JP2004288997A - Method for manufacturing ferroelectric device, ferroelectric device, ferroelectric memory, and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体メモリに係り、比較的簡単な工程で製造できる強誘電体メモリの構造及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
強誘電体メモリはSRAMに匹敵する書き込み速度や多数回の書き換え可能回数等の特徴を有し、次世代の不揮発性メモリとして注目されている。メモリ要素ごとに駆動回路を備える形態と強誘電体を交差する配線層で狭持して配線層の外側に駆動回路を備える形態とが存在するが、後者は高密度集積が可能な構造として好ましい。
【0003】
従来、このような形態の強誘電体メモリの製造方法としては、例えば特開2002−299579号公報に記載されたような製造方法が知られていた(特許文献1)。この公報には、基板上に下部電極層、強誘電体層、及び上部電極層を連続して形成してから上部電極層及び強誘電体層をエッチングして上部電極配線を形成し、次いで上部電極配線をマスクしてから再度エッチングして下部電極配線を形成するという製造方法が開示されている。本来下層に位置する下部電極配線を形成してから上層の強誘電体層を形成することは工程が少なく簡便であるが、強誘電体層は酸化膜と反応し特性悪化させてしまうことから、やむを得ずこのような複雑な工程を経なければならなかった。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−299579号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上部電極配線を形成してから下部電極配線をパターニングするためには上部電極配線をマスクする工程が必要となるため、工程の複雑化は避けられなかった。
【0005】
また上記製造方法で形成される強誘電体メモリでは、強誘電体の下部において酸化膜と下部電極の厚みを隔てた程度の距離で接近しているため、強誘電体と酸化膜との反応が進み強誘電体の劣化を生ずる可能性があった。
【0006】
そこで、本発明は比較的少ない工程で強誘電体装置を製造するための製造方法及び強誘電体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】
上記課題を解決するために、本発明は、強誘電体により形成された強誘電体層に電界を印加する構造を備えた強誘電体装置の製造方法であって、絶縁膜上にバリア層を形成する工程と、バリア層上に下部電極層を形成する工程と、下部電極層をエッチングし複数の下部電極配線からなる下部電極群を形成する工程と、下部電極群上に強誘電体層を形成する工程と、強誘電体層上に上部電極層を形成する工程と、上部電極層及び強誘電体層をエッチングして、下部電極群と強誘電体層を介して交差する、複数の上部電極配線からなる上部電極群を形成する工程と、を備えたことを特徴とする強誘電体装置の製造方法である。
【0008】
上記工程によれば、先に下部電極配線が形成されてから強誘電体層が形成されるが、バリア層を下部電極層の下層に設けているので、絶縁膜と強誘電体層とが直接接して反応することを防止できる。したがって上部電極をマスクしてから下部電極をパターニングするという複雑な工程を経る必要がなく、従来に比べ工程を簡略化できるという作用を奏する。
【0009】
ここで本発明において「強誘電体」に材料の限定はないが、例えば分極によって継続的な物理状態を保持可能な材料であればメモリ機能を持たせられる。
【0010】
「バリア層」は、強誘電体層から絶縁膜へまたはその逆方向への元素の移動を遮断しうる材料及び厚みであればよい。例えば、バリア層を形成する工程では、金属酸化物を堆積させて当該バリア層を形成することは好ましい。金属酸化物を介在させれば、強誘電体層が絶縁膜と反応することを防止可能だからである。例えばこのような金属酸化物としてTiOxが挙げられる。
【0011】
「絶縁膜」はその材料に導電性が無ければよく、酸化膜のようなものの他に、シリコンやガラス等の基板自体をも含む。
【0012】
ここで下部電極群を形成する工程では、バリア層の上層にまでオーバーエッチングすることは好ましい。この工程によれば、バリア層の上層部分がオーバーエッチングされることにより、エッチングレートのばらつきや下部電極層の厚みにばらつきが生じていたとしてもそのばらつき幅を超えた部分にまで下部電極層が除去されるので、確実に金属配線間を分離できるからである。
【0013】
ここで上部電極群を形成する工程では、下部電極層が残されている領域以外の領域において強誘電体層の下層が残る程度にエッチングすることは好ましい。この工程によれば、強誘電体層がアンダーエッチング状態となるため強誘電体層が完全に除去されて下層の下部電極層等がエッチングされてしまうことを防止できる。またバリア層が絶縁膜の露出を防止しているので、強誘電体を残留させていても何ら問題を生じない。
【0014】
本発明によれば、強誘電体により形成された強誘電体層に電界を印加する構造を備えた強誘電体装置であって、絶縁膜と、絶縁膜上に形成される複数の下部電極配線からなる下部電極群と、下部電極群に交差する複数の上部電極配線からなる上部電極群と、少なくとも下部電極配線と上部電極配線との交差領域に形成された強誘電体層と、を備える。そして、絶縁膜と強誘電体層との間にはバリア層が設けられていることを特徴とする。
【0015】
上記構成によれば、バリア層が下部電極層の下層に設けられているので、絶縁膜と強誘電体層とが直接接して反応することを防止でき、強誘電体層が劣化しにくい構造を提供することができる。また、製造工程において、先に下部電極配線を形成してから強誘電体層を形成するという工程を採用でき、従来のように上部電極をマスクしてから下部電極をパターニングするという複雑な工程を経る必要がないので、従来に比べ工程を簡略化できるという作用効果を奏する。
【0016】
ここで強誘電体層は、上部電極配線の下層以外の領域にも形成されていることが好ましい。このような構造の強誘電体装置は、下部電極層が残されている領域以外の領域において強誘電体層の下層が残る程度にエッチングされたことを意味している。したがってこのような装置では、強誘電体層が完全に除去されて下層の下部電極層等がエッチングされてしまっていることが無い。またバリア層が絶縁膜の露出を防止しているので、強誘電体を残留させていても何ら問題を生じない。
【0017】
