專利名稱：鐵電電容器與半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)鐵電電容器的，尤其是涉及適用于半導(dǎo)體器件的鐵電電容器，這類半導(dǎo)體器件如非易失性鐵電存儲器(FeRAM)，帶有非易失存儲器的系統(tǒng)大規(guī)模集成電路，以及用鐵電材料做電容器的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)。
鐵電存儲器因其突出的特性，即可與動態(tài)隨機(jī)存儲器相比的高存取速率和非易失性以及在低功耗下工作，而被稱為理想的存儲器。它含有一個鐵電材料的電容器。這種鐵電材料如Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)和SrBi2Ta2O3(SBT)都是鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的氧化物，因此可用其剩余極化方向來記錄信息。
在鐵電氧化物的生產(chǎn)中，在形成薄膜后需在氧氣氛中進(jìn)行熱處理以使之晶化。因此，電容器的電極(將電信號傳遞到鐵電薄膜上)是用貴重金屬如鉑Pt和銥Ir制成的，在熱處理期間的高溫下它是化學(xué)穩(wěn)定的、抗氧化的而且沒有損壞。例如日本專利No．Hei 9-102590揭示的一個鐵電電容器就是由PZT(鐵電薄膜)和Pt(電極)構(gòu)成的。
上述的現(xiàn)有技術(shù)沒有注意到一個問題，即鐵電材料的極化特性在形成電容器的工藝過程中因氫的引入而退化。在鈍化(形成絕緣的保護(hù)膜)和封裝步驟中都包含有氫。已經(jīng)知道氫會使鐵電電容器的極化特性嚴(yán)重退降。若上電極是用Pt制成的，因Pt的催化作用使氫分子分解成活性的氫?；钚缘臍涞竭_(dá)上電極與鐵電薄膜的界面，而與鐵電薄膜中的氧化合。這就在鐵電薄膜與電極的界面附近產(chǎn)生一貧氧退化層，這一層使極化特性嚴(yán)重退降。
上述的現(xiàn)有技術(shù)有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。在氧氣氛中熱處理期間它保護(hù)電極材料不受氧化而形成鐵電材料的氧化物。另一方面，在熱處理步驟中組分元素可由鐵電氧化物向電極材料擴(kuò)散。如上所述，在剛形成薄膜時鐵電薄膜是缺氧的，因而處于不穩(wěn)定的結(jié)晶狀態(tài)。因此，需要在供氧的條件下進(jìn)行晶化熱處理來穩(wěn)定結(jié)晶狀態(tài)。這種晶化熱處理應(yīng)在500-800℃下完成以提供滿意的極化特性的鐵電電容器。在此熱處理期間鐵電氧化物的金屬組分元素由鐵電薄膜向下電極中擴(kuò)散，而在鐵電薄膜與下電極間的界面附近形成一退化層(或一具有不同組分的小區(qū)域)。由PZT(鐵電薄膜)和Pt(電極)構(gòu)成的鐵電電容器就產(chǎn)生了問題，在晶化熱處理期間PZT中的Pb擴(kuò)散進(jìn)下電極，而在PZT膜與電極間的界面附近引起一貧Pb退化層。這個退化層使鐵電電容器的初始極化特性變壞，而在鐵電電容器反復(fù)極化和翻轉(zhuǎn)，即開關(guān)存儲后極化特性還會嚴(yán)重退降。
而且，上述的現(xiàn)有工藝還有另一個缺點(diǎn)，即PZT和Pt的晶格常數(shù)相差很大，在界面附近因晶格畸變而存在應(yīng)力。這個應(yīng)力也使極化特性退降。
鑒于前述缺點(diǎn)完成了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是防止在鐵電存儲器的鐵電薄膜中形成退化層。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種電極材料使鐵電薄膜與電極界面處的應(yīng)力得以減小。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種鐵電存儲器，它具有突出的極化特性，且在反復(fù)使用后不易退化。
本發(fā)明的第一方面是這樣一種鐵電電容器，它由上電極、鐵電薄膜和下電極構(gòu)成，其特點(diǎn)在于鐵電薄膜是含有某種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物，而所述上電極包含由所說的金屬元素和貴重金屬組成的金屬間化合物。
本發(fā)明的第二方面是這樣一種鐵電電容器，它由上電極、鐵電薄膜和下電極構(gòu)成，其特點(diǎn)在于鐵電薄膜是含有某種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物，而所述上電極和下電極包含由所說的金屬元素和貴重金屬組成的金屬間化合物。
