JPH05129156A - Ferroelectric capacitor and its manufacture - Google Patents
Ferroelectric capacitor and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は強誘電体キャパシタ及び
その製造方法、特に多数の強誘電体キャパシタを直列乃
至並列に接続するに好適な強誘電体キャパシタの製造方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric capacitor and a method of manufacturing the same, and more particularly to a method of manufacturing a ferroelectric capacitor suitable for connecting a large number of ferroelectric capacitors in series or in parallel.
【0002】[0002]
【従来の技術】光センサや熱センサ、圧力センサや風力
センサ等は測定すべき光や熱あるいは圧力の量に応じた
電位を発生させるが、これらの電位が所定値以上になっ
たか否かをモニタするためには、例えば図9に示される
ようなコンパレータ10が用いられる。コンパレータ1
0は通常カレントミラー回路10a及び差動回路10b
を含んで構成され、非反転入力端子と反転入力端子との
差に応じた電圧が出力として取り出される。そして、非
反転入力端子に光センサや熱センサ等の電位を発生する
装置を接続し、反転入力端子に基準電圧を印加すること
により、光センサや熱センサ等の外部電圧が基準電圧以
上になったか否かがモニタされる。2. Description of the Related Art Optical sensors, heat sensors, pressure sensors, wind sensors, and the like generate electric potentials according to the amount of light, heat, or pressure to be measured. To monitor, for example, a comparator 10 as shown in FIG. 9 is used. Comparator 1
0 is a normal current mirror circuit 10a and a differential circuit 10b
And a voltage corresponding to the difference between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal is taken out as an output. Then, by connecting a device that generates a potential such as an optical sensor or a thermal sensor to the non-inverting input terminal and applying a reference voltage to the inverting input terminal, the external voltage of the optical sensor or the thermal sensor becomes higher than the reference voltage. Whether or not it is monitored.
【0003】しかしながら、従来のコンパレータ等の電
圧測定装置は、外部から電源10cが供給されないと動
作できない問題があり、また常時最大電圧をモニタする
ためには、コンパレータの出力に更に外部メモリを接続
しなければならず装置構成が複雑化してしまう問題があ
った。However, the conventional voltage measuring device such as a comparator has a problem that it cannot operate unless the power source 10c is supplied from the outside, and in order to constantly monitor the maximum voltage, an external memory is further connected to the output of the comparator. There is a problem in that the device structure must be complicated.
【0004】そこで、コンパレータを用いず、不揮発の
強誘電体キャパシタを用いて電圧を測定することが提案
されている。周知の如く、強誘電体は永久双極子モーメ
ントに基づく自発分極を有する誘電体のうち、電界を加
えることにより分極方向の反転可能なものであり、強磁
性体のB−H曲線と極めて類似した特性を示すことが知
られている(強誘電体のP−Eヒステリシスループ)。Therefore, it has been proposed to measure the voltage using a non-volatile ferroelectric capacitor without using a comparator. As is well known, a ferroelectric substance is a dielectric substance having spontaneous polarization based on a permanent dipole moment, whose polarization direction can be reversed by applying an electric field, and is very similar to the BH curve of a ferromagnetic substance. It is known to exhibit characteristics (P-E hysteresis loop of ferroelectric).
【0005】そして、強誘電体の厚さが異なる場合、自
発分極を反転させるために必要な抗電界の値は厚さに比
例して増大することが知られている。It is known that when the ferroelectrics have different thicknesses, the value of the coercive electric field necessary for reversing the spontaneous polarization increases in proportion to the thickness.
