JP3679814B2 - 記憶装置 - Google Patents

記憶装置 Download PDF

Info

Publication number
JP3679814B2
JP3679814B2 JP22022193A JP22022193A JP3679814B2 JP 3679814 B2 JP3679814 B2 JP 3679814B2 JP 22022193 A JP22022193 A JP 22022193A JP 22022193 A JP22022193 A JP 22022193A JP 3679814 B2 JP3679814 B2 JP 3679814B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
electrode
ferroelectric
ferroelectric film
memory device
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP22022193A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0774324A (ja
Inventor
誠一 岩松
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.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson 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 Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP22022193A priority Critical patent/JP3679814B2/ja
Publication of JPH0774324A publication Critical patent/JPH0774324A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3679814B2 publication Critical patent/JP3679814B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

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

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は強誘電体膜から成る記憶装置の記憶膜構成と記憶膜構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、強誘電体膜から成る記憶装置は、R.Womack,D.Tolsh,ISSCC Technical Digest,242(1989)などに示されているごとく、チタン酸ジルコニュウム鉛(PZT)などの強誘電体膜を白金膜電極などで挟まれて形成されて成るのが通例であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術によるとチタン酸ジルコニュウム鉛(PZT)などの強誘電体膜などの記憶回数がせいぜい100万回程度の書換えで劣化したり、記憶寿命がせいぜい2年間程度であるという課題があった。
【0004】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決し強誘電体膜から成る記憶装置の記憶回数と記憶寿命の向上を図ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を解決するために、本発明は記憶装置に関し、強誘電体膜を備えた記憶装置であって、半導体基板の上方に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された強誘電体膜と、前記強誘電体膜上に形成され、該強誘電体膜に酸素を補給する燐ガラス膜と、前記燐ガラス膜上に形成された第二の電極とを備え、前記燐ガラス膜の膜厚が1nm〜100nmであることを特徴とする。
【0006】
【作用】
ペロブスカイト結晶構造を持つチタン酸ジルコニュウム鉛(PZT)系などの強誘電体膜の劣化の原因は、結晶格子内に酸素欠損を起こすためであり、この酸素欠損を補償する酸化剤を付加するかあるいは自己補償を可能にするために強誘電体膜の少なくとも表面を粗状にすることにより、強誘電体膜の劣化を防止することができる作用が出る。
【0007】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳述する。
【0008】
図1は、本発明の一実施例を示す記憶部の原理的な断面図である。すなわち、第1の電極であるPt/Ti膜からなる電極膜101上には強誘電体膜102が形成され、該強誘電体膜102上には燐ガラス膜107が形成され、該燐ガラス膜107上には第2の電極であるTi/Pt膜から成る電極膜103が形成されて成る。
【0009】
この記憶装置の製法は、SiまたはGaAsなどの半導体基板上にSiO2やSi34などの絶縁膜を形成し、該絶縁膜にコンタクト穴開けをして、半導体基板のコンタクト穴部を介してスパッタ蒸着やCVD法などによりTi膜を100nm厚さ程度形成し、下地がSiの場合は該Ti膜表面をNH3雰囲気中で800度、30秒程度の高速熱処理(RTP)により電気伝導性のあるTiN膜としてSiの拡散に対する障壁膜としたりして、Pt膜を50nm厚さ程度スパッタ蒸着して第1の電極膜101とし、該第1の電極膜101上にアルコール基のPZTなどの原液を塗布するいわゆるゾルゲル法あるいはスピンオングラス(SOG)法あるいは金属有機デポジション(MOCVD)法と呼ばれる方法や有機金属蒸気を用いた化学蒸着(CVD)法により130nm厚さ程度に電気的書き込み消去記憶装置の場合はPZTなどから成る強誘電体膜102を形成し、酸素雰囲気でアニールした後、CVD法により燐濃度が4〜10モル%程度の燐ガラス(PSG)膜107を1nm〜100nm厚さ程度形成後、第2の電極膜103をスパッタ蒸着法などによりPt膜とTi膜を形成したりその他のAlなどの金属膜などを形成する。
【0010】
