JPH11297945A - 強誘電体メモリおよびその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極材料として好ましい白金族元素を含有
し、還元雰囲気中での熱処理によるＰＺＴ膜の特性劣化
を抑制できる上部電極を具えていること 【解決手段】 下地１０上に、下部電極１７、強誘電体
膜１９および上部電極２１をこの順に具えていて、上部
電極は、白金族元素とチタン酸ジルコン酸鉛膜を構成す
る元素のうちの一種若しくは二種以上の元素とを以て構
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、強誘電体メモリ
に用いられる電極およびその形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体メモリの高密度化が進めら
れており、最近では文献（セラミックス，Ｖｏｌ．３０
（１９９５），Ｎｏ．６，ｐｐ４９９−５０７）に示さ
れているように、電荷を蓄積記憶するキャパシタに強誘
電体薄膜を用いるものが注目を集めている。このような
半導体メモリでは、強誘電体の自発分極の電界による反
転と、その保持機能を利用している。例えば、このよう
な半導体メモリとして、従来、ＭＦＳ（Metal-Ferroele
ctric-Semiconductor ）構造のＦＥＴ（電界効果トラン
ジスタ）素子を用いるものがある。この素子は、通常の
ＦＥＴのチャネル領域に、絶縁膜としての強誘電体薄膜
およびゲート電極としての上部電極を順次に積層した構
造である。この素子を用いたメモリセルは、ゲート電極
および半導体基板間、すなわち強誘電体薄膜に電圧を印
加することにより、強誘電体薄膜の分極を反転させる。
その分極により、トランジスタのチャネル領域に電子ま
たは正孔を誘起させてトランジスタのしきい値電圧を変
える。このときのドレイン電流値の大きさにより記憶さ
れている情報が識別される。

【０００３】また、強誘電体薄膜の材料としては、誘電
率の高いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｉ_x Ｔｉ_1-x Ｏ
₃ （ただし、０＜ｘ＜１））薄膜（以下、ＰＺＴ膜と称
する。）がよく用いられている。

【０００４】また、上部電極の材料としては、化学的に
安定していて耐熱性にも優れている白金がよく用いられ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＰ
ＺＴ膜を用いた半導体メモリ（強誘電体メモリ）を実際
に製造するにあたり、その製造工程中には、層間絶縁膜
やパッシベーション、モールドを形成する工程が含まれ
る。これらの工程では、還元雰囲気下での熱処理、特に
水素ガス含有雰囲気中での熱処理が行われる。この熱処
理によって、酸化物であるＰＺＴ膜は還元されてしま
う。この結果、膜疲労が生じるといった特性劣化の原因
となる。

【０００６】強誘電体メモリにおいては、通常、強誘電
体薄膜を挟む電極材料として、化学的に安定していて耐
熱性に優れている白金を用いる。ところが、白金電極を
具えた強誘電体メモリ用の構造体に対して、水素ガス含
有雰囲気中での熱処理を行うと、この白金は、その格子
中に水素を原子のかたちで吸収してしまう。この水素原
子は反応性が高く、白金電極と接しているＰＺＴ膜を、
白金電極との界面付近から還元してしまう。

【０００７】これにより、電極材料として好ましい白金
等の白金族元素を含有し、還元雰囲気中での熱処理によ
るＰＺＴ膜の特性劣化を抑制できる上部電極を具えた強
誘電体メモリとその形成方法の出現が望まれていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、この発明の強
誘電体メモリによれば、半導体基板を含む下地上に下部
電極、チタン酸ジルコン酸鉛膜および上部電極をこの順
に具えていて、上部電極は、白金族元素とチタン酸ジル
コン酸鉛膜を構成する元素のうちの一種若しくは二種以
上の元素とを以て構成されている。

【０００９】このような上部電極を有する強誘電体メモ
リを還元雰囲気内において、熱処理等の処理を行って
も、強誘電体膜が還元されて、膜の特性が劣化するよう
なことはなくなる。これは、上部電極が白金族元素のみ
で構成された電極ではなくチタン酸ジルコン酸鉛膜を構
成する元素という不純物が含まれた電極であるために、
白金族元素の電極の、雰囲気中の水素を吸収して反応性
の高い水素原子を発生させるという特性が劣化してい
る。このため、反応性の高い水素原子によって強誘電体
膜であるチタン酸ジルコン酸鉛膜が還元されるのを抑え
ることができる。従って、還元雰囲気内での処理による
強誘電体膜の特性の劣化を防止することができる。な
お、白金族元素に含ませるチタン酸ジルコン酸鉛膜を構
成する元素は、一種としても二種以上としてもよい。ま
た、上部電極に含有される不純物はチタン酸ジルコン酸
鉛膜を構成している元素であるため、上部電極と接して
いるチタン酸ジルコン酸鉛膜が、この不純物によって汚
染される心配はない。

