JPH11224934A

JPH11224934A - 強誘電体メモリ装置

Info

Publication number: JPH11224934A
Application number: JP10025902A
Authority: JP
Inventors: Jun Tanaka; 順田中; Kiyoshi Ogata; 潔尾形; Kazufumi Suenaga; 和史末永; Kazuhiko Horikoshi; 和彦堀越
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】容量絶縁膜に強誘電体膜を用いたメモリ素子で
あって、強誘電体膜の劣化を防止することのできるメモ
リ装置の構造を提供する。【解決手段】キャパシタ１０１と、キャパシタ１０１の
電荷の蓄積を制御する電気回路と、少なくともキャパシ
タ１０１を覆う絶縁膜６とを有し、キャパシタ１０１
は、容量絶縁層として、強誘電体層４を備える。ここ
で、絶縁膜６、８として、有機膜を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体メモリ装置
に係り、容量絶縁膜として強誘電体材料を用いた不揮発
性メモリおよび大容量の揮発性メモリ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電体膜は、自発分極や高誘電率特性
などの特徴を有し、強誘電体の分極と電界との間にヒス
テリシス特性がある。これらの性質を利用して、強誘電
体を用いた不揮発性メモリが研究、開発されている。強
誘電体膜は、シリコン酸化膜に比べて誘電率が非常に大
きいため、これを容量絶縁膜として使用することで、メ
モリセルの面積を小さくすることが可能であり、大容
量、高集積のＲＡＭ（Random Access Memory）を構成
することが可能となる。このような強誘電体膜を用いた
不揮発性メモリの構成としては、通常、ＭＯＳトランジ
スタ上に強誘電体膜を容量絶縁膜として用いるキャパシ
タを形成したのち、この上に更に上部配線層、絶縁層、
パッシベーション層を形成している。強誘電体膜は、金
属酸化物の焼結体からなり、反応性に富む酸素を多く含
んでいるため、キャパシタの上部電極および下部電極と
しては、酸化反応に対して安定なＰｔが広く用いられて
いる。また、層間絶縁膜、パッシベーション膜には、窒
化シリコンや酸化シリコンが用いられ、通常ＣＶＤ（Ch
emical Vapor Depositon）法で形成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】強誘電体膜を容量絶縁
膜として用いたキャパシタを水素雰囲気下でアニールす
ると、分極特性が劣化することが知られている。一方、
層間絶縁膜、パッシベーション膜として用いる窒化シリ
コン膜や酸化シリコン膜をＣＶＤ法で形成すると、その
膜中に原料ガスから発生する水素が取り込まれているこ
とが多い。このため、層間絶縁膜等の膜中に含まれてい
る水素によって、強誘電体膜が劣化することが懸念され
ている。（‘９６強誘電体薄膜メモリ技術フォーラム講
演集、(株)サイエンスフォーラム発行）。

【０００４】この劣化現象の詳細なメカニズムは不明で
あるが、上下部電極の白金が水素と作用すると還元触媒
として働き、強誘電体膜を還元するために、劣化すると
推測される。

【０００５】また、強誘電体膜は、圧電特性を有してい
るため、素子の内部応力にも敏感である。これもまたキ
ャパシタの電気的特性を劣化させる要因となっている。

【０００６】本発明は、容量絶縁膜に強誘電体膜を用い
たメモリ素子であって、強誘電体膜の劣化を防止するこ
とのできるメモリ装置の構造を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、キャパシタと、前記キャパシタの電
荷の蓄積を制御する電気回路と、少なくとも前記キャパ
シタを覆う絶縁膜とを有し、前記キャパシタは、強誘電
体膜を備え、前記絶縁膜は、有機膜であることを特徴と
するメモリ装置が提供される。

【０００８】本発明のメモリ装置は、キャパシタを備
え、このキャパシタの容量絶縁膜として、強誘電体膜を
用いるものであればよく、例えば、強誘電体のヒステリ
シス特性（残留分極）を利用する不揮発性半導体メモリ
や、従来のＤＲＡＭ等の半導体メモリの構成であってキ
ャパシタの容量絶縁膜として誘電率の高い強誘電体膜を
用いるものを含む。