本發(fā)明的第三方面是這樣一種鐵電電容器，它由上電極、鐵電薄膜和下電極構(gòu)成，其特點(diǎn)在于鐵電薄膜是含有某種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物，而上電極或下電極中至少有一個包含有多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)是這樣的兩層依次交疊而成的一層含有所說的金屬元素與貴重金屬組成的金屬間化合物；另一層是所說的貴重金屬，而前者鄰近鐵電薄膜界面。
本發(fā)明的第四方面是這樣一種鐵電電容器，它是由襯底、緩沖層、下電極和鐵電薄膜依次疊置而成，其特點(diǎn)在于所述緩沖層由過渡金屬或其氮化物構(gòu)成，所述鐵電薄膜是由含有某種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的，而所述下電極則含有由所說的金屬元素和貴重金屬組成的金屬間化合物。
本發(fā)明的第五方面是如上所述的鐵電電容器，其中所說的貴重金屬是Pt，金屬間化合物是由Pt和Pb組成的，Pb的含量≤40原子％，所述過渡金屬是Ti。


圖15是Pt-Pb二元系平衡相圖(取自日本金屬學(xué)會編輯的金屬數(shù)據(jù)手冊，第三編，580頁，Maruzen出版，1993)。這個圖表明，在平衡狀態(tài)下Pt沒有熔在Pb中。因此，隨著Pb加入Pt中，就出現(xiàn)了一種兩相結(jié)構(gòu)無Pb的Pt和具有Ll2型晶體結(jié)構(gòu)的金屬間化合物Pt3Pb。當(dāng)Pb的含量達(dá)到25原子％時，出現(xiàn)了單相結(jié)構(gòu)的Pt3Pb。這就是本發(fā)明所述的Pt和Pb組成的金屬間化合物(Pb含量≤40％)。平衡態(tài)相圖(圖15)中所示的相結(jié)構(gòu)不一定出現(xiàn)在本發(fā)明所述的薄膜材料的情況下。因此，希望Pt和Pb組成的金屬間化合物(Pb含量≤40％)也應(yīng)包含平衡態(tài)相圖中未示出的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中所述的金屬間化合物只要具有面心立方晶格的晶體結(jié)構(gòu)，即使是Ll2型以外的晶體結(jié)構(gòu)，都與Pt3Pb金屬間化合物同樣有效。
在下面的敘述中，Pt-Pb金屬間化合物表示由Pt和Pb組成的金屬間化合物，其Pb的含量≤40原子％。
按照本發(fā)明，下電極層具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，其主要取向是(111)或(100)或(110)。而且鐵電薄膜和下電極的主要取向也都是(111)或(100)或(110)。順便說一下，“強(qiáng)烈取向”、“高度取向”和“主要取向”在本文中有著相同的含義。
按照本發(fā)明的鐵電電容器的特征在于下電極為多層結(jié)構(gòu)，其第一層由面心立方晶格的金屬構(gòu)成，第二層則由含所說金屬的合金構(gòu)成，其基本晶體結(jié)構(gòu)為面心立方晶格。第一和第二層的晶格常數(shù)之差≤3．5％。此外，鐵電電容器優(yōu)選地特征在于上電極或下電極中至少有一個具有面心立方的基本晶體結(jié)構(gòu)，而下電極與鐵電薄膜的晶格常數(shù)之差≤1％。
再者，按照本發(fā)明，鐵電薄膜的厚度≤1000埃。
下面敘述的是功能，其中上電極是由本發(fā)明規(guī)定的Pt-Pb金屬間化合物制成的。上電極是在鐵電薄膜經(jīng)過晶化熱處理后才形成的；因此，晶化熱處理期間上電極對鐵電薄膜沒有不良影響。另一方面，鐵電電容器的極化受到氫的嚴(yán)重影響，而在大規(guī)模集成電路的鈍化(形成絕緣保護(hù)膜)和封裝工序中都含有氫。若上電極是由Pt構(gòu)成的，Pt使氫分子催化分解成活性的氫?；钚缘臍涞竭_(dá)上電極與鐵電薄膜的界面，與鐵電薄膜中的氧結(jié)合。于是在鐵電薄膜與上電極的界面附近形成貧氧退化層，該退化層使極化特性嚴(yán)重惡化。如果上電極與鐵電薄膜間晶格常數(shù)有大的失配，在上電極與鐵電薄膜界面附近會產(chǎn)生晶格畸變，這也會使極化特性惡化。與純Pt相比，本發(fā)明規(guī)定的Pt-Pb金屬間化合物不能使分子氫分解成活性的氫。因此，由這種金屬間化合物構(gòu)成的上電極保護(hù)了鐵電薄膜免受活性氫的侵蝕。再者，Pt3Pb金屬間化合物的晶格常數(shù)與PZT(或鐵電薄膜)接近；所以，這種金屬間化合物上電極大大降低了上電極與鐵電薄膜界面附近因晶格畸變而產(chǎn)生的應(yīng)力。此外，Pt-Pb金屬間化合物上電極也防止PZT中的Pb在制作上電極后的熱處理期間向電極中擴(kuò)散(因而防止在PZT中形成退化層)。Pt-Pb金屬間化合物的Pb含量應(yīng)≤50原子％；否則，它具有低熔點(diǎn)且會對熱處理后膜的形狀有不利的影響。由于上述效應(yīng)，用Pt-Pb金屬間化合物做上電極的鐵電電容器具有優(yōu)良的極化特性，并且?guī)缀鯖]有退降。
下面敘述的功能來自下電極，它是由本發(fā)明規(guī)定的Pt-Pb金屬間化合物制成的。
