JP3235596B2 - 強誘電体素子及び半導体装置 - Google Patents
強誘電体素子及び半導体装置Info
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Description
膜を用いた強誘電体素子あるいは強誘電体素子の構造に
関する。
構造を有する誘電体素子において、小面積の大容量誘電
素子、あるいは強誘電性容量素子を得るために、従来は
例えばジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス
(J.Appl.Phys)、1991年、第70巻、
第1号、382頁〜388頁に記載されていたように、
前記電極材料として白金(Pt)、強誘電体材料としては
PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)を用いていた。
た構造の、強誘電体素子の一例を示す。図3において、
301はシリコン基板であり、302は二酸化シリコン
(SiO2)の絶縁層である。304がPZTを用いた強誘
電体膜であり、下部電極303と上部電極305により
挟まれ、容量素子を構成している。306は素子保護膜
である。
03、強誘電体膜304、上部電極305を積層した構
造においては、電極に電圧を印加した場合、特に小さい
方の電極、この場合は上部電極305の周辺部に電界が
集中する。したがって、正負の電圧を交互に繰り返しか
けた場合、特に電界の集中した部分で強誘電体膜305
の膜疲労(fatigue)が進み、自発分極などの素子特性
が劣化する。また、高い電圧が印加されると上部電極3
05の周辺部の電界の集中した領域で強誘電体膜304
の絶縁破壊を起こす。
で、電極周辺部の電界集中を防ぎ、強誘電体素子の疲労
特性や絶縁耐圧を向上させるものである。
は、強誘電体膜が2つの電極によって挟まれた構造を有
する強誘電体素子であって、前記2つの電極間に強誘電
体薄膜が挟まれた第一の領域と、前記2つの電極間に強
誘電体薄膜及び常誘電体層が挟まれた第二の領域とを有
し、該第二の領域が、強誘電体薄膜の外周側に形成さ
れ、前記常誘電体層が、強誘電体薄膜の外周端面に延在
し、該端面を覆ってなることを特徴とする。また、本発
明の半導体装置は、上記の強誘電体素子を備えたことを
特徴とする。
例を示す主要断面図である。図2は本発明の強誘電体素
子の、第2の実施例を示す主要断面図である。
として、上部電極の周辺部と強誘電体膜との間に、常誘
電体層をはさんだ構造について、本発明の強誘電体素子
を説明する。
る。102は強誘電体素子の下地となる絶縁層であり、
例えば、シリコン基板101を熱酸化して1μmの二酸
化シリコン(SiO2)を形成する。103は強誘電体素子
の一方の電極(以下、下部電極とする)であり、例えば
白金を0.5μm、スパッタ法により形成する。104
は強誘電体膜であり、例えばPZT(Pb(Zr0.4Ti0.6)
O3)をゾル−ゲル法により0.5μm形成し、600℃
で焼結する。
あり、例えば二酸化シリコンを0.3μm、化学気相成
長法(以下、CVDとする)により形成し、所定の大き
さに開孔する。106は強誘電体素子のもう一方の電極
(以下、上部電極とする)であり、例えば白金を0.5
μm、スパッタ法により形成し、常誘電体層105の開
孔部より大きなパターンに形成する。
る。
電体素子では、初期の自発分極が18μC/cm2であ
り、下部電極303と上部電極305との間に、±30
0kV/cm2の電界を交互に105回印加する電圧サイ
クルを行った後では、6μC/cm2となったが、本実
施例のように、上部電極106の周辺部と強誘電体膜1
04との間に、常誘電体層105をはさんだ構造にした
場合、初期の自発分極が18μC/cm2、同様な電界
サイクルを印加した後でも、13μC/cm2であっ
た。
の強誘電体素子では、下部電極303と上部電極305
との間の初期の絶縁耐圧は、約3MV/cmであった
が、本実施例の構造においては、上部電極106周辺部
の電界は緩和され、下部電極103と上部電極106と
の間の絶縁耐圧は、約3.5MV/cmであった。
て、下部電極の周辺部と強誘電体膜との間に、下部電極
の周辺部から中心部に向かって、厚みの小さくなるよう
にした常誘電体層をはさんだ構造について、本発明の強
誘電体素子を説明する。
る。202は強誘電体素子の下地となる絶縁層であり、
例えば、シリコン基板201を熱酸化して1μmの二酸
化シリコン(SiO2)を形成する。203は強誘電体素子
の一方の電極(以下、下部電極とする)であり、例えば
白金を0.5μm、スパッタ法により形成する。
あり、例えば二酸化シリコンを0.5μm、化学気相成
長法(以下、CVDとする)により形成し、所定の大き
さに開孔する。この時、等方性のエッチング、例えば純
水で1:10に希釈したふっ酸を用いてエッチングすれ
ば、前記開孔部中心に向かって、常誘電体層204の厚
みを連続的に小さくすることができる。
(Pb(Zr0.4Ti0.6)O3)をゾル−ゲル法により0.5μm
形成し、600℃で焼結する。206は強誘電体素子の
もう一方の電極(以下、上部電極とする)であり、例え
ば白金を0.5μm、スパッタ法により形成する。
る。
厚みを、開孔部中心に向かって小さくなるようにしたこ
とにより、開孔部周辺での電界も緩和され、初期の自発
分極が18μC/cm2であったものが、前記電圧サイ
クル印加後でも16μC/cm2にしか減少しなかっ
た。また、下部電極203と上部電極206との間の絶
縁耐圧は、約5MV/cmであった。
子の構成によれば、少なくとも一個の電極の周辺部と強
誘電体膜との間に、常誘電体層をはさみ、また、前記常
誘電体層を前記電極の周辺部から中心部方向に向かって
連続的に薄くしたことにより、電極周辺部での電界集中
が緩和され、前記強誘電体素子の疲労特性や、前記強誘
電体素子の二つの電極間の絶縁耐圧を向上せしめること
ができる。
図。
Claims (2)
- 【請求項1】 強誘電体膜が2つの電極によって挟まれ
た構造を有する強誘電体素子であって、 前記2つの電極間に強誘電体薄膜が挟まれた第一の領域
と、 前記2つの電極間に強誘電体薄膜及び常誘電体層が挟ま
れた第二の領域とを有し、 該第二の領域が、強誘電体薄膜の外周側に形成され、 前記常誘電体層が、強誘電体薄膜の外周端面に延在し、
該端面を覆ってなることを特徴とする強誘電体素子。 - 【請求項2】 請求項1記載の強誘電体素子を備えたこ
とを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16268199A JP3235596B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 強誘電体素子及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP16268199A JP3235596B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 強誘電体素子及び半導体装置 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP14952092A Division JP3203767B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 強誘電体素子及び半導体記憶装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2000004005A JP2000004005A (ja) | 2000-01-07 |
JP3235596B2 true JP3235596B2 (ja) | 2001-12-04 |
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JP16268199A Expired - Fee Related JP3235596B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 強誘電体素子及び半導体装置 |
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1999
- 1999-06-09 JP JP16268199A patent/JP3235596B2/ja not_active Expired - Fee Related
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