ここで上部電極配線の下層以外の領域に形成されている強誘電体層は、上部電極配線の下層に形成されている強誘電体層よりも薄く形成されていることは好ましい。このような構造は、下部電極層が残されている領域以外の領域において強誘電体層の下層が残る程度にエッチングする工程で形成されたことになる。よって、強誘電体層が完全に除去されて下層の下部電極層等がエッチングされてしまうことが無くなる。またバリア層が絶縁膜の露出を防止しているので、強誘電体を残留させていても何ら問題を生じない。
【0018】
ここで上部電極配線と下部電極配線との交差領域の下層に形成されている強誘電体層は交差領域の下層以外の領域であって上部電極配線の下層に形成されている強誘電体層とほぼ同じ厚みに形成されている。この構成によれば、上部電極層及び強誘電体層の形成とエッチング後に下部電極を形成していないことを意味しており、本発明の製造方法を利用した際に得られる強誘電体層の構造上の特徴を有している。
【0019】
ここで下部電極配線は、バリア層の突出構造上に設けられていることは好ましい。このような突出構造は、バリア層の上層部分をオーバーエッチングするという工程で形成されたことになる。よって、エッチングレートのばらつきや下部電極層の厚みにばらつきが生じていたとしてもそのばらつき幅を超えた部分にまで下部電極層が除去されるので、確実に金属配線間を分離できる。
【0020】
本発明は、下部電極群及び上部電極群のそれぞれにワード選択信号とビット選択信号とを供給する周辺回路を備えた強誘電体メモリである。当該構成によれば、下部電極群がワード選択信号線となり上部電極群がビット選択信号線となり周辺回路からのワード選択信号とビット選択信号との供給により各交差領域の強誘電体に分極を生じさせメモリとして動作させることができる。
【0021】
本発明は、本発明の強誘電体または本発明の強誘電体装置の製造方法により製造された強誘電体装置または強誘電体メモリを備える電子機器でもある。当該構成によれば電子機器は上記強誘電体装置またはメモリを備えていることから、当該装置またはメモリにおける強誘電体の劣化がしにくく、かつ、簡略化した工程により製造されているため製品原価を低く抑えることができる。
【0022】
ここで「電子機器」とは、本発明に係る強誘電体装置または強誘電体メモリを備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定が無いが、例えば、上記表示装置を備えるパーソナルコンピュータ、携帯電話、ビデオカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が含まれる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【0024】
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態は、本発明の強誘電体装置としての構造を備え、本発明の強誘電体装置の製造方法で製造された強誘電体メモリに関する。図1に、本第1実施形態における強誘電体メモリ1のメモリセルアレイの斜視図を示す。当該斜視図では電極配線の交差構造を明確にするため、保護層の図示を省略してある。
【0025】
図1に示すように、強誘電体メモリ1におけるメモリセルアレイは、下部電極配線12−n−1〜12−n+1(1≦n≦X)で構成される下部電極群12と上部電極配線11−m−1〜11−m+1(1≦m≦Y)で構成される上部電極群11とが交差して構成されている。上部電極配線11の下層には強誘電体層104が形成されている。下部電極群12は、本実施形態では複数層で形成されているがその最上層は白金層103cで形成されている。上部電極群11も白金層105で形成されている。
【0026】
図4に当該メモリセルアレイ10を含んだ強誘電体メモリ1全体の平面模式図を、図5にワード線である下部電極配線12−1に沿ってC−C切断面で強誘電体メモリを切断した場合の断面図を示す。
【0027】
図4に示すように、下部電極配線12−1〜12−X上に上部電極配線11−1〜11−Yが交差したような構造をしており、両配線の交差領域において狭持されている強誘電体層104が各々のメモリセルを形成している。下部電極群12には周辺回路3からビット信号が出力可能に構成されており、周辺回路3はXゲート、センスアンプ、入出力バッファ、Xアドレスデコーダ、アドレスバッファなど、メモリセル選択に適する回路を備えている。
上部電極群11には周辺回路2からワード信号が出力可能に構成されており、周辺回路2はYゲート、センスアンプ、入出力バッファ、Yアドレスデコーダ、アドレスバッファなど、メモリセル選択に適する回路を備えている。周辺回路2及び3の内部にはトランジスタ等のゲートが形成されている。
【0028】
層構造としては、図5に示すように、基板100上に形成された絶縁膜101上にバリア層102、下部電極層103、強誘電体層104、及び上部電極層105が形成されており、その上に第1保護層109が形成されている。その上に第2保護層110が形成されている。図5では、周辺回路2の最終段トランジスタが下部電極層103に接続されている様子を示している。周辺回路2内のトランジスタは、基板100内に形成されたソース・ドレイン111、両者の間のチャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜106・ゲート電極107を備えている。第1保護層109と第2保護層110との間からソース・ドレイン電極108が形成されている。
【0029】
このような構成において、周辺回路2及び3を駆動して、ワード線である下部電極配線12−nと上部電極配線11−mとを選択してn列m行目のメモリセルに所定値以上の電圧を加えることにより、当該メモリセルの強誘電体層が分極し、その電圧の極性に応じた情報が記録される。周辺回路2及び3から所定のメモリセルを選択すると、その分極状態に応じた電圧が得られ、記録された情報が読み取れる。書き換える場合には分極状態を解消するような電圧を再度当該メモリセルに印加することによって行われる。
【0030】
さらに層構造を詳しく説明する。図2に図1のA−A切断面から見た断面図を、図3に図1のB−B切断面から見た断面図を示す。図2及び図3に示すように、強誘電体メモリ1の層構造は、下層から順番に基板100、絶縁膜101、バリア層102、下部電極層103が積層されている。下部電極配線12−n上に上部電極配線11−mが交差している領域では、さらに強誘電体層104及び上部電極層105が形成されている。下部電極群12は、バリア層102上の突出構造に合わせて下部電極配線を構成するように下部電極層103をパターニングして形成されている。上部電極群11は、下部電極群12に交差するような形状で、強誘電体層104及び上部電極層105をパターニングして形成されている。以下、下層から順番に説明する。
【0031】
基板100は、強誘電体メモリ1を形成する基台となるもので、絶縁膜101を形成可能な、適当な剛性あるガラス板やシリコン基板を利用可能である。
