JPH10173141A - 誘電体キャパシタ及び誘電体メモリ装置と、これらの製造方法 - Google Patents
誘電体キャパシタ及び誘電体メモリ装置と、これらの製造方法Info
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- JPH10173141A JPH10173141A JP8352889A JP35288996A JPH10173141A JP H10173141 A JPH10173141 A JP H10173141A JP 8352889 A JP8352889 A JP 8352889A JP 35288996 A JP35288996 A JP 35288996A JP H10173141 A JPH10173141 A JP H10173141A
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Landscapes
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- Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘電体キャパシタの誘電体膜が良好な結晶状
態で成長可能であり、特に強誘電体キャパシタが繰り返
しの反転によっても分極疲労を生じ難く、長寿命で高信
頼性を保持することができ、しかもキャパシタのパター
ニング時のエッチングが容易である誘電体キャパシタ及
び誘電体メモリ装置と、これらの製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 膜厚５００Å以下と極薄の酸化イリジウ
ム３１（これは金属イリジウム３０の酸化によって生
成）を有するＲｕＯ2 酸化物電極１３上にＰＺＴ誘電体
膜１４を形成したＰＺＴキャパシタＣＡＰ。
態で成長可能であり、特に強誘電体キャパシタが繰り返
しの反転によっても分極疲労を生じ難く、長寿命で高信
頼性を保持することができ、しかもキャパシタのパター
ニング時のエッチングが容易である誘電体キャパシタ及
び誘電体メモリ装置と、これらの製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 膜厚５００Å以下と極薄の酸化イリジウ
ム３１（これは金属イリジウム３０の酸化によって生
成）を有するＲｕＯ2 酸化物電極１３上にＰＺＴ誘電体
膜１４を形成したＰＺＴキャパシタＣＡＰ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体キャパシタ
（特に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）膜を有する強
誘電体キャパシタ）及び誘電体メモリ装置（特に、ＰＺ
Ｔ膜を有する強誘電体キャパシタを用いた不揮発性半導
体メモリ）と、これらの製造方法に関するものである。
（特に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）膜を有する強
誘電体キャパシタ）及び誘電体メモリ装置（特に、ＰＺ
Ｔ膜を有する強誘電体キャパシタを用いた不揮発性半導
体メモリ）と、これらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体物質であるＰＺＴを誘電体膜と
して用いてキャパシタを形成することにより、その残留
分極特性を用いた簡単な構造の不揮発性記憶素子、即
ち、ＦＲＡＭと称される不揮発性メモリである強誘電体
ＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）を作製
することができる。
して用いてキャパシタを形成することにより、その残留
分極特性を用いた簡単な構造の不揮発性記憶素子、即
ち、ＦＲＡＭと称される不揮発性メモリである強誘電体
ＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）を作製
することができる。
【０００３】しかし、ＰＺＴは、キャパシタ動作時に分
極反転を繰り返すと、分極特性が低下する「分極疲労」
と呼ばれる現象を示す。実デバイスを開発する上で非常
にやっかいなこの現象においては、残留分極密度が１０
6 回程度の反転によって初期値の２分の１以下に減少し
てしまう。
極反転を繰り返すと、分極特性が低下する「分極疲労」
と呼ばれる現象を示す。実デバイスを開発する上で非常
にやっかいなこの現象においては、残留分極密度が１０
6 回程度の反転によって初期値の２分の１以下に減少し
てしまう。
【０００４】この現象を回避するために、酸化イリジウ
ム、酸化ルテニウムなどの導電性酸化物電極を用いるこ
とが検討されている。酸化物電極は、分極反転によって
電極近傍に蓄積されるＰＺＴ中の酸素欠陥に対して酸素
を補給する性質があるので、欠陥蓄積が緩和され、分極
疲労が抑制されるものと思われる。
ム、酸化ルテニウムなどの導電性酸化物電極を用いるこ
とが検討されている。酸化物電極は、分極反転によって