【００１０】また、好ましくは、上部電極を構成する白
金族元素以外の元素を、鉛またはチタンまたはジルコニ
ウムとするのがよい。

【００１１】これらのうちの一種若しくは二種以上を上
部電極に含有させれば、この上部電極に反応性の高い水
素原子が発生するのを抑えることができる。また、この
上部電極と接して設けられるチタン酸ジルコン酸鉛膜中
へ、上部電極から構成成分が拡散しても、この膜を構成
している成分であるために、汚染されることはない。

【００１２】また、上部電極において、チタン酸ジルコ
ン酸鉛膜を構成する元素は白金族元素の膜中に拡散させ
てあるのがよい。電極中に、チタン酸ジルコン酸鉛膜を
構成する元素が拡散という形で含有していれば、電極の
水素を吸収する特性を劣化させることができる。

【００１３】また、この発明で用いる白金族元素は、Ｐ
ｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＯｓおよびＩｒの元素群から選
ばれる一種類の元素とする。

【００１４】また、下地上に下部電極、チタン酸ジルコ
ン酸鉛膜および上部電極をこの順に具えた強誘電体メモ
リにおいて、好ましくは、チタン酸ジルコン酸鉛膜と上
部電極との間に、チタン酸ジルコン酸鉛膜を構成する元
素のうち一種若しくは二種以上の元素と酸素とを含有す
る中間層を具えているのがよい。なお、この強誘電体メ
モリの上部電極および下部電極は化学的安定性および耐
熱性に優れた白金族元素の電極とする。

【００１５】このような強誘電体メモリを還元雰囲気中
におく場合、上部電極では、反応性の高い水素原子が発
生するが、この上部電極とチタン酸ジルコン酸鉛膜との
間には中間層が形成されているために、水素原子によっ
てチタン酸ジルコン酸鉛膜が還元されるのを防ぐことが
できる。よって、水素原子に起因するチタン酸ジルコン
酸鉛膜の特性の劣化を防ぐことができる。また、この中
間層は酸素とチタン酸ジルコン酸鉛膜の構成成分とを含
んでいるため、強誘電体メモリの製造工程中に行われる
熱処理等により、中間膜の成分がチタン酸ジルコン酸鉛
膜に拡散しても、チタン酸ジルコン酸鉛膜を汚染するお
それはない。なお、この中間層の厚さは、上部電極とチ
タン酸ジルコン酸鉛膜とを絶縁してしまうことのないよ
うな厚さにするのがよい。厚くても５０ｎｍの厚さとす
る。好ましくは２０ｎｍ程度の厚さとするのがよい。

【００１６】また、下地上に下部電極、チタン酸ジルコ
ン酸鉛膜および上部電極をこの順に具えた強誘電体メモ
リを製造するにあたり、下地上にこれら、白金族元素の
下部電極、チタン酸ジルコン酸鉛膜、および白金族元素
の上部電極を順次積層した後、酸素含有雰囲気中で、少
なくともチタン酸ジルコン酸鉛膜および上部電極を加熱
処理する工程を含んでいるのがよい。

【００１７】この加熱処理により、チタン酸ジルコン酸
鉛膜中のチタンやジルコニウムや鉛が上部電極中に拡散
する。このため、上部電極中には不純物が含有されるこ
とになるため、上部電極の雰囲気中の水素を吸収して反
応性の高い水素原子を発生させる特性を劣化させること
ができる。よって、反応性の高い水素原子によってチタ
ン酸ジルコン酸鉛膜が還元されるのを抑えることができ
る。従って、強誘電体メモリの還元雰囲気に対する耐性
を向上させることができる。