【０００９】本発明の強誘電体膜の材料としては、種々
のものを用いることができるが、例えば、ペロブスカイ
ト構造やイルメナイト構造の強誘電体材料の膜を用いる
ことができる。誘電率は、１００以上のものが適してい
る。具体的な材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Pb（Zr,Ti）Ｏ₃、略称：PZT）チタン酸バリウムストロンチウム（（Ba,Sr）TiＯ₃、略
称：BST）タンタル酸ニオブストロンチウムビスマス（SrBi₂（Nb,
Ta）₂Ｏ₉、略称：Y1系）などの強誘電体材料を用いることができる。これらの強
誘電体材料は、化学蒸着（Chemical Vapor Depositio
n）、ゾルゲル、スパッタリング法等により、成膜する
ことができる。

【００１０】本発明で用いられる有機膜としては、半導
体素子の製造工程で用いられているポリイミドを好適に
用いることができる。ポリイミド膜の形成方法として
は、一般的に知られた方法を用いることができる。例え
ば、ポリイミド前駆体が含まれる溶液を、スピンナを用
いて回転塗布、浸漬、印刷などの手段により、半導体素
子上へ塗布し、前駆体膜を形成する。このときの膜厚
は、塗布手段、溶液の固形分濃度、粘度などを調節する
ことによって、制御することができる。この前駆体膜を
加熱することにより、ポリイミド膜を形成する。加熱方
法としては、一般的に知られた方法を用いることができ
るが、ホットプレートによる加熱が望ましい。ホットプ
レートを使用した場合には、オーブン炉や拡散炉などの
炉体に比べて、加熱処理時間を短くできる。これによ
り、強誘電体膜への熱履歴を低減することが可能であ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１２】本発明の強誘電体を用いるメモリ装置は、
キャパシタの上部に形成される絶縁膜やパッシベーショ
ン膜として、有機膜を用いるものである。有機膜は、Ｃ
ＶＤ法で形成される無機膜と比較して、低い温度で形成
できるとともに、水素の発生がほとんどないという特徴
がある。また、無機材料に比べて、内部応力を低くでき
る。これにより、強誘電体膜の水素による還元劣化、熱
劣化、応力劣化を低減できる。

【００１３】本発明の一実施の形態の不揮発性強誘電体
メモリ装置の構造について、図１を用いて説明する。

【００１４】トランジスタ１０２（図１では不図示）お
よび下部配線層が造り込まれた半導体基板１の上面に
は、層間絶縁層２が形成されている。層間絶縁層２の上
面には、部分的に下部電極３が配置され、下部電極３の
上面の一部には、強誘電体層４と上部電極５が配置され
ている。これらは、絶縁膜６によって覆われている。絶
縁層６には、上部電極５の上部および下部電極３の上部
の位置に開口部が設けられている。絶縁膜６上には上部
配線層７が配置され、この配線層７は、開口部でそれぞ
れ上部電極５、下部電極３に接触している。この上に
は、上面全体を覆う表面保護膜８が配置されている。本
実施の形態では、絶縁膜６および表面保護膜８を有機膜
で形成する。

【００１５】本発明では、絶縁膜６および表面保護膜８
を構成する有機膜としては、半導体素子の製造工程で用
いられているポリイミドを好適に用いることができる。
ポリイミド膜の形成方法としては、一般的に知られた方
法を用いることができる。例えば、ポリイミド前駆体が
含まれる溶液を、スピンナを用いて回転塗布、浸漬、印
刷などの手段により、塗布し、前駆体膜を形成する。こ
のとき膜厚は、塗布手段、溶液の固形分濃度、粘度など
を調節することによって制御することができる。この前
駆体膜を加熱することにより、ポリイミド膜を形成す
る。加熱方法としては、一般的に知られた方法を用いる
ことができるが、ホットプレートによる加熱が望まし
い。ホットプレートを使用した場合には、オーブン炉や
拡散炉などの炉体に比べて、加熱処理時間を短くでき
る。これにより、強誘電体層への熱履歴を低減すること
が可能である。

【００１６】また、有機膜は、容易に任意のパターンに
加工することができるという特徴がある。すなわち、ポ
リイミドの場合は、イミド化していない前駆体膜の状態
で、フォトレジストを用いて通常の微細加工技術でパタ
ーン加工を行い、所望の位置に開口部を形成することが
可能である。この場合、開口部を形成した後、加熱処理
によりポリイミド膜にできる。また、感光性ポリイミド
を用いることにより、フォトレジストを用いずに直接パ
ターン加工することが可能である。