電極近傍に蓄積されるＰＺＴ中の酸素欠陥に対して酸素
を補給する性質があるので、欠陥蓄積が緩和され、分極
疲労が抑制されるものと思われる。
【０００５】このような近年提案されている酸化物電極
を用いたＦＲＡＭに用いられるＰＺＴキャパシタの構造
を図７に示す。
を用いたＦＲＡＭに用いられるＰＺＴキャパシタの構造
を図７に示す。
【０００６】図７に示す従来のＰＺＴキャパシタＣａｐ
は、スタック型のセルキャパシタとして、ポリシリコン
層（コンタクトホールのプラグ層）２０上に酸化イリジ
ウム（ＩｒＯ2 ）層２１、金属イリジウム（Ｉｒ）層２
２を有し、これらのＩｒＯ2層２１／Ｉｒ層２２によっ
て下部電極４３を形成している（但し、ＩｒＯ2 層２１
はバリヤー層としても機能する）。
は、スタック型のセルキャパシタとして、ポリシリコン
層（コンタクトホールのプラグ層）２０上に酸化イリジ
ウム（ＩｒＯ2 ）層２１、金属イリジウム（Ｉｒ）層２
２を有し、これらのＩｒＯ2層２１／Ｉｒ層２２によっ
て下部電極４３を形成している（但し、ＩｒＯ2 層２１
はバリヤー層としても機能する）。
【０００７】そして、Ｉｒ層２２上に、ゾル−ゲル法、
スパッタリング法又はＣＶＤ(Chemical Vapor Depositi
on）法によってＰＺＴ薄膜４４が形成されている。この
ＰＺＴ薄膜の結晶成長はＩｒ層２２によって良好に行わ
れる。更に、上部電極４５としてＩｒＯ2 層２３とＩｒ
層２４との積層体が形成されている。
スパッタリング法又はＣＶＤ(Chemical Vapor Depositi
on）法によってＰＺＴ薄膜４４が形成されている。この
ＰＺＴ薄膜の結晶成長はＩｒ層２２によって良好に行わ
れる。更に、上部電極４５としてＩｒＯ2 層２３とＩｒ
層２４との積層体が形成されている。
【０００８】このＰＺＴキャパシタＣａｐは、電極４
３、４５として酸化物（ＩｒＯ2 ）を用いているので、
上記した酸素補給作用によって分極疲労し難い構造であ
る。しかし、イリジウムや酸化イリジウムは化学的に極
めて反応性が低く、酸素プラズマ等を用いた加工精度の
良い反応性ドライエッチングでもエッチングが困難であ
り、量産面で大きな障害になる。
３、４５として酸化物（ＩｒＯ2 ）を用いているので、
上記した酸素補給作用によって分極疲労し難い構造であ
る。しかし、イリジウムや酸化イリジウムは化学的に極
めて反応性が低く、酸素プラズマ等を用いた加工精度の
良い反応性ドライエッチングでもエッチングが困難であ
り、量産面で大きな障害になる。
【０００９】即ち、キャパシタＣａｐを所定形状に反応
性ドライエッチングでパターニングする際、Ｉｒ層２
４、２２及びＩｒＯ2 層２３、２１はそれぞれエッチン
グ性が悪く、そのパターニングに長時間を要する。な
お、ウエットエッチングでパターニングする場合は、ア
ンダーエッチングの進行によって加工精度が悪くなって
しまう。
性ドライエッチングでパターニングする際、Ｉｒ層２
４、２２及びＩｒＯ2 層２３、２１はそれぞれエッチン
グ性が悪く、そのパターニングに長時間を要する。な
お、ウエットエッチングでパターニングする場合は、ア
ンダーエッチングの進行によって加工精度が悪くなって
しまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、誘電
体キャパシタの誘電体膜が良好な結晶状態で成長可能で
あり、特に強誘電体キャパシタが繰り返しの反転によっ
ても分極疲労を生じ難く、長寿命で高信頼性を保持する
ことができ、しかも、キャパシタのパターニング時のエ
ッチングが容易である誘電体キャパシタ及び誘電体メモ
リセル装置と、これらの製造方法を提供することにあ
る。
体キャパシタの誘電体膜が良好な結晶状態で成長可能で
あり、特に強誘電体キャパシタが繰り返しの反転によっ
ても分極疲労を生じ難く、長寿命で高信頼性を保持する
ことができ、しかも、キャパシタのパターニング時のエ
ッチングが容易である誘電体キャパシタ及び誘電体メモ
リセル装置と、これらの製造方法を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した結
晶成長、分極疲労、エッチング性の問題を解決するため
に、特にＰＺＴキャパシタとその製造方法について種々
検討を加えた結果、誘電体薄膜を形成するに際し、
（１）電極物質の選定、（２）結晶成長を良好に行える
下地膜の選定、及び（３）その下地膜の膜厚の特定が重
要であり、これらの条件を満足した場合に、上記した目
的を実現できるキャパシタを得ることが可能になること
を見出し、本発明に到達したものである。
晶成長、分極疲労、エッチング性の問題を解決するため
に、特にＰＺＴキャパシタとその製造方法について種々
検討を加えた結果、誘電体薄膜を形成するに際し、
（１）電極物質の選定、（２）結晶成長を良好に行える
下地膜の選定、及び（３）その下地膜の膜厚の特定が重
要であり、これらの条件を満足した場合に、上記した目
的を実現できるキャパシタを得ることが可能になること
を見出し、本発明に到達したものである。