【0006】そこで、強誘電体のこのような性質を利用
し、厚さの異なる複数の強誘電体素子に外部電圧を印加
して反転分極が生じたか否かを測定することにより、無
電源で最大電圧を測定することが可能となる。Therefore, by utilizing such a property of the ferroelectric substance and applying an external voltage to a plurality of ferroelectric elements having different thicknesses and measuring whether or not the inverted polarization is generated, it is possible to operate without a power source. It is possible to measure the maximum voltage.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように、強誘電体
キャパシタを用いた電圧測定装置では、無電源かつ不揮
発で最大電圧を測定することができるが、厚さの異なる
複数の強誘電体キャパシタを形成することは困難であ
り、特に強誘電体として優れた物性を有するPZT(ジ
ルコン酸チタン酸鉛)を用いる場合には、その加工が困
難であり、ひいては装置コストの増大につながる問題が
あった。As described above, in the voltage measuring device using the ferroelectric capacitors, the maximum voltage can be measured with no power supply and in a nonvolatile manner, but a plurality of ferroelectric capacitors having different thicknesses can be used. Is difficult to form, and particularly when PZT (lead zirconate titanate) having excellent physical properties is used as a ferroelectric substance, its processing is difficult, which leads to an increase in device cost. It was
【0008】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、強誘電体キャパシタ
を複数個製造する際に強誘電体の加工工程を最小限にお
さえ、歩留まりやコスト低下を図ることが可能な強誘電
体キャパシタ及びその製造方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to minimize the number of ferroelectric processing steps when manufacturing a plurality of ferroelectric capacitors, and to reduce yield and cost. It is an object of the present invention to provide a ferroelectric capacitor that can be lowered and a method for manufacturing the same.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の強誘電体キャパシタの製造方法は、
半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する第1絶縁膜形成
ステップと、前記第1の絶縁膜上に第1の金属膜を形成
する第1金属膜形成ステップと、前記第1の金属膜をエ
ッチングして複数の下部電極を形成する下部電極形成ス
テップと、前記下部電極上に強誘電体膜を形成する強誘
電体膜形成ステップと、前記強誘電体膜上に第2の絶縁
膜を形成する第2絶縁膜形成ステップと、前記第2の絶
縁膜をエッチングして前記強誘電体膜とのコンタクトホ
ールを形成するコンタクトホール形成ステップと、前記
第2の絶縁膜上に第2の金属膜を形成する第2金属膜形
成ステップと、前記第2の金属膜をエッチングして前記
コンタクトホール上に複数の上部電極を形成する上部電
極形成ステップと、を有することを特徴とする。In order to achieve the above object, a method of manufacturing a ferroelectric capacitor according to claim 1 is
A first insulating film forming step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate; a first metal film forming step of forming a first metal film on the first insulating film; and a first metal film Forming a plurality of lower electrodes, forming a ferroelectric film on the lower electrode, forming a ferroelectric film on the lower electrode, and forming a second insulating film on the ferroelectric film. A second insulating film forming step, a contact hole forming step of etching the second insulating film to form a contact hole with the ferroelectric film, and a second metal on the second insulating film. A second metal film forming step of forming a film; and an upper electrode forming step of etching the second metal film to form a plurality of upper electrodes on the contact holes.
【0010】また、上記目的を達成するために、請求項
2記載の強誘電体キャパシタは、半導体基板と、この半
導体基板上に形成される複数の下部電極と、これら下部
電極上に形成される強誘電体膜と、この強誘電体膜上に
形成され、強誘電体膜上にコンタクトホールを有する絶
縁膜と、この絶縁膜上に形成され、前記コンタクトホー
ル間を接続する複数の上部電極と、を有することを特徴
とする。In order to achieve the above object, a ferroelectric capacitor according to a second aspect of the invention is formed with a semiconductor substrate, a plurality of lower electrodes formed on the semiconductor substrate, and these lower electrodes. A ferroelectric film, an insulating film formed on the ferroelectric film and having a contact hole on the ferroelectric film, and a plurality of upper electrodes formed on the insulating film and connecting the contact holes, , Are included.
【0011】[0011]
【作用】前述したように、例えば強誘電体キャパシタを
用いて最大電圧を測定する場合には、厚さの異なる複数
の強誘電体キャパシタを用いる必要があるが、ほぼ同一
の厚さを有する強誘電体キャパシタを直列接続し、この
直列接続する強誘電体キャパシタの個数を変化させるこ
とによっても実質的に膜厚を変化することが可能であ
る。本発明はこのことに着目し、ほぼ同一な層を有する
多数の強誘電体キャパシタを半導体基板上に形成するも
のである。As described above, when measuring the maximum voltage by using, for example, a ferroelectric capacitor, it is necessary to use a plurality of ferroelectric capacitors having different thicknesses, but a ferroelectric capacitor having almost the same thickness is used. The film thickness can be substantially changed by connecting the dielectric capacitors in series and changing the number of the ferroelectric capacitors connected in series. The present invention pays attention to this fact and forms a large number of ferroelectric capacitors having substantially the same layer on a semiconductor substrate.
