JPH1168057A - Dielectric device - Google Patents

Dielectric device

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JPH1168057A
JPH1168057A JP9228200A JP22820097A JPH1168057A JP H1168057 A JPH1168057 A JP H1168057A JP 9228200 A JP9228200 A JP 9228200A JP 22820097 A JP22820097 A JP 22820097A JP H1168057 A JPH1168057 A JP H1168057A
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JP
Japan
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dielectric
film
layer
electrode layer
ferroelectric
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Application number
JP9228200A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Furukawa
浩章 古川
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dielectric device which is superior in polarization characteristic, enhanced in productivity, and reduced in manufacturing cost. SOLUTION: A source region 4 and a drain region 5 are formed on the surface of a silicon substrate 1, and a gate-insulating film 2 and a gate electrode are successively formed on a channel region between the source region 4 and the drain region 5. An interlayered insulating film 7 is formed on the silicon substrate 1, so as to cover the gate electrode 3 and the gate-insulating film 2, and a contact hole 9 is bored in the interlayered insulating film 7 on the gate electrode 3. A connecting layer 10 and a lower electrode 12 of Bi2 Sr2 CuO6 are formed inside the contact hole 9. A ferroelectric film 13 of SrBi2 Ta2 O9 and an upper electrode 14 of Bi2 Sr2 CuO6 are successively formed on the interlayered insulating film 7, coming into contact with the upside of the lower electrode 12.

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、誘電体膜を有する
誘電体素子に関する。
[0001] The present invention relates to a dielectric element having a dielectric film.

【0002】[0002]

【従来の技術】電界効果トランジスタ(FET)のゲー
ト部分に強誘電体膜からなるキャパシタ(以下、強誘電
体キャパシタと呼ぶ)が設けられたメモリは、非破壊読
み出しが可能な不揮発性メモリとして知られている。こ
のような強誘電体メモリの構造としては、MFS(金属
・強誘電体・半導体)構造、MFIS(金属・強誘電体
・絶縁体・半導体)構造、MFMIS(金属・強誘電体
・金属・絶縁体・半導体)構造などが提案されている。
2. Description of the Related Art A memory provided with a capacitor made of a ferroelectric film (hereinafter referred to as a ferroelectric capacitor) at a gate portion of a field effect transistor (FET) is known as a non-destructive readable nonvolatile memory. Have been. The structure of such a ferroelectric memory includes an MFS (metal / ferroelectric / semiconductor) structure, an MFIS (metal / ferroelectric / insulator / semiconductor) structure, and an MFMIS (metal / ferroelectric / metal / insulator) structure. Body / semiconductor) structure and the like have been proposed.

【0003】図12はMFMIS構造の強誘電体メモリ
の一例を示す模式的断面図である。図12の強誘電体メ
モリは、例えば特開平5−327062号公報に開示さ
れている。
FIG. 12 is a schematic sectional view showing an example of a ferroelectric memory having an MFMIS structure. The ferroelectric memory of FIG. 12 is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-327062.

【0004】図12において、n+ シリコン基板31の
表面に、所定間隔を隔ててp+ 層からなるソース領域3
4およびp+ 層からなるドレイン領域35が形成されて
いる。ソース領域34とドレイン領域35との間のシリ
コン基板31の領域がチャネル領域36となる。チャネ
ル領域36上にゲート絶縁膜32が形成され、ゲート絶
縁膜32上にゲート電極33が形成されている。
In FIG. 12, a source region 3 made of ap + layer is formed on a surface of an n + silicon substrate 31 at a predetermined interval.
4 and a drain region 35 composed of ap + layer is formed. A region of the silicon substrate 31 between the source region 34 and the drain region 35 becomes a channel region 36. A gate insulating film 32 is formed on the channel region 36, and a gate electrode 33 is formed on the gate insulating film 32.

【0005】シリコン基板31上およびゲート電極33
上には層間絶縁膜37が形成されている。ゲート電極3
3上の層間絶縁膜37には、コンタクト孔39が形成さ
れ、そのコンタクト孔39内に配線層40が形成されて
いる。
On silicon substrate 31 and gate electrode 33
An interlayer insulating film 37 is formed thereon. Gate electrode 3
A contact hole 39 is formed in the interlayer insulating film 37 on the third layer 3, and a wiring layer 40 is formed in the contact hole 39.

【0006】ソース領域34上およびドレイン領域35
上の層間絶縁膜37にはそれぞれコンタクト孔が設けら
れ、それらのコンタクト孔内にそれぞれ配線層45,4
6が形成されている。さらに、ゲート電極33に接続さ
れた配線層40上に下部電極42が形成されている。下
部電極42上に強誘電体膜43が形成され、強誘電体膜
43上に上部電極44が形成されている。また、ソース
領域34およびドレイン領域35に接続される配線層4
5,46上にそれぞれオーミック電極47,48が形成
されている。
On the source region 34 and the drain region 35
Contact holes are respectively provided in the upper interlayer insulating film 37, and the wiring layers 45 and 4 are respectively provided in the contact holes.
6 are formed. Further, a lower electrode 42 is formed on the wiring layer 40 connected to the gate electrode 33. A ferroelectric film 43 is formed on the lower electrode 42, and an upper electrode 44 is formed on the ferroelectric film 43. The wiring layer 4 connected to the source region 34 and the drain region 35
Ohmic electrodes 47 and 48 are formed on 5 and 46, respectively.

【0007】この強誘電体メモリにおいては、下部電極
42、強誘電体膜43および上部電極44が強誘電体キ
ャパシタを構成する。
In this ferroelectric memory, the lower electrode 42, the ferroelectric film 43 and the upper electrode 44 constitute a ferroelectric capacitor.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図12の強誘電体メモ
リにおいては、通常、下部電極42および上部電極44
はPt(白金)等の反応性の低い金属により形成され
る。このように、強誘電体膜43が反応性の低い金属か
らなる下部電極42上に形成され、かつゲート電極33
と下部電極42との間の配線層40の周囲に層間絶縁膜
37が設けられているので、強誘電体膜43とシリコン
基板31との間での構成原子の反応や相互拡散が十分に
防止されている。
In the ferroelectric memory shown in FIG. 12, a lower electrode 42 and an upper electrode 44 are usually used.
Is formed of a metal having low reactivity such as Pt (platinum). As described above, the ferroelectric film 43 is formed on the lower electrode 42 made of a low-reactivity metal and the gate electrode 33 is formed.
Since the interlayer insulating film 37 is provided around the wiring layer 40 between the ferroelectric film 43 and the lower electrode 42, the reaction and mutual diffusion of constituent atoms between the ferroelectric film 43 and the silicon substrate 31 are sufficiently prevented. Have been.

【0009】しかしながら、上記の従来の強誘電体メモ
リの製造においては、強誘電体キャパシタの形成の後工
程で熱処理を行うと、下部電極42および上部電極44
の材料であるPtに棒状結晶からなる粒界が形成され、
強誘電体膜43中の酸素がPt中を拡散しやすくなる。
それにより、強誘電体膜43と接する配線層40の界面
近傍に酸化層が形成され、配線層40の抵抗が増大す
る。
However, in the above-described conventional ferroelectric memory, if the heat treatment is performed in a step after the formation of the ferroelectric capacitor, the lower electrode 42 and the upper electrode 44 are not heated.
A grain boundary composed of rod-like crystals is formed on Pt, which is a material of
Oxygen in the ferroelectric film 43 is easily diffused in Pt.
Thereby, an oxide layer is formed near the interface of the wiring layer 40 in contact with the ferroelectric film 43, and the resistance of the wiring layer 40 increases.

【0010】また、後工程の絶縁膜の形成時に強誘電体
キャパシタが水素を含む雰囲気中に置かれた場合に、P
tの触媒作用により強誘電体膜43からの酸素の脱離が
促進される。それにより、上部電極44に接する強誘電
体膜43の界面近傍に劣化層が形成される。これらの結
果、強誘電体膜43の分極特性が劣化する。
In addition, when the ferroelectric capacitor is placed in an atmosphere containing hydrogen during the formation of the insulating film in a later step, P
The desorption of oxygen from the ferroelectric film 43 is promoted by the catalytic action of t. Thus, a deteriorated layer is formed near the interface of the ferroelectric film 43 in contact with the upper electrode 44. As a result, the polarization characteristics of the ferroelectric film 43 deteriorate.

【0011】また、下部電極42および上部電極44の
材料であるPtは、反応性が低く、難エッチング特性を
有するので、加工に時間がかかり、生産性が低い。さら
に、Ptは高価であるため、材料コストがおよび製造コ
ストが高くなる。
Further, Pt, which is a material of the lower electrode 42 and the upper electrode 44, has low reactivity and has difficult-to-etch characteristics, so that it takes a long time to process and the productivity is low. Further, Pt is expensive, resulting in high material costs and high manufacturing costs.

【0012】本発明の目的は、良好な分極特性を有し、
生産性の向上およびコストの低減化が可能な誘電体素子
を提供することである。
An object of the present invention is to have good polarization characteristics,
An object of the present invention is to provide a dielectric element capable of improving productivity and reducing cost.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段および発明の効果】Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

(1)第1の発明 第1の発明に係る誘電体素子は、互いに類似の結晶構造
を有する第1の電極層と誘電体膜との積層構造を有する
ものである。
(1) First invention A dielectric element according to a first invention has a laminated structure of a first electrode layer and a dielectric film having crystal structures similar to each other.

【0014】本発明に係る誘電体素子においては、第1
の電極層および誘電体膜が結晶構造の類似性を有する。
これにより、第1の電極層と誘電体膜との格子整合性が
良好となるので、第1の電極層上に形成される誘電体膜
の結晶性が良好となり、かつ第1の電極層と誘電体膜と
の界面安定性が向上する。したがって、良好な素子特性
を有する誘電体素子が実現される。
In the dielectric element according to the present invention, the first
The electrode layers and the dielectric films have similar crystal structures.
Thereby, the lattice matching between the first electrode layer and the dielectric film is improved, so that the crystallinity of the dielectric film formed on the first electrode layer is improved, and The interface stability with the dielectric film is improved. Therefore, a dielectric element having good element characteristics is realized.

