JPH1022465A - 強誘電体材料およびこれを用いた強誘電体メモリ - Google Patents
強誘電体材料およびこれを用いた強誘電体メモリInfo
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- JPH1022465A JPH1022465A JP8176570A JP17657096A JPH1022465A JP H1022465 A JPH1022465 A JP H1022465A JP 8176570 A JP8176570 A JP 8176570A JP 17657096 A JP17657096 A JP 17657096A JP H1022465 A JPH1022465 A JP H1022465A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 疲労現象が起きにくい、特性の安定した寿命
の長い強誘電体材料および強誘電体メモリを提供する。 【解決手段】 鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物
に、モリブデン、アンチモン、タンタル、およびタング
ステンのうち、一種類或いは複数種類の元素がドープし
た強誘電体材料を得、また、これを用いた強誘電体メモ
リを得る。
の長い強誘電体材料および強誘電体メモリを提供する。 【解決手段】 鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物
に、モリブデン、アンチモン、タンタル、およびタング
ステンのうち、一種類或いは複数種類の元素がドープし
た強誘電体材料を得、また、これを用いた強誘電体メモ
リを得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体材料およ
びこれを用いた強誘電体メモリに係わる。
びこれを用いた強誘電体メモリに係わる。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＦｅＲＡＭもしくはＦＲＡＭ（Fe
rroelectric Random Access Memory）と呼称される強誘
電体不揮発性メモリの研究、開発が盛んである。この強
誘電体不揮発性メモリはそのキャパシタ部を構成する誘
電体が強誘電体膜に置き換えられた構造を有するもので
ある。
rroelectric Random Access Memory）と呼称される強誘
電体不揮発性メモリの研究、開発が盛んである。この強
誘電体不揮発性メモリはそのキャパシタ部を構成する誘
電体が強誘電体膜に置き換えられた構造を有するもので
ある。
【０００３】この強誘電体不揮発性メモリは、キャパシ
タ内部の強誘電体膜に反転可能な外部電場を与え、これ
により自発分極（Ｐｓ）を誘起させ、外部電場をゼロと
したときの残留分極（Ｐｒ）の向きを”０””１”の情
報に対応させてメモリするものである。
タ内部の強誘電体膜に反転可能な外部電場を与え、これ
により自発分極（Ｐｓ）を誘起させ、外部電場をゼロと
したときの残留分極（Ｐｒ）の向きを”０””１”の情
報に対応させてメモリするものである。
【０００４】強誘電体メモリの強誘電体材料の１つとし
て、鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物、いわゆる
ＰＺＴがある。
て、鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物、いわゆる
ＰＺＴがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰＺＴ
を強誘電体材料として用いた強誘電体メモリでは、外部
電場の反転を繰り返すことにより、次第に残留分極（Ｐ
ｒ）値の低下を招く疲労現象がみられ、メモリの寿命が
短いという問題がある。
を強誘電体材料として用いた強誘電体メモリでは、外部
電場の反転を繰り返すことにより、次第に残留分極（Ｐ
ｒ）値の低下を招く疲労現象がみられ、メモリの寿命が
短いという問題がある。
【０００６】この疲労の原因としては、鉛原子の抜け
や、酸素原子の抜け等が従来考えられていたが、本発明
者等は、この酸素原子が抜けることで残った酸素イオン
の周りにあった電子が、チタンイオンの３ｄ軌道に入る
ためであることを究明した。
や、酸素原子の抜け等が従来考えられていたが、本発明
者等は、この酸素原子が抜けることで残った酸素イオン