この記憶装置における燐ガラス膜107の作用は酸化剤としての作用であり、強誘電体膜102に電界が印加された場合にこれら強誘電体膜107の結晶内で欠乏する酸素を補給するためのものである。よってこの燐ガラス膜107はP25単体であっても良く、P25以外の5酸化マンガンや過マンガン酸カリや硝酸カリの単体膜や5酸化マンガンや過マンガン酸カリや硝酸カリなどの酸化剤を含んだ膜であれば良く強誘電体膜102にこれら酸化剤や酸化剤を含んだガラスなどを含有させたり混合させたりしても良い。また、この酸化剤を含んだ膜は必ずしも強誘電体膜102の上部表面のみならず下部表面あるいは中間層として形成されても良い。なお、P25などの酸化剤は吸湿性であるので、単体膜や高濃度膜を形成する場合にはさらに低濃度膜やSiO2膜やSi34膜などの絶縁膜を形成して耐湿性を向上しておく必要がある。
【0011】
強誘電体膜に酸化剤からの酸素を補給することができるようにすることにより、記憶装置の書換え回数き換え回数を10億回以上にし寿命を10年以上にすることができる。
【0012】
図2は、本発明の参考例を示す、半導体記憶装置の記憶要部の断面図である。すなわち、Si104には不純物の拡散層105およびSiO2膜106が形成されて成り、該SiO2膜106にはコンタクト穴が開けられ、該コンタクト穴を介して第1の電極であるPt/Ti膜やPt/TiN/TiN膜などから成る電極膜101が前記拡散層105と接続されて形成され、前記第1の電極である電極膜101上には強誘電体膜ま102が形成されて成り、該強誘電体膜102上には第2の電極であるTi/Pt膜から成る電極膜103が形成されて成り、半導体記憶装置の記憶部を形成して成り、該記憶部の少なくとも強誘電体膜102の側面を含む表面には燐濃度4〜10モル%、厚さ10〜100nm程度の燐ガラス膜107が形成されて成る。
【0013】
この記憶装置における燐ガラス膜107の作用は酸化剤としての作用であり、強誘電体膜102に電界が印加された場合にこれら強誘電体膜102の結晶内で欠乏する酸素を強誘電体膜102の側面から補給するためのものである。また、この燐ガラス膜107はP25単体であっても良く、P25以外の5酸化マンガンや過マンガン酸カリや硝酸カリの単体膜や酸化マンガンや過マンガン酸カリや硝酸カリなどの酸化剤を含んだ膜であれば良い。また、この酸化剤を含んだ膜は必ずしも強誘電体膜102の上部表面のみならず下部表面あるいは中間層として形成されても良い。なお、P25などの酸化剤は吸湿性であるので、単体膜や高濃度膜を形成する場合にはさらに低濃度膜やSiO2膜やSi34膜などの絶縁膜を形成して耐湿性を向上しておく必要がある。
【0014】
さらにこの燐ガラス膜107は強誘電体膜102を、たとえばストライプ状やチェック状にエッチングしたり10〜100nm程度粗な凹凸を形成したりして、その少なくとも側面を含む表面などに形成し、さらにその上下に電極膜が形成されていても良い。
【0015】
強誘電体膜の少なくとも側面に酸化剤や酸化剤を含んだガラス膜などを形成することにより、記憶装置の書換え回数き換え回数を10億回以上にし寿命を10年以上にすることができる。
【0016】
図3は本発明の参考例を示す、半導体記憶装置の記憶要部の断面図である。すなわち、Si104には不純物の拡散層105およびSiO2膜106が形成されて成り、該SiO2膜106にはコンタクト穴が開けられ、該コンタクト穴を介して第1の電極であるPt/Ti膜から成る電極膜101が前記拡散層105と接続されて形成されて成ると共に該第1の電極である電極膜101の表面は粗に形成されて成り、該第1の電極である10〜100nm程度に粗な電極膜101上には強誘電体膜102が少なくともその表面が10〜100nm程度に粗に形成されて成り、該粗表面の強誘電体膜102上には第2の電極であるTi/Pt膜から成る電極膜103が形成されて成り、半導体記憶装置の記憶部を形成して成る。
【0017】
強誘電体膜を粗構造にするのは表面のみならず強誘電体膜内や強誘電体膜下表面であっても良く、たとえば電極101の表面をホトエッチングなどや下地にポリSiを球状結晶粒にCVD法で550度で育成してその上に電極101を形成するなどして電極101の表面を10〜100nm程度の凹凸状の粗構造にしてから強誘電体膜102を形成したり、強誘電体膜102の表面をホトエッチングやCVD法により強誘電体を球状結晶粒化するなどして、強誘電体膜102の表面を凹凸状の10〜100nm程度の粗構造にしてから電極103を形成するなどしても良い。
【0018】
強誘電体膜を10〜100nm程度の粗構造にすると、電界を強誘電体膜に印加した場合に、強誘電体膜の厚さの差により、分極を起こす部分と起こさない部分とが生じ、分極を起こした部分から逸脱する酸素原子を分極を起こしていない部分にある酸素原子で補償するいわゆる自己補償機能を持たせることができる作用があり、記憶装置の書換え回数き換え回数を10億回以上にし寿命を10年以上にすることができる。
【0019】
なお、強誘電体膜を10〜100nm程度の粗構造にしてかつ強誘電体膜の表面や側面に酸化剤膜を形成したり、強誘電体膜に酸化剤や酸化剤を含んだガラスなどを含有させたり混合させたりしても良いことは言うまでもない。
【0020】
なお、強誘電体膜としては、チタン酸ジルコニュウム鉛の他、チタン酸バリュウムやチタン酸ストロンチュームやチタン酸ビスマスなどがある。
【0021】
この強誘電体膜の表面や側面に酸化剤を含んだガラス膜や酸化剤膜を形成したり含有あるいは混合させたり、強誘電体膜を10〜100nm程度の粗構造にしたりする方法は、E.Fujili,et.al.,IEDM Technical Digest,267(1992)に示されている誘電率400程度のチタン酸バリュウムストロンチュウムから成る高誘電体膜や、P.C.Fazan et.al.,IEDM Technical Digest,263(1992)に示されている誘電率21程度の酸化タンタル膜などのごとく、ダイナミックランダムアクセスメモリのキャパシタ記憶部に用いられる高誘電体膜にも適用することができ、この場合には高誘電体膜のリーク電流を減少することができ、記憶保持時間の増大とそれに伴うレフレッシュ時間の延長と低消費電力化などを図ることができる。
【0022】
【発明の効果】
本発明により書換え回数が10億回以上で、10年以上の寿命のある記憶装置を提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す記憶部の原理的な断面図である。
【図2】 本発明の参考例を示す、半導体記憶装置の記憶要部の断面図である。
【図3】 本発明の参考例を示す、半導体記憶装置の記憶要部の断面図である。
【符号の説明】
101・・・電極膜
102・・・強誘電体膜
103・・・電極膜
104・・・Si
105・・・拡散層
106・・・SiO2
107・・・燐ガラス膜