【００１７】また、強誘電体層４の材料としては、ペロ
ブスカイト構造やイルメナイト構造の強誘電体材料等、
種々のものを用いることができる。誘電率は、１００以
上のものが適している。特に、ペロブスカイト構造の強
誘電体材料は、好適に用いることができる。具体的な材
料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Pb（Zr,Ti）Ｏ₃、略称：PZT）チタン酸バリウムストロンチウム（（Ba,Sr）TiＯ₃、略
称：BST）タンタル酸ニオブストロンチウムビスマス（SrBi₂（Nb,
Ta）₂Ｏ₉、略称：Y1系）などの強誘電体材料を用いることができる。これらの強
誘電体材料は、化学蒸着（Chemical Vapor Depositio
n）、ゾルゲル、スパッタリング法等により、成膜する
ことができる。

【００１８】また、下部および上部電極３、５は、Ｐｔ
により形成し、上部配線層７は、Ａｌにより形成するこ
とができる。

【００１９】図１の不揮発性強誘電体メモリ装置の回路
構成は、図３のようになる。すなわち、下部電極３、強
誘電体層４および上部電極５は、キャパシタ１０１を構
成する。下部配線層および上部配線層７は、ワード線１
０４、ビット線１０６、プレート線１０５ならびに、ト
ランジスタ１０２とキャパシタ１０１とを接続する接続
線を構成する。ワード線１０４は、トランジスタ１０２
のゲート電極に接続され、ワード線１０４の信号がトラ
ンジスタ１０２のオンオフを制御する。これにより、ビ
ット線１０６とキャパシタ１０１とが電気的に接続され
るか否かが決定され、キャパシタ１０１に電荷を蓄える
か否かが決まるという構成である。図３の不揮発性強誘
電体メモリ装置のセルは、ＤＲＡＭセルと似ているが、
図３のメモリ装置のキャパシタ１０１が強誘電体を用い
ていることと、キャパシタ１０１の一端がＤＲＡＭセル
のように固定電位ではなく、メモリ装置のセルごとに電
圧印加が可能なプレート線構造になっている点で相違す
る。

【００２０】このような本実施の形態の不揮発性強誘電
体メモリ装置は、樹脂パッケージ、ＣＳＰ（チップサイ
ズパッケージまたはチップスケールパッケージ）などの
パッケージ実装や、ベアチップ実装、ＩＣカード実装な
どを施され、民生機器分野に用いられる。

【００２１】本実施の形態のメモリ装置では、キャパシ
タ１０１の容量絶縁膜として強誘電体層４を用いるとと
もに、強誘電体層４よりも後の工程で形成される絶縁膜
６、表面保護膜８に有機膜を用いている。有機膜は、無
機材料で形成する場合と比較して、内部応力を低くでき
る。また、有機膜のポリイミド分子は、Ｈ原子を含んで
いるが、このＨは共有結合によってＣ等の他の原子と強
く結合しているため、一旦有機膜が形成された後に、有
機膜のポリイミド分子から水素分子Ｈ₂や水素原子Ｈが
発生することはない。また、ポリイミド膜を形成する過
程で、ポリイミド前駆体をイミド化してポリイミドとす
る反応では、水は発生するが、水素Ｈ₂は発生しない。
さらに、ポリイミド等の有機膜を形成する際に用いるポ
リイミド前駆体溶液に水分が含まれているものがある
が、この水分は膜形成過程でとんでしまうため、ポリイ
ミド膜には残らない。また、たとえ、ポリイミド膜に水
分が残ったとしても、この水分の水素は、酸素と水素結
合によって強く結合しているため、通常の熱処理等で
は、この水素結合が切れることはなく、水素分子Ｈ₂や
水素原子Ｈが強誘電体層に拡散することはない。このよ
うに、ポリイミド等の有機膜を絶縁膜６および表面保護
膜８を用いることにより、これらの膜から水素分子Ｈ₂
や水素原子Ｈが発生し、強誘電体層４に拡散するのを防
止することができる。また、有機膜は、上述のように塗
布とアニールによって形成できるため、低温で形成で
き、強誘電体層４の熱劣化を防ぐことができる。

【００２２】このように、絶縁膜６および表面保護膜８
を有機膜で形成することにより、強誘電体層４の水素に
よる還元劣化ならびに熱劣化を防止できるとともに、応
力劣化も低減でき、高性能な不揮発性強誘電体メモリ装
置を提供することができる。

