JPH09246408A - 不揮発性メモリ - Google Patents
不揮発性メモリInfo
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- JPH09246408A JPH09246408A JP8056109A JP5610996A JPH09246408A JP H09246408 A JPH09246408 A JP H09246408A JP 8056109 A JP8056109 A JP 8056109A JP 5610996 A JP5610996 A JP 5610996A JP H09246408 A JPH09246408 A JP H09246408A
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Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 疲労特性が良好で低消費電力のＭＯＳＦＥＴ
型強誘電体不揮発性メモリを提供する。 【解決手段】 ＭＯＳＦＥＴの絶縁膜部分に強誘電体膜
８が形成された不揮発性メモリ。この強誘電体は、Ｓｒ
X Ｂｉ1-X ）Ｂｉ2 （ＴａY Ｎｂ1-Y ）2 ＯZ （０．４
≦Ｘ＜１，０≦Ｙ≦１，Ｚは各金属元素に付随する酸素
原子の数）である。 【効果】 ０．４≦Ｘ＜１とすることで、残留分極が大
きく、膜疲労の少ない強誘電体膜が提供される。残留分
極が大きく高集積化に適し、書き換え回数に制限がな
く、疲労特性が良好な強誘電体を有する不揮発性メモリ
を得ることができる。
型強誘電体不揮発性メモリを提供する。 【解決手段】 ＭＯＳＦＥＴの絶縁膜部分に強誘電体膜
８が形成された不揮発性メモリ。この強誘電体は、Ｓｒ
X Ｂｉ1-X ）Ｂｉ2 （ＴａY Ｎｂ1-Y ）2 ＯZ （０．４
≦Ｘ＜１，０≦Ｙ≦１，Ｚは各金属元素に付随する酸素
原子の数）である。 【効果】 ０．４≦Ｘ＜１とすることで、残留分極が大
きく、膜疲労の少ない強誘電体膜が提供される。残留分
極が大きく高集積化に適し、書き換え回数に制限がな
く、疲労特性が良好な強誘電体を有する不揮発性メモリ
を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は１トランジスタータ
イプの不揮発性メモリに係り、特に電荷蓄積用キャパシ
タとして強誘電体を用いた不揮発性メモリに関する。
イプの不揮発性メモリに係り、特に電荷蓄積用キャパシ
タとして強誘電体を用いた不揮発性メモリに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体メモリは、読み書き状態からＲＡ
Ｍ(Random Access Memory)とＳＡＭ(Sequential Access
Memory)とに大きく分類され、これらは原理的に記憶動
作状態から読み書きが可能なＲＷＭ(Read Write Memor
y) 及び読み出しだけが可能なＲＯＭ(Read Only Memor
y)に分けられ、また記憶内容の維持に電力を要せず、電
源を切っても記憶内容を失わないものは不揮発性メモ
リ、記憶内容の維持に電力を要し、電源を切ると記憶内
容を失うものは揮発性メモリと呼ばれている。
Ｍ(Random Access Memory)とＳＡＭ(Sequential Access
Memory)とに大きく分類され、これらは原理的に記憶動
作状態から読み書きが可能なＲＷＭ(Read Write Memor
y) 及び読み出しだけが可能なＲＯＭ(Read Only Memor
y)に分けられ、また記憶内容の維持に電力を要せず、電
源を切っても記憶内容を失わないものは不揮発性メモ
リ、記憶内容の維持に電力を要し、電源を切ると記憶内
容を失うものは揮発性メモリと呼ばれている。
【０００３】一般に用いられている半導体揮発性メモリ
には、大きく分けてＤＲＡＭ(Dynamic Random Access M
emory)とＳＲＡＭ(Static Random Access Memory) があ
る。ＤＲＡＭは一個のトランジスタと一個のキャパシタ