の周りにあった電子が、チタンイオンの３ｄ軌道に入る
ためであることを究明した。
【０００７】本発明は、この究明に基づいて、上述した
疲労を抑制し、特性の安定した強誘電体材料および強誘
電体メモリを提供するに至った。
疲労を抑制し、特性の安定した強誘電体材料および強誘
電体メモリを提供するに至った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による強誘電体材
料は、鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物に、モリ
ブデン、アンチモン、タンタル、およびタングステンの
うち、一種類或いは複数種類の元素がドープされて成る
ことを特徴とするものである。
料は、鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物に、モリ
ブデン、アンチモン、タンタル、およびタングステンの
うち、一種類或いは複数種類の元素がドープされて成る
ことを特徴とするものである。
【０００９】また、本発明による強誘電体メモリは、キ
ャパシタ部分の誘電体膜が、鉛、チタンおよびジルコニ
ウムの酸化物に、モリブデン、アンチモン、タンタル、
およびタングステンのうち、一種類或いは複数種類の元
素がドープされて成る強誘電体材料によって構成された
ことを特徴とするものである。
ャパシタ部分の誘電体膜が、鉛、チタンおよびジルコニ
ウムの酸化物に、モリブデン、アンチモン、タンタル、
およびタングステンのうち、一種類或いは複数種類の元
素がドープされて成る強誘電体材料によって構成された
ことを特徴とするものである。
【００１０】すなわち、本発明においては、上述したよ
うに、本発明者等によって、ＰＺＴ強誘電体の疲労の原
因が、酸素原子が抜けることで残った酸素イオンの周り
にあった電子がチタンイオンの３ｄ軌道に入るためであ
ることを究明したことに基づき、鉛、チタンおよびジル
コニウムの酸化物（ＰＺＴ）からなる強誘電体材料にお
いて、モリブデン、アンチモン、タンタル、およびタン
グステンのうち、一種類或いは複数種類の元素を選択し
て酸化物（ＰＺＴ）にドープすることにより、後述のよ
うに酸素イオンが抜ける時に残る電子がチタンイオンの
軌道に入ることを防止し、その結果チタンイオンの軌道
に電子が入ることによって起こるＰＺＴの疲労を抑制す
る。
うに、本発明者等によって、ＰＺＴ強誘電体の疲労の原
因が、酸素原子が抜けることで残った酸素イオンの周り
にあった電子がチタンイオンの３ｄ軌道に入るためであ
ることを究明したことに基づき、鉛、チタンおよびジル
コニウムの酸化物（ＰＺＴ）からなる強誘電体材料にお
いて、モリブデン、アンチモン、タンタル、およびタン
グステンのうち、一種類或いは複数種類の元素を選択し
て酸化物（ＰＺＴ）にドープすることにより、後述のよ
うに酸素イオンが抜ける時に残る電子がチタンイオンの
軌道に入ることを防止し、その結果チタンイオンの軌道
に電子が入ることによって起こるＰＺＴの疲労を抑制す
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明による強誘電体材料は、
鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物に（ＰＺＴ）、
モリブデン（Ｍｏ）、アンチモン（Ｓｂ）、タンタル
（Ｔａ）、およびタングステン（Ｗ）のうち、一種類或
いは複数の種類の元素をドープするものである。このよ
うにして、本発明においては、ＰＺＴにおけるＢサイ
ト、すなわちＺｒ 1-x Ｔｉx （０≦ｘ≦１）の位置に上
記元素を置換するものである。
鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物に（ＰＺＴ）、
モリブデン（Ｍｏ）、アンチモン（Ｓｂ）、タンタル
（Ｔａ）、およびタングステン（Ｗ）のうち、一種類或
いは複数の種類の元素をドープするものである。このよ
うにして、本発明においては、ＰＺＴにおけるＢサイ
ト、すなわちＺｒ 1-x Ｔｉx （０≦ｘ≦１）の位置に上
記元素を置換するものである。
【００１２】以下、この本発明による強誘電体材料の繰
り返しメモリによる疲労について言及するに、ＰＺＴの
疲労の原因について本発明者らは、前述したように、各
軌道のエネルギーバンドの計算により、酸素原子が抜け
ることで残った酸素イオンの周囲にあった電子が、チタ
ンイオンの３ｄ軌道に入るためであることを見出した。