【００２３】なお、上記実施の形態では、下部の層間絶
縁層２には、無機材料の膜を用いている。というのは、
層間絶縁層２を無機膜とした方が、平坦な膜が容易に得
られ、キャパシタ１０１の性能を高く維持しやすいため
である。また、下部の層間絶縁層２が強誘電体層５より
も先に形成されるため、層間絶縁層２を無機膜にして
も、層間絶縁層２び形成時の熱や水素ガスの影響を強誘
電体層４は受けないですむ。また、上部の絶縁膜６およ
び表面保護膜８を有機膜にしているため、これらの形成
温度が低くでき、層間絶縁層２を無機膜にしても、層間
絶縁層２に含まれている水素が拡散しにくい。しかしな
がら、層間絶縁層２を、絶縁膜６および表面保護膜８と
同様に有機膜で形成することはもちろん可能であり、こ
れにより強誘電体層４の水素による還元劣化をより低減
させることができる。層間絶縁層２を有機膜とした場合
には、層間絶縁層２を形成した後に、表面を一旦研磨す
る工程を加えることにより有機膜の表面を平坦にするこ
とができる。

【００２４】また、本実施の形態では、図３の回路構成
の不揮発性強誘電体メモリ装置について説明したが、本
発明はこの構成のメモリ装置に限定されるものではな
い。強誘電体のヒステリシス特性（残留分極）を利用す
る不揮発性半導体メモリの他に、ＤＲＡＭ等の半導体メ
モリの構成であってキャパシタの容量絶縁膜として誘電
率の高い強誘電体膜を用いるものの絶縁膜や保護膜を本
実施の形態のように有機膜にすることもできる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の不揮発性強誘電体メモリ装置
の具体的な実施例について説明する。

【００２６】（実施例１）本実施例のメモリ装置は、図
１の構成であり、キャパシタ１０１上部の絶縁膜６およ
び表面保護膜８をポリイミド膜により構成するものであ
る。以下、本実施例のメモリ装置の製造方法について図
２（ａ）〜（ｅ）を用いて具体的に説明する。

【００２７】トランジスタ１０２および下部配線層が造
り込まれたウエハ状の半導体基板１上に、層間絶縁膜
２、下部電極３、強誘電体層４、上部電極５を形成する
（図２（ａ））)。この基板１に、日立化成工業（株）
製のPIQカップリング剤をスピン塗布し、ホットプレー
ト加熱装置を用いて、空気中で350℃で4分間加熱した。
そして、さらに日立化成工業（株）製の製品名PIQ13の
ポリイミド溶液をスピン塗布し、ホットプレート加熱装
置を用いて、窒素雰囲気中で、140℃で１分間加熱し、
ポリイミド前駆体膜９を形成した（図２（ｂ））。

【００２８】次に、東京応化工業（株）製のポジ型フォ
トレジストＯＦＰＲ800を前駆体膜９上にスピン塗布し
て、レジスト膜（図２では不図示）を形成し、ホットプ
レート加熱装置を用いて、90℃で１分間加熱した。次い
で、フォトマスクを用いて露光し、ポジレジスト用のア
ルカリ水溶液現像液で露光部を現像し、開口部１０を形
成すべき部分のポリイミド前駆体膜９を露出するレジス
トパターンを形成した。次いで、ホットプレート加熱装
置を用いて、160℃で１分間加熱した。

【００２９】次に、本レジスト膜の現像液であるアルカ
リ水溶液をそのまま利用して、ポリイミド前駆体膜９を
エッチングして、ポリイミド前駆体膜９に開口部１０を
形成した。その後、レジスト剥離液と専用のリンス液で
レジストパターンを除去し、ポリイミド前駆体膜９を水
洗した後、窒素中で、230℃で４分間、3５0℃で8分間加
熱して、ポリイミド前駆体９をイミド化して、開口部１
０のあるポリイミド絶縁膜６とした（図２（ｃ））。こ
のとき、ポリイミド絶縁膜６の膜厚は１．２μｍとし
た。