【0012】すなわち、強誘電体キャパシタは2つの金
属膜及びその金属膜間に配置された強誘電体により構成
されるが、本発明では半導体基板上にまず下部電極を形
成し、その下部電極上に強誘電体膜を形成する。下部電
極上に強誘電体膜を形成するには半導体基板全面に強誘
電体膜を形成し、その後不要な部分をエッチング除去す
ることにより形成することができる。That is, the ferroelectric capacitor is composed of two metal films and a ferroelectric material disposed between the metal films. In the present invention, the lower electrode is first formed on the semiconductor substrate, and then the lower electrode is formed. A ferroelectric film is formed on. The ferroelectric film can be formed on the lower electrode by forming the ferroelectric film on the entire surface of the semiconductor substrate and then removing the unnecessary portion by etching.
【0013】そして、強誘電体キャパシタを形成すべき
領域にコンタクトホールを有する絶縁膜を形成し、この
コンタクトホール上に複数の上部電極を形成することに
より上部電極と下部電極に挟まれた強誘電体膜で構成さ
れる強誘電体キャパシタを多数形成することができる。Then, an insulating film having a contact hole is formed in a region where the ferroelectric capacitor is to be formed, and a plurality of upper electrodes are formed on the contact hole to form a ferroelectric film sandwiched between the upper electrode and the lower electrode. A large number of ferroelectric capacitors composed of body films can be formed.
【0014】そして、これら多数の強誘電体キャパシタ
を直列乃至並列に接続する場合には、上部電極あるいは
下部電極を必要に応じ隣接する強誘電体キャパシタと接
続するだけでよい。When connecting a large number of these ferroelectric capacitors in series or in parallel, it suffices to connect the upper electrode or the lower electrode to an adjacent ferroelectric capacitor as required.
【0015】このように、本発明では、キャパシタ容量
を変化させるために面積を変えるのではなく、抗電界の
差を出すために直列強誘電体の個数を変えることにより
膜厚に変化をもたせるので、上部電極をコンタクトホー
ル上に形成するのみで抗電界の差を達成することができ
る。As described above, in the present invention, the area is not changed to change the capacitance of the capacitor, but the film thickness is changed by changing the number of the series ferroelectrics in order to obtain the difference in the coercive electric field. The difference in coercive electric field can be achieved only by forming the upper electrode on the contact hole.
【0016】[0016]
【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る強誘電
体キャパシタの製造方法の一実施例を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for manufacturing a ferroelectric capacitor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0017】図1には本実施例の製造方法の説明図が示
されている。まず図1(A)に示されるように、シリコ
ン基板100上に第1の絶縁膜としてシリコン酸化膜1
02を熱酸化により形成する。そして、このシリコン酸
化膜102上にスパッタ法を用いて第1の金属膜として
Pt金属膜を形成し、不要な部分をエッチング除去して
下部電極104を形成する。FIG. 1 shows an explanatory view of the manufacturing method of this embodiment. First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 1 is formed as a first insulating film on a silicon substrate 100.
02 is formed by thermal oxidation. Then, a Pt metal film is formed as a first metal film on the silicon oxide film 102 by a sputtering method, and an unnecessary portion is removed by etching to form a lower electrode 104.
【0018】次に、図1(B)に示されるようにPZT
強誘電体膜をスパッタ法を用いて形成し、所定温度でベ
イキングを行った後、不要部分をエッチング除去して下
部電極104上にPZT強誘電体膜106を形成する。Next, as shown in FIG. 1B, the PZT
A ferroelectric film is formed by a sputtering method, baking is performed at a predetermined temperature, and an unnecessary portion is removed by etching to form a PZT ferroelectric film 106 on the lower electrode 104.
【0019】そして、図1(C)に示されるように第2
の絶縁膜としてシリコン酸化膜108をCVD法等によ
り形成し、前述のステップにて形成したPZT強誘電体
膜106上をエッチング除去してコンタクトホール10
8aを形成する。Then, as shown in FIG.
A silicon oxide film 108 is formed as an insulating film by a CVD method or the like, and the PZT ferroelectric film 106 formed in the above step is removed by etching to remove the contact hole 10.
8a is formed.