如上所述，按照本發(fā)明，含Pb的鈣鈦礦型氧化物鐵電薄膜(由PZT代表)置于Pt-Pb金屬間化合物電極之間。
在襯底上形成的下電極上，用濺射、溶膠-凝膠或CVD法淀積鐵電薄膜。在剛形成鐵電薄膜后，由于氧化不充分，其結(jié)晶是不完全的。為使鐵電薄膜轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定態(tài)，應(yīng)在含氧的氣氛中進(jìn)行晶化熱處理。熱處理的溫度依鐵電物質(zhì)而變。對于PZT，其范圍約600℃至800℃。這樣的高溫范圍在常規(guī)的硅工藝中是從未經(jīng)歷過的。若這種晶化熱處理使下電極氧化，下電極的導(dǎo)電性就變得很差，并使黏附強(qiáng)度降低致可使鐵電薄膜剝落的程度。因此，下電極應(yīng)由抗氧化性能優(yōu)良的物質(zhì)制成。為此，在本發(fā)明中，電極由主要含Pt的合金制成。
按照本發(fā)明由Pt-Pb金屬間化合物制成的下電極有效地防止了Pb從PZT向電極中擴(kuò)散，從而避免在鐵電薄膜中形成退化層。(然而在常規(guī)的工藝中，電極由純鉑制成，在晶化熱處理期間引起Pb由PZT向鉑電極中擴(kuò)散，因而在鐵電薄膜中產(chǎn)生組分不穩(wěn)定的退化層，使極化特性惡化)。在不同的相之間金屬元素的擴(kuò)散是由化學(xué)勢之差引起的，后者是擴(kuò)散元素濃度差的函數(shù)。對于Pb擴(kuò)散的情況，如果將被Pb擴(kuò)散進(jìn)入的電極中原先就有Pb使得PZT與電極間的Pb濃度差減小，則擴(kuò)散的驅(qū)動力就減小了。在這種情況下，電極中的Pb含量應(yīng)≤50原子％。如果Pb含量高于這個限度，電極的熔點(diǎn)就會降低而致在熱處理中熔化，對鐵電薄膜的平滑和微細(xì)結(jié)構(gòu)都會產(chǎn)生不良影響。事實上，元素擴(kuò)散的量除受驅(qū)動力影響外還依賴于溫度和時間。幸而晶化熱處理是在短時間內(nèi)(幾分鐘)完成的。只要PZT與電極間Pb的濃度差不大，如本發(fā)明那樣，這樣短的時間就不會引起擴(kuò)散。
考慮到Pb向Pt電極中的擴(kuò)散，一種可以想到的辦法是形成富Pb的PZT。然而，在這種情況下還是會產(chǎn)生擴(kuò)散的，因而在鉑電極中由界面向內(nèi)的組分是變化的。如果在垂直于鐵電薄膜的方向上存在著濃度梯度，其極化特性即使在初期是良好的，在經(jīng)過多次開關(guān)循環(huán)后也會嚴(yán)重惡化。此外，很難找到擴(kuò)散前的最佳組分，也很難控制晶化熱處理后PZT的組分。相反，按照本發(fā)明，使鉑電極先含有Pb，這樣就能夠確定PZT的起始最佳組分。就控制PZT組分而言這是個優(yōu)點(diǎn)。
由于下電極是由Pt-Pb金屬間化合物制成的，PZT與下電極間晶格常數(shù)只有很小的差別。由于減小了界面處晶格畸變引起的應(yīng)力而得到高質(zhì)量的鐵電薄膜。在使用Ll2型晶體結(jié)構(gòu)的Pt3Pb金屬間化合物時會有顯著的效果。Ll2型的晶體結(jié)構(gòu)示于圖16。它是基于面心立方(FCC)的原子的規(guī)則排列。在圖16中101表示Pt原子，102表示Pb原子，105表示Ti原子或Zr原子。Pt3Pb具有圖16(中間)所示的Ll2型晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為4．058埃(取自P．Villars and L．D．Calvert，“Pearson’s Handbook of Crystallographic Data forIntermetallic Phases”ASM International，(1991))。這個數(shù)值十分接近于圖16(右圖)所示的鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的PZT的晶格常數(shù)4．036埃(取自K．Kakegawa et al．，Solid State Commun．，24，769(1977))，而不是圖16(左圖)所示的面心立方結(jié)構(gòu)的Pt的晶格常數(shù)3．92埃。晶格常數(shù)相差0．55％。因此，在Pt3Pb上形成的PZT薄膜比直接形成在Pt上者有較小的晶格畸變，所以這樣的膜是高質(zhì)量的具有很小的應(yīng)力。此外，如上所述，下電極與PZT晶格常數(shù)之差≤1％，形成的膜的取向與下電極相似。在這種情況下顯然可以同時得到防止Pb擴(kuò)散(如上所述)的效果。用這種高度取向的無界面應(yīng)力和退化層的PZT薄膜構(gòu)成的鐵電電容器具有優(yōu)異的極化特性。
