JPH11103024A - Ferroelectric capacitor and semiconductor device therewith - Google Patents

Ferroelectric capacitor and semiconductor device therewith

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JPH11103024A
JPH11103024A JP9263713A JP26371397A JPH11103024A JP H11103024 A JPH11103024 A JP H11103024A JP 9263713 A JP9263713 A JP 9263713A JP 26371397 A JP26371397 A JP 26371397A JP H11103024 A JPH11103024 A JP H11103024A
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ferroelectric
thin film
crystal
lower electrode
ferroelectric thin
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俊秀 生田目
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孝明 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitor utilizing a highly-oriented ferroelectric crystalline thin film that is grown reproducibly, and a semiconductor device therewith. SOLUTION: A capacitor consists of a lower electrode 13 having a (111) oriented crystalline structure, a ferroelectric material thin film 12 consisting of crystalline grains aligned to form a stacking layered structure, and an upper electrode 11, wherein more than 80% of the stacking orientation (c axis) of the single-crystalline cells of the crystalline grains lie in the direction 54.7 deg. (or 35.3 deg.) from the interface with the lower electrode 13. Such a ferroelectric material thin film 12 can be grown reproducibly with an epitaxial growth method. A semiconductor device, such as an FeRAM(ferroelectric random access memory), is obtained using the capacitor stated above.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体の不揮発
性を利用したFeRAM(Ferroelectonic Random Acce
ss Memory)等の強誘電体素子と、それを用いた半導体
装置とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an FeRAM (Ferroelectonic Random Acce
The present invention relates to a ferroelectric element such as an ss memory and a semiconductor device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、キャパシタ材料に強誘電体を用い
た不揮発性半導体メモリFeRAMが注目されている。
FeRAMは、極性の異なる二つの残留分極を利用して
いるため、電源オフでも記憶を保持できるという特性を
有している。さらに、書き換えのスピードもμ秒以下と
非常に高速であり、次世代の理想的メモリとして研究が
進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, a non-volatile semiconductor memory FeRAM using a ferroelectric material as a capacitor material has attracted attention.
Since FeRAM uses two remanent polarizations having different polarities, it has a characteristic that the memory can be retained even when the power is turned off. Furthermore, the rewriting speed is very high, less than μ seconds, and research is proceeding as an ideal next-generation memory.

【0003】このような不揮発性メモリでは、書き込み
による特性劣化が小さい強誘電体が要求される。この要
求を満たす強誘電体材料としては、SrBi2Ta29
(SBTと略す)を含むBi層状強誘電体材料が挙げら
れる。この強誘電体材料は、層状構造、すなわち、強誘
電体材料からなる複数の単位結晶胞が積層して一つの結
晶相を形成した構造を有している。一般に、強誘電体材
料の3つの結晶軸のうち、この層状構造における単位結
晶胞の積層方向に沿った結晶軸をc軸と呼び、このc軸
に直交する2つの結晶軸のうちの一方をa軸、他方をb
軸と呼ぶ。
[0003] In such a nonvolatile memory, a ferroelectric material which causes little deterioration in characteristics due to writing is required. SrBi 2 Ta 2 O 9 is a ferroelectric material satisfying this requirement.
(Abbreviated as SBT). This ferroelectric material has a layered structure, that is, a structure in which a plurality of unit crystal vesicles made of a ferroelectric material are stacked to form one crystal phase. Generally, of the three crystal axes of the ferroelectric material, the crystal axis along the stacking direction of the unit crystal vesicles in this layered structure is called a c-axis, and one of the two crystal axes orthogonal to the c-axis is defined as one. a axis, the other b
Called the axis.

【0004】このBi層状強誘電体材料は結晶の異方性
が大きく、c軸と並行方向には分極を有しないことが知
られている。この材料からなる強誘電体薄膜を用いたメ
モリでは、強誘電体薄膜が無配向またはc軸配向(すな
わち、c軸が基板面に対して垂直方向に向いた配向)に
なるため、高い分極量を得ることができない。
It is known that this Bi layered ferroelectric material has a large crystal anisotropy and does not have polarization in a direction parallel to the c-axis. In a memory using a ferroelectric thin film made of this material, the ferroelectric thin film is non-oriented or c-axis oriented (that is, the c-axis is oriented perpendicular to the substrate surface), so that a high polarization amount is obtained. Can not get.

【0005】そこで、キャパシタの大容量化のため、強
誘電体材料の結晶を一方向に並べる配向化が試みられて
いる。例えば、強誘電体薄膜のc軸が1対の電極に印加
される電場に垂直な方向に対して±30度以内に配向し
ている強誘電体素子が、特開平7−54007号公報で
開示されている。
In order to increase the capacity of the capacitor, attempts have been made to orient the crystals of the ferroelectric material in one direction. For example, JP-A-7-54007 discloses a ferroelectric element in which the c-axis of a ferroelectric thin film is oriented within ± 30 degrees with respect to a direction perpendicular to an electric field applied to a pair of electrodes. Have been.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのBi
層状構造の強誘電体薄膜は、実際にはc軸が電極に対し
て並行に成長しづらく、結晶の安定した成長が得られな
いという問題があった。そこで、本発明は、安定な結晶
成長により高配向の強誘電体薄膜を形成することのでき
る強誘電体素子と、それを用いた半導体装置とを提供す
ることを目的とする。
However, these Bis
The ferroelectric thin film having a layered structure has a problem in that the c-axis is difficult to grow in parallel with the electrode, and stable growth of crystals cannot be obtained. Therefore, an object of the present invention is to provide a ferroelectric element capable of forming a highly oriented ferroelectric thin film by stable crystal growth, and a semiconductor device using the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記従来技術の問題点
は、電極と強誘電体材料との格子定数の不一致によるも
のである。上述のBi層状構造の強誘電体薄膜は、半周
期ずれた二層のBi−O層を有する結晶構造であるた
め、二層のBi−O層の層間距離と、Bi−O層および
Sr−O層の間の距離とが異なっている。このため、有
効な配向制御を行うことが非常に困難であった。
The problem of the prior art described above is due to the mismatch of the lattice constant between the electrode and the ferroelectric material. Since the above-mentioned ferroelectric thin film having the Bi layer structure has a crystal structure having two Bi-O layers shifted by a half cycle, the interlayer distance between the two Bi-O layers, the Bi-O layer and the Sr- The distance between the O layers is different. For this reason, it was very difficult to perform effective alignment control.