【0015】(2)第2の発明 第2の発明に係る誘電体素子は、第1の発明に係る誘電
体素子の構成において、積層構造がさらに第1の電極層
および誘電体膜と類似の結晶構造を有する第2の電極層
を有することを特徴とする。
(2) Second Invention The dielectric element according to the second invention is the same as the dielectric element according to the first invention, except that the laminated structure is similar to the first electrode layer and the dielectric film. It has a second electrode layer having a crystal structure.

【0016】本発明に係る誘電体素子においては、第1
の電極層、誘電体膜および第2の電極層が結晶構造の類
似性を有する。これにより、第1の電極層と誘電体膜と
の格子整合性および誘電体膜と第2の電極層との格子整
合性が良好となるので、第1の電極層上に形成される誘
電体膜の結晶性が良好となり、かつ第1の電極層と誘電
体膜との界面安定性および誘電体膜と第2の電極層との
界面安定性が向上する。したがって、良好な素子特性を
有する誘電体素子が実現される。
In the dielectric element according to the present invention, the first
The electrode layer, the dielectric film, and the second electrode layer have similar crystal structures. Thereby, the lattice matching between the first electrode layer and the dielectric film and the lattice matching between the dielectric film and the second electrode layer are improved, so that the dielectric material formed on the first electrode layer is improved. The crystallinity of the film is improved, and the interface stability between the first electrode layer and the dielectric film and the interface stability between the dielectric film and the second electrode layer are improved. Therefore, a dielectric element having good element characteristics is realized.

【0017】(3)第3の発明 第3の発明に係る誘電体素子は、第1または第2の発明
に係る誘電体素子の構成において、電極層が導電性酸化
物からなることを特徴とする。
(3) Third invention A dielectric element according to a third invention is characterized in that, in the structure of the dielectric element according to the first or second invention, the electrode layer is made of a conductive oxide. I do.

【0018】この場合、電極層の触媒作用による誘電体
膜の構成元素(例えば酸素)の脱離の問題が生じない。
それにより、誘電体膜において良好な分極特性が得られ
る。したがって、さらに良好な素子特性を有する誘電体
素子が実現される。
In this case, the problem of desorption of constituent elements (for example, oxygen) of the dielectric film due to the catalytic action of the electrode layer does not occur.
Thereby, good polarization characteristics can be obtained in the dielectric film. Therefore, a dielectric device having better device characteristics is realized.

【0019】(4)第4の発明 第4の発明に係る誘電体素子は、第1〜第3のいずれか
の発明に係る誘電体素子の構成において、電極層および
誘電体膜の結晶構造がペロブスカイト型構造であること
を特徴とする。
(4) Fourth Invention A dielectric element according to a fourth aspect of the present invention is the dielectric element according to any one of the first to third aspects, wherein the crystal structure of the electrode layer and the dielectric film is different. It has a perovskite structure.

【0020】この場合、電極層および誘電体膜が共にペ
ロブスカイト型構造を有し、結晶構造の類似性を有す
る。これにより、電極層と誘電体膜との格子整合性が良
好となるので、電極層上に形成される誘電体膜の結晶性
が良好となり、かつ電極層と誘電体膜との界面安定性が
向上する。
In this case, both the electrode layer and the dielectric film have a perovskite structure, and have similar crystal structures. As a result, the lattice matching between the electrode layer and the dielectric film is improved, so that the crystallinity of the dielectric film formed on the electrode layer is improved, and the interface stability between the electrode layer and the dielectric film is improved. improves.

【0021】また、ペロブスカイト型構造を有する電極
層は加工が容易であり、ペロブスカイト型構造を有する
誘電体膜と同一の製造装置内で連続的なプロセスにより
形成することも可能である。また、ペロブスカイト型構
造を有する電極層は、白金族の金属に比べて安価に形成
することができる。
Further, the electrode layer having the perovskite structure is easy to process, and can be formed by a continuous process in the same manufacturing apparatus as the dielectric film having the perovskite structure. Further, the electrode layer having a perovskite structure can be formed at lower cost than a platinum group metal.

【0022】したがって、良好な素子特性を有し、生産
性の向上およびコストの低減化が可能な誘電体素子が実
現される。
Therefore, a dielectric device having good device characteristics and capable of improving productivity and reducing costs is realized.

【0023】(5)第5の発明 第5の発明に係る誘電体素子は、半導体基板または半導
体層に所定間隔を隔てて形成された第1および第2の不
純物領域と、第1および第2の不純物領域間の領域上に
形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成され
たゲート電極と、ゲート電極およびゲート絶縁膜を覆う
ように半導体基板または半導体層上に形成され、コンタ
クト孔を有する層間絶縁膜と、層間絶縁膜のコンタクト
孔内に形成され、ゲート電極に電気的に接続される下部
電極層と、下部電極層の上面に接触するように層間絶縁
膜上に形成された誘電体膜と、誘電体膜上に形成された
上部電極層とを備え、下部電極層および上部電極層はペ
ロブスカイト型構造を有する導電性酸化物からなり、誘
電体膜はペロブスカイト型構造を有する誘電体からなる
ものである。
(5) Fifth Invention A dielectric element according to a fifth invention is characterized in that first and second impurity regions formed on a semiconductor substrate or a semiconductor layer at predetermined intervals, and the first and second impurity regions are formed. A gate insulating film formed on the region between the impurity regions, a gate electrode formed on the gate insulating film, and a contact hole formed on the semiconductor substrate or the semiconductor layer so as to cover the gate electrode and the gate insulating film. A lower electrode layer formed in a contact hole of the interlayer insulating film and electrically connected to the gate electrode, and formed on the interlayer insulating film so as to contact an upper surface of the lower electrode layer. A dielectric film, and an upper electrode layer formed on the dielectric film, wherein the lower electrode layer and the upper electrode layer are made of a conductive oxide having a perovskite structure, and the dielectric film is formed of a conductive oxide having a perovskite structure. It is made of an electric body.

【0024】本発明に係る誘電体素子においては、下部
電極層および上部電極層ならびに誘電体膜がペロブスカ
イト型構造を有し、結晶構造の類似性を有する。これに
より、下部電極層と誘電体膜との格子整合性および誘電
体膜と上部電極層との格子整合性が良好となるので、下
部電極層上に形成される誘電体膜の結晶性が良好とな
り、かつ下部電極層と誘電体膜との界面安定性および誘
電体膜と上部電極層との界面安定性が向上する。また、
下部電極層および上部電極層の触媒作用による誘電体膜
の構成元素(例えば酸素)の脱離の問題も生じない。し
たがって、誘電体膜において良好な分極特性が得られ
る。
In the dielectric element according to the present invention, the lower electrode layer, the upper electrode layer, and the dielectric film have a perovskite structure, and have similar crystal structures. Thereby, the lattice matching between the lower electrode layer and the dielectric film and the lattice matching between the dielectric film and the upper electrode layer are improved, so that the crystallinity of the dielectric film formed on the lower electrode layer is improved. And the interface stability between the lower electrode layer and the dielectric film and the interface stability between the dielectric film and the upper electrode layer are improved. Also,
There is no problem of desorption of constituent elements (for example, oxygen) of the dielectric film due to the catalytic action of the lower electrode layer and the upper electrode layer. Therefore, good polarization characteristics can be obtained in the dielectric film.

【0025】また、ペロブスカイト型構造を有する導電
性酸化物は加工が容易であり、ペロブスカイト型構造を
有する誘電体膜と同一の製造装置内で連続的なプロセス
により形成することも可能である。さらに、ペロブスカ
イト型構造を有する導電性酸化物は、白金族の金属に比
べて安価に形成することができる。
The conductive oxide having a perovskite structure can be easily processed, and can be formed by a continuous process in the same manufacturing apparatus as the dielectric film having a perovskite structure. Further, a conductive oxide having a perovskite structure can be formed at lower cost than a platinum group metal.

【0026】特に、誘電体膜の下面に接触する下部電極
層が層間絶縁膜のコンタクト孔内に設けられているの
で、上部電極層および誘電体膜をパターニングする際に
下部電極層の材料が誘電体膜の側壁へ付着または堆積し
ない。また、たとえ上部電極層の材料が誘電体膜の側壁
へ付着または堆積した場合でも、下部電極層が層間絶縁
膜のコンタクト孔内に設けられているので、上部電極層
と下部電極層との間で電流のリークが生じることがな
い。したがって、誘電体膜の側壁への導電性材料の付着
または堆積による信頼性および歩留りの低下が防止され
る。
In particular, since the lower electrode layer in contact with the lower surface of the dielectric film is provided in the contact hole of the interlayer insulating film, when the upper electrode layer and the dielectric film are patterned, the material of the lower electrode layer is dielectric. Does not adhere or accumulate on sidewalls of body membrane. Even if the material of the upper electrode layer adheres to or deposits on the side wall of the dielectric film, the lower electrode layer is provided in the contact hole of the interlayer insulating film, so that a gap between the upper electrode layer and the lower electrode layer is formed. Current does not leak. Therefore, a decrease in reliability and yield due to adhesion or deposition of the conductive material on the side wall of the dielectric film is prevented.

【0027】したがって、良好な素子特性を有し、生産
性の向上およびコストの低減化が可能な誘電体メモリが
実現される。
Therefore, a dielectric memory having good element characteristics and capable of improving productivity and reducing costs is realized.

【0028】(6)第6の発明 第6の発明に係る誘電体素子は、第5の発明に係る誘電
体素子の構成において、コンタクト孔内の下部電極層下
に形成され、下部電極層をゲート電極に電気的に接続す
る接続層をさらに備えたものである。
(6) Sixth Invention A dielectric element according to a sixth aspect of the present invention is the dielectric element according to the fifth aspect, wherein the dielectric element is formed below the lower electrode layer in the contact hole. The semiconductor device further includes a connection layer electrically connected to the gate electrode.

【0029】この場合、層間絶縁膜のコンタクト孔内に
接続層および下部電極層が設けられ、接続層によりコン
タクト孔内の下部電極層がゲート電極に電気的に接続さ
れる。
In this case, a connection layer and a lower electrode layer are provided in the contact hole of the interlayer insulating film, and the lower electrode layer in the contact hole is electrically connected to the gate electrode by the connection layer.

