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JPH1168056A - Ferroelectric capacitor and memory provided therewith - Google Patents

Ferroelectric capacitor and memory provided therewith

Info

Publication number
JPH1168056A
JPH1168056A JP9217889A JP21788997A JPH1168056A JP H1168056 A JPH1168056 A JP H1168056A JP 9217889 A JP9217889 A JP 9217889A JP 21788997 A JP21788997 A JP 21788997A JP H1168056 A JPH1168056 A JP H1168056A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
ferroelectric
ferroelectric capacitor
film
deterioration
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP9217889A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Hironaka
克行 広中
Chiharu Isobe
千春 磯辺
Koji Watabe
浩司 渡部
Kenji Katori
健二 香取
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP9217889A priority Critical patent/JPH1168056A/en
Publication of JPH1168056A publication Critical patent/JPH1168056A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric capacitor which is superior in temperature and fatigue characteristics. SOLUTION: A lower electrode 13, a ferroelectric layer 14, and an upper electrode 15 are successively laminated on a substrate 11 via the intermediary of a diffusion preventive layer 12. The ferroelectric layer 14 is of a structure composed of a deterioration preventive layer 14a, a center layer 14b, and a deterioration preventive layer 14c which are successively laminated in this sequence on the lower electrode 13. The deterioration preventive layers 14a and 14c are each formed of Srx Biy Taz Nb(2-z) O9 ±d (0.6<=x<=1.2, 1.7<=y<=2.5, 0<=z<=2.0, 0<=d<=1.0), and the center layer 14b is formed of Sru Biv Tiw O15 ±δ (0.8<=u<=1.2, 3.0<=v<=5.0, 3.0<=w<=5.0, 0<=δ<=1). The deterioration protective layers 14a and 14c ensure a ferroelectric capacitor of fatigue properties, and the center layer 14b ensures the capacitor of temperature properties.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体膜に一対
の電極を接続した強誘電体キャパシタおよびそれを用い
たメモリに関する。
The present invention relates to a ferroelectric capacitor having a pair of electrodes connected to a ferroelectric film and a memory using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、成膜技術の進歩に伴い、強誘電体
薄膜を用いた不揮発性メモリの開発が盛んに行われてい
る。この不揮発性メモリは、強誘電体薄膜の高速な分極
反転とその誘電分極を利用することにより高速書き換え
が可能な不揮発性ランダムアクセスメモリ(Ferroelect
ric Random Access Memories;FeRAM)であり、電
源を切ると中に書き込まれていた情報が消えてしまう揮
発性メモリとは異なり、書き込まれた内容が消えないと
いう利点を有する。このようなFeRAMを構成する強
誘電体材料としては、ビスマス系層状結晶構造酸化物が
挙げられる。このビスマス系層状結晶構造酸化物は、従
来使用されてきたPbTiO3 とPbZrO3 との固溶
体であるPZT系材料の最大のデメリットであったファ
ティーグ現象、すなわち書き換えの繰り返しによる誘電
分極値の低下がみられないことから注目を集めている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of film forming technology, non-volatile memories using ferroelectric thin films have been actively developed. This non-volatile memory is a non-volatile random access memory (Ferroelect) that can be rewritten at high speed by using high-speed polarization inversion of a ferroelectric thin film and its dielectric polarization.
RIC (Random Access Memories; FeRAM), which has the advantage that the written contents are not erased, unlike the volatile memory in which the information written therein is erased when the power is turned off. As a ferroelectric material constituting such an FeRAM, a bismuth-based layered crystal structure oxide is exemplified. This bismuth-based layered crystal structure oxide has the largest disadvantage of the conventionally used PZT-based material which is a solid solution of PbTiO 3 and PbZrO 3 , that is, a decrease in dielectric polarization value due to repetition of rewriting. He is attracting attention because he cannot do it.

【0003】また、これらの強誘電体材料は、誘電分極
値が温度の上昇とともに減少し、キュリー点において零
になるという特性を有している。このような温度特性は
材料によって特有のものであり、一般に、キュリー点の
大きな材料ほど同一温度範囲における誘電分極値の変化
量が小さくなる。よって、FeRAMを構成する強誘電
体材料としては、キュリー点の大きな材料の方が優れて
いる。例えば、ビスマス系層状結晶構造酸化物のキュリ
ー点は、ビスマス・ストロンチウム・チタネート(Sr
Bi4 Ti4 15)が530℃、ビスマス・ストロンチ
ウム・タンタレート(SrBi2 Ta2 9 )が335
℃、ビスマス・ストロンチウム・ニオベート(SrBi
2 Nb2 9 )が440℃であり、温度特性に注目した
場合にはビスマス・ストロンチウム・チタネートがFe
RAMを構成する強誘電体材料として優れている。
Further, these ferroelectric materials have a characteristic that the dielectric polarization value decreases with an increase in temperature and becomes zero at the Curie point. Such temperature characteristics are peculiar to each material, and generally, the larger the Curie point of a material, the smaller the amount of change in the dielectric polarization value in the same temperature range. Therefore, a material having a large Curie point is superior as a ferroelectric material constituting the FeRAM. For example, the Curie point of a bismuth-based layered crystal structure oxide is calculated based on bismuth strontium titanate (Sr
Bi 4 Ti 4 O 15 ) is 530 ° C., and bismuth strontium tantalate (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) is 335.
℃, bismuth strontium niobate (SrBi
2 Nb 2 O 9) is is 440 ° C., bismuth strontium titanate, if attention is paid to temperature characteristics Fe
It is excellent as a ferroelectric material constituting a RAM.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このビ
スマス・ストロンチウム・チタネートは、他のビスマス
系層状結晶構造酸化物と比べて温度特性に優れるものの
ファティーグ特性に劣るという問題があった。例えば、
ビスマス・ストロンチウム・チタネート,ビスマス・ス
トロンチウム・タンタレートまたはビスマス・ストロン
チウム・ニオベートよりそれぞれなる厚さ200nmの
強誘電体薄膜に白金(Pt)の電極をそれぞれ接続し、
5Vの電圧を印加して1012回書換動作をそれぞれ行っ
た場合、ビスマス・ストロンチウム・タンタレートまた
はビスマス・ストロンチウム・ニオベートよりなるもの
では誘電分極の減少が書換動作前の10%以内であるの
に対して、ビスマス・ストロンチウム・チタネートより
なるものでは50%程度減少してしまう。すなわち、従
来は、ファティーグ特性および温度特性とも十分に満足
できるものを得ることができなかった。
However, this bismuth strontium titanate has a problem that it is excellent in temperature characteristics but inferior in fatiging characteristics as compared with other bismuth-based layered crystal structure oxides. For example,
A platinum (Pt) electrode is connected to a 200 nm thick ferroelectric thin film made of bismuth strontium titanate, bismuth strontium tantalate or bismuth strontium niobate, respectively.
When a voltage of 5 V is applied and the rewriting operation is performed 10 12 times, the dielectric polarization of bismuth strontium tantalate or bismuth strontium niobate is less than 10% before the rewriting operation. In the case of bismuth strontium titanate, the amount is reduced by about 50%. That is, conventionally, it was not possible to obtain a material having sufficiently satisfactory fating characteristics and temperature characteristics.

【0005】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、温度特性およびファティーグ特性に
優れた強誘電体キャパシタおよびそれを用いたメモリを
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a ferroelectric capacitor excellent in temperature characteristics and fating characteristics and a memory using the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の強誘電体キャパ
シタは、強誘電体膜に一対の電極を接続したものであっ
て、強誘電体膜に電圧の印加による劣化を防止するため
の劣化防止層を備えたものである。
A ferroelectric capacitor according to the present invention comprises a pair of electrodes connected to a ferroelectric film. It has a prevention layer.