【0008】本発明者らは、電極と強誘電体材料との格
子定数に着目して鋭意検討した結果、下部電極の少なく
とも強誘電体薄膜に接する面を構成する結晶が(11
1)面配向の場合、強誘電体薄膜をエピタキシャル成長
させることで、c軸の角度が、下部電極と強誘電体薄膜
との界面に対して、50.7°以上58.7°以下(好
ましくは54.7°)、または、31.3°以上39.
3°以下(好ましくは35.3°)の強誘電体薄膜の結
晶を安定して成長させることができ、得られた強誘電体
素子において高い分極量を実現できることを見出した。
The inventors of the present invention have conducted intensive studies focusing on the lattice constant between the electrode and the ferroelectric material. As a result, the crystal constituting at least the surface of the lower electrode which is in contact with the ferroelectric thin film is (11).
1) In the case of plane orientation, the ferroelectric thin film is epitaxially grown so that the angle of the c-axis is 50.7 ° or more and 58.7 ° or less (preferably, with respect to the interface between the lower electrode and the ferroelectric thin film). 54.7 °), or 31.3 ° or more.
It has been found that crystals of a ferroelectric thin film of 3 ° or less (preferably 35.3 °) can be grown stably, and a high polarization amount can be realized in the obtained ferroelectric element.

【0009】ここで、この原理について上述のSBTの
場合を例にとって、説明する。この化合物は、Aサイト
をBi元素、BサイトをSr元素、CサイトをTa元素
とし、yを2とするとき、下記一般式(化1)により表
される(Bi222+(Sr1Ta272-である。こ
のSBTの結晶構造は二層のBi−O層を有したBi層
状構造であり、a軸=b軸=3.89オングストロー
ム、c軸=25.10オングストロームである。
Here, this principle will be described taking the case of the above-mentioned SBT as an example. This compound is represented by the following general formula (Bi 2 O 2 ) 2+ (where A is Bi element, B site is Sr element, C site is Ta element and y is 2 ). Sr 1 Ta 2 O 7 ) 2- . The crystal structure of this SBT is a Bi layered structure having two Bi-O layers, where a-axis = b-axis = 3.89 angstroms and c-axis = 25.10 angstroms.

【0010】 (AO)2+(By-1y3y+12- …(化1) 下部電極にPt金属を用いた場合、Pt金属は立方晶
(Cubic)構造であるため、優先成長より下部電極13
は(111)面配向となる。このPt金属の格子定数は
結晶解析よりa軸=b軸=c軸=3.9231オングス
トロームであった。
(AO) 2+ (B y-1 C y O 3y + 1 ) 2- ( Formula 1 ) When Pt metal is used for the lower electrode, the Pt metal has a cubic (Cubic) structure. Lower electrode 13 from preferential growth
Becomes (111) plane orientation. The lattice constant of this Pt metal was a axis = b axis = c axis = 3.9231 Å from crystal analysis.

【0011】SBTの格子定数(a軸=b軸=3.89
オングストローム)と、Ptの格子定数(a軸=b軸=
c軸=3.9231オングストローム)とのミスマッチ
は、0.85%と非常に小さい。このため、Pt金属上
でのSBT薄膜のエピタキシャル成長は非常に安定であ
ると考えられる。Pt(111)面上での、結晶軸の三
辺を共有したSBTのエピタキシャル成長によれば、図
1に示すように、SBT薄膜12の結晶構造のc軸が下
部電極13との界面に対して54.7°傾いた配向を安
定して形成することができる。また、Pt(111)面
上での、結晶軸の一辺のみを共有したSBTのエピタキ
シャル成長によれば、図3に示すように、SBT薄膜1
2の結晶構造のc軸が下部電極13との界面に対して3
5.3°傾くように配向した強誘電体薄膜12を安定し
て形成することができる。なお、図を見やすくするた
め、強誘電体薄膜12のハッチングは省略した。
The lattice constant of the SBT (a axis = b axis = 3.89)
Angstrom) and the lattice constant of Pt (a-axis = b-axis =
The mismatch with c-axis = 3.9231 angstroms) is as small as 0.85%. For this reason, it is considered that the epitaxial growth of the SBT thin film on the Pt metal is very stable. According to the epitaxial growth of SBT on the Pt (111) plane sharing three sides of the crystal axis, as shown in FIG. An orientation inclined at 54.7 ° can be formed stably. Further, according to the epitaxial growth of SBT on Pt (111) plane sharing only one side of the crystal axis, as shown in FIG.
The c-axis of the crystal structure 2 is 3 with respect to the interface with the lower electrode 13.
The ferroelectric thin film 12 oriented at an inclination of 5.3 ° can be formed stably. Note that hatching of the ferroelectric thin film 12 is omitted for easy viewing of the drawing.

【0012】これらのエピタキシャル成長を用いた強誘
電体薄膜12の形成により、従来の無配向なSBT薄膜
で認められたリーク電流による耐圧特性の低下、ランダ
ムな分極方向による分極値の低下を抑制でき、メモリ動
作で不可欠な動作電圧、キャパシタ容量を得ることが可
能となる。また、分極軸の揃った分極量の大きい残留分
極が得られ、高耐圧特性を有する強誘電体素子を安定的
に作製することができる。
By forming the ferroelectric thin film 12 using these epitaxial growths, it is possible to suppress a decrease in breakdown voltage characteristic due to a leak current and a decrease in polarization value due to a random polarization direction, which are observed in a conventional non-oriented SBT thin film. It becomes possible to obtain an operating voltage and a capacitor capacity which are indispensable for the memory operation. Further, remanent polarization having a large polarization amount with a uniform polarization axis can be obtained, and a ferroelectric element having high withstand voltage characteristics can be stably manufactured.

【0013】なお、強誘電体薄膜のすべての結晶粒のc
軸が54.7°または35.3°になっていなくてもよ
い。強誘電体薄膜中の各結晶粒のc軸は、図4(a)お
よび(b)にその分布を示すように、ある程度のばらつ
きがあるのが普通である。しかし、80%(体積/体
積)以上の結晶粒のc軸が54.7°±4°または3
5.3°±4°にあれば、良好なメモリ動作が得られ
る。
The c of all the crystal grains of the ferroelectric thin film
The axis need not be at 54.7 ° or 35.3 °. The c-axis of each crystal grain in the ferroelectric thin film usually has some variation as shown in FIGS. 4A and 4B. However, the c-axis of crystal grains of 80% or more (vol / vol) is 54.7 ° ± 4 ° or 3
At 5.3 ° ± 4 °, a good memory operation can be obtained.

