JPH05129156A - 強誘電体キヤパシタ及びその製造方法 - Google Patents
強誘電体キヤパシタ及びその製造方法Info
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- JPH05129156A JPH05129156A JP28758991A JP28758991A JPH05129156A JP H05129156 A JPH05129156 A JP H05129156A JP 28758991 A JP28758991 A JP 28758991A JP 28758991 A JP28758991 A JP 28758991A JP H05129156 A JPH05129156 A JP H05129156A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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。 【構成】 シリコン基板１００上に絶縁膜としてシリコ
ン酸化膜１０２を形成し、Ｐｔの下部電極１０４を形成
する。この下部電極１０４上にＰＺＴ強誘電体膜１０６
を形成し、更に絶縁膜としてシリコン窒化膜１０８を形
成する。このシリコン酸化膜１０８のＰＺＴ強誘電体膜
上にコンタクトホール１０８ａを形成し、Ｐｔの上部電
極１１０を形成する。下部電極１０４と上部電極１１０
で挟まれたＰＺＴ強誘電体膜領域が強誘電体キャパシタ
として機能し、上部電極１１０あるいは下部電極１０４
を共通とすることにより直列あるいは並列接続すること
ができる。
キャパシタを半導体基板上に容易に形成する。 【構成】 シリコン基板１００上に絶縁膜としてシリコ
ン酸化膜１０２を形成し、Ｐｔの下部電極１０４を形成
する。この下部電極１０４上にＰＺＴ強誘電体膜１０６
を形成し、更に絶縁膜としてシリコン窒化膜１０８を形
成する。このシリコン酸化膜１０８のＰＺＴ強誘電体膜
上にコンタクトホール１０８ａを形成し、Ｐｔの上部電
極１１０を形成する。下部電極１０４と上部電極１１０
で挟まれたＰＺＴ強誘電体膜領域が強誘電体キャパシタ
として機能し、上部電極１１０あるいは下部電極１０４
を共通とすることにより直列あるいは並列接続すること
ができる。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
体キャパシタの製造方法の一実施例を説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
いずれも反転分極を生じない。
【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。
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。
【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。
全てが分極反転する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
の説明図である。
【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。
測定装置の全体構成図である。
【図３】同実施例の測定フロチャートである。
【図４】同実施例の風力センサの出力特性図である。
【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。
シスループ図である。
【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。
示すグラフ図である。
【図７】同実施例の残留分極測定の説明図である。
【図８】本発明の他の実施例の構成図である。
【図９】従来装置の回路図である。
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
Claims (2)
- 【請求項１】 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強誘電体キャパシタの製造方
法。 - 【請求項２】 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強誘電体キャパシタ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28758991A JPH05129156A (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | 強誘電体キヤパシタ及びその製造方法 |
| 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 (ja) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | 強誘電体キヤパシタ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129156A true JPH05129156A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17719256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28758991A Pending JPH05129156A (ja) | 1991-10-30 | 1991-11-01 | 強誘電体キヤパシタ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05129156A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05211286A (ja) * | 1992-01-06 | 1993-08-20 | Nec Corp | 容量素子の製造方法 |
| 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/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05211286A (ja) * | 1992-01-06 | 1993-08-20 | Nec Corp | 容量素子の製造方法 |
| US7221015B2 (en) | 2002-03-18 | 2007-05-22 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| 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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