【0007】本発明のメモリは、強誘電体膜に一対の電
極が接続された強誘電体キャパシタを有するものであっ
て、強誘電体膜に電圧の印加による劣化を防止するため
の劣化防止層を備えたものである。
The memory according to the present invention has a ferroelectric capacitor in which a pair of electrodes are connected to a ferroelectric film, and a deterioration preventing layer for preventing the ferroelectric film from being deteriorated by applying a voltage. It is provided with.

【0008】本発明の強誘電体キャパシタでは、一対の
電極間に電圧が印加されると、強誘電体膜において分極
が起こる。ここでは、強誘電体膜に劣化防止層を備えて
いるので、分極反転による疲労が少ない。
In the ferroelectric capacitor of the present invention, when a voltage is applied between the pair of electrodes, polarization occurs in the ferroelectric film. Here, since the ferroelectric film is provided with the deterioration preventing layer, fatigue due to polarization reversal is small.

【0009】本発明のメモリでは、強誘電体キャパシタ
の一対の電極間に電圧が印加されると強誘電体膜におい
て分極が起こる。この電極ー分極特性にはヒステリシス
があり、このヒステリシスを利用してデータの記憶およ
び読み出しが行われる。ここでは、強誘電体膜に劣化防
止層を備えているので、分極反転による疲労が少ない。
In the memory of the present invention, when a voltage is applied between the pair of electrodes of the ferroelectric capacitor, polarization occurs in the ferroelectric film. The electrode-polarization characteristic has a hysteresis, and data storage and reading are performed using the hysteresis. Here, since the ferroelectric film is provided with the deterioration preventing layer, fatigue due to polarization reversal is small.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0011】図1は本発明の一実施の形態に係る強誘電
体キャパシタの概略構成を表すものである。この強誘電
体キャパシタは、例えばシリコン(Si)よりなる基板
11の上に、例えば酸化イリジウム(IrO2 )よりな
る拡散防止層12および必要に応じて接合層(ここでは
図示せず)を介して、下部電極13,強誘電体膜14お
よび上部電極15が順次積層されている。すなわち、こ
の強誘電体キャパシタは強誘電体膜14に一対の電極1
3,15を接続したものである。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a ferroelectric capacitor according to an embodiment of the present invention. This ferroelectric capacitor is provided on a substrate 11 made of, for example, silicon (Si) via a diffusion preventing layer 12 made of, for example, iridium oxide (IrO 2 ) and, if necessary, a bonding layer (not shown here). , A lower electrode 13, a ferroelectric film 14, and an upper electrode 15 are sequentially laminated. In other words, this ferroelectric capacitor includes a pair of electrodes 1 on the ferroelectric film 14.
3, 15 are connected.

【0012】下部電極13および上部電極15は、例え
ば、白金(Pt),イリジウム(Ir),ルテニウム
(Ru),ロジウム(Rh)およびパラジウム(Pd)
のうちのいずれか1種、またはこれらのうちのいずれか
2種以上を含む合金により形成されている。なお、下部
電極13および上部電極15は、少なくとも一部にそれ
らの酸化物を含む場合もある。
The lower electrode 13 and the upper electrode 15 are made of, for example, platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh) and palladium (Pd).
, Or an alloy containing any two or more of these. Note that the lower electrode 13 and the upper electrode 15 may at least partially include an oxide thereof.

【0013】強誘電体膜14は、下部電極13側から、
第1の劣化防止層14a,中央層14bおよび第2の劣
化防止層14cを順次積層した構造となっている。ここ
で、劣化防止層14a,14cは、電圧の印加の繰り返
しによる誘電分極値の低下(すなわち劣化)を防止する
ためのものである。このような劣化は電極13,15と
強誘電体膜14との界面において生成する酸素欠陥が主
な原因であると考えられることから、この劣化防止層1
4a,14cは電極13,15と中央層14bとの間に
それぞれ挿入される。
The ferroelectric film 14 is formed from the lower electrode 13 side.
It has a structure in which a first deterioration preventing layer 14a, a central layer 14b, and a second deterioration preventing layer 14c are sequentially laminated. Here, the deterioration preventing layers 14a and 14c are for preventing a decrease (that is, deterioration) of the dielectric polarization value due to repetition of voltage application. It is considered that such deterioration is mainly caused by oxygen defects generated at the interface between the electrodes 13 and 15 and the ferroelectric film 14.
4a and 14c are inserted between the electrodes 13 and 15 and the central layer 14b, respectively.

【0014】このような劣化防止層14a,14cは、
電圧の印加による劣化が少ない(ファティーグ特性に優
れる)強誘電体材料(例えばSrx Biy Taz Nb
(2-z)9 ±d (但し、0.6≦x≦1.2,1.7≦
y≦2.5,0≦z≦2.0,0≦d≦1.0))によ
り少なくとも一部が構成される。このSrx Biy Ta
z Nb(2-z) 9 ±d は単結晶でも多結晶でもよい。S
x Biy Taz Nb(2-z) 9 ±d の組成範囲を上述
のように限定しているのは、これらの範囲内の組成にお
いて高い誘電分極値を得ることができるからである。な
お、劣化防止層14a,14cの各組成は互いに同一で
もよく、異なっていてもよい。
Such deterioration preventing layers 14a and 14c are
Less degradation due to application of a voltage (excellent fatigue characteristics) ferroelectric material (e.g. Sr x Bi y Ta z Nb
(2-z) O 9 ± d (however, 0.6 ≦ x ≦ 1.2, 1.7 ≦
y ≦ 2.5, 0 ≦ z ≦ 2.0, 0 ≦ d ≦ 1.0)). This Sr x Bi y Ta
z Nb (2-z) O 9 ± d may be either polycrystalline single crystal. S
r x Bi y Ta z Nb ( 2-z) O 9 to the composition range of ± d are limited as described above is because it is possible to obtain a high dielectric polarization value in the composition in these ranges . The compositions of the deterioration preventing layers 14a and 14c may be the same or different.

【0015】また、中央層14bは、温度変化による誘
電分極値の変化を少なくする(温度特性を向上させる)
ためのものである。このような中央層14bは、温度特
性に優れる強誘電体材料(例えばSru Biv Tiw
15±δ(但し、0.8≦u≦1.2,3.0≦v≦5.
0,3.0≦w≦5.0,0≦δ≦1))により少なく
とも一部が構成される。このSru Biv Tiw 15±
δは単結晶でも多結晶でもよい。Sru Biv Tiw
15±δの組成範囲を上述のように限定しているのは、こ
れらの範囲内の組成において高い誘電分極値を得ること
ができるからである。
The central layer 14b reduces the change in the dielectric polarization value due to the temperature change (improves the temperature characteristics).
It is for. Such middle layer 14b is a ferroelectric material having excellent temperature characteristics (e.g., Sr u Bi v Ti w O
15 ± δ (where 0.8 ≦ u ≦ 1.2, 3.0 ≦ v ≦ 5.
0, 3.0 ≦ w ≦ 5.0, 0 ≦ δ ≦ 1)) at least in part. The Sr u Bi v Ti w O 15 ±
δ may be a single crystal or polycrystal. Sr u Bi v Ti w O
The reason why the composition range of 15 ± δ is limited as described above is that a high dielectric polarization value can be obtained with a composition within these ranges.