【００１２】即ち、本発明は、酸化物電極（例えば、酸
化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）電極：以下、同様）上に、膜
厚が５００Å以下の酸化イリジウム（ＩｒＯ2 ）層と、
誘電体膜（例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）薄
膜：以下、同様）と、前記酸化物電極の対向電極（例え
ば、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）電極：以下、同様）と
が積層されている誘電体キャパシタ、及びこの誘電体キ
ャパシタをメモリセルに有する誘電体メモリ装置に係る
ものである。
化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）電極：以下、同様）上に、膜
厚が５００Å以下の酸化イリジウム（ＩｒＯ2 ）層と、
誘電体膜（例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）薄
膜：以下、同様）と、前記酸化物電極の対向電極（例え
ば、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）電極：以下、同様）と
が積層されている誘電体キャパシタ、及びこの誘電体キ
ャパシタをメモリセルに有する誘電体メモリ装置に係る
ものである。
【００１３】また、本発明は、酸化物電極上に、膜厚が
５００Å以下の酸化イリジウム層と、誘電体膜と、前記
酸化物電極の対向電極とが積層されている誘電体キャパ
シタを製造するに際し、半導体基体上に前記酸化物電極
を形成する工程と、この酸化物電極上に膜厚５００Å以
下のイリジウム（Ｉｒ）層を形成する工程と、このイリ
ジウム層上に酸化性の加熱条件下で前記誘電体膜を成長
させる工程と、この誘電体膜上に前記対向電極を形成す
る工程とを有する、誘電体キャパシタの製造方法、及び
この方法によって前記誘電体キャパシタをメモリセルに
作製する誘電体メモリ装置の製造方法も提供するもので
ある。
５００Å以下の酸化イリジウム層と、誘電体膜と、前記
酸化物電極の対向電極とが積層されている誘電体キャパ
シタを製造するに際し、半導体基体上に前記酸化物電極
を形成する工程と、この酸化物電極上に膜厚５００Å以
下のイリジウム（Ｉｒ）層を形成する工程と、このイリ
ジウム層上に酸化性の加熱条件下で前記誘電体膜を成長
させる工程と、この誘電体膜上に前記対向電極を形成す
る工程とを有する、誘電体キャパシタの製造方法、及び
この方法によって前記誘電体キャパシタをメモリセルに
作製する誘電体メモリ装置の製造方法も提供するもので
ある。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の誘電体キャパシタ及び誘
電体メモリ装置と、これらの製造方法においては、前記
酸化イリジウム層又は前記イリジウム層の膜厚が１００
Å以上であることが望ましい。
電体メモリ装置と、これらの製造方法においては、前記
酸化イリジウム層又は前記イリジウム層の膜厚が１００
Å以上であることが望ましい。
【００１５】また、前記酸化物電極及び前記対向電極が
共に同一の若しくは異なる導電性酸化物からなり、前記
誘電体膜が酸化性の加熱条件下で結晶成長した強誘電体
又は高誘電体からなるのが望ましい。
共に同一の若しくは異なる導電性酸化物からなり、前記
誘電体膜が酸化性の加熱条件下で結晶成長した強誘電体
又は高誘電体からなるのが望ましい。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例について説明する。
【００１７】まず、図１について、本発明に基づくＰＺ
Ｔ強誘電体キャパシタＣＡＰと、これを組み込んだ半導
体デバイス（例えば、不揮発性記憶素子であるＦＲＡ
Ｍ）のメモリセルＭ−ＣＥＬを説明する。このメモリセ
ルは、ＣＵＢ（Cell under Bitline）構造のものであ
る。なお、図１においては、ＳｉＯ2 等からなる絶縁層
は図示省略されている。
Ｔ強誘電体キャパシタＣＡＰと、これを組み込んだ半導
体デバイス（例えば、不揮発性記憶素子であるＦＲＡ
Ｍ）のメモリセルＭ−ＣＥＬを説明する。このメモリセ
ルは、ＣＵＢ（Cell under Bitline）構造のものであ
る。なお、図１においては、ＳｉＯ2 等からなる絶縁層
は図示省略されている。
【００１８】本実施例のＰＺＴキャパシタＣＡＰは、ス
タック型のセルキャパシタとして、下部電極としての膜
厚１００〜５００Åの酸化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）層１
３の膜厚１００〜５００Åと極薄の酸化イリジウム（Ｉ
ｒＯ2 ）層３１を介してゾル−ゲル法、スパッタリング
法又はＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）法によって
形成されたＰＺＴ薄膜１４と、更にこの上に上部電極と