り返しメモリによる疲労について言及するに、ＰＺＴの
疲労の原因について本発明者らは、前述したように、各
軌道のエネルギーバンドの計算により、酸素原子が抜け
ることで残った酸素イオンの周囲にあった電子が、チタ
ンイオンの３ｄ軌道に入るためであることを見出した。
【００１３】このエネルギーバンドの計算結果により、
ＰＺＴにおいて起こる様々な現象を説明することが可能
となった。
ＰＺＴにおいて起こる様々な現象を説明することが可能
となった。
【００１４】例えば、ＰＺＴにランタンをドープしたい
わゆるＰＬＺＴは、ＰＺＴに較べて疲労するまでの寿命
が長く、疲労特性が優れているが（K.Amanuma et al.,J
pn.J.Appl.Phys.,Vol.33,p5211(1994)参照）、これまで
はこの理由は明らかでなかった。
わゆるＰＬＺＴは、ＰＺＴに較べて疲労するまでの寿命
が長く、疲労特性が優れているが（K.Amanuma et al.,J
pn.J.Appl.Phys.,Vol.33,p5211(1994)参照）、これまで
はこの理由は明らかでなかった。
【００１５】これもエネルギーバンドの計算結果に基づ
いて考えると、説明が可能となる。図１Ａに、ＰＺＴ中
に存在するＰｂＴｉＯ3 のフェルミレベルＥF 付近での
エネルギーバンドの概念図を示す。また図１Ｂに、Ｐｂ
ＴｉＯ3 のＰｂ2+をＬａ3+に置換したもののフェルミレ
ベル付近でのエネルギーバンドの概念図を示す。図１Ａ
および図１Ｂにおいて、縦軸はエネルギーレベル、横軸
は状態密度を表している。
いて考えると、説明が可能となる。図１Ａに、ＰＺＴ中
に存在するＰｂＴｉＯ3 のフェルミレベルＥF 付近での
エネルギーバンドの概念図を示す。また図１Ｂに、Ｐｂ
ＴｉＯ3 のＰｂ2+をＬａ3+に置換したもののフェルミレ
ベル付近でのエネルギーバンドの概念図を示す。図１Ａ
および図１Ｂにおいて、縦軸はエネルギーレベル、横軸
は状態密度を表している。
【００１６】図１Ａにおいては、フェルミレベルＥF の
すぐ上のチタン（Ｔｉ）の３ｄバンドが存在している
が、図１Ｂにおいては、フェルミレベルＥF とチタン
（Ｔｉ）の３ｄバンドとの間にランタン（Ｌａ）の４ｆ
バンドが存在している。従って、図１Ｂに示したＰｂＴ
ｉＯ3 のＰｂ2+をＬａ3+に置換したものでは、酸素原子
が抜けるときに残った電子がチタン（Ｔｉ）の３ｄバン
ドに入らずにランタン（Ｌａ）の４ｆバンドに入ること
になる。
すぐ上のチタン（Ｔｉ）の３ｄバンドが存在している
が、図１Ｂにおいては、フェルミレベルＥF とチタン
（Ｔｉ）の３ｄバンドとの間にランタン（Ｌａ）の４ｆ
バンドが存在している。従って、図１Ｂに示したＰｂＴ
ｉＯ3 のＰｂ2+をＬａ3+に置換したものでは、酸素原子
が抜けるときに残った電子がチタン（Ｔｉ）の３ｄバン
ドに入らずにランタン（Ｌａ）の４ｆバンドに入ること
になる。
【００１７】疲労の現象は、図１Ａに示すようにフェル
ミレベルＥF のすぐ上のＴｉの３ｄバンドが存在してい
るために、酸素原子が抜けるときに残った電子が、Ｔｉ
の３ｄバンドに入ってしまうことが原因と考えられる。
これに対し、図１Ｂの場合にはフェルミレベルＥF の上
にＬａの４ｆが存在していることによって疲労の現象が
起きにくくなると考えられる。
ミレベルＥF のすぐ上のＴｉの３ｄバンドが存在してい
るために、酸素原子が抜けるときに残った電子が、Ｔｉ
の３ｄバンドに入ってしまうことが原因と考えられる。
これに対し、図１Ｂの場合にはフェルミレベルＥF の上
にＬａの４ｆが存在していることによって疲労の現象が
起きにくくなると考えられる。
【００１８】このように考えると、Ｌａに限らず、電子
が入る余地のある４ｆ準位を有する元素であれば、疲労
を抑制することができることがわかる。従って、電子の
入る余地のある４ｆ準位を有する、希土類元素であれば
疲労を抑制する効果を有するものである。Ｌａ以外の希
土類をドープした強誘電体材料およびそれを用いた強誘
電体メモリについては、本出願人の出願に係る特願平７
−１２１８８６号「強誘電体材料およびこれを用いた強
誘電体メモリ」に提案している。
が入る余地のある４ｆ準位を有する元素であれば、疲労
を抑制することができることがわかる。従って、電子の
入る余地のある４ｆ準位を有する、希土類元素であれば
疲労を抑制する効果を有するものである。Ｌａ以外の希
土類をドープした強誘電体材料およびそれを用いた強誘
電体メモリについては、本出願人の出願に係る特願平７
−１２１８８６号「強誘電体材料およびこれを用いた強