【0014】以上の新たな知見を基に、本発明では、こ
の順で積層された下部電極と強誘電体薄膜と上部電極と
を備え、下部電極の少なくとも強誘電体薄膜に接する面
を構成する結晶が(111)面配向である強誘電体素子
であって、強誘電体薄膜が、強誘電体材料からなる複数
の単位結晶胞が積層して一つの結晶相を形成した層状構
造を有する結晶粒を含み、その結晶粒のうち80%(体
積/体積)以上100%(体積/体積)以下の結晶粒の
c軸(すなわち単位結晶胞の積層方向)が、下部電極と
強誘電体薄膜との界面に対して、(1)50.7°以上
58.7°以下(好ましくは54.7°)の角度で配向
している強誘電体素子、および、(2)31.3°以上
39.3°以下(好ましくは35.3°)の角度で配向
している強誘電体素子、の2種類の素子が提供される。
なお、強誘電体薄膜は層状ペロブスカイト構造であるこ
とが望ましい。
Based on the above new findings, the present invention comprises a lower electrode, a ferroelectric thin film and an upper electrode which are stacked in this order, and forms at least a surface of the lower electrode which is in contact with the ferroelectric thin film. A ferroelectric device in which a crystal has a (111) plane orientation, wherein a ferroelectric thin film has a layered structure in which a plurality of unit crystal vesicles made of a ferroelectric material are stacked to form one crystal phase. The c-axis (that is, the stacking direction of the unit crystal vesicles) of the crystal grains containing 80% to 100% (vol / vol) of the crystal grains includes the lower electrode and the ferroelectric thin film. (1) a ferroelectric element oriented at an angle of not less than 50.7 ° and not more than 58.7 ° (preferably 54.7 °), and (2) not less than 31.3 ° and not more than 39. Ferroelectric element oriented at an angle of 0.3 ° or less (preferably 35.3 °) Two elements are provided.
Note that the ferroelectric thin film preferably has a layered perovskite structure.

【0015】さらに、本発明では、本発明の強誘電体素
子を備える半導体装置が提供される。本発明の強誘電体
素子は、半導体装置における電界効果型トランジスタ構
造のキャパシタとして、特に適している。
Further, the present invention provides a semiconductor device having the ferroelectric element of the present invention. The ferroelectric element of the present invention is particularly suitable as a capacitor having a field-effect transistor structure in a semiconductor device.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の素子に用いられる強誘電
体材料としては、下記一般式(化1)により表される化
合物が適している。これらの化合物は、いずれも、格子
定数がa軸=b軸=3.9オングストローム前後の層状
ペロブスカイト構造であるため、上述のSBTの場合と
同様、エピタキシャル成長により、高い分極量が得られ
る配向を有する結晶を安定して成長させることができ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As a ferroelectric material used in the device of the present invention, a compound represented by the following general formula (Formula 1) is suitable. Each of these compounds has a layered perovskite structure having a lattice constant of about a axis = b axis = about 3.9 angstroms, and therefore has an orientation that enables a high polarization amount to be obtained by epitaxial growth, as in the case of the SBT described above. Crystals can be grown stably.

【0017】 (AO)2+(By-1y3y+12- …(化1) ただし、上記式(化1)において、AサイトはTl、H
g、Pb、Biおよび希土類元素(Y、Ce、Pr、N
d、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、T
m、Yb、Lu)のいずれかである。また、Bサイトは
Bi、Pb、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なく
とも1種であり、Bサイトを複数の元素とする場合、そ
の比率は任意に選択できる。CサイトはTi、Nb、T
a、W、Mo、Fe、Co、CrおよびZrからなる少
なくとも1種であり、Cサイトを複数の元素とする場合
も、その比率は任意に選択できる。yは2〜5の整数で
ある。
(AO) 2+ (B y-1 C y O 3y + 1 ) 2- (Chemical Formula 1) In the above formula (Chemical Formula 1), the A site is Tl, H
g, Pb, Bi and rare earth elements (Y, Ce, Pr, N
d, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, T
m, Yb, Lu). The B site is at least one selected from Bi, Pb, Ca, Sr and Ba. When the B site is composed of a plurality of elements, the ratio can be arbitrarily selected. C site is Ti, Nb, T
When at least one of a, W, Mo, Fe, Co, Cr and Zr is used and the C site is made of a plurality of elements, the ratio can be arbitrarily selected. y is an integer of 2 to 5.

【0018】なお、強誘電体薄膜を形成する際の安定性
が高いため、AはPbまたはBi、BはBi、Pbおよ
び/またはSr、CはNbおよび/またはTaとするこ
とが好ましい。
It is preferable that A is Pb or Bi, B is Bi, Pb and / or Sr, and C is Nb and / or Ta because of high stability in forming a ferroelectric thin film.

【0019】本発明の強誘電体素子の下部電極の材料と
しては、耐酸化性に優れた材料であれば、どのような電
極材料でもよいが、白金族元素またはその合金もしくは
酸化物などを用いることができる。特に白金は、これを
用いることで強誘電体素子を量産性よく生産できるた
め、本発明の素子に適している。
As the material for the lower electrode of the ferroelectric device of the present invention, any electrode material may be used as long as it is a material having excellent oxidation resistance, but a platinum group element or its alloy or oxide is used. be able to. In particular, platinum is suitable for the element of the present invention because ferroelectric elements can be produced with good mass productivity by using platinum.

【0020】また、本発明の強誘電体素子の下部電極の
材料として、ペロブスカイト構造の第1の導電性酸化物
を用いてもよい。下部電極の、少なくとも強誘電体薄膜
と接触する部分に導電性酸化物を用いると、強誘電体薄
膜と電極との界面を2つの酸化物層が形成することにな
るため、遷移層(酸素欠損層)の形成を抑制することが
できる。
Further, a first conductive oxide having a perovskite structure may be used as a material of the lower electrode of the ferroelectric element of the present invention. If a conductive oxide is used at least in a portion of the lower electrode that is in contact with the ferroelectric thin film, two oxide layers are formed at the interface between the ferroelectric thin film and the electrode. Layer) can be suppressed.

【0021】この第1の導電性酸化物には、ReO3
SrReO3、BaReO3、LaTiO3、SrVO3
CaCrO3、SrCrO3、SrFeO3、La1-xSr
xCoO3(0<x<0.5)、LaNiO3、CaRu
3、SrRuO3、SrTiO3、または、BaPbO3
のうちのいずれかのペロブスカイトが挙げられる。第1
の導電性酸化物の抵抗率は1mΩ・cm以下であること
が望ましい。これらのうち、SrRuO3は、安定して
合成することができるため特に好ましい。
The first conductive oxide includes ReO 3 ,
SrReO 3 , BaReO 3 , LaTiO 3 , SrVO 3 ,
CaCrO 3 , SrCrO 3 , SrFeO 3 , La 1-x Sr
x CoO 3 (0 <x <0.5), LaNiO 3 , CaRu
O 3 , SrRuO 3 , SrTiO 3 , or BaPbO 3
And any of the perovskites. First
It is desirable that the resistivity of the conductive oxide is 1 mΩ · cm or less. Among them, SrRuO 3 is particularly preferable because it can be synthesized stably.