此外，為得到優(yōu)異的極化特性，做成具有一定取向的鐵電薄膜是合適的。形成具有取向的下電極可有效地達(dá)到這一目的。已經(jīng)知道在硅單晶襯底上的Ti或TiN緩沖層上形成的下電極取向強(qiáng)烈地沿(111)面，而在此影響下PZT的取向也為(111)面。(111)面Pt的取向依賴于Pt和Ti的晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)。本發(fā)明的Pt-Pb金屬間化合物在晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)方面與鉑沒有很大的差別，所以，由之代替鉑在Ti緩沖層上制成的下電極其取向主要沿(111)面。如上所述，Pt-Pb金屬間化合物與PZT晶格常數(shù)之差小于Pt與PZT之差。因此，在取向主要為(111)面的Pt-Pb下電極上形成的PZT要比在Pt金屬間化合物下電極上形成的PZT具有較高的取向性。如果在單晶硅襯底上形成Ti緩沖層、Pt第一下電極層、Pt-Pb金屬間化合物第二下電極層和PZT鐵電薄膜的層狀結(jié)構(gòu)就可以有效地獲得取向的PZT膜。在此情況下，Pt第一下電極層肯定按Ti緩沖層取向；所以，Pt-Pb金屬間化合物第二下電極層的取向程度較高。在取向的下電極上外延生長高質(zhì)量的PZT鐵電薄膜就具有高度的取向和低的界面應(yīng)力。這就得到了優(yōu)異的極化特性。
另一方面，若在Ti緩沖層與下電極層間形成另一層(如擴(kuò)散阻擋層)，Ti緩沖層的取向就不會直接傳遞給Pt-Pb金屬間化合物下電極層或Pt第一下電極層。這樣，下電極就不是高度取向的。換言之，PZT鐵電薄膜就不是高度取向的，因而不具有優(yōu)異的極化特性。
按照本發(fā)明，下電極由面心立方晶體結(jié)構(gòu)的各層來構(gòu)成而得到所需的取向。這樣就可形成取向的PZT鐵電薄膜。此外，為增強(qiáng)鐵電薄膜的取向性，必須先后形成第一和第二下電極層。第一層是由面心立方晶格結(jié)構(gòu)的金屬制成的，它肯定按襯底層取向。第二層具有防止擴(kuò)散和減小界面應(yīng)力的作用。第二下電極層應(yīng)由面心立方晶格結(jié)構(gòu)的合金或是基于面心立方晶格結(jié)構(gòu)并也含有第一下電極層的金屬元素的晶格結(jié)構(gòu)來制成。而且，第一層與第二層間晶格結(jié)構(gòu)之差應(yīng)≤3．5％。為使整個電極和鐵電薄膜具有高度的取向性，這些條件是必要的。此外，若鐵電薄膜與下電極品格常數(shù)之差≤1％，在下電極原子取向排列的影響下鐵電薄膜的取向會得到增強(qiáng)。在此情況下，在下電極與鐵電薄膜界面處只有很小的應(yīng)變，這就有效地防止了因反復(fù)的極化和翻轉(zhuǎn)而引起的退降。
如上所述，本發(fā)明提供了一種鐵電電容器，它是高度極化的并能抗御反復(fù)開關(guān)引起的退降。
圖1是本發(fā)明一個示例的鐵電電容器的剖面圖。
圖2表示在本發(fā)明的一個示例中鐵電電容器的極化特性在還原性熱處理中因上電極的不同而引起的退降。
圖3表示在本發(fā)明的一個示例中鐵電電容器的滯后回線隨還原熱處理溫度的變化。
圖4表示還原熱處理前后剩余極化與上電極中Pb成分的關(guān)系。
圖5表示在本發(fā)明一個示例中矯頑電場值與上電極中Pb成分的關(guān)系。
圖6表示在本發(fā)明一個示例中膜的疲勞特性與上電極的關(guān)系。
圖7是本發(fā)明一個示例的疲勞試驗前后的滯后回線。
圖8是本發(fā)明一個示例的XRD衍射圖形。
圖9是本發(fā)明一個示例的鐵電電容器的剖面圖。
圖10是本發(fā)明一個示例的XRD衍射圖形。
圖11是本發(fā)明一個示例的下電極晶格常數(shù)圖。
圖12是本發(fā)明一個示例的鐵電電容器下電極和鐵電薄膜原子排列的示意圖。
圖13是本發(fā)明一個示例的鐵電電容器剖面圖。
圖14是本發(fā)明一個示例的鐵電電容器剖面圖。
圖15是Pt-Pb二元系平衡態(tài)相圖。
圖16是Pt，Pt3Pb和PZT的晶體結(jié)構(gòu)圖。
圖17是本發(fā)明一個示例的鐵電存儲器剖面圖。
圖18是本發(fā)明一個示例的半導(dǎo)體器件示意圖。
圖19是本發(fā)明一個示例的大規(guī)模集成電路系統(tǒng)的概念圖。
圖20是本發(fā)明一個示例的無接觸IC卡的概念圖。
參照附圖將對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。圖中所用的參照數(shù)字代表下列各部分11襯底，15緩沖層，16下電極，17上層，20Pt-Pb金屬間化合物下電極，21Pt第一下電極層，23Pt3Pb第二下電極層，25Pt-Pb金屬間化合物上電極，26Pt下電極，27Pt上電極，30PZT鐵電薄膜，40Pt3Pb第一上電極層，44Pt第二上電極層，61Si襯底，62SiO2層，67源，68漏，69金屬層，71上電極，73下電極，75鐵電薄膜，77緩沖層，79襯底，101Pt原子，102Pb原子，105Ti或Zr原子，110氧原子，210無接觸型IC卡，202發(fā)送和接收裝置，203數(shù)據(jù)交換裝置，204帶有內(nèi)置存儲器的微機(jī)芯片，205天線線圈，206鐵電存儲單元，207數(shù)據(jù)。