から構成される。このＤＲＡＭは、構造が簡単なために
集積度を高くすることが可能で比較的安価である反面、
キャパシタに蓄積された電荷が自然放電によって失われ
るため、蓄積電荷を補充するリフレッシュ動作を行う必
要があり、消費電力が大きい。これに対して、ＳＲＡＭ
は２個のトランジスタから構成されるフリップフロップ
回路によって記憶セルが構成されているため、集積度を
高くすることが困難で高価であるが、消費電力は小さ
い。
には、大きく分けてＤＲＡＭ(Dynamic Random Access M
emory)とＳＲＡＭ(Static Random Access Memory) があ
る。ＤＲＡＭは一個のトランジスタと一個のキャパシタ
から構成される。このＤＲＡＭは、構造が簡単なために
集積度を高くすることが可能で比較的安価である反面、
キャパシタに蓄積された電荷が自然放電によって失われ
るため、蓄積電荷を補充するリフレッシュ動作を行う必
要があり、消費電力が大きい。これに対して、ＳＲＡＭ
は２個のトランジスタから構成されるフリップフロップ
回路によって記憶セルが構成されているため、集積度を
高くすることが困難で高価であるが、消費電力は小さ
い。
【０００４】このようなことから、従来、コンピュータ
内部の動作時の内部記憶装置として用いられる半導体メ
モリにはＤＲＡＭが用いられ、非使用時の内部記憶装置
又はメモリーカード等の外部記憶装置には小容量のＳＲ
ＡＭが用いられている。
内部の動作時の内部記憶装置として用いられる半導体メ
モリにはＤＲＡＭが用いられ、非使用時の内部記憶装置
又はメモリーカード等の外部記憶装置には小容量のＳＲ
ＡＭが用いられている。
【０００５】一方、不揮発性メモリには製造時にデータ
が構造的に記憶されており、製造後の書き込みが全くで
きないマスクＲＯＭと、製造後に書き込みを行うことが
できるＥＰＲＯＭ(Erasable Programable ＲＯＭ）とが
ある。そしてＥＰＲＯＭには代表的なものとして電気的
に書き込みを行い消去は紫外線を照射することによって
一括して行うＵＶ−ＥＰＲＯＭ(Ultra Violet −ＥＰＲ
ＯＭ）及び電気的な書き込み消去を一括して行うフラッ
シュＥＥＰＲＯＭ(Flash ＥＥＰＲＯＭ）がある。
が構造的に記憶されており、製造後の書き込みが全くで
きないマスクＲＯＭと、製造後に書き込みを行うことが
できるＥＰＲＯＭ(Erasable Programable ＲＯＭ）とが
ある。そしてＥＰＲＯＭには代表的なものとして電気的
に書き込みを行い消去は紫外線を照射することによって
一括して行うＵＶ−ＥＰＲＯＭ(Ultra Violet −ＥＰＲ
ＯＭ）及び電気的な書き込み消去を一括して行うフラッ
シュＥＥＰＲＯＭ(Flash ＥＥＰＲＯＭ）がある。
【０００６】これら書き込み可能なＥＰＲＯＭはいずれ
も書き込み動作に要する時間が数ｍｓと長く、データ書
き込み回数が１０4 程度と少ない。また、その動作原理
から書き込み動作の制御が複雑である。このため、ＳＲ
ＡＭに代えてＥＰＲＯＭを使用することはできない。
も書き込み動作に要する時間が数ｍｓと長く、データ書
き込み回数が１０4 程度と少ない。また、その動作原理
から書き込み動作の制御が複雑である。このため、ＳＲ
ＡＭに代えてＥＰＲＯＭを使用することはできない。
【０００７】こうした状況の中、ＭＯＳＦＥＴ(Metal O
xide Simiconductor Field EffectTransistor) の絶縁
膜部分に強誘電体を形成し、この強誘電体の自発分極に
よってゲートを制御するメモリが提案されている（特開
平７−１０６４５０号公報、ＷＯ９４／１０７０４）。
xide Simiconductor Field EffectTransistor) の絶縁
膜部分に強誘電体を形成し、この強誘電体の自発分極に
よってゲートを制御するメモリが提案されている（特開
平７−１０６４５０号公報、ＷＯ９４／１０７０４）。
【０００８】この強誘電体メモリは自発分極を利用する
ため、ＲＡＭでありながら記憶維持に電力を要しない不
揮発性であること、構造が簡単なため集積化に適してい