【0022】また、本発明の強誘電体素子の下部電極と
して、複数種の材料からなる積層膜を用いてもよい。特
に、この順で積層された、金属からなる第1層、単一元
素の酸化物である第2の導電性酸化物からなる第2層、
および、上述の第1の導電性酸化物からなる第3層を備
える積層膜を下部電極として用いると、各層間の密着性
が良好になるため、好ましい。このようにする場合、第
3層すなわち第1の導電性酸化物が、強誘電体薄膜との
界面を形成するようにする。
Further, as the lower electrode of the ferroelectric element of the present invention, a laminated film made of a plurality of kinds of materials may be used. In particular, a first layer made of a metal, a second layer made of a second conductive oxide that is an oxide of a single element, stacked in this order,
In addition, it is preferable to use a stacked film including the third layer made of the above-described first conductive oxide as the lower electrode, because the adhesion between the layers is improved. In such a case, the third layer, that is, the first conductive oxide forms an interface with the ferroelectric thin film.

【0023】なお、第1層の材料としては、Pt、A
u、Al、Ni、Cr、Ti、Mo、Wなどの金属を用い
ることができる。
The material of the first layer is Pt, A
Metals such as u, Al, Ni, Cr, Ti, Mo, and W can be used.

【0024】また、第2の導電性酸化物としては、Ti
x、VOx、EuO、CrO2、MoO2、WO2、Ph
O、OsO、IrO、PtO、ReO2、RuO2、Sn
2などを用いることができる。これらの酸化物のう
ち、酸化チタン、酸化イリジウム、酸化ルテニウムは、
安定して合成することができるため、特に好ましい。こ
の第2の導電性酸化物の抵抗率も、1mΩ・cm以下で
あることが望ましい。
The second conductive oxide may be Ti
O x, VO x, EuO, CrO 2, MoO 2, WO 2, Ph
O, OsO, IrO, PtO, ReO 2 , RuO 2 , Sn
O 2 or the like can be used. Of these oxides, titanium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide
It is particularly preferable because it can be synthesized stably. Desirably, the resistivity of the second conductive oxide is also 1 mΩ · cm or less.

【0025】下部電極または上部電極の成膜方法として
は、スピンコート法、有機金属または酢酸塩などを用い
る塗布法、スプレー法もしくはミスト法、MOCVD
(metal-organic chemical vapor diposition)法、ス
パッタ法、MBE(molecular beam epitaxy)法、また
は、レーザ蒸着法など、適宜用いることができる。ま
た、下地基板と下部電極との間には、バリア層などを適
宜設けてもよい。
As a method for forming the lower electrode or the upper electrode, a spin coating method, a coating method using an organic metal or an acetate, a spray method or a mist method, an MOCVD method, or the like.
(Metal-organic chemical vapor deposition) method, sputtering method, MBE (molecular beam epitaxy) method, laser evaporation method, or the like can be used as appropriate. Further, a barrier layer or the like may be appropriately provided between the base substrate and the lower electrode.

【0026】強誘電体薄膜の成膜方法としても、電極の
場合と同様、スピンコート法、有機金属または酢酸塩な
どを用いる塗布法、スプレー法もしくはミスト法、MO
CVD法、スパッタ法、MBE法、または、レーザ蒸着
法など、適宜用いることができるが、その成膜条件は、
結晶をエピタキシャル成長させる緩和な条件にする。ま
た、強誘電体原料組成物を上述のような方法により成膜
した後、結晶をエピタキシャル成長させるための低温加
熱処理を行うなどにより強誘電体薄膜を形成してもよ
い。
The ferroelectric thin film may be formed by a spin coating method, a coating method using an organic metal or an acetate, a spray method or a mist method, an MO method, or the like.
A CVD method, a sputtering method, an MBE method, a laser evaporation method, or the like can be used as appropriate.
Relaxing conditions for epitaxial growth of the crystal. After the ferroelectric raw material composition is formed into a film by the above-described method, a ferroelectric thin film may be formed by performing a low-temperature heat treatment for epitaxially growing a crystal.

【0027】結晶をエピタキシャル成長させるための条
件は、成膜する強誘電体材料や下地電極の種類などに応
じて決定されるが、例えば、前駆体膜を上述のように通
常の成膜方法により形成したのち、結晶化温度(上述の
SBTの場合、580℃)近傍の温度で加熱してアニー
リングすることにより、結晶をエピタキシャル成長させ
ることができる。
The conditions for epitaxially growing the crystal are determined according to the type of the ferroelectric material to be formed, the type of the underlying electrode, and the like. For example, the precursor film is formed by the ordinary film forming method as described above. After that, the crystal can be epitaxially grown by heating and annealing at a temperature near the crystallization temperature (580 ° C. in the case of the above-mentioned SBT).

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
るが、本発明は何らこれに限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.

【0029】<実施例1>本実施例では、強誘電体材料
としてSBTを用い、図2に示すように、下地基板24
上に下部電極13と、強誘電体層12と、上部電極11
とが積層された構造の強誘電体素子14を、つぎのよう
にして作製した。
<Embodiment 1> In this embodiment, SBT is used as a ferroelectric material, and as shown in FIG.
A lower electrode 13, a ferroelectric layer 12, and an upper electrode 11
Was fabricated as follows.

【0030】まず、下地基板24として、表面に、30
0℃に加熱しながらのスパッタリングにより厚み200
オングストロームのTiからなる所定のパターンのバリ
ア層(図示せず)を形成し、さらに、熱酸化により所定
のパターンのSiO2層(図示せず)を形成したSiウ
エハを用意した。この下地基板24のバリア層表面に、
下部電極13として、350℃に加熱しながらスパッタ
リング法により厚さ1000オングストロームのPt薄
膜を形成した。このPt薄膜はX線回折解析により(1
11)面の高配向膜であった。
First, as the base substrate 24, 30
Thickness 200 by sputtering while heating to 0 ° C
A Si wafer was prepared in which a predetermined pattern of a barrier layer (not shown) made of Angstrom Ti was formed, and a predetermined pattern of an SiO 2 layer (not shown) was formed by thermal oxidation. On the surface of the barrier layer of the base substrate 24,
As the lower electrode 13, a Pt thin film having a thickness of 1000 Å was formed by a sputtering method while heating to 350 ° C. This Pt thin film was analyzed by X-ray diffraction analysis (1
11) The surface was a highly oriented film.