【0016】なお、劣化防止層14a,14cの膜厚は
それぞれ5〜50nmであることが好ましい。膜厚が5
nmよりも薄いと劣化を十分に防止することができず、
50nmよりも厚いと温度特性が悪くなるからである。
ちなみに、中央層14bの膜厚は例えば50〜1000
nmである。
The thickness of each of the deterioration preventing layers 14a and 14c is preferably 5 to 50 nm. Film thickness 5
If it is smaller than nm, deterioration cannot be sufficiently prevented,
This is because if the thickness is larger than 50 nm, the temperature characteristics deteriorate.
Incidentally, the thickness of the central layer 14b is, for example, 50 to 1000.
nm.

【0017】このような構成を有する強誘電体キャパシ
タは、次のようにして製造することができる。
The ferroelectric capacitor having such a configuration can be manufactured as follows.

【0018】まず、例えばシリコンよりなる基板11を
用意し、その上に拡散防止層12として例えば反応性ス
パッタリング法により酸化イリジウム膜を形成する。次
いで、その上に下部電極13として例えばスパッタリン
グ法により白金膜を形成する。
First, a substrate 11 made of, for example, silicon is prepared, and an iridium oxide film is formed thereon as a diffusion preventing layer 12 by, for example, a reactive sputtering method. Next, a platinum film is formed thereon as the lower electrode 13 by, for example, a sputtering method.

【0019】続いて、この下部電極13の上に、強誘電
体膜14として、例えばCVD(Chemical Vapor Depos
ition )法やレーザーアブレーション法やゾル・ゲル法
やMOD(Metal Organic Decomposition )法により、
Srx Biy Taz Nb(2-z) 9 ±d を含む劣化防止
層14a,Sru Biv Tiw 15±δを含む中央層1
4bおよびSrx Biy Taz Nb(2-z) 9 ±d を含
む劣化防止層14cを順次積層する。
Subsequently, a ferroelectric film 14 is formed on the lower electrode 13 by, for example, CVD (Chemical Vapor Depos).
ition) method, laser ablation method, sol-gel method and MOD (Metal Organic Decomposition) method.
Sr x Bi y Ta z Nb ( 2-z) O 9 deterioration preventing layer 14a containing ± d, the central layer 1 containing Sr u Bi v Ti w O 15 ± δ
4b and Sr x Bi y Ta z Nb ( 2-z) O 9 deterioration preventing layer 14c containing ± d sequentially stacked.

【0020】このように強誘電体膜14を形成したの
ち、その上に、上部電極15として例えばスパッタリン
グ法により白金膜を蒸着する。そののち、例えば、イオ
ンミリング法により適宜エッチングを行い、図1に示し
た強誘電体キャパシタを完成させる。
After the ferroelectric film 14 is formed as described above, a platinum film is deposited thereon as the upper electrode 15 by, for example, a sputtering method. Thereafter, etching is appropriately performed by, for example, an ion milling method to complete the ferroelectric capacitor shown in FIG.

【0021】なお、この強誘電体キャパシタは、例え
ば、メモリの一部として次のように用いることができ
る。
The ferroelectric capacitor can be used, for example, as a part of a memory as follows.

【0022】図2は強誘電体キャパシタを用いたメモリ
の具体的な構造の一例を表したものである。このメモリ
は、本実施の形態に係る強誘電体キャパシタ10と、ス
イッチング用のトランジスタ20とから構成されてい
る。トランジスタ20は、例えばp型シリコンよりなる
基板11の表面に間隔を開けて形成されたn+ 層よりな
るソース領域21とn+ 層よりなるドレイン領域22と
を有している。ソース領域21とドレイン領域22との
間の基板11の上には、ゲート絶縁膜23を介してワー
ド線としてのゲート電極24が形成されている。なお、
トランジスタ20の周りには、基板11の表面に素子分
離用のフィールド酸化膜31が形成されている。
FIG. 2 shows an example of a specific structure of a memory using a ferroelectric capacitor. This memory includes the ferroelectric capacitor 10 according to the present embodiment and a switching transistor 20. The transistor 20 has, for example, a source region 21 made of an n + layer and a drain region 22 made of an n + layer formed at intervals on the surface of a substrate 11 made of p-type silicon. A gate electrode 24 as a word line is formed on the substrate 11 between the source region 21 and the drain region 22 with a gate insulating film 23 interposed therebetween. In addition,
A field oxide film 31 for element isolation is formed on the surface of the substrate 11 around the transistor 20.

【0023】トランジスタ20の上には、層間絶縁膜3
2を介して強誘電体キャパシタ10が形成されている。
すなわち、層間絶縁膜32を介して拡散防止層12,下
部電極13,強誘電体膜14および上部電極15が順次
積層されている。トランジスタ20のソース領域21と
強誘電体キャパシタ10の拡散防止層12とは、層間絶
縁膜32に設けられたコンタクトホール32aを介して
電気的に接続されている。コンタクトホール32aに
は、例えば多結晶シリコンまたはタングステン(W)に
より形成されたプラグ層33が埋め込まれている。
On the transistor 20, an interlayer insulating film 3
2, a ferroelectric capacitor 10 is formed.
That is, the diffusion prevention layer 12, the lower electrode 13, the ferroelectric film 14, and the upper electrode 15 are sequentially stacked via the interlayer insulating film 32. The source region 21 of the transistor 20 and the diffusion prevention layer 12 of the ferroelectric capacitor 10 are electrically connected via a contact hole 32 a provided in the interlayer insulating film 32. A plug layer 33 made of, for example, polycrystalline silicon or tungsten (W) is embedded in the contact hole 32a.

【0024】このような構成を有するメモリでは、トラ
ンジスタ20のゲート電極24に電圧が加えられると、
トランジスタ20のスイッチが“オン”となり、ソース
領域21とドレイン領域22との間に電流が流れる。こ
れにより、プラグ層33を介して強誘電体キャパシタ1
0に電流が流れ、上部電極15と下部電極13との間に
電圧が加えられる。強誘電体キャパシタ10では、電圧
が印加されると強誘電体膜14において分極がおこる。
この電圧−分極特性にはヒステリシスがあることから、
このヒステリシスを利用して“1”または“0”のデー
タの記憶あるいは読み出しが行われる。ここでは、強誘
電体膜14が、温度特性に優れた中央層14bと、劣化
を防止する劣化防止層14a,14cとを備えているの
で、温度変化による誘電分極値の変化が少なく、分極反
転による疲労も少ない。
In the memory having such a configuration, when a voltage is applied to the gate electrode 24 of the transistor 20,
The switch of the transistor 20 is turned “on”, and current flows between the source region 21 and the drain region 22. Thereby, the ferroelectric capacitor 1 is connected via the plug layer 33.
A current flows to 0, and a voltage is applied between the upper electrode 15 and the lower electrode 13. In the ferroelectric capacitor 10, when a voltage is applied, polarization occurs in the ferroelectric film 14.
Because this voltage-polarization characteristic has hysteresis,
Using this hysteresis, data of "1" or "0" is stored or read. Here, since the ferroelectric film 14 includes the central layer 14b having excellent temperature characteristics and the deterioration preventing layers 14a and 14c for preventing the deterioration, the change in the dielectric polarization value due to the temperature change is small, and the polarization inversion occurs. Less fatigue due to

【0025】このように本実施の形態に係る強誘電体キ
ャパシタによれば、強誘電体膜14に中央層14bと劣
化防止層14a,14cとを備えるようにしたので、温
度特性およびファティーグ特性を共に向上させることが
できる。
As described above, according to the ferroelectric capacitor according to the present embodiment, since the ferroelectric film 14 is provided with the central layer 14b and the deterioration preventing layers 14a and 14c, the temperature characteristics and the fatigue characteristics are improved. Both can be improved.