【0030】(7)第7の発明 第7の発明に係る誘電体素子は、第1〜第6のいずれか
の発明に係る誘電体素子の構成において、電極層が層状
導電性酸化物からなり、誘電体膜が層状誘電体からなる
ことを特徴とする。
(7) Seventh invention A dielectric element according to a seventh invention is the dielectric element according to any one of the first to sixth inventions, wherein the electrode layer is made of a layered conductive oxide. And the dielectric film is made of a layered dielectric.

【0031】この場合、電極層および誘電体膜が共に層
状構造を有するので、電極層と誘電体膜との格子整合性
がさらに良好となる。それにより、電極層上に形成され
る誘電体膜の結晶性がさらに良好となり、かつ電極層と
誘電体膜との界面安定性がさらに向上する。したがっ
て、誘電体膜においてさらに良好な分極特性が得られ
る。
In this case, since both the electrode layer and the dielectric film have a layered structure, the lattice matching between the electrode layer and the dielectric film is further improved. Thereby, the crystallinity of the dielectric film formed on the electrode layer is further improved, and the interface stability between the electrode layer and the dielectric film is further improved. Therefore, better polarization characteristics can be obtained in the dielectric film.

【0032】(8)第8の発明 第8の発明に係る誘電体素子は、第1〜第7のいずれか
の発明に係る誘電体素子の構成において、電極層がビス
マス系層状導電性酸化物からなり、誘電体膜がビスマス
を含む層状誘電体からなることを特徴とする。
(8) Eighth Invention The dielectric element according to the eighth invention is the dielectric element according to any one of the first to seventh inventions, wherein the electrode layer is a bismuth-based layered conductive oxide. Wherein the dielectric film is made of a layered dielectric containing bismuth.

【0033】この場合、電極層および誘電体膜が共に層
状構造を有し、かつビスマスを含むので、電極層および
誘電体膜が結晶構造の類似性および構成元素の類似性を
有する。そのため、電極層と誘電体膜との格子整合性が
さらに良好となるとともに、電極層と誘電体膜との間で
構成元素の相互拡散による劣化層の形成が起こらない。
それにより、電極層上に形成される誘電体膜の結晶性が
さらに良好となり、かつ電極層と誘電体膜との界面安定
性がさらに向上する。したがって、誘電体膜においてさ
らに良好な分極特性が得られる。
In this case, since both the electrode layer and the dielectric film have a layered structure and contain bismuth, the electrode layer and the dielectric film have similar crystal structures and similar constituent elements. Therefore, the lattice matching between the electrode layer and the dielectric film is further improved, and a deterioration layer is not formed between the electrode layer and the dielectric film due to mutual diffusion of constituent elements.
Thereby, the crystallinity of the dielectric film formed on the electrode layer is further improved, and the interface stability between the electrode layer and the dielectric film is further improved. Therefore, better polarization characteristics can be obtained in the dielectric film.

【0034】(9)第9の発明 第9の発明に係る誘電体素子は、第1〜第8のいずれか
の発明に係る誘電体素子の構成において、誘電体膜が強
誘電体からなることを特徴とする。この場合、良好な素
子特性を有し、生産性の向上およびコストの低減化が可
能な強誘電体素子が実現される。
(9) Ninth Invention A dielectric element according to a ninth invention is the dielectric element according to any one of the first to eighth inventions, wherein the dielectric film is made of a ferroelectric material. It is characterized by. In this case, a ferroelectric element having good element characteristics and capable of improving productivity and reducing cost is realized.

【0035】(10)第10の発明 第10の発明に係る誘電体素子は、第1〜第9のいずれ
かの発明に係る誘電体素子の構成において、電極層がビ
スマス、ストロンチウム、銅および酸素を含む層状導電
性酸化物からなり、誘電体膜がストロンチウム、ビスマ
ス、タンタルおよび酸素を含む層状強誘電体からなるこ
とを特徴とする。
(10) Tenth invention A dielectric element according to a tenth aspect of the present invention is the dielectric element according to any one of the first to ninth aspects, wherein the electrode layer is made of bismuth, strontium, copper and oxygen. , And the dielectric film is made of a layered ferroelectric containing strontium, bismuth, tantalum, and oxygen.

【0036】この場合、電極層および誘電体膜が共に層
状構造を有し、かつビスマス、ストロンチウムおよび酸
素を含むので、電極層および誘電体膜が結晶構造の類似
性および構成元素の類似性を有する。そのため、電極層
と誘電体膜との格子整合性がさらに良好となるととも
に、電極層と誘電体膜との間で構成元素の相互拡散によ
る劣化層の形成が行われない。それにより、電極層上に
形成される誘電体膜の結晶性がさらに良好となり、かつ
電極層と誘電体膜との界面安定性がさらに向上する。し
たがって、さらに良好な素子特性を有し、生産性の向上
およびコストの低減化が可能な強誘電体素子が実現され
る。
In this case, since both the electrode layer and the dielectric film have a layered structure and contain bismuth, strontium and oxygen, the electrode layer and the dielectric film have similar crystal structures and similar constituent elements. . Therefore, the lattice matching between the electrode layer and the dielectric film is further improved, and a deteriorated layer is not formed between the electrode layer and the dielectric film due to mutual diffusion of constituent elements. Thereby, the crystallinity of the dielectric film formed on the electrode layer is further improved, and the interface stability between the electrode layer and the dielectric film is further improved. Therefore, a ferroelectric element having better element characteristics and capable of improving productivity and reducing cost is realized.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(1)第1の実施例 図1は本発明の第1の実施例における強誘電体メモリの
構造を示す模式的断面図である。
(1) First Embodiment FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a ferroelectric memory according to a first embodiment of the present invention.

【0038】図1において、p型単結晶シリコン基板1
の表面に所定間隔を隔ててn+ 層からなるソース領域4
およびn+ 層からなるドレイン領域5が形成されてい
る。ソース領域4およびドレイン領域5との間のシリコ
ン基板1の領域がチャネル領域6となる。
In FIG. 1, a p-type single crystal silicon substrate 1
Source region 4 composed of an n + layer at a predetermined interval on the surface of
And a drain region 5 composed of an n + layer. A region of the silicon substrate 1 between the source region 4 and the drain region 5 becomes a channel region 6.

【0039】チャネル領域6上にSiO2 からなるゲー
ト絶縁膜2が形成されている。ゲート絶縁膜2上には、
ポリシリコンからなるゲート電極3が形成されている。
ゲート電極3およびゲート絶縁膜2を覆うように、シリ
コン基板1上に層間絶縁膜7が形成されている。層間絶
縁膜7上には、TiO2 (酸化チタン)、CeO2 (酸
化セリウム)等からなるバッファ層8が形成されてい
る。
The gate insulating film 2 made of SiO 2 on the channel region 6 is formed. On the gate insulating film 2,
A gate electrode 3 made of polysilicon is formed.
Interlayer insulating film 7 is formed on silicon substrate 1 so as to cover gate electrode 3 and gate insulating film 2. On the interlayer insulating film 7, a buffer layer 8 made of TiO 2 (titanium oxide), CeO 2 (cerium oxide) or the like is formed.

【0040】ゲート電極3上の層間絶縁膜7およびバッ
ファ層8にはコンタクト孔9が形成されている。コンタ
クト孔9内には、ポリシリコン、W(タングステン)等
の導電性材料からなる接続層(プラグ)10が所定の深
さまで形成されている。
A contact hole 9 is formed in the interlayer insulating film 7 and the buffer layer 8 on the gate electrode 3. In the contact hole 9, a connection layer (plug) 10 made of a conductive material such as polysilicon or W (tungsten) is formed to a predetermined depth.

【0041】コンタクト孔9内の接続層10上には、T
iN、TaSiN等の導電性材料からなる拡散バリア層
11が形成され、拡散バリア層11上にPt層12aが
形成されている。
On the connection layer 10 in the contact hole 9, T
A diffusion barrier layer 11 made of a conductive material such as iN or TaSiN is formed, and a Pt layer 12a is formed on the diffusion barrier layer 11.

【0042】コンタクト孔9内のPt層12a上には、
Bi(ビスマス)系導電性酸化物であるBi2 Sr2
uO6 (BSCO)からなる下部電極12が形成されて
いる。下部電極12の上面に接触するようにバッファ層
8上に、ペロブスカイト型結晶構造を有する層状強誘電
体であるSrBi2 Ta2 9 (SBT)からなる強誘
電体膜13が形成されている。強誘電体膜13上には、
Bi系導電性酸化物であるBi2 Sr2 CuO6 からな
る上部電極14が形成されている。
On the Pt layer 12a in the contact hole 9,
Bi 2 Sr 2 C, a Bi (bismuth) -based conductive oxide
A lower electrode 12 made of uO 6 (BSCO) is formed. A ferroelectric film 13 made of SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT), which is a layered ferroelectric having a perovskite crystal structure, is formed on the buffer layer 8 so as to be in contact with the upper surface of the lower electrode 12. On the ferroelectric film 13,
An upper electrode 14 made of Bi 2 Sr 2 CuO 6 which is a Bi-based conductive oxide is formed.

【0043】ソース領域4、ドレイン領域5上のバッフ
ァ層8および層間絶縁膜7にはそれぞれコンタクト孔が
形成され、それらのコンタクト孔内にポリシリコン等の
導電性材料からなるソース電極15およびドレイン電極
16がそれぞれ形成されている。ソース電極15および
ドレイン電極16上にはそれぞれ配線層17,18が形
成されている。
Contact holes are formed in the buffer layer 8 and the interlayer insulating film 7 on the source region 4 and the drain region 5, respectively. The source electrode 15 and the drain electrode made of a conductive material such as polysilicon are formed in the contact holes. 16 are formed respectively. Wiring layers 17 and 18 are formed on the source electrode 15 and the drain electrode 16, respectively.

【0044】図1の強誘電体メモリでは、下部電極1
2、強誘電体膜13および上部電極14が強誘電体キャ
パシタを構成する。
In the ferroelectric memory shown in FIG.
2. The ferroelectric film 13 and the upper electrode 14 constitute a ferroelectric capacitor.