【0031】得られた下部電極13表面に、強誘電体薄
膜12を形成した。強誘電体薄膜12は、Bi、Sr、
Ta元素を含む酸化物ターゲットを用いてスパッタ法
(O2/Ar+O2:5〜50%、RFパワー:1.0〜
1.6kW、基板温度350℃〜490℃)により、厚
さ1000オングストロームの前駆体薄膜を形成した
後、580℃〜650℃で10〜60分間熱処理をする
ことにより形成した。
The ferroelectric thin film 12 was formed on the surface of the obtained lower electrode 13. The ferroelectric thin film 12 is made of Bi, Sr,
Sputtering method using an oxide target containing a Ta element (O 2 / Ar + O 2 : 5 to 50%, RF power: 1.0 to
A precursor thin film having a thickness of 1000 Å was formed at 1.6 kW at a substrate temperature of 350 ° C. to 490 ° C., and then heat-treated at 580 ° C. to 650 ° C. for 10 to 60 minutes.

【0032】得られた強誘電体層の組成比をICP(in
ductively coupled plasma)発光分光分析した結果を、
表1に示す。この分析結果から、熱処理温度が580℃
〜650℃の範囲内であれば、化学量論組成(Sr:B
i:Ta=1:2:2)とほぼ一致する組成比が得られ
ることがわかった。
The composition ratio of the obtained ferroelectric layer was determined by ICP (in
Inductively coupled plasma)
It is shown in Table 1. From this analysis result, the heat treatment temperature was 580 ° C.
650 ° C., the stoichiometric composition (Sr: B
i: Ta = 1: 2: 2) was obtained.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】また、得られた強誘電体層12に対してθ
−2θのX線回折測定を行ったところ、図7に示すよう
に、α角を0°とする通常の測定では40°のPt(1
11)面のピーク以外検出できなかったが、α角を5
4.7°にした測定では、SBT薄膜の(00n)面に
起因するピークが検出された。これにより、得られた強
誘電体層12は、そのc軸が54.7°傾いた配向膜で
あることが確認された。また、ポールフィギュア測定よ
り、強誘電体全体のほぼ100%(体積/体積)の結晶
粒のc軸が、50.7°以上58.7°以下であること
が分かった。
The obtained ferroelectric layer 12 has θ
When X-ray diffraction measurement of -2θ was performed, as shown in FIG. 7, Pt (1
11) No detection was possible except for the peak of the plane.
In the measurement at 4.7 °, a peak due to the (00n) plane of the SBT thin film was detected. As a result, it was confirmed that the obtained ferroelectric layer 12 was an alignment film whose c-axis was inclined by 54.7 °. Further, from the pole figure measurement, it was found that the c-axis of the crystal grains of almost 100% (volume / volume) of the whole ferroelectric was 50.7 ° or more and 58.7 ° or less.

【0035】最後に、強誘電体層12表面にスパッタリ
ングによりPtからなる上部電極11を形成し、目的と
する強誘電体素子14を得た。本実施例により作製され
た強誘電体素子14は、印加電場に対して一定の方向に
向くように配向制御されている。従って、抗電界(E
c)が低減し、かつ大きな残留分極(Pr)が得られ
た。本実施例の素子14の特性を測定したところ、3V
における2Prは16μC/cm2、Ecは40kV/
cmであり、また、電圧3Vの±反転による書き込みを
1015回繰り返した場合の特性劣化は約3%と、優れた
強誘電体特性を示した。また、強誘電体薄膜12が同一
方向に配向した結晶粒の集合体により構成されているた
め、粒界を介して流れるリーク電流も5Vで1×10-7
A/cm2以下と小さくなり、非常に優れた耐圧特性が
得られた。
Finally, the upper electrode 11 made of Pt was formed on the surface of the ferroelectric layer 12 by sputtering, and the intended ferroelectric element 14 was obtained. The orientation of the ferroelectric element 14 manufactured according to the present embodiment is controlled so as to face a fixed direction with respect to an applied electric field. Therefore, the coercive electric field (E
c) was reduced and a large remanent polarization (Pr) was obtained. When the characteristics of the element 14 of this example were measured,
Is 16 μC / cm 2 and Ec is 40 kV /
cm, and when the writing by ± inversion of the voltage of 3 V was repeated 10 15 times, the characteristic deterioration was about 3%, indicating excellent ferroelectric characteristics. Further, since the ferroelectric thin film 12 is composed of an aggregate of crystal grains oriented in the same direction, the leak current flowing through the grain boundary is 1 × 10 −7 at 5 V.
A / cm 2 or less, and very excellent withstand voltage characteristics were obtained.

【0036】<実施例2>実施例1と同様にして下地基
板24表面に下部電極13を形成し、さらにその表面
に、Bi、Sr、Ta元素を含む酸化物ターゲットを用
いてスパッタ法(O2/Ar+O2:5〜20%、RFパ
ワー:1.0〜1.3kW、基板温度460℃〜490
℃)により、厚さ1000オングストロームの前駆体薄
膜を形成した後、660℃〜800℃で10〜60分間
熱処理をすることにより、強誘電体薄膜12を形成し
た。
<Embodiment 2> A lower electrode 13 is formed on the surface of a base substrate 24 in the same manner as in Embodiment 1, and a sputtering method (O) is performed on the surface using an oxide target containing Bi, Sr, and Ta elements. 2 / Ar + O 2 : 5 to 20%, RF power: 1.0 to 1.3 kW, substrate temperature 460 ° C. to 490
C.) to form a precursor thin film having a thickness of 1000 Å, and then heat-treated at 660 ° C. to 800 ° C. for 10 to 60 minutes to form a ferroelectric thin film 12.

【0037】得られた強誘電体層12に対してθ−2θ
のX線回折測定を行ったところ、α角を35.3°にし
た測定で、SBT薄膜の(00n)面に起因するピーク
が検出された。これにより、得られた強誘電体層12
は、そのc軸が35.3°傾いた配向膜であることが確
認された。また、ポールフィギュア測定より、強誘電体
全体のほぼ100%(体積/体積)の結晶粒のc軸が、
31.3°以上39.3°以下であることが分かった。
With respect to the obtained ferroelectric layer 12, θ-2θ
The X-ray diffraction measurement showed that a peak attributable to the (00n) plane of the SBT thin film was detected in the measurement at an α angle of 35.3 °. Thereby, the obtained ferroelectric layer 12
Was confirmed to be an alignment film whose c-axis is inclined by 35.3 °. Also, from the pole figure measurement, the c-axis of almost 100% (volume / volume) crystal grains of the entire ferroelectric was
It turned out that it is 31.3 degrees or more and 39.3 degrees or less.