【0026】[0026]

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について図面
を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施例にお
いては、強誘電体膜14の劣化防止層14a,14cを
Sr0.8 Bi2.2 Ta2 9 ±d により構成し、中央層
14bをSrBi4 Ta4O15により構成した場合につい
て説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following each embodiment, the ferroelectric film 14 deterioration preventing layer 14a of, and 14c constituted by Sr 0.8 Bi 2.2 Ta 2 O 9 ± d, and the central layer 14b is constituted by SrBi 4 Ta 4 O 15 The case will be described.

【0027】(第1の実施例)本実施例では、まず、シ
リコンよりなる基板11を用意し、その上に、反応性ス
パッタリング法により膜厚100nmの酸化イリジウム
膜を成膜して拡散防止層12を形成した。次いで、その
上に、スパッタリング法により膜厚200nmの白金膜
を成膜して下部電極13を形成した。
(First Embodiment) In this embodiment, first, a substrate 11 made of silicon is prepared, and an iridium oxide film having a thickness of 100 nm is formed thereon by a reactive sputtering method. No. 12 was formed. Next, a 200 nm-thick platinum film was formed thereon by a sputtering method to form the lower electrode 13.

【0028】続いて、下部電極13の上に、膜厚20n
mのSr0.8 Bi2.2 Ta2 9 ±d を含む劣化防止層
14aと、膜厚160nmのSrBi4 Ta4 15を含
む中央層14bと、膜厚20nmのSr0.8 Bi2.2
2 9 ±d を含む劣化防止層14cとを順次積層し、
強誘電体膜14を形成した。ここで、劣化防止層14
a,14cおよび中央層14bの形成は、具体的にはフ
ラッシュ−MOCVD法により次のようにして行った。
Subsequently, a film thickness of 20 n is formed on the lower electrode 13.
m Sr 0.8 Bi 2.2 Ta 2 O 9 ± d , a deterioration preventing layer 14a containing SrBi 4 Ta 4 O 15 having a thickness of 160 nm, a central layer 14b containing SrBi 4 Ta 4 O 15 having a thickness of 160 nm, and Sr 0.8 Bi 2.2 T having a thickness of 20 nm.
a 2 O 9 ± d and a deterioration preventing layer 14c containing
A ferroelectric film 14 was formed. Here, the deterioration prevention layer 14
The formation of the a, 14c and the central layer 14b was specifically performed by the flash-MOCVD method as follows.

【0029】図3は本発明の本実施例において用いたフ
ラッシュ−MOCVD装置の概略構成を表すものであ
る。このMOCVD装置は、液状の有機金属前駆体(有
機金属原料)を気体として供給する液体原料供給装置4
0と、この液体原料供給装置40により気化された有機
金属前駆体を酸素ガス(O2 )と混合するガス混合部5
0と、このガス混合部50により混合されたガスを反応
させて熱分解し、基板11上に薄膜を形成する反応室6
0とを備えている。
FIG. 3 shows a schematic configuration of a flash-MOCVD apparatus used in this embodiment of the present invention. This MOCVD apparatus is a liquid material supply device 4 for supplying a liquid organometallic precursor (organic metal material) as a gas.
0, and a gas mixing section 5 for mixing the organometallic precursor vaporized by the liquid raw material supply device 40 with oxygen gas (O 2 ).
0 and a gas mixed by the gas mixing section 50 to react and thermally decompose to form a reaction chamber 6 for forming a thin film on the substrate 11.
0.

【0030】液体原料供給装置40は、形成する薄膜の
原料である複数の有機金属前駆体を液体の状態でそれぞ
れ収容する複数(ここでは4個)の容器41a,41
b,41c,41dを有している。各容器41a〜41
dは、各開閉弁42a〜42dを介して、液体混合バル
ブ(ミキシングマニホールド)43にそれぞれ接続され
ている。この液体混合バルブ43は電気的に精密に制御
されており、各開閉弁42a〜42dの開閉に応じて供
給された各有機金属前駆体を所定の比率で混合するよう
になっている。この液体混合バルブ43には、また、液
体ポンプ44を介して気化室45が接続されている。こ
の気化室45は、液体混合バルブ43で混合された液状
の有機金属前駆体を所定の温度(180〜240℃)で
加熱し、図示しない多孔質金属フリット上で気化(フラ
ッシュ気化)させるようになっている。
The liquid material supply device 40 includes a plurality of (here, four) containers 41a and 41 for accommodating a plurality of organometallic precursors, which are raw materials of a thin film to be formed, in a liquid state.
b, 41c and 41d. Each container 41a-41
d is connected to a liquid mixing valve (mixing manifold) 43 via each of the on-off valves 42a to 42d. The liquid mixing valve 43 is precisely controlled electrically, and mixes the respective organometallic precursors supplied in accordance with the opening and closing of the respective on-off valves 42a to 42d at a predetermined ratio. A vaporizing chamber 45 is connected to the liquid mixing valve 43 via a liquid pump 44. The vaporization chamber 45 heats the liquid organometallic precursor mixed by the liquid mixing valve 43 at a predetermined temperature (180 to 240 ° C.) and vaporizes (flash vaporizes) on a porous metal frit (not shown). Has become.

【0031】ガス混合部50は、気化室45および反応
室60と接続されており、気化室45からキャリアガス
(ここではアルゴン(Ar)ガス)と共に供給された有
機金属前駆体を酸素ガスと混合して反応室60内に供給
するようになっている。反応室60には、ガス混合部5
0に接続されたシャワーノズル61と、このシャワーノ
ズル61に対向するように載置台62が設けられてお
り、ガス混合部50により混合されたガスが載置台62
の上に載置された基板11の表面に均一に供給されるよ
うになっている。なお、載置台62には図示しないヒー
タが設けられており、基板11を所定の温度(400〜
650℃)に加熱できるようになっている。反応室60
には、また、反応室60内を真空排気するためのポンプ
63が配設されている。
The gas mixing section 50 is connected to the vaporizing chamber 45 and the reaction chamber 60, and mixes the organometallic precursor supplied together with the carrier gas (here, argon (Ar) gas) from the vaporizing chamber 45 with oxygen gas. Then, it is supplied into the reaction chamber 60. The reaction chamber 60 includes a gas mixing section 5.
0, and a mounting table 62 is provided so as to face the shower nozzle 61, and the gas mixed by the gas mixing unit 50 is supplied to the mounting table 62.
Is supplied uniformly to the surface of the substrate 11 placed on the substrate. The mounting table 62 is provided with a heater (not shown), and heats the substrate 11 at a predetermined temperature (400 to
(650 ° C.). Reaction chamber 60
Is provided with a pump 63 for evacuating the inside of the reaction chamber 60.

【0032】ここでは、このようなフラッシュ−MOC
VD装置を用いると共に、ビスマス(Bi)の原料とし
てトリフェニルビスマス(Bi(C6 5 3 )を、ス
トロンチウム(Sr)の原料としてSr−テトラメチル
ヘプタンジオン(Sr(C11192 2 )にテトラグ
リム(CH3 OCH2 CH2 OCH3 )のアダクト(ad
dition product; 付加生成物)が付加した化合物を、タ
ンタル(Ta)の原料としてTa−イソプロポキシドの
アルコキシ基の一部がテトラメチルヘプタンジオンによ
り置換されている化合物(Ta(i−OC3 7
4 (C11192 ))を、チタン(Ti)の原料として
Ti−イソプロポキシドのアルコキシ基の一部がテトラ
メチルヘプタンジオンにより置換されている化合物(T
i(i−OC3 7 2 (C11192 2 )をそれぞ
れ用いた。これらの各有機金属前駆体は、テトラハイド
ロフラン(THF;C4 8 O)に溶解して各容器41
a〜41dに収容した。
Here, such a flash-MOC
With use of VD device, bismuth raw material as triphenyl bismuth (Bi (C 6 H 5) 3) of the (Bi) and, as a raw material of strontium (Sr) Sr-tetramethylheptanedione (Sr (C 11 H 19 O 2 2 ) The adduct of tetraglyme (CH 3 OCH 2 CH 2 OCH 3 ) (ad)
dition product; the compound addition product) was added, tantalum (raw material as Ta- partially compounds substituted by tetramethylheptanedione alkoxy group isopropoxide Ta) (Ta (i-OC 3 H 7 )
4 (C 11 H 19 O 2 )) as a raw material for titanium (Ti), a compound (T) in which part of the alkoxy group of Ti-isopropoxide is substituted by tetramethylheptanedione.
i a (i-OC 3 H 7) 2 (C 11 H 19 O 2) 2) were used, respectively. Each of these organometallic precursors is dissolved in tetrahydrofuran (THF; C 4 H 8 O),
a to 41d.