誘電体メモリ」に提案している。
【００１９】ところで、最近、ニオブ（Ｎｂ）をドープ
したＰＺＴでも疲労特性が改善されることが分かってい
る。図２は、ニオブ（Ｎｂ）をドープしたＰｂＴｉＯ3
のフェルミレベルＥF 付近でのエネルギーバンドの概念
図を示す。これによると、フェルミレベルＥF とＴｉの
３ｄバンドとの間にＮｂの４ｄバンドが存在しており、
酸素原子が抜けるときに残った電子が、Ｔｉの３ｄバン
ドに入らずに、Ｎｂの４ｄバンドに入ることがわかる。
従って、Ｌａをドープした場合と同様の理由で、疲労を
抑制することができる。
したＰＺＴでも疲労特性が改善されることが分かってい
る。図２は、ニオブ（Ｎｂ）をドープしたＰｂＴｉＯ3
のフェルミレベルＥF 付近でのエネルギーバンドの概念
図を示す。これによると、フェルミレベルＥF とＴｉの
３ｄバンドとの間にＮｂの４ｄバンドが存在しており、
酸素原子が抜けるときに残った電子が、Ｔｉの３ｄバン
ドに入らずに、Ｎｂの４ｄバンドに入ることがわかる。
従って、Ｌａをドープした場合と同様の理由で、疲労を
抑制することができる。
【００２０】このような考えに基づくと、Ｎｂに限らず
電子の入る余地のある４ｄあるいは５ｄ準位をもつ原子
をドープすることで、疲労特性を改善させることができ
る。また、ＮｂはＬａの場合と異なり、Ｔｉおよびジル
コニウム（Ｚｒ）のサイト（Ｂサイト）に入ることが知
られている。よって、ＴｉおよびＺｒと同程度のイオン
半径をもち、かつ電子の入る余地のある４ｄあるいは５
ｄ準位をもつ、すなわち、ＴｉおよびＺｒの価数、Ｔｉ
4+、Ｚｒ4+よりも大きい価数をもつ原子をドープするこ
とで、疲労特性を改善させることができるのである。こ
のイオン半径が同程度で、大きな価数をもつ元素として
は、モリブデン（Ｍｏ）、アンチモン（Ｓｂ）、タンタ
ル（Ｔａ）およびタングステン（Ｗ）があり、本発明に
おいては、これら元素のドープがなされるものであり、
これによって、疲労の改善が図られる。
電子の入る余地のある４ｄあるいは５ｄ準位をもつ原子
をドープすることで、疲労特性を改善させることができ
る。また、ＮｂはＬａの場合と異なり、Ｔｉおよびジル
コニウム（Ｚｒ）のサイト（Ｂサイト）に入ることが知
られている。よって、ＴｉおよびＺｒと同程度のイオン
半径をもち、かつ電子の入る余地のある４ｄあるいは５
ｄ準位をもつ、すなわち、ＴｉおよびＺｒの価数、Ｔｉ
4+、Ｚｒ4+よりも大きい価数をもつ原子をドープするこ
とで、疲労特性を改善させることができるのである。こ
のイオン半径が同程度で、大きな価数をもつ元素として
は、モリブデン（Ｍｏ）、アンチモン（Ｓｂ）、タンタ
ル（Ｔａ）およびタングステン（Ｗ）があり、本発明に
おいては、これら元素のドープがなされるものであり、
これによって、疲労の改善が図られる。
【００２１】続いて、本発明による強誘電体材料と、強
誘電体メモリの実施例について説明する。この実施例
は、強誘電体メモリとして、図３に断面図を示すスタッ
ク型構造の不揮発性メモリを形成する場合の例である。
この例においては、半導体基板１の局部酸化いわゆるＬ
ＯＣＯＳによって形成した素子分離絶縁層２によって分
離された領域に、ソース領域５とドレイン領域６が形成
され、ゲート絶縁膜３を介してゲート電極４が設けられ
たＭＩＳトランジスタ（絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ）が形成され、これの上に、層間絶縁層７を介し
て、下部電極８が形成され、これの上に強誘電体層９を
挟んで、上部電極１０が形成されて成る。そして、図示
の例ではコンタクトホール１２を通じて、ドレイン領域
６と、上部電極１０とに配線１３が接続された構造を有
する。
誘電体メモリの実施例について説明する。この実施例
は、強誘電体メモリとして、図３に断面図を示すスタッ
ク型構造の不揮発性メモリを形成する場合の例である。
この例においては、半導体基板１の局部酸化いわゆるＬ
ＯＣＯＳによって形成した素子分離絶縁層２によって分
離された領域に、ソース領域５とドレイン領域６が形成
され、ゲート絶縁膜３を介してゲート電極４が設けられ
たＭＩＳトランジスタ（絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ）が形成され、これの上に、層間絶縁層７を介し
て、下部電極８が形成され、これの上に強誘電体層９を
挟んで、上部電極１０が形成されて成る。そして、図示
の例ではコンタクトホール１２を通じて、ドレイン領域