【0032】
絶縁膜101は、下部電極配線電気導電性の少ない材料で形成されることを要し、所定の酸化膜、例えばSiO2膜が適用される。このような酸化膜は、例えば鉛を含む強誘電体材料と反応して酸化鉛が発生し、強誘電体の特性を劣化させることが知られている。本発明では、当該絶縁膜上にバリア層を形成することでこの問題を解決する。絶縁膜の厚みは、5000Å以上にしてある。充分な絶縁性能を確保するためである。
【0033】
バリア層102は、強誘電体層104を構成する強誘電体材料が絶縁膜101を構成する絶縁膜材料と反応することを防止可能な遮蔽機能を有する材料で形成されている。このような材料としては各種金属酸化膜が特性上または生成の容易さゆえ適している。例えば、バリア層として適する組成物としては、酸化チタン(TiOx)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ハフニウム(HfOx)、酸化マグネシウム(MgOx)が挙げられる。バリア層として必要な膜厚は、エッチングで削られる最も薄い部分で、好ましくは3000Å〜5000Å以上、さらに好ましくは10000Å以上に形成してある。厚ければ厚いほどバリア効果が得られると考えられるからである。形成方法としては金属酸化物薄膜の形成方法として適し、均一な厚みでバリア層を形成可能な方法であればよく、層の組成や厚み等の諸条件に応じて適宜選択することが可能である。例えば、CVD(MOCCVD、低圧CVD、ECR―CVD含む)法、蒸着、分子線蒸着(MB)、スパッタリング法、イオンプレーティング法、PVD法等の各種気相成膜法、電気メッキ、浸漬メッキ(ディッピング)、無電解メッキ法等の各種メッキ法、ラングミュア・ブロジェット(LB)法、スピンコート、スプレーコート法、ロールコート法等の塗布法、各種印刷法、転写法、インクジェット法、粉末ジェット法等に適用できる。これらのうち2種以上の方法を組み合わせてもよい。
【0034】
下部電極層103は、チタン(Ti)層103a、酸化チタン(TiOx)層103b、白金(Pt)層103cを積層して構成されている。チタン層103aは、バリア層102と白金層103bとの密着性を高める密着層であり、二層間に介在させることにより両層の密着性を高めることができる材料、例えば、Pt、Ir、Au、W,Ta,Mo,Al,Cr,Tiまたはこれらを主成分とする合金のような金属で形成される。当該密着層の厚みは、その形成目的に応じて適宜決定される。例えば200Å程度の厚みに形成される。最終的には次の熱酸化工程によりその厚みは減少し、例えば100Å程度になる。
【0035】
酸化チタン層103bは、白金層103cを適切な方向(例えば[111]方向)に配向させるため緻密な結晶構造をした酸化金属膜である。白金層が均一な方向に配向していれば、そこから結晶成長する強誘電体層の結晶状態も均一にすることができ、強誘電体層の特性を向上させることができるからである。この緻密な酸化金属膜を形成するため、密着層103aの上層部分を熱酸化して酸化チタンの結晶とすることが好ましい。
【0036】
白金層103cは、強誘電体層に電圧を印加するための上部電極配線11−mと対になる電極であり、導電性を有する材料、例えば、チタン(Ti)層、イリジウム(Ir)、白金(Pt)層、チタン(Ti)層、またはこれらの酸化物(IrOx等)を積層して構成されている。その厚みは均一に付着し導電性を確保することができる程度の厚み、例えば2000Å程度でよい。
【0037】
強誘電体層104は、強誘電体メモリにおける各メモリセルに情報を記録する機能を担うもので、強誘電体の結晶構造における誘電分極によってデジタル情報の‘0’または‘1’を分極方向に対応付けて記憶することが可能な層になっている。強誘電体層の材料としては、強誘電体メモリに適する強誘電体セラミックス、例えばジルコニウム酸チタン酸鉛(Pb(Zr、Ti)O3:PZT)、チタン酸バリウムストロンチウム(SBT)、BST等が利用可能である。その厚みは強誘電体メモリのメモリセルとして情報を読み出し可能な分極の量であって厚膜化に伴うクラックの発生等の支障を生じない程度の厚みにする。当該強誘電体層104は、薄膜形成後の結晶成長過程で下地となる層の結晶状態を引き継ぎながら結晶化するので、少なくとも下部電極層103と交差している領域においては、緻密に結晶が形成されている酸化チタン層103cの結晶状態を引き継いだ配向の均一な結晶が狭持されている。当該強誘電体層104は、上部電極層105とともにパターニングされ下部電極群12に交差した方向に延在している。
【0038】
上部電極層105は、強誘電体層に電圧を印加するための下部電極配線12−nと対になる電極であり、導電性を有する材料、例えば、チタン(Ti)層、白金(Pt)層、チタン(Ti)層を積層して構成されている。その厚みは均一に付着し導電性を確保することができる程度の厚み、例えば2000Å程度でよい。
【0039】
次に図6の製造工程図を参照しながら、本実施形態における強誘電体メモリの製造方法を説明する。図6は、図1におけるA−A切断面に相当する断面における積層状態の変化を示したものである。なお、本実施形態は、強誘電体メモリに関するものであり、例えば特許文献1に開示されているように周辺回路から駆動する形態を取るため(図4参照)、メモリセルの下部にトランジスタを有しないので、その図示はしていない。しかし、特開平11−214642号公報に記載されているようにワード線とビット線の交差領域にトランジスタを備える場合には、メモリセルの周辺にセル単位で強誘電体層を駆動するトランジスタを設ければよい。
【0040】
基板100としては、ここでは、シリコン単結晶基板を用いるものとする。また図5に示すように、基板100上には周辺回路2及び3の構成に必要とされるトランジスタが予め所定の半導体プロセスによって形成されているものとする。
【0041】
まず、基板100上に形成された絶縁膜101上に本発明に係るバリア層102を形成する。シリコン基板に公知の酸化膜形成(ST1)方法、例えば、熱酸化法を適用してSiO2膜(絶縁膜101)を所定の厚みに、例えば約4000Å程度に形成する。次いで絶縁膜101上にバリア層102として所定の金属酸化物、ここで酸化チタン(TiOx)を所定の厚み、例えば3000〜5000Å程度に成膜する。形成方法としては金属酸化物薄膜の形成方法として適し、均一な厚みでバリア層を形成可能な方法であればよく、層の組成や厚み等の諸条件に応じて適宜選択することが可能である。例えば、CVD(MOCCVD、低圧CVD、ECR―CVD含む)法、蒸着、分子線蒸着(MB)、スパッタリング法、イオンプレーティング法、PVD法等の各種気相成膜法、電気メッキ、浸漬メッキ(ディッピング)、無電解メッキ法等の各種メッキ法、ラングミュア・ブロジェット(LB)法、スピンコート、スプレーコート法、ロールコート法等の塗布法、各種印刷法、転写法、インクジェット法、粉末ジェット法等に適用できる。これらのうち2種以上の方法を組み合わせてもよい。ここでは、スパッタ法、蒸着法により3000〜5000Å程度の膜厚でバリア層102を形成する。
