JPH11340427A - 強誘導体不揮発性メモリ及びその製造方法 - Google Patents
強誘導体不揮発性メモリ及びその製造方法Info
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- JPH11340427A JPH11340427A JP10141424A JP14142498A JPH11340427A JP H11340427 A JPH11340427 A JP H11340427A JP 10141424 A JP10141424 A JP 10141424A JP 14142498 A JP14142498 A JP 14142498A JP H11340427 A JPH11340427 A JP H11340427A
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Landscapes
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- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 分極反転を繰返してもＰＺＴ薄膜の疲労が少
なく、ＰＺＴ薄膜の分極値が大きく低電圧で駆動し得る
強誘導体不揮発性メモリを得る。 【解決手段】 強誘導体不揮発性メモリ１０はＬＳＣＯ
／ＰＺＴ／ＲｕＯ2／ＳｉＯ2／Ｓｉの構造を有する。即
ち、表面に酸化膜１１ａを有するシリコン基板１１と、
このシリコン基板１１上に下部電極として形成されたＲ
ｕＯ2薄膜１２と、このＲｕＯ2薄膜１２上に形成された
ＰＺＴ薄膜１３と、このＰＺＴ薄膜１３上に上部電極と
して形成されたＬＳＣＯ薄膜１４とを備える。
なく、ＰＺＴ薄膜の分極値が大きく低電圧で駆動し得る
強誘導体不揮発性メモリを得る。 【解決手段】 強誘導体不揮発性メモリ１０はＬＳＣＯ
／ＰＺＴ／ＲｕＯ2／ＳｉＯ2／Ｓｉの構造を有する。即
ち、表面に酸化膜１１ａを有するシリコン基板１１と、
このシリコン基板１１上に下部電極として形成されたＲ
ｕＯ2薄膜１２と、このＲｕＯ2薄膜１２上に形成された
ＰＺＴ薄膜１３と、このＰＺＴ薄膜１３上に上部電極と
して形成されたＬＳＣＯ薄膜１４とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は強誘導体薄膜を用い
た不揮発性メモリ及びその製造方法に関する。更に詳し
くは強誘導体薄膜を挟む一対の電極に特徴のある強誘導
体不揮発性メモリ及びその製造方法に関するものであ
る。
た不揮発性メモリ及びその製造方法に関する。更に詳し
くは強誘導体薄膜を挟む一対の電極に特徴のある強誘導
体不揮発性メモリ及びその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】現在広く使用されているＤＲＡＭのＩＣ
メモリは揮発性であって、電源を切ると蓄積している情
報が消える欠点を有する。ＤＲＡＭのキャパシタを強誘
導体薄膜で置換えた強誘導体メモリは、高速、大容量、
低電力というＤＲＡＭの長所をもつと同時に記憶した情
報が消えない不揮発性であるというＤＲＡＭにない優れ
た特長を備えている。このためこの不揮発メモリは世界
的に研究と開発が進められている。この種の代表的な強
誘導体不揮発メモリとして、強誘導体材料であるジルコ
ン酸チタン酸鉛（ＰｂＺｒ1-XＴｉXＯ3（０＜ｘ＜
１）、以下単にＰＺＴという）薄膜を一対のＰｔ電極間
に挟んだ構造を有する不揮発メモリが知られている。こ
の種の強誘導体不揮発性メモリは、通常強誘導体薄膜の
分極反転現象が利用されるが、この分極反転は歪みを伴
うため、分極反転を繰返すと強誘導体薄膜に疲労を生じ
る。特にＰＺＴを一対のＰｔ電極間に挟んだ構造の不揮
発性メモリは、分極反転を繰返すと、ＰＺＴ薄膜の疲労
が特に顕著になり、この疲労により残留分極値の減少や
リーク電流値の増大などの不具合を生じていた。この不
具合は、不揮発性メモリの製造工程の中で、Ｐｔ電極を
形成した後、ＰＺＴの結晶化のために酸素雰囲気中で６
００〜７００℃の温度で熱処理したときに、ＰＺＴ中の