【００１８】また、下地上に下部電極、チタン酸ジルコ
ン酸鉛膜および上部電極をこの順に具えた強誘電体メモ
リであって、上部電極が白金族元素とチタン酸ジルコン
酸鉛膜を構成する元素とで構成されているような強誘電
体メモリを製造するにあたり、上部電極は、白金族元素
のターゲットと、チタン酸ジルコン酸鉛膜を構成する元
素のターゲットとを用い、酸素含有雰囲気中でスパッタ
リングすることにより形成されるのがよい。

【００１９】これにより、白金族元素中に、チタン酸ジ
ルコン酸鉛膜を構成するチタンやジルコニウムや鉛が含
有された上部電極を形成することができる。このため、
上部電極は白金族元素のみではなく不純物が含有された
白金電極となるため、電極中の反応性の高い水素原子の
発生を抑えることができる。これにより、水素原子によ
るチタン酸ジルコン酸鉛膜の還元が抑えられるため、膜
の特性を劣化させるおそれはなくなる。

【００２０】また、好ましくは、スパッタリングが終了
した後、酸素含有雰囲気中で、上部電極およびチタン酸
ジルコン酸鉛膜を加熱処理する工程を含んでいるのがよ
い。

【００２１】これにより、チタン酸ジルコン酸鉛膜から
上部電極へ、チタン酸ジルコン酸鉛膜の構成成分が拡散
する。よって、上部電極にはさらに不純物が導入される
ために、白金族元素の水素を吸収する特性が劣化して、
反応性の高い水素原子の発生をより抑制することができ
る。なお、酸素含有雰囲気は、大気程度の２０％の酸素
を含有する雰囲気でも良い。これにより、チタン酸ジル
コン酸鉛膜を還元させずに上部電極に不純物を含有させ
ることができる。また、この雰囲気中に酸素が含有され
る割合は多いほどよく、２０％以上１００％以下とする
のがよい。

【００２２】また、下地上に下部電極、チタン酸ジルコ
ン酸鉛膜および上部電極を順次に具えた強誘電体メモリ
を製造するにあたり、下地上に下部電極およびチタン酸
ジルコン酸鉛膜を形成した後、このチタン酸ジルコン酸
鉛膜上に、この膜を構成する元素のうちの一種若しくは
二種以上の元素と酸素とを含有する中間層を形成する工
程と、この中間層上に上部電極を形成する工程とを含ん
でいるのがよい。

【００２３】上部電極を白金族元素の電極とするとき、
上部電極で反応性の高い水素原子が発生した場合に、一
番還元されやすいのは強誘電体膜と上部電極との界面付
近であるため、酸素を含有する中間層が、この強誘電体
膜と上部電極との間に設けてあれば、中間層がバリア層
となって強誘電体膜が水素原子によって還元されるのを
防ぐことができる。

【００２４】また、上部電極を形成した後、この中間層
および上部電極を酸素含有雰囲気中で加熱処理する。

【００２５】これにより、中間層から上部電極へ強誘電
体膜を構成する元素が拡散される。よって、白金族元素
の上部電極には不純物が導入されるため、白金族元素の
水素を吸収して反応性の高い水素原子を発生させる特性
が劣化する。これにより、強誘電体メモリの形成工程に
おいて、後に還元雰囲気中で加熱処理を行うような工程
があっても、上部電極では反応性の高い水素原子の発生
が抑制されているために、この水素によって強誘電体膜
であるチタン酸ジルコン酸鉛膜が還元され、特性が劣化
するの防ぐことができる。上部電極で水素原子が発生し
たとしても、上部電極と強誘電体膜との間には中間層が
介在しているために、強誘電体膜が還元されるおそれは
ない。また、酸素含有雰囲気は、大気程度の２０％の酸
素を含有する雰囲気でも良い。これにより、チタン酸ジ
ルコン酸鉛膜は還元されずに、上部電極中には中間層か
ら強誘電体膜を構成する元素が不純物として導入され
る。また、この酸素の含有される割合は多い方が好まし
く、２０％以上１００％以下とするのがよい。

【００２６】この中間層は、上部電極と強誘電体膜とを
絶縁しないような厚さにするのがよく、厚くても５０ｎ
ｍとする。そして、好ましい厚さは２０ｎｍ程度であ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図を参照してこの発明の実
施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解でき
る程度に概略的に示してあるに過ぎず、したがって発明
を図示例に限定するものではない。