ること、低電圧駆動が可能であること、書き込み動作に
要する時間が数十ｎｓｅｃとＥＰＲＯＭに比較して短い
ことから、ＳＲＡＭ、或いは一般に使用されているＨＤ
Ｄ（ハードディスクドライブ）に代わる記憶装置として
注目されている。
ため、ＲＡＭでありながら記憶維持に電力を要しない不
揮発性であること、構造が簡単なため集積化に適してい
ること、低電圧駆動が可能であること、書き込み動作に
要する時間が数十ｎｓｅｃとＥＰＲＯＭに比較して短い
ことから、ＳＲＡＭ、或いは一般に使用されているＨＤ
Ｄ（ハードディスクドライブ）に代わる記憶装置として
注目されている。
【０００９】図１にこの強誘電体不揮発性メモリの単位
セル構造の模式的断面図（図１（ａ））とその等価回路
（図１（ｂ））を示す。この単位メモリセルは、１個の
ＭＯＳＦＥＴから構成されている。１はシリコンウェハ
ーで、その表面に形成されたソース領域２とドレイン領
域３の間がチャネル領域となっており、全体として通常
のＭＯＳＦＥＴの構造を有している。そのチャネル領域
の上に電荷注入防止層としてＳｉＯ2 が形成されてお
り、その上に強誘電体膜８が形成されている。これらソ
ース領域２、強誘電体膜８、ドレイン領域３の上に各々
ソース電極５、ゲート電極９及びドレイン電極６が形成
されている。
セル構造の模式的断面図（図１（ａ））とその等価回路
（図１（ｂ））を示す。この単位メモリセルは、１個の
ＭＯＳＦＥＴから構成されている。１はシリコンウェハ
ーで、その表面に形成されたソース領域２とドレイン領
域３の間がチャネル領域となっており、全体として通常
のＭＯＳＦＥＴの構造を有している。そのチャネル領域
の上に電荷注入防止層としてＳｉＯ2 が形成されてお
り、その上に強誘電体膜８が形成されている。これらソ
ース領域２、強誘電体膜８、ドレイン領域３の上に各々
ソース電極５、ゲート電極９及びドレイン電極６が形成
されている。
【００１０】このＭＯＳＦＥＴ強誘電体不揮発性メモリ
の等価回路を（ｂ）に示す。ソース電極Ｓ、ゲート電極
Ｇ及びドレイン電極Ｄを有するＭＯＳＦＥＴのゲート電
極Ｇに強誘電体コンデンサＦが接続されている。
の等価回路を（ｂ）に示す。ソース電極Ｓ、ゲート電極
Ｇ及びドレイン電極Ｄを有するＭＯＳＦＥＴのゲート電
極Ｇに強誘電体コンデンサＦが接続されている。
【００１１】ＭＯＳＦＥＴ型強誘電体メモリは、強誘電
体の自発分極の方向により、チャネル領域の電気伝導を
制御して記憶動作を行う。そのため、強誘電体の自発分
極の方向による電荷を半導体表面に伝達するが、そのた
めには、強誘電体と半導体表面を隣接させるか、電気的
に結合する必要がある。
体の自発分極の方向により、チャネル領域の電気伝導を
制御して記憶動作を行う。そのため、強誘電体の自発分
極の方向による電荷を半導体表面に伝達するが、そのた
めには、強誘電体と半導体表面を隣接させるか、電気的
に結合する必要がある。
【００１２】しかし、強誘電体を直接半導体の表面に形
成すると、半導体のチャネル領域に電荷が注入されて動
作不良を起こす。また、Ｐｂ系の強誘電体の場合には、
鉛拡散によって直接半導体表面に強誘電体を形成するの
は不可能である。この現象をさけるために、一般的に
は、ＳｉＯ2 薄膜を作成し、その上にＰｔやＰｔ／Ｔｉ
などの強誘電体を形成しやすい、半導体表面と強誘電体
とを接続する電極を形成し、その上に強誘電体層を形成
し、ＳｉＯ2 層を電荷注入阻止層とする事が行われてい
る。この構造は強誘電体とＳｉＯ2 層が直列に形成され
ていることをしめす。
成すると、半導体のチャネル領域に電荷が注入されて動
作不良を起こす。また、Ｐｂ系の強誘電体の場合には、
鉛拡散によって直接半導体表面に強誘電体を形成するの
は不可能である。この現象をさけるために、一般的に
は、ＳｉＯ2 薄膜を作成し、その上にＰｔやＰｔ／Ｔｉ
などの強誘電体を形成しやすい、半導体表面と強誘電体
とを接続する電極を形成し、その上に強誘電体層を形成
し、ＳｉＯ2 層を電荷注入阻止層とする事が行われてい
る。この構造は強誘電体とＳｉＯ2 層が直列に形成され
ていることをしめす。
【００１３】従来、この強誘電体材料にはＰＺＴが使用