して設けられた酸化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）層１５とに
よって構成されている。なお、下部電極１３下にはＴｉ
Ｎ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ等のバリヤ層（図示せず）を絶
縁層（図示せず）に形成されたコンタクトホール内に埋
め込まれたポリシリコン層（プラグ）２０との間に設け
てよい。
タック型のセルキャパシタとして、下部電極としての膜
厚１００〜５００Åの酸化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）層１
３の膜厚１００〜５００Åと極薄の酸化イリジウム（Ｉ
ｒＯ2 ）層３１を介してゾル−ゲル法、スパッタリング
法又はＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）法によって
形成されたＰＺＴ薄膜１４と、更にこの上に上部電極と
して設けられた酸化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）層１５とに
よって構成されている。なお、下部電極１３下にはＴｉ
Ｎ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ等のバリヤ層（図示せず）を絶
縁層（図示せず）に形成されたコンタクトホール内に埋
め込まれたポリシリコン層（プラグ）２０との間に設け
てよい。
【００１９】こうしたＰＺＴキャパシタＣＡＰを有する
ＦＲＡＭのメモリセルにおいては、例えばＰ- 型シリコ
ン基板１７の一主面には、フィールド酸化膜で区画され
た素子領域が形成され、ここに、ＭＯＳトランジスタか
らなるトランスファゲートＴＲとキャパシタＣＡＰとか
らなるメモリセルＭ−ＣＥＬが設けられている。
ＦＲＡＭのメモリセルにおいては、例えばＰ- 型シリコ
ン基板１７の一主面には、フィールド酸化膜で区画され
た素子領域が形成され、ここに、ＭＯＳトランジスタか
らなるトランスファゲートＴＲとキャパシタＣＡＰとか
らなるメモリセルＭ−ＣＥＬが設けられている。
【００２０】トランスファゲートＴＲにおいては、例え
ばＮ+ 型ソース領域１０とＮ+ 型ドレイン領域８が不純
物拡散でそれぞれ形成され、これら両領域間にはゲート
酸化膜１１を介してワードライン９（ＷＬ）が設けら
れ、ソース領域１０には絶縁層（図示せず）のコンタク
トホール内に埋め込まれたポリシリコンプラグ１６を介
して図示せぬビットライン（ＢＬ）が接続されている。
ばＮ+ 型ソース領域１０とＮ+ 型ドレイン領域８が不純
物拡散でそれぞれ形成され、これら両領域間にはゲート
酸化膜１１を介してワードライン９（ＷＬ）が設けら
れ、ソース領域１０には絶縁層（図示せず）のコンタク
トホール内に埋め込まれたポリシリコンプラグ１６を介
して図示せぬビットライン（ＢＬ）が接続されている。
【００２１】ＰＺＴキャパシタＣＡＰにおいて、特徴的
なことは、上下の両電極ともにＲｕＯ2 を用いると共
に、ＰＺＴ薄膜１４下にＩｒから変化したＩｒＯ2 層３
１が膜厚１００〜５００Åと極薄に形成されていること
である。
なことは、上下の両電極ともにＲｕＯ2 を用いると共
に、ＰＺＴ薄膜１４下にＩｒから変化したＩｒＯ2 層３
１が膜厚１００〜５００Åと極薄に形成されていること
である。
【００２２】即ち、ＰＺＴ薄膜１４の上下には金属酸化
物（ＲｕＯ2 ）電極１３、１５が設けられているので、
キャパシタ動作時に分極反転によって電極近傍に蓄積さ
れるＰＺＴ中の酸素欠陥に対し、電極から酸素が補給さ
れ、欠陥蓄積の緩和によって分極疲労が抑制される。
物（ＲｕＯ2 ）電極１３、１５が設けられているので、
キャパシタ動作時に分極反転によって電極近傍に蓄積さ
れるＰＺＴ中の酸素欠陥に対し、電極から酸素が補給さ
れ、欠陥蓄積の緩和によって分極疲労が抑制される。
【００２３】また、キャパシタのパターニング時のエッ
チング性については、下部電極１３としての酸化ルテニ
ウム層の表面に厚みが１００〜５００Å、特に３００Å
以下の金属イリジウムを堆積させ、その上にＰＺＴ薄膜
１４を形成する際にイリジウム層は酸化によって対応し
た極薄の酸化イリジウム層３１になるので、反応性ドラ
イエッチングが容易となり、エッチング性が大きく向上
する。なお、この酸化イリジウム層３１は導電性があ
り、電極としても機能する。
チング性については、下部電極１３としての酸化ルテニ
ウム層の表面に厚みが１００〜５００Å、特に３００Å
以下の金属イリジウムを堆積させ、その上にＰＺＴ薄膜
１４を形成する際にイリジウム層は酸化によって対応し
た極薄の酸化イリジウム層３１になるので、反応性ドラ
イエッチングが容易となり、エッチング性が大きく向上
する。なお、この酸化イリジウム層３１は導電性があ
り、電極としても機能する。
【００２４】既述した通り、酸化イリジウムはエッチン
グが困難であるために、酸素プラズマで容易に加工でき
る酸化ルテニウムを用いることが望ましいが、酸化ルテ
ニウム基板においてはＰＺＴ結晶化の核密度が低いため