【0020】最後に、図1(D)に示されるようにシリ
コン酸化膜108上に第2の金属膜としてPt膜をスパ
ッタ法等により形成し、不要部分をエッチング除去して
上部電極110を形成する。するとコンタクトホール1
08aが形成された領域では、PZT強誘電体膜106
が上部電極110と下部電極104とに挟まれた構成と
なり、従ってこの部分が強誘電体キャパシタとして機能
することになる。そして、図1(D)に示されるよう
に、隣接する強誘電体キャパシタが共通の上部電極11
0を有するか、あるいは共通の下部電極104を有する
ように上部電極110乃至下部電極104を形成するこ
とにより、各強誘電体キャパシタを直列接続することが
可能となる(本実施例においては、3つの強誘電体キャ
パシタが直列接続されている)。Finally, as shown in FIG. 1D, a Pt film is formed as a second metal film on the silicon oxide film 108 by a sputtering method or the like, and an unnecessary portion is removed by etching to form an upper electrode 110. To do. Then contact hole 1
In the region where 08a is formed, the PZT ferroelectric film 106
Is sandwiched between the upper electrode 110 and the lower electrode 104, and thus this portion functions as a ferroelectric capacitor. Then, as shown in FIG. 1 (D), the adjacent upper electrode 11 has a common ferroelectric capacitor.
By forming the upper electrode 110 to the lower electrode 104 so as to have 0 or have the common lower electrode 104, it is possible to connect the ferroelectric capacitors in series (in the present embodiment, 3). Two ferroelectric capacitors are connected in series).
【0021】そして、このようにほぼ同一の厚さを有す
る強誘電体キャパシタを複数個シリコン基板100上に
形成し、更にこれら強誘電体キャパシタを所望個数だけ
直列接続することにより、実質的に強誘電体の厚さを変
えることができ、後述する最大電圧測定装置を容易に製
造することが可能となる。By forming a plurality of ferroelectric capacitors having substantially the same thickness on the silicon substrate 100 and connecting a desired number of these ferroelectric capacitors in series, the ferroelectric capacitors are substantially strengthened. The thickness of the dielectric can be changed, and the maximum voltage measuring device described later can be easily manufactured.
【0022】図2には、本実施例の製造方法を用いて製
造される強誘電体キャパシタの一応用例が最大電圧測定
装置を例にとり示されている。FIG. 2 shows an application example of a ferroelectric capacitor manufactured by using the manufacturing method of this embodiment, taking a maximum voltage measuring device as an example.
【0023】前述の製造方法で製造された複数の強誘電
体素子列(図2では3個の強誘電体素子列)が互いに並
列に接続されて強誘電体ユニット20を構成している。
ここで、第1の強誘電体素子列は個々の強誘電体素子F
1 で構成され、第2の強誘電体素子列は2個の強誘電体
素子F1 ,F2が直列に接続されて構成されている。ま
た、第3の強誘電体素子列は3個の強誘電体素子列
F1 ,F2 ,F3 が直列に接続されて構成されている。
そして、各強誘電体素子列には直列にスイッチS1〜S
3 が接続されている。A plurality of ferroelectric element rows (three ferroelectric element rows in FIG. 2) manufactured by the above-described manufacturing method are connected in parallel to each other to form a ferroelectric unit 20.
Here, the first ferroelectric element row is an individual ferroelectric element F.
Consists of 1, the second ferroelectric element row two ferroelectric elements F 1, F 2 are formed by connecting in series. The third ferroelectric element row is composed of three ferroelectric element rows F 1 , F 2 and F 3 connected in series.
Then, the switches S 1 to S are serially connected to each ferroelectric element array.
3 is connected.
【0024】また、この強誘電体ユニット20を自発分
極させるためのリセット回路22が設けられており、こ
のリセット回路22の直流電源22aにより強誘電体素
子F1 〜F3 のPt電極を介してPZT強誘電体20b
に直流電圧を印加して、最大自発分極Prを生じさせ
る。ここで、第1の強誘電体素子列は1個の強誘電体素
子F1 から構成されているので、その強誘電体の膜厚は
強誘電体素子F1 のPZT強誘電体20aの膜厚に等し
くなる。一方、第2の強誘電体素子列は2個の強誘電体
素子F1 ,F2 から構成されているため、強誘電体の合
計膜厚は強誘電体素子F1 のPZT強誘電体20bの2
倍の膜厚となる。更に、第3の強誘電体素子列は3個の
強誘電体素子F1 ,F2 ,F3から構成されているた
め、その強誘電体の膜厚はPZT強誘電体20bの膜厚
の3倍となる。Further, the reset circuit 22 is provided for causing the spontaneous polarization of the ferroelectric unit 20, via the Pt electrode of the ferroelectric elements F 1 to F 3 by the DC power supply 22a of the reset circuit 22 PZT ferroelectric 20b
A direct current voltage is applied to to generate maximum spontaneous polarization Pr. Here, since the first ferroelectric element array is composed of one ferroelectric element F 1 , the film thickness of the ferroelectric element is the film of the PZT ferroelectric 20a of the ferroelectric element F 1. Will be equal to the thickness. On the other hand, since the second ferroelectric element array is composed of two ferroelectric elements F 1 and F 2 , the total thickness of the ferroelectric material is the PZT ferroelectric material 20b of the ferroelectric element F 1. Of 2
Double the film thickness. Furthermore, since the third ferroelectric element row is composed of three ferroelectric elements F 1 , F 2 , and F 3 , the thickness of the ferroelectric substance is the same as that of the PZT ferroelectric substance 20b. 3 times.
