JPH0499057A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JPH0499057A
JPH0499057A JP2208941A JP20894190A JPH0499057A JP H0499057 A JPH0499057 A JP H0499057A JP 2208941 A JP2208941 A JP 2208941A JP 20894190 A JP20894190 A JP 20894190A JP H0499057 A JPH0499057 A JP H0499057A
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JP
Japan
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thin film
ferroelectric
solvent
ferroelectric layer
substrate
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Pending
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JP2208941A
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English (en)
Inventor
Akira Fujisawa
藤沢 晃
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
    • H10P95/06Planarisation of inorganic insulating materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/60Capacitors
    • H10D1/68Capacitors having no potential barriers

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体記憶素子、より詳しくは電気的に分極可
能な強誘電性の層を基質とする不揮発性半導体記憶装置
の構造と製造方法に関する。
[従来の技術] 電気的に分極可能な層に基づく記憶装置が50年代の初
期以来開発されている。
情報は上下の側の対応する電極に対して(通常の半導体
記憶装置の場合には行及び列番地に対応して)!圧を与
え、それによってこれらの電極の交点の領域を分極させ
ることによって記憶させることができた。また読み出し
過程は例えば特定のメモリ領域の圧電あるいは焦電的な
活性化によりまたは破壊的な読み出しによって行うこと
が出来る。゛さらに強誘電体の有する残留分極によって
情報は外部電源を供給することなく永久に保持すること
が可能である。しかしながら周辺装置すなわち情報の書
き込み及び読み出しのために必要な電子制御装置が比較
的複雑であり大きなアクセス時間を要することが判明し
た。従って70年代の終わりにおいては強誘電性記憶素
子を制御モジュールに対して直接にまたはこれと共に集
積化することが提案された。 (R,C,タック、米国
特許第4149302号(1979)  )。
最近では、第2図のよ′うなMIS型半導体装置に積層
した構造の記憶装置がIEDM’ 87pP。
850−851に提案されている。第2図において、2
01はP型シリコン基板、202は素子分離用のLOC
O3酸化膜、203.204はそれぞれソース、ドレイ
ンとなるN型拡散層である。
205はゲート電極であり、206は眉間絶縁膜である
。208が強誘電体薄膜であり、下部電極207と上部
電極209により挟まれ、キャパシタを構成している。
従来の製造方法においては208の強誘電体薄膜はP 
b T i O3が、PZT、あるいはPLZTであり
、その化学量論的組成に対して鉛成分を適当量過剰に補
償されたターゲットをもちいたスパッタリング法かある
いは、前記強誘電体を構成する成分を含む溶液をスピン
コートすることにより、207にしめす、下部電極上に
形成されていた。
[発明が解決しようとする課題] ところが、第2図に示すように容量素子は、シリコン基
板上に形成されたMIS型トランジスタ上に眉間絶縁膜
を介して形成されており、その眉間絶縁膜はゲート電極
205やLOCO3202によって段差を持っているこ
とは言うまでもない。
容量素子の電気的特性についてはそれを形成する誘電体
の膜厚が大きな影響を与えることは周知の事実である。
従って膜厚の均一性がよい強誘電性薄膜を形成すること
が一つの重要な課題となる。
第3図にスパッタリング法により、段差上に強誘電性薄
膜を形成した場合の断面図を示す。
この場合、眉間絶縁膜301に段差が与えられた場合、
スパッタリング法による薄膜形成上の特徴から強誘電性
薄wA303は段差部aの部分だけ膜厚が小さくなって
しまう。膜厚の小さい部分は他の部分に比べ電界強度が
大きくなるため信頼性上問題となる。また、段差部の膜
厚を稼ぐため全体の膜厚を大きくすれば分極反転特性が
低下する。
第4図にスピンコート法により、段差上に強誘電性*g
を形成した場合の断面図を示す。
この場合層間絶縁膜401に段差が与えられた場合、ス
ピンコート法による薄膜形成上の特徴がら強銹電性Fi
I膜の溶剤403は段差部に集中してしまう。
以上の問題点を考慮して容量素子の形成領域をMOS 
)ランジスタ上の平坦部分、例えばLOCO8上に限定
することも可能であるが、この場合には容量素子の高集
積化が制約され微細化が困難となってしまう。
そこで、本発明の課題は、段差部が与えられた場合にお
いても膜厚の均一性がよ0強誘電性NMを形成すること
により、高歩留まりで高品質かつ高信頼性のな強誘電性