Ｐｂ，ＯがＰｔ電極を通して下地のシリコン基板に拡散
して、ＰＺＴに欠損が生じることに起因すると考えられ
ている。
メモリは揮発性であって、電源を切ると蓄積している情
報が消える欠点を有する。ＤＲＡＭのキャパシタを強誘
導体薄膜で置換えた強誘導体メモリは、高速、大容量、
低電力というＤＲＡＭの長所をもつと同時に記憶した情
報が消えない不揮発性であるというＤＲＡＭにない優れ
た特長を備えている。このためこの不揮発メモリは世界
的に研究と開発が進められている。この種の代表的な強
誘導体不揮発メモリとして、強誘導体材料であるジルコ
ン酸チタン酸鉛（ＰｂＺｒ1-XＴｉXＯ3（０＜ｘ＜
１）、以下単にＰＺＴという）薄膜を一対のＰｔ電極間
に挟んだ構造を有する不揮発メモリが知られている。こ
の種の強誘導体不揮発性メモリは、通常強誘導体薄膜の
分極反転現象が利用されるが、この分極反転は歪みを伴
うため、分極反転を繰返すと強誘導体薄膜に疲労を生じ
る。特にＰＺＴを一対のＰｔ電極間に挟んだ構造の不揮
発性メモリは、分極反転を繰返すと、ＰＺＴ薄膜の疲労
が特に顕著になり、この疲労により残留分極値の減少や
リーク電流値の増大などの不具合を生じていた。この不
具合は、不揮発性メモリの製造工程の中で、Ｐｔ電極を
形成した後、ＰＺＴの結晶化のために酸素雰囲気中で６
００〜７００℃の温度で熱処理したときに、ＰＺＴ中の
Ｐｂ，ＯがＰｔ電極を通して下地のシリコン基板に拡散
して、ＰＺＴに欠損が生じることに起因すると考えられ
ている。
【０００３】このため、Ｐｔ電極に置き換わる材料とし
て近年酸化物導電材料からなる電極が注目を集めてい
る。特に酸化物導電材料の中でもＲｕＯ2はプラズマエ
ッチングなどの加工が可能で金属的な高い電気伝導性を
有するため、不揮発性メモリの電極として高い注目を浴
びている。Ｐｔ電極の代りにＲｕＯ2電極を用いた場合
には、熱処理時にＲｕＯ2電極がＰｂ，Ｏの拡散バリヤ
層として機能することが考えられる。このＲｕＯ2をス
パッタリング法により蒸着した後で酸素雰囲気中で高温
熱処理すると、高次の酸化物を形成するとともに蒸発が
起ってピットが形成され、熱的不安定になる一方、Ｒｕ
Ｏ2は窒素などの不活性ガス雰囲気中で熱処理した場合
にはこのような蒸発によるピット形成はみられない。こ
のため、スパッタリング法でシリコン基板又は表面を熱
酸化したシリコン基板上にＲｕＯ2薄膜を形成し、不活
性ガス雰囲気中で高温熱処理することにより良好なＲｕ
Ｏ2薄膜からなる下部電極が得られる。この下部電極の
上にはＰＺＴ薄膜が形成される。
て近年酸化物導電材料からなる電極が注目を集めてい
る。特に酸化物導電材料の中でもＲｕＯ2はプラズマエ
ッチングなどの加工が可能で金属的な高い電気伝導性を
有するため、不揮発性メモリの電極として高い注目を浴
びている。Ｐｔ電極の代りにＲｕＯ2電極を用いた場合
には、熱処理時にＲｕＯ2電極がＰｂ，Ｏの拡散バリヤ
層として機能することが考えられる。このＲｕＯ2をス
パッタリング法により蒸着した後で酸素雰囲気中で高温
熱処理すると、高次の酸化物を形成するとともに蒸発が
起ってピットが形成され、熱的不安定になる一方、Ｒｕ
Ｏ2は窒素などの不活性ガス雰囲気中で熱処理した場合
にはこのような蒸発によるピット形成はみられない。こ
のため、スパッタリング法でシリコン基板又は表面を熱
酸化したシリコン基板上にＲｕＯ2薄膜を形成し、不活
性ガス雰囲気中で高温熱処理することにより良好なＲｕ
Ｏ2薄膜からなる下部電極が得られる。この下部電極の
上にはＰＺＴ薄膜が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰＺＴ
薄膜の形成に続いて、上部電極としてＲｕＯ2薄膜をス
パッタリング法により蒸着した後、不活性ガス雰囲気で
熱処理すると、上述したようにＲｕＯ2薄膜の結晶化に
はこの不活性ガス雰囲気は好適であるが、ＰＺＴ薄膜か
らは酸素などの蒸発が起こり、ＰＺＴに欠陥構造ができ
その電気特性が損われる。一方、ＲｕＯ2薄膜の上部電
極を形成した後、酸素雰囲気で熱処理すると、ＰＺＴ薄
膜からは酸素などの蒸発が抑制される反面、ＲｕＯ2薄
膜からの高次の酸化物の蒸発などを生じてこの上部電極
