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JP2003536239A - Reduced diffusion of mobile species from metal oxide ceramics - Google Patents

Reduced diffusion of mobile species from metal oxide ceramics

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Publication number
JP2003536239A
JP2003536239A JP2000590226A JP2000590226A JP2003536239A JP 2003536239 A JP2003536239 A JP 2003536239A JP 2000590226 A JP2000590226 A JP 2000590226A JP 2000590226 A JP2000590226 A JP 2000590226A JP 2003536239 A JP2003536239 A JP 2003536239A
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JP
Japan
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barrier layer
metal oxide
semiconductor device
mobile species
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000590226A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
エス ヒンターマイアー フランク
Original Assignee
インフィネオン テクノロジース アクチエンゲゼルシャフト
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/216,372 external-priority patent/US6693318B1/en
Application filed by インフィネオン テクノロジース アクチエンゲゼルシャフト filed Critical インフィネオン テクノロジース アクチエンゲゼルシャフト
Publication of JP2003536239A publication Critical patent/JP2003536239A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
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  • Physical Vapour Deposition (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 金属酸化物セラミックから基板中への過剰の移動性種の拡散を阻止するために障壁層が備えられている。障壁層は金属酸化物セラミックの下に備えられ、金属酸化物セラミックを下の基板から分離する。 (57) Abstract: A barrier layer is provided to prevent diffusion of excess mobile species from the metal oxide ceramic into the substrate. A barrier layer is provided below the metal oxide ceramic and separates the metal oxide ceramic from the underlying substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 本発明は、1998年12月18日に提出された“移動性種の拡散による金属
酸化物セラミックの減少した分解”なる名称のアメリカ国部分継続特許出願(代
理人名簿番号97P7947US01)である。本出願は、1997年12月1
8日に提出された仮出願USSN60/068040号の優先権を主張する。
This invention was filed on Dec. 18, 1998 in a United States Partial Continuation Patent Application entitled "Reduced Degradation of Metal Oxide Ceramics by Diffusion of Mobile Species" (Attorney Docket No. 97P7947US01). is there. This application is December 1, 1997
Claim priority of provisional application USSN 60/068040 filed on 8th.

【0002】 発明の分野 本発明は、一般に集積回路(IC)に使用される金属酸化物セラミックフィル
ムに関する。より詳細には、本発明は基板中への移動性種の拡散の減少に関する
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to metal oxide ceramic films used in integrated circuits (ICs). More specifically, the present invention relates to reducing diffusion of mobile species into a substrate.

【0003】 発明の背景 金属酸化物セラミック材料は、そのICにおける使用が研究されている。たと
えば、強誘電性であるかまたは強誘電性に変換される金属酸化物セラミックは、
その高い残留分極(2Pr)および確実な長期貯蔵特性のため有用である。超伝
導体のような非強誘電性金属酸化物セラミックも研究されている。
[0003] Metal oxide ceramic material of the invention, its use in IC has been studied. For example, a metal oxide ceramic that is or is converted to ferroelectric is
It is useful because of its high remanent polarization (2Pr) and reliable long-term storage properties. Non-ferroelectric metal oxide ceramics such as superconductors have also been investigated.

【0004】 ゾル−ゲル、化学蒸着(CVD)、スパッタリングまたはパルスレーザー蒸着
(PLD)のような種々の技術が、基板上に強誘電性フィルムを蒸着するために
開発されている。このような技術は、たとえばバド(Budd)等、Brit.
Ceram.Soc.Proc.、36巻、107ページ(1985年);ブリ
ーレイ(Brierley)等、Ferroelectrics、91巻、18
1ページ(1989年)、高山等、J.Appl.Phys.、65巻、166
6ページ(1989年);森本等、J.Jap.Appl.Phys.、318
巻、9296ページ(1992年);および“強誘電性メモリー装置中に組込む
ためのビスマスセラミック薄膜を製造するためのBージケトネートビスマス前駆
物質を使用する低温CVD法”なる名称の同時係属出願アメリカ国特許USSN
08/975087号、“非晶質的に蒸着された金属酸化物セラミックフィルム
”なる名称のUSSN09/107861号に記載され、そのすべてはすべての
目的のため引用により本明細書中に組込まれる。
Various techniques have been developed for depositing ferroelectric films on substrates, such as sol-gel, chemical vapor deposition (CVD), sputtering or pulsed laser deposition (PLD). Such techniques are described, for example, in Bud.
Ceram. Soc. Proc. 36, 107 (1985); Brierley et al., Ferroelectrics, 91, 18
1 page (1989), Takayama et al. Appl. Phys. , Volume 65, 166
Page 6 (1989); Morimoto et al. Jap. Appl. Phys. 318
Vol. 9, page 9296 (1992); and co-pending application entitled "Low Temperature CVD Method Using B-Diketonate Bismuth Precursor for Manufacturing Bismuth Ceramic Thin Films for Incorporation in Ferroelectric Memory Devices". US patent USSN
08/975087, USSN 09/107861, entitled "Amorphous Vapor Deposited Metal Oxide Ceramic Films", all of which are incorporated herein by reference for all purposes.

【0005】 金属酸化物セラミックは屡々、生じる材料を所望の電気的特性を有して製造す
るため比較的高い温度における後蒸着熱処理で処理される。たとえば、タンタル
酸ストロンチウムビスマス(SBT)のような若干のBiベースの酸化物セラミ
ックは、“フェロアニール(ferroanneal)”により熱的に処理され
る。フェロアニールは、蒸着したままのフィルムを強誘電性相に変換する。蒸着
したままのフィルムが強誘電性相に変換後、良好な残留分極を達成するために、
フェロアニールはフィルムの粒度(たとえば約180nmよりも大きく)の成長
を継続する。他のタイプの金属酸化物セラミックは、強誘電体として蒸着させる
ことができる。たとえば、チタン酸鉛ジルコニウム(PZT)は、屡々500℃
以上のような比較的高い温度で蒸着させて、強誘電性ペロブスカイト相を有する
蒸着したままのフィルムを形成する。PZTは強誘電性として蒸着されるが、そ
の電気的特性を改善するために、後蒸着熱処置が屡々なお必要である。
Metal oxide ceramics are often treated with post-deposition heat treatments at relatively high temperatures to produce the resulting material with the desired electrical properties. For example, some Bi-based oxide ceramics, such as strontium bismuth tantalate (SBT), are thermally treated by "ferroanneal". Ferroannealing transforms the as-deposited film into a ferroelectric phase. In order to achieve a good remanent polarization after the as-deposited film is converted to the ferroelectric phase,
Ferroannealing continues to grow the film grain size (eg, greater than about 180 nm). Other types of metal oxide ceramics can be deposited as ferroelectrics. For example, lead zirconium titanate (PZT) is often 500 ° C.
Evaporation is performed at a relatively high temperature as described above to form an as-deposited film having a ferroelectric perovskite phase. Although PZT is deposited as ferroelectric, post-deposition thermal treatments are often needed to improve its electrical properties.

【0006】 代表的に、金属酸化物セラミックは移動性種を有する。後蒸着熱処理の高い温
度は、金属酸化物セラミック層からの移動性種の拡散を惹起する。金属酸化物セ
ラミック層から拡散する移動性種の量は、“過剰の移動性種(exess mo
bile specie)”と呼ばれる。移動性種は、原子、分子または化合物
の形であってもよい。過剰の移動性種の拡散は、収率に対して不利な影響を与え
ることができる。過剰の移動性種は、後蒸着熱処理の間、基板のようなICの他
の領域中に容易に移行しうる。これは、拡散領域のような他の装置領域の短絡お
よび/または電気的性質の変更を生じ得る。上記議論により説明したように、金
属酸化物セラミック層からの過剰の移動性種の拡散により惹起される不利な効果
を相殺することが望ましい。
[0006] Typically, metal oxide ceramics have mobile species. The high temperature of the post-deposition heat treatment causes diffusion of mobile species from the metal oxide ceramic layer. The amount of mobile species that diffuses from the metal oxide ceramic layer is determined by the "excess mobile species (exess mo
The mobile species may be in the form of atoms, molecules or compounds. Diffusion of excess mobile species can have a detrimental effect on yield. The mobile species can easily migrate into other areas of the IC, such as the substrate, during post-deposition heat treatment, which can short circuit and / or alter the electrical properties of other device areas, such as diffusion areas. As explained by the above discussion, it is desirable to offset the detrimental effects caused by the diffusion of excess mobile species from the metal oxide ceramic layer.

【0007】 発明の摘要 本発明は、金属酸化物セラミックフィルムおよびそれのICにおける適用に関
する。より詳細には、本発明は金属酸化物セラミックから基板中への過剰の移動
性種の拡散を減少する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to metal oxide ceramic films and their application in ICs. More specifically, the present invention reduces diffusion of excess mobile species from metal oxide ceramics into the substrate.

【0008】 本発明により障壁層が設けられる。障壁層は、過剰の移動性種の拡散を減少ま
たは最小にする拡散障壁として役立つ。1実施態様において、障壁層は金属酸化
物セラミックおよび基板を分離する基板上に設けられる。
A barrier layer is provided according to the present invention. The barrier layer serves as a diffusion barrier that reduces or minimizes the diffusion of excess mobile species. In one embodiment, the barrier layer is provided on a substrate that separates the metal oxide ceramic and the substrate.

【0009】 1実施態様において、障壁は移動性種と反応する材料からなる。反応は移動性
種を捕捉し、それが障壁層を通過するのを阻止する。他の実施態様において、障
壁層は移動性種の通過を阻止するために、緻密な材料からなる。非晶質材料また
は非常に小さい粒度を有する材料からなる障壁層も有用である。このような材料
は、移動性種の拡散通路を延長し、移動性種が通過拡散するのをより困難にする
In one embodiment, the barrier comprises a material that reacts with mobile species. The reaction traps the mobile species and blocks them from passing through the barrier layer. In another embodiment, the barrier layer comprises a dense material to prevent the passage of mobile species. Barrier layers made of amorphous materials or materials with very small grain sizes are also useful. Such materials extend the diffusion path for mobile species, making it more difficult for mobile species to diffuse through.

【0010】 他の実施態様において、障壁層は移動性種とのほとんどないかまたは全く興味
のない相互作用を有する粒子表面を有する。また、移動性種との強い相互作用お
よび移動性種の移行のための高い活性化エネルギーを有する粒子表面を有する障
壁も有用である。
In other embodiments, the barrier layer has a particle surface that has little or no interesting interaction with mobile species. Also useful are barriers having a particle surface with strong activation energy for strong interaction with and migration of mobile species.

【0011】 なお他の実施態様において、金属酸化物セラミックの化学量論または組成は、
材料の電気的性質に不利な影響を与えることなく、移動性種の拡散を減少するか
または最小にするように選択される。付加的に、金属酸化物セラミックの蒸着パ
ラメーターは、金属酸化物セラミックからの過剰の移動性種の拡散を減少するよ
うに制御することができる。1実施態様において、酸化剤対酸化剤の前駆物質量
の比は、移動性種の拡散を減少するために減少される。
In yet another embodiment, the stoichiometry or composition of the metal oxide ceramic is
It is selected to reduce or minimize the diffusion of mobile species without adversely affecting the electrical properties of the material. Additionally, the deposition parameters of the metal oxide ceramic can be controlled to reduce the diffusion of excess mobile species from the metal oxide ceramic. In one embodiment, the ratio of oxidant to oxidant precursor amount is reduced to reduce migration of mobile species.

【0012】 発明の詳細な説明 本発明は、金属酸化物セラミックフィルムおよびそれのICにおける適用に関
する。より詳細には、本発明は金属酸化物セラミックからの過剰の移動性種の拡
散から生じる不利な効果の減少に関する。
[0012] DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the application of metal oxide ceramic films and it of the IC. More specifically, the present invention relates to reducing the adverse effects resulting from the diffusion of excess mobile species from metal oxide ceramics.