されてきた。このＰＺＴは比誘電率８００〜１２００で
あり、ＭＯＳＦＥＴ型強誘電体素子では２０００〜３０
００Å形成されている。一方、電荷注入阻止層として使
用されているＳｉＯ2 の比誘電率は４程度であり、膜厚
は２０〜１００Å形成される。
されてきた。このＰＺＴは比誘電率８００〜１２００で
あり、ＭＯＳＦＥＴ型強誘電体素子では２０００〜３０
００Å形成されている。一方、電荷注入阻止層として使
用されているＳｉＯ2 の比誘電率は４程度であり、膜厚
は２０〜１００Å形成される。
【００１４】上記素子構造では強誘電体とＳｉＯ2 は直
列に接続されている。直列に接続された電極面積が等し
い２つのキャパシタの各々に印加される電圧は静電容量
に逆比例して分配され、ＳｉＯ2 とＰＺＴの静電容量は
比誘電率に比例し膜厚に逆比例する。従って比誘電率
４、膜厚１００ÅのＳｉＯ2 に印加される電圧Ｖｏｘと
比誘電率１０００膜厚２０００ÅのＰＺＴに印加される
電圧Ｖｆｅの比は、下記の通りであり、殆どがＳｉＯ2
に印加される。そのため、強誘電体を分極反転させるた
めには高い電圧が必要であり、駆動電圧の低減化の妨げ
になっている。
列に接続されている。直列に接続された電極面積が等し
い２つのキャパシタの各々に印加される電圧は静電容量
に逆比例して分配され、ＳｉＯ2 とＰＺＴの静電容量は
比誘電率に比例し膜厚に逆比例する。従って比誘電率
４、膜厚１００ÅのＳｉＯ2 に印加される電圧Ｖｏｘと
比誘電率１０００膜厚２０００ÅのＰＺＴに印加される
電圧Ｖｆｅの比は、下記の通りであり、殆どがＳｉＯ2
に印加される。そのため、強誘電体を分極反転させるた
めには高い電圧が必要であり、駆動電圧の低減化の妨げ
になっている。
【００１５】
【数１】
【００１６】また、このＰＺＴは、分極量は初期値でＰ
ｒ＝２０μＣ／ｃｍ2 と非常に大きな値を示すが、電圧
を印加して分極反転を繰り返すと、分極量が減少し、１
０７〜１０８ 回の反転で使用不可能となる。この回数
は、ＥＥＰＲＯＭの１０4 回程度と比較すると多いが、
ＤＲＡＭの保証動作である１０15回程度以上の書き換え
回数は、達成されていない。
ｒ＝２０μＣ／ｃｍ2 と非常に大きな値を示すが、電圧
を印加して分極反転を繰り返すと、分極量が減少し、１
０７〜１０８ 回の反転で使用不可能となる。この回数
は、ＥＥＰＲＯＭの１０4 回程度と比較すると多いが、
ＤＲＡＭの保証動作である１０15回程度以上の書き換え
回数は、達成されていない。
【００１７】分極反転をしても分極量が変化しない材料
として、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が注目されており、この
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 を図１の強誘電体８として用いる
ことが上記ＷＯ ９４／１０７０４のＰ．２８に記載さ
れている。
として、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 が注目されており、この
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 を図１の強誘電体８として用いる
ことが上記ＷＯ ９４／１０７０４のＰ．２８に記載さ
れている。
【００１８】なお、このＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の比誘電
率は２００〜３００程度と小さく、ＭＯＳＦＥＴ型不揮
発性メモリに好適である。
率は２００〜３００程度と小さく、ＭＯＳＦＥＴ型不揮
発性メモリに好適である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＳ
ｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 はバルクの分極値でＰｒ＝５．８μ
Ｃ／ｃｍ2 以上であり、残留分極が小さい。即ち、将来
強誘電体材料が高集積化されたときに必要とされる分極
値は２５６Ｍｂで２Ｐｒ＝１５μＣ／ｃｍ2 以上といわ