【００３０】次に、絶縁膜６上にＡｌ膜を形成し、この
上にさらにレジストパターンを形成し、Ａｌ膜をエッチ
ングしてＡｌ配線膜７を形成した（図２（ｄ））。

【００３１】この上に、日立化成工業（株）製の製品名
PIQ3200-7Hのポリイミド前駆体溶液をスピン塗布し、ホ
ットプレート加熱装置を用いて、窒素雰囲気中で、140
℃で１分間加熱して前駆体膜を形成し、さらに、230℃
で４分間、3５0℃で8分間加熱して、ポリイミド前駆体
膜をイミド化して、配線層全面を覆うポリイミドの表面
保護膜８を形成した（図２（ｅ））。なお、図２（ｅ）
では図示していないが、配線層７のパッド部分において
は表面保護膜８は、開口されており、外部と導通の取れ
るようになっている。このときの表面保護膜８の膜厚は
１０μｍである。

【００３２】これにより、強誘電体層４を用いたキャパ
シタ１０１と、その上部の絶縁膜６、表面保護膜８にポ
リイミド有機膜を用いた図１、図２（ｅ）の形状の不揮
発性強誘電体メモリ装置を得た。

【００３３】このメモリ装置を150℃で加熱しながら、
強誘電体の電気特性のひとつであるリテンション特性を
計測したところ、１００時間で初期に比べて１／３の低
下で、５μＣ／ｃｍ²の値を保持していた。これは、強
誘電体メモリとして、通常の使用環境では１０年以上保
証できる信頼性のあることを意味しており、信頼性の高
いメモリ装置が得られることがわかった。

【００３４】（比較例）実施例１と同様に、半導体基板
１上に、層間絶縁層２、下部電極３、強誘電体層４、上
部電極５を形成した。

【００３５】この基板１上に、絶縁膜６として、プラズ
マＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Ortho-Slicate）
プラズマから酸化シリコン膜を形成した。このときの形
成温度は４５０℃である。このプラズマＣＶＤ法は、プ
ラズマ中でＴＥＯＳを分解して、酸化シリコンを形成す
るのであるのが、その際の反応により、ＣＯやＨ₂が発
生する。その一部は、酸化シリコン膜に含まれる。

【００３６】次に、東京応化工業（株）製のポジ型フォ
トレジストＯＦＰＲ800をスピン塗布して、ホットプレ
ート加熱装置を用いて、90℃で１分間加熱した。次い
で、フォトマスクを用いて露光し、ポジレジスト用のア
ルカリ水溶液現像液で露光部を現像し、下の酸化シリコ
ン膜を露出する開口部を形成した。次に、ドライエッチ
ングで絶縁膜６である酸化シリコン膜に開口部を形成
し、レジストを除去した。

【００３７】次に、上部のＡｌ配線層を形成して、その
上にレジストパターンをマスクにエッチングして、Ａｌ
配線層７を形成した。

【００３８】次に、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｈ₂混合ガスプラ
ズマから、プラズマＣＶＤ法により、配線層７全面を覆
う表面保護膜８として窒化シリコン膜を形成した。この
ときの形成温度は４５０℃である。このプラズマＣＶＤ
の反応においても、Ｈ₂が発生するため、これが窒化シ
リコン膜に取り込まれている。

【００３９】これにより、図１のメモリ装置と同様に、
強誘電体膜を用いたキャパシタを備えるが、絶縁膜６、
表面保護膜８としては、有機膜ではなくプラズマＣＶＤ
法により形成した無機膜を用いる不揮発性強誘電体メモ
リ装置を得た。

【００４０】このメモリ装置を実施例１と同様の試験を
したところ、１００時間で初期に比べて１／１０以下に
低下しており、リテンション特性の値も１μＣ／ｃｍ²
の以下の値でしかなかった。実施例１に比べて、信頼性
の低い素子しか得ることができなかった。

【００４１】（実施例２）まず、実施例１と同様の材料
および条件によって、図２（ａ）の工程から図２（ｄ）
の工程まで行う。ただし、図２（ｂ）の絶縁膜６を構成
する前に塗布した日立化成工業（株）製のPIQカップリ
ング剤の加熱処理の条件は、300℃、4分間とした。

【００４２】つぎに、図２（ｅ）の工程として、日立化
成工業（株）製の製品名PIQ13のポリイミド前駆体溶液
をスピン塗布し、ホットプレート加熱装置を用いて、窒
素雰囲気中で、140℃で１分間加熱して前駆体膜を形成
し、さらに、230℃で４分間、3５0℃で8分間加熱して、
ポリイミド前駆体をイミド化して、配線層全面を覆うポ
リイミドの表面保護膜８を形成した。なお、図２（ｅ）
では図示していないが、配線層７のパッド部分において
は表面保護膜８は、開口されており、外部と導通の取れ
るようになっている。このときの表面保護膜８の膜厚は
２．３μｍである。