６と、上部電極１０とに配線１３が接続された構造を有
する。
【００２２】この構造において下部電極８と上部電極１
０との間に電位差により電界をかけることにより、強誘
電体層９に自発分極Ｐｓを発生させ、前述したように、
電界を除いた後の残留分極Ｐｒの向きによって”０””
１”の情報をメモリする。
０との間に電位差により電界をかけることにより、強誘
電体層９に自発分極Ｐｓを発生させ、前述したように、
電界を除いた後の残留分極Ｐｒの向きによって”０””
１”の情報をメモリする。
【００２３】この図３に示すスタック型構造の不揮発性
メモリの製法の工程図を図４Ａ〜図４Ｆに示す。図４Ａ
に示すように、シリコンからなる半導体基板１上の素子
形成部内にＬＯＣＯＳにより、ＳｉＯ2 からなる素子分
離絶縁層２を形成する。
メモリの製法の工程図を図４Ａ〜図４Ｆに示す。図４Ａ
に示すように、シリコンからなる半導体基板１上の素子
形成部内にＬＯＣＯＳにより、ＳｉＯ2 からなる素子分
離絶縁層２を形成する。
【００２４】次に図４Ｂに示すように、素子形成部の半
導体基板１表面を熱酸化して、ＳｉＯ2 による、ゲート
絶縁膜３を形成する。このゲート絶縁膜３上に多結晶シ
リコンを形成し、この多結晶シリコンをパターンエッチ
ングして、ゲート電極４を形成する。さらにゲート電極
４をマスクとして、半導体基板１に不純物のイオン注入
によりソース領域５およびドレイン領域６を形成する。
この場合、図示しないが、必要に応じて両領域５および
６において、そのゲート側に低濃度領域を形成する、い
わゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）を構成すること
もできる。
導体基板１表面を熱酸化して、ＳｉＯ2 による、ゲート
絶縁膜３を形成する。このゲート絶縁膜３上に多結晶シ
リコンを形成し、この多結晶シリコンをパターンエッチ
ングして、ゲート電極４を形成する。さらにゲート電極
４をマスクとして、半導体基板１に不純物のイオン注入
によりソース領域５およびドレイン領域６を形成する。
この場合、図示しないが、必要に応じて両領域５および
６において、そのゲート側に低濃度領域を形成する、い
わゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）を構成すること
もできる。
【００２５】図４Ｃに示すように、表面を覆って全面的
にＳｉＯ2 等の層間絶縁層７を形成する。この層間絶縁
層７に全面的に白金等からなる金属層を形成し、これを
パターンエッチングして下部電極８を形成する。
にＳｉＯ2 等の層間絶縁層７を形成する。この層間絶縁
層７に全面的に白金等からなる金属層を形成し、これを
パターンエッチングして下部電極８を形成する。
【００２６】図４Ｄに示すように、同様に下部電極８
に、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｗのうち、一種類或いは複数種
類の元素、例えばＭｏをドープしたＰｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）
Ｏ3 からなる強誘電体層と、これの上に白金等の金属層
を順次全面的に積層形成し、これらをパターンエッチン
グしてキャパシタ部を構成する上部電極１０と、強誘電
体層９を形成する。
に、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｗのうち、一種類或いは複数種
類の元素、例えばＭｏをドープしたＰｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）
Ｏ3 からなる強誘電体層と、これの上に白金等の金属層
を順次全面的に積層形成し、これらをパターンエッチン
グしてキャパシタ部を構成する上部電極１０と、強誘電
体層９を形成する。
【００２７】図４Ｅに示すように、全面的に覆ってＳｉ
Ｏ2 からなる層間絶縁層１１を形成する。
Ｏ2 からなる層間絶縁層１１を形成する。
【００２８】図４Ｆに示すように、ドレイン領域６上の
層間絶縁層７と、上部電極１０上の層間絶縁層１１にそ
れぞれコンタクトホール１２を穿設する。さらに蒸着な
どにより例えばＡｌ金属層を被着形成し、エッチングに
より必要な部分のみを残して配線１３を形成する。
層間絶縁層７と、上部電極１０上の層間絶縁層１１にそ
れぞれコンタクトホール１２を穿設する。さらに蒸着な
どにより例えばＡｌ金属層を被着形成し、エッチングに