【0045】本実施例では、下部電極12が下部電極層
または第1の導電層に相当し、上部電極14が上部電極
層または第2の導電層に相当する。
In this embodiment, the lower electrode 12 corresponds to a lower electrode layer or a first conductive layer, and the upper electrode 14 corresponds to an upper electrode layer or a second conductive layer.

【0046】図2は図1の強誘電体メモリの下部電極1
2および上部電極14の材料であるBi2 Sr2 CuO
6 の結晶構造を示す模式図である。また、図3は図1の
強誘電体メモリの強誘電体膜13の材料であるSrBi
2 Ta2 9 の結晶構造を示す模式図である。
FIG. 2 shows the lower electrode 1 of the ferroelectric memory shown in FIG.
2 and Bi 2 Sr 2 CuO as a material of the upper electrode 14
FIG. 6 is a schematic view showing a crystal structure of No. 6 . FIG. 3 shows SrBi which is a material of the ferroelectric film 13 of the ferroelectric memory of FIG.
It is a schematic view showing the crystal structure of 2 Ta 2 O 9.

【0047】図2に示すように、Bi2 Sr2 CuO6
はペロブスカイト型結晶構造を有する層状の導電性酸化
物である。このBi2 Sr2 CuO6 は、600℃程度
で形成可能であり、低温で超伝導性を示し、室温での比
抵抗は10-4Ωcm程度である。一方、図3に示すよう
に、SrBi2 Ta2 9 はペロブスカイト型結晶構造
を有する層状強誘電体である。Bi2 Sr2 CuO6
よびSrBi2 Ta29 の面内格子定数は共に0.3
9nmである。このように、図2のBi2 Sr 2 CuO
6 および図3のSrBi2 Ta2 9 は結晶構造の類似
性を有する。
As shown in FIG.TwoSrTwoCuO6
Is a layered conductive oxide having a perovskite crystal structure
Things. This BiTwoSrTwoCuO6Is about 600 ° C
It can be formed at low temperature, shows superconductivity at low temperature, and
Resistance is 10-FourIt is about Ωcm. On the other hand, as shown in FIG.
And SrBiTwoTaTwoO9Is a perovskite crystal structure
Is a layered ferroelectric material having BiTwoSrTwoCuO6You
And SrBiTwoTaTwoO9The in-plane lattice constants of both are 0.3
9 nm. Thus, Bi of FIG.TwoSr TwoCuO
6And SrBi of FIG.TwoTaTwoO9Is similar in crystal structure
Has the property.

【0048】したがって、下部電極12と強誘電体膜1
3との格子整合性および強誘電体膜13と上部電極14
との格子整合性が良好となる。また、下部電極12上に
形成される強誘電体膜13の結晶性が良好となる。
Therefore, the lower electrode 12 and the ferroelectric film 1
3 and the ferroelectric film 13 and the upper electrode 14
And the lattice matching with is improved. Further, the crystallinity of the ferroelectric film 13 formed on the lower electrode 12 is improved.

【0049】また、図2に示すように、Bi2 Sr2
uO6 の構成元素はSr、Bi、CuおよびOである。
一方、図3に示すように、SrBi2 Ta2 9 の構成
元素はSr、Bi、TaおよびOである。このように、
図2のBi2 Sr2 CuO6および図3のSrBi2
2 9 は構成元素の類似性を有する。
As shown in FIG. 2, Bi 2 Sr 2 C
The constituent elements of uO 6 are Sr, Bi, Cu and O.
On the other hand, as shown in FIG. 3, the constituent elements of SrBi 2 Ta 2 O 9 are Sr, Bi, Ta and O. in this way,
Bi 2 Sr 2 CuO 6 of FIG. 2 and SrBi 2 T of FIG.
a 2 O 9 has similarity of constituent elements.

【0050】したがって、下部電極12と強誘電体膜1
3との界面近傍および強誘電体膜13と上部電極14と
の界面近傍での構成元素の相互拡散による影響が小さ
い。すなわち、下部電極12および上部電極14中のC
uと強誘電体膜13中のTaとが相互拡散した場合、下
部電極12および上部電極14中の界面近傍に部分的に
強誘電体膜13の材料であるSrBi2 Ta2 9 が形
成され、強誘電体膜13中の界面近傍に部分的に下部電
極12および上部電極14の材料であるBi2 Sr2
uO6 が形成される。この場合、下部電極12と強誘電
体膜13との界面および強誘電体膜13と上部電極14
との界面が僅かに乱れるだけであり、これらの界面に劣
化層が形成されない。
Therefore, the lower electrode 12 and the ferroelectric film 1
3 and near the interface between the ferroelectric film 13 and the upper electrode 14 are less affected by mutual diffusion of constituent elements. That is, C in the lower electrode 12 and the upper electrode 14
When u and Ta in the ferroelectric film 13 interdiffuse, SrBi 2 Ta 2 O 9, which is the material of the ferroelectric film 13, is partially formed near the interface between the lower electrode 12 and the upper electrode 14. In the vicinity of the interface in the ferroelectric film 13, Bi 2 Sr 2 C which is a material of the lower electrode 12 and the upper electrode 14 is partially formed.
uO 6 is formed. In this case, the interface between the lower electrode 12 and the ferroelectric film 13 and the ferroelectric film 13 and the upper electrode 14
Interface is slightly disturbed, and no deteriorated layer is formed at these interfaces.

【0051】さらに、下部電極12、強誘電体膜13お
よび上部電極14からなる強誘電体キャパシタが全酸化
物型積層構造を有するので、界面安定性が良好となり、
Ptの触媒作用による酸素の脱離の問題が回避される。
また、強誘電体膜13に酸素欠損等の劣化が起こって
も、酸素を補充するための熱処理を行うことにより下部
電極12、強誘電体膜13および上部電極14の特性を
回復させることができる。これらの結果、優れた分極疲
労特性を有する強誘電体キャパシタが形成される。
Further, since the ferroelectric capacitor composed of the lower electrode 12, the ferroelectric film 13 and the upper electrode 14 has an all-oxide type laminated structure, the interface stability is improved.
The problem of oxygen desorption due to the catalytic action of Pt is avoided.
Further, even if the ferroelectric film 13 deteriorates such as oxygen deficiency, the properties of the lower electrode 12, the ferroelectric film 13 and the upper electrode 14 can be recovered by performing a heat treatment for supplementing oxygen. . As a result, a ferroelectric capacitor having excellent polarization fatigue characteristics is formed.

【0052】また、下部電極12、強誘電体膜13およ
び上部電極14を同一の製造装置内で連続的なプロセス
により形成することが可能となるので、生産性が向上す
る。また、例えば、下部電極12および上部電極14を
Bi2 Sr2 CuO6 からなる6インチのスパッタター
ゲットを用いて形成する場合、Ptからなる6インチの
スパッタターゲットを用いて形成する場合に比べて、材
料コストが10分の1になる。その結果、強誘電体メモ
リのコストが低減される。
Further, since the lower electrode 12, the ferroelectric film 13 and the upper electrode 14 can be formed by a continuous process in the same manufacturing apparatus, the productivity is improved. Further, for example, when the lower electrode 12 and the upper electrode 14 are formed using a 6-inch sputter target made of Bi 2 Sr 2 CuO 6 , compared with the case where they are formed using a 6-inch sputter target made of Pt, Material costs are reduced by a factor of ten. As a result, the cost of the ferroelectric memory is reduced.

【0053】さらに、下部電極12および上部電極14
の材料であるBi2 Sr2 CuO6は反応性が高いの
で、加工性が良好であり、化学エッチングにより容易に
エッチングすることも可能となる。また、エッチング反
応系へのCl2 やHBrを導入することにより反応性を
応用したエッチングも可能となる。その結果、エッチン
グ速度を増大させることができる。さらに、下部電極1
2、強誘電体膜13および上部電極14を同時にエッチ
ングすることも可能となる。これらの結果、生産性が向
上する。
Further, the lower electrode 12 and the upper electrode 14
Bi 2 Sr 2 CuO 6, which is a material having high reactivity, has good workability and can be easily etched by chemical etching. Further, by introducing Cl 2 or HBr into the etching reaction system, it is possible to perform etching utilizing reactivity. As a result, the etching rate can be increased. Further, the lower electrode 1
2. The ferroelectric film 13 and the upper electrode 14 can be simultaneously etched. As a result, productivity is improved.

【0054】図4〜図8は図1の強誘電体メモリの製造
方法を示す工程断面図である。まず、図4(a)に示す
ように、p型シリコン基板1上に、熱酸化法により膜厚
100ÅのSiO2 からなるゲート絶縁膜2を形成し、
ゲート絶縁膜2上にCVD法(化学的気相成長法)によ
り膜厚2000Åのポリシリコンからなるゲート電極3
を形成する。
4 to 8 are process sectional views showing a method for manufacturing the ferroelectric memory of FIG. First, as shown in FIG. 4A, a gate insulating film 2 made of SiO 2 having a thickness of 100 ° is formed on a p-type silicon substrate 1 by a thermal oxidation method.
A gate electrode 3 made of polysilicon having a thickness of 2000 .ANG. On the gate insulating film 2 by CVD (chemical vapor deposition).
To form

【0055】次に、図4(b)に示すように、反応性イ
オンエッチングまたはイオンミリング等のドライプロセ
スを用いてシリコン基板1上のゲート形成領域を除く部
分のゲート電極3およびゲート絶縁膜2を除去し、ゲー
ト部を形成する。そして、ゲート電極3をイオン注入用
マスクとして用い、シリコン基板1の表面にn型不純物
(n型ドーパント)をイオン注入し、熱処理を行う。そ
れにより、シリコン基板1上のゲート絶縁膜2およびゲ
ート電極3に対し自己整合的にn型不純物層(n+ 層)
からなるソース領域4およびドレイン領域5がそれぞれ
形成される。ソース領域4およびドレイン領域5との間
のシリコン基板1の領域はチャネル領域6となる。
Next, as shown in FIG. 4B, the gate electrode 3 and the gate insulating film 2 except for the gate forming region on the silicon substrate 1 are formed by using a dry process such as reactive ion etching or ion milling. Is removed to form a gate portion. Then, using the gate electrode 3 as a mask for ion implantation, an n-type impurity (n-type dopant) is ion-implanted into the surface of the silicon substrate 1 and heat treatment is performed. Thereby, n-type impurity layer (n + layer) is self-aligned with gate insulating film 2 and gate electrode 3 on silicon substrate 1.
A source region 4 and a drain region 5 are formed. The region of the silicon substrate 1 between the source region 4 and the drain region 5 becomes a channel region 6.