れており、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の残留分極の改善が望
まれる。
ｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 はバルクの分極値でＰｒ＝５．８μ
Ｃ／ｃｍ2 以上であり、残留分極が小さい。即ち、将来
強誘電体材料が高集積化されたときに必要とされる分極
値は２５６Ｍｂで２Ｐｒ＝１５μＣ／ｃｍ2 以上といわ
れており、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の残留分極の改善が望
まれる。
【００２０】本発明は上記従来の問題点を解決し、残留
分極の値が大きく、低電圧駆動が可能であって書き換え
回数に制限のない不揮発性メモリ、即ち、疲労特性が良
好で低消費電力のＭＯＳＦＥＴ型強誘電体不揮発性メモ
リを提供することを目的とする。
分極の値が大きく、低電圧駆動が可能であって書き換え
回数に制限のない不揮発性メモリ、即ち、疲労特性が良
好で低消費電力のＭＯＳＦＥＴ型強誘電体不揮発性メモ
リを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の不揮発
性メモリは、ＭＯＳＦＥＴの絶縁膜部分に強誘電体が形
成され、該強誘電体を自発分極させることによりデータ
を記憶する１トランジスタータイプの不揮発性メモリで
あって、前記強誘電体が、（ＳｒX Ｂｉ1-X ）Ｂｉ2
（ＴａY Ｎｂ1-Y ）2 ＯZ （ただし、０．４≦Ｘ＜１，
０≦Ｙ≦１で、Ｚは各金属元素に付随する酸素原子の数
の合計を示す。）であることを特徴とする。
性メモリは、ＭＯＳＦＥＴの絶縁膜部分に強誘電体が形
成され、該強誘電体を自発分極させることによりデータ
を記憶する１トランジスタータイプの不揮発性メモリで
あって、前記強誘電体が、（ＳｒX Ｂｉ1-X ）Ｂｉ2
（ＴａY Ｎｂ1-Y ）2 ＯZ （ただし、０．４≦Ｘ＜１，
０≦Ｙ≦１で、Ｚは各金属元素に付随する酸素原子の数
の合計を示す。）であることを特徴とする。
【００２２】請求項２の発明の不揮発性メモリは、ＭＯ
ＳＦＥＴの絶縁膜部分に強誘電体が形成され、該強誘電
体を自発分極させることによりデータを記憶する１トラ
ンジスタータイプの不揮発性メモリであって、前記強誘
電体が、［｛Ｓｒ1-m （Ｐｂ及び／又はＢａ）m ｝X Ｂ
ｉ1-X ］Ｂｉ2 （ＴａY Ｎｂ1-Y ）2 ＯZ （ただし、０
＜ｍ≦０．３，０．４≦Ｘ＜１，０≦Ｙ≦１で、Ｚは各
金属元素に付随する酸素原子の数の合計を示す。）であ
ることを特徴とする。
ＳＦＥＴの絶縁膜部分に強誘電体が形成され、該強誘電
体を自発分極させることによりデータを記憶する１トラ
ンジスタータイプの不揮発性メモリであって、前記強誘
電体が、［｛Ｓｒ1-m （Ｐｂ及び／又はＢａ）m ｝X Ｂ
ｉ1-X ］Ｂｉ2 （ＴａY Ｎｂ1-Y ）2 ＯZ （ただし、０
＜ｍ≦０．３，０．４≦Ｘ＜１，０≦Ｙ≦１で、Ｚは各
金属元素に付随する酸素原子の数の合計を示す。）であ
ることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
【００２４】本発明の不揮発性メモリは、ＭＯＳＦＥＴ
の絶縁膜部分に形成された強誘電体薄膜の組成が、下記
又はであること以外は、図１に示す不揮発性メモリ
と同様の構成とされている。
の絶縁膜部分に形成された強誘電体薄膜の組成が、下記
又はであること以外は、図１に示す不揮発性メモリ
と同様の構成とされている。
【００２５】 （ＳｒX Ｂｉ1-X ）Ｂｉ2 （ＴａY Ｎ
ｂ1-Y ）2 ＯZ （ただし、０．４≦Ｘ＜１，０≦Ｙ≦１
で、Ｚは各金属元素に付随する酸素原子の数の合計を示
す。） ［｛Ｓｒ1-m （Ｐｂ及び／又はＢａ）m ｝X Ｂｉ
1-X ］Ｂｉ2 （ＴａY Ｎｂ1-Y ）2 ＯZ （ただし、０＜
ｍ≦０．３，０．４≦Ｘ＜１，０≦Ｙ≦１で、Ｚは各金
属元素に付随する酸素原子の数の合計を示す。） 本発明で用いられている強誘電体の組成は、従来提供さ
れているＳｒ−Ｂｉ−Ｔａ系の強誘電性を向上させるた
めに、組成中のＳｒの一部をＢｉで置換し、更に場合に