【0038】最後に実施例1と同様にして上部電極11
を形成して強誘電体素子14を作製した。得られた強誘
電体素子14は、印加電場に対して一定の方向に向くよ
うに配向制御されている。従って、3Vにおける2Pr
は16μC/cm2、Ecは35kV/cmであり、ま
た、電圧3Vの±反転による書き込みを1015回繰り返
した場合の特性劣化は約3%と、優れた強誘電体特性を
示した。
Finally, the upper electrode 11 is formed in the same manner as in the first embodiment.
Was formed to produce the ferroelectric element 14. The orientation of the obtained ferroelectric element 14 is controlled so as to face a fixed direction with respect to an applied electric field. Therefore, 2Pr at 3V
Was 16 μC / cm 2 , Ec was 35 kV / cm, and the characteristics were degraded by about 3% when writing was repeated 10 15 times by ± inversion of a voltage of 3 V, showing excellent ferroelectric characteristics.

【0039】<実施例3>実施例1では、下地電極13
としてPtからなる単層の膜を形成したが、本実施例で
は、図5に示すように、金属層54、第2の導電性酸化
物層53および第1の導電性酸化物層52からなる積層
膜を下地電極13として形成した。以下に、その製造工
程を説明する。
<Embodiment 3> In Embodiment 1, the base electrode 13
Although a single-layer film made of Pt was formed as shown in FIG. 5, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the film is composed of a metal layer 54, a second conductive oxide layer 53, and a first conductive oxide layer 52. The laminated film was formed as the base electrode 13. Hereinafter, the manufacturing process will be described.

【0040】まず、実施例1と同様の下地基板24表面
に、600℃に加熱しながらスパッタリング法により厚
み1000オングストロームのRuからなる金属層52
を形成し、その表面に、酸素ガス雰囲気中で450℃に
加熱しながらスパッタリング法により厚み1000オン
グストロームの第2の導電性酸化物(RuO)層53を
形成した後、650℃でスパッタリング法により厚み1
000オングストロームの第1の導電性酸化物(SrR
uO3)層52を形成した。以上により、3層構造の積
層膜からなる下部電極23が形成された。
First, a 1000 .ANG.-thick Ru metal layer 52 was formed on the surface of the undersubstrate 24 in the same manner as in Example 1 by sputtering while heating at 600.degree.
A second conductive oxide (RuO) layer 53 having a thickness of 1000 Å is formed on the surface thereof by sputtering while heating to 450 ° C. in an oxygen gas atmosphere. 1
000 angstroms of the first conductive oxide (SrR
The uO 3 ) layer 52 was formed. As described above, the lower electrode 23 made of a three-layer laminated film was formed.

【0041】この下部電極23表面に、実施例1と同様
にしてSBTからなる強誘電体層12を形成した。得ら
れた強誘電体薄膜12は、実施例1と同様のX線回折の
結果、c軸が54.7°傾いた配向であることが分かっ
た。また、ポールフィギュア測定より50.7°以上5
8.7°以下の角度で配向している結晶粒の割合は、強
誘電体全体の90%(体積/体積)であることが分かっ
た。
The ferroelectric layer 12 made of SBT was formed on the surface of the lower electrode 23 in the same manner as in the first embodiment. As a result of the same X-ray diffraction as in Example 1, the obtained ferroelectric thin film 12 was found to have an orientation in which the c-axis was inclined at 54.7 °. 50.7 ° or more from the pole figure measurement
It was found that the ratio of crystal grains oriented at an angle of 8.7 ° or less was 90% (volume / volume) of the entire ferroelectric.

【0042】最後に、実施例1と同様にして強誘電体薄
膜12表面に上部電極11を形成し、図5に示す強誘電
体素子50を得た。
Finally, the upper electrode 11 was formed on the surface of the ferroelectric thin film 12 in the same manner as in Example 1, and the ferroelectric element 50 shown in FIG. 5 was obtained.

【0043】本実施例では、下部電極23の強誘電体1
2と接する箇所にペロブスカイト構造の第1の導電性酸
化物を用いたが、Ptを用いた実施例1の場合と同様、
強誘電体12とその下地(本実施例では第1の導電性酸
化物)との格子定数の整合性が良いため、エピタキシャ
ル成長により、高配向した強誘電体薄膜12を作成でき
た。
In this embodiment, the ferroelectric material 1 of the lower electrode 23
Although the first conductive oxide having a perovskite structure was used at a position in contact with No. 2, as in the case of Example 1 using Pt,
Since the lattice constant between the ferroelectric substance 12 and its base (the first conductive oxide in this example) is good, a highly oriented ferroelectric thin film 12 could be formed by epitaxial growth.

【0044】また、強誘電体12と下部電極13とが共
に酸化物であるため、強誘電体と金属電極との界面で一
般に認められる酸素欠損層の形成が、本実施例では抑制
された。これにより、本実施例では、低Ec、高Prと
いう優れた特性が得られ、電圧反転によるPrの低下も
抑制できた。
Further, since both the ferroelectric 12 and the lower electrode 13 are oxides, the formation of an oxygen-deficient layer generally observed at the interface between the ferroelectric and the metal electrode was suppressed in this embodiment. As a result, in this example, excellent characteristics of low Ec and high Pr were obtained, and a decrease in Pr due to voltage inversion could be suppressed.

【0045】さらに、本実施例では、下地基板24表面
に金属層54、第2の導電性酸化物53および第1の導
電性酸化物層52を、この順で積層することにより、各
層間の良好な密着性が得られた。また、第1の導電性酸
化物層52を第2の導電性酸化物層53表面に形成して
いるため、この第2の導電性酸化物層53の配向性を利
用することにより、その表面に形成する第1の導電性酸
化物層52の配向性を(111)面配向に制御すること
ができる。従って、本実施例によれば、Ptを用いた実
施例1とほぼ同様に、第1の導電性酸化物層52表面
に、高配向性の強誘電体薄膜を安定して形成することが
できた。
Further, in this embodiment, the metal layer 54, the second conductive oxide 53, and the first conductive oxide layer 52 are laminated on the surface of the base substrate 24 in this order, so that Good adhesion was obtained. Further, since the first conductive oxide layer 52 is formed on the surface of the second conductive oxide layer 53, the orientation of the second conductive oxide layer 53 is used to make the surface of the second conductive oxide layer 53 available. It is possible to control the orientation of the first conductive oxide layer 52 to be (111) plane orientation. Therefore, according to the present embodiment, a highly oriented ferroelectric thin film can be stably formed on the surface of the first conductive oxide layer 52, similarly to the first embodiment using Pt. Was.