【0033】このように装置を準備したのち、まず、各
開閉弁42a〜42dを適宜開閉してビスマスとストロ
ンチウムとタンタルの各原料の有機金属前駆体を選択的
に供給し、膜厚20nmのビスマスとストロンチウムと
タンタルと酸素とからなるアモルファスを主成分とする
層を形成した。すなわち、各有機金属前駆体を液体混合
バルブ33で混合し、気化室35で気化したのち、ガス
混合部40で酸素ガスと混合して反応室50内に供給し
た。このとき、反応室50内のガス圧は0.5〜50T
orrに保持し、基板は400〜650℃に保持した。
また、各有機金属前駆体の供給量は、アモルファスを主
成分とする層の組成比がビスマス:ストロンチウム:タ
ンタルで2.2:0.8:2となるように調節した。
After preparing the apparatus in this way, first, the on-off valves 42a to 42d are opened and closed appropriately to selectively supply the organometallic precursors of the respective raw materials of bismuth, strontium and tantalum, and the bismuth having a thickness of 20 nm is formed. Then, a layer mainly composed of amorphous composed of strontium, tantalum and oxygen was formed. That is, the respective organometallic precursors were mixed by the liquid mixing valve 33, vaporized in the vaporization chamber 35, mixed with oxygen gas in the gas mixing section 40, and supplied into the reaction chamber 50. At this time, the gas pressure in the reaction chamber 50 is 0.5 to 50 T
orr and the substrate was kept at 400-650 ° C.
The supply amount of each organometallic precursor was adjusted so that the composition ratio of the layer mainly composed of amorphous was bismuth: strontium: tantalum to be 2.2: 0.8: 2.

【0034】次いで、このアモルファスを主成分とする
層を酸素雰囲気中において750℃で30秒間加熱して
RTA処理を施し、アモルファスを主成分とする層の結
晶化を行った。続いて、酸素雰囲気中において750℃
で30分間加熱して結晶化を促進させ、劣化防止層14
aを形成した。
Next, the layer containing amorphous as a main component was heated at 750 ° C. for 30 seconds in an oxygen atmosphere to perform RTA treatment, thereby crystallization of the layer containing amorphous as a main component. Subsequently, at 750 ° C. in an oxygen atmosphere.
For 30 minutes to promote crystallization, and to prevent deterioration.
a was formed.

【0035】劣化防止層14aを形成したのち、これと
同様にして、ビスマスとストロンチウムとチタンの各原
料の有機金属前駆体を選択的に供給し、膜厚160nm
のビスマスとストロンチウムとチタンと酸素とからなる
アモルファスを主成分とする層を形成した。なお、各有
機金属前駆体の供給量は、アモルファスを主成分とする
層の組成比がビスマス:ストロンチウム:チタンで4:
1:4となるように調節した。
After the formation of the deterioration preventing layer 14a, similarly, the organometallic precursors of the respective raw materials of bismuth, strontium and titanium are selectively supplied, and the film thickness is 160 nm.
A layer mainly composed of amorphous composed of bismuth, strontium, titanium and oxygen was formed. In addition, the supply amount of each organometallic precursor is such that the composition ratio of the layer mainly composed of amorphous is bismuth: strontium: titanium:
Adjusted to be 1: 4.

【0036】そののち、このアモルファスを主成分とす
る層を酸素雰囲気中において750℃で30秒間加熱し
てRTA処理を施すことによりアモルファスを主成分と
する層を結晶化し、更に酸素雰囲気中において750℃
で1時間加熱して結晶化を促進させ、中央層14bを形
成した。
Thereafter, the layer containing amorphous as a main component is heated at 750 ° C. for 30 seconds in an oxygen atmosphere and subjected to RTA treatment to crystallize the layer containing amorphous as a main component. ° C
For 1 hour to promote crystallization and form the central layer 14b.

【0037】中央層14bを形成したのち、劣化防止層
14aと同様にして、膜厚20nmのビスマスとストロ
ンチウムとタンタルと酸素とからなるアモルファスを主
成分とする層を形成し、それをRTA処理により結晶化
して、更に加熱処理により結晶化を促進させ、劣化防止
層14cを形成した。
After the formation of the central layer 14b, similarly to the deterioration preventing layer 14a, a 20 nm-thick layer mainly composed of bismuth, strontium, tantalum, and oxygen is formed. After crystallization, crystallization was further promoted by a heat treatment to form the deterioration preventing layer 14c.

【0038】このようにして強誘電体膜14を形成した
のち、この強誘電体膜14の上に、スパッタリング法に
より膜厚200nmの白金膜よりなる上部電極15を形
成した。そののち、イオンミリング法によりエッチング
を行い、直径50μmの強誘電体キャパシタを完成させ
た。
After the ferroelectric film 14 was formed in this manner, an upper electrode 15 of a 200 nm-thick platinum film was formed on the ferroelectric film 14 by a sputtering method. Thereafter, etching was performed by an ion milling method to complete a ferroelectric capacitor having a diameter of 50 μm.

【0039】このようにして得られた強誘電体キャパシ
タについて温度特性とファティーグ特性の測定を行っ
た。温度特性は、25℃における誘電分極値(2P
25)と150℃における誘電分極値(2Pr150 )と
を測定し、その変化の割合(Pr150 /Pr25)から判
断した。また、ファティーグ特性は、5Vの電圧の印加
を1012回繰り返した前後の誘電分極値を測定し、その
変化の割合(Prafter /Prinitial )から判断し
た。その結果を以下に示す。
With respect to the ferroelectric capacitor thus obtained, the temperature characteristics and the fatigue characteristics were measured. The temperature characteristic is determined by the dielectric polarization value at 25 ° C. (2P
r 25 ) and the dielectric polarization value at 150 ° C. (2Pr 150 ) were measured and judged from the rate of change (Pr 150 / Pr 25 ). Further, the dielectric characteristic was measured by measuring the dielectric polarization value before and after repeating the application of a voltage of 5 V 10 12 times, and judging from the rate of change (Pr after / Pr initial ). The results are shown below.

【0040】 2Pr25 ; 22μC/cm2 Pr150 /Pr25 ; 0.9 Prafter /Prinitial ; 0.9 2 Pr 25 ; 22 μC / cm 2 Pr 150 / Pr 25 ; 0.9 Pr after / Pr initial ; 0.9

【0041】なお、比較例として、強誘電体膜の構成の
みを変えた強誘電体キャパシタ(比較例1,比較例2)
を本実施例と同一の方法により形成した。比較例1は、
強誘電体膜を膜厚200nmのSrBi4 Ti4 15
含む層のみにより構成した。比較例2は、強誘電体膜を
膜厚200nmのSr0.8 Bi2.2 Ta2 9 ±d を含
む層のみにより構成した。これらについても、本実施例
と同様にして温度特性とファティーグ特性の測定を行っ
た。その結果を以下に示す。
As a comparative example, a ferroelectric capacitor in which only the configuration of the ferroelectric film was changed (Comparative Examples 1 and 2)
Was formed by the same method as in this example. Comparative Example 1
The ferroelectric film was composed of only a 200-nm-thick layer containing SrBi 4 Ti 4 O 15 . In Comparative Example 2, the ferroelectric film was composed of only a 200 nm-thick layer containing Sr 0.8 Bi 2.2 Ta 2 O 9 ± d . For these, the temperature characteristics and the fatigue characteristics were measured in the same manner as in this example. The results are shown below.