に欠陥構造ができる。この結果、上部電極のＲｕＯ2薄
膜の拡散バリヤとしての機能、即ちＰＺＴ薄膜の疲労を
防止する機能が失われ、ＰＺＴ薄膜の疲労が進行すると
いう好ましくない事態を招く。
薄膜の形成に続いて、上部電極としてＲｕＯ2薄膜をス
パッタリング法により蒸着した後、不活性ガス雰囲気で
熱処理すると、上述したようにＲｕＯ2薄膜の結晶化に
はこの不活性ガス雰囲気は好適であるが、ＰＺＴ薄膜か
らは酸素などの蒸発が起こり、ＰＺＴに欠陥構造ができ
その電気特性が損われる。一方、ＲｕＯ2薄膜の上部電
極を形成した後、酸素雰囲気で熱処理すると、ＰＺＴ薄
膜からは酸素などの蒸発が抑制される反面、ＲｕＯ2薄
膜からの高次の酸化物の蒸発などを生じてこの上部電極
に欠陥構造ができる。この結果、上部電極のＲｕＯ2薄
膜の拡散バリヤとしての機能、即ちＰＺＴ薄膜の疲労を
防止する機能が失われ、ＰＺＴ薄膜の疲労が進行すると
いう好ましくない事態を招く。
【０００５】本発明の目的は、分極反転を繰返してもＰ
ＺＴ薄膜の疲労が少ない強誘導体不揮発性メモリ及びそ
の製造方法を提供することにある。本発明の別の目的
は、ＰＺＴ薄膜の分極値が大きく低電圧で駆動し得る強
誘導体不揮発性メモリ及びその製造方法を提供すること
にある。
ＺＴ薄膜の疲労が少ない強誘導体不揮発性メモリ及びそ
の製造方法を提供することにある。本発明の別の目的
は、ＰＺＴ薄膜の分極値が大きく低電圧で駆動し得る強
誘導体不揮発性メモリ及びその製造方法を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すようにシリコン基板又は表面に酸化膜１１ａ
を有するシリコン基板１１と、このシリコン基板１１上
に下部電極として形成されたＲｕＯ2薄膜１２と、この
ＲｕＯ2薄膜１２上に形成されたＰＺＴ薄膜１３と、こ
のＰＺＴ薄膜１３上に上部電極として形成されたＬａ
1-XＳｒXＣｏＯ3（０＜ｘ＜１）（以下、単にＬＳＣＯ
という）薄膜１４とを備えた強誘導体不揮発性メモリ１
０である。請求項２に係る発明は、シリコン基板又は表
面に酸化膜１１ａを有するシリコン基板１１上にＲｕＯ
2薄膜１２を形成し、このＲｕＯ2薄膜１２上にＰＺＴ薄
膜１３を形成し、このＰＺＴ薄膜１３上にＬＳＣＯ薄膜
１４を形成する強誘導体不揮発性メモリの製造方法であ
る。請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であっ
て、ＲｕＯ2薄膜１２をスパッタリングによりシリコン
基板１１上に蒸着した後不活性ガス雰囲気中で熱処理し
て形成し、ＰＺＴ薄膜１３をゾル−ゲル法によりＲｕＯ
2薄膜１２上に成膜した後酸素雰囲気中で熱処理して形
成し、ＬＳＣＯ薄膜１４をスパッタリングによりＰＺＴ
薄膜１３上に蒸着した後酸素雰囲気中で熱処理して形成
する強誘導体不揮発性メモリの製造方法である。
図１に示すようにシリコン基板又は表面に酸化膜１１ａ
を有するシリコン基板１１と、このシリコン基板１１上
に下部電極として形成されたＲｕＯ2薄膜１２と、この
ＲｕＯ2薄膜１２上に形成されたＰＺＴ薄膜１３と、こ
のＰＺＴ薄膜１３上に上部電極として形成されたＬａ
1-XＳｒXＣｏＯ3（０＜ｘ＜１）（以下、単にＬＳＣＯ
という）薄膜１４とを備えた強誘導体不揮発性メモリ１
０である。請求項２に係る発明は、シリコン基板又は表
面に酸化膜１１ａを有するシリコン基板１１上にＲｕＯ
2薄膜１２を形成し、このＲｕＯ2薄膜１２上にＰＺＴ薄
膜１３を形成し、このＰＺＴ薄膜１３上にＬＳＣＯ薄膜
１４を形成する強誘導体不揮発性メモリの製造方法であ
る。請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であっ
て、ＲｕＯ2薄膜１２をスパッタリングによりシリコン
基板１１上に蒸着した後不活性ガス雰囲気中で熱処理し
て形成し、ＰＺＴ薄膜１３をゾル−ゲル法によりＲｕＯ
2薄膜１２上に成膜した後酸素雰囲気中で熱処理して形
成し、ＬＳＣＯ薄膜１４をスパッタリングによりＰＺＴ
薄膜１３上に蒸着した後酸素雰囲気中で熱処理して形成
する強誘導体不揮発性メモリの製造方法である。