【0046】<実施例4>本実施例では、電界効果型ト
ランジスタ構造のキャパシタとして、実施例1と同様の
構造の強誘電体素子を備える半導体装置を作製した。本
実施例により得られた半導体装置の構造を、図6に示
す。
Embodiment 4 In this embodiment, a semiconductor device including a ferroelectric element having the same structure as that of Embodiment 1 was manufactured as a capacitor having a field effect transistor structure. FIG. 6 shows the structure of the semiconductor device obtained according to this embodiment.

【0047】まず、Siウエハ65にイオン打ち込みと
熱処理により拡散層67を形成した後、スパッタリング
によりTiバリア層62を、表面酸化によりSiO2
ート膜69を、さらにその上にゲート電極68を、それ
ぞれ形成した。次に、トランジスタとキャパシタとの素
子分離としてSiO2膜66を形成した後、このSiO2
膜66表面に、実施例1と同様にしてPtからなる下部
電極13と、SBTからなる強誘電体薄膜12と、Pt
からなる上部電極11をこの順で形成した。続いて、素
子分離のためのSiO2膜64を形成し、上部電極11
と拡散層67との接続のためのアルミニウム配線61を
形成した。以上により、強誘電体素子の半導体装置60
が得られた。
First, after a diffusion layer 67 is formed on a Si wafer 65 by ion implantation and heat treatment, a Ti barrier layer 62 is formed by sputtering, a SiO 2 gate film 69 is formed by surface oxidation, and a gate electrode 68 is further formed thereon. Formed. Then, after forming the SiO 2 film 66 as an isolation between the transistor and the capacitor, the SiO 2
A lower electrode 13 made of Pt, a ferroelectric thin film 12 made of SBT, and a Pt
Was formed in this order. Subsequently, an SiO 2 film 64 for element isolation is formed, and the upper electrode 11 is formed.
Aluminum wiring 61 for connection between the silicon and diffusion layer 67 was formed. As described above, the semiconductor device 60 of the ferroelectric element
was gotten.

【0048】本実施例により得られた半導体装置60に
おいても、実施例1と同様、その強誘電体薄膜は、その
c軸の傾きが、下地電極との界面に対して54.7°の
高配向膜であり、その強誘電体特性も、実施例1と同様
に良好であった。本実施例により得られた半導体装置6
0は、3Vの電圧により得られた蓄積電化容量の変化で
信号「0」および「1」を検出できる半導体装置であ
る。
In the semiconductor device 60 obtained according to the present embodiment, as in the first embodiment, the ferroelectric thin film has a c-axis tilt as high as 54.7 ° with respect to the interface with the base electrode. It was an alignment film, and its ferroelectric properties were as good as in Example 1. Semiconductor device 6 obtained by this embodiment
Reference numeral 0 denotes a semiconductor device that can detect the signals “0” and “1” based on the change in the storage capacitance obtained by the voltage of 3V.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の強誘電
体素子および半導体装置では、下部電極からのエピタキ
シャル成長による強誘電体薄膜結晶の安定した成長によ
り、高配向の高いPr、低いEcを有する優れた強誘電
体層を容易に形成することができることから、優れた強
誘電体特性が安定して実現できる。
As described above, in the ferroelectric element and the semiconductor device of the present invention, a highly oriented high Pr and low Ec can be obtained by the stable growth of the ferroelectric thin film crystal by epitaxial growth from the lower electrode. Since an excellent ferroelectric layer can be easily formed, excellent ferroelectric characteristics can be stably realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の強誘電体薄膜を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a ferroelectric thin film of the present invention.

【図2】 実施例1の強誘電体素子の構造を示す部分断
面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a ferroelectric element of Example 1.

【図3】 本発明の強誘電体薄膜を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing a ferroelectric thin film of the present invention.

【図4】 強誘電体薄膜の配向の分布を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing a distribution of orientation of a ferroelectric thin film.

【図5】 実施例3の強誘電体素子の構造を示す部分断
面図である。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a ferroelectric element of Example 3.

【図6】 実施例4の半導体装置の構造を示す部分断面
図である。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment.

【図7】 実施例1において形成した強誘電体薄膜のX
線回折の測定結果を示すグラフである。
FIG. 7 shows the X of the ferroelectric thin film formed in Example 1.
It is a graph which shows the measurement result of a line diffraction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…上部電極、12…強誘電体薄膜、13…下部電
極、14…強誘電体素子、23…下部電極、24…下地
基板、50…強誘電体素子、52…第1の導電性酸化物
層、53…第2の導電性酸化物層、54…金属層、60
…半導体装置、61…アルミニウム配線、62…バリア
層、64…SiO2膜、65…Siウエハ、66…Si
2膜、67…拡散層、68…ゲート電極、69…Si
2ゲート膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Upper electrode, 12 ... Ferroelectric thin film, 13 ... Lower electrode, 14 ... Ferroelectric element, 23 ... Lower electrode, 24 ... Base substrate, 50 ... Ferroelectric element, 52 ... First conductive oxide Layer, 53: second conductive oxide layer, 54: metal layer, 60
... semiconductor device, 61 ... aluminum wiring, 62 ... barrier layer, 64 ... SiO 2 film, 65 ... Si wafer, 66 ... Si
O 2 film, 67: diffusion layer, 68: gate electrode, 69: Si
O 2 gate film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/788 29/792 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/788 29/792