例1圖1是按照本發(fā)明的鐵電電容器剖面示意圖。襯底11是帶有熱氧化生成的SiO2層的硅片。緩沖層15是將襯底加熱至300℃用濺射形成的Ti層(200埃厚)。下電極26是將襯底加熱至300℃用濺射形成的Pt層(1700埃厚)。
鐵電薄膜30是將襯底加熱至300℃用濺射PZT(組分Pb(Zr0．52Ti0．48)O3)形成的薄膜(約2500埃厚)。帶有淀積層的襯底要經(jīng)受晶化熱處理。這是在低氧濃度氣氛中進(jìn)行的650℃2分鐘的快速熱退火(RTA)。由X射線衍射發(fā)現(xiàn)，所得的PZT膜是主要沿(111)面高度取向的。
在這個示例中，上電極25是由本發(fā)明指定的Pt3Pb金屬間化合物濺射而成的。濺射是用一臺二元濺射設(shè)備來完成的，它有Pt和Pb兩個可以同時操作的靶并能獨(dú)立控制各個靶的濺射速率。上電極25厚1700埃。制作了幾種上電極，其Pb組分由0原子％變到40原子％以找到防止因氫還原(reduction)而致退降的最有效的Pb組分范圍。在形成上電極時襯底保持室溫或300℃。如果Pb組分不少于10％，所得的上電極膜中就含有Pt3Pb金屬間化合物(這已為X射線衍射所證實)。形成上電極后進(jìn)行第二次退火(有氧熱處理)以消除對PZT薄膜的損傷。此外，為評估氫導(dǎo)致的極化特性的退降，在He-3％H2氣氛中進(jìn)行還原熱處理。在此項熱處理前后檢測了鐵電電容器的滯后回線(或極化-電壓曲線)。
圖2表示剩余極化值與還原熱處理溫度的關(guān)系，此處的上層分別為Pt、Pt-25原子％Pb和Pt-40原子％Pb。對于上電極由Pt制成的情況(作為對照的例子)，當(dāng)還原熱處理溫度超過150℃時剩余極化值下降，而當(dāng)還原熱處理溫度超過300℃時幾乎降為零(或鐵電特性消失)。對于上電極由Pt-25原子％Pb和Pt-40原子％Pb制成的情況，即使還原熱處理溫度超過350℃極化特性也幾乎未受損害。
圖3表示上述三種上電極的滯后回線。Pt上電極(作為對照的例子)在300℃熱處理后給出了幾乎變?yōu)楣P直的線，如圖3(左圖)所示。而由Pt-25原子％Pb和Pt-40原子％Pb制成的上電極，其滯后回線在300℃熱處理后沒有很大的變化，如圖3(中、右圖)所示。這個結(jié)果表明，按照本發(fā)明的Pt-Pb上電極較少受到鉑催化作用的影響。
圖4表示在250℃下還原熱處理10分鐘后剩余極化與Pt-Pb上電極Pb組分的關(guān)系?？v坐標(biāo)表示上電極還原熱處理前測得的歸一化的剩余極化值。注意，隨著Pt-Pb上電極中Pb含量的增加，氫引起的退降減小。當(dāng)Pb的含量為10％或更高時這個效果是明顯的。因此，可以斷定，從抗還原的觀點(diǎn)出發(fā)，Pt-Pb上電極中Pb的含量最好應(yīng)為10％或更高。
圖5表示在本發(fā)明的一個示例中鐵電電容器的矯頑電場(Ec)與Pt-Pb上電極的Pb組分的關(guān)系。在使用新材料作上電極來防止氫引起的退降時，由于新材料與鐵電材料間的功函數(shù)問題，矯頑電場可能增大。隨著矯頑電場的增大，產(chǎn)生極化的電壓也增加。當(dāng)鐵電電容器用作存儲器時這不是所希望的。與常規(guī)的Pt上電極相比，此示例中的Pt-Pb上電極，即使Pb的含量增大也未使矯頑電場有很大的改變，而保持適當(dāng)?shù)闹祦眚?qū)動存儲。圖5中的符號□表示經(jīng)過氧化處理消除了損傷后的值，而符號○表示在He-3％H2氣氛中250℃下還原熱處理10分鐘后的值。
圖6是此示例的鐵電電容器疲勞特性的評估結(jié)果，是用開關(guān)循環(huán)(5V 500Hz)和觀察剩余極化來進(jìn)行評估的。在圖6中符號●表示此示例中Pt-25原子％Pb(Pt3Pb)上電極的結(jié)果，符號○表示對照樣品Pt上電極的結(jié)果。與對照樣品相比，此示例中的樣品其極化特性不易因反復(fù)極化和翻轉(zhuǎn)而引起退降，因而鐵電薄膜具有較好的抗疲勞特性。
圖7表示疲勞試驗前后的滯后回線。對于對照樣品Pt上電極，在1010次開關(guān)循環(huán)后剩余極化值幾乎減半(圖7左圖)。相反，在Pt-25原子％Pb(Pt3Pb)的上電極的情況下，在1010次開關(guān)循環(huán)后剩余極化值只稍有減小。這是由于Pt3Pb與PZT界面處應(yīng)變減小的結(jié)果。為揭示這一點(diǎn)，進(jìn)行了X射線衍射分析。