【0025】図5には各強誘電体素子列のP−Eヒステ
リシスループが示されている。図において、第1、第2
及び第3強誘電体素子列の最大自発分極Prの値はほと
んど同じ値であるが、強誘電体の合計膜厚が増大するほ
ど分極を反転させるに必要な電界、すなわち抗電界の値
が増大することがわかる。従って、リセット回路22の
直流電源22aにより最大自発分極Prを生じさせる場
合には最も膜厚が大きい第3の強誘電体素子列に最大自
発分極を生じさせるに十分な電界を印加する必要があ
る。FIG. 5 shows the PE hysteresis loop of each ferroelectric element array. In the figure, the first and second
The values of the maximum spontaneous polarization Pr of the third ferroelectric element array are almost the same value, but the electric field necessary for reversing the polarization, that is, the value of the coercive electric field increases as the total film thickness of the ferroelectric increases. I understand that Therefore, when the maximum spontaneous polarization Pr is generated by the DC power source 22a of the reset circuit 22, it is necessary to apply an electric field sufficient to generate the maximum spontaneous polarization to the third ferroelectric element array having the largest film thickness. ..
【0026】このように、リセット回路22により強誘
電体ユニット20内の全ての強誘電体素子に最大自発分
極Prを生じさせた後、測定すべき外部電圧をこの強誘
電体ユニット20に逆極性となるように接続し、外部電
圧の最大値を測定する。以下、この最大電圧値算出プロ
セスを風力センサからの電圧を測定する場合を例にとり
説明する。In this way, after the maximum spontaneous polarization Pr is generated in all the ferroelectric elements in the ferroelectric unit 20 by the reset circuit 22, the external voltage to be measured is reversed in polarity to the ferroelectric unit 20. Connect so as to measure the maximum value of external voltage. The maximum voltage value calculation process will be described below by taking the case of measuring the voltage from the wind sensor as an example.
【0027】図3には本実施例の測定プロセスのフロー
チャートが示されている。まず、S101にて前述した
リセット回路22を用いて強誘電体ユニット20内の各
強誘電体素子F1 〜F3 に最大自発分極Prを生じさせ
る。次に、風力センサから出力された電圧をリセット回
路22の極性と逆極性になるように強誘電体ユニット2
0に接続する。このとき、各強誘電体素子列に直列に接
続されたスイッチS1 〜S3 は全てONとする。図4に
は風力センサからの出力電圧特性の一例が示されてお
り、横軸は時間、縦軸は出力電圧を表している。本実施
例における風力センサからの出力電圧は時間t1 ,
t2 ,t3 でそれぞれピーク値d,e,fを出力する。
このような特性を有する外部電圧が強誘電体ユニット2
0内の各強誘電体素子F1 〜F3 に印加されると、各強
誘電体素子はそのP−Eヒステリシスループに沿って自
発分極が変化してゆく。FIG. 3 shows a flow chart of the measurement process of this embodiment. First, it causes maximum spontaneous polarization Pr to each ferroelectric element F 1 to F 3 of the ferroelectric unit 20 using the reset circuit 22 described above in S101. Next, the ferroelectric unit 2 is controlled so that the voltage output from the wind sensor has a polarity opposite to that of the reset circuit 22.
Connect to 0. At this time, all the switches S 1 to S 3 connected in series to each ferroelectric element array are turned on. FIG. 4 shows an example of output voltage characteristics from the wind sensor, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents output voltage. In this embodiment, the output voltage from the wind sensor is time t 1 ,
The peak values d, e, and f are output at t 2 and t 3 , respectively.
The external voltage having such characteristics is applied to the ferroelectric unit 2
When applied to each of the ferroelectric elements F 1 to F 3 within 0, the spontaneous polarization of each ferroelectric element changes along its PE hysteresis loop.