【0042】比較例1 2Pr25 ; 22μC/cm2 Pr150 /Pr25 ; 0.9 Prafter /Prinitial ; 0.5 比較例2 2Pr25 ; 22μC/cm2 Pr150 /Pr25 ; 0.75 Prafter /Prinitial ; 0.9Comparative Example 1 2 Pr 25 ; 22 μC / cm 2 Pr 150 / Pr 25 ; 0.9 Pr after / Pr initial ; 0.5 Comparative Example 2 2 Pr 25 ; 22 μC / cm 2 Pr 150 / Pr 25 ; 0.75 Pr after / Pr initial ; 0.9

【0043】このように、本実施例の強誘電体キャパシ
タは、比較例と異なり、温度特性およびファティーグ特
性が共に優れていた。
As described above, unlike the comparative example, the ferroelectric capacitor of this example was excellent in both the temperature characteristic and the fatigue characteristic.

【0044】(第2の実施例)本実施例では、まず、シ
リコンよりなる基板11を用意し、その表面に、熱酸化
により膜厚350nmの二酸化シリコン(SiO2 )膜
を成膜して拡散防止層12を形成した。次いで、その上
に、スパッタリング法により膜厚30nmのチタン膜を
蒸着して接合層を形成したのち、同じくスパッタリング
法により膜厚200nmの白金膜を蒸着して下部電極1
3を形成した。
(Second Embodiment) In this embodiment, first, a substrate 11 made of silicon is prepared, and a silicon dioxide (SiO 2 ) film having a thickness of 350 nm is formed on the surface thereof by thermal oxidation and diffused. The prevention layer 12 was formed. Then, a 30-nm-thick titanium film is deposited thereon by a sputtering method to form a bonding layer, and then a 200-nm-thick platinum film is deposited by the same sputtering method to form a lower electrode 1.
3 was formed.

【0045】続いて、下部電極13の上に、膜厚20n
mのSr0.8 Bi2.2 Ta2 9 ±d を含む劣化防止層
14aと、膜厚160nmのSrBi4 Ta4 15を含
む中央層14bと、膜厚20nmのSr0.8 Bi2.2
2 9 ±d を含む劣化防止層14cとを順次積層し、
強誘電体膜14を形成した。ここで、劣化防止層14
a,14cおよび中央層14bの形成は、ゾル・ゲル法
により具体的には次のようにして行った。
Subsequently, a film thickness of 20 n
m Sr 0.8 Bi 2.2 Ta 2 O 9 ± d , a deterioration preventing layer 14a containing SrBi 4 Ta 4 O 15 having a thickness of 160 nm, a central layer 14b containing SrBi 4 Ta 4 O 15 having a thickness of 160 nm, and Sr 0.8 Bi 2.2 T having a thickness of 20 nm.
a 2 O 9 ± d and a deterioration preventing layer 14c containing
A ferroelectric film 14 was formed. Here, the deterioration prevention layer 14
The formation of the a, 14c and the central layer 14b was carried out by the sol-gel method, specifically, as follows.

【0046】すなわち、まず、下部電極13の上に、ス
トロンチウムとビスマスとタンタルの組成比が0.8:
2.4:2.0であるゾル−ゲル溶液を回転塗布したの
ち、100℃で3分間,250℃で5分間,750℃で
30秒間および750℃で60分間の各熱処理を順次行
い、劣化防止層14aを形成した。
That is, first, on the lower electrode 13, the composition ratio of strontium, bismuth and tantalum is 0.8:
After the sol-gel solution of 2.4: 2.0 is spin-coated, each heat treatment is sequentially performed at 100 ° C. for 3 minutes, 250 ° C. for 5 minutes, 750 ° C. for 30 seconds, and 750 ° C. for 60 minutes to sequentially deteriorate. The prevention layer 14a was formed.

【0047】次いで、その上に、ストロンチウムとビス
マスとチタンの組成比が1.0:4.5:4.0である
ゾル−ゲル溶液を回転塗布したのち、劣化防止層14a
と同様に各熱処理を行い、中央層14bを形成した。続
いて、その上に、劣化防止層14aと同様にして、劣化
防止層14cを形成した。そののち更に、酸素雰囲気中
において750℃で30分間熱処理を行い、強誘電体膜
14を形成した。
Then, a sol-gel solution having a composition ratio of strontium, bismuth and titanium of 1.0: 4.5: 4.0 is spin-coated thereon, and then the deterioration preventing layer 14a is formed.
Each heat treatment was performed in the same manner as described above to form the central layer 14b. Subsequently, a deterioration preventing layer 14c was formed thereon in the same manner as the deterioration preventing layer 14a. Thereafter, a heat treatment was further performed at 750 ° C. for 30 minutes in an oxygen atmosphere to form a ferroelectric film 14.

【0048】このようにして強誘電体膜14を形成した
のち、この強誘電体膜14の上に、スパッタリング法に
より膜厚200nmの白金膜よりなる上部電極15を形
成した。そののち、イオンミリング法によりエッチング
を行い、直径50μmの強誘電体キャパシタを完成させ
た。
After the ferroelectric film 14 was formed in this manner, a 200 nm-thick platinum film upper electrode 15 was formed on the ferroelectric film 14 by sputtering. Thereafter, etching was performed by an ion milling method to complete a ferroelectric capacitor having a diameter of 50 μm.

【0049】このようにして得られた強誘電体キャパシ
タについて、第1の実施例と同様にして、温度特性とフ
ァティーグ特性の測定を行った。その結果を以下に示
す。
With respect to the ferroelectric capacitor thus obtained, the temperature characteristics and the fatigue characteristics were measured in the same manner as in the first embodiment. The results are shown below.

【0050】 2Pr25 ; 22μC/cm2 Pr150 /Pr25 ; 0.9 Prafter /Prinitial ; 0.882Pr 25 ; 22 μC / cm 2 Pr 150 / Pr 25 ; 0.9 Pr after / Pr initial ; 0.88

【0051】なお、比較例として、強誘電体膜の構成の
みを変えた強誘電体キャパシタ(比較例3,比較例4)
を本実施例と同一の方法により形成した。比較例3は、
強誘電体膜を膜厚200nmのSrBi4 Ti4 15
含む層のみにより構成した。比較例4は、強誘電体膜を
膜厚200nmのSr0.8 Bi2.2 Ta2 9 ±d を含
む層のみにより構成した。これらについても、温度特性
とファティーグ特性の測定を行った。その結果を以下に
示す。
As a comparative example, a ferroelectric capacitor in which only the structure of the ferroelectric film was changed (Comparative Examples 3 and 4)
Was formed by the same method as in this example. Comparative Example 3
The ferroelectric film was composed of only a 200-nm-thick layer containing SrBi 4 Ti 4 O 15 . In Comparative Example 4, the ferroelectric film was composed of only a 200-nm-thick layer containing Sr 0.8 Bi 2.2 Ta 2 O 9 ± d . Also for these, the temperature characteristics and the fating characteristics were measured. The results are shown below.