より必要な部分のみを残して配線１３を形成する。
【００２９】このようにして、図３に示した強誘電体メ
モリを形成することができる。
モリを形成することができる。
【００３０】また、図５に本発明の強誘電体材料の作製
に用いるスパッタ装置の一例の概略構成図（上面図）を
示す。図５のスパッタ装置は、真空ポンプＰが結合され
て高真空度に保持されるチェンバー２０内に、４つのイ
オン源２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、およびこれら
のイオン源に対応した、例えばＰｂ、Ｔｉ、Ｚｒおよび
ドープ材料の例えばＭｏからなる、金属ターゲット２２
ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを設け、これら金属ターゲ
ット上に、イオン源からなるＡｒイオンビームを照射
し、各金属を、ホルダー２４により固定されたシリコン
ウエーハ２３上に飛翔させて目的とする強誘電体膜を形
成する。
に用いるスパッタ装置の一例の概略構成図（上面図）を
示す。図５のスパッタ装置は、真空ポンプＰが結合され
て高真空度に保持されるチェンバー２０内に、４つのイ
オン源２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、およびこれら
のイオン源に対応した、例えばＰｂ、Ｔｉ、Ｚｒおよび
ドープ材料の例えばＭｏからなる、金属ターゲット２２
ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを設け、これら金属ターゲ
ット上に、イオン源からなるＡｒイオンビームを照射
し、各金属を、ホルダー２４により固定されたシリコン
ウエーハ２３上に飛翔させて目的とする強誘電体膜を形
成する。
【００３１】次に本発明による強誘電体材料の電子状態
について説明する。図６ＡにＰｂＴｉＯ3 のフェルミレ
ベルＥF 付近での状態密度を示し、図６ＢにＰｂＴｉＯ
3 のＴｉ4+サイトをＭｏ5+に置換したときのフェルミレ
ベルＥF 付近での状態密度を示す。
について説明する。図６ＡにＰｂＴｉＯ3 のフェルミレ
ベルＥF 付近での状態密度を示し、図６ＢにＰｂＴｉＯ
3 のＴｉ4+サイトをＭｏ5+に置換したときのフェルミレ
ベルＥF 付近での状態密度を示す。
【００３２】図６Ａの場合には、フェルミレベルＥF と
Ｔｉの３ｄとの間に３．５ｅＶ程度のエネルギーギャッ
プが存在しているが、図６Ｂの場合には、フェルミレベ
ルＥ F のすぐ上にＭｏの４ｄが存在している。
Ｔｉの３ｄとの間に３．５ｅＶ程度のエネルギーギャッ
プが存在しているが、図６Ｂの場合には、フェルミレベ
ルＥ F のすぐ上にＭｏの４ｄが存在している。
【００３３】ＰｂＴｉＯ3 のＴｉ4+サイトをＭｏ5+に置
換した場合、フェルミレベルＥF は、４ｄのすぐ下に存
在している。このため、酸素イオンが酸素原子として抜
けた場合でも、残った電子はチタンの３ｄバンドには存
在せず、Ｍｏの４ｄバンドに存在することになる。
換した場合、フェルミレベルＥF は、４ｄのすぐ下に存
在している。このため、酸素イオンが酸素原子として抜
けた場合でも、残った電子はチタンの３ｄバンドには存
在せず、Ｍｏの４ｄバンドに存在することになる。
【００３４】ＰＺＴの疲労の現象は、前述のように酸素
原子の抜けにより残った電子がチタンの３ｄバンドに入
るために起こることから、ニオブイオン（Ｎｂ5+）をド
ープした場合と同様に疲労を抑制することができるので
ある。
原子の抜けにより残った電子がチタンの３ｄバンドに入
るために起こることから、ニオブイオン（Ｎｂ5+）をド
ープした場合と同様に疲労を抑制することができるので
ある。
【００３５】本発明の強誘電体材料および強誘電体メモ
リは、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、その他様々な構成を取るこ
とができる。
リは、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、その他様々な構成を取るこ
とができる。
【００３６】上述の本発明による強誘電体材料および強
誘電体メモリによれば、ＰＺＴに、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、
およびＷのうち、一種類或いは複数種類の元素をドープ
することにより、酸素原子が抜ける際に残る電子がチタ