【０００７】シリコン基板１１上にＲｕＯ2薄膜１２を
形成した後、不活性ガス雰囲気中で熱処理すると、蒸発
によるピット形成のない良好なＲｕＯ2薄膜からなる下
部電極が得られる。またＰＺＴ薄膜１３上にＬＳＣＯ薄
膜１４を形成した後、酸素雰囲気で熱処理すると、ＰＺ
Ｔ薄膜からは酸素などの蒸発が抑制されるとともに、蒸
発によるピット形成のない良好なＬＳＣＯ薄膜からなる
上部電極が得られる。この結果、分極反転を繰返したと
きのＰＺＴ薄膜の疲労がＬＳＣＯ薄膜からなる上部電極
により進行しなくなり、ＰＺＴキャパシタのリーク電流
も小さくなる。
形成した後、不活性ガス雰囲気中で熱処理すると、蒸発
によるピット形成のない良好なＲｕＯ2薄膜からなる下
部電極が得られる。またＰＺＴ薄膜１３上にＬＳＣＯ薄
膜１４を形成した後、酸素雰囲気で熱処理すると、ＰＺ
Ｔ薄膜からは酸素などの蒸発が抑制されるとともに、蒸
発によるピット形成のない良好なＬＳＣＯ薄膜からなる
上部電極が得られる。この結果、分極反転を繰返したと
きのＰＺＴ薄膜の疲労がＬＳＣＯ薄膜からなる上部電極
により進行しなくなり、ＰＺＴキャパシタのリーク電流
も小さくなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の基板は、シリコン基板の
他に、この基板を熱酸化させて表面に酸化膜を有するシ
リコン基板でもよい。また本発明の下部電極であるＲｕ
Ｏ2薄膜は高周波マグネトロンスパッタリングなどのス
パッタリング法、ゾル−ゲル法、或いは化学気相堆積
（ＣＶＤ）法によりシリコン基板上に形成される。ゾル
−ゲル法では例えば塩化ルテニウム水和物をエタノール
に溶解した原料ゾル溶液をシリコン基板上に塗布するこ
とにより、またＣＶＤ法では蒸気圧を有するＲｕ化合物
を蒸発させ、基板にその熱分解生成物を堆積させること
により、それぞれ形成される。このＲｕＯ2薄膜の結晶
化のための熱処理はＲｕＯ2薄膜を導電性が高くピット
形成のない緻密な状態にするために、Ｎ2、Ａｒなどの
不活性ガス雰囲気中、７００〜８００℃の温度で行われ
る。本発明の強誘導体薄膜は、ＰＺＴ［ＰｂＺｒ1-XＴ
ｉXＯ3（０＜ｘ＜１）］薄膜である。このｘは０．２〜
０．９の範囲が好ましい。ＰＺＴ薄膜は高周波マグネト
ロンスパッタリングなどのスパッタリング法、ゾル−ゲ
ル法、或いはＣＶＤ法によりＲｕＯ2薄膜上に形成され
る。ゾル−ゲル法ではＰｂ化合物、Ｚｒ化合物及びＴｉ
化合物を溶媒に溶解した原料ゾル溶液をＲｕＯ2薄膜上
に塗布することにより、またＣＶＤ法ではそれぞれ蒸気
圧を有するＰｂ化合物、Ｚｒ化合物及びＴｉ化合物を蒸
発させ、ＲｕＯ2薄膜上にその熱分解生成物を堆積させ
ることにより、それぞれ形成される。このＰＺＴ薄膜の
結晶化のため熱処理はＰＺＴ薄膜から酸素などの蒸発を
生じないように酸素雰囲気中、４００〜８００℃の温度
で行われる。
他に、この基板を熱酸化させて表面に酸化膜を有するシ
リコン基板でもよい。また本発明の下部電極であるＲｕ
Ｏ2薄膜は高周波マグネトロンスパッタリングなどのス
パッタリング法、ゾル−ゲル法、或いは化学気相堆積
（ＣＶＤ）法によりシリコン基板上に形成される。ゾル
−ゲル法では例えば塩化ルテニウム水和物をエタノール
に溶解した原料ゾル溶液をシリコン基板上に塗布するこ
とにより、またＣＶＤ法では蒸気圧を有するＲｕ化合物
を蒸発させ、基板にその熱分解生成物を堆積させること
により、それぞれ形成される。このＲｕＯ2薄膜の結晶
化のための熱処理はＲｕＯ2薄膜を導電性が高くピット
形成のない緻密な状態にするために、Ｎ2、Ａｒなどの
不活性ガス雰囲気中、７００〜８００℃の温度で行われ
る。本発明の強誘導体薄膜は、ＰＺＴ［ＰｂＺｒ1-XＴ
ｉXＯ3（０＜ｘ＜１）］薄膜である。このｘは０．２〜
０．９の範囲が好ましい。ＰＺＴ薄膜は高周波マグネト
ロンスパッタリングなどのスパッタリング法、ゾル−ゲ
ル法、或いはＣＶＤ法によりＲｕＯ2薄膜上に形成され
る。ゾル−ゲル法ではＰｂ化合物、Ｚｒ化合物及びＴｉ
化合物を溶媒に溶解した原料ゾル溶液をＲｕＯ2薄膜上
に塗布することにより、またＣＶＤ法ではそれぞれ蒸気
圧を有するＰｂ化合物、Ｚｒ化合物及びＴｉ化合物を蒸