より、Ｔａの一部又は全部をＮｂで置換したものであ
り、このような組成を採用することにより、残留分極が
大きく、膜疲労の少ない高特性強誘電体を実現すること
が可能とされる。
ｂ1-Y ）2 ＯZ （ただし、０．４≦Ｘ＜１，０≦Ｙ≦１
で、Ｚは各金属元素に付随する酸素原子の数の合計を示
す。） ［｛Ｓｒ1-m （Ｐｂ及び／又はＢａ）m ｝X Ｂｉ
1-X ］Ｂｉ2 （ＴａY Ｎｂ1-Y ）2 ＯZ （ただし、０＜
ｍ≦０．３，０．４≦Ｘ＜１，０≦Ｙ≦１で、Ｚは各金
属元素に付随する酸素原子の数の合計を示す。） 本発明で用いられている強誘電体の組成は、従来提供さ
れているＳｒ−Ｂｉ−Ｔａ系の強誘電性を向上させるた
めに、組成中のＳｒの一部をＢｉで置換し、更に場合に
より、Ｔａの一部又は全部をＮｂで置換したものであ
り、このような組成を採用することにより、残留分極が
大きく、膜疲労の少ない高特性強誘電体を実現すること
が可能とされる。
【００２６】即ち、本来、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の化学
量論比はＳｒ：Ｂｉ：Ｔａ＝１：２：２であるが、Ｓｒ
の組成比ｘを１より小さくかつ０．４以上とすること
で、残留分極が大きく、膜疲労もＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9
と大差ない強誘電体が提供される。なお、Ｘ＜０．４で
あると残留分極がかなり低いものとなる。
量論比はＳｒ：Ｂｉ：Ｔａ＝１：２：２であるが、Ｓｒ
の組成比ｘを１より小さくかつ０．４以上とすること
で、残留分極が大きく、膜疲労もＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9
と大差ない強誘電体が提供される。なお、Ｘ＜０．４で
あると残留分極がかなり低いものとなる。
【００２７】Ｔａの一部又は全部をＮｂで置換すること
により残留分極を大きくすることができる。この置換割
合は、０≦Ｙ≦０．７の範囲であることが好ましい。
により残留分極を大きくすることができる。この置換割
合は、０≦Ｙ≦０．７の範囲であることが好ましい。
【００２８】本発明においては、強誘電体を構成するＳ
ｒの一部を更にＰｂ及び／又はＢａで置換しても良い。
ｒの一部を更にＰｂ及び／又はＢａで置換しても良い。
【００２９】Ｓｒの一部をＢａで置き換えることによ
り、抗電界つまりは動作電圧を小さくする作用が奏され
るが、この割合がＰｂとの合計でＸに対して０．３倍を
超えると、残留分極も低下してしまう。Ｓｒの一部をＰ
ｂで置換した場合は、残留分極を大きくする作用が奏さ
れるが、抗電界も大きくしてしまう他に、Ｐｂ系では膜
疲労の問題が発生する。このため、Ｐｂ及び／又はＢａ
の割合はＸに対して０．３倍以下、即ち、ｍ≦０．３と
する。
り、抗電界つまりは動作電圧を小さくする作用が奏され
るが、この割合がＰｂとの合計でＸに対して０．３倍を
超えると、残留分極も低下してしまう。Ｓｒの一部をＰ
ｂで置換した場合は、残留分極を大きくする作用が奏さ
れるが、抗電界も大きくしてしまう他に、Ｐｂ系では膜
疲労の問題が発生する。このため、Ｐｂ及び／又はＢａ
の割合はＸに対して０．３倍以下、即ち、ｍ≦０．３と
する。
【００３０】このような強誘電体薄膜は、上記所定の組
成比の薄膜が得られるように組成比を調整した溶液、或
いは、ターゲットを用いて、ゾルゲル法又はスパッタリ
ング法により容易に形成することができる。
成比の薄膜が得られるように組成比を調整した溶液、或
いは、ターゲットを用いて、ゾルゲル法又はスパッタリ
ング法により容易に形成することができる。
【００３１】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。
り具体的に説明する。
【００３２】なお、以下の実施例及び比較例において
は、強誘電体薄膜の形成方法としてゾルゲル法を用いた
が、スパッタリング法であっても良い。ゾルゲル法によ
る薄膜形成用組成物の有機溶媒としては酢酸イソアミル
を用い、Ｔａ化合物、Ｎｂ化合物としてはタンタルエト