【0052】比較例3 2Pr25 ; 22μC/cm2 Pr150 /Pr25 ; 0.9 Prafter /Prinitial ; 0.5 比較例4 2Pr25 ; 22μC/cm2 Pr150 /Pr25 ; 0.75 Prafter /Prinitial ; 0.85Comparative Example 3 2 Pr 25 ; 22 μC / cm 2 Pr 150 / Pr 25 ; 0.9 Pr after / Pr initial ; 0.5 Comparative Example 4 2 Pr 25 ; 22 μC / cm 2 Pr 150 / Pr 25 ; 0.75 Pr after / Pr initial ; 0.85

【0053】このように、本実施例の強誘電体キャパシ
タは、比較例と異なり、温度特性およびファティーグ特
性が共に優れていた。
As described above, unlike the comparative example, the ferroelectric capacitor of this example was excellent in both temperature characteristics and fatiguing characteristics.

【0054】(第3の実施例)本実施例では、まず、シ
リコンよりなる基板11を用意し、その上に、反応性ス
パッタリング法により膜厚100nmの酸化イリジウム
膜を成膜して拡散防止層12を形成した。次いで、その
上に、スパッタリング法により膜厚100nmのイリジ
ウム膜よりなる下部電極13を形成した。
(Third Embodiment) In this embodiment, first, a substrate 11 made of silicon is prepared, and a 100 nm-thick iridium oxide film is formed thereon by a reactive sputtering method. No. 12 was formed. Next, a lower electrode 13 made of an iridium film having a thickness of 100 nm was formed thereon by a sputtering method.

【0055】続いて、下部電極13の上に、第2の実施
例と同様にして、膜厚20nmのSr0.8 Bi2.2 Ta
2 9 ±d を含む劣化防止層14aと、膜厚160nm
のSrBi4 Ta4 15を含む中央層14bと、膜厚2
0nmのSr0.8 Bi2.2 Ta2 9 ±d を含む劣化防
止層14cとを順次積層し、強誘電体膜14を形成し
た。
Subsequently, a 20 nm-thick Sr 0.8 Bi 2.2 Ta film is formed on the lower electrode 13 in the same manner as in the second embodiment.
A deterioration prevention layer 14a containing 2 O 9 ± d and a film thickness of 160 nm
A central layer 14b containing SrBi 4 Ta 4 O 15
A ferroelectric film 14 was formed by sequentially laminating a 0 nm Sr 0.8 Bi 2.2 Ta 2 O 9 ± d containing deterioration preventing layer 14c.

【0056】強誘電体膜14を形成したのち、この強誘
電体膜14の上に、スパッタリング法により膜厚100
nmのイリジウム膜よりなる上部電極15を形成した。
そののち、イオンミリング法によりエッチングを行い、
直径50μmの強誘電体キャパシタを完成させた。
After the ferroelectric film 14 is formed, a film thickness of 100
The upper electrode 15 made of an iridium film having a thickness of 10 nm was formed.
After that, etching by ion milling method,
A ferroelectric capacitor having a diameter of 50 μm was completed.

【0057】このようにして得られた強誘電体キャパシ
タについて、第1の実施例と同様にして、温度特性とフ
ァティーグ特性の測定を行った。その結果を以下に示
す。
With respect to the ferroelectric capacitor thus obtained, the temperature characteristics and the fatigue characteristics were measured in the same manner as in the first embodiment. The results are shown below.

【0058】 2Pr25 ; 22μC/cm2 Pr150 /Pr25 ; 0.9 Prafter /Prinitial ; 0.86 2 Pr 25 ; 22 μC / cm 2 Pr 150 / Pr 25 ; 0.9 Pr after / Pr initial ; 0.86

【0059】なお、比較例として、強誘電体膜の構成の
みを変えた強誘電体キャパシタ(比較例3,比較例4)
を本実施例と同一の方法により形成した。比較例5は、
強誘電体膜を膜厚200nmのSrBi4 Ti4 15
含む層のみにより構成した。比較例6は、強誘電体膜を
膜厚200nmのSr0.8 Bi2.2 Ta2 9 ±d を含
む層のみにより構成した。これらについても、温度特性
とファティーグ特性の測定を行った。その結果を以下に
示す。
As a comparative example, a ferroelectric capacitor in which only the configuration of the ferroelectric film was changed (Comparative Examples 3 and 4)
Was formed by the same method as in this example. Comparative Example 5
The ferroelectric film was composed of only a 200-nm-thick layer containing SrBi 4 Ti 4 O 15 . In Comparative Example 6, the ferroelectric film was composed of only a 200 nm-thick layer containing Sr 0.8 Bi 2.2 Ta 2 O 9 ± d . Also for these, the temperature characteristics and the fating characteristics were measured. The results are shown below.

【0060】比較例5 2Pr25 ; 22μC/cm2 Pr150 /Pr25 ; 0.9 Prafter /Prinitial ; 0.5 比較例6 2Pr25 ; 22μC/cm2 Pr150 /Pr25 ; 0.76 Prafter /Prinitial ; 0.85Comparative Example 5 2Pr 25 ; 22 μC / cm 2 Pr 150 / Pr 25 ; 0.9 Pr after / Pr initial ; 0.5 Comparative Example 6 2Pr 25 ; 22 μC / cm 2 Pr 150 / Pr 25 ; 0.76 Pr after / Pr initial ; 0.85

【0061】このように、本実施例の強誘電体キャパシ
タは、比較例と異なり、温度特性およびファティーグ特
性が共に優れていた。
As described above, unlike the comparative example, the ferroelectric capacitor of this example was excellent in both temperature characteristics and fatiguing characteristics.

【0062】以上、実施の形態および実施例を挙げて本
発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態および
実施例に限定されるものではなく、その均等の範囲内で
種々変形可能である。例えば、上記各実施例において
は、劣化防止層14a,14cをSr0.8 Bi2.2 Ta
2 9 ±d により構成し、中央層14bをSrBi4
4 15により構成した場合について説明したが、劣化
防止層14a,14cをSrx Biy Taz Nb(2-z)
9 ±d (0.6≦x≦1.2,1.7≦y≦2.5,
0≦z≦2.0,0≦d≦1.0)により構成し、中央
層14bをSruBiv Tiw 15±δ(0.8≦u≦
1.2,3.0≦v≦5.0,3.0≦w≦5.0,0
≦δ≦1)により構成する場合についても、上記実施例
と同様の効果を得ることができる。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and various modifications can be made within an equivalent range. is there. For example, in each of the above embodiments, the deterioration preventing layers 14a and 14c are made of Sr 0.8 Bi 2.2 Ta.
Constituted by 2 O 9 ± d, the central layer 14b SrBi 4 T
has been described as being constituted by i 4 O 15, the degradation preventing layer 14a, a 14c Sr x Bi y Ta z Nb (2-z)
O 9 ± d (0.6 ≦ x ≦ 1.2, 1.7 ≦ y ≦ 2.5,
0 ≦ z ≦ 2.0,0 constituted by ≦ d ≦ 1.0), a central layer 14b Sr u Bi v Ti w O 15 ± δ (0.8 ≦ u ≦
1.2, 3.0 ≦ v ≦ 5.0, 3.0 ≦ w ≦ 5.0, 0
<Δ ≦ 1), the same effect as in the above embodiment can be obtained.