発させ、ＲｕＯ2薄膜上にその熱分解生成物を堆積させ
ることにより、それぞれ形成される。このＰＺＴ薄膜の
結晶化のため熱処理はＰＺＴ薄膜から酸素などの蒸発を
生じないように酸素雰囲気中、４００〜８００℃の温度
で行われる。
【０００９】更に本発明の上部電極はＬＳＣＯ［Ｌａ
1-XＳｒXＣｏＯ3（０＜ｘ＜１）］薄膜である。このｘ
は０．３〜０．７の範囲が好ましい。ＬＳＣＯ薄膜は高
周波マグネトロンスパッタリングなどのスパッタリング
法、ゾル−ゲル法、或いはＣＶＤ法によりＰＺＴ薄膜上
に形成される。ゾル−ゲル法ではＬａ化合物、Ｓｒ化合
物及びＣｏ化合物を溶媒に溶解した原料ゾル溶液をＰＺ
Ｔ薄膜上に塗布することにより、またＣＶＤ法ではそれ
ぞれ蒸気圧を有するＬａ化合物、Ｓｒ化合物及びＣｏ化
合物を蒸発させ、ＰＺＴ薄膜上にその熱分解生成物を堆
積させることにより、それぞれ形成される。このＬＳＣ
Ｏ薄膜の結晶化のため熱処理は強誘導体としてのＰＺＴ
膜の特性を劣化させずかつＬＳＣＯ薄膜をピット形成の
ない状態にするために、酸素雰囲気中、６００〜７００
℃の温度で行われる。ＲｕＯ2薄膜は５０〜５００ｎ
ｍ、ＰＺＴ薄膜は５０〜５００ｎｍ、ＬＳＣＯ薄膜は３
０〜５００ｎｍの範囲のそれぞれ厚さを有する。
1-XＳｒXＣｏＯ3（０＜ｘ＜１）］薄膜である。このｘ
は０．３〜０．７の範囲が好ましい。ＬＳＣＯ薄膜は高
周波マグネトロンスパッタリングなどのスパッタリング
法、ゾル−ゲル法、或いはＣＶＤ法によりＰＺＴ薄膜上
に形成される。ゾル−ゲル法ではＬａ化合物、Ｓｒ化合
物及びＣｏ化合物を溶媒に溶解した原料ゾル溶液をＰＺ
Ｔ薄膜上に塗布することにより、またＣＶＤ法ではそれ
ぞれ蒸気圧を有するＬａ化合物、Ｓｒ化合物及びＣｏ化
合物を蒸発させ、ＰＺＴ薄膜上にその熱分解生成物を堆
積させることにより、それぞれ形成される。このＬＳＣ
Ｏ薄膜の結晶化のため熱処理は強誘導体としてのＰＺＴ
膜の特性を劣化させずかつＬＳＣＯ薄膜をピット形成の
ない状態にするために、酸素雰囲気中、６００〜７００
℃の温度で行われる。ＲｕＯ2薄膜は５０〜５００ｎ
ｍ、ＰＺＴ薄膜は５０〜５００ｎｍ、ＬＳＣＯ薄膜は３
０〜５００ｎｍの範囲のそれぞれ厚さを有する。
【００１０】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 ＜実施例１＞結晶方位が（１００）である３０ｍｍ×３
０ｍｍ×０．５ｍｍのシリコン基板を用意し、この基板
を熱酸化することにより基板表面に厚さ５００ｎｍのＳ
ｉＯ2膜を形成した。高周波マグネトロンスパッタリン
グ装置のカソードにこのシリコン基板をセットし、アノ
ードに直径５０ｍｍで厚さ５ｍｍのＲｕ金属ターゲット
をセットした。次いでＡｒ：Ｏ2＝１：１の混合ガスを
含むチャンバの真空度を１５ｍＴｏｒｒに保ち、高周波
反応性スパッタリング法で室温下、ＳｉＯ2膜を有する
シリコン基板上に厚さ２００ｎｍのＲｕＯ2薄膜を蒸着
した。次にこのＲｕＯ2薄膜の結晶化の目的でＮ2雰囲気
中で８００℃、２分間熱処理して、導電性のある下部電
極を得た。この下部電極の抵抗値は５０μΩｃｍであっ
た。続いてＲｕＯ2薄膜上にＰＺＴ薄膜をゾル−ゲル法
により形成した。この方法で用いた原料ゾル溶液は、酢
酸鉛三水和物、テトライソプロポキシチタン及びテトラ
プロポキシジルコニウムをＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉのモル比
が、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０：０．４：０．６となる
ように２−メトキシエタノールに溶解して調製した。こ
の原料ゾル溶液をＲｕＯ2薄膜上に塗布した後、酸素雰
囲気中、６５０℃で３０分間熱処理してペロブスカイト
単相よりなる結晶性の緻密なＰＺＴ［Ｐｂ(Ｚｒ0.4Ｔｉ
0.6)Ｏ3］薄膜を得た。このＰＺＴ薄膜の膜厚は１５０
ｎｍであった。続いて上部電極をこのＰＺＴ薄膜上に下
部電極と同じ高周波マグネトロンスパッタリング法によ
り形成した。ターゲットとしてＬａ0.5Ｓｒ0.5Ｃｏ1.0
Ｏ3.0ターゲットを用い、Ａｒ：Ｏ2＝１：１の混合ガス