【0013】 説明の目的のために、本発明を強誘電性メモリーセルおよび強誘電性トランジ
スタに関連して記載する。しかし、本発明は一般に金属酸化物セラミックの形成
のために適用できる。金属酸化物セラミック層を有する強誘電性トランジスタの
ような他の適用も有用である。強誘電性トランジスタは、たとえばミラー(Mi
ller)およびマックホルター(McWhorter)、“強誘電性非揮発性
メモリフィールド効果トランジスタの物理学”、J.Appl.Physics
、73巻(12号)、5999〜6010ページ(1992年);および“非晶
質的に蒸着された金属酸化物セラミックフィルム”なる名称の同時係属出願アメ
リカ国特許USSN09/107861号に記載され、これらはすべての目的の
ために引用により本明細書中に組込まれる。
For purposes of explanation, the present invention will be described in the context of ferroelectric memory cells and ferroelectric transistors. However, the present invention is generally applicable for forming metal oxide ceramics. Other applications, such as ferroelectric transistors with metal oxide ceramic layers, are also useful. The ferroelectric transistor is, for example, a mirror (Mi
Leller) and McWhorter, “Physics of Ferroelectric Nonvolatile Memory Field Effect Transistors”, J. Am. Appl. Physics
73 (12), 5999-6010 (1992); and co-pending application entitled "Amorphous Vapor Deposited Metal Oxide Ceramic Film" in U.S. Pat. No. USSN 09/107861; These are incorporated herein by reference for all purposes.

【0014】 図1に関し、強誘電性メモリーセル100の略図が示されている。図示されて
いるように、メモリーセルはトランジスタ110および強誘電性キャパシタ15
0からなる。トランジスタの第一電極111は、ビットライン125に結合され
、第二電極112はキャパシタに結合されている。トランジスタのゲート電極は
ワードライン126に結合されている。
Referring to FIG. 1, a schematic diagram of a ferroelectric memory cell 100 is shown. As shown, the memory cell includes a transistor 110 and a ferroelectric capacitor 15
It consists of zero. The first electrode 111 of the transistor is coupled to the bit line 125 and the second electrode 112 is coupled to the capacitor. The gate electrode of the transistor is coupled to word line 126.

【0015】 強誘電性キャパシタは、強誘電性層155により分離された第一および第二プ
レート153および157からなる。第一プレート153はトランジスタの第二
電極に結合されている。第二プレートは、代表的にメモリアレー中の共通プレー
トとして使用される。
The ferroelectric capacitor consists of first and second plates 153 and 157 separated by a ferroelectric layer 155. The first plate 153 is coupled to the second electrode of the transistor. The second plate is typically used as the common plate in the memory array.

【0016】 複数のメモリーセルはワードラインおよびビットラインと相互連絡されていて
、メモリーIC中にアレーを形成する。メモリーセルへのアクセスは、ワードラ
インおよびビットラインに適当な電圧を供給することにより達成され、データを
キャパシタから書込みまたは読取るのを可能にする。
A plurality of memory cells are interconnected with word lines and bit lines to form an array in the memory IC. Access to the memory cells is accomplished by supplying the appropriate voltages to the word and bit lines, allowing data to be written or read from the capacitors.

【0017】 図2に関し、本発明の1実施態様による強誘電性メモリーセル100の断面が
示されている。メモリーセルは、半導体ウエーハのような基板101上のトラン
ジスタ110からなる。トランジスタはチャネル113により分離された拡散領
域111および112を有し、チャネル上にゲート114が配置されている。ゲ
ート酸化物(図示せず)は、ゲートをチャネルから分離する。拡散領域は、p形
またはn形であるドーパントを包含する。選択されるドーパントの形は、所望の
トランジスタの形に依存する。たとえば砒素(As)またはリン(P)のような
n形ドーパントは、nチャネル装置に対し使用され、ホウ素(B)のようなp形
ドーパントはpチャネル装置に対し使用される。拡散領域間の電流の流れの方向
に依存して、一方は“ドレーン”と呼ばれ、他方は“ソース”と呼ばれる。用語
“ドレーン”および“ソース”は、ここでは拡散領域に関して交換可能に使用さ
れる。代表的に、電流はソースからドレーンに流れる。ゲートはワードラインを
表し、拡散領域の1つ111は接点プラグ(図示せず)によりビットラインに結
合されている。
Referring to FIG. 2, a cross section of a ferroelectric memory cell 100 according to one embodiment of the present invention is shown. The memory cell consists of a transistor 110 on a substrate 101 such as a semiconductor wafer. The transistor has diffusion regions 111 and 112 separated by a channel 113, with a gate 114 disposed on the channel. A gate oxide (not shown) separates the gate from the channel. The diffusion region contains a dopant that is p-type or n-type. The type of dopant selected depends on the type of transistor desired. For example, n-type dopants such as arsenic (As) or phosphorus (P) are used for n-channel devices, and p-type dopants such as boron (B) are used for p-channel devices. Depending on the direction of current flow between the diffusion regions, one is called the "drain" and the other is called the "source". The terms "drain" and "source" are used interchangeably herein with respect to the diffusion region. Typically, current flows from the source to the drain. The gate represents the word line and one of the diffusion regions 111 is coupled to the bit line by a contact plug (not shown).

【0018】 キャパシタ150は、接点プラグ140により拡散領域112に結合されてい
る。キャパシタは、金属酸化物セラミック層155により分離された底部電極1
53および頂部電極157からなる。金属セラミック層は、1実施態様において
、強誘電性相からなるかまたは強誘電性に変換できる。電極は導電性材料からな
る。
Capacitor 150 is coupled to diffusion region 112 by contact plug 140. The capacitor comprises a bottom electrode 1 separated by a metal oxide ceramic layer 155.
53 and the top electrode 157. The metal-ceramic layer, in one embodiment, consists of or can be converted to a ferroelectric phase. The electrodes are made of a conductive material.

【0019】 金属酸化物セラミック層の組成または化学量論は、それから拡散する過剰の移
動性種の量の減少を惹起するように適応させることができる。過剰の移動性種の
拡散を減少することにより、金属酸化物は良好な電気的性質を達成するための正
確な組成を維持する。
The composition or stoichiometry of the metal oxide ceramic layer can be adapted to cause a reduction in the amount of excess mobile species diffusing from it. By reducing the diffusion of excess mobile species, the metal oxide maintains the correct composition to achieve good electrical properties.

【0020】 付加的に、金属酸化物セラミックの蒸着パラメーターは、金属酸化物セラミッ
クから拡散する過剰の移動性種の量が減少するように制御することができる。1
実施態様において、酸化剤対酸化剤の前駆物質量の比は、過剰の移動性種の拡散
を減少するために減少されている。
Additionally, the deposition parameters of the metal oxide ceramic can be controlled to reduce the amount of excess mobile species diffusing from the metal oxide ceramic. 1
In an embodiment, the ratio of oxidant to oxidant precursor amount is reduced to reduce diffusion of excess mobile species.

【0021】 メモリーセルの異なる部分を分離するために、インターレベルの誘電(int
erlevel dielectric:ILD)層160が設けられている。
ILD層は、たとえば二酸化ケイ素(SiO)または窒化ケイ素(Si )のようなケイ酸塩ガラスからなる。ホウリンケイ酸塩ガラス(BPSG)また
はホウケイ酸塩ガラス(BSG)のようなドーピングケイ酸塩ガラスも有用であ
る。他のタイプの誘電材料を使用することもできる。
In order to isolate different parts of the memory cell, an inter-level dielectric (int)
An erlevel dielectric (ILD) layer 160 is provided.
The ILD layer consists of a silicate glass such as silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). Doped silicate glasses such as borophosphosilicate glass (BPSG) or borosilicate glass (BSG) are also useful. Other types of dielectric materials can also be used.

【0022】 本発明の1実施態様により、過剰の移動性種に対する拡散障壁として作用する
障壁層が設けられている。1実施態様において、障壁層は、過剰の移動性種の基
板中への拡散を減少するかまたは最小にするために、金属酸化物セラミック層お
よび基板の間に設けられている。障壁層は、たとえばILD上でキャパシタのま
わりに形成されていて、過剰の移動性種から基板を保護する。
According to one embodiment of the invention, a barrier layer is provided that acts as a diffusion barrier for excess mobile species. In one embodiment, a barrier layer is provided between the metal oxide ceramic layer and the substrate to reduce or minimize diffusion of excess mobile species into the substrate. The barrier layer is formed, for example, on the ILD around the capacitor to protect the substrate from excess mobile species.

【0023】 図3A〜Bは、本発明の1実施態様によるメモリーセルの形成方法を示す。図
3Aに関し、部分的に形成した装置を有する基板201が示されている。図示さ
れているように、基板はトランジスタ210を包含する。基板はたとえば、シリ
コンからなる半導体ウエーハである。ゲルマニウム(Ge)、ヒ化ガリウム(G
aAs)または他の半導体化合物のような他のタイプの基板を使用することもで
きる。代表的に、基板はBのようなp形ドーパントで軽度にドーピングされてい
る。より重度にドーピングされた基板も有用である。p-/p基板のような軽
度にドーピングされたエピタキシアル(epi)層を有する重度にドーピングさ
れた基板を使用することもできる。軽度にドーピングされた基板、重度にドーピ
ングされた基板または軽度にドーピングされたepi層を有する重度にドーピン
グされた基板を包含するN形ドーピングされた基板も有用である。
3A-B illustrate a method of forming a memory cell according to one embodiment of the present invention. 3A, a substrate 201 having a partially formed device is shown. As shown, the substrate includes transistor 210. The substrate is, for example, a semiconductor wafer made of silicon. Germanium (Ge), gallium arsenide (G)
Other types of substrates such as aAs) or other semiconductor compounds can also be used. Typically, the substrate is lightly doped with a p-type dopant such as B. More heavily doped substrates are also useful. It is also possible to use a heavily doped substrate with a lightly doped epitaxial (epi) layer, such as a p / p + substrate. N-type doped substrates, including lightly doped substrates, heavily doped substrates or heavily doped substrates with lightly doped epi layers are also useful.

【0024】 必要な場合、穿孔を防ぐために、ドーパントを包含するドーピングされたウエ
ル270が設けられている。ドーピングされたウエルは、トランジスタが形成さ
れる領域内の基板中にドーパントを選択的に注入することにより形成される。1
実施態様において、ドーピングされたウエルは、基板中にBのようなp形ドーパ
ントを注入することにより形成される。p形ドーピングされたウエル(p−ウエ
ル)は、n−チャネル装置に対するドーピングされたウエルとして使用される。
たとえばAsまたはP形ドーパントを包含するn形ドーピングされたウエル(n
−ウエル)の使用は、p−チャネル装置に対しても有用である。
If desired, a doped well 270 containing a dopant is provided to prevent perforation. The doped well is formed by selectively implanting a dopant into the substrate in the region where the transistor will be formed. 1
In an embodiment, the doped well is formed by implanting a p-type dopant such as B into the substrate. The p-type doped well (p-well) is used as the doped well for the n-channel device.
N-type doped wells (n containing, for example, As or P-type dopants)
-Well) is also useful for p-channel devices.