にＰＺＴを直接その上に形成することは困難である。
グが困難であるために、酸素プラズマで容易に加工でき
る酸化ルテニウムを用いることが望ましいが、酸化ルテ
ニウム基板においてはＰＺＴ結晶化の核密度が低いため
にＰＺＴを直接その上に形成することは困難である。
【００２５】ところが、金属イリジウム上では金属イリ
ジウムが核となって良好な結晶性のＰＺＴ薄膜を容易に
形成できるので、本実施例では、酸化ルテニウム上に１
００〜５００Å、例えば３００Åと極めて薄い金属イリ
ジウム薄膜を堆積させ、この上でＰＺＴの結晶化を行
う。
ジウムが核となって良好な結晶性のＰＺＴ薄膜を容易に
形成できるので、本実施例では、酸化ルテニウム上に１
００〜５００Å、例えば３００Åと極めて薄い金属イリ
ジウム薄膜を堆積させ、この上でＰＺＴの結晶化を行
う。
【００２６】この場合、金属ルテニウム上に直接ＰＺＴ
を形成しない理由は、薄膜ルテニウムの酸化温度が４０
０℃付近であるので、ＰＺＴの仮焼結（４２０℃）で酸
化されてしまうからである。また、金属ルテニウム上に
イリジウム薄膜を設けないのは、やはり金属ルテニウム
が酸化されて、イリジウム薄膜との界面にストレスが蓄
積し易いからである。これに対して、薄膜イリジウムは
５４０℃付近から緩やかに酸化するために、ＰＺＴ結晶
化の核形成（４８０℃）においては、金属状態であり、
良好な結晶核形成と結晶化が行われる。そして、３００
Åと極めて薄いイリジウムはＰＺＴの結晶化（６５０
℃）と同時に酸化されて、最終的に酸化イリジウムにな
る。
を形成しない理由は、薄膜ルテニウムの酸化温度が４０
０℃付近であるので、ＰＺＴの仮焼結（４２０℃）で酸
化されてしまうからである。また、金属ルテニウム上に
イリジウム薄膜を設けないのは、やはり金属ルテニウム
が酸化されて、イリジウム薄膜との界面にストレスが蓄
積し易いからである。これに対して、薄膜イリジウムは
５４０℃付近から緩やかに酸化するために、ＰＺＴ結晶
化の核形成（４８０℃）においては、金属状態であり、
良好な結晶核形成と結晶化が行われる。そして、３００
Åと極めて薄いイリジウムはＰＺＴの結晶化（６５０
℃）と同時に酸化されて、最終的に酸化イリジウムにな
る。
【００２７】次に、図２〜図４について、本実施例のＰ
ＺＴキャパシタＣＡＰの製造工程を示す。
ＺＴキャパシタＣＡＰの製造工程を示す。
【００２８】まず、工程１において、トランスファゲー
トＴＲを公知の方法で作り込んだＳｉウエハ１７上にＳ
ｉＯ2 層１Ａを形成し、これにコンタクトホール１９を
開け、このコンタクトホール内にポリシリコンプラグ２
０を埋め込む。更にこの上に、スパッタ法などによって
全面に酸化ルテニウム１３Ａを堆積させる。この厚みは
５００Å〜４０００Åが望ましい。この厚みが小さすぎ
ると、連続膜とならず、抵抗が増え、また、キャパシタ
構成層としてその膜厚の上限を決めるのがよい。
トＴＲを公知の方法で作り込んだＳｉウエハ１７上にＳ
ｉＯ2 層１Ａを形成し、これにコンタクトホール１９を
開け、このコンタクトホール内にポリシリコンプラグ２
０を埋め込む。更にこの上に、スパッタ法などによって
全面に酸化ルテニウム１３Ａを堆積させる。この厚みは
５００Å〜４０００Åが望ましい。この厚みが小さすぎ
ると、連続膜とならず、抵抗が増え、また、キャパシタ
構成層としてその膜厚の上限を決めるのがよい。
【００２９】次いで、工程２において、スパッタ法など
により、金属イリジウム３０を堆積させる。この膜厚は
薄いほどよく、実際には３００Å以下の膜厚とする。
により、金属イリジウム３０を堆積させる。この膜厚は
薄いほどよく、実際には３００Å以下の膜厚とする。
【００３０】次いで、工程３において、公知のゾル−ゲ
ル法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）法又はスパ
ッタ法などにより、酸化性環境において、ＰＺＴ薄膜１
４Ａを形成する。ＰＺＴの成膜（焼結）温度は６５０℃
以上が望ましい。この環境によって、ＰＺＴ薄膜１４Ａ
の形成と同時に、金属イリジウム３０が酸化されて酸化
イリジウム３１に変化する。
ル法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）法又はスパ
ッタ法などにより、酸化性環境において、ＰＺＴ薄膜１
４Ａを形成する。ＰＺＴの成膜（焼結）温度は６５０℃
以上が望ましい。この環境によって、ＰＺＴ薄膜１４Ａ
の形成と同時に、金属イリジウム３０が酸化されて酸化
イリジウム３１に変化する。
【００３１】このＰＺＴ薄膜１４Ａの形成過程は、図４
に別途示すが、ＰＺＴの結晶核形成時は（Ａ）のように
金属イリジウム３０による核付け効果でＰＺＴが柱状に
結晶成長し、更に焼結によって（Ｂ）のようにペロブス
カイト構造のＰＺＴ薄膜１４Ａを形成するときに、金属
イリジウム３０が酸化イリジウム３１に変化する。
に別途示すが、ＰＺＴの結晶核形成時は（Ａ）のように
金属イリジウム３０による核付け効果でＰＺＴが柱状に
結晶成長し、更に焼結によって（Ｂ）のようにペロブス