圖8是此示例鐵電電容器的X射線衍射分析結(jié)果。圖(1)表示形成Pt-25原子％Pb上電極后的分析結(jié)果。圖(2)表示在650℃氧處理后的結(jié)果。所分析的上電極是在沿(111)面高度取向的PZT上由Pt3Pb金屬間化合物制成的。其取向主要沿(111)面。X射線衍射分析的結(jié)果給出了相應(yīng)于晶格常數(shù)4．04埃的(111)和(222)峰及相應(yīng)于晶格常數(shù)3．91埃的(111)和(222)峰。前者代表PZT和Pt3Pb，它們具有幾乎相同的晶格常數(shù)。后者代表構(gòu)成下電極的Pt。這個結(jié)果意味著Pt3Pb上電極與PZT有良好的晶格匹配。氧處理后得到的X射線衍射圖形有一個弱峰(在2θ=20-40°范圍)指示存在著PbO。然而大部分的上電極保持著Pt3Pb的晶格常數(shù)和取向。Pt3Pb上電極與PZT間晶格常數(shù)相差很小這一事實使界面應(yīng)變(由于良好的匹配)減小，從而改善了膜的疲勞特性。
前面所述證明Pt-Pb金屬間化合物上電極幾乎不會因氫而引起退降，從而使鐵電電容器具有優(yōu)良的抗疲勞特性。
在此示例中談到用濺射法來形成PZT膜。除濺射法外其他方法也可使用。例如旋轉(zhuǎn)涂敷、噴涂、噴霧、MOCVD、MBE或激光汽相沉積(原材料可以是有機(jī)金屬化合物或乙酸鹽)等都是可能的。
在此示例中還談到使用雙濺射，即用Pt和Pb兩個靶來形成Pt-Pb金屬間化合物層。其他的方法也可使用。例如，也可用電子束或激光束蒸發(fā)。另外，使Pt薄膜和Pb薄膜交替疊置來形成Pt-Pb金屬間化合物層也是可能的。還有一種替代方法是在形成Pt層期間或以后在高真空下注入Pb離子，或是用離子束淀積使Pt離子和Pb離子在高真空下直接交替疊置。
示例2圖9是此示例的鐵電電容器的示意剖面圖。襯底11和緩沖層15與示例1相同。亦即，襯底11是帶有熱氧化SiO2層的硅片。緩沖層15是將襯底加熱至300℃用濺射形成的Ti層(200埃厚)．在此示例中下電極16具有雙層結(jié)構(gòu)，是由第一層21的Pt和第二層23的Pt3Pb金屬間化合物(組分為Pt-25原子％Pb)組成的。下電極的第一層21(1000埃厚)是將襯底加熱至300℃用濺射形成的。下電極的第二層23(1000埃厚)也是將襯底加熱至300℃用濺射形成的。濺射是用一臺雙濺射設(shè)備來完成的，它有Pt和Pb兩個可同時操作的靶，并可獨(dú)立控制各個靶的濺射速率。
鐵電薄膜30是由組分為Pb(Zr0．52Ti0．48)O3的PZT在襯底保持在室溫下濺射而成的(厚約1000埃)。帶有淀積層的襯底要經(jīng)受晶化熱處理。此項熱處理是在低氧濃度的氣氛中進(jìn)行的650℃2分鐘的快速熱退火(RTA)。
然后形成雙層結(jié)構(gòu)的上電極17．它是由第一層40(鄰近鐵電層)和第二層44組成的。上電極的第一層40(1000埃厚)是用與下電極的第二層23相同的方法從Pt3Pb制成的。第二層44是用與下電極第一層21相同的方法由Pt濺射而成的。
圖10是此示例的鐵電電容器X射線衍射分析的結(jié)果。X射線衍射分析是在鐵電薄膜30形成前或是在由Pt3Pb金屬間化合物形成下電極第二層后進(jìn)行的。在取向主要沿(111)面的Pt層的影響下，Pt3Pb層的取向也強(qiáng)烈地沿(111)面。Pt3Pb的晶格常數(shù)為4．03-4．04埃，Pt的晶格常數(shù)為3．91埃。
圖11表示下電極第二層23的晶格常數(shù)隨Pb含量的變化。無論P(yáng)b含量多少，下電極第二層23(Pt3Pb金屬間化合物層)的晶格常數(shù)大于下電極的第一層21(Pt層)。前者的晶格常數(shù)接近于鐵電薄膜PZT．下電極第二層23或Pt3Pb金屬間化合物層的晶格常數(shù)，若在室溫下形成的用符號●表示，若在300℃下形成的則用符號○表示。下電極第一層或Pt層的晶格常數(shù)，若是在室溫下形成的用符號△表示，若是在300℃下形成的則用符號▲表示。圖11中的影線區(qū)表示鐵電薄膜PZT的晶格常數(shù)值。
淀積的鐵電薄膜經(jīng)過晶化熱處理后，進(jìn)行X射線衍射分析。發(fā)現(xiàn)PZT鐵電層強(qiáng)烈地沿(111)面取向，晶格常數(shù)為4．04埃。
圖12是下電極和鐵電薄膜原子排列的示意圖。下電極的第一層(Pt)和第二層(Pt3Pb)以及鐵電薄膜PZT都強(qiáng)烈地沿(111)面取向，故均取圖12所示的原子排列。在圖12中示意表示出了每一層按(111)面的原子排列。在此圖中，110表示氧原子，102表示Pb原子，101表示Pt原子。
在此示例中，Pt、Pt3Pb和PZT的晶格常數(shù)分別為3．91埃、4．04埃和4．04埃。因此，在(111)面上它們具有最接近的原子間距，分別為2．76埃、2．85埃和2．85埃。由于Pt與PZT晶格常數(shù)之差約為3．9％，如果PZT直接形成在Pt下電極上，由于這一差別就會在界面處產(chǎn)生應(yīng)力。界面處的這一應(yīng)力是引起鐵電特性退降的原因之一。另一方面，Pt3Pb和PZT的晶格常數(shù)實質(zhì)上沒有差別；因此，如果與PZT直接接觸的電極，按照此示例的做法，由Pt3Pb制成，界面處就沒有應(yīng)力產(chǎn)生。
再者，由于上電極的第一層由Pt3Pb制成，如示例1所證明的，就能防止氫引起極化特性的退降。此外，在鐵電薄膜的上、下界面消除了晶格應(yīng)變，就使疲勞特性得到了很大改善，如示例1所示。