キシド、ニオブエトキシドを、Ｂｉ化合物、Ｓｒ化合
物、Ｂａ化合物及びＰｂ化合物としてはそれぞれオクチ
ル酸ビスマス、オクチル酸ストロンチウム、オクチル酸
バリウム及びオクチル酸鉛を用いた。各化合物は組成物
の酸化物換算の合計濃度が１０重量％となるように所定
の組成比で有機溶媒に混合した。
は、強誘電体薄膜の形成方法としてゾルゲル法を用いた
が、スパッタリング法であっても良い。ゾルゲル法によ
る薄膜形成用組成物の有機溶媒としては酢酸イソアミル
を用い、Ｔａ化合物、Ｎｂ化合物としてはタンタルエト
キシド、ニオブエトキシドを、Ｂｉ化合物、Ｓｒ化合
物、Ｂａ化合物及びＰｂ化合物としてはそれぞれオクチ
ル酸ビスマス、オクチル酸ストロンチウム、オクチル酸
バリウム及びオクチル酸鉛を用いた。各化合物は組成物
の酸化物換算の合計濃度が１０重量％となるように所定
の組成比で有機溶媒に混合した。
【００３３】実施例１〜２０，比較例１〜２１ それぞれの化合物を表１〜４に示す金属組成となるよう
に混合して薄膜形成用組成物を調製し、この薄膜形成用
組成物を用いてＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上にス
ピンコート法による塗布、乾燥及び仮焼成を３回繰り返
し行って成膜した後、酸素雰囲気中にて焼成して結晶化
を行い、表１〜４に示す組成及び膜厚の誘電体薄膜を得
た。なお、仮焼成条件は４００℃で１０分とし、仮焼成
後の焼成条件は８００℃で６０分とした。得られた強誘
電体薄膜について残留分極、抗電界、膜疲労特性（１０
10回反転後の残留分極の初期値に対する割合（％））を
調べ、その結果を表１〜４に示した。
に混合して薄膜形成用組成物を調製し、この薄膜形成用
組成物を用いてＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上にス
ピンコート法による塗布、乾燥及び仮焼成を３回繰り返
し行って成膜した後、酸素雰囲気中にて焼成して結晶化
を行い、表１〜４に示す組成及び膜厚の誘電体薄膜を得
た。なお、仮焼成条件は４００℃で１０分とし、仮焼成
後の焼成条件は８００℃で６０分とした。得られた強誘
電体薄膜について残留分極、抗電界、膜疲労特性（１０
10回反転後の残留分極の初期値に対する割合（％））を
調べ、その結果を表１〜４に示した。
【００３４】表１〜４から明らかな通り、本発明例に係
る誘電体薄膜は残留分極が大きく、抗電界が小さく、比
誘電率が小さく、また膜疲労特性も十分なものとなって
いる。
る誘電体薄膜は残留分極が大きく、抗電界が小さく、比
誘電率が小さく、また膜疲労特性も十分なものとなって
いる。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】組成がＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 である比較例
２の誘電体膜を用いた不揮発性メモリと、ＰＺＴ誘電体
膜を用いた不揮発性メモリと、各実施例の誘電体膜を用
いた不揮発性メモリとを試作し、その駆動電圧、消費電
力を測定した。その結果は次のとおり、本発明のものが
優れていることが認められた。なお、ＰＺＴ膜の場合を
１００％として表示する。
２の誘電体膜を用いた不揮発性メモリと、ＰＺＴ誘電体
膜を用いた不揮発性メモリと、各実施例の誘電体膜を用
いた不揮発性メモリとを試作し、その駆動電圧、消費電
力を測定した。その結果は次のとおり、本発明のものが
優れていることが認められた。なお、ＰＺＴ膜の場合を
１００％として表示する。
【００４０】 駆動電圧 消費電力 本発明例（平均） ６０％ ５５％ ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ６５％ ６０％ ＰＺＴ １００％ １００％ また、これらのメモリの書き換え回数を測定したとこ
ろ、本発明例では平均１０10回以上であるのに対し、Ｓ
ｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の場合は１０10回以上、ＰＺＴの場
合は１０6 回であった。