カイト構造のＰＺＴ薄膜１４Ａを形成するときに、金属
イリジウム３０が酸化イリジウム３１に変化する。
【００３２】次いで、工程４において、ＰＺＴ１４Ａの
表面に対向電極として、スパッタ法などにより、酸化ル
テニウム１５Ａを堆積させる。
表面に対向電極として、スパッタ法などにより、酸化ル
テニウム１５Ａを堆積させる。
【００３３】次いで、工程５において、フォトレジスト
又はＳｉＯ2 ハードマスク３２を形成した後、工程６に
おいて、アルゴン、塩素と酸素の混合ガス環境におい
て、ＥＣＲ（Electron cyclone resonance）などのエネ
ルギー励起法などの補助装置を持ったドライエッチング
装置を用いて、１５Ａ−１４Ａ−３１−３１Ａの積層膜
を同一パターンに加工する。
又はＳｉＯ2 ハードマスク３２を形成した後、工程６に
おいて、アルゴン、塩素と酸素の混合ガス環境におい
て、ＥＣＲ（Electron cyclone resonance）などのエネ
ルギー励起法などの補助装置を持ったドライエッチング
装置を用いて、１５Ａ−１４Ａ−３１−３１Ａの積層膜
を同一パターンに加工する。
【００３４】この積層膜において、加工速度が最も遅い
層は酸化イリジウム３１であるが、膜厚が１００〜５０
０Åと極めて薄いために、短時間で加工が完了すること
になり、全体の加工時間には、それほど影響しない。
層は酸化イリジウム３１であるが、膜厚が１００〜５０
０Åと極めて薄いために、短時間で加工が完了すること
になり、全体の加工時間には、それほど影響しない。
【００３５】次いで、工程７において、マスク３２を除
去してＰＺＴキャパシタＣＡＰの形成が完了する。
去してＰＺＴキャパシタＣＡＰの形成が完了する。
【００３６】図５には、ＲｕＯ2 ／ＰＺＴ／ＩｒＯ2 ／
ＲｕＯ2 構造（本実施例）の各ＰＺＴキャパシタの分極
疲労特性を示す。下部電極にＩｒＯ2 ／ＲｕＯ2 を用い
た場合、２×１０9 回まで分極特性の減少が見られな
い。なお、上部及び下部電極にＰｔを用いたＰｔ／ＰＺ
Ｔ／Ｐｔ構造のキャパシタにおいては、２×１０5 回以
上の反転において急激な分極特性の低下が観測される。
ＲｕＯ2 構造（本実施例）の各ＰＺＴキャパシタの分極
疲労特性を示す。下部電極にＩｒＯ2 ／ＲｕＯ2 を用い
た場合、２×１０9 回まで分極特性の減少が見られな
い。なお、上部及び下部電極にＰｔを用いたＰｔ／ＰＺ
Ｔ／Ｐｔ構造のキャパシタにおいては、２×１０5 回以
上の反転において急激な分極特性の低下が観測される。
【００３７】このように、分極疲労特性は電極物質にも
強く依存し、上下の両電極をＲｕＯ2 とし、金属イリジ
ウム上にＰＺＴを成膜した本実施例のキャパシタは、分
極反転時の残留分極密度（Ｐｒ）が安定し、非常に優れ
ていることが明らかである。
強く依存し、上下の両電極をＲｕＯ2 とし、金属イリジ
ウム上にＰＺＴを成膜した本実施例のキャパシタは、分
極反転時の残留分極密度（Ｐｒ）が安定し、非常に優れ
ていることが明らかである。
【００３８】次に、本実施例のように、極薄のＩｒを核
付けしたＩｒ／ＲｕＯ2 下部電極上に形成したＰＺＴ薄
膜の電気特性を図６に示す。このデータによれば、Ｉｒ
を核付けしたＲｕＯ2 下部電極を使用した場合、漏れ電
流値は±５Ｖのバイアス時に５×１０2 ｎＡ／ｃｍ2 以
下であり、優れたＩ−Ｖ特性を示すことが分かる。
付けしたＩｒ／ＲｕＯ2 下部電極上に形成したＰＺＴ薄
膜の電気特性を図６に示す。このデータによれば、Ｉｒ
を核付けしたＲｕＯ2 下部電極を使用した場合、漏れ電
流値は±５Ｖのバイアス時に５×１０2 ｎＡ／ｃｍ2 以
下であり、優れたＩ−Ｖ特性を示すことが分かる。
【００３９】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可
能である。
の実施例は本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可
能である。
【００４０】例えば、電極材料としては、下部電極はＩ
ｒによって核付けすることを要するが、電極材料として
は、上述のＲｕＯ2 以外にも、酸化パラジウム、ＹＢＣ
Ｏ（イットリウム−ビスマス−コバルト酸化物）などの
酸化物超電導系物質も挙げられる。
ｒによって核付けすることを要するが、電極材料として
は、上述のＲｕＯ2 以外にも、酸化パラジウム、ＹＢＣ
Ｏ（イットリウム−ビスマス−コバルト酸化物）などの
酸化物超電導系物質も挙げられる。
【００４１】また、電極及び誘電体薄膜の形成方法とし
ては、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法（Metalo−orga
nic deposition）法、ゾル−ゲル法が適用可能である。
誘電体物質としては、ＰＺＴ以外にストロンチウムビス
マスタンタレート、バリウムストロンチウムタイタネー
トなどを用いることもできる。
ては、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法（Metalo−orga
nic deposition）法、ゾル−ゲル法が適用可能である。