在此示例中，上電極為雙層結(jié)構(gòu)，第一層為Pt3Pb，第二層是Pt。由Pt制成上電極的第二層則產(chǎn)生如下的效果。上電極是在形成上電極膜后腐蝕而成的。在腐蝕期間，Pt3Pb膜會退化，并且由于腐蝕所用的抗蝕材料和鹵素氣體會使上電極與引線間的接觸惡化。上電極的第二層由Pt制成就保護(hù)了Pt3Pb，并防止在腐蝕和隨后除抗蝕劑的灰化工序中膜的形貌變壞。在此示例中，上電極的第二層是由Pt制成的；然而，也可用W、Ta、Ir、Ru、Pd、Ni和Cu，其效果是一樣的。
Pt3Pb能防止Pb在PZT晶化熱處理期間由PZT向電極擴(kuò)散。由于防止Pb擴(kuò)散的效應(yīng)以及上述的減小界面應(yīng)變和產(chǎn)生強(qiáng)烈取向的效應(yīng)，就能防止電極界面附近出現(xiàn)退化層(這個退化層是極化特性變壞的一個原因)。為此，在此示例中PZT鐵電薄膜的厚度可薄至800埃。這樣薄的PZT鐵電層就可在低電壓下驅(qū)動來進(jìn)行存儲。此外，防止因氫還原而引起退降的效應(yīng)也能保護(hù)鐵電薄膜在含氫的互連工序中特性不致變壞。因此，鐵電電容器可用在具有多級互連結(jié)構(gòu)的邏輯電路中。
由于上述效應(yīng)，此示例中的鐵電電容器保有低矯頑電場(Ec)和高剩余極化(Pr)值，所以不易受工藝過程的影響而致性能退降。鐵電電容器有助于實現(xiàn)低電壓驅(qū)動的存儲器。而且鐵電電容器即使經(jīng)過多次開關(guān)循環(huán)其Pr也幾乎沒有降低。
上述的鐵電電容器部分可用作非易失鐵電存儲器。利用其高介電特性也可用作DRAM電容器。
示例3圖13是此示例的鐵電電容器的剖面圖。它是由上電極25、鐵電薄膜30、下電極20、緩沖層15和襯底11構(gòu)成的。
襯底11是帶有熱氧化SiO2層的硅片。緩沖層15是將襯底加熱至300℃用濺射形成的Ti層(200埃厚)。在緩沖層15上面是用濺射形成的下電極20，它是Pt-Pb金屬間化合物薄膜(1000埃厚)。用燒結(jié)的Pt-25原子％Pb作濺射靶。濺射時襯底加熱至300℃。X射線衍射分析的結(jié)果表明，Pt-Pb金屬間化合物薄膜具有面心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)4．04埃，且強(qiáng)烈地沿(111)面取向。
鐵電薄膜30是由組分為Pb(Zr0．52Ti0．48)O3的PZT濺射而成的(厚約1200埃)，濺射時襯底溫度為室溫至450℃的范圍。帶有淀積層的襯底要經(jīng)受晶化熱處理，這是在氧氣氛下650℃2分鐘的快速熱退火(RTA)。上電極25(1000埃厚)是用與下電極20同樣的方法形成的Pt-Pb金屬間化合物制成的。
所得的鐵電電容器用TEM-EDX分析、SIMS分析和ICP分析進(jìn)行檢驗。發(fā)現(xiàn)有很少的Pb由PZT薄膜擴(kuò)散到上、下電極中。也發(fā)現(xiàn)PZT膜具有所需的組分并且沒有退化層。還發(fā)現(xiàn)由Pt3Pb金屬間化合物制成的上、下電極具有Ll2型結(jié)構(gòu)。在此示例中上、下電極層都是完全由金屬間化合物構(gòu)成的。然而，也可能出現(xiàn)一種情況，即在部分電極層中存在著金屬間化合物的晶粒。在這種情況下也能產(chǎn)生前述的同樣的效果。因此，這種情況也屬于本發(fā)明的范疇。而且，X射線衍射分析的結(jié)果表明，PZT薄膜強(qiáng)烈地沿(111)面取向。其原因在于下電極是沿(111)面取向的，其晶格常數(shù)與PZT接近，于是就形成了外延生長。由X射線衍射(各個峰的位置)和電子衍射得到的金屬間化合物(Pt3Pb)的晶格常數(shù)比只用Pt要大，它十分接近于PZT。顯然在下電極界面處的晶格應(yīng)變被消除，界面應(yīng)力受到抑制。由于上電極是由Pt3Pb金屬間化合物制成的，在上電極界面處鐵電電容器只有很小的應(yīng)力，因而在后面形成絕緣保護(hù)膜時有良好的抗氫特性。
由于上述這些效應(yīng)，此示例中的鐵電電容器保有低的矯頑電場(Ec)和高的剩余極化(Pr)。即使在多次開關(guān)循環(huán)后其Pr也幾乎沒有降低。
示例4
圖14是此示例的鐵電電容器的剖面圖。
襯底11和緩沖層15與示例1-3相同。在此示例中先形成緩沖層，然后與示例2相同形成Pt層(1000埃厚)。接著用濺射形成Pb層(100埃厚)。按照示例1同樣的方法形成PZT膜(1200埃厚)。最后，在氧氣氛中進(jìn)行650℃2分鐘的晶化熱處理(RTA)。在濺射形成Pt層、Pb層和PZT層時，襯底保持在300℃的恒溫下。在晶化熱處理期間Pb擴(kuò)散進(jìn)Pt層中。這樣形成的雙層結(jié)構(gòu)的下電極16如圖14所示。它是由第一層21的Pt和第二層23的Pt3Pb金屬間化合物構(gòu)成的。然后用濺射形成Pt層(1000埃厚)上電極27。于是就得到了所要的鐵電電容器。