ろ、本発明例では平均１０10回以上であるのに対し、Ｓ
ｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の場合は１０10回以上、ＰＺＴの場
合は１０6 回であった。
【００４１】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の不揮発性メ
モリによれば、残留分極が大きく高集積化に適し、書き
換え回数に実質的に制限のない、即ち、疲労特性が良好
な強誘電体を有する不揮発性メモリを得ることができ
る。
モリによれば、残留分極が大きく高集積化に適し、書き
換え回数に実質的に制限のない、即ち、疲労特性が良好
な強誘電体を有する不揮発性メモリを得ることができ
る。
【図１】図１（ａ）は、強誘電体不揮発性メモリの単位
セル構造を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）は同等
価回路図である。
セル構造を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）は同等
価回路図である。
１ シリコンウェハー ２ ソース領域 ３ ドレイン領域 ４ ＳｉＯ2 ５ ソース電極 ６ ドレイン電極 ８ 強誘電体膜 ９ ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/8242
Claims (2)
- 【請求項１】 ＭＯＳＦＥＴの絶縁膜部分に強誘電体が
形成され、該強誘電体を自発分極させることによりデー
タを記憶する１トランジスタータイプの不揮発性メモリ
であって、前記強誘電体が、（ＳｒX Ｂｉ1-X ）Ｂｉ2
（ＴａY Ｎｂ1-Y ）2 ＯZ （ただし、０．４≦Ｘ＜１，
０≦Ｙ≦１で、Ｚは各金属元素に付随する酸素原子の数
の合計を示す。）であることを特徴とする不揮発性メモ
リ。 - 【請求項２】 ＭＯＳＦＥＴの絶縁膜部分に強誘電体が
形成され、該強誘電体を自発分極させることによりデー
タを記憶する１トランジスタータイプの不揮発性メモリ
であって、前記強誘電体が、［｛Ｓｒ1-m （Ｐｂ及び／
又はＢａ）m｝X Ｂｉ1-X ］Ｂｉ2 （ＴａY Ｎｂ1-Y ）2
ＯZ （ただし、０＜ｍ≦０．３，０．４≦Ｘ＜１，０
≦Ｙ≦１で、Ｚは各金属元素に付随する酸素原子の数の
合計を示す。）であることを特徴とする不揮発性メモ
リ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8056109A JPH09246408A (ja) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | 不揮発性メモリ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8056109A JPH09246408A (ja) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | 不揮発性メモリ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09246408A true JPH09246408A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=13017933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8056109A Withdrawn JPH09246408A (ja) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | 不揮発性メモリ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09246408A (ja) |
-
1996
- 1996-03-13 JP JP8056109A patent/JPH09246408A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030603 |