雰囲気中で１００ｎｍの厚さに形成した。その後、上部
電極を結晶化アニーリングするために、ＰＺＴ薄膜上に
上部電極を形成した後で、酸素雰囲気中、７００℃で２
分間熱処理してＬＳＣＯ［Ｌａ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3］薄
膜を得た。以上の処理によりＬＳＣＯ／ＰＺＴ／ＲｕＯ
2／ＳｉＯ2／Ｓｉの構造の強誘導体不揮発性メモリを得
た。
０ｍｍ×０．５ｍｍのシリコン基板を用意し、この基板
を熱酸化することにより基板表面に厚さ５００ｎｍのＳ
ｉＯ2膜を形成した。高周波マグネトロンスパッタリン
グ装置のカソードにこのシリコン基板をセットし、アノ
ードに直径５０ｍｍで厚さ５ｍｍのＲｕ金属ターゲット
をセットした。次いでＡｒ：Ｏ2＝１：１の混合ガスを
含むチャンバの真空度を１５ｍＴｏｒｒに保ち、高周波
反応性スパッタリング法で室温下、ＳｉＯ2膜を有する
シリコン基板上に厚さ２００ｎｍのＲｕＯ2薄膜を蒸着
した。次にこのＲｕＯ2薄膜の結晶化の目的でＮ2雰囲気
中で８００℃、２分間熱処理して、導電性のある下部電
極を得た。この下部電極の抵抗値は５０μΩｃｍであっ
た。続いてＲｕＯ2薄膜上にＰＺＴ薄膜をゾル−ゲル法
により形成した。この方法で用いた原料ゾル溶液は、酢
酸鉛三水和物、テトライソプロポキシチタン及びテトラ
プロポキシジルコニウムをＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉのモル比
が、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０：０．４：０．６となる
ように２−メトキシエタノールに溶解して調製した。こ
の原料ゾル溶液をＲｕＯ2薄膜上に塗布した後、酸素雰
囲気中、６５０℃で３０分間熱処理してペロブスカイト
単相よりなる結晶性の緻密なＰＺＴ［Ｐｂ(Ｚｒ0.4Ｔｉ
0.6)Ｏ3］薄膜を得た。このＰＺＴ薄膜の膜厚は１５０
ｎｍであった。続いて上部電極をこのＰＺＴ薄膜上に下
部電極と同じ高周波マグネトロンスパッタリング法によ
り形成した。ターゲットとしてＬａ0.5Ｓｒ0.5Ｃｏ1.0
Ｏ3.0ターゲットを用い、Ａｒ：Ｏ2＝１：１の混合ガス
雰囲気中で１００ｎｍの厚さに形成した。その後、上部
電極を結晶化アニーリングするために、ＰＺＴ薄膜上に
上部電極を形成した後で、酸素雰囲気中、７００℃で２
分間熱処理してＬＳＣＯ［Ｌａ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3］薄
膜を得た。以上の処理によりＬＳＣＯ／ＰＺＴ／ＲｕＯ
2／ＳｉＯ2／Ｓｉの構造の強誘導体不揮発性メモリを得
た。
【００１１】＜比較例１＞実施例１と同じ表面を熱酸化
したシリコン基板を用い、上部電極としてＬＳＣＯ薄膜
の代わりに厚さ１００ｎｍのＲｕＯ2薄膜を形成した。
このＲｕＯ2薄膜は実施例１の下部電極と同様に形成し
た。それ以外は実施例１と同様にしてＲｕＯ2／ＰＺＴ
／ＲｕＯ2／ＳｉＯ2／Ｓｉの構造の強誘導体不揮発性メ
モリを得た。
したシリコン基板を用い、上部電極としてＬＳＣＯ薄膜
の代わりに厚さ１００ｎｍのＲｕＯ2薄膜を形成した。
このＲｕＯ2薄膜は実施例１の下部電極と同様に形成し
た。それ以外は実施例１と同様にしてＲｕＯ2／ＰＺＴ
／ＲｕＯ2／ＳｉＯ2／Ｓｉの構造の強誘導体不揮発性メ
モリを得た。
【００１２】＜比較評価＞実施例１及び比較例１の上部
電極及び下部電極に２Ｖの駆動電圧を印加してそれぞれ
の不揮発性メモリに対してＰＺＴ薄膜の分極反転を１０
10回程度繰返した。この１０10回に達するまでの実施例
１のＰＺＴ薄膜の疲労特性を図２に、比較例１のＰＺＴ
薄膜の疲労特性を図３にそれぞれ示す。ここでよこ軸は
分極反転回数の対数Ｎを、たて軸は残留分極値２Ｐ
r（μＣ／ｃｍ2）を表す。図２及び図３から明らかなよ
うに、実施例１の不揮発性メモリでは残留分極値２Ｐr
は十分大きな値であり、しかも分極反転を１０10回繰返
しても、分極反転を１０5回繰返したときと比べて、２
Ｐrはせいぜい数％しか低下せず、ＰＺＴ薄膜の疲労が
僅かであることが判った。これに対して、比較例１の不