【0028】ここで、図6に示されるように、PZT強
誘電体の膜厚が増加するに従い反転分極が生じる抗電界
も膜厚にほぼ比例して増大していくため、風力センサか
らの出力電圧が最大値fとなったときにこのfに相当す
る電界が抗電界以上であるときには反転分極が生じるこ
ととなる。本実施例においては、前述したように第1の
強誘電体素子列の膜厚が最も小さく、第3の強誘電体素
子列の最も膜厚が大きいため、出力電圧fの値に応じて
以下の3態様が出現することになる。Here, as shown in FIG. 6, as the film thickness of the PZT ferroelectric increases, the coercive electric field that causes the reversal polarization also increases substantially in proportion to the film thickness. When the voltage reaches the maximum value f and the electric field corresponding to this f is equal to or higher than the coercive electric field, reversal polarization occurs. In the present embodiment, as described above, the first ferroelectric element row has the smallest film thickness and the third ferroelectric element row has the largest film thickness. Therefore, depending on the value of the output voltage f, 3 modes will appear.
【0029】(1)第1、第2、第3各強誘電体素子列
いずれも反転分極を生じない。(1) Inversion polarization does not occur in any of the first, second, and third ferroelectric element arrays.
【0030】(2)第1、第2、第3各強誘電体素子列
のうちいずれか(第1、第2、第3強誘電体素子列の順
に分極反転しにくくなる)が分極反転する。(2) Any one of the first, second, and third ferroelectric element rows (the first, second, and third ferroelectric element rows are less likely to be domain-inverted in this order) is domain-inverted. ..
【0031】(3)第1、第2、第3各強誘電体素子列
全てが分極反転する。(3) The polarization of all the first, second, and third ferroelectric element arrays is inverted.
【0032】そこで、次に強誘電体ユニットの出力端を
分極測定回路24に接続し、スイッチS1 〜S3 を順次
ONさせていき、分極が反転しているか否かを調べるこ
とにより風力センサの最大出力電圧値を検出することが
できる。Therefore, the output terminal of the ferroelectric unit is next connected to the polarization measuring circuit 24, the switches S 1 to S 3 are sequentially turned on, and it is checked whether or not the polarization is reversed, whereby the wind sensor is detected. The maximum output voltage value of can be detected.
【0033】図7には本実施例における分極測定回路2
4の回路図及び分極測定原理説明図が示されている。分
極測定回路24は強誘電体素子に最大自発分極を生じさ
せる直流電源24a及び抵抗24bから構成され、BC
間の電圧ないし電流をモニタすることにより残留分極が
検出される。FIG. 7 shows the polarization measuring circuit 2 in this embodiment.
4 is a circuit diagram and a polarization measurement principle explanatory diagram. The polarization measuring circuit 24 is composed of a DC power supply 24a and a resistor 24b that cause the ferroelectric element to generate maximum spontaneous polarization.
Remanent polarization is detected by monitoring the voltage or current across it.
【0034】すなわち、強誘電体素子を最大自発分極さ
せるべくAB間に電圧を印加し、その時のBC間の電圧
変動を測定すると、強誘電体素子が分極反転してすでに
最大自発分極Prを有している場合には図7(B)にお
いてイのような変化となるが、強誘電体素子の残留分極
が完全に分極反転していない場合にはロのような変化を
示すことになる。これは強誘電体素子がすでに最大自発
分極を有している場合にはP−Eヒステリシスループ上
で変化を示し、そうでない場合にはP−Eヒステリシス
ループに沿わずに変化するからである。That is, when a voltage is applied between AB to cause the ferroelectric element to have maximum spontaneous polarization and the voltage variation between BC at that time is measured, the ferroelectric element undergoes polarization reversal and already has the maximum spontaneous polarization Pr. 7B, the change is as shown in FIG. 7B, but when the remanent polarization of the ferroelectric element is not completely inverted, the change is as shown in B. This is because the ferroelectric element shows a change on the PE hysteresis loop when it already has the maximum spontaneous polarization, and otherwise changes without following the PE hysteresis loop.
【0035】従って、最大自発分極以外の残留分極が生
じている場合にはロのような電圧(あるいは電流)変化
を示すので、AB間に2回所定の電圧を印加し、その2
回の電圧(あるいは電流)変化の差(図中斜線部分)を
求めることにより、残留分極の値を測定することができ
る(すでに最大自発分極Prのときは差は0となり、そ
うでない場合は残留分極に応じた差を示すことにな
る)。Therefore, when a residual polarization other than the maximum spontaneous polarization occurs, a voltage (or current) change like the one shown in (b) is shown. Therefore, a predetermined voltage is applied twice between AB, and
The value of remanent polarization can be measured by obtaining the difference in voltage (or current) change (shaded area in the figure) between times (if the maximum spontaneous polarization Pr is already present, the difference becomes 0; Will show a difference depending on the polarization).