【0025】 拡散領域211および212は、第二電気形を有するドーパントを基板の所望
の部分中へ選択的に注入することにより形成される。1実施態様において、n形
ドーパントがn−チャネル装置に対して使用されるp形ウエル中に注入され、p
形ドーパントはp−チャネル装置に対して使用される。注入は、トランジスタの
ゲートしきい値電圧(V)を調節するために拡散領域の間のチャネル領域21
3中へドーパントを注入するように実施することもできる。ゲート形成後の拡散
領域の形成も有用である。
Diffusion regions 211 and 212 are formed by selectively implanting a dopant having a second electrical form into desired portions of the substrate. In one embodiment, an n-type dopant is implanted in the p-well used for the n-channel device,
Shaped dopants are used for p-channel devices. The implant includes a channel region 21 between the diffusion regions to adjust the gate threshold voltage (V T ) of the transistor.
It is also possible to carry out by injecting the dopant into 3. Formation of diffusion regions after gate formation is also useful.

【0026】 基板上に種々の層が蒸着され、ゲート214を形成するためにパターン化され
ている。ゲートはたとえば、ゲート酸化物および多結晶質シリコン(ポリと略記
)層を包含する。ポリ(poly)層は、たとえばドーピングされている。若干
の場合、ドーピングされたポリ層上に金属ケイ化物層が形成されていて、面積抵
抗を減少するためにポリシリコンケイ化物(ポリサイドと略記)層を作る。ケイ
化モリブデン(MoSi)、ケイ化タンタル(TaSi)、ケイ化タングス
テン(WSi)、ケイ化チタン(TiSi)またはケイ化コバルト(CoS
)を包含する種々の金属ケイ化物が有用である。アルミニウムまたはタング
ステンおよびモリブデンのような耐火金属は、単独かまたはケイ化物またはポリ
と組合せて使用することができる。
Various layers are deposited on the substrate and patterned to form gates 214. The gate includes, for example, a gate oxide and a layer of polycrystalline silicon (abbreviated as poly). The poly layer is, for example, doped. In some cases, a metal silicide layer is formed on the doped poly layer to form a polysilicon silicide (abbreviated as polycide) layer to reduce the sheet resistance. Molybdenum silicide (MoSi x), tantalum silicide (TaSi x), tungsten silicide (WSi x), titanium silicide (TiSi x) or cobalt silicide (CoS
Various metal suicides, including i x ), are useful. Refractory metals such as aluminum or tungsten and molybdenum can be used alone or in combination with silicides or poly.

【0027】 拡散領域211をビットライン225に結合する接点プラグ220および拡散
領域212に結合した接点プラグ240は、トランジスタの完成後に、たとえば
単一または二重のダマスセン(Damascene)技術のような種々の公知技
術を使用して形成することができる。反応性イオンエッチング(RIE)技術も
有用である。ダマスセン技術とエッチング技術の組合せを使用することもできる
。接点プラグは、ドーピングポリまたはタングステン(W)のような導電性材料
からなる。他の導電性材料も有用である。ビットラインはたとえば、アルミニウ
ム(Al)または他の形の導電性材料からなる。ILD層260は、メモリーセ
ルの異なる部分を分離する。
The contact plug 220 that couples the diffusion region 211 to the bit line 225 and the contact plug 240 that couples to the diffusion region 212 may be used after the completion of the transistor, for example in various single or double damascene technologies. It can be formed using known techniques. Reactive ion etching (RIE) techniques are also useful. A combination of Damassen and etching techniques can also be used. The contact plug is made of a conductive material such as doped poly or tungsten (W). Other conductive materials are also useful. The bit lines are made of, for example, aluminum (Al) or another form of conductive material. The ILD layer 260 separates different parts of the memory cell.

【0028】 図3Bに関し、強誘導性キャパシタを形成するためにこの方法を継続する。
ILD層上に、導電性電極障壁層251が蒸着されている。電極障壁は、プラグ
中への酸素の通過を阻止する。電極障壁は、接点プラグ240およびその後に形
成される底部電極間の原子の移行を阻止または減少することができる。電極障壁
層は、たとえば窒化チタン(TiN)からなる。IrSi、CeOTi
SiまたはTaSiNのような他の材料も有用である。
With reference to FIG. 3B, the method continues to form a strong inductive capacitor.
A conductive electrode barrier layer 251 is deposited on the ILD layer. The electrode barrier blocks the passage of oxygen into the plug. The electrode barrier can prevent or reduce migration of atoms between the contact plug 240 and the subsequently formed bottom electrode. The electrode barrier layer is made of, for example, titanium nitride (TiN). IrSi x O y , CeO 2 Ti
Other materials such as Si 2 or TaSiN x are also useful.

【0029】 電極障壁層上に導電性層253が蒸着されている。導電性層253は、底部電
極として使用される。好ましくは、底部電極は引き続き蒸着される金属酸化物セ
ラミックフィルムとは反応しない導電性材料からなる。1実施態様において、底
部電極は、Pt、Pd、Au、IrまたはRhのような貴金属からなる。導電性
金属酸化物、導電性金属窒化物または超伝導性酸化物のような他の材料も有用で
ある。好ましくは、導電性金属酸化物、導電性金属窒化物または超伝導性酸化物
は、強誘電性層とは反応しない。導電性酸化物は、たとえばIrO、RhO 、RuO、OsO、ReOまたはWO(ここでxは約0よりも大きく、
約2よりも小さい)を包含する。導電性金属窒化物は、たとえばTiN、Zr
(ここでxは約0よりも大きく、約1.1よりも小さい)、WNまたはT
aN(ここでxは約0よりも大きく、約1.7よりも小さい)を包含する。超
伝導性酸化物は、たとえばYBaCu 、BiSrCaCuまたはBiSrCaCuを包含する。
A conductive layer 253 is deposited on the electrode barrier layer. The conductive layer 253 is used as the bottom electrode. Preferably, the bottom electrode comprises a conductive material that does not react with the subsequently deposited metal oxide ceramic film. In one embodiment, the bottom electrode comprises a noble metal such as Pt, Pd, Au, Ir or Rh. Other materials such as conducting metal oxides, conducting metal nitrides or superconducting oxides are also useful. Preferably, the conductive metal oxide, conductive metal nitride or superconducting oxide does not react with the ferroelectric layer. The conductive oxide may be, for example, IrO x , RhO x , RuO x , OsO x , ReO x or WO x (where x is greater than about 0,
Less than about 2). Conductive metal nitrides include, for example, TiN x , Zr
N x (where x is greater than about 0 and less than about 1.1), WN x or T
aN x, where x is greater than about 0 and less than about 1.7. Superconducting oxide, for example YBa 2 Cu 2 O 7 - including x, Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x or Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O y.

【0030】 電極障壁層および導電性層は、接点植込ボルト240に結合される底部電極ス
タック280を形成するためにパターン化されている。底部電極スタック上に金
属酸化物セラミック層が形成されている。1実施態様において、金属酸化物セラ
ミックは強誘電性相からなるかまたは強誘電性に変換できる。
The electrode barrier layer and conductive layer are patterned to form a bottom electrode stack 280 that is coupled to the contact studs 240. A metal oxide ceramic layer is formed on the bottom electrode stack. In one embodiment, the metal oxide ceramic consists of or can be converted to a ferroelectric phase.

【0031】 金属酸化物セラミック層を形成するために、ゾル−ゲル、化学蒸着(CVD)
、スパッタリング、パルスレーザー蒸着(PLD)および蒸発のような種々の技
術が使用される。好ましくは、金属酸化物セラミック層はCVDにより形成され
る。好ましくは、金属酸化物セラミックは、低温CVD技術により蒸着される。
低温技術は、“強誘電性メモリー装置中への集積のためのビスマスセラミック薄
膜を製造するためのB−ジケトネートビスマス前駆物質を使用する低温CVD法
”なる名称の同時係属出願アメリカ国特許USSN08/975087号に記載
され、これはすべての目的のため引用により本明細書中に組込まれる。より好ま
しくは、金属酸化物セラミック層は、CVDを使用し非晶質形で蒸着される。C
VD非晶質に蒸着された金属酸化物層は、“非晶質的に蒸着された金属酸化物セ
ラミックフィルム”なる名称の同時係属出願アメリカ国特許USSN09/10
7861号(代理人名簿番号98P7422)に記載され、これはすべての目的
のため引用により本明細書中に組込まれる。
Sol-gel, chemical vapor deposition (CVD) to form a metal oxide ceramic layer
, Sputtering, pulsed laser deposition (PLD) and evaporation are used. Preferably, the metal oxide ceramic layer is formed by CVD. Preferably, the metal oxide ceramic is deposited by low temperature CVD techniques.
Low temperature technology is described in co-pending application US patent USSN08 entitled "Low Temperature CVD Method Using B-Diketonate Bismuth Precursor to Produce Bismuth Ceramic Thin Films for Integration in Ferroelectric Memory Devices". / 975087, which is incorporated herein by reference for all purposes. More preferably, the metal oxide ceramic layer is deposited in amorphous form using CVD. C
The VD amorphous deposited metal oxide layer is a co-pending application entitled "Amorphous Deposited Metal Oxide Ceramic Film" United States Patent USSN 09/10.
7861 (Attorney Docket No. 98P7422), which is incorporated herein by reference for all purposes.

【0032】 1実施態様において、金属酸化物セラミックはBiベースの金属酸化物セラミ
ックからなる。Biベースの金属酸化物層は、一般にYBi(ここ
でYは2価のカチオンを表し、Xは5価のカチオンを表す)により表される。1
実施態様において、Yは、Sr、Ba、Pb、およびCaから選択された1種以
上の元素に等しく、1実施態様においては、TaおよびNbから選択された1種
以上の元素に等しい。下付き文字“a”は、すべての2X原子に対するY原子の
数に関し;下付き文字“b”は、すべての2X原子に対するBi原子の数に関し
;および下付き文字“c”は、すべての2X原子に対する酸素原子の数に関する
In one embodiment, the metal oxide ceramic comprises a Bi-based metal oxide ceramic. The Bi-based metal oxide layer is generally represented by Y a Bi b X 2 O c, where Y represents a divalent cation and X represents a pentavalent cation. 1
In an embodiment Y is equal to one or more elements selected from Sr, Ba, Pb, and Ca, and in one embodiment equal to one or more elements selected from Ta and Nb. The subscript "a" refers to the number of Y atoms for all 2X atoms; the subscript "b" refers to the number of Bi atoms for all 2X atoms; and the subscript "c" refers to all 2X atoms. Regarding the number of oxygen atoms to an atom.

【0033】 強誘電性Biベースの金属酸化物セラミックは好ましくは、正に帯電したBi
酸化物層[Bi2n+により分離された負に帯電したペロブスカイト層
[A 3m -を有する積層ペロブスカイト型構造を有し、上
記式中、AはBi -、L3+ 2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Na
(L=Ce4+、La3+、Pr3+、Ho3+、Eu2+、Ub2+のよう
なランタノイド系からの金属)であり、BはFe3+、Al3+、Y3+、L 、Ti4+、Nb5+、Ta5+、W6+、Mo6+であり、かつmは1、2
、3、4、5である。
Ferroelectric Bi-based metal oxide ceramics are preferably positively charged Bi.
Oxide layer [Bi 2 O 2] negatively charged perovskite layers separated by 2n + [A m - 1 B m O 3m - 1] 2 - has a laminated perovskite structure with, in the above formula, A is Bi 3 -, L 3+, L 2+, Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+, Na
+ (L = Ce 4+, La 3+, Pr 3+, Ho 3+, Eu 2+, Ub 2+ metal from lanthanide like) and, B is Fe 3+, Al 3+, Y 3+ , L 3 +, Ti 4+ , Nb 5+ , Ta 5+ , W 6+ , Mo 6+ , and m is 1, 2
3, 4, and 5.