【００２８】また、この実施の形態で用いられる材料や
数値的条件は、この発明の範囲内の一例に過ぎず、よっ
て、発明がこれらの条件にのみ限定されるものではな
い。

【００２９】＜第１の実施の形態＞この発明の第１の実
施の形態として、この発明の強誘電体メモリのサンプル
につき、図１を参照して説明する。図１はこの発明の強
誘電体メモリのサンプルの構造を概略的に示した断面の
切り口を示す図である。

【００３０】まず、この実施の形態の強誘電体メモリの
サンプルを形成する。このサンプルの下地１０は、電極
と密着性および耐熱性に優れた下地とする。ここでは、
シリコン基板１１上にポリシリコン層１３およびＴｉＮ
バリア層１５を、順次、スピンコータで以て積層する。
この３層（シリコン基板１１、ポリシリコン層１３およ
びＴｉＮバリア層１５）を下地１０として用いる。

【００３１】次に、この下地１０上に第１電極として下
部電極１７を形成する。ここでは、下部電極１７を白金
電極とし、通常の電極形成で用いられる白金ターゲット
を用いたスパッタリングによって下部電極１７を形成す
る。

【００３２】次に、この下部電極１７上に強誘電体膜１
９を形成する。

【００３３】この実施の形態では、例えば、上記の電極
１７上にスピンコータで、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ
Ｚｉ_x Ｔｉ_1-x Ｏ₃ （ただし、０＜ｘ＜１））の塗布膜
を形成する。その後、この塗布膜を乾燥させて、塗布膜
中の溶媒を蒸発させた後、塗布膜に対して仮焼成を行っ
て有機官能基の燃焼を行う。この後、本焼成を行ってチ
タン酸ジルコン酸鉛膜１９を形成する。

【００３４】その後、強誘電体膜１９上に第２電極とし
て上部電極２１を形成する。

【００３５】この実施の形態では、上部電極２１も白金
電極とする。下部電極１７の形成と同じようにして、白
金ターゲットを用いたスパッタリングを行うによって強
誘電体膜１９上に上部電極２１を形成する。

【００３６】その後、この実施の形態では、下地１０上
に下部電極１７、強誘電体膜１９および上部電極２１を
具えた構造体を、酸素雰囲気中で加熱処理する。ここで
は、純酸素雰囲気中（ほぼ１００％酸素雰囲気中）で、
８００℃の温度で３０分加熱処理を行う。

【００３７】この熱処理によって上部電極２１中に、強
誘電体膜１９からこの膜１９を構成している元素、特に
鉛が拡散する。このため、上部電極２１は鉛等の不純物
を含む電極となる。

【００３８】これによりこの実施の形態のサンプルが形
成される（図１参照。）。これによれば、下地１０上に
下部電極１７、強誘電体膜１９および上部電極２１がこ
の順に設けられている。そして、この上部電極２１は、
鉛等の強誘電体膜１９の構成成分が拡散している白金電
極である。

【００３９】ここで、これまで用いられてきた白金電極
の問題点につき、簡単に説明する。白金電極は、還元雰
囲気、特に水素を含む雰囲気中において、水素を吸収し
て反応性の高い水素原子を発生させるという特性があ
る。この水素原子は強誘電体膜を還元させてしまうた
め、強誘電体膜の膜疲労等の劣化を引き起こす原因とな
っていた。

【００４０】強誘電体メモリを製造するにあたり、後に
層間絶縁膜を形成する工程や、パッシベーション膜の形
成工程等で、還元性の雰囲気下での熱処理が行われる。
このため、この実施の形態の上部電極のように、不純物
を含有させた白金電極とすれば、水素を吸収する白金電
極の特性を劣化させることができる。これにより、反応
性の高い水素原子の発生も抑えられるため、水素を含む
ような還元雰囲気での熱処理を行っても、強誘電体膜の
特性を劣化させるおそれはなくなる。

【００４１】なお、下部電極もまた白金電極であるが、
下部電極には、強誘電体膜を形成するときに行われる熱
処理等によって、強誘電体膜中の膜構成成分が拡散して
いる。このため、上部電極を形成するときには、すでに
水素の吸収特性は劣化されているために、この下部電極
に起因して強誘電体膜の特性を劣化させる心配はない。