の層を基質とする容量素子が形成された半導体装置およ
びその製造方法を提供するものである。
〔課題を解決するための手段] 本発明における強誘電性の層を基質とする容量素子が形
成された半導体装置の製造方法においては、半導体基板
上に前記強誘電性の層となる薄膜を形成する工程におい
て、 前記強誘電性の薄膜をスパッタリングによって形成する
工程と、 前記強誘電体を構成する成分を含む溶剤をスピンコート
することにより形成する工程、 とを含む二′とを特徴とする。
[実施例] 以下本発明を添付の図面並びに具体例を参照してさらに
詳細に説明する。
第1図は本発明による半導体装置の段差部における容量
素子の主要断面図であり、その好適な実施例を工程を迫
って説明する。
まず、通常のCMO3を形成するプロセスを経た後に眉
間絶縁1!101を形成する。層間絶縁膜としては例え
ば化学的気相成長法により二酸化珪素を5000オング
ストローム形成する。つぎに、下部電極102となる例
えば白金を例えばスパッタリング法により1000人形
成する。次に本発明にかかる強誘電性の層となる薄M1
03を例えばスパッタリング法により1000オングス
トローム形成する。
しかるのちに2000−6000回転/分で回転させた
基板上に、強誘電体を構成する成分を含む溶剤2−3ミ
リリツトルを滴下することにより塗布する。スピンコー
ト法による薄膜形成上の特徴から溶剤104はスパッタ
リング法により形成した薄膜の段差部でのカバレッジを
補うように形成される。つぎに基板を60度から80度
の雰囲気で乾燥させることにより溶剤中の溶媒を揮発さ
せる。つぎに強誘電性の層となる薄11103,104
に対して熱処理を施し該薄膜を結晶化させる。
熱処理としては例えば酸素を含む雰囲気中で600’C
,1時間行なう。
次に上部電極105となる例えば白金、あるいはアルミ
ニウム、あるいはモリブデンを例えばスパッタリング法
により3000人形成する。
以後例えばフォトリソ技術を用いて適当なパターン加工
を行ない、装置を作成して行く。
本実施例においてはスパッタリングによる強誘電性の層
となる’filllAの形成の後にスピンコート法によ
る形成を行なったがその時間的順序が入れ替わっても何
等問題の無いことは言うまでもない。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、強誘電性の層となる
薄膜は、薄膜の形成される表面のトポグラフィ−によら
ず均一な膜厚で形成することが可能となったため、高集
積化、微細化に伴い、高歩留まりで高品質かつ高信頼性
の強誘電性の層を基質とする容量素子が形成された半導
体装置の製造が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電気的に分極可能な強誘電性の層を基
質とする半導体記憶装置の段差部における容量素子の主
要断面図を示す。 第2図は従来の電気的に分極可能な強誘電性の層を基質
とする半導体記憶装置の主要断面図を示す。 第3図はスパッタリング法により、段差上に強′fg電
性薄膜を形成した場合の断面図を示す。 第4図にスピンコート法により、段差上に強誘電性薄膜
を形成した場合の断面図を示す。 208、、、強訴電体膜 209、、、容量素子の上部電極 図中 101゜ 102゜ 103゜ 104゜ 105゜ 201゜ 202゜ 203. 205゜ 206゜ 207゜ 、層間絶縁膜 0.下部電極 、スパッタリングにより形成した強 誘電性の層となる薄膜 、スピンコート法により形成した強 誘電性の層となる薄膜 、上部電極 P型シリコン基板 LOCO8酸化膜 204、、、N型拡散層 、ゲート電極 1.眉間絶縁膜 、容量素子の下部電極 301゜ 302゜ 303゜ 304゜ 401゜ 402゜ 403゜ 404゜ 、層間絶縁膜 、下部電極 スパッタリングにより形成した強 誘電性の層となる薄膜 、上部電極 、段差部 、層間絶縁膜 、下部電極 スピンコート法により形成した強 誘電性の層となる薄膜 上部電極 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴木喜三部(他1名)算櫃 算2n 算30 等4目

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)強誘電性の層を基質とする容量素子が形成された
    半導体装置の前記強誘電性の層となる薄膜が少なくとも
    、 スパッタリングによって形成された薄膜と、強誘電体を
    構成する成分を含む溶液をスピンコートすることにより
    形成された薄膜、 からなることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)強誘電性の層を基質とする容量素子が形成された
    半導体装置の半導体基板上に前記強誘電性の層となる薄
    膜を形成する工程において、 前記強誘電性の層となる薄膜をスパッタリングによって
    形成する工程と、 前記強誘電体を構成する成分を含む溶液をスピンコート
    することにより形成する工程、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP2208941A 1990-08-07 1990-08-07 半導体装置とその製造方法 Pending JPH0499057A (ja)

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EP0495994A1 (en) 1992-07-29
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EP0495994A4 (en) 1992-11-04

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