【0042】
次に下部電極層103を形成する(ST2)。まず、密着層となる金属層103aを形成する。ここでは密着性の高い金属としてチタンを用い、熱酸化する上層部分も含めて所定の厚み、例えば200Åの厚みに形成する。その形成方法は、上記バリア層の形成方法を利用可能である。引き続き、チタン層103aの上層部分を熱酸化させて緻密な酸化チタンを形成する。例えば、700℃の酸素雰囲気下で1時間、熱酸化することにより、約100Åの緻密な酸化チタン層103bを形成する。この酸化チタン層103bは緻密な膜となっており、[111]方向に面配向しているものである。さらに酸化チタン層103b上に白金層103cを形成する。ここでは白金を、スパッタ法等を用いて2000Å程度の厚みに形成する。
【0043】
次に下部電極層103が形成されたら下部電極層103をエッチングして、下部電極群12の配線形状に成形する(ST3)。このエッチングは通常のフォトリソグラフィ等によるレジスト塗布、マスク設置、露光・現像・洗浄等の各工程によってレジストパターンを形成した後、公知のエッチング技術を適用して実施される。例えば、エッチング方法としてはウェット方式またはドライ方式があるが、エッチングする下部電極層の材質に合わせて、エッチング断面形状、エッチングレート、面内内均一性等の点から最適な方法および条件を選べばよい。複数層が積層されている場合におけるエッチングの制御性の点からいうとドライ方式の方が優れている。例えば、平行平板型リアクディブイオンエッチング(RIE)方式、誘導結合型(ICP)方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴(ECR)方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式等が利用できる。プラズマエッチング方式としては、ICP(Inductive Coupled Plasma)等の高密度プラズマを用いてもよい。エッチングを制御するためには、エッチングガスの種類、ガスの流量、ガスの圧力、バイアス電圧等の条件を変更して行う。このとき、バリア層102をオーバーエッチするようにエッチング量を調整しておくと、エッチングレートの差やバリア層102、下部電極層103の厚みのばらつきがあっても、確実に下部電極のパターニングが行える。例えば、オーバーエッチングの量は、バリア層の厚みにして1000Å〜2000Åとする。この程度オーバーエッチすれば、厚みのばらつきを解消可能だからである。
【0044】
下部電極群12の形成後、強誘電体層103及び上部電極層104を形成してからパターニングして上部電極群11を形成する(ST4)。その形成方法としては、緻密な結晶薄膜を形成するための適する公知の薄膜形成方法、例えば、溶液塗布法(ゾル・ゲル法及びMOD(Metal Organic Decomposition)法を含む。)、スパッタ法、またはCVD法(MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を含む。)を適用可能である。ここでは強誘電体材料を、ゾル・ゲル法を用いて所定の厚み、ここでは2000Å程度に成膜する。
【0045】
まず、PZTを構成する各元素が含まれた金属アルコキシド溶液を下部電極103またはエッチングによりバリア層102が露出した基板表面に一定の厚みに塗布する。塗布後、一定温度で一定時間乾燥させて溶媒蒸発させてから、大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂する。脱脂により金属に配位している有機の配位子が熱分解され、金属が酸化されて金属酸化物となる。この塗布→乾燥→脱脂の各工程を必要に応じて所定回数繰り返して強誘電体層を形成する。これらの乾燥や脱脂により、溶液中の金属アルコキシドが加水分解や重縮合され金属−酸素−金属のネットワークが形成される。その後、強誘電体層の結晶化を促進させるためには、高速熱処理を実施してもよい。
【0046】
上記処理により強誘電体層104が2000Åの厚みに形成される。上記処理の過程において、当該強誘電体層104は、薄膜形成後の結晶成長過程で下地となる層の結晶状態を引き継ぎながら結晶化するので、少なくとも下部電極層103と交差している領域においては、緻密に結晶が形成されている酸化チタン層103cの結晶状態を引き継いだ配向の均一な結晶が狭持されている。次いで上部電極層105を形成するために、例えば白金をスパッタ法により例えば2000Åの厚みに形成する。
【0047】
次いで下部電極群12の形成と同様の手順によってフォトリソグラフィ法でレジストパターンを形成した後エッチングし、下部電極配線12−nの各々と交差し、各々が平行する上部電極配線11−mのパターンに成形する。アンダーエッチングで残留する強誘電体層103cの厚みは、例えば上部電極層105下の領域の強誘電体層の厚みの10%程度にする。具体的には200Å程度の厚み以下にすればよい。
【0048】
その後、図5に示すように、メモリセル10を保護する第1保護層109を酸化珪素膜等で形成する。そして周辺回路2及び3のトランジスタを連結するためのコンタクトホールを形成してから金属層を形成しパターニングして、電極配線108を形成する。最後に第2保護層110を窒化珪素膜等によって形成して、強誘電体メモリ1の層構造形成を終了する。
【0049】
上記第1実施形態によれば、先に下部電極層103のパターニングを行ってから強誘電体層104が全面的に形成されるが、バリア層102を下部電極層103と絶縁膜101との間に介在させているので、絶縁膜と強誘電体層とが直接接して反応することを防止できる。したがって従来要していた、上部電極をマスクしてから下部電極をパターニングするという複雑な工程を経る必要がなく、従来に比べ工程を簡略化できるという作用効果を奏する。
【0050】
上記第1実施形態によれば、下部電極群12を形成する工程(ST3)においてバリア層102の上層にまでオーバーエッチングしているので、エッチングレートのばらつきや下部電極層の厚みにばらつきが生じていたとしてもそのばらつき幅を超えた部分にまで下部電極層が除去されるので、確実に下部電極配線間を分離できる。
【0051】
上記第1実施形態によれば、上部電極群11を形成する工程(ST4)において下部電極層103が残されている領域以外の領域において強誘電体層103cの下層が残る程度にアンダーエッチングするので、強誘電体層104が完全に除去されて下層の下部電極層103等がエッチングされてしまうことが無くなる。またバリア層102が絶縁膜の露出を防止しているので、強誘電体を残留させていても何ら問題を生じない。
【0052】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態は、本発明の強誘電体メモリまたは強誘電体装置を備えた電子機器、特にパーソナルコンピュータに関する。
【0053】
図7は、本第2実施形態におけるパーソナルコンピュータ1000の構成を示す斜視図である。図7において、パーソナルコンピュータ1000は、表示パネル1001と、キーボード1002を備えた本体部1004と、から構成されている。当該コンピュータ表示装置1000の本体部1004に内蔵されるCPU基板のメモリ素子等として、本発明の強誘電体装置や誘電体メモリが利用されている。このため、強誘電体層の劣化を生じることのない信頼性の高い記憶手段を提供可能である。また当該強誘電体装置は、簡略化した工程により製造されているため製品原価を低く抑えることができる。
【0054】
上記例に限らず本発明に係る強誘電体装置やその製造方法は、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で種々に変更して適用することが可能である。
【0055】
例えば上記実施形態では、書き込み回路や読み取り回路を周辺回路に設けワード線やビット線を交差させる形態であったが、ワード線とビット線との交差領域にトランジスタを設けたメモリセルを備える形態であってもよい。
【0056】
また、上記実施形態では強誘電体メモリとしての構成を開示したが、読み取りや書き込み用周辺回路を備えない、外部からの信号印加により所定の動作を行うような強誘電体装置として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態における強誘電体メモリの表面斜視図。
【図2】図1におけるA−A切断面から見た断面図。
【図3】図1におけるB−B切断面から見た断面図。
【図4】第1実施形態における強誘電体メモリの平面模式図。
【図5】図4におけるC−C切断面から見た断面図。
【図6】第1実施形態における強誘電体メモリの製造方法を説明する製造工程断面図(図1におけるA−A切断面に相当)。
【図7】第2実施形態における電子機器を説明する斜視図。
【符号の説明】
1…強誘電体メモリ、10…メモリセルアレイ、11…上部電極群、11−1〜11−X…上部電極配線、12…下部電極群、12−1〜12−Y…下部電極配線、100…基板、101…酸化膜(絶縁膜)、102…TiOx膜(バリア層)、103…下部電極、103a…Ti層、103b…TiOx層、103c…Pt層、104…PZT層(強誘電体層)、105…上部電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferroelectric memory, and more particularly, to a structure of a ferroelectric memory that can be manufactured by relatively simple steps and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
A ferroelectric memory has features such as a writing speed comparable to that of an SRAM and a large number of rewritable times, and is attracting attention as a next-generation nonvolatile memory. There is a form in which a drive circuit is provided for each memory element, and a form in which a drive circuit is provided outside the wiring layer with a ferroelectric interposed between the wiring layers. The latter is preferable as a structure capable of high-density integration. .
[0003]
Conventionally, as a method of manufacturing such a ferroelectric memory, for example, a manufacturing method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-299579 has been known (Patent Document 1). According to this publication, a lower electrode layer, a ferroelectric layer, and an upper electrode layer are successively formed on a substrate, and then the upper electrode layer and the ferroelectric layer are etched to form an upper electrode wiring. There is disclosed a manufacturing method in which a lower electrode wiring is formed by masking an electrode wiring and then performing etching again. Forming the lower ferroelectric layer which is originally located in the lower layer and then forming the upper ferroelectric layer is simple and requires few steps, but since the ferroelectric layer reacts with the oxide film and deteriorates the characteristics, It had to go through such complicated steps.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-299579
[Problems to be solved by the invention]