Claims (1)

  1. 強誘電体膜を備えた記憶装置であって、
    半導体基板の上方に形成された第一の電極と、
    前記第一の電極上に形成された強誘電体膜と、
    前記強誘電体膜上に形成され、該強誘電体膜に酸素を補給する燐ガラス膜と、
    前記燐ガラス膜上に形成された第二の電極とを備え、
    前記燐ガラス膜の膜厚が1nm〜100nmであることを特徴とする記憶装置。
JP22022193A 1993-09-03 1993-09-03 記憶装置 Expired - Fee Related JP3679814B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22022193A JP3679814B2 (ja) 1993-09-03 1993-09-03 記憶装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22022193A JP3679814B2 (ja) 1993-09-03 1993-09-03 記憶装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003147696A Division JP2003338612A (ja) 2003-05-26 2003-05-26 記憶装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0774324A JPH0774324A (ja) 1995-03-17
JP3679814B2 true JP3679814B2 (ja) 2005-08-03

Family

ID=16747779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22022193A Expired - Fee Related JP3679814B2 (ja) 1993-09-03 1993-09-03 記憶装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3679814B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2907322B2 (ja) * 1995-05-18 1999-06-21 日本電気株式会社 不揮発性半導体記憶装置
JP4124010B2 (ja) 2003-04-10 2008-07-23 沖電気工業株式会社 強誘電体メモリおよびその製造方法
JP2007115972A (ja) * 2005-10-21 2007-05-10 Fujitsu Ltd 半導体装置とその製造方法
JP4841346B2 (ja) * 2006-02-16 2011-12-21 日本碍子株式会社 電子放出素子

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0774324A (ja) 1995-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7443649B2 (en) Ferroelectric capacitor
JP3264506B2 (ja) 強誘電体不揮発性記憶装置
US6052271A (en) Ferroelectric capacitor including an iridium oxide layer in the lower electrode
KR100450669B1 (ko) 산소 침투 경로 및 캡슐화 장벽막을 구비하는 강유전체메모리 소자 및 그 제조 방법
US5864932A (en) Partially or completely encapsulated top electrode of a ferroelectric capacitor
US6929956B2 (en) Ferroelectric random access memory device and fabrication method therefor
KR19990030200A (ko) 커패시터와 mos 트랜지스터를 갖는 반도체 기억소자
US20210175013A1 (en) Ferroelectric Capacitor, Ferroelectric Field Effect Transistor, and Method Used in Forming an Electronic Device Comprising Conductive Material and Ferroelectric Material
US20070120165A1 (en) Semiconductor device with ferroelectric capacitor and fabrication method thereof
KR19990057818A (ko) 유전손실을 감소시킨 강유전체 캐패시터 제조방법
KR100382719B1 (ko) 강유전체 커패시터를 포함하는 반도체 장치 및 그 제조방법
JP3745553B2 (ja) 強誘電体キャパシタ、半導体装置の製造方法
JP3679814B2 (ja) 記憶装置
KR100243298B1 (ko) 반도체장치의 커패시터 형성방법
US6346424B1 (en) Process for producing high-epsilon dielectric layer or ferroelectric layer
US6617626B2 (en) Ferroelectric semiconductor memory device and a fabrication process thereof
CN100421236C (zh) 半导体装置及其制造方法
US6927121B2 (en) Method for manufacturing ferroelectric random access memory capacitor
KR20050084813A (ko) 강유전체 커패시터 및 그 제조 방법
US20010023951A1 (en) Method of manufacturing a ferroelectric capacitor
JP2003338612A (ja) 記憶装置
JP3611446B2 (ja) 半導体記憶装置
JPH09237875A (ja) 半導体記憶素子、半導体記憶素子の形成方法、及びチタン酸ビスマス膜の形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050314

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050516

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090520

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100520

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110520

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120520

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130520

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees