi, Ltd. Procede de fabrication de dispositif a oxyde dielectrique et memoire et semi-conducteur utilisant ce dispositif
KR100321699B1 (ko) * 1998-12-30 2002-03-08 박종섭 니오비움-탄탈륨합금접착막을이용한강유전체캐패시터형성방법
JP2004296923A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Seiko Epson Corp 強誘電体キャパシタの製造方法、強誘電体キャパシタ、記憶素子、電子素子、メモリ装置及び電子機器
US6855973B2 (en) 2001-09-21 2005-02-15 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor memory device including a capacitor an upper electrode of which being resistant of exfoliation

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