However, since a step of masking the upper electrode wiring is required in order to pattern the lower electrode wiring after forming the upper electrode wiring, complication of the process was inevitable.
[0005]
Further, in the ferroelectric memory formed by the above-described manufacturing method, the oxide film and the lower electrode are close to each other at a distance of about the thickness of the lower electrode below the ferroelectric material, so that the reaction between the ferroelectric material and the oxide film does not occur. There was a possibility that the advanced ferroelectric material was deteriorated.
[0006]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a manufacturing method for manufacturing a ferroelectric device with relatively few steps and a structure of the ferroelectric device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is a method for manufacturing a ferroelectric device having a structure for applying an electric field to a ferroelectric layer formed of a ferroelectric, wherein a barrier layer is formed on an insulating film. Forming a lower electrode layer on the barrier layer, etching the lower electrode layer to form a lower electrode group including a plurality of lower electrode wirings, and forming a ferroelectric layer on the lower electrode group. Forming, forming an upper electrode layer on the ferroelectric layer, etching the upper electrode layer and the ferroelectric layer, and intersecting the lower electrode group and the ferroelectric layer via the ferroelectric layer. Forming an upper electrode group consisting of electrode wirings.
[0008]
According to the above process, the ferroelectric layer is formed after the lower electrode wiring is formed first. However, since the barrier layer is provided below the lower electrode layer, the insulating film and the ferroelectric layer are directly Contact and reaction can be prevented. Therefore, there is no need to go through a complicated process of masking the upper electrode and then patterning the lower electrode, thereby providing an effect that the process can be simplified as compared with the related art.
[0009]
Here, in the present invention, there is no limitation on the material of the “ferroelectric substance”. For example, a material capable of maintaining a continuous physical state by polarization can have a memory function.
[0010]
The “barrier layer” may be any material and thickness that can block the movement of elements from the ferroelectric layer to the insulating film or in the opposite direction. For example, in the step of forming a barrier layer, it is preferable to deposit a metal oxide to form the barrier layer. This is because the interposition of the metal oxide can prevent the ferroelectric layer from reacting with the insulating film. For example, TiOx is mentioned as such a metal oxide.
[0011]
The “insulating film” may be any material as long as it has no conductivity, and includes a substrate such as silicon or glass in addition to an oxide film.
[0012]
Here, in the step of forming the lower electrode group, it is preferable to perform over-etching up to the upper layer of the barrier layer. According to this step, even if a variation in the etching rate or a variation in the thickness of the lower electrode layer occurs due to over-etching of the upper layer portion of the barrier layer, the lower electrode layer extends to a portion exceeding the variation width. This is because the metal wiring can be reliably separated from each other.
[0013]
Here, in the step of forming the upper electrode group, it is preferable to perform etching so that the lower layer of the ferroelectric layer remains in a region other than the region where the lower electrode layer remains. According to this step, since the ferroelectric layer is under-etched, it is possible to prevent the ferroelectric layer from being completely removed and the lower electrode layer and the like below from being etched. Further, since the barrier layer prevents the exposure of the insulating film, there is no problem even if the ferroelectric remains.
[0014]
According to the present invention, there is provided a ferroelectric device having a structure for applying an electric field to a ferroelectric layer formed of a ferroelectric, comprising: an insulating film; and a plurality of lower electrode wirings formed on the insulating film. , An upper electrode group including a plurality of upper electrode wirings intersecting the lower electrode group, and a ferroelectric layer formed at least in an intersection region between the lower electrode wiring and the upper electrode wiring. Further, a barrier layer is provided between the insulating film and the ferroelectric layer.
[0015]
According to the above configuration, since the barrier layer is provided below the lower electrode layer, the insulating film and the ferroelectric layer can be prevented from directly contacting and reacting with each other. Can be provided. In the manufacturing process, a process of forming a lower electrode wiring first and then forming a ferroelectric layer can be adopted, and a complicated process of masking the upper electrode and then patterning the lower electrode as in the related art can be adopted. Since there is no need to go through, there is an operational effect that the process can be simplified as compared with the related art.
[0016]
Here, the ferroelectric layer is preferably formed in a region other than the lower layer of the upper electrode wiring. This means that the ferroelectric device having such a structure is etched to such an extent that the lower layer of the ferroelectric layer remains in a region other than the region where the lower electrode layer remains. Therefore, in such a device, there is no possibility that the ferroelectric layer is completely removed and the lower electrode layer and the like below are etched. Further, since the barrier layer prevents the exposure of the insulating film, there is no problem even if the ferroelectric remains.
[0017]
Here, it is preferable that the ferroelectric layer formed in a region other than the lower layer of the upper electrode wiring is formed thinner than the ferroelectric layer formed in the lower layer of the upper electrode wiring. Such a structure is formed in a step of etching such that the lower layer of the ferroelectric layer remains in a region other than the region where the lower electrode layer remains. Therefore, the ferroelectric layer is not completely removed and the lower electrode layer and the like below are not etched. Further, since the barrier layer prevents the exposure of the insulating film, there is no problem even if the ferroelectric remains.
[0018]
Here, the ferroelectric layer formed below the intersection area between the upper electrode wiring and the lower electrode wiring is a region other than the lower layer below the intersection area and the ferroelectric layer formed below the upper electrode wiring. They are formed to have substantially the same thickness. According to this configuration, it means that the lower electrode is not formed after the formation and etching of the upper electrode layer and the ferroelectric layer, and the ferroelectric layer obtained when the manufacturing method of the present invention is used. It has structural features.
[0019]
Here, it is preferable that the lower electrode wiring is provided on the projecting structure of the barrier layer. Such a protruding structure is formed in a step of over-etching the upper layer portion of the barrier layer. Therefore, even if a variation in the etching rate or a variation in the thickness of the lower electrode layer occurs, the lower electrode layer is removed to a portion exceeding the variation width, so that the metal wiring can be reliably separated.
[0020]
The present invention is a ferroelectric memory including a peripheral circuit that supplies a word selection signal and a bit selection signal to each of a lower electrode group and an upper electrode group. According to this configuration, the lower electrode group becomes the word selection signal line, and the upper electrode group becomes the bit selection signal line, and the supply of the word selection signal and the bit selection signal from the peripheral circuit causes polarization in the ferroelectric material in each intersection region. To operate as a memory.
[0021]
The present invention is also an electronic apparatus including a ferroelectric device of the present invention or a ferroelectric device or a ferroelectric memory manufactured by the method of manufacturing a ferroelectric device of the present invention. According to this configuration, since the electronic device includes the ferroelectric device or the memory, the ferroelectric in the device or the memory is hardly deteriorated, and the electronic device is manufactured by a simplified process. Can be kept low.
[0022]
Here, “electronic equipment” refers to general equipment having a certain function provided with a ferroelectric device or a ferroelectric memory according to the present invention, and the configuration thereof is not particularly limited. Equipped personal computer, mobile phone, video camera, head mounted display, rear or front type projector, fax device with display function, digital camera finder, portable TV, DSP device, PDA, electronic notebook, electronic bulletin board, A display for publicity announcement is included.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
(1st Embodiment)
The first embodiment of the present invention relates to a ferroelectric memory having a structure as a ferroelectric device of the present invention and manufactured by the method of manufacturing a ferroelectric device of the present invention. FIG. 1 shows a perspective view of a memory cell array of the
[0025]
As shown in FIG. 1, the memory cell array in the
[0026]
FIG. 4 is a schematic plan view of the entire
[0027]
As shown in FIG. 4, the upper electrode wirings 11-1 to 11-Y intersect on the lower electrode wirings 12-1 to 12-X, and are sandwiched in the intersection region of both wirings. The
A word signal can be output from the
[0028]
As a layer structure, as shown in FIG. 5, a
[0029]
In such a configuration, the
[0030]
Further, the layer structure will be described in detail. FIG. 2 is a cross-sectional view as viewed from the AA cross section of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view as viewed from the BB cross section of FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, in the layer structure of the
[0031]
The
[0032]
The insulating
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
Next, a method of manufacturing the ferroelectric memory according to the present embodiment will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG. FIG. 6 shows a change in the lamination state in a cross section corresponding to the AA cross section in FIG. Note that the present embodiment relates to a ferroelectric memory. For example, a transistor is provided below a memory cell because it is driven from a peripheral circuit as disclosed in Patent Document 1 (see FIG. 4). Since they are not shown, they are not shown. However, in the case where a transistor is provided in an intersection region between a word line and a bit line as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-214642, a transistor for driving a ferroelectric layer in units of cells is provided around a memory cell. Just do it.
[0040]
Here, as the
[0041]
First, a
[0042]
Next, the
[0043]
Next, when the
[0044]
After the formation of the
[0045]
First, a metal alkoxide solution containing each element constituting PZT is applied to the
[0046]
By the above processing, the
[0047]
Next, a resist pattern is formed by a photolithography method in the same procedure as the formation of the
[0048]
Thereafter, as shown in FIG. 5, a first
[0049]
According to the first embodiment, the
[0050]
According to the first embodiment, in the step of forming the lower electrode group 12 (ST3), over-etching is performed up to the upper layer of the
[0051]
According to the first embodiment, in the step of forming the upper electrode group 11 (ST4), under-etching is performed to such an extent that the lower layer of the
[0052]
(2nd Embodiment)
The second embodiment of the present invention relates to an electronic apparatus including the ferroelectric memory or the ferroelectric device of the present invention, particularly to a personal computer.
[0053]
FIG. 7 is a perspective view illustrating a configuration of a
[0054]
The ferroelectric device and the method of manufacturing the ferroelectric device according to the present invention are not limited to the above example, and can be variously modified and applied without departing from the spirit of the present invention.
[0055]
For example, in the above embodiment, the write circuit and the read circuit are provided in the peripheral circuit so that the word lines and the bit lines cross each other. However, in a form in which a memory cell in which a transistor is provided in an intersection region between the word line and the bit line is provided. There may be.
[0056]
In the above-described embodiment, the configuration as a ferroelectric memory is disclosed. However, a ferroelectric device that does not have a peripheral circuit for reading or writing and that performs a predetermined operation by applying a signal from the outside may be used. Good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front perspective view of a ferroelectric memory according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view as viewed from the AA cross section in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view as viewed from a cut plane BB in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic plan view of the ferroelectric memory according to the first embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view as viewed from a CC section plane in FIG. 4;
FIG. 6 is a sectional view of a manufacturing step (corresponding to the AA cross section in FIG. 1) for explaining the method of manufacturing the ferroelectric memory according to the first embodiment.
FIG. 7 is an exemplary perspective view illustrating an electronic device according to a second embodiment;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (14)
絶縁膜上にバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に下部電極層を形成する工程と、
前記下部電極層をエッチングし複数の下部電極配線からなる下部電極群を形成する工程と、
前記下部電極群上に強誘電体層を形成する工程と、
前記強誘電体層上に上部電極層を形成する工程と、
前記上部電極層及び前記強誘電体層をエッチングして、前記強誘電体層を介して前記下部電極群と交差する、複数の上部電極配線からなる上部電極群を形成する工程と、を備えたことを特徴とする強誘電体装置の製造方法。A method of manufacturing a ferroelectric device having a structure for applying an electric field to a ferroelectric layer formed of a ferroelectric,
Forming a barrier layer on the insulating film;
Forming a lower electrode layer on the barrier layer;
Forming a lower electrode group consisting of a plurality of lower electrode wirings by etching the lower electrode layer;
Forming a ferroelectric layer on the lower electrode group;
Forming an upper electrode layer on the ferroelectric layer,
Etching the upper electrode layer and the ferroelectric layer to intersect the lower electrode group via the ferroelectric layer to form an upper electrode group including a plurality of upper electrode wirings. A method for manufacturing a ferroelectric device, comprising:
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成される複数の下部電極配線からなる下部電極群と、
前記下部電極群に交差する複数の上部電極配線からなる上部電極群と、
少なくとも前記下部電極配線と前記上部電極配線との交差領域に形成された強誘電体層と、を備え、
前記絶縁膜と前記強誘電体層との間にはバリア層が設けられていることを特徴とする強誘電体装置。A ferroelectric device having a structure for applying an electric field to a ferroelectric layer formed of a ferroelectric,
An insulating film,
A lower electrode group including a plurality of lower electrode wirings formed on the insulating film;
An upper electrode group consisting of a plurality of upper electrode wires crossing the lower electrode group,
A ferroelectric layer formed at least in an intersection region between the lower electrode wiring and the upper electrode wiring,
A ferroelectric device, wherein a barrier layer is provided between the insulating film and the ferroelectric layer.
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