【００４２】＜第２の実施の形態＞第２の実施の形態の
強誘電体メモリのサンプルにつき、図１および図２を参
照して説明する。図２は、この実施の形態でスパッタリ
ングを行うときに用いるターゲットの、スパッタガスが
衝突する面の平面図である。このサンプルは、下地上に
第１電極としての下部電極、強誘電体膜および第２電極
としての上部電極が設けられていて、これらは第１の実
施の形態とほとんど同様にして製造される。また、図１
は、第１の実施の形態のサンプルの構成図であるが、第
２の実施の形態のサンプルの構成は、第１の実施の形態
のサンプルとほとんど同じであるために、この図１を用
いて説明をする。なお、この実施の形態のサンプルにお
いて、第１の実施の形態と異なるのは上部電極の構成成
分である。

【００４３】以下、第１の実施の形態と相違する点につ
き説明し、第１の実施の形態と同様の点についてはその
詳細な説明を省略する。

【００４４】まず、第１の実施の形態と同様にして、シ
リコン基板１１上にポリシリコン層１３およびＴｉＮバ
リア層１５を順次積層して下地１０を形成する。

【００４５】次に、この下地１０上に第１の実施の形態
と同様にして、第１電極として白金の下部電極１７を形
成した後、下部電極１７上に強誘電体膜１９として、チ
タン酸ジルコン酸鉛膜を形成する。

【００４６】次に、この強誘電体膜１９上に第２電極と
して上部電極２１を形成する。

【００４７】この実施の形態では、白金と鉛のターゲッ
ト３０を用い、酸素含有雰囲気中でスパッタリングする
ことによって、強誘電体膜１９上に上部電極２１を形成
する。

【００４８】ここでは、６インチ（ただし、１インチは
約２．５４ｃｍ）の白金ターゲット３１の上に、１ｍｍ
四方で、かつ厚さが２ｍｍのシート状の鉛３３を、１７
枚互いに等しい間隔を以て配置する（図２参照。）。こ
の鉛シート３３は純度が９９．９９％以上のものを使用
する。また、鉛シート３３の１枚の面積は、白金ターゲ
ット３１の面積の約５％とする。白金の結晶性を劣化さ
せないようにするためには鉛シート３３の面積は上記の
ように白金ターゲット３１の５％程度にするのが好まし
い。また、鉛シート３３は白金ターゲット３１上に載せ
るだけでよい。このように白金ターゲット３１の上に鉛
シート３３を配置したものをターゲット３０として用い
る。

【００４９】次に、このターゲット３０を用いて酸素含
有雰囲気中でスパッタリングを行う。

【００５０】ターゲット３０と強誘電体膜１９および下
部電極１７を具えた下地１０とを位置合わせして、スパ
ッタ装置に設置する。酸素１０容量％を含むアルゴンス
パッタガスを用いてスパッタリングを行う。このときの
スパッタガスのガス圧を７ｍＴｏｒｒ、スパッタパワー
を５００ｋＷ、基板温度を３００℃とする。プレスパッ
タを２分間行った後、シャッターを開けて３分間スパッ
タリングすることにより、強誘電体膜１９上に、厚さが
２００ｎｍの、およそ１０％の鉛を含む白金電極２１が
形成される。

【００５１】これにより、この実施の形態のサンプルが
形成される（図１参照。）。

【００５２】第１の実施の形態で説明したように、白金
電極は還元性の雰囲気下での熱処理において、反応性の
高い水素原子を発生させて強誘電体膜を還元してしまう
おそれがある。そして、強誘電体膜の還元は主として上
部電極と強誘電体膜との界面から起こっている。

【００５３】この実施の形態では、上部電極として、鉛
が含有された白金電極を用いている。言い換えれば、白
金電極中には鉛という不純物が含まれている。このため
に白金電極の水素を吸収する特性は劣化している。よっ
て、これに伴い、反応性の高い水素原子の発生を抑える
ことができるため、水素を含むような還元雰囲気での熱
処理を行っても、強誘電体膜の特性を劣化させるおそれ
はなくなる。

【００５４】また、この上部電極中に鉛は、約２％〜２
０％程度含有されていれば、不純物として効果が得られ
る。すなわち、白金電極の還元雰囲気中の水素を吸収し
て反応性の高い水素原子を発生させるという特性を劣化
させることができる。鉛の含有される割合として好まし
くは１０％とするのがよい。

【００５５】また、強誘電体メモリの製造工程中に行わ
れる熱処理などで、上部電極から構成成分が拡散されて
強誘電体膜が汚染されるおそれがあるが、ここでは、上
部電極は、白金と、強誘電体膜のチタン酸ジルコン酸鉛
膜の構成成分である鉛とで構成された電極であるために
強誘電体膜を汚染させるおそれはない。

【００５６】また、この実施の形態では、上部電極を鉛
と白金とで構成したが、チタン酸ジルコン酸鉛膜の構成
成分であるＴｉと白金とで構成してもよいし、ジルコニ
ウムと白金とで構成してあっても同様の効果が得られ
る。

【００５７】また、この実施の形態では、電極の材料に
白金を用いているが、白金と同じような特性を有する白
金族である、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒのうちの一
種をを電極材料として用いてもよい。特に、ＩｒやＲｕ
は白金と比べてエッチングが容易であり、加工性に優れ
ているため、電極材料として好ましい材料であると考え
られる。

【００５８】＜第３の実施の形態＞第２の実施の形態で
形成された強誘電体メモリのサンプルに対して、酸素含
有雰囲気中で加熱処理を行う。

【００５９】第２の実施の形態で説明したように、シリ
コン基板上にポリシリコン層およびＴｉＮバリア層を順
次積層して下地を形成した後、この下地上に第１の電極
としての白金の下部電極、チタン酸ジルコン酸鉛膜およ
び白金と鉛とを含有する第２の電極としての上部電極を
順次形成してサンプルが形成される。

【００６０】その後、この実施の形態では、このサンプ
ルをほぼ１００％酸素である雰囲気中に入れた後、８０
０℃の温度で３０分加熱処理を行う。

【００６１】この結果、上部電極中にはさらに強誘電体
膜から、この膜を構成する成分が拡散する。従って、上
部電極の水素を吸収する特性をさらに劣化させることが
できる。これにより、還元雰囲気での熱処理に対する強
誘電体膜の耐性のさらなる向上を図ることができる。

【００６２】加熱処理を行う酸素含有雰囲気は、酸素が
大気と同じ程度の２０％以上含有されていればよい。酸
素の含有される割合は高ければ高いほど好ましい。

【００６３】また、この実施の形態では、加熱処理の温
度を８００℃としたが、６００℃〜８５０℃の温度で実
施可能である。好ましくは７５０℃〜８００℃の範囲内
の温度で加熱処理するのがよい。

【００６４】＜第４の実施の形態＞第４の実施の形態の
強誘電体メモリのサンプルにつき、図３を参照して説明
する。図３は、第４の実施の形態のサンプルの概略的な
構成を示す断面図である。

【００６５】以下、第１〜第３の実施の形態と相違する
点につき説明し、同様の点についてはその詳細な説明を
省略する。

【００６６】このサンプルは、下地１０上に第１の電極
として下部電極１７、強誘電体膜１９および第２の電極
として上部電極２１が設けられている。さらに、強誘電
体膜１９と上部電極２１との間に強誘電体膜１９を構成
する元素のうち一種若しくは二種以上の元素と酸素とを
含む中間層２３が形成されている（図３）。

【００６７】このサンプルは以下のようにして製造され
る。

【００６８】第１の実施の形態と同様にして、シリコン
基板１１上にポリシリコン層１３およびＴｉＮバリア層
１５を順次積層して下地１０を形成する。

【００６９】次に、第１の実施の形態と同様にして、白
金の下部電極１７を形成した後、この下部電極１７上に
強誘電体膜１９としてチタン酸ジルコン酸鉛膜を形成す
る。

【００７０】その後、この実施の形態では、鉛と酸素と
を含有する中間層２３を形成する。

【００７１】ここでは、６インチの鉛ターゲットを用い
て酸素含有雰囲気中でスパッタリングを行う。Ｂｉター
ゲットと、下地１０上に下部電極１７および強誘電体膜
１９が形成された構造体とをスパッタ装置に設置して、
酸素１０容量％を含むアルゴンスパッタガスを用いてス
パッタリングを行う。このときのスパッタガスのガス圧
を７ｍＴｏｒｒ、スパッタパワーを５００ｋＷ、基板温
度を３００℃とする。プレスパッタを２分間行った後、
シャッターをあけて２０秒間スパッタリングすることに
よって、強誘電体膜１９上に２０ｎｍの鉛および酸素を
含んだ中間層２３が形成される。