【0034】 1実施態様において、Biベースの酸化物セラミックはSrを包含する。Sr
およびTaを包含するBiベースの酸化物も有用である。好ましくは、 Bi酸
化物は一般にSrBiTaによって表されるSBTからなる。SBT
は、より詳細にはたとえばSrBiTaによって表すことができる。強
誘電性SBTは、正に帯電したBi酸化物層により分離された、負に帯電したS
rおよびTa酸化物のペロブスカイト層を有する積層ペロブスカイト型構造を有
する。SrおよびTa酸化物の化学量論はたとえば[SrTa2n -
であり、Bi酸化物層の化学量論はたとえば[Bi2n - であり、交
番[SrTa2n - 層および[Bi2n - 層の構造を生じる
In one embodiment, the Bi-based oxide ceramic comprises Sr. Sr
Bi-based oxides including and Ta are also useful. Preferably, the Bi oxide consists of SBT, commonly represented by Sr a Bi b Ta 2 O c . SBT
Can be more particularly represented by, for example, SrBi 2 Ta 2 O 9 . Ferroelectric SBT is a negatively charged S separated by a positively charged Bi oxide layer.
It has a laminated perovskite structure having a perovskite layer of r and Ta oxides. The stoichiometry of Sr and Ta oxide is, for example, [SrTa 2 O 7 ] 2n n.
And the stoichiometry of the Bi oxide layer is, for example, [Bi 2 O 2 ] 2n - n , and the structure of the alternating [SrTa 2 O 7 ] 2n - n layer and the [Bi 2 O 2 ] 2n - n layer is Occurs.

【0035】 SBTの誘導体も有用である。SBT誘導体は、SrBiTa Nb(0<x<2)、SrBiNb、SrBiTa、S
BaBiTa Nb(0≦x≦a、0≦y≦2)、Sr CaBiTa Nb(0≦x≦a、0≦y≦2),Sr PbBiTa Nb(0≦x≦a、0≦y≦2)またはSr BaCaPbBiTa Nb(0≦x+y+
z≦a、0≦p≦2)を包含する。ランタノイド系金属とのBiベースの酸化物
またはSBT誘導体の置換またはドーピングも有用である。
Derivatives of SBT are also useful. SBT derivatives, Sr a Bi b Ta 2 - x Nb x O c (0 <x <2), Sr a Bi b Nb 2 O c, Sr a Bi b Ta 2 O c, S
r a - x Ba x Bi b Ta 2 - y Nb y O c (0 ≦ x ≦ a, 0 ≦ y ≦ 2), Sr a - x Ca x Bi b Ta 2 - y Nb y O 9 (0 ≦ x ≦ a, 0 ≦ y ≦ 2 ), Sr a - x Pb x Bi b Ta 2 - y Nb y O c (0 ≦ x ≦ a, 0 ≦ y ≦ 2) or Sr a - x - y - z Ba x Ca y Pb z Bi b Ta 2 p Nb p O c (0 ≦ x + y +
z ≦ a, 0 ≦ p ≦ 2). Substitution or doping of Bi-based oxides or SBT derivatives with lanthanide-based metals is also useful.

【0036】 他の実施態様において、Biベースの酸化物セラミックはBiTi12 またはその誘導体からなる。BiTi12の誘導体は、たとえばPrBi Ti12、HoBiTi12、LaBiTi12、Bi
iTaO、BiTiNbO、SrBiTi15、CaBiTi15、BaBiTi15、PbBiTi15、Sr CaBaPbBiTi15(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦
1)、SrBiTi18、CaBiTi18、BaBi
18、PbBiTi18、Sr CaBaPb BiTiFeO18(0≦x≦2、0≦y≦2、0≦z≦2)、SrBi TiFeO18、CaBiTiFeO18、BaBiTiFeO
、PbBiTiFeO18、Sr CaBaPbBi TiFeO18(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)、BiTi
eO15、LaBiTiFeO15、PrBiTiFeO15およびB
TiFeO18、BiTiFe27を包含する。
In another embodiment, the Bi-based oxide ceramic consists of Bi 4 Ti 3 O 12 or its derivatives. Derivatives of Bi 4 Ti 3 O 12 include, for example, PrBi 3 Ti 3 O 12 , HoBi 3 Ti 3 O 12 , LaBi 3 Ti 3 O 12 , Bi 3 T.
iTaO 9, Bi 3 TiNbO 9, SrBi 4 Ti 4 O 15, CaBi 4 Ti 4 O 15, BaBi 4 Ti 4 O 15, PbBi 4 Ti 4 O 15, Sr 1 - x - y - z Ca x Ba y Pb z Bi 4 Ti 4 O 15 (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦
1), Sr 2 Bi 4 Ti 5 O 18, Ca 2 Bi 4 Ti 5 O 18, Ba 2 Bi 4 T
i 5 O 18, Pb 2 Bi 4 Ti 5 O 18, Sr 2 - x - y - z Ca x Ba y Pb z Bi 5 Ti 4 FeO 18 (0 ≦ x ≦ 2,0 ≦ y ≦ 2,0 ≦ z ≦ 2), SrBi 5 Ti 4 FeO 18 , CaBi 5 Ti 4 FeO 18 , BaBi 5 Ti 4 FeO 1
8, PbBi 5 Ti 4 FeO 18 , Sr 1 - x - y - z Ca x Ba y Pb z Bi 5 Ti 4 FeO 18 (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1), Bi 5 Ti 3 F
eO 15 , LaBi 4 Ti 3 FeO 15 , PrBi 4 Ti 3 FeO 15 and B
i 6 Ti 3 FeO 18 and Bi 9 Ti 3 Fe 5 O 27 are included.

【0037】 1実施態様において、Biベースの金属酸化物セラミックは低温CVD技術に
より蒸着される。好ましい実施態様において、Biベースの金属酸化物はCVD
により非晶質的に蒸着される。Biベースの金属酸化物が蒸着される温度は、た
とえば約430℃以下、好ましくは約385〜430℃である。
In one embodiment, the Bi-based metal oxide ceramic is deposited by a low temperature CVD technique. In a preferred embodiment, the Bi-based metal oxide is CVD.
Is deposited amorphously. The temperature at which the Bi-based metal oxide is deposited is, for example, about 430 ° C or lower, preferably about 385 to 430 ° C.

【0038】 Biベースの酸化物セラミックを形成するために使用される前駆物質および反
応性ガスは、1997年11月20日に提出された、“強誘電性メモリー装置中
に集積するためのビスマスセラミック薄膜を製造するためのB−ジケトネートビ
スマス前駆物質を使用する低温CVD法”なる名称の、同時係属出願アメリカ国
特許USSN08/9750876号;1997年10月30日に提出された“
無水単環トリス(β−ジケトネート)ビスマス組成物およびその製造方法”なる
名称の、USSN08/960915号;1998年6月30日に提出された、
“非晶質的に蒸着された金属酸化物セラミックフィルム”なる名称の、USSN
09/107861号に記載され、そのすべてはすべての目的のため引用により
本明細書中に組込まれる。
The precursors and reactive gases used to form the Bi-based oxide ceramics are described in “Bismuth Ceramics for Integration in Ferroelectric Memory Devices,” filed Nov. 20, 1997. Co-pending application US Pat. No. USSN 08/9750876, entitled "Low Temperature CVD Method Using B-Diketonate Bismuth Precursor for Making Thin Films", filed October 30, 1997.
Anhydrous monocyclic tris (β-diketonate) bismuth composition and process for producing the same, USSN 08/960915; filed June 30, 1998,
USSN, entitled "Amorphous Deposition Metal Oxide Ceramic Film"
09/107861, all of which are incorporated herein by reference for all purposes.

【0039】 前駆物質は、個々に溶剤系に溶解し、送出補助系のそれぞれの貯槽中に貯蔵さ
れる。前駆物質は、蒸着の前に正確な割合に混合される。単一貯槽中で前駆物質
を混合することも有用である。前駆物質は、溶剤系に高度に可溶であるべきであ
る。溶剤系中の前駆物質の溶解度は、たとえば約0.1〜5モルである。約0.
1〜2モルまたは0.1〜1モルの溶解度も有用である。
The precursors are individually dissolved in the solvent system and stored in the respective reservoirs of the delivery assistance system. The precursors are mixed in precise proportions prior to vapor deposition. It is also useful to mix the precursors in a single reservoir. The precursor should be highly soluble in the solvent system. The solubility of the precursor in the solvent system is, for example, about 0.1-5 mol. About 0.
Solubility of 1-2 or 0.1-1 mol is also useful.

【0040】 Biベースの金属酸化物の組成は、移動性種の拡散を減少するために適応させ
ることができる。Biベースの金属酸化物セラミックの移動性種は、たとえばB
iまたはBiのようなBiからなる。実験から、Biベースの金属酸化物
セラミック層の組成は、層から拡散する移動性種(Bi)の量に影響を与えるこ
とが判明した。とくに、2.4よりも大きい2Xに対するBi比(式YBi X中のb)を有する組成を有するBiベースの金属酸化物セラミック層は
顕著なBi損失または拡散を生じる。
The composition of the Bi-based metal oxide can be adapted to reduce the diffusion of mobile species. Mobile species of Bi-based metal oxide ceramics include, for example, B
i or Bi such as Bi 2 O 3 . Experiments have shown that the composition of the Bi-based metal oxide ceramic layer affects the amount of mobile species (Bi) diffusing from the layer. In particular, Bi-based metal oxide ceramic layer having a composition having a Bi ratio (b in the formula Y a Bi b X 2 O c ) for greater 2X than 2.4 produces significant Bi loss or diffusion.

【0041】 1実施態様において、Biベースの金属酸化物セラミックは、過剰の移動性種
の拡散を減少するために、bが約2.4に等しいかまたはこれより小さい組成を
有する。好ましくは、金属酸化物セラミック層の組成は約1.95〜2.2、よ
り好ましくは約2.0〜2.2のb値を有する。
In one embodiment, the Bi-based metal oxide ceramic has a composition with b equal to or less than about 2.4 to reduce diffusion of excess mobile species. Preferably, the composition of the metal oxide ceramic layer has a b-value of about 1.95 to 2.2, more preferably about 2.0 to 2.2.

【0042】 Y分子の含量も、Biベースの金属酸化物セラミックからのBi損失に影響を
与える。 Y原子の量の減少(たとえばY不足組成)はBi原子に対し占有する
付加的部位を与え、これにより金属酸化物セラミック層から拡散しうるBiの量
が減少すると思われる。これは、生じる層が良好な電気的性質を生じる構造を有
するので有利である。1実施態様において、金属酸化物セラミック層の組成は、
約0.8〜1.0のaY対2Xの比(式YBi中のa)を有する。
約0.9〜1.0に等しい値は、過剰の移動性種の拡散を減少するのに有用であ
り、Biベースの金属酸化物セラミック層の電気的性質を低下しないことが判明
している。
The content of Y molecules also affects Bi loss from Bi-based metal oxide ceramics. It is believed that the reduced amount of Y atoms (eg, Y-deficient composition) provides additional sites for Bi atoms to occupy, thereby reducing the amount of Bi that can diffuse from the metal oxide ceramic layer. This is advantageous because the resulting layer has a structure that produces good electrical properties. In one embodiment, the composition of the metal oxide ceramic layer is
A ratio of about 0.8 to 1.0 of aY pair 2X (a in the formula Y a Bi b X 2 O c ).
Values equal to about 0.9-1.0 have been found to be useful in reducing diffusion of excess mobile species and do not degrade the electrical properties of Bi-based metal oxide ceramic layers. .

【0043】 好ましい実施態様において、Biベースの金属酸化物セラミックはSBTから
なる。SBTは、約2.4より小さいb値を有する。1実施態様において、SB
Tの組成は約1.95〜2.2、好ましくは約2.0〜2.2のb値を有する。
SBTのSr対2Ta(a)の比は、約0.8〜1.0である。
In a preferred embodiment, the Bi-based metal oxide ceramic consists of SBT. SBT has ab value of less than about 2.4. In one embodiment, SB
The composition of T has ab value of about 1.95 to 2.2, preferably about 2.0 to 2.2.
The ratio of Sr to 2Ta (a) in SBT is about 0.8-1.0.