誘電体物質としては、ＰＺＴ以外にストロンチウムビス
マスタンタレート、バリウムストロンチウムタイタネー
トなどを用いることもできる。
【００４２】また、キャパシタは構造的には、図１にお
いて下部の酸化ルテニウム層１３とポリシリコン２０と
の間に、例えばＴｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮなどのバリ
ヤー層を形成することも可能である。
いて下部の酸化ルテニウム層１３とポリシリコン２０と
の間に、例えばＴｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮなどのバリ
ヤー層を形成することも可能である。
【００４３】ＰＺＴの形成方法としては、一度の結晶化
によって形成した柱状構造薄膜上に、非晶質状ＰＺＴを
再度堆積させた後に結晶化させ、積層構造にすることも
可能である。非晶質ＰＺＴの形成方法として、上述の実
施例においてはゾル−ゲル法を用いている。しかし、ス
パッタリング法やＣＶＤ法においても、基板温度を５０
０℃以下に設定することによって、やはり非晶質ＰＺＴ
の形成が可能である。
によって形成した柱状構造薄膜上に、非晶質状ＰＺＴを
再度堆積させた後に結晶化させ、積層構造にすることも
可能である。非晶質ＰＺＴの形成方法として、上述の実
施例においてはゾル−ゲル法を用いている。しかし、ス
パッタリング法やＣＶＤ法においても、基板温度を５０
０℃以下に設定することによって、やはり非晶質ＰＺＴ
の形成が可能である。
【００４４】本発明に基づく強誘電体膜は、例えば図１
に示したＲｕＯ2 ／ＰＺＴ／ＩｒＯ2 ／ＲｕＯ2 ／ポリ
−Ｓｉ構造のキャパシタ（スタック型キャパシタ）を有
するデバイスに適用可能であるが、これに限らず、Ｓｉ
Ｏ2 膜上に上述のスタック型キャパシタを設けてこのキ
ャパシタの下部電極を延設してトランスファゲートのソ
ース領域と接続する構造としてよいし、或いはスタック
型ではなく、いわゆるトレンチ（溝）内にキャパシタを
組み込んだ構造のキャパシタにも適用可能である。ま
た、ＦＲＡＭ以外の用途にも適用できる。また、ＣＯＢ
(Cell over Bitline）タイプのメモリセルにも適用可能
である。
に示したＲｕＯ2 ／ＰＺＴ／ＩｒＯ2 ／ＲｕＯ2 ／ポリ
−Ｓｉ構造のキャパシタ（スタック型キャパシタ）を有
するデバイスに適用可能であるが、これに限らず、Ｓｉ
Ｏ2 膜上に上述のスタック型キャパシタを設けてこのキ
ャパシタの下部電極を延設してトランスファゲートのソ
ース領域と接続する構造としてよいし、或いはスタック
型ではなく、いわゆるトレンチ（溝）内にキャパシタを
組み込んだ構造のキャパシタにも適用可能である。ま
た、ＦＲＡＭ以外の用途にも適用できる。また、ＣＯＢ
(Cell over Bitline）タイプのメモリセルにも適用可能
である。
【００４５】
【発明の作用効果】本発明は、上述した如く、膜厚５０
０Å以下と極薄の酸化イリジウム（これは金属イリジウ
ムの酸化によって生成）を有する酸化物電極上に誘電体
膜を形成しているので、誘電体キャパシタの誘電体膜が
良好な結晶状態で成長可能であり、特に強誘電体キャパ
シタが繰り返しの反転によっても分極疲労を生じ難く、
長寿命で高信頼性を保持することができ、しかもキャパ
シタのパターニング時のエッチングが容易である誘電体
キャパシタ及び誘電体メモリ装置と、これらの製造方法
を提供することができる。
０Å以下と極薄の酸化イリジウム（これは金属イリジウ
ムの酸化によって生成）を有する酸化物電極上に誘電体
膜を形成しているので、誘電体キャパシタの誘電体膜が
良好な結晶状態で成長可能であり、特に強誘電体キャパ
シタが繰り返しの反転によっても分極疲労を生じ難く、
長寿命で高信頼性を保持することができ、しかもキャパ
シタのパターニング時のエッチングが容易である誘電体
キャパシタ及び誘電体メモリ装置と、これらの製造方法
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくＰＺＴキャパシタ及びこれを組
み込んだメモリセルの概略断面図である。
み込んだメモリセルの概略断面図である。
【図２】同メモリセルの製造方法の工程段階を順次示す
概略断面図である。
概略断面図である。
【図３】同メモリセルの製造方法の工程段階を順次示す
概略断面図である。
概略断面図である。
【図４】同ＰＺＴキャパシタのＰＺＴ成膜時の状況を示
す概略拡大断面図である。
す概略拡大断面図である。
【図５】同ＰＺＴキャパシタの残留分極密度と分極反転
回数との関係を示すグラフである。
回数との関係を示すグラフである。
【図６】電極上に形成したＰＺＴ薄膜のＩ−Ｖ特性図で
ある。
ある。
【図７】従来例によるＰＺＴキャパシタの概略断面図で
ある。
ある。