【００７２】続いて、６インチの白金ターゲットを用い
て、酸素１０容量％を含むアルゴンスパッタガスを用い
てスパッタリングを行う。このときのスパッタガスのガ
ス圧を７ｍＴｏｒｒ、スパッタパワーを５００ｋＷ、基
板温度を３００℃とする。

【００７３】プレスパッタを２分間行った後、シャッタ
ーを開け３分間スパッタリングを行って２００ｎｍの厚
さの白金の上部電極２１が得られる。

【００７４】これにより、第４の実施の形態のサンプル
が形成される（図３参照。）。

【００７５】このサンプルに、さらに層間絶縁膜やパッ
シベーション膜を形成して強誘電体メモリを製造しよう
とするとき、還元雰囲気下での熱処理を行う工程は避け
られない。水素を含むような還元雰囲気下では、白金の
上部電極は雰囲気中の水素を吸収して反応性の高い水素
原子を発生させる。この水素原子が強誘電体膜を還元さ
せてしまい、膜疲労等の膜の特性を劣化させる原因の一
つとなっている。反応性の高い水素原子の影響を受けや
すい、すなわち還元されやすいのは強誘電体膜と上部電
極との界面付近である。

【００７６】このため、この実施の形態のように、酸素
を含有する層が中間層２３として強誘電体膜１９と上部
電極２１との間に設けてあれば、この中簡層２３がバリ
ア層となって強誘電体膜１９へ上部電極２１から水素原
子が及ぶのを防止することができる。従って、還元雰囲
気での熱処理を行っても、強誘電体膜１９の特性の劣化
を抑制することができる。

【００７７】また、この中間層２３の厚さは、厚くても
５０ｎｍとするのがよい。５０ｎｍ以下の厚さであれ
ば、酸化膜である中間層２３によって上部電極２１と強
誘電体膜１９とが絶縁されてしまうことはなく、上部電
極２１から強誘電体膜１９への水素原子の影響を抑制す
ることができる。

【００７８】また、中間層２３は強誘電体膜１９である
チタン酸ジルコン酸鉛膜の構成成分の鉛を含む層であ
る。このため、強誘電体メモリ製造工程中に行われる熱
処理によって、中間層２３から強誘電体膜１９へ中間膜
２３を構成する成分が拡散しても、強誘電体膜１９が汚
染されるおそれはない。

【００７９】また、中間層２３は鉛と酸素とを含む層に
限らず、チタン酸ジルコン酸鉛膜１９を構成するＴｉと
酸素とを含有する層、あるいはジルコニウムと酸素とを
含有する層としても同様の効果が得られる。

【００８０】また、この実施の形態においては、上部電
極２１を白金電極としているが、これに限らず、白金と
同じような性質を有する白金族元素であるＲｕ、Ｒｈ、
Ｐａ、Ｏｓ、Ｉｒの電極としてもよい。

【００８１】＜第５の実施の形態＞第４の実施の形態で
形成された強誘電体メモリのサンプルに対して、酸素含
有雰囲気中で加熱処理を行う。

【００８２】第４の実施の形態で説明したように、シリ
コン基板上にポリシリコン層およびＴｉＮバリア層を順
次積層して下地を形成した後、この下地上に白金の下部
電極、チタン酸ジルコン酸鉛膜、中間層および白金の上
部電極を順次形成してサンプルが形成される。

【００８３】その後、この実施の形態では、このサンプ
ルをほぼ１００％酸素の雰囲気中に入れた後、８００℃
の温度で３０分間加熱処理を行う。

【００８４】この結果、上部電極中に中間層から、鉛が
拡散する。このため、白金の上部電極中に不純物が導入
されるために、白金電極の水素を吸収する特性を劣化さ
せることができる。よって、反応性の高い水素原子の発
生を抑えることができるため、還元雰囲気中でこのサン
プルに対して熱処理を行っても、強誘電体膜は還元され
ることなく、これに伴う膜の劣化を抑制することができ
る。水素原子が発生したとしても、中間膜によって強誘
電体膜への水素原子の影響を抑えることができる。

【００８５】加熱処理を行う酸素含有雰囲気は、酸素が
大気と同じ程度の２０％以上含有されていればよい。酸
素の含有される割合は高ければ高いほど好ましい。

【００８６】また、この実施の形態では、加熱処理の温
度を８００℃としたが、６００℃〜８５０℃の温度で実
施可能である。好ましくは７５０℃〜８００℃の範囲内
の温度で加熱処理するのがよい。