【0044】 金属酸化物セラミック層の形成後に、アニールが実施される。アニールは、蒸
着したままの金属酸化物セラミックを所望の電気的特性を有する層に変換する。
1実施態様において、アニールは蒸着したままの金属酸化物を強誘電性層に変換
する。アニールは、強誘電性層の粒子を成長して高い残留分極(2Pr)のよう
な良好な電気的性質を生じる。アニールは、代表的には酸素化雰囲気中約1〜6
0分間約750〜800℃で実施される。より低い温度も有用である。たとえば
、アニールは約650〜750℃で実施することができる。しかし、より低い温
度は所望の電気的性質を達成するために、より長いアニール(たとえば約30〜
120分)を必要とする。アニールの時間は、所望の電気的性質に依存して変更
しうる。
Annealing is performed after the formation of the metal oxide ceramic layer. Annealing transforms the as-deposited metal oxide ceramic into a layer having the desired electrical properties.
In one embodiment, the anneal transforms the as-deposited metal oxide into a ferroelectric layer. Annealing causes the grains of the ferroelectric layer to grow and produce good electrical properties such as high remanent polarization (2Pr). Annealing is typically about 1-6 in an oxygenated atmosphere.
It is carried out at about 750 to 800 ° C. for 0 minutes. Lower temperatures are also useful. For example, the anneal may be performed at about 650-750 ° C. However, lower temperatures may be used for longer annealing (e.g., about 30-) to achieve the desired electrical properties.
120 minutes) is required. The annealing time may vary depending on the electrical properties desired.

【0045】 頂部電極を形成するため、金属酸化物セラミック層上に導電性層257が蒸着
される。導電性層は、たとえばPt、Pd、Au、IrまたはRhのような貴金
属からなる。底部電極を形成するために使用されたような他の材料も有用である
。金属酸化物セラミックおよび電極間の界面を限定するウエルを確保するため、
頂部電極の蒸着後にアニールを実施することも屡々有用である。金属酸化物セラ
ミックおよび電極間の界面を回復するためのアニールは代表的には、約5slm
のO流量を有する酸素雰囲気中で約1〜30分間約500〜800℃で実施す
ることができる。電極および金属酸化物セラミック間の十分に限定された界面を
有する場合、これはたとえば漏れ電流を減少するので有利である。
A conductive layer 257 is deposited on the metal oxide ceramic layer to form a top electrode. The conductive layer is made of a noble metal such as Pt, Pd, Au, Ir or Rh. Other materials such as those used to form the bottom electrode are also useful. To ensure a well that defines the interface between the metal oxide ceramic and the electrode,
It is also often useful to perform annealing after vapor deposition of the top electrode. Annealing to restore the interface between the metal oxide ceramic and the electrode is typically about 5 slm.
It can be carried out at about 500 to 800 ° C. for about 1 to 30 minutes in an oxygen atmosphere having an O 2 flow rate of 100 to 800 ° C. Having a well-defined interface between the electrode and the metal oxide ceramic is advantageous, for example because it reduces the leakage current.

【0046】 金属酸化物セラミックの蒸着後、部分的または完全に強誘電性層を形成するた
めプレアニールを実施し、次に頂部電極の蒸着後に、金属酸化物セラミックを強
誘電性層に完全に変換するため(既に完全に変換されていない場合)、粒子成長
を促進しおよび十分に限定された金属酸化物セラミック/電極界面を確保するた
めに他のアニールを実施することも有用でありうる。
After the deposition of the metal oxide ceramic, a pre-annealing is performed to partially or completely form the ferroelectric layer, and after the deposition of the top electrode, the metal oxide ceramic is completely converted into the ferroelectric layer. In order to do so (if not already fully converted), it may be useful to perform other anneals to promote grain growth and to ensure a well defined metal oxide ceramic / electrode interface.

【0047】 プレアニールは代表的には、約750℃以下の温度で実施される。1実施態様
において、プレアニールは約700〜750℃で実施される。プレアニールの時
間は、約5〜10分である。他の実施態様において、プレアニールは700℃以
下で実施される。より低い温度では、金属酸化物セラミックを強誘電性相に部分
的または完全に変換するためにより長いプレアニールが必要でありうる。
Pre-annealing is typically performed at temperatures below about 750 ° C. In one embodiment, pre-annealing is performed at about 700-750 ° C. The pre-annealing time is about 5-10 minutes. In another embodiment, pre-annealing is performed at 700 ° C or lower. At lower temperatures, longer pre-anneals may be needed to partially or fully convert the metal oxide ceramic to the ferroelectric phase.

【0048】 頂部電極は代表的には、メモリアレー中の他のキャパシタを接続する共通電極
として使用される。頂部電極は下の他の層と共に、必要な場合、ビットラインお
よびワードラインへの接触開口を設けるためにパターン化することができる。強
誘電性メモリーICを完成するために付加的加工が実施される。このような付加
的加工は当業者に周知である。たとえば、付加的加工は支持回路網、最後の不動
態化層、テストのための不動態化層中の接点開口の形成および鉛フレームへの接
続および包装を含む。
The top electrode is typically used as a common electrode to connect other capacitors in the memory array. The top electrode, along with the other layers below, can be patterned to provide contact openings to the bitlines and wordlines, if desired. Additional processing is performed to complete the ferroelectric memory IC. Such additional processing is well known to those skilled in the art. For example, additional processing includes support circuitry, a final passivation layer, formation of contact openings in the passivation layer for testing, and connection and packaging to a lead frame.

【0049】 図4A〜Cは、本発明の他の実施態様を示す。図示されているように、基板2
01は記述したと類似の部分的に形成された、類似の特徴を示す参照数字を有す
るメモリーセルを有する。
4A-C show another embodiment of the present invention. Substrate 2 as shown
01 has a partially formed memory cell similar to the one described, with reference numerals showing similar features.

【0050】 ILD層260上に、障壁層275が蒸着されている。1実施態様において、
障壁層は、過剰の移動性種と反応する金属からなる。Biベース金属酸化物セラ
ミックの場合、障壁層はBi移動性種と反応する酸化物からなる。1実施態様に
おいて、障壁層は早期遷移金属を含有する群から選択された酸化物からなる。こ
のような酸化物は、たとえばSc、Y、TiO、ZrO、Hf
、V、Nb、TaおよびTiOを包含する。好ましい
実施態様において、障壁層はTiOおよびTaからなる。他の実施態様
において、障壁層は、Biを含有する過剰の移動性種との反応後にそれぞれの障
壁層PrBiTi12、HoBiTi12およびLaBiTi12を形成する、Pr、HoまたはLaのようなランタノ
イド酸化物と組合された遷移金属酸化物からなる。
A barrier layer 275 is deposited on the ILD layer 260. In one embodiment,
The barrier layer consists of a metal that reacts with excess mobile species. In the case of Bi-based metal oxide ceramics, the barrier layer consists of an oxide that reacts with Bi mobile species. In one embodiment, the barrier layer comprises an oxide selected from the group containing early transition metals. Such oxides include, for example, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , and Hf.
Including O 2, V 2 O 5, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5 and TiO 2. In a preferred embodiment, the barrier layer consists of TiO 2 and Ta 2 O 5 . In another embodiment, the barrier layer forms a respective barrier layer PrBi 3 Ti 3 O 12, HoBi 3 Ti 3 O 12 and LaBi 3 Ti 3 O 12 after the reaction with an excess of mobile species containing Bi consists Pr 2 O 3, Ho 2 O 3 or lanthanoid oxide and combined transition metal oxides such as La 2 O 3.

【0051】 他の実施態様において、障壁層は一般式MTiO(ここでMはCa、Srお
よびBaである)のチタン酸塩(Ti)からなる。たとえばSrTiO、Ba
TiO、(Ba、Sr)TiOのようなチタン酸塩が有用である。アルカリ
土類金属からなる酸化物の群から選択された酸化物も、障壁層を形成するために
使用することができる。このような酸化物は、たとえばMgO、CaO、SrO
およびBaOを包含する。
In another embodiment, the barrier layer comprises a titanate (Ti) of the general formula MTiO 3 (where M is Ca, Sr and Ba). For example, SrTiO 3 , Ba
Titanate salts such as TiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 are useful. Oxides selected from the group of oxides consisting of alkaline earth metals can also be used to form the barrier layer. Such oxides are, for example, MgO, CaO, SrO.
And BaO.

【0052】 遷移金属を有する窒化物のような Biベースの移動性種と反応する他の材料
を、障壁層を形成するために使用することもできる。遷移金属窒化物は、たとえ
ばTiN、ZrNおよびHfN(0<x<1);TaNおよびNbN (0<x<1.5);WNおよびMoN(0<x<2)を包含する。窒化物
は、非導電性障壁層を形成するために酸化される。
Other materials that react with the Bi-based mobile species, such as nitrides with transition metals, can also be used to form the barrier layer. Transition metal nitrides include, for example, TiN x , ZrN x and HfN x (0 <x <1); TaN x and NbN x (0 <x <1.5); WN x and MoN x (0 <x <2). Includes. The nitride is oxidized to form the non-conductive barrier layer.

【0053】 他の実施態様において、障壁は金属酸化物セラミックから基板中への過剰の移
動性種の移行を減少する緻密な材料からなる。Biベース金属酸化物セラミック
の場合、Bi移動性種の拡散を減少するのに十分に緻密な材料は、Al
Sc、Y、MgO、BeO、TiOおよびTaのような酸
化物を包含する。
In another embodiment, the barrier comprises a dense material that reduces migration of excess mobile species from the metal oxide ceramic into the substrate. In the case of Bi-based metal oxide ceramics, materials dense enough to reduce diffusion of Bi mobile species include Al 2 O 3 ,
Including Sc 2 O 3, Y 2 O 3, MgO, BeO, an oxide such as TiO 2 and Ta 2 O 5.

【0054】 障壁層は、スパッタリング、CVDまたは物理的蒸着(PVD)のような種々
の蒸着技術により形成することができる。他の蒸着技術も有用でありうる。1実
施態様において、障壁層はたとえば酸化物ターゲットまたは酸素の存在における
金属ターゲットを用いるスパッタリングにより基板上に蒸着される。代表的には
、障壁層がスパッタされる温度は約200〜400℃である。たとえば約20〜
200℃、好ましくは約200℃のような低いスパッタリング温度は微細な粒子
を生じ、該粒子は移動性種の拡散路を延長するので有利でありうる。400℃以
上のような高い温度も有用でありうる。
The barrier layer can be formed by various deposition techniques such as sputtering, CVD or physical vapor deposition (PVD). Other vapor deposition techniques may also be useful. In one embodiment, the barrier layer is deposited on the substrate by, for example, sputtering with an oxide target or a metal target in the presence of oxygen. Typically, the temperature at which the barrier layer is sputtered is about 200-400 ° C. For example, about 20
Sputtering temperatures as low as 200 ° C., preferably about 200 ° C., can be advantageous because they result in fine particles, which extend the diffusion path for mobile species. Higher temperatures such as 400 ° C. and above may also be useful.

【0055】 好ましい実施態様において、障壁層はスパッタリングまたはCVDにより金属
の形で蒸着される。蒸着後障壁層は、蒸着したままの層を酸化物障壁層に変換す
るため酸素中でアニールされる。アニールは酸化のため、蒸着したままの層の膨
張を生じ、これによりその密度を増加する。
In a preferred embodiment, the barrier layer is deposited in the metal form by sputtering or CVD. The post-deposition barrier layer is annealed in oxygen to convert the as-deposited layer to an oxide barrier layer. Annealing causes expansion of the as-deposited layer due to oxidation, which increases its density.