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】この順で積層された下部電極と強誘電体薄
膜と上部電極とを備える強誘電体素子において、 上記下部電極は、 少なくとも上記強誘電体薄膜に接する面を構成する結晶
が、(111)面で配向しており、 上記強誘電体薄膜は、強誘電体材料からなる複数の単位
結晶胞が積層して一つの結晶相を形成した層状構造を有
する複数の結晶粒を含み、 上記結晶粒のうち80%(体積/体積)以上は、 上記単位結晶胞の積層方向に沿った結晶軸が、上記下部
電極と上記強誘電体薄膜との界面に対して、50.7°
以上58.7°以下の角度で配向していることを特徴と
する強誘電体素子。
1. A ferroelectric device comprising a lower electrode, a ferroelectric thin film, and an upper electrode stacked in this order, wherein the lower electrode has at least a crystal constituting a surface in contact with the ferroelectric thin film, The ferroelectric thin film is oriented in a (111) plane, and includes a plurality of crystal grains having a layered structure in which a plurality of unit crystal cells made of a ferroelectric material are stacked to form one crystal phase; For at least 80% (volume / volume) of the crystal grains, the crystal axis along the stacking direction of the unit crystal cells is 50.7 ° with respect to the interface between the lower electrode and the ferroelectric thin film.
A ferroelectric element, which is oriented at an angle of not less than 58.7 °.
【請求項2】請求項1に記載の強誘電体素子において、 上記配向の角度は、54.7°であることを特徴とする
強誘電体素子。
2. The ferroelectric element according to claim 1, wherein the angle of the orientation is 54.7 °.
【請求項3】この順で積層された下部電極と強誘電体薄
膜と上部電極とを備える強誘電体素子において、 上記下部電極は、 少なくとも上記強誘電体薄膜に接する面を構成する結晶
が、(111)面で配向しており、 上記強誘電体薄膜は、強誘電体材料からなる複数の単位
結晶胞が積層して一つの結晶相を形成した層状構造を有
する複数の結晶粒を含み、 上記結晶粒のうち80%(体積/体積)以上は、 上記単位結晶胞の積層方向に沿った結晶軸が、上記下部
電極と上記強誘電体薄膜との界面に対して、31.3°
以上39.3°以下の角度で配向していることを特徴と
する強誘電体素子。
3. A ferroelectric device comprising a lower electrode, a ferroelectric thin film, and an upper electrode laminated in this order, wherein the lower electrode has at least a crystal forming a surface in contact with the ferroelectric thin film, The ferroelectric thin film is oriented in a (111) plane, and includes a plurality of crystal grains having a layered structure in which a plurality of unit crystal cells made of a ferroelectric material are stacked to form one crystal phase; For at least 80% (volume / volume) of the crystal grains, the crystal axis along the stacking direction of the unit crystal cells is 31.3 ° with respect to the interface between the lower electrode and the ferroelectric thin film.
A ferroelectric element characterized by being oriented at an angle of not less than 39.3 °.
【請求項4】請求項3に記載の強誘電体素子において、 上記配向の角度は、35.3°であることを特徴とする
強誘電体素子。
4. The ferroelectric device according to claim 3, wherein the angle of the orientation is 35.3 °.
【請求項5】請求項1または3記載の強誘電体素子にお
いて、 上記層状構造は、層状ペロブスカイト構造であることを
特徴とする強誘電体素子。
5. The ferroelectric device according to claim 1, wherein said layered structure is a layered perovskite structure.
【請求項6】請求項1または3記載の強誘電体素子にお
いて、 上記強誘電体材料は、下記一般式(化1)により表され
ることを特徴とする強誘電体素子。 (AO)2+(By-1y3y+12- …(化1) (ただし、AはTl、Hg、Pb、Biおよび希土類元
素から選ばれる少なくとも一種の元素であり、BはB
i、Pb、Ca、SrおよびBaから選ばれる少なくと
も1種の元素であり、CはTi、Nb、Ta、W、M
o、Fe、Co、CrおよびZrからなる少なくとも1
種の元素であり、yは2〜5の整数である)
6. The ferroelectric device according to claim 1, wherein said ferroelectric material is represented by the following general formula (Formula 1). (AO) 2+ (B y-1 C y O 3y + 1 ) 2- (Chemical formula 1) (where A is at least one element selected from Tl, Hg, Pb, Bi and rare earth elements; Is B
i is at least one element selected from Pb, Ca, Sr and Ba, and C is Ti, Nb, Ta, W, M
at least one of o, Fe, Co, Cr and Zr
And y is an integer from 2 to 5)
【請求項7】請求項1または3記載の強誘電体素子にお
いて、 上記強誘電体薄膜に接する面を構成する結晶は、Ptか
らなることを特徴とする強誘電体素子。
7. The ferroelectric device according to claim 1, wherein a crystal constituting a surface in contact with said ferroelectric thin film is made of Pt.
【請求項8】請求項1または3記載の強誘電体素子にお
いて、 上記強誘電体薄膜に接する面を構成する結晶は、ペロブ
スカイト構造の第1の導電性酸化物からなることを特徴
とする強誘電体素子。
8. The ferroelectric element according to claim 1, wherein the crystal forming the surface in contact with the ferroelectric thin film is made of a first conductive oxide having a perovskite structure. Dielectric element.
【請求項9】請求項8記載の強誘電体素子において、 上記第1の導電性酸化物は、 ReO3、SrReO3、BaReO3、LaTiO3、S
rVO3、CaCrO3、SrCrO3、SrFeO3、La1-x
SrxCoO3(0<x<0.5)、LaNiO3、Ca
RuO3、SrRuO3、SrTiO3、および、BaP
bO3のうちのいずれかのペロブスカイトであり、か
つ、抵抗率が1mΩ・cm以下であることを特徴とする
強誘電体素子。
9. The ferroelectric device according to claim 8, wherein said first conductive oxide is ReO 3 , SrReO 3 , BaReO 3 , LaTiO 3 , S
rVO 3 , CaCrO 3 , SrCrO 3 , SrFeO 3 , La 1-x
Sr x CoO 3 (0 <x <0.5), LaNiO 3 , Ca
RuO 3 , SrRuO 3 , SrTiO 3 , and BaP
A ferroelectric device, which is any one of bO 3 and has a resistivity of 1 mΩ · cm or less.
【請求項10】請求項9記載の強誘電体素子において、 上記下部電極は、 この順で積層された、金属からなる層と、単一元素の酸
化物である第2の導電性酸化物からなる層と、上記第1
の導電性酸化物からなる層とを備えることを特徴とする
強誘電体素子。
10. The ferroelectric device according to claim 9, wherein the lower electrode is formed of a metal layer and a second conductive oxide, which is a single element oxide, stacked in this order. Layer and the first
And a layer made of a conductive oxide of the above.
【請求項11】請求項10記載の強誘電体素子におい
て、 上記第2の導電性酸化物は、 Ti、V、Eu、Cr、Mo、W、Ph、Os、Ir、
Pt、Re、RuおよびSnのうちのいずれかの元素の
酸化物であり、かつ、抵抗率が1mΩ・cm以下である
ことを特徴とする強誘電体素子。
11. The ferroelectric device according to claim 10, wherein said second conductive oxide is Ti, V, Eu, Cr, Mo, W, Ph, Os, Ir,
A ferroelectric element, which is an oxide of any one of Pt, Re, Ru, and Sn and has a resistivity of 1 mΩ · cm or less.
【請求項12】請求項1または3記載の強誘電体素子を
備えることを特徴とする半導体装置。
12. A semiconductor device comprising the ferroelectric element according to claim 1.
【請求項13】請求項12記載の半導体装置において、 上記強誘電体素子は、電界効果型トランジスタ構造のキ
ャパシタであることを特徴とする半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 12, wherein said ferroelectric element is a capacitor having a field effect transistor structure.
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