【0056】その後、図4(c)に示すように、ゲート
電極3およびゲート絶縁膜2を覆うようにシリコン基板
1上に、CVD法等により膜厚6000Å程度のSiO
2 等からなる層間絶縁膜7を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 4C, a SiO 2 film having a thickness of about 6000 ° is formed on the silicon substrate 1 so as to cover the gate electrode 3 and the gate insulating film 2 by a CVD method or the like.
An interlayer insulating film 7 made of 2 or the like is formed.

【0057】次いで、図5(d)に示すように、層間絶
縁膜7上に、TiO2 、CeO2 等からなる膜厚500
Åのバッファ層8を形成する。その後、図5(e)に示
すように、ゲート電極3上のバッファ層8および層間絶
縁膜7に、リソグラフィ技術によりコンタクト孔9を設
ける。
Next, as shown in FIG. 5D, a film 500 of TiO 2 , CeO 2 or the like is formed on the interlayer insulating film 7.
The buffer layer 8 of Å is formed. Thereafter, as shown in FIG. 5E, a contact hole 9 is provided in the buffer layer 8 and the interlayer insulating film 7 on the gate electrode 3 by a lithography technique.

【0058】そして、図5(f)に示すように、コンタ
クト孔9内にポリシリコン、W等の導電性材料からなる
接続層10を形成する。この場合、コンタクト孔9の上
端から接続層10の上面までの距離が1500Åとなる
ように接続層10の厚みを設定する。接続層10の形成
方法としては、コンタクト孔9の内部およびバッファ層
8の全面に導電層を形成した後、全面をエッチングする
ことによりバッファ層8上の導電層を除去する。
Then, as shown in FIG. 5F, a connection layer 10 made of a conductive material such as polysilicon or W is formed in the contact hole 9. In this case, the thickness of connection layer 10 is set such that the distance from the upper end of contact hole 9 to the upper surface of connection layer 10 is 1500 °. As a method for forming the connection layer 10, a conductive layer is formed inside the contact hole 9 and the entire surface of the buffer layer 8, and then the conductive layer on the buffer layer 8 is removed by etching the entire surface.

【0059】次に、図6(g)に示すように、コンタク
ト孔9の内部およびバッファ層8の全面に、接続層10
の酸化防止およびゲート部への不純物の拡散防止のため
にスパッタ法等によりTiN、TaSiN等の導電性材
料からなる拡散バリア層11を形成する。
Next, as shown in FIG. 6G, the connection layer 10 is formed inside the contact hole 9 and over the entire surface of the buffer layer 8.
A diffusion barrier layer 11 made of a conductive material such as TiN or TaSiN is formed by a sputtering method or the like in order to prevent oxidation of the semiconductor and diffusion of impurities into the gate portion.

【0060】そして、図6(h)に示すように、拡散バ
リア層11の全面をエッチングすることにより、バッフ
ァ層8上の拡散バリア層11を除去するとともに、コン
タクト孔9内の拡散バリア層11の上面がバッファ層8
の上面よりも低くなるまでバッファ層11をエッチバッ
クする。この場合、エッチングガスとしてBCl3 およ
びCl2 の混合ガスを用い、エッチング条件としては、
高周波出力を250Wとし、圧力を2×10-2Torr
とする。なお、上記の混合ガスにAr、N2 等の他のガ
スを混合してもよい。このようにして、コンタクト孔9
内の接続層10上に膜厚300Åの拡散バリア層11を
形成する。
As shown in FIG. 6H, the diffusion barrier layer 11 on the buffer layer 8 is removed by etching the entire surface of the diffusion barrier layer 11, and the diffusion barrier layer 11 in the contact hole 9 is removed. The upper surface of the buffer layer 8
The buffer layer 11 is etched back until the buffer layer 11 becomes lower than the upper surface. In this case, a mixed gas of BCl 3 and Cl 2 is used as an etching gas, and the etching conditions are as follows.
High frequency output is 250W and pressure is 2 × 10 -2 Torr
And Note that another gas such as Ar or N 2 may be mixed with the above mixed gas. Thus, the contact hole 9
A diffusion barrier layer 11 having a thickness of 300 ° is formed on the connection layer 10 in the inside.

【0061】次に、図6(i)に示すように、バッファ
層8上およびコンタクト孔9内の拡散バリア層11上
に、上部に形成されるBi2 Sr2 CuO6 の結晶性の
向上のためにPt膜12aを形成する。
Next, as shown in FIG. 6 (i), the crystallinity of Bi 2 Sr 2 CuO 6 formed on the buffer layer 8 and the diffusion barrier layer 11 in the contact hole 9 is improved. For this purpose, a Pt film 12a is formed.

【0062】その後、図7(j)に示すように、Pt層
12aの全面をエッチングすることにより、バッファ層
8上のPt層12aを除去するとともに、コンタクト孔
9内のPt層12aの上面がバッファ層8の上面よりも
低くなるまでPt層12aをエッチバックする。この場
合、エッチングガスとして、Arを用い、エッチング条
件としては、高周波出力を300Wとし、圧力を3×1
-3Torrとする。エッチングがスとしてCl2 、H
Br、BCl3 等の他のガスを用いてもよく、これらの
混合ガスを用いてもよい。このようにして、コンタクト
孔9内の拡散バリア層11上に膜厚200ÅのPt層1
2aを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 7 (j), the Pt layer 12a on the buffer layer 8 is removed by etching the entire surface of the Pt layer 12a, and the upper surface of the Pt layer 12a in the contact hole 9 is removed. The Pt layer 12a is etched back until it becomes lower than the upper surface of the buffer layer 8. In this case, Ar was used as an etching gas, the high frequency output was set to 300 W, and the pressure was set to 3 × 1.
0 -3 Torr. The etching is Cl 2 , H
Other gases such as Br and BCl 3 may be used, or a mixed gas thereof may be used. Thus, the Pt layer 1 having a thickness of 200 ° is formed on the diffusion barrier layer 11 in the contact hole 9.
2a is formed.

【0063】次いで、図7(k)に示すように、バッフ
ァ層8上およびコンタクト孔9内のPt層12a上に、
スパッタリング法等によりBi2 Sr2 CuO6 からな
る下部電極12を形成する。
Next, as shown in FIG. 7K, on the buffer layer 8 and the Pt layer 12a in the contact hole 9,
The lower electrode 12 made of Bi 2 Sr 2 CuO 6 is formed by a sputtering method or the like.

【0064】その後、図7(l)に示すように、下部電
極12をエッチバックまたはCMP法(化学的機械的研
磨法)等により平坦化することにより下部電極12をコ
ンタクト孔9内にのみ残し、コンタクト孔9内に膜厚1
000Åの下部電極12を形成する。この場合、エッチ
ングガスとしてAr、HBr等を用い、エッチング条件
としては、高周波出力を200〜400Wとし、圧力を
1×10-3Torr程度とする。
Thereafter, as shown in FIG. 7 (l), the lower electrode 12 is flattened by etch back or CMP (chemical mechanical polishing) to leave the lower electrode 12 only in the contact hole 9. Film thickness 1 in the contact hole 9
A lower electrode 12 of 000 ° is formed. In this case, Ar, HBr, or the like is used as an etching gas, and the etching conditions are a high frequency output of 200 to 400 W and a pressure of about 1 × 10 −3 Torr.

【0065】なお、図6(h)および図7(j)の工程
でそれぞれ拡散バリア層11およびPt層12aをエッ
チバックする代わりに、拡散バリア層11、Pt層12
aおよび下部電極12を連続して形成した後、下部電極
12、Pt層12aおよび拡散バリア層11を同時にエ
ッチバックまたはCMP法による平坦化を行ってもよ
い。
Note that, instead of etching back the diffusion barrier layer 11 and the Pt layer 12a in the steps of FIGS. 6H and 7J, respectively, the diffusion barrier layer 11 and the Pt layer 12 are not etched back.
After the formation of the lower electrode 12 and the lower electrode 12, the lower electrode 12, the Pt layer 12a, and the diffusion barrier layer 11 may be simultaneously etched back or planarized by the CMP method.

【0066】次に、図8(m)に示すように、下部電極
12およびバッファ層8上に、スパッタリング法等によ
りSrBi2 Ta2 9 からなる膜厚2000Åの強誘
電体膜13を形成する。さらに、図8(n)に示すよう
に、強誘電体膜13上に、スパッタリング法等により膜
厚1500ÅのBi2 Sr2 CuO6 からなる上部電極
14を形成する。
Next, as shown in FIG. 8 (m), a ferroelectric film 13 of SrBi 2 Ta 2 O 9 having a thickness of 2000 ° is formed on the lower electrode 12 and the buffer layer 8 by a sputtering method or the like. . Further, as shown in FIG. 8 (n), an upper electrode 14 made of Bi 2 Sr 2 CuO 6 having a thickness of 1500 ° is formed on the ferroelectric film 13 by a sputtering method or the like.

【0067】その後、図8(o)に示すように、上部電
極14および強誘電体膜13をエッチングによりパター
ニングする。この場合、エッチングガスとしてAr、H
Br等を用い、エッチング条件としては、高周波出力2
00〜400Wとし、圧力を1×10-3Torr程度と
する。
Thereafter, as shown in FIG. 8 (o), the upper electrode 14 and the ferroelectric film 13 are patterned by etching. In this case, Ar, H is used as an etching gas.
Using Br or the like, the etching conditions are high-frequency output 2
The pressure is set to about 1 × 10 −3 Torr.

【0068】エッチング時に、バッファ層8がすべてエ
ッチングされてもよい。強誘電体膜13は下部電極12
の上面に接触していればよく、バッファ層8上に必ずし
もまたがっていなくてもよい。
At the time of etching, the entire buffer layer 8 may be etched. The ferroelectric film 13 is a lower electrode 12
And it does not necessarily have to straddle on the buffer layer 8.