【００４３】これにより、絶縁膜６および表面保護膜８
として、ポリイミド有機膜を用いた不揮発性強誘電体メ
モリ装置であって、絶縁層６と表面保護膜８とを同じ種
類のポリイミドで形成したメモリ装置を得た。

【００４４】このメモリ装置を150℃で加熱しながら、
強誘電体の電気特性のひとつであるリテンション特性を
計測したところ、１００時間で初期に比べて１／３の低
下で、５μＣ／ｃｍ²の値を保持していた。これは、強
誘電体メモリとして、通常の使用環境では１０年以上保
証できる信頼性のあることを意味し、信頼性の高いメモ
リ装置が得られることがわかった。

【００４５】（実施例３）実施例２と同様の材料および
条件によって、図２（ａ）〜図２（ｄ）の工程を行い不
揮発性強誘電体メモリ装置を製造する。ただし、図２
（ｃ）の工程において、エッチング後レジストを除去し
たポリイミド前駆体膜をイミド化して、ポリイミドの絶
縁膜６を得る際の加熱条件を、２３０℃で４分間、３０
０℃で８分間とした。また、図２（ｅ）の工程での加熱
条件は、スピン塗布後に、140℃で１分間加熱して前駆
体膜を形成し、さらに、230℃で４分間、300℃で8分間
加熱して、イミド化するようにした。

【００４６】つぎに、本実施例では、この図２（ｅ）の
工程まで終了したウエハ状の基板１を、スクライブ領域
で切断し、素子とした。この素子をダイボンディング工
程でリードフレームに固定し、しかる後に、素子のボン
ディングパッド部と外部端子間をワイヤーボンダーで金
線を配線した。さらに日立化成工業（株）製のシリカ含
有ビフェニル系エポキシ樹脂を用いて、成型温度１８０
℃、成型圧力７０ｋｇ／ｃｍ²でモールドすることによ
り、樹脂封止部を形成した。最後に、外部端子を所定の
形に折り曲げることにより、樹脂封止型メモリ装置の完
成品を得た。

【００４７】このようにして得られた樹脂封止型メモリ
装置を150℃で加熱しながら、強誘電体の電気特性のひ
とつであるリテンション特性を計測したところ、１００
時間で初期に比べて１／３の低下で、５μＣ／ｃｍ²の
値を保持していた。これは、強誘電体メモリ装置とし
て、通常の使用環境では１０年以上保証できる信頼性の
あることを意味し、信頼性の高い樹脂封止型メモリ装置
を得ることができた。

【００４８】（実施例４）本実施例では、感光性ポリイ
ミドを用いて絶縁膜６および表面保護膜８を形成する。

【００４９】実施例１と同様に、図２（ａ）の工程を行
った後、日立化成工業（株）製の製品名PL1708の感光性
ポリイミド前駆体溶液をスピン塗布し、ホットプレート
加熱装置を用いて、窒素雰囲気中で、85℃で100秒間加
熱し、感光性ポリイミド前駆体膜を形成した。この前駆
体膜をフォトマスクを用いて露光した後、95℃で30秒間
加熱し、専用現像液で未露光部を現像し、開口部を形成
した。次いで、ホットプレート加熱装置を用いて、窒素
中で145℃で３分間、170℃で３分間、220℃で４分間、3
５0℃で8分間加熱して、感光性ポリイミド前駆体をイミ
ド化して、開口のあるポリイミド膜を絶縁膜６として形
成した（図２（ｃ））。このとき、ポリイミドの絶縁体
膜６の膜厚は１．２μｍである。

【００５０】実施例１と同様にＡｌ配線層７を形成した
（図２（ｄ））。

【００５１】この上に、日立化成工業（株）製の製品名
PL1708の感光性ポリイミド前駆体溶液をスピン塗布し、
ホットプレート加熱装置を用いて、窒素雰囲気中で、85
℃で100秒間加熱し、感光性ポリイミド前駆体膜を形成
した。この前駆体膜をフォトマスクを用いて露光した
後、95℃で30秒間加熱し、専用現像液で未露光部を現像
した。次いで、ホットプレート加熱装置を用いて、窒素
中で145℃で３分間、170℃で３分間、220℃で４分間、3
５0℃で8分間加熱して、ポリイミド前駆体をイミド化し
て、配線層７全面を覆うポリイミド膜を表面保護膜８と
して形成した。このとき、配線層７のパッド部分は開口
して、外部と導通の取れるようにした。また、このとき
のポリイミド表面保護膜８の膜厚は２．３μｍである。