揮発性メモリでは分極反転の回数が１０5回から１０10
回まで増大するにつれて２Ｐrは大きく低下し、ＰＺＴ
薄膜の疲労が顕著に進行していることが判った。これは
上部電極のＲｕＯ2薄膜を結晶化アニーリングする際に
酸素雰囲気で行ったことによって、比較例１の上部電極
が拡散バリヤ特性を消失していたものと考えられる。
電極及び下部電極に２Ｖの駆動電圧を印加してそれぞれ
の不揮発性メモリに対してＰＺＴ薄膜の分極反転を１０
10回程度繰返した。この１０10回に達するまでの実施例
１のＰＺＴ薄膜の疲労特性を図２に、比較例１のＰＺＴ
薄膜の疲労特性を図３にそれぞれ示す。ここでよこ軸は
分極反転回数の対数Ｎを、たて軸は残留分極値２Ｐ
r（μＣ／ｃｍ2）を表す。図２及び図３から明らかなよ
うに、実施例１の不揮発性メモリでは残留分極値２Ｐr
は十分大きな値であり、しかも分極反転を１０10回繰返
しても、分極反転を１０5回繰返したときと比べて、２
Ｐrはせいぜい数％しか低下せず、ＰＺＴ薄膜の疲労が
僅かであることが判った。これに対して、比較例１の不
揮発性メモリでは分極反転の回数が１０5回から１０10
回まで増大するにつれて２Ｐrは大きく低下し、ＰＺＴ
薄膜の疲労が顕著に進行していることが判った。これは
上部電極のＲｕＯ2薄膜を結晶化アニーリングする際に
酸素雰囲気で行ったことによって、比較例１の上部電極
が拡散バリヤ特性を消失していたものと考えられる。
【００１３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、上部電極
にＬＳＣＯを、強誘導体にＰＺＴ薄膜を、下部電極にＲ
ｕＯ2をそれぞれ用いて、ＬＳＣＯ／ＰＺＴ／ＲｕＯ2／
（Ｓｉ又はＳｉＯ2）というキャパシタ膜構成をとるこ
とにより、ＰＺＴのもつ大きな分極値を十分に利用する
ことができる。特に上部電極としてのＬＳＣＯ薄膜は結
晶化のための熱処理時にＰＺＴ薄膜を構成する元素の拡
散バリヤとして有効に機能し、これにより不揮発性メモ
リは分極反転を繰返しても強誘電体薄膜の疲労が少な
く、強誘電体薄膜の分極値が大きく、低電圧で駆動で
き、リーク電流も小さくできる優れた特長がある。また
上部及び下部電極はいずれも強誘導体であるＰＺＴとの
反応がみられず、ＰＺＴとの界面に低誘電率相などの反
応生成物を全く生じない上、ドライエッチング特性がき
わめて良好である。更に下部電極はシリコン基板又は表
面を熱酸化したシリコン基板との反応が全く見られず良
好である。
にＬＳＣＯを、強誘導体にＰＺＴ薄膜を、下部電極にＲ
ｕＯ2をそれぞれ用いて、ＬＳＣＯ／ＰＺＴ／ＲｕＯ2／
（Ｓｉ又はＳｉＯ2）というキャパシタ膜構成をとるこ
とにより、ＰＺＴのもつ大きな分極値を十分に利用する
ことができる。特に上部電極としてのＬＳＣＯ薄膜は結
晶化のための熱処理時にＰＺＴ薄膜を構成する元素の拡
散バリヤとして有効に機能し、これにより不揮発性メモ
リは分極反転を繰返しても強誘電体薄膜の疲労が少な
く、強誘電体薄膜の分極値が大きく、低電圧で駆動で
き、リーク電流も小さくできる優れた特長がある。また
上部及び下部電極はいずれも強誘導体であるＰＺＴとの
反応がみられず、ＰＺＴとの界面に低誘電率相などの反
応生成物を全く生じない上、ドライエッチング特性がき
わめて良好である。更に下部電極はシリコン基板又は表
面を熱酸化したシリコン基板との反応が全く見られず良
好である。
【図１】本発明の強誘導体不揮発性メモリの断面図。
【図２】実施例１のＰＺＴ薄膜の疲労特性を示す図。
【図３】比較例１のＰＺＴ薄膜の疲労特性を示す図。
１０ 強誘導体不揮発性メモリ １１ シリコン基板 １１ａ 酸化膜 １２ ＲｕＯ2薄膜（下部電極） １３ ＰＺＴ薄膜（強誘導体薄膜） １４ ＬＳＣＯ薄膜（上部電極）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/792
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン基板又は表面に酸化膜(11a)を
有するシリコン基板(11)と、前記シリコン基板(11)上に
下部電極として形成されたＲｕＯ2薄膜(12)と、前記Ｒ