８・・・Ｎ+ 型ドレイン領域 ９（ＷＬ）・・・ワードライン １０・・・Ｎ+ 型ソース領域 １３・・・ＲｕＯ2 下部電極 １４・・・強誘電体膜（ＰＺＴ薄膜） １５・・・ＲｕＯ2 上部電極 １６、２０・・・ポリシリコンプラグ １７・・・シリコン基板 ３０・・・金属イリジウム ３１・・・酸化イリジウム ＣＡＰ・・・強誘電体キャパシタ ＴＲ・・・トランスファゲート Ｍ−ＣＥＬ・・・メモリセル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 沼田 乾 茨城県稲敷郡美浦村木原2355番地 日本テ キサス・インスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 西村 明俊 茨城県稲敷郡美浦村木原2355番地 日本テ キサス・インスツルメンツ株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 酸化物電極上に、膜厚が５００Å以下の
酸化イリジウム層と、誘電体膜と、前記酸化物電極の対
向電極とが積層されている誘電体キャパシタ。 - 【請求項２】 前記酸化イリジウム層の膜厚が１００Å
以上である、請求項１に記載した誘電体キャパシタ。 - 【請求項３】 前記酸化物電極及び前記対向電極が共に
同一の若しくは異なる導電性酸化物からなり、前記誘電
体膜が酸化性の加熱条件下で結晶成長した強誘電体又は
高誘電体からなる、請求項１に記載した誘電体キャパシ
タ。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載した
誘電体キャパシタをメモリセルに有する誘電体メモリ装
置。 - 【請求項５】 酸化物電極上に、膜厚が５００Å以下の
酸化イリジウム層と、誘電体膜と、前記酸化物電極の対
向電極とが積層されている誘電体キャパシタを製造する
に際し、 半導体基体上に前記酸化物電極を形成する工程と、 この酸化物電極上に膜厚５００Å以下のイリジウム層を
形成する工程と、 このイリジウム層上に酸化性の加熱条件下で前記誘電体
膜を成長させる工程と、 この誘電体膜上に前記対向電極を形成する工程とを有す
る、誘電体キャパシタの製造方法。 - 【請求項６】 前記イリジウム層の膜厚を１００Å以上
とする、請求項５に記載した製造方法。 - 【請求項７】 前記酸化物電極及び前記対向電極を共に
同一の若しくは異なる導電性酸化物によって形成し、前
記誘電体膜を強誘電体又は高誘電体によって形成する、
請求項５に記載した製造方法。 - 【請求項８】 請求項５〜７のいずれか１項に記載した
方法によって、メモリセルに誘電体キャパシタを作製す
る、誘電体メモリ装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8352889A JPH10173141A (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | 誘電体キャパシタ及び誘電体メモリ装置と、これらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8352889A JPH10173141A (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | 誘電体キャパシタ及び誘電体メモリ装置と、これらの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10173141A true JPH10173141A (ja) | 1998-06-26 |
Family
ID=18427149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8352889A Withdrawn JPH10173141A (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | 誘電体キャパシタ及び誘電体メモリ装置と、これらの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10173141A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100846368B1 (ko) * | 2002-06-29 | 2008-07-15 | 주식회사 하이닉스반도체 | 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
-
1996
- 1996-12-13 JP JP8352889A patent/JPH10173141A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100846368B1 (ko) * | 2002-06-29 | 2008-07-15 | 주식회사 하이닉스반도체 | 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
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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: 20040302 |