【0036】なお、前述したように各強誘電体素子列に
最大自発分極を生じさせるための直流電源24aは強誘
電体の膜厚に応じて変化させる必要があり、従って本実
施例の分極測定回路24の直流電源24aの電圧はリセ
ット回路22の直流電源22aと同様の電圧でよいが、
例えば図8に示すように第2の強誘電体素子列及び第3
の強誘電体素子列にそれぞれスイッチT1 ,T2 を設
け、第1の強誘電体素子列の反転分極を測定する場合に
はS1 を閉じて強誘電体素子F1 に直流電圧を印加し、
第2の強誘電体素子列の反転分極を測定する場合にはス
イッチS2 及びT1 をONとして強誘電体素子F1 のみ
の反転分極を測定する。また、第3の強誘電体素子列の
反転分極を測定する場合には、スイッチS3 及びT2 を
ONとして強誘電体素子F1 のみの反転分極を測定す
る。As described above, the DC power source 24a for producing the maximum spontaneous polarization in each ferroelectric element array needs to be changed according to the film thickness of the ferroelectric material, and therefore the polarization measurement of this embodiment is performed. The voltage of the DC power supply 24a of the circuit 24 may be the same voltage as the DC power supply 22a of the reset circuit 22,
For example, as shown in FIG. 8, the second ferroelectric element array and the third ferroelectric element array
Switches T 1 and T 2 are provided in each of the ferroelectric element rows, and when measuring the inverted polarization of the first ferroelectric element row, S 1 is closed and a DC voltage is applied to the ferroelectric element F 1. Then
When measuring the inverted polarization of the second ferroelectric element array, the switches S 2 and T 1 are turned on and the inverted polarization of only the ferroelectric element F 1 is measured. When measuring the reverse polarization of the third ferroelectric element array, the switches S 3 and T 2 are turned on and the reverse polarization of only the ferroelectric element F 1 is measured.
【0037】このように、各強誘電体素子列の反転分極
を測定する際に、強誘電体素子列の全ての強誘電体素子
に直流電圧を印加するのではなく、全ての強誘電体素子
列に共通する強誘電体素子F1 のみに着目して反転分極
を測定することにより、分極測定回路24の直流電源2
4aは低電圧ですむことになり、測定の容易化を図るこ
とができる。As described above, when measuring the inversion polarization of each ferroelectric element array, the DC voltage is not applied to all the ferroelectric elements in the ferroelectric element array, but all the ferroelectric elements are arranged. By paying attention to only the ferroelectric element F 1 common to the columns and measuring the inversion polarization, the DC power supply 2 of the polarization measuring circuit 24 is measured.
4a requires a low voltage, which facilitates measurement.
【0038】なお、前述の実施例では強誘電体素子列が
3個の場合を示したが、必要に応じ列数を適宜増大して
もよく、また直列接続される強誘電体素子の数も適宜増
大してもよいことはいうまでもない。In the above-mentioned embodiment, the case where there are three ferroelectric element rows is shown, but the number of rows may be appropriately increased if necessary, and the number of ferroelectric elements connected in series is also increased. It goes without saying that the number may be increased appropriately.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る強誘
電体キャパシタ及びその製造方法によれば、直列あるい
は並列接続された複数の強誘電体キャパシタを半導体基
板上に容易に形成することができ、歩留まりの向上、コ
スト低下を図ることができる。また、本発明の製造方法
により形成された強誘電体キャパシタを用いて無電源か
つ不揮発で最大電圧を測定することも可能となる。As described above, according to the ferroelectric capacitor and the method of manufacturing the same according to the present invention, a plurality of ferroelectric capacitors connected in series or in parallel can be easily formed on the semiconductor substrate. Therefore, the yield can be improved and the cost can be reduced. Further, it becomes possible to measure the maximum voltage with no power supply and in a nonvolatile manner by using the ferroelectric capacitor formed by the manufacturing method of the present invention.
【図1】本発明の強誘電体キャパシタ及びその製造方法
の説明図である。FIG. 1 is an explanatory view of a ferroelectric capacitor of the present invention and a method of manufacturing the same.
【図2】本発明の強誘電体キャパシタを用いた最大電圧
測定装置の全体構成図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram of a maximum voltage measuring device using a ferroelectric capacitor of the present invention.