【0056】 若干の場合、膨張は極端な量の圧縮応力を形成しうる。圧縮応力の効果を相殺
するために、障壁層は引張り応力下に蒸着させることができる。引張り応力は、
たとえば約200〜400℃の高めた温度で障壁層を蒸着させることにより誘発
することができる。
In some cases, expansion can create an extreme amount of compressive stress. To offset the effect of compressive stress, the barrier layer can be deposited under tensile stress. The tensile stress is
It can be triggered by depositing the barrier layer at an elevated temperature, for example about 200-400 ° C.

【0057】 選択的に、障壁層は酸化物および金属または亜酸化物の混合物を形成するため
に不十分な酸素含量を用いて蒸着させることができる。次いで、アニールが障壁
層を酸化するため酸素中で実施される。蒸着したままのフィルムは亜酸化物(そ
の最高酸化状態以下である酸化状態を有する金属)または酸化物および金属の混
合物からなるので、体積膨張の大きさは小さく、これにより圧縮応力は減少する
Alternatively, the barrier layer can be deposited with insufficient oxygen content to form a mixture of oxide and metal or suboxide. An anneal is then performed in oxygen to oxidize the barrier layer. As-deposited films consist of suboxides (metals with an oxidation state below their highest oxidation state) or mixtures of oxides and metals, so that the volume expansion is small, which reduces the compressive stress.

【0058】 1実施態様において、障壁層は亜酸化チタンからなる。亜酸化チタンの化学量
論は、たとえばTiOであり、ここでxは0.5≦x≦1.5である。アニー
ルの間、亜酸化物はTiOに変換する。反応は、下記のように記載することが
できる: TiO:TiO+yO→TiO y=(2−x)/2 Ta亜酸化物からなる障壁層も有用である。 Ta亜酸化物は、TaOとし
て表すことができ、ここでxは約0.5≦x≦2である。
In one embodiment, the barrier layer comprises titanium suboxide. The stoichiometry of titanium suboxide is, for example, TiO x , where x is 0.5 ≦ x ≦ 1.5. During the anneal, the suboxide converts to TiO 2 . The reaction can be described as follows: A barrier layer consisting of TiO 2 : TiO x + yO 2 → TiO 2 y = (2-x) / 2 Ta suboxide is also useful. Ta suboxide can be represented as TaO x , where x is about 0.5 ≦ x ≦ 2.

【0059】 他の実施態様において、障壁層は第一障壁層および第二障壁層を有する障壁ス
タックからなる。第一障壁層は移動性種に対し小さい拡散定数を有する材料から
なり、第二障壁層は移動性種に対し高い反応性を有する材料からなる。第二障壁
層は、移動性種を誘引し、それと反応して安定な化合物を形成する傾向を有する
。他方で、第一障壁層はその緻密度のため移動性種の通過を阻止する。
In another embodiment, the barrier layer comprises a barrier stack having a first barrier layer and a second barrier layer. The first barrier layer is made of a material having a small diffusion constant for mobile species, and the second barrier layer is made of a material having high reactivity for mobile species. The second barrier layer has a tendency to attract mobile species and react with them to form stable compounds. On the other hand, the first barrier layer blocks the passage of mobile species due to its compactness.

【0060】 1実施態様において、第二障壁層は第一障壁層上に形成されている。過剰の移
動性種は第二障壁層と反応して、その中に捕捉される。下方の第一障壁層はその
緻密度のため過剰の移動性種の通過を阻止する。
In one embodiment, the second barrier layer is formed on the first barrier layer. Excess mobile species react with the second barrier layer and become trapped therein. The lower first barrier layer blocks the passage of excess mobile species due to its compactness.

【0061】 図4Bに関し、障壁層およびILD層は、拡散領域212への開口を形成する
ためパターン化されている。導電性材料が蒸着されていて、開口を充填する。過
剰の導電性材料は、接点プラグを形成するため、たとえば化学機械的研磨(CM
P)により除去することができる。
With reference to FIG. 4B, the barrier and ILD layers are patterned to form openings to the diffusion region 212. A conductive material has been deposited to fill the opening. Excessive conductive material forms, for example, chemical mechanical polishing (CM) to form contact plugs.
It can be removed by P).

【0062】 図4Cに関し、底部電極として役立つ導電性層253は基板上に蒸着されてい
て、障壁層および接点プラグ240を覆う。導電性電極障壁層251は、プラグ
240中への酸素の通過を阻止するため、導電性層を形成する前に基板上に形成
することができる。電極障壁層は、接点プラグおよび電極間の原子の移行を減少
するために使用することもできる。電極障壁および導電性層は、底部電極スタッ
ク280を形成するためにパターン化されている。底部電極は、接点プラグ24
0により拡散領域212に結合されている。
Referring to FIG. 4C, a conductive layer 253 serving as a bottom electrode has been deposited on the substrate and covers the barrier layer and contact plug 240. The conductive electrode barrier layer 251 blocks the passage of oxygen into the plug 240 and thus can be formed on the substrate prior to forming the conductive layer. The electrode barrier layer can also be used to reduce atomic migration between the contact plug and the electrode. The electrode barrier and conductive layer are patterned to form the bottom electrode stack 280. The bottom electrode has a contact plug 24
It is connected to the diffusion region 212 by 0.

【0063】 金属酸化物セラミック層255は、底部電極およびILD層の上に形成されて
いる。金属酸化物セラミックは、1実施態様において、強誘電性相からなるかま
たは強誘電性に変換できる。すでに記載されているように、金属酸化物セラミッ
クの組成は、過剰の移動性種の拡散を減少するために適応させることができる。
The metal oxide ceramic layer 255 is formed on the bottom electrode and the ILD layer. The metal oxide ceramics, in one embodiment, consist of or can be converted to ferroelectric. As previously described, the composition of the metal oxide ceramic can be adapted to reduce diffusion of excess mobile species.

【0064】 金属酸化物セラミックを良好な電気的性質を有する所望の相に変換するために
、アニールが実施される。頂部電極を形成するため、金属酸化物セラミック上に
導電性層257が蒸着されている。頂部電極257の形成後のアニールの実施も
有用でありうる。選択的に、金属酸化物セラミックの蒸着後、強誘電性相を形成
するためにプレアニールが実施され、次いで頂部電極の形成後、所望の電気的性
質を達成するためにアニールが実施される。
Annealing is performed in order to transform the metal oxide ceramic into the desired phase with good electrical properties. A conductive layer 257 is deposited on the metal oxide ceramic to form the top electrode. Performing an anneal after formation of the top electrode 257 may also be useful. Optionally, after deposition of the metal oxide ceramic, a pre-anneal is performed to form the ferroelectric phase, and then after formation of the top electrode, an anneal is performed to achieve the desired electrical properties.

【0065】 頂部電極は代表的には、メモリアレー中の他のキャパシタを接続する共通電極
として使用される。頂部電極は、下の他の層と共に、必要な場合ビットラインお
よびワードラインへの接点開口を設けるためにパターン化することができる。強
誘電性メモリーICを完成するために、付加的加工が実施される。
The top electrode is typically used as a common electrode to connect other capacitors in the memory array. The top electrode, along with the other layers below, can be patterned to provide contact openings to bitlines and wordlines if desired. Additional processing is performed to complete the ferroelectric memory IC.

【0066】 選択的に、図4Dに図示されているように、ILD層上に電極障壁層が蒸着さ
れ、プラグ240の頂部に電極障壁251を形成するためにパターン化されてい
る。導電性材料が蒸着され、底部電極253を形成するためにパターン化されて
いる。底部電極は電極障壁251および障壁層の部分を覆う。図4Cに記載され
ているようにこの方法を継続する。
Optionally, as shown in FIG. 4D, an electrode barrier layer is deposited on the ILD layer and patterned to form an electrode barrier 251 on top of the plug 240. A conductive material is deposited and patterned to form bottom electrode 253. The bottom electrode covers the electrode barrier 251 and part of the barrier layer. Continue the method as described in FIG. 4C.

【0067】 図5A〜Cは、本発明の他の実施態様を示す。図示されているように、基板2
01はすでに記載されているように部分的に形成されたメモリーセルを有する。
基板表面上に本発明による障壁層275が形成されている。障壁層は、接点プラ
グの表面を露出する開口241を形成するため慣例のマスキングおよびエッチン
グ法を用いてパターン化されている。図示されているように、開口241はプラ
グ240の表面だけを露出する。点線242により描写されているように、IL
Dの一部分を露出する開口241を設けることも有用である。たとえば、開口は
次に形成される底部電極の大きさであってもよい。過剰の電極障壁材料を除去す
るため他の技術を使用することもできる。
5A-C show another embodiment of the present invention. Substrate 2 as shown
01 has memory cells partially formed as already described.
A barrier layer 275 according to the present invention is formed on the surface of the substrate. The barrier layer is patterned using conventional masking and etching methods to form openings 241 that expose the surface of the contact plug. As shown, the opening 241 exposes only the surface of the plug 240. IL as depicted by dotted line 242
It is also useful to provide an opening 241 that exposes a portion of D. For example, the opening may be the size of the bottom electrode that will be formed next. Other techniques can also be used to remove excess electrode barrier material.

【0068】 図5Bに関し、基板上に電極障壁層が蒸着されていて、障壁275および電極
を覆う。基板表面は、障壁層275の表面から過剰の電極障壁材料を除去するた
めにCMPにより平坦化することができる。CMPは、平坦な上面276を形成
する。
Referring to FIG. 5B, an electrode barrier layer is deposited on the substrate, covering the barrier 275 and the electrodes. The substrate surface can be planarized by CMP to remove excess electrode barrier material from the surface of barrier layer 275. CMP forms a flat top surface 276.

【0069】 図5Cに関し、基板表面上に導電性層253が蒸着され、底部電極を形成する
ためパターン化されている。基板上に金属酸化物セラミック層255が蒸着され
ていて、電極および障壁層275を覆う。組成は、拡散する過剰の移動性種の量
を減少するために適応させることができる。
Referring to FIG. 5C, a conductive layer 253 is deposited on the surface of the substrate and patterned to form the bottom electrode. A metal oxide ceramic layer 255 is deposited on the substrate and covers the electrodes and barrier layer 275. The composition can be adapted to reduce the amount of excess mobile species that diffuses.

【0070】 金属酸化物セラミックを良好な電気的性質を有する所望の相に変換するために
、アニールが実施される。頂部電極を形成するために金属酸化物セラミック上に
導電性層257が蒸着されている。選択的に、強誘電性相を部分的または完全に
形成するために金属酸化物セラミックの蒸着後にプレアニールが実施され、次い
で必要であれば、金属酸化物セラミックを完全に強誘電性相に変換するため、所
望の電気的性質を達成するために粒子成長を促進するためおよび十分に限定され
た金属酸化物セラミック/電極界面を確保するため、頂部電極の形成後にアニー
ルが実施される。強誘電性メモリーICを完成するため付加的加工が実施される
Annealing is carried out in order to transform the metal oxide ceramic into the desired phase with good electrical properties. A conductive layer 257 is deposited on the metal oxide ceramic to form the top electrode. Alternatively, a pre-anneal is performed after the deposition of the metal oxide ceramic to partially or fully form the ferroelectric phase, and then, if necessary, the metal oxide ceramic is completely converted to the ferroelectric phase. Therefore, an anneal is performed after formation of the top electrode to promote grain growth to achieve the desired electrical properties and to ensure a well defined metal oxide ceramic / electrode interface. Additional processing is performed to complete the ferroelectric memory IC.