【0063】また、上記実施の形態においては、強誘電
体キャパシタを用いたメモリについて具体的に例を挙げ
て説明したが、本発明の強誘電体キャパシタは、その他
の種々の構成を有するメモリセルに対しても用いること
ができる。例えば、上記実施の形態においては、基板1
1に対して垂直方向に強誘電体キャパシタ10とトラン
ジスタ20とが形成されているメモリセルについて説明
したが、基板に対して平行方向に強誘電体キャパシタと
トランジスタとが並べて形成されているメモリセルにつ
いても同様に用いることができる。
Further, in the above embodiment, the memory using the ferroelectric capacitor has been specifically described by way of example. However, the ferroelectric capacitor of the present invention is not limited to a memory cell having various other structures. Can also be used. For example, in the above embodiment, the substrate 1
The memory cell in which the ferroelectric capacitor 10 and the transistor 20 are formed in the direction perpendicular to the substrate 1 has been described, but the memory cell in which the ferroelectric capacitor and the transistor are formed in a direction parallel to the substrate is formed. Can be similarly used.

【0064】更に、上記実施の形態においては、本発明
の強誘電体キャパシタを1つのメモリに用いた場合につ
いて説明したが、本発明は、複数のメモリを集積したL
SI(Large Scale Integrated Circuit)メモリについ
ても同様に適用することができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the ferroelectric capacitor of the present invention is used for one memory has been described.
The same can be applied to an SI (Large Scale Integrated Circuit) memory.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように本発明の強誘電体キ
ャパシタによれば、強誘電体膜に劣化防止層を備えるよ
うにしたので、優れた温度特性を保持しつつ、ファティ
ーグ特性を向上させることができる。よって、優れた特
性を長期間にわたって得ることができるという効果を奏
する。
As described above, according to the ferroelectric capacitor of the present invention, since the ferroelectric film is provided with the deterioration preventing layer, it is possible to improve the fatigue characteristics while maintaining excellent temperature characteristics. be able to. Therefore, there is an effect that excellent characteristics can be obtained over a long period of time.

【0066】また、本発明のメモリによれば、本発明の
強誘電体膜を備えるようにしたので、優れた温度特性を
保持しつつ、書換動作による劣化を少なくすることがで
きる。よって、高い品質を保持しつつ寿命を延長するこ
とができるという効果を奏する。
Further, according to the memory of the present invention, since the ferroelectric film of the present invention is provided, deterioration due to the rewriting operation can be reduced while maintaining excellent temperature characteristics. Therefore, there is an effect that the life can be extended while maintaining high quality.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係る強誘電体キャパシ
タの概略構成を表す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a ferroelectric capacitor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した強誘電体キャパシタを用いたメモ
リの構成を表す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a configuration of a memory using the ferroelectric capacitor illustrated in FIG.

【図3】本発明の第1の実施例において用いるフラッシ
ュ−MOCVD装置を表す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a flash-MOCVD apparatus used in the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…基板、12…拡散防止層、13…下部電極、14
…強誘電体膜、14a…第1の劣化防止層、14b…中
央層、14c…第2の劣化防止層、15…上部電極、2
0…トランジスタ、21…ソース領域、22…ドレイン
領域、23…ゲート酸化膜、24…ゲート電極、31…
フィールド酸化膜、32…層間絶縁膜、32a…コンタ
クトホール、33…プラグ層、40…液体原料供給装
置、41a,41b,41c,41d…容器、42a,
42b,42c,42d…開閉弁、43…液体混合バル
ブ、44…液体ポンプ、45…気化室、50…ガス混合
部、60…反応室、61…シャワーノズル、62…載置
台、63…ポンプ
11: substrate, 12: diffusion preventing layer, 13: lower electrode, 14
... ferroelectric film, 14a ... first deterioration prevention layer, 14b ... central layer, 14c ... second deterioration prevention layer, 15 ... upper electrode, 2
0 ... transistor, 21 ... source region, 22 ... drain region, 23 ... gate oxide film, 24 ... gate electrode, 31 ...
Field oxide film, 32 interlayer insulating film, 32a contact hole, 33 plug layer, 40 liquid material supply device, 41a, 41b, 41c, 41d container, 42a,
42b, 42c, 42d: open / close valve, 43: liquid mixing valve, 44: liquid pump, 45: vaporization chamber, 50: gas mixing section, 60: reaction chamber, 61: shower nozzle, 62: mounting table, 63: pump

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 香取 健二 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H01L 21/8247 29/788 29/792 (72) Inventor Kenji Katori 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Stock In company

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電体膜に一対の電極を接続した強誘
電体キャパシタであって、 前記強誘電体膜は、電圧の印加による劣化を防止する劣
化防止層を備えたことを特徴とする強誘電体キャパシ
タ。
1. A ferroelectric capacitor in which a pair of electrodes are connected to a ferroelectric film, wherein the ferroelectric film includes a deterioration preventing layer for preventing deterioration due to application of a voltage. Ferroelectric capacitor.
【請求項2】 前記強誘電体膜は、中央層と、この中央
層と電極との間に形成された前記劣化防止層とを備えた
ことを特徴とする請求項1記載の強誘電体キャパシタ。
2. The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein the ferroelectric film includes a central layer, and the deterioration preventing layer formed between the central layer and an electrode. .
【請求項3】 前記劣化防止層は、Srx Biy Taz
Nb(2-z) 9 ±d(但し、0.6≦x≦1.2,1.
7≦y≦2.5,0≦z≦2.0,0≦d≦1.0)を
含むことを特徴とする請求項1記載の強誘電体キャパシ
タ。
Wherein the deterioration preventing layer, Sr x Bi y Ta z
Nb (2-z) O 9 ± d (where 0.6 ≦ x ≦ 1.2, 1.
2. The ferroelectric capacitor according to claim 1, further comprising: 7 ≦ y ≦ 2.5, 0 ≦ z ≦ 2.0, 0 ≦ d ≦ 1.0).
【請求項4】 前記劣化防止層は、厚さが5nm以上か
つ50nm以下の範囲内であることを特徴とする請求項
1記載の強誘電体キャパシタ。
4. The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein said deterioration preventing layer has a thickness in a range of 5 nm or more and 50 nm or less.
【請求項5】 前記中央層は、Sru Biv Tiw 15
±δ(但し、0.8≦u≦1.2,3.0≦v≦5.
0,3.0≦w≦5.0,0≦δ≦1)を含むことを特
徴とする請求項2記載の強誘電体キャパシタ。
Wherein said central layer, Sr u Bi v Ti w O 15
± δ (where 0.8 ≦ u ≦ 1.2, 3.0 ≦ v ≦ 5.
3. The ferroelectric capacitor according to claim 2, wherein 0, 3.0 ≦ w ≦ 5.0, 0 ≦ δ ≦ 1).
【請求項6】 前記電極は、白金(Pt),イリジウム
(Ir),ルテニウム(Ru),ロジウム(Rh)およ
びパラジウム(Pd)からなる群のうちの少なくとも1
種を含むことを特徴とする請求項1記載の強誘電体キャ
パシタ。
6. The electrode according to claim 1, wherein the electrode is at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), and palladium (Pd).
2. The ferroelectric capacitor according to claim 1, comprising a seed.
【請求項7】 前記電極は、少なくとも一部に白金(P
t),イリジウム(Ir),ルテニウム(Ru),ロジ
ウム(Rh)およびパラジウム(Pd)からなる群のう
ちの少なくとも1種の酸化物を含むことを特徴とする請
求項1記載の強誘電体キャパシタ。
7. The electrode has at least a portion of platinum (P)
2. The ferroelectric capacitor according to claim 1, further comprising at least one oxide selected from the group consisting of t), iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), and palladium (Pd). .
【請求項8】 強誘電体膜に一対の電極が接続された強
誘電体キャパシタを有するメモリであって、 前記強誘電体膜は、電圧の印加による劣化を防止するた
めの劣化防止層を備えたことを特徴とするメモリ。
8. A memory having a ferroelectric capacitor in which a pair of electrodes are connected to a ferroelectric film, wherein the ferroelectric film includes a deterioration preventing layer for preventing deterioration due to application of a voltage. A memory characterized in that:
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