【図3】同実施例の測定フロチャートである。FIG. 3 is a measurement flow chart of the same example.
【図4】同実施例の風力センサの出力特性図である。FIG. 4 is an output characteristic diagram of the wind sensor of the same embodiment.
【図5】同実施例の各強誘電体素子列のP−Eヒステリ
シスループ図である。FIG. 5 is a PE hysteresis loop diagram of each ferroelectric element array of the example.
【図6】同実施例の強誘電体の厚さと抗電界との関係を
示すグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the thickness of the ferroelectric substance and the coercive electric field in the same example.
【図7】同実施例の残留分極測定の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of remanent polarization measurement in the same example.
【図8】本発明の他の実施例の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of another embodiment of the present invention.
【図9】従来装置の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional device.
100 シリコン基板 102 シリコン酸化膜 104 下部電極 106 PZT強誘電体膜 108 シリコン酸化膜 110 上部電極 100 Silicon substrate 102 Silicon oxide film 104 Lower electrode 106 PZT ferroelectric film 108 Silicon oxide film 110 Upper electrode
Claims (2)
第1絶縁膜形成ステップと、 前記第1の絶縁膜上に第1の金属膜を形成する第1金属
膜形成ステップと、 前記第1の金属膜をエッチングして複数の下部電極を形
成する下部電極形成ステップと、 前記下部電極上に強誘電体膜を形成する強誘電体膜形成
ステップと、 前記強誘電体膜上に第2の絶縁膜を形成する第2絶縁膜
形成ステップと、 前記第2の絶縁膜をエッチングして前記強誘電体膜との
コンタクトホールを形成するコンタクトホール形成ステ
ップと、 前記第2の絶縁膜上に第2の金属膜を形成する第2金属
膜形成ステップと、 前記第2の金属膜をエッチングして前記コンタクトホー
ル上に複数の上部電極を形成する上部電極形成ステップ
と、 を有することを特徴とする強誘電体キャパシタの製造方
法。1. A first insulating film forming step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate; a first metal film forming step of forming a first metal film on the first insulating film; A step of forming a lower electrode by etching the first metal film to form a plurality of lower electrodes; a step of forming a ferroelectric film on the lower electrode; a step of forming a ferroelectric film on the ferroelectric film; A second insulating film forming step of forming a second insulating film; a contact hole forming step of etching the second insulating film to form a contact hole with the ferroelectric film; and a second insulating film on the second insulating film. A second metal film forming step of forming a second metal film on the upper surface, and an upper electrode forming step of etching the second metal film to form a plurality of upper electrodes on the contact holes. Ferroelectricity Method of manufacturing a capacitor.
トホールを有する絶縁膜と、 この絶縁膜上に形成され、前記コンタクトホール間を接
続する複数の上部電極と、 を有することを特徴とする強誘電体キャパシタ。2. A semiconductor substrate, a plurality of lower electrodes formed on the semiconductor substrate, a ferroelectric film formed on the lower electrodes, and a ferroelectric film formed on the ferroelectric film. A ferroelectric capacitor comprising: an insulating film having a contact hole on the film; and a plurality of upper electrodes formed on the insulating film and connecting the contact holes.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28758991A JPH05129156A (en) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | Ferroelectric capacitor and its manufacture |
US07/958,684 US5325050A (en) | 1991-10-30 | 1992-10-09 | Maximum voltage detecting apparatus using ferroelectric capacitors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28758991A JPH05129156A (en) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | Ferroelectric capacitor and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05129156A true JPH05129156A (en) | 1993-05-25 |
Family
ID=17719256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28758991A Pending JPH05129156A (en) | 1991-10-30 | 1991-11-01 | Ferroelectric capacitor and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05129156A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05211286A (en) * | 1992-01-06 | 1993-08-20 | Nec Corp | Method for manufacturing capacitor element |
US6825521B2 (en) | 2002-08-30 | 2004-11-30 | Fujitsu Limited | Semiconductor device with capacitor |
US7102186B2 (en) | 2002-04-16 | 2006-09-05 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US7221015B2 (en) | 2002-03-18 | 2007-05-22 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
1991
- 1991-11-01 JP JP28758991A patent/JPH05129156A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7102186B2 (en) | 2002-04-16 | 2006-09-05 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US7595250B2 (en) | 2002-04-16 | 2009-09-29 | Fujitsu Microelectronics Limited | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US6825521B2 (en) | 2002-08-30 | 2004-11-30 | Fujitsu Limited | Semiconductor device with capacitor |
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