ンの３ｄバンドに入らずに、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、および
Ｗの４ｄ、もしくは５ｄバンドに入るため、ＰＺＴが疲
労する現象を抑制することができる。
誘電体メモリによれば、ＰＺＴに、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、
およびＷのうち、一種類或いは複数種類の元素をドープ
することにより、酸素原子が抜ける際に残る電子がチタ
ンの３ｄバンドに入らずに、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、および
Ｗの４ｄ、もしくは５ｄバンドに入るため、ＰＺＴが疲
労する現象を抑制することができる。
【００３７】
【発明の効果】本発明による強誘電体材料および強誘電
体メモリによれば、ＰＺＴに、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、およ
びＷのうち、一種類或いは複数種類の元素をドープする
ことにより、酸素原子が抜ける際に残る電子がチタンの
３ｄバンドに入らずに、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｗの４ｄも
しくは５ｄバンドに入るため、ＰＺＴが疲労する現象を
抑制することができた。
体メモリによれば、ＰＺＴに、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、およ
びＷのうち、一種類或いは複数種類の元素をドープする
ことにより、酸素原子が抜ける際に残る電子がチタンの
３ｄバンドに入らずに、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｗの４ｄも
しくは５ｄバンドに入るため、ＰＺＴが疲労する現象を
抑制することができた。
【００３８】このように、本発明においてはＰＺＴの繰
り返しメモリによる疲労を抑制することができることに
より、安定して長寿命の強誘電体材料を得ることができ
る。そして、更にこのような強誘電体材料の安定化によ
って、これをキャパシター部分の誘電体膜として構成す
ることにより、動作やデバイス特性の安定した強誘電体
メモリを得ることができた。
り返しメモリによる疲労を抑制することができることに
より、安定して長寿命の強誘電体材料を得ることができ
る。そして、更にこのような強誘電体材料の安定化によ
って、これをキャパシター部分の誘電体膜として構成す
ることにより、動作やデバイス特性の安定した強誘電体
メモリを得ることができた。
【００３９】また、このように、動作やデバイス特性の
安定した強誘電体メモリをコンピューターの記憶装置等
の用いることにより、電源を切った後に電源を供給しな
くても長時間の記憶が可能となるようになり、これを利
用して例えばコンピューター内蔵の携帯用電子機器を構
成することによりこの機器において記憶内容の安定した
保持が可能となった。
安定した強誘電体メモリをコンピューターの記憶装置等
の用いることにより、電源を切った後に電源を供給しな
くても長時間の記憶が可能となるようになり、これを利
用して例えばコンピューター内蔵の携帯用電子機器を構
成することによりこの機器において記憶内容の安定した
保持が可能となった。
【図１】Ａは、ＰＺＴ中に存在するＰｂＴｉＯ3 のフェ
ルミレベル付近でのエネルギーバンドの概念図を示す。
Ｂは、ＰｂＴｉＯ3 のＰｂ2+をＬａ3+に置換したものの
フェルミレベル付近でのエネルギーバンドの概念図を示
す。
ルミレベル付近でのエネルギーバンドの概念図を示す。
Ｂは、ＰｂＴｉＯ3 のＰｂ2+をＬａ3+に置換したものの
フェルミレベル付近でのエネルギーバンドの概念図を示
す。
【図２】ニオブ（Ｎｂ）をドープしたＰｂＴｉＯ3 のフ
ェルミレベル付近でのエネルギーバンドの概念図を示
す。
ェルミレベル付近でのエネルギーバンドの概念図を示
す。
【図３】スタック型構造の不揮発性メモリの断面図を示
す。
す。
【図４】Ａ〜Ｆは、図３に示したスタック型構造の不揮
発性メモリの製造工程図を示す。
発性メモリの製造工程図を示す。
【図５】本発明の強誘電体材料の作製に用いるスパッタ
装置の一例の概略断面図を示す。
装置の一例の概略断面図を示す。
【図６】Ａは、ＰｂＴｉＯ3 のフェルミレベルＥF 付近
での状態密度を示す。Ｂは、ＰｂＴｉＯ3 のＴｉ4+サイ
トをＭｏ5+に置換したときのフェルミレベルＥ F 付近で
の状態密度を示す。
での状態密度を示す。Ｂは、ＰｂＴｉＯ3 のＴｉ4+サイ