【００８７】この実施の形態の強誘電体メモリのサンプ
ルにおいて、電極の材料に白金を用いているが、これに
限らずＲｕ、Ｉｒ等の白金族元素を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１および第２の実施の形態の強誘電体メモリ
のサンプルの構成説明図であり、概略的な断面の切り口
を示す図である。

【図２】スパッタリングに用いるターゲットの概略的な
構成図である。

【図３】第４の実施の形態で形成するサンプルの概略的
な構成を示す断面の切り口の図である。

【符号の説明】

１０：下地 １１：シリコン基板 １３：ポリシリコン層 １５：ＴｉＮバリア層 １７：第１電極（下部電極） １９：強誘電体膜 ２１：第２電極（上部電極） ２３：中間層 ３０：ターゲット ３１：白金ターゲット ４３：シート状の鉛（鉛シート）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 幸久 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板を含む下地上に下部電極、チ
   タン酸ジルコン酸鉛膜および上部電極を順次に具えた強
   誘電体メモリにおいて、 前記上部電極は、白金族元素と、前記チタン酸ジルコン
   酸鉛膜を構成する元素のうちの一種若しくは二種以上の
   元素とを以て構成されていることを特徴とする強誘電体
   メモリ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の強誘電体メモリにおい
   て、 前記上部電極において、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜を
   構成する元素は、前記白金族元素の膜中に拡散させてあ
   ることを特徴とする強誘電体メモリ。
3. 【請求項３】 半導体基板を含む下地上に下部電極、チ
   タン酸ジルコン酸鉛膜および上部電極を順次に具えた強
   誘電体メモリにおいて、 前記チタン酸ジルコン酸鉛膜上に該チタン酸ジルコン酸
   鉛膜を構成する元素のうち一種若しくは二種以上の元素
   と酸素とを含む中間層を具え、該中間層上に白金族元素
   の上部電極を具えていることを特徴とする強誘電体メモ
   リ。
4. 【請求項４】 半導体基板を含む下地上に下部電極、チ
   タン酸ジルコン酸鉛膜および上部電極を順次に具えた強
   誘電体メモリを形成するにあたり、 前記下部電極および上部電極を白金族元素の電極とする
   とき、 前記下地上に、前記下部電極、チタン酸ジルコン酸鉛膜
   および上部電極を順次積層した後、酸素含有雰囲気中
   で、少なくとも前記チタン酸ジルコン酸鉛および上部電
   極を加熱処理する工程を含んでいることを特徴とする強
   誘電体メモリ形成方法。
5. 【請求項５】 半導体基板を含む下地上に下部電極、チ
   タン酸ジルコン酸鉛膜および上部電極を順次に具えた強
   誘電体メモリを形成するにあたり、 白金族元素のターゲットと、チタン酸ジルコン酸鉛膜を
   構成する元素のうちの一種若しくは二種以上の元素のタ
   ーゲットとを用い、酸素含有雰囲気中でスパッタリング
   することにより、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜上に前記
   上部電極を形成する工程を含んでいることを特徴とする
   強誘電体メモリ形成方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の強誘電体メモリ形成方
   法において、 前記スパッタリングが終了した後、酸素含有雰囲気中
   で、前記上部電極およびチタン酸ジルコン酸鉛膜を加熱
   処理する工程を含んでいることを特徴とする強誘電体メ
   モリ形成方法。
7. 【請求項７】 半導体基板を含む下地上に下部電極、チ
   タン酸ジルコン酸鉛膜および上部電極を順次に具えた強
   誘電体メモリを形成するにあたり、 前記下地上に下部電極およびチタン酸ジルコン酸鉛膜を
   形成した後、該チタン酸ジルコン酸鉛膜上に、該膜を構
   成する元素のうちの一種若しくは二種以上の元素と酸素
   とを含有する中間層を形成する工程と、 該中間層上に前記上部電極を形成する工程とを含んでい
   ることを特徴とする強誘電体メモリ形成方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の強誘電体メモリ形成方
   法において、 前記中間層上に前記上部電極を形成した後、少なくとも
   前記中間層および上部電極を酸素含有雰囲気中で加熱処
   理する工程を含むことを特徴とする強誘電体メモリ形成
   方法。