ｕＯ2薄膜(12)上に形成されたＰｂＺｒ1-XＴｉXＯ3（０
＜ｘ＜１）薄膜(13)と、前記ＰｂＺｒ1-XＴｉXＯ3薄膜
(13)上に上部電極として形成されたＬａ1-XＳｒXＣｏＯ
3（０＜ｘ＜１）薄膜(14)とを備えた強誘導体不揮発性
メモリ。 - 【請求項２】 シリコン基板又は表面に酸化膜(11a)を
有するシリコン基板(11)上にＲｕＯ2薄膜(12)を形成
し、前記ＲｕＯ2薄膜(12)上にＰｂＺｒ1-XＴｉXＯ3（０
＜ｘ＜１）薄膜(13)を形成し、前記ＰｂＺｒ1-XＴｉXＯ
3薄膜(13)上にＬａ1-XＳｒXＣｏＯ3（０＜ｘ＜１）薄膜
(14)を形成する強誘導体不揮発性メモリの製造方法。 - 【請求項３】 ＲｕＯ2薄膜(12)をスパッタリングによ
りシリコン基板(11)上に蒸着した後不活性ガス雰囲気中
で熱処理して形成し、ＰｂＺｒ1-XＴｉXＯ3薄膜(13)を
ゾル−ゲル法により前記ＲｕＯ2薄膜(12)上に成膜した
後酸素雰囲気中で熱処理して形成し、Ｌａ1-XＳｒXＣｏ
Ｏ3薄膜(14)をスパッタリングにより前記ＰｂＺｒ1-XＴ
ｉXＯ3薄膜(13)上に蒸着した後酸素雰囲気中で熱処理し
て形成する請求項２記載の強誘導体不揮発性メモリの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10141424A JPH11340427A (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 強誘導体不揮発性メモリ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10141424A JPH11340427A (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 強誘導体不揮発性メモリ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340427A true JPH11340427A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15291678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10141424A Pending JPH11340427A (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 強誘導体不揮発性メモリ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11340427A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006245588A (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Samsung Electro Mech Co Ltd | キャパシタ内蔵型プリント回路基板およびその製造方法 |
-
1998
- 1998-05-22 JP JP10141424A patent/JPH11340427A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006245588A (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Samsung Electro Mech Co Ltd | キャパシタ内蔵型プリント回路基板およびその製造方法 |
| US7564116B2 (en) | 2005-03-02 | 2009-07-21 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Printed circuit board with embedded capacitors therein and manufacturing process thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020522 |