【００５２】これにより、絶縁膜６および表面保護膜８
として、ポリイミド有機膜を用いた不揮発性強誘電体メ
モリ装置を得た。

【００５３】このメモリ装置を150℃で加熱しながら、
強誘電体の電気特性のひとつであるリテンション特性を
計測したところ、１００時間で初期に比べて１／３の低
下で、５μＣ／ｃｍ²の値を保持していた。これは、強
誘電体メモリとして、通常の使用環境では１０年以上保
証できる信頼性のあることを意味し、信頼性の高いメモ
リ装置が得られることがわかった。

【００５４】（実施例５）まず、実施例４と同様の材料
および条件で、図２（ａ）〜図２（ｅ）の工程を行う。
ただし、図２（ｅ）の工程で形成するポリイミドの表面
保護膜８の厚さは５μｍとする。

【００５５】つぎに、この図２（ｅ）の工程まで終了し
たウエハ状の基板１を、スクライブ領域で切断し、素子
とした。この素子をダイボンディング工程でリードフレ
ームに固定し、しかる後に、素子のボンディングパッド
部と外部端子間をワイヤーボンダーで金線を配線した。
さらに日立化成工業（株）製のシリカ含有ビフェニル系
エポキシ樹脂を用いて、成型温度１８０℃、成型圧力７
０ｋｇ／ｃｍ²でモールドすることにより、樹脂封止部
を形成した。最後に、外部端子を所定の形に折り曲げる
ことにより、樹脂封止型メモリ装置の完成品を得た。

【００５６】このようにして得られた樹脂封止型メモリ
装置を150℃で加熱しながら、強誘電体の電気特性のひ
とつであるリテンション特性を計測したところ、１００
時間で初期に比べて１／３の低下で、５μＣ／ｃｍ²の
値を保持していた。これは、強誘電体メモリ装置とし
て、通常の使用環境では１０年以上保証できる信頼性の
あることを意味し、信頼性の高い樹脂封止型メモリ装置
を得ることができた。

【００５７】

【発明の効果】上述してきたように、本発明は、容量絶
縁膜に強誘電体膜を用いたメモリ素子であって、強誘電
体膜の劣化を防止することのできるメモリ装置の構造を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の不揮発性強誘電体メモ
リ装置の断面図。

【図２】（ａ）〜（ｅ）図１の不揮発性強誘電体メモリ
装置の製造の工程を示す断面図。

【図３】図１の不揮発性強誘電体メモリ装置の回路構成
を示す説明図。

【符号の説明】

１・・・トランジスタ等を造り込んだ半導体基板、２・
・・層間絶縁層、３・・・下部電極、４・・・強誘電体
層、５・・・上部電極、６・・・絶縁膜、７・・・配線
層、８・・・表面保護膜、１０・・・絶縁膜の開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者堀越和彦神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャパシタと、前記キャパシタの電荷の蓄
積を制御する電気回路と、少なくとも前記キャパシタを
覆う絶縁膜とを有し、前記キャパシタは、強誘電体層を備え、前記絶縁膜は、有機膜であることを特徴とするメモリ装
置。
【請求項２】請求項１に記載のメモリ装置において、前
記有機膜は、ポリイミド膜であることを特徴とするメモ
リ装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のメモリ装置にお
いて、前記強誘電体層は、結晶構造がペロブスカイト構
造の強誘電体材料からなることを特徴とするメモリ装
置。
【請求項４】基板上に、キャパシタおよび前記キャパシ
タの電荷の蓄積を制御する電気回路を形成する第１の工
程と、少なくとも前記キャパシタを覆う絶縁膜として、有機材
料の膜を塗布および加熱により形成する第２の工程とを
有することを特徴とするメモリ装置の製造方法。
【請求項５】請求項４に記載のメモリ装置の製造方法に
おいて、前記第２の工程は、ポリイミド前駆体溶液を塗
布して、前駆体膜を形成した後、当該前駆体膜を所定の
形状に加工し、その後加熱により前記前駆体膜をポリイ
ミド膜とする工程であることを特徴とするメモリ装置の
製造方法。