【0069】次に、図1に示したように、ソース電極4
およびドレイン電極5上のバッファ層8および層間絶縁
膜7にそれぞれコンタクト孔を設け、それらのコンタク
ト孔内にポリシリコン等の導電性材料からなるソース電
極15およびドレイン電極16をそれぞれ形成する。最
後に、ソース電極15およびドレイン電極16上にAl
からなる配線層17,18を形成する。このようにし
て、図1の強誘電体メモリが作製される。
Next, as shown in FIG.
A contact hole is provided in each of the buffer layer 8 and the interlayer insulating film 7 on the drain electrode 5 and a source electrode 15 and a drain electrode 16 made of a conductive material such as polysilicon are formed in the contact holes. Finally, Al is formed on the source electrode 15 and the drain electrode 16.
Are formed. Thus, the ferroelectric memory of FIG. 1 is manufactured.

【0070】本実施例の強誘電体メモリでは、下部電極
12が層間絶縁膜7のコンタクト孔9内に設けられるの
で、上部電極14および強誘電体膜13をエッチングに
よりパターニングする際に、下部電極12の導電性材料
が強誘電体膜13の側壁に堆積しない。したがって、強
誘電体膜13の側壁への導電性材料の堆積による強誘電
体メモリの信頼性および歩留りの低下が十分に防止され
る。
In the ferroelectric memory of this embodiment, since the lower electrode 12 is provided in the contact hole 9 of the interlayer insulating film 7, the lower electrode 12 is patterned when the upper electrode 14 and the ferroelectric film 13 are patterned by etching. The 12 conductive materials do not deposit on the side walls of the ferroelectric film 13. Therefore, the reliability and the yield of the ferroelectric memory due to the deposition of the conductive material on the side wall of the ferroelectric film 13 are sufficiently prevented from being lowered.

【0071】また、図8(m)の工程で、強誘電体膜1
3がバッファ層8を介して層間絶縁膜7上に形成されて
いるので、強誘電体膜13の応力がバッファ層8により
緩和され、強誘電体膜13にクラックが発生することが
防止されるとともに、強誘電体膜13と層間絶縁膜7と
の間で構成元素の反応や相互拡散が起こることが防止さ
れる。その結果、強誘電体メモリの信頼性および歩留り
がさらに向上する。
In the step of FIG. 8 (m), the ferroelectric film 1
Since 3 is formed on interlayer insulating film 7 with buffer layer 8 interposed therebetween, stress of ferroelectric film 13 is alleviated by buffer layer 8, and cracks in ferroelectric film 13 are prevented from occurring. At the same time, reaction of constituent elements and mutual diffusion between the ferroelectric film 13 and the interlayer insulating film 7 are prevented. As a result, the reliability and yield of the ferroelectric memory are further improved.

【0072】さらに、強誘電体膜13とシリコン基板1
との間の導電層10の周囲に層間絶縁膜7が設けられて
いるので、強誘電体膜13とシリコン基板1との間での
構成元素の反応や相互拡散が十分に防止される。
Further, the ferroelectric film 13 and the silicon substrate 1
Since the interlayer insulating film 7 is provided around the conductive layer 10 between them, the reaction and mutual diffusion of the constituent elements between the ferroelectric film 13 and the silicon substrate 1 are sufficiently prevented.

【0073】ここで、図1の強誘電体メモリの動作原理
を説明する。上部電極14に強誘電体膜13を分極反転
させるために十分な正電圧を印加し、再び上部電極14
の電圧を0とする。それにより、強誘電体膜13の上部
電極14との界面が負に帯電し、下部電極12との界面
が正に帯電する。
Here, the operation principle of the ferroelectric memory of FIG. 1 will be described. A positive voltage sufficient to invert the polarization of the ferroelectric film 13 is applied to the upper electrode 14, and the upper electrode 14
Is set to 0. Thus, the interface of the ferroelectric film 13 with the upper electrode 14 is negatively charged, and the interface with the lower electrode 12 is positively charged.

【0074】この場合、下部電極12の強誘電体膜13
との界面が負に帯電し、ゲート電極3のゲート絶縁膜2
との界面が正に帯電する。その結果、ソース領域4とド
レイン領域5との間のチャネル領域6に反転層が形成さ
れ、上部電極14の電圧が0にもかかわらず、FETは
オン状態となる。
In this case, the ferroelectric film 13 of the lower electrode 12
Is negatively charged, and the gate insulating film 2 of the gate electrode 3
Interface is positively charged. As a result, an inversion layer is formed in the channel region 6 between the source region 4 and the drain region 5, and the FET is turned on even though the voltage of the upper electrode 14 is zero.

【0075】逆に、上部電極14に強誘電体膜13を分
極反転させるために十分な負電圧を印加し、再び上部電
極14の電圧を0にする。それにより、強誘電体膜13
の上部電極14との界面が正に帯電し、下部電極12と
の界面が負に帯電する。
Conversely, a negative voltage sufficient to invert the polarization of the ferroelectric film 13 is applied to the upper electrode 14, and the voltage of the upper electrode 14 is set to 0 again. Thereby, the ferroelectric film 13
The interface with the upper electrode 14 is positively charged, and the interface with the lower electrode 12 is negatively charged.

【0076】この場合、下部電極12の強誘電体膜13
との界面が正に帯電し、ゲート電極3のゲート絶縁膜2
との界面が負に帯電する。その結果、ソース領域4とド
レイン領域5との間のチャネル領域6に反転層が形成さ
れず、FETはオフ状態となる。
In this case, the ferroelectric film 13 of the lower electrode 12
Is positively charged, and the gate insulating film 2 of the gate electrode 3
Interface is negatively charged. As a result, no inversion layer is formed in the channel region 6 between the source region 4 and the drain region 5, and the FET is turned off.

【0077】このように、強誘電体膜13が十分に分極
反転していると、上部電極14に印加する電圧を0にし
た後も、FETを選択的にオン状態またはオフ状態にす
ることができる。そのため、ソース・ドレイン間の電流
を検出することにより強誘電体メモリに記憶されるデー
タ”1”および”0”を判別することが可能となる。
As described above, if the ferroelectric film 13 is sufficiently polarized, the FET can be selectively turned on or off even after the voltage applied to the upper electrode 14 is set to zero. it can. Therefore, it is possible to determine the data “1” and “0” stored in the ferroelectric memory by detecting the current between the source and the drain.

【0078】(2)第2の実施例 図9は本発明の第2の実施例におけるMFMIS構造の
強誘電体メモリの構造を示す模式的断面図である。
(2) Second Embodiment FIG. 9 is a schematic sectional view showing a structure of a ferroelectric memory having an MFMIS structure according to a second embodiment of the present invention.

【0079】図9において、p型シリコン基板21の表
面に、所定間隔を隔ててn+ 層からなるソース領域22
およびn+ 層からなるドレイン領域23が形成されてい
る。ソース領域22とドレイン領域23との間のシリコ
ン基板21の領域がチャネル領域24となる。チャネル
領域24上には、ゲート絶縁膜25、下部電極26、強
誘電体膜27および上部電極28が順に形成されてい
る。
Referring to FIG. 9, a source region 22 composed of an n + layer is formed on a surface of a p-type silicon substrate 21 at a predetermined interval.
And a drain region 23 formed of an n + layer. The region of the silicon substrate 21 between the source region 22 and the drain region 23 becomes the channel region 24. On the channel region 24, a gate insulating film 25, a lower electrode 26, a ferroelectric film 27, and an upper electrode 28 are sequentially formed.

【0080】図9の強誘電体メモリにおいては、下部電
極26、強誘電体膜27および上部電極28が強誘電体
キャパシタを構成する。下部電極26および上部電極2
8はBi2 Sr2 CuO6 からなり、強誘電体膜27は
SrBi2 Ta2 9 からなる。
In the ferroelectric memory of FIG. 9, the lower electrode 26, the ferroelectric film 27 and the upper electrode 28 constitute a ferroelectric capacitor. Lower electrode 26 and upper electrode 2
8 is made of Bi 2 Sr 2 CuO 6 , and the ferroelectric film 27 is made of SrBi 2 Ta 2 O 9 .

【0081】本実施例の強誘電体メモリにおいても、第
1の実施例の強誘電体メモリと同様に、優れた分極劣化
耐性を有し、生産性の向上およびコストの低減化が可能
となる。
The ferroelectric memory according to the present embodiment also has excellent polarization degradation resistance, as in the ferroelectric memory according to the first embodiment, so that it is possible to improve the productivity and reduce the cost. .

【0082】(3)第3の実施例 図10は本発明の第3の実施例におけるMFIS構造の
強誘電体メモリの構造を示す模式的断面図である。
(3) Third Embodiment FIG. 10 is a schematic sectional view showing the structure of a ferroelectric memory having an MFIS structure according to a third embodiment of the present invention.

【0083】図10において、p型シリコン基板21の
表面に、所定間隔を隔ててn+ 層からなるソース領域2
2およびn+ 層からなるドレイン領域23が形成されて
いる。ソース領域22とドレイン領域23との間のシリ
コン基板21の領域がチャネル領域24となる。チャネ
ル領域24上には、ゲート絶縁膜25、強誘電体膜27
およびゲート電極28aが順に形成されている。
Referring to FIG. 10, a source region 2 made of an n + layer is formed on the surface of p-type silicon substrate 21 at a predetermined interval.
A drain region 23 composed of 2 and n + layers is formed. The region of the silicon substrate 21 between the source region 22 and the drain region 23 becomes the channel region 24. On the channel region 24, a gate insulating film 25, a ferroelectric film 27
And a gate electrode 28a are sequentially formed.

【0084】図10の強誘電体メモリにおいては、p型
シリコン基板21のチャネル領域24、ゲート絶縁膜2
5、強誘電体膜27およびゲート電極28aが強誘電体
キャパシタを構成する。強誘電体膜27はSrBi2
2 9 からなり、ゲート電極28aはBi2 Sr2
uO6 からなる。
In the ferroelectric memory of FIG. 10, the channel region 24 of the p-type silicon substrate 21 and the gate insulating film 2
5. The ferroelectric film 27 and the gate electrode 28a constitute a ferroelectric capacitor. The ferroelectric film 27 is made of SrBi 2 T
a 2 O 9 , and the gate electrode 28a is made of Bi 2 Sr 2 C
It consists of uO 6 .