【0071】 6A〜Bは、本発明の他の実施態様を示す。図6Aに関し、基板201はすで
に記載されているように、部分的に形成されたメモリーセルを有する。ILD2
60上に、本発明による障壁層275が蒸着されている。
6A-B show another embodiment of the present invention. With respect to FIG. 6A, the substrate 201 has partially formed memory cells, as previously described. ILD2
On 60, a barrier layer 275 according to the invention has been deposited.

【0072】 図6Bに関し、障壁相275上に付加的ILD層261が形成されている。付
加的ILD層は、必ずしも必要ではないが、ILD層260と同じ材料から形成
することができる。次に、拡散領域212を露出するために、ILD層261お
よびその下の層をパターン化することにより接点プラグ240が形成される。導
電性材料が蒸着されていて、開口を充填する。過剰の導電性材料は、たとえば接
点プラグ240を形成するため、化学機械的研磨(CMP)により除去すること
ができる。
With reference to FIG. 6B, an additional ILD layer 261 is formed on the barrier phase 275. The additional ILD layer may, but need not, be formed of the same material as ILD layer 260. Contact plug 240 is then formed by patterning ILD layer 261 and underlying layers to expose diffusion region 212. A conductive material has been deposited to fill the opening. Excess conductive material can be removed by chemical mechanical polishing (CMP) to form, for example, contact plug 240.

【0073】 基板上に電極障壁層251および導電性層253が蒸着され、底部電極スタッ
ク280を形成するためパターン化されている。底部電極スタックは、接点プラ
グ240により拡散領域212に結合されている。
An electrode barrier layer 251 and a conductive layer 253 are deposited on the substrate and patterned to form a bottom electrode stack 280. The bottom electrode stack is coupled to diffusion region 212 by contact plug 240.

【0074】 ILD層260上に、導電性層253が形成されている。導電性層は、過剰の
移動性種がそれを通して拡散するのを阻止する導電性材料からなる。導電性材料
は、好ましくは次に形成される金属酸化物セラミック255とは反応しない。導
電性層は、たとえばスパッタリング、物理的蒸着またはCVDにより形成するこ
とができる。導電性層に対する他の蒸着法も有用である。
A conductive layer 253 is formed on the ILD layer 260. The conductive layer comprises a conductive material that prevents excess mobile species from diffusing through it. The conductive material preferably does not react with the subsequently formed metal oxide ceramic 255. The conductive layer can be formed by, for example, sputtering, physical vapor deposition or CVD. Other vapor deposition methods for the conductive layer are also useful.

【0075】 1実施態様において、導電性材料はアニールの間に酸化する。形成した酸化物
は、ベース電極材料から分離することができ、粒子境界間の隙間を充填し、これ
により移動性種の拡散を阻止する。また、酸化物をベース電極材料中に組込むこ
とができ、過剰の移動性種を捕捉するために反応する、完全にまたは高度に混和
性材料を形成する。
In one embodiment, the conductive material oxidizes during the anneal. The oxide formed can be separated from the base electrode material and fills the interstices between grain boundaries, thereby preventing the diffusion of mobile species. Also, oxides can be incorporated into the base electrode material to form fully or highly miscible materials that react to trap excess mobile species.

【0076】 1実施態様において、導電性層は貴金属のようなベース導電性材料からなる。
貴金属は、たとえばPt、Pd、Au、IrまたはRhを包含する。貴金属は、
移動性層の拡散を抑制する導電性層を形成するために熱処理(アニール)の間に
酸化する金属と組合される。1実施態様において、貴金属はTi、Ta、Nb、
W、Mo、Mg、からなる群から選択された金属と組合される。
In one embodiment, the conductive layer comprises a base conductive material such as a noble metal.
Noble metals include, for example, Pt, Pd, Au, Ir or Rh. Precious metal
Combined with a metal that oxidizes during heat treatment (annealing) to form a conductive layer that inhibits diffusion of the mobile layer. In one embodiment, the noble metal is Ti, Ta, Nb,
In combination with a metal selected from the group consisting of W, Mo, Mg.

【0077】 基板上に金属酸化物セラミック層255が蒸着されていて、電極および障壁層
275を覆う。金属酸化物セラミックの組成は、拡散する過剰の移動性種の量を
減少するために適応される。
A metal oxide ceramic layer 255 is deposited on the substrate and covers the electrodes and barrier layer 275. The composition of the metal oxide ceramic is adapted to reduce the amount of excess mobile species diffusing.

【0078】 金属酸化物セラミックを良好な電気的性質を有する所望の相に変換するためア
ニールが実施される。頂部電極を形成するため金属酸化物セラミック上に導電性
層257が蒸着されている。選択的に、金属酸化物セラミックの蒸着後、強誘電
性相を部分的または完全に形成するためプレアニールが実施され、次いで頂部電
極の形成後、必要ならば、金属酸化物セラミックを強誘電性相に完全に変換する
ため、所望の電気的性質を達成するために粒子成長を促進するため、および十分
に限定された金属酸化物セラミック/電極界面を確保するためにアニールが実施
される。強誘電性メモリーICを完成するため、付加的加工が実施される。
Annealing is performed to convert the metal oxide ceramic to the desired phase with good electrical properties. A conductive layer 257 is deposited on the metal oxide ceramic to form the top electrode. Alternatively, after the metal oxide ceramic is deposited, a pre-anneal is performed to partially or fully form the ferroelectric phase, and then, after formation of the top electrode, the metal oxide ceramic is mixed with the ferroelectric phase if necessary. Annealing is performed to fully transform the metal oxide ceramics, to promote grain growth to achieve the desired electrical properties, and to ensure a well defined metal oxide ceramic / electrode interface. Additional processing is performed to complete the ferroelectric memory IC.

【0079】 図7A〜Bは、本発明のなお他の実施態様を示す。図7Aに関し、基板201
はすでに記載されているように部分的に形成されたメモリーセルを有する。図示
されているように、プラグ240の表面はILD層260の表面下方の凹所に配
置されている。基板上に電極障壁層が形成されていて、基板およびくぼみを充填
する。過剰の材料は、たとえばCMPにより除去され、プラグ上に電極障壁25
1が残留する。過剰の材料を除去するための他の技術も有用である。
7A-B show yet another embodiment of the present invention. With respect to FIG. 7A, substrate 201
Has a partially formed memory cell as previously described. As shown, the surface of the plug 240 is located in a recess below the surface of the ILD layer 260. An electrode barrier layer is formed on the substrate and fills the substrate and the depression. Excess material is removed by, for example, CMP, leaving an electrode barrier 25 on the plug.
1 remains. Other techniques for removing excess material are also useful.

【0080】 図7Bに関し、基板上に本発明による障壁層275が蒸着されていて、ILD
および電極障壁を覆う。障壁層はパターン化されていて、電極障壁を露出する。
基板上に導電性層253が蒸着され、底部電極を形成するためパターン化されて
いる。
With reference to FIG. 7B, a barrier layer 275 according to the present invention has been deposited on a substrate and the ILD
And cover the electrode barrier. The barrier layer is patterned to expose the electrode barrier.
A conductive layer 253 is deposited on the substrate and patterned to form the bottom electrode.

【0081】 基板上に金属酸化物セラミック層255が蒸着されていて、電極および障壁層
275を覆う。金属酸化物セラミックの組成は、拡散する過剰の移動性種の量を
減少するために適応させることができる。金属酸化物セラミックを良好な電気的
性質を有する所望の相に変換するためアニールが実施される。金属酸化物セラミ
ック上に、頂部電極を形成するため導電性層257が蒸着されている。次に、十
分に限定された金属酸化物セラミック/電極界面を確保するためにアニールが実
施される。
A metal oxide ceramic layer 255 is deposited on the substrate and covers the electrodes and barrier layer 275. The composition of the metal oxide ceramic can be adapted to reduce the amount of excess mobile species diffusing. Annealing is performed to convert the metal oxide ceramic to the desired phase with good electrical properties. A conductive layer 257 is deposited on the metal oxide ceramic to form the top electrode. An anneal is then performed to ensure a well defined metal oxide ceramic / electrode interface.

【0082】 選択的に、金属酸化物セラミックの蒸着後、強誘電性相を部分的または完全に
形成するためにプレアニールが実施され、次いで頂部電極の形成後、必要ならば
、金属酸化物セラミックを強誘電性相に完全に変換するため、所望の電気的性質
を達成するために粒子成長を促進するため、および十分に限定された金属酸化物
セラミック/電極界面を確保するためアニールが実施される。強誘電性メモリー
ICを完成するため、付加的加工が実施される。
Optionally, after the deposition of the metal oxide ceramic, a pre-annealing is performed to partially or completely form the ferroelectric phase, and then after the formation of the top electrode, the metal oxide ceramic is, if necessary, Annealing is performed to fully convert to the ferroelectric phase, to promote grain growth to achieve the desired electrical properties, and to ensure a well defined metal oxide ceramic / electrode interface. . Additional processing is performed to complete the ferroelectric memory IC.

【0083】 本発明は種々の実施態様につき詳細に図示および記載されているが、当業者に
より、本発明の思想および範囲から逸脱することなく本発明に修正および変更を
行うことができることが認識される。従って、本発明の範囲は上記の記述に関し
てではなく、その十分な等価範囲と共に請求項に関して決定すべきである。
While the present invention has been particularly shown and described with respect to various embodiments, those skilled in the art will recognize that modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. It Therefore, the scope of the invention should be determined not with reference to the above description, but with their full equivalent scope in the claims.

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

【図1】 本発明を説明するための実施態様の概略図である。[Figure 1]   1 is a schematic view of an embodiment for explaining the present invention.

【図2】 本発明の1実施態様の断面図である。[Fig. 2]   It is sectional drawing of one embodiment of this invention.

【図3】 図3A〜Bは本発明の1つの実施態様による装置を形成する工程を示す図であ
る。
3A-B are diagrams showing steps of forming a device according to one embodiment of the present invention.

【図4】 図4A〜4Dは本発明の選択的実施態様を形成する工程を示す図である。[Figure 4]   4A-4D are diagrams illustrating steps in forming an alternative embodiment of the present invention.

【図5】 図5A〜5Cは本発明のもう1つの実施態様を形成する工程を示す図である。[Figure 5]   5A-5C are diagrams illustrating steps in forming another embodiment of the present invention.

【図6】 図6A〜6Bは本発明の選択的実施態様を形成する工程を示す図である。[Figure 6]   6A-6B are diagrams illustrating steps in forming an alternative embodiment of the present invention.