トをＭｏ5+に置換したときのフェルミレベルＥ F 付近で
の状態密度を示す。
１ 半導体基板、２ 素子分離絶縁層、３ ゲート絶縁
膜、４ ゲート電極、５ ソース領域、６ ドレイン領
域、７，１１ 層間絶縁層、８ 下部電極、９ 強誘電
体膜、１０ 上部電極、１２ コンタクトホール、１３
配線、２０チェンバー、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２
１ｄ イオン源、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 金
属ターゲット、２３ シリコンウェーハ、２４ ホルダ
ー
膜、４ ゲート電極、５ ソース領域、６ ドレイン領
域、７，１１ 層間絶縁層、８ 下部電極、９ 強誘電
体膜、１０ 上部電極、１２ コンタクトホール、１３
配線、２０チェンバー、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２
１ｄ イオン源、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 金
属ターゲット、２３ シリコンウェーハ、２４ ホルダ
ー
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 27/10 ６５１ 21/8242
Claims (2)
- 【請求項１】 鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物
に、 モリブデン、アンチモン、タンタル、およびタングステ
ンのうち、一種類或いは複数種類の元素がドープされて
成ることを特徴とする強誘電体材料。 - 【請求項２】 キャパシタ部分の誘電体膜が、 鉛、チタンおよびジルコニウムの酸化物に、モリブデ
ン、アンチモン、タンタル、およびタングステンのう
ち、一種類或いは複数の種類の元素がドープされて成る
強誘電体材料によって構成されたことを特徴とする強誘
電体メモリ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8176570A JPH1022465A (ja) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | 強誘電体材料およびこれを用いた強誘電体メモリ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8176570A JPH1022465A (ja) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | 強誘電体材料およびこれを用いた強誘電体メモリ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1022465A true JPH1022465A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=16015879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8176570A Pending JPH1022465A (ja) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | 強誘電体材料およびこれを用いた強誘電体メモリ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1022465A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005159308A (ja) * | 2003-11-05 | 2005-06-16 | Seiko Epson Corp | 強誘電体膜、強誘電体キャパシタ、および強誘電体メモリ |
-
1996
- 1996-07-05 JP JP8176570A patent/JPH1022465A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005159308A (ja) * | 2003-11-05 | 2005-06-16 | Seiko Epson Corp | 強誘電体膜、強誘電体キャパシタ、および強誘電体メモリ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040217 |