【0085】本実施例の強誘電体メモリにおいても、第
1の実施例の強誘電体メモリと同様に、優れた分極劣化
耐性を有し、生産性の向上およびコストの低減化が可能
となる。
In the ferroelectric memory of this embodiment, like the ferroelectric memory of the first embodiment, it has excellent resistance to polarization degradation, and it is possible to improve the productivity and reduce the cost. .

【0086】(4)第4の実施例 図11は本発明の第4の実施例におけるMFS構造の強
誘電体メモリの構造を示す模式的断面図である。
(4) Fourth Embodiment FIG. 11 is a schematic sectional view showing a structure of a ferroelectric memory having an MFS structure according to a fourth embodiment of the present invention.

【0087】図11において、p型シリコン基板21の
表面に、所定間隔を隔ててn+ 層からなるソース領域2
2およびn+ 層からなるドレイン領域23が形成されて
いる。ソース領域22とドレイン領域23との間のシリ
コン基板21の領域がチャネル領域24となる。チャネ
ル領域24上には、強誘電体膜27およびゲート電極2
8aが順に形成されている。
In FIG. 11, a source region 2 made of an n + layer is formed on the surface of p-type silicon substrate 21 at a predetermined interval.
A drain region 23 composed of 2 and n + layers is formed. The region of the silicon substrate 21 between the source region 22 and the drain region 23 becomes the channel region 24. On the channel region 24, the ferroelectric film 27 and the gate electrode 2
8a are sequentially formed.

【0088】図11の強誘電体メモリにおいては、p型
シリコン基板21のチャネル領域24、強誘電体膜27
およびゲート電極28aが強誘電体キャパシタを構成す
る。強誘電体膜27はSrBi2 Ta2 9 からなり、
ゲート電極28aはBi2 Sr2 CuO6 からなる。
In the ferroelectric memory of FIG. 11, the channel region 24 of the p-type silicon substrate 21 and the ferroelectric film 27
And gate electrode 28a constitute a ferroelectric capacitor. The ferroelectric film 27 is made of SrBi 2 Ta 2 O 9 ,
The gate electrode 28a is made of Bi 2 Sr 2 CuO 6 .

【0089】本実施例の強誘電体メモリにおいても、第
1の実施例の強誘電体メモリと同様に、優れた分極劣化
耐性を有し、生産性の向上およびコストの低減化が可能
となる。
The ferroelectric memory according to the present embodiment also has excellent polarization degradation resistance, as in the ferroelectric memory according to the first embodiment, so that it is possible to improve productivity and reduce costs. .

【0090】(5)他の適用例 本発明は図12の構造を有する強誘電体メモリにも適用
することができる。この場合には、下部電極42および
上部電極44をBi2 Sr2 CuO6 により形成し、強
誘電体膜43をSrBi2 Ta2 9 により形成する。
(5) Other Application Examples The present invention can be applied to a ferroelectric memory having the structure shown in FIG. In this case, the lower electrode 42 and the upper electrode 44 are formed of Bi 2 Sr 2 CuO 6 , and the ferroelectric film 43 is formed of SrBi 2 Ta 2 O 9 .

【0091】(6)他の電極材料 下部電極12,26,42、上部電極14,28,44
およびゲート電極28aの材料としては、以下の各材料
からなる導電性酸化物を用いることができる。
(6) Other electrode materials Lower electrodes 12, 26, 42 and upper electrodes 14, 28, 44
As a material of the gate electrode 28a, a conductive oxide made of the following materials can be used.

【0092】 ペロブスカイト型材料 ・A2 2 n n+1 2n+6 n=0,1,2,3,4,5である。AはTl(タリウ
ム)、Bi、MgまたはCuであり、BはBa、CはC
a、MはCuである。
Perovskite type material: A 2 B 2 C n M n + 1 O 2n + 6 n = 0,1,2,3,4,5 A is Tl (thallium), Bi, Mg or Cu, B is Ba, C is C
a and M are Cu.

【0093】・(Sr,La)MO3 ・(Sr,La)2 MO4 MはTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、
RuまたはIrである。
(Sr, La) MO 3. (Sr, La) 2 MO 4 M is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,
Ru or Ir.

【0094】・CaMO3 MはV、Cr、FeまたはRuである。• CaMO 3 M is V, Cr, Fe or Ru.

【0095】・LuNiO3 ・Ba(Pb,Bi)O3 ・LnBa2 Cun n+4-a n=3,4である。LnはY、La、Pr、Nd、S
m、Eu、Gd、Td、Dy、Ho、Er、Tm、Yb
またはLuである。
[0095] · LuNiO 3 · Ba (Pb, Bi) is O 3 · LnBa 2 Cu n O n + 4-a n = 3,4. Ln is Y, La, Pr, Nd, S
m, Eu, Gd, Td, Dy, Ho, Er, Tm, Yb
Or Lu.

【0096】・(Ba,A)BiO3 AはKまたはRbである。(Ba, A) BiO 3 A is K or Rb.

【0097】・Sr1+n Cun 2n+1 n=1,2,3,∞である。[0097] · Sr 1 + n Cu n O 2n + 1 n = 1,2,3, it is ∞.

【0098】上記のペロブスカイト型材料を用いるこ
とが好ましく、特に、A2 2 nn+1 2n+6で示さ
れるペロブスカイト型材料を用いることがより好まし
い。
[0098] It is preferable to use the above perovskite-type materials, in particular, it is more preferable to use a perovskite material represented by A 2 B 2 C n M n + 1 O 2n + 6.

【0099】また、下部電極12,26,42、上部電
極14,28,44およびゲート電極28aの材料とし
て、以下の各材料からなる導電性酸化物を用いることも
できる。
Further, as the material of the lower electrodes 12, 26, 42, the upper electrodes 14, 28, 44 and the gate electrode 28a, conductive oxides of the following materials can be used.

【0100】 ReO3 型材料 ・ReO3x WO3 型材料 MはH、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Cu、A
g、In、Tl、SnまたはPbである。
ReO 3 type material • ReO 3 M x WO 3 type material M is H, alkali metal, alkaline earth metal, Cu, A
g, In, Tl, Sn or Pb.

【0101】下部電極12,26,42、上部電極1
4,28,44およびゲート電極28aは、上記各材料
の多層構造であってもよい。
Lower electrode 12, 26, 42, upper electrode 1
4, 28, 44 and the gate electrode 28a may have a multilayer structure of each of the above materials.

【0102】(7)他の強誘電体材料 強誘電体膜13,27,43としては、以下の各材料か
らなる強誘電体を用いてもよい。
(7) Other Ferroelectric Materials As the ferroelectric films 13, 27 and 43, ferroelectrics made of the following materials may be used.

【0103】 下記の一般式で示されるビスマス系層
状強誘電体 (Bi222+(An-1n 3n+12- なお、AはSr、Ca、Ba、Pb、Bi、KまたはN
aであり、BはTi、Ta、Nb、WまたはVである。
Bismuth-based layered ferroelectric substance (Bi 2 O 2 ) 2+ (A n-1 B n O 3n + 1 ) 2- represented by the following general formula, where A is Sr, Ca, Ba, Pb, Bi, K or N
a and B is Ti, Ta, Nb, W or V.

【0104】n=1の場合: ・Bi2 WO6 ・Bi2 VO5.5 n=2の場合: ・Bi23 /SrTa26 (SrBi2 Ta29 ):SBT ・Bi23 /SrNb26 (SrBi2 Nb29 ) n=3の場合: ・Bi23 /SrTa26 /BaTiO3 ・Bi23 /SrTaO6 /SrTiO3 ・Bi23 /Bi2 Ti39 (Bi4 Ti312):BIT n=4の場合: ・Bi23 /Sr3 Ti412 (Sr3 Bi2 Ti415) ・Bi23 /Bi2 Ti39 /SrTiO3 (SrBi4 Ti415) 強誘電体膜13,27,43の材料としては、上記の
ビスマス系層状強誘電体を用いることが好ましいが、下
記の各材料からなる強誘電体を用いることもできる。
When n = 1: Bi 2 WO 6 Bi 2 VO 5.5 When n = 2: Bi 2 O 3 / SrTa 2 O 6 (SrBi 2 Ta 2 O 9 ): SBT Bi 2 O 3 / SrNb 2 O 6 (SrBi 2 Nb 2 O 9 ) When n = 3: Bi 2 O 3 / SrTa 2 O 6 / BaTiO 3 .Bi 2 O 3 / SrTaO 6 / SrTiO 3 .Bi 2 O 3 / Bi 2 Ti 3 O 9 (Bi 4 Ti 3 O 12 ): When BIT n = 4: Bi 2 O 3 / Sr 3 Ti 4 O 12 (Sr 3 Bi 2 Ti 4 O 15 ) Bi 2 O 3 / Bi 2 Ti 3 O 9 / SrTiO 3 (SrBi 4 Ti 4 O 15 ) As the material of the ferroelectric films 13, 27 and 43, it is preferable to use the above-mentioned bismuth-based layered ferroelectrics. Another ferroelectric material can be used.

【0105】 下記の一般式で示される強誘電体(等
方的材料系) ・Pb(ZrX Ti1-X )O3 :PZT(PbZr0.5
Ti0.5 )O3 ・(Pb1-Y LaY )(ZrX Ti1-X )O3 :PLZ
T ・(Sr1-X CaX )TiO3 ・(Sr1-X BaX )TiO3 :(Sr0.4 Ba0.6
TiO3 ・(Sr1-X-Y BaX Y )Ti1-Z Z 3 なお、MはLa、Bi、SbまたはYであり、NはN
b、V、Ta、MoまたはWである。
Ferroelectric substance (isotropic material system) represented by the following general formula: Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 : PZT (PbZr 0.5
Ti 0.5) O 3 · (Pb 1-Y La Y) (Zr X Ti 1-X) O 3: PLZ
T · (Sr 1-X Ca X) TiO 3 · (Sr 1-X Ba X) TiO 3: (Sr 0.4 Ba 0.6)
TiO 3 · (Sr 1-XY Ba X M Y) Ti 1-Z N Z O 3 should be noted, M is La, Bi, Sb or Y, N is N
b, V, Ta, Mo or W.