【図7】 図7A〜7Bは本発明の選択的実施態様を形成する工程を示す図である。[Figure 7]   7A-7B are diagrams illustrating steps in forming an alternative embodiment of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 AA06 BA43 BA48 CA01 CA05 4M104 BB01 BB18 BB40 CC01 FF14 GG09 GG10 GG16 5F033 HH33 HH34 HH35 HH40 JJ04 JJ19 KK01 LL04 VV10 VV16 XX28 5F083 FR02 GA21 GA25 JA17 JA35 JA36 JA38 JA39 JA40 JA43 JA45 MA06 MA17 MA19 NA08 PR22 PR33 PR40 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4K029 AA06 BA43 BA48 CA01 CA05                 4M104 BB01 BB18 BB40 CC01 FF14                       GG09 GG10 GG16                 5F033 HH33 HH34 HH35 HH40 JJ04                       JJ19 KK01 LL04 VV10 VV16                       XX28                 5F083 FR02 GA21 GA25 JA17 JA35                       JA36 JA38 JA39 JA40 JA43                       JA45 MA06 MA17 MA19 NA08                       PR22 PR33 PR40

Claims (36)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上の誘電体層、 誘電体層の部分上に形成した導電性層、 誘電体層および底部電極上の金属酸化物セラミック層、 金属酸化物セラミックおよび基板を分離するための誘電体層上の障壁層 からなり、障壁層が金属酸化物セラミックから基板中への過剰の移動性種の拡散
を減少する半導体装置。
1. A dielectric layer on a substrate, a conductive layer formed on a portion of the dielectric layer, a metal oxide ceramic layer on the dielectric layer and the bottom electrode, a metal oxide ceramic and for separating the substrate. A semiconductor device comprising a barrier layer on a dielectric layer, the barrier layer reducing diffusion of excess mobile species from a metal oxide ceramic into a substrate.
【請求項2】 金属酸化物セラミックがBiベースの金属酸化物セラミック
からなる、請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal oxide ceramic is a Bi-based metal oxide ceramic.
【請求項3】 過剰の移動性種がBiからなる、請求項2記載の半導体装置
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the excess mobile species comprises Bi.
【請求項4】 障壁層がBiを含有する過剰の移動性種と反応する材料から
なる、請求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the barrier layer is made of a material that reacts with excess mobile species containing Bi.
【請求項5】 障壁層が早期遷移金属の酸化物からなる、請求項4記載の半
導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the barrier layer comprises an oxide of an early transition metal.
【請求項6】 酸化物がSc、Y、TiO、ZrO、Hf
、V、Nb、TaおよびTiOからなる群から選択さ
れている、請求項5記載の半導体装置。
6. The oxide is Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , TiO 3 , ZrO 2 , Hf.
The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is selected from the group consisting of O 2 , V 2 O 5 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and TiO 2 .
【請求項7】 障壁層がTiOまたはTaからなる、請求項4記載
の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 4, wherein the barrier layer is made of TiO 2 or Ta 2 O 5 .
【請求項8】 早期遷移金属酸化物がさらにランタノイド酸化物と組合され
ている、請求項7記載の半導体装置。
8. The semiconductor device of claim 7, wherein the early transition metal oxide is further combined with a lanthanoid oxide.
【請求項9】 障壁層が、過剰の移動性種との反応後、それぞれPrBi Ti12、HoBiTi12、およびLaBiTi12を形成
する、Pr、HoおよびLaからなる群から選択された酸化
物からなる、請求項4記載の半導体装置。
9. barrier layer, after reaction with an excess of mobile species, respectively PrBi 3 Ti 3 O 12, HoBi 3 Ti 3 O 12, and forms a LaBi 3 Ti 3 O 12, Pr 2 O 3, The semiconductor device according to claim 4, comprising an oxide selected from the group consisting of Ho 2 O 3 and La 2 O 3 .
【請求項10】 障壁層が、一般式MTiO[式中のMはCa、Srおよ
びBaからなる群から選択された少なくとも1種の元素を表す]によって表され
るチタン酸塩(Ti)酸化物からなる、請求項4記載の半導体装置。
10. A titanate (Ti) oxide represented by the general formula MTiO 3 wherein M represents at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device comprises an object.
【請求項11】 障壁層が、SrTiO、BaTiOおよび(Ba、S
r)TiOからなる群から選択された酸化物からなる、請求項4記載の半導体
装置。
11. The barrier layer comprises SrTiO 3 , BaTiO 3 and (Ba, S).
The semiconductor device according to claim 4, comprising an oxide selected from the group consisting of r) TiO 3 .
【請求項12】 障壁層がアルカリ土類金属の酸化物からなる、請求項4記
載の半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 4, wherein the barrier layer is made of an oxide of an alkaline earth metal.
【請求項13】 障壁層が、MgO、CaO、SrOおよびBaOからなる
群から選択された酸化物からなる、請求項4記載の半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 4, wherein the barrier layer is made of an oxide selected from the group consisting of MgO, CaO, SrO and BaO.
【請求項14】 障壁層が遷移金属の窒化物からなる、請求項4記載の半導
体装置。
14. The semiconductor device according to claim 4, wherein the barrier layer is made of a transition metal nitride.
【請求項15】 窒化物が次のもの: TiN、ZrNおよびHfN(0<x<1)、 TaNおよびNbN(0<x<1.5)および WNおよびMoN(0<x<2) からなる群から選択されている、請求項14記載の半導体装置。15. The nitrides are: TiN x , ZrN x and HfN x (0 <x <1), TaN x and NbN x (0 <x <1.5) and WN x and MoN x (0). 15. The semiconductor device according to claim 14, wherein the semiconductor device is selected from the group consisting of <x <2). 【請求項16】 障壁層が、金属酸化物セラミックから基板中への、Biか
らなる過剰の移動性種の移行を減少する緻密な材料からなる、請求項3記載の半
導体装置。
16. The semiconductor device of claim 3, wherein the barrier layer comprises a dense material that reduces migration of excess mobile species of Bi from the metal oxide ceramic into the substrate.
【請求項17】 障壁層が、Al、Sc、Y、MgO、
BeO、TiOおよびTaからなる群から選択された酸化物からなる、
請求項16記載の半導体装置。
17. The barrier layer comprises Al 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , MgO,
Consisting of an oxide selected from the group consisting of BeO, TiO 2 and Ta 2 O 5 ;
The semiconductor device according to claim 16.
【請求項18】 障壁層が第一障壁層および第二障壁層を有する障壁スタッ
クからなり、第一障壁層は過剰の移動性種に対し小さい拡散定数を有し、第二障
壁層は移動性種との高い反応性を有する、請求項3記載の半導体装置。
18. The barrier layer comprises a barrier stack having a first barrier layer and a second barrier layer, the first barrier layer having a small diffusion constant for excess mobile species and the second barrier layer being mobile. The semiconductor device according to claim 3, which has a high reactivity with a seed.
【請求項19】 第一障壁層は誘電体層上にあり、第二障壁層は第一障壁層
上にある、請求項18記載の半導体装置。
19. The semiconductor device according to claim 18, wherein the first barrier layer is on the dielectric layer and the second barrier layer is on the first barrier layer.
【請求項20】 第二障壁層は安定な材料を形成するために移動性種を引付
け、第一障壁層はその緻密度のために過剰の移動性種の通過を阻止する、請求項
19記載の半導体装置。
20. The second barrier layer attracts mobile species to form a stable material and the first barrier layer blocks the passage of excess mobile species due to its compactness. The semiconductor device described.
【請求項21】 表面上に誘電体層を有する部分的に形成された半導体装置
を有する基板を設け、 誘電体層上に障壁層を蒸着させ、 誘電体層上に導電性層を析出させ、導電性層をパターン化し、底部電極を形成
し 基板上に金属酸化物セラミック層を蒸着させ、金属酸化物セラミック層が障壁
層および底部電極を覆い、および 基板をアニールし、良好な電気的性質を有する金属酸化物セラミックを形成し
、その際アニールが金属酸化物セラミックからの過剰の移動性種の拡散を惹起し
、 障壁層が基板中への過剰の移動性種の拡散を減少する ことからなる半導体装置の形成方法。
21. A substrate having a partially formed semiconductor device having a dielectric layer on a surface thereof is provided, a barrier layer is deposited on the dielectric layer, and a conductive layer is deposited on the dielectric layer, Pattern the conductive layer to form the bottom electrode and deposit a metal oxide ceramic layer on the substrate, the metal oxide ceramic layer covers the barrier layer and the bottom electrode, and anneals the substrate to ensure good electrical properties. Comprising forming a metal oxide ceramic having an annealing effect on the diffusion of excess mobile species from the metal oxide ceramic and the barrier layer reducing the diffusion of excess mobile species into the substrate. Method of forming a semiconductor device.
【請求項22】 金属酸化物セラミックがBiベースの金属酸化物セラミッ
クからなる、請求項21記載の方法。
22. The method of claim 21, wherein the metal oxide ceramic comprises a Bi-based metal oxide ceramic.
【請求項23】 過剰の移動性種がBiからなる、請求項22記載の方法。23. The method of claim 22, wherein the excess mobile species consists of Bi. 【請求項24】 障壁層がBiを含有する過剰の移動性種と反応する材料か
らなる、請求項23記載の方法。
24. The method of claim 23, wherein the barrier layer comprises a material that reacts with excess mobile species containing Bi.
【請求項25】 障壁層が早期遷移金属の酸化物からなる、請求項24記載
の方法。
25. The method of claim 24, wherein the barrier layer comprises an oxide of an early transition metal.
【請求項26】 酸化物が、Sc、Y、TiO、ZrO
HfO、V、Nb、TaおよびTIOからなる群から選
択されている、請求項25記載の方法。
26. The oxide is Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , TiO 3 , ZrO 2 ,
HfO 2, V 2 O 5, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5 and TIO are selected from the group consisting of 2, 26. The method of claim 25.
【請求項27】 障壁層が一般式MTiO[式中のMはCa、Srおよび
Baからなる群から選択された少なくとも1種の元素を表す]により表されるチ
タン酸塩(Ti)酸化物からなる、請求項24記載の方法。
27. A titanate (Ti) oxide whose barrier layer is represented by the general formula MTiO 3 [wherein M represents at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba]. 25. The method of claim 24, which comprises:
【請求項28】 障壁層がアルカリ土類金属の酸化物からなる、請求項24
記載の方法。
28. The barrier layer comprises an oxide of an alkaline earth metal.
The method described.
【請求項29】 障壁層が遷移金属の窒化物からなる、請求項24記載の方
法。
29. The method of claim 24, wherein the barrier layer comprises a transition metal nitride.
【請求項30】 障壁層が、金属酸化物セラミックから基板中へのBiから
なる過剰の移動性種の移行を減少する緻密な材料からなる、請求項23記載の方
法。
30. The method of claim 23, wherein the barrier layer comprises a dense material that reduces migration of excess mobile species of Bi from the metal oxide ceramic into the substrate.
【請求項31】 障壁層が、Al、Sc、Y、MgO、
BeO、TiOおよびTaからなる群から選択された酸化物からなる、
請求項30記載の方法。
31. The barrier layer comprises Al 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , MgO,
Consisting of an oxide selected from the group consisting of BeO, TiO 2 and Ta 2 O 5 ;
31. The method of claim 30.
【請求項32】 障壁層を蒸着させる工程が、障壁スタックを形成するため
第一障壁層および第二障壁層を蒸着させることからなり、第一障壁層は過剰の移
動性種に対し小さい拡散定数を有し、第二障壁層は移動性種との高い反応性を有
する、請求項23記載の方法。
32. The step of depositing a barrier layer comprises depositing a first barrier layer and a second barrier layer to form a barrier stack, the first barrier layer having a small diffusion constant for excess mobile species. 24. The method of claim 23, wherein the second barrier layer is highly reactive with the mobile species.
【請求項33】 第一障壁層が誘電体層上にあり、第二障壁層が第一障壁層
上にある、請求項32記載の方法。
33. The method of claim 32, wherein the first barrier layer is on the dielectric layer and the second barrier layer is on the first barrier layer.
【請求項34】 第二障壁層が安定な材料を形成するために移動性種を引付
け、第一障壁層がその緻密度により過剰の移動性種の通過を阻止する、請求項3
3記載の方法。
34. The second barrier layer attracts mobile species to form a stable material, and the first barrier layer blocks the passage of excess mobile species due to its compactness.
3. The method described in 3.
【請求項35】 障壁層を金属の形で蒸着させ、酸化して障壁層を形成する
、請求項25、26、27、28、29および31のいずれかに記載の方法。
35. The method of any of claims 25, 26, 27, 28, 29 and 31, wherein the barrier layer is deposited in the form of a metal and oxidized to form the barrier layer.
【請求項36】 障壁層を不十分な酸素含量で蒸着させ、亜酸化物を形成し
、酸化して障壁層を形成する、請求項25、26、27、28、29および31
のいずれかに記載の方法。
36. The barrier layer is deposited with insufficient oxygen content to form a suboxide and oxidized to form the barrier layer.
The method described in any one of.
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