【0106】・Sr2 Nb2 7 ・Sr2 Ta2 7 ・Pb5 Ge3 11 ・(Pb,Ca)TiO3 (8)強誘電体膜の形成方法 強誘電体膜13,27,43の形成方法としては、分子
線エピタキシー法(MBE法)、レーザアブレーション
法、レーザ分子線エピタキシー法、スパッタリング法
(RF型、DC型またはイオンビーム型)、反応性蒸着
法、MOCVD法(有機金属化学的気相成長法)、ミス
ト堆積法、ゾルゲル法等を用いることができる。
Sr 2 Nb 2 O 7 .Sr 2 Ta 2 O 7 .Pb 5 Ge 3 O 11. (Pb, Ca) TiO 3 (8) Method of forming ferroelectric film Ferroelectric films 13, 27, As a method for forming 43, a molecular beam epitaxy method (MBE method), a laser ablation method, a laser molecular beam epitaxy method, a sputtering method (RF type, DC type or ion beam type), a reactive evaporation method, an MOCVD method (organic metal Chemical vapor deposition method), mist deposition method, sol-gel method and the like can be used.

【0107】(9)他の変形例 ゲート電極3および接続層10の材料は、ポリシリコン
やWに限定されず、他の導電性材料を用いてもよい。
(9) Other Modifications The materials of the gate electrode 3 and the connection layer 10 are not limited to polysilicon and W, and other conductive materials may be used.

【0108】また、上記実施例では、FETがシリコン
基板1,21に形成されているが、FETが他の半導体
基板または半導体層に形成されてもよい。
Further, in the above embodiment, the FET is formed on the silicon substrates 1 and 21, but the FET may be formed on another semiconductor substrate or semiconductor layer.

【0109】なお、上記実施例では、n型チャネルを有
する強誘電体メモリについて説明したが、各層の導電型
を逆にすることによりp型チャネルを有する強誘電体メ
モリも実現される。
In the above embodiment, a ferroelectric memory having an n-type channel has been described. However, a ferroelectric memory having a p-type channel can be realized by reversing the conductivity type of each layer.

【0110】また、本発明は、上記実施例の強誘電体メ
モリに限らず、強誘電体キャパシタを有する種々の強誘
電体メモリに適用することができる。
Further, the present invention is not limited to the ferroelectric memory of the above embodiment, but can be applied to various ferroelectric memories having a ferroelectric capacitor.

【0111】また、上記実施例では、本発明を不揮発性
メモリとして動作する強誘電体メモリの強誘電体キャパ
シタに適用した場合を説明したが、本発明は、揮発性の
動作を行う強誘電体メモリの強誘電体キャパシタにも適
用可能である。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a ferroelectric capacitor of a ferroelectric memory operating as a non-volatile memory has been described. The present invention is also applicable to a ferroelectric capacitor of a memory.

【0112】さらに、本発明は、誘電体膜が導電層で挟
まれた構造を有する誘電体キャパシタ、または誘電体膜
と導電層との積層構造を有する他の誘電体素子の形成に
も適用可能である。
Furthermore, the present invention can be applied to the formation of a dielectric capacitor having a structure in which a dielectric film is sandwiched between conductive layers, or another dielectric element having a laminated structure of a dielectric film and a conductive layer. It is.

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

【図1】本発明の第1の実施例における強誘電体メモリ
の構造を示す模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structure of a ferroelectric memory according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の強誘電体メモリの下部電極および上部電
極の材料であるBi2 Sr2 CuO6 の結晶構造を示す
模式図である。
2 is a schematic diagram showing a crystal structure of Bi 2 Sr 2 CuO 6 which is a material of a lower electrode and an upper electrode of the ferroelectric memory of FIG.

【図3】図1の強誘電体メモリの強誘電体膜の材料であ
るSrBi2 Ta2 9 の結晶構造を示す模式図であ
る。
3 is a schematic diagram showing a crystal structure of SrBi 2 Ta 2 O 9 which is a material of a ferroelectric film of the ferroelectric memory of FIG.

【図4】図1の強誘電体メモリの製造方法を示す工程断
面図である。
FIG. 4 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the ferroelectric memory in FIG.

【図5】図1の強誘電体メモリの製造方法を示す工程断
面図である。
5 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the ferroelectric memory in FIG.

【図6】図1の強誘電体メモリの製造方法を示す工程断
面図である。
FIG. 6 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the ferroelectric memory in FIG.

【図7】図1の強誘電体メモリの製造方法を示す工程断
面図である。
7 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the ferroelectric memory in FIG.

【図8】図1の強誘電体メモリの製造方法を示す工程断
面図である。
8 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the ferroelectric memory in FIG.

【図9】本発明の第2の実施例における強誘電体メモリ
の構造を示す模式的断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing the structure of a ferroelectric memory according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施例における強誘電体メモ
リの構造を示す模式的断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing the structure of a ferroelectric memory according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第4の実施例における強誘電体メモ
リの構造を示す模式的断面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view showing the structure of a ferroelectric memory according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】従来の強誘電体メモリの一例を示す模式的断
面図である。
FIG. 12 is a schematic sectional view showing an example of a conventional ferroelectric memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 シリコン基板 2,25 ゲート絶縁膜 3,28a ゲート電極 4,22 ソース領域 5,23 ドレイン領域 6,24 チャネル領域 7 層間絶縁膜 8 バッファ層 9 コンタクト孔 10 接続層 11 拡散バリア層 12,26 下部電極 13,27 強誘電体膜 14,28 上部電極 1,21 silicon substrate 2,25 gate insulating film 3,28a gate electrode 4,22 source region 5,23 drain region 6,24 channel region 7 interlayer insulating film 8 buffer layer 9 contact hole 10 connection layer 11 diffusion barrier layer 12, 26 lower electrode 13,27 ferroelectric film 14,28 upper electrode

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

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに類似の結晶構造を有する第1の電
極層と誘電体膜との積層構造を有することを特徴とする
誘電体素子。
1. A dielectric element having a stacked structure of a first electrode layer and a dielectric film having crystal structures similar to each other.
【請求項2】 前記積層構造はさらに前記第1の電極層
および誘電体膜と類似の結晶構造を有する第2の電極層
を有することを特徴とする請求項1記載の誘電体素子。
2. The dielectric device according to claim 1, wherein the laminated structure further includes a second electrode layer having a crystal structure similar to the first electrode layer and the dielectric film.
【請求項3】 前記電極層が導電性酸化物からなること
を特徴とする請求項1または2記載の誘電体素子。
3. The dielectric element according to claim 1, wherein said electrode layer is made of a conductive oxide.
【請求項4】 前記電極層および誘電体膜の結晶構造が
ペロブスカイト型構造であることを特徴とする請求項1
〜3のいずれかに記載の誘電体素子。
4. The crystal structure of the electrode layer and the dielectric film is a perovskite type structure.
4. The dielectric element according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 半導体基板または半導体層に所定間隔を
隔てて形成された第1および第2の不純物領域と、 前記第1および第2の不純物領域間の領域上に形成され
たゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜を覆うように前
記半導体基板または半導体層上に形成され、コンタクト
孔を有する層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜の前記コンタクト孔内に形成され、前記
ゲート電極に電気的に接続される下部電極層と、 前記下部電極の上面に接触するように前記層間絶縁膜上
に形成された誘電体膜と、 前記誘電体膜上に形成された上部電極層とを備え、 前記下部電極層および前記上部電極層はペロブスカイト
型構造を有する導電性酸化物からなり、 前記誘電体膜はペロブスカイト型構造を有する誘電体か
らなることを特徴とする誘電体素子。
5. A semiconductor device according to claim 1, wherein said first and second impurity regions are formed on said semiconductor substrate or said semiconductor layer at a predetermined interval, and said gate insulating film is formed on said first and second impurity regions. A gate electrode formed on the gate insulating film; an interlayer insulating film having a contact hole formed on the semiconductor substrate or the semiconductor layer so as to cover the gate electrode and the gate insulating film; A lower electrode layer formed in the contact hole and electrically connected to the gate electrode; a dielectric film formed on the interlayer insulating film so as to contact an upper surface of the lower electrode; An upper electrode layer formed on a body film, wherein the lower electrode layer and the upper electrode layer are made of a conductive oxide having a perovskite structure, and the dielectric film is a perovskite type The dielectric element characterized by comprising a dielectric having a granulation.
【請求項6】 前記コンタクト孔内の前記下部電極層下
に形成され、前記下部電極層を前記ゲート電極に電気的
に接続する接続層をさらに備えたことを特徴とする請求
項5記載の誘電体素子。
6. The dielectric according to claim 5, further comprising a connection layer formed under the lower electrode layer in the contact hole and electrically connecting the lower electrode layer to the gate electrode. Body element.
【請求項7】 前記電極層は層状導電性酸化物からな
り、前記誘電体膜は層状誘電体からなることを特徴とす
る請求項1〜6のいずれかに記載の誘電体素子。
7. The dielectric element according to claim 1, wherein said electrode layer is made of a layered conductive oxide, and said dielectric film is made of a layered dielectric.
【請求項8】 前記電極層はビスマス系層状導電性酸化
物からなり、前記誘電体膜はビスマスを含む層状誘電体
からなることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記
載の誘電体素子。
8. The dielectric according to claim 1, wherein said electrode layer is made of a bismuth-based layered conductive oxide, and said dielectric film is made of a layered dielectric containing bismuth. element.
【請求項9】 前記誘電体膜は強誘電体からなることを
特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の誘電体素
子。
9. The dielectric device according to claim 1, wherein said dielectric film is made of a ferroelectric material.
【請求項10】 前記電極層はビスマス、ストロンチウ
ム、銅および酸素を含む層状導電性酸化物からなり、前
記誘電体膜はストロンチウム、ビスマス、タンタルおよ
び酸素を含む層状強誘電体からなることを特徴とする請
求項1〜9のいずれかに記載の誘電体素子。
10. The electrode layer is made of a layered conductive oxide containing bismuth, strontium, copper and oxygen, and the dielectric film is made of a layered ferroelectric containing strontium, bismuth, tantalum and oxygen. The dielectric element according to any one of claims 1 to 9, wherein
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