在下電極16和PZT鐵電薄膜30形成后，對樣品進(jìn)行X射線衍射檢驗。發(fā)現(xiàn)它強(qiáng)烈地沿(111)面取向。這是由于Pt層直接形成在Ti緩沖層上，其間沒有中間層，因此Pt層的取向受到Ti緩沖層15取向的影響。如果在Ti緩沖層與Pt層間有另一種物質(zhì)的中間層，下電極16和鐵電層30就不會是強(qiáng)烈取向的。
由于上述這些效應(yīng)，此示例中的鐵電電容器保有低的矯頑電場(Ec)和高的剩余極化(Pr)。即使在多次開關(guān)循環(huán)后其Pr也幾乎沒有降低。
示例5圖17是此示例中鐵電存儲單元的示意剖面圖。
這個存儲單元是按如下方式制作的。在硅襯底61上形成源67和漏68。在此襯底上氧化形成SiO2層62(250埃厚)。在襯底的中部用圖形掩蔽來形成凸起的SiO2膜。在這個SiO2膜上用CVD法淀積多晶硅層(4500埃厚)。在整個表面上再氧化生成SiO2層62(250埃厚)。這樣就得到了MOS晶體管。與此MOS晶體管相應(yīng)的電容器是按如下方式制作的。首先，將襯底加熱到300℃以形成Ti緩沖層15(2000埃厚)。在此緩沖層上形成與示例結(jié)構(gòu)相同的鐵電電容器。它是由Pt3Pb下電極20、PZT鐵電薄膜30和Pt3Pb上電極25構(gòu)成的。這樣就得到了所要的鐵電存儲單元。漏68通過鋁或類似材料的導(dǎo)體171與Pt3Pb上電極相連(示意地示于圖17中)。在某種情況下，漏68可通過鋁或類似材料的導(dǎo)體171與Pt3Pb下電極相連。用這種方法就形成了所謂的1-MOS 1-電容器型鐵電存儲單元。
當(dāng)在鐵電電容器的上(或下)電極和下(或上)電極間施加大于矯頑電場的電壓時，這樣得到的鐵電存儲單元給出的剩余極化的極性就沿著外加電壓方向。若使剩余極化的方向相應(yīng)于狀態(tài)“0”或“1”，就可完成存儲器的寫入。通過探測電容器中累積的電荷隨鐵電滯后特性的變化也可以讀出“1”或“0”，這可通過施加大于矯頑電場的電壓來實現(xiàn)。鐵電存儲單元的電容器部分其電極是由本發(fā)明限定的材料制作的。因此，鐵電存儲單元具有高的極化值，反復(fù)使用后也很少退降。
在此示例中談到的一種情況是將鐵電電容器用作半導(dǎo)體MOS管的電容器。將鐵電電容器形成在半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵上而構(gòu)成的鐵電存儲器也能產(chǎn)生上述同樣的效應(yīng)。
示例6圖18是此示例中具有鐵電存儲單元的半導(dǎo)體器件的示意圖。半導(dǎo)體器件具有的鐵電電容器(如示例1所示)呈二維排列，即下電極73a、73b、73c…與上電極71a、71b、71c…成直角交叉排列。如示例1那樣，每個電容器都是由Pt-Pb金屬間化合物上、下電極和PZT鐵電薄膜75構(gòu)成的。Ti緩沖層77形成在襯底79與下電極73a、73b…之間。
具有二維排列的鐵電電容器的一個單元的選取是通過存取電路從上電極選一個和從下電極選一個。驅(qū)動在電容器附近的晶體管(未示出)來施加電壓以進(jìn)行讀或?qū)憽４鎯卧褪沁@樣工作的。
示例7圖19是個概念圖，它表示此示例中具有鐵電存儲單元的超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)。單片邏輯電路由外部接口301、CPU302和鐵電存儲器303組成。CPU302由地址單元305、執(zhí)行單元306、指令單元307和低頻單元(bass unit)308組成。CPU302通過低頻單元308與鐵電存儲器交換信息。大規(guī)模集成電路系統(tǒng)通過外部接口301與外部信息設(shè)備(未示出)交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通訊可通過互連，也可通過電波或紅外線而不用互連。鐵電存儲器303往常需要一個只讀存儲器ROM(儲存程序)和一個隨機(jī)存取存儲器RAM(隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù))。通常，ROM是EPROM，而RAM是DRAM。換言之，需要不止一種存儲器。相反，在此示例中鐵電存儲器303獨(dú)自構(gòu)成了必要的單元。鐵電存儲器是非易失性的，能夠高速讀寫。因此它兼有ROM和RAM的功能。用鐵電存儲器獨(dú)自構(gòu)成存儲單元就能夠按照需要安排ROM和RAM的區(qū)域。這種鐵電存儲單元具有示例1所示的電容器結(jié)構(gòu)。上電極為Pt3Pb；因而幾乎不會受到氫的影響而退降，膜的疲勞特性也是優(yōu)良的。在形成鐵電電容器后，即使重復(fù)多次互連工藝過程，在超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)中得到的鐵電存儲器的極化特性也沒有變壞。
示例8圖20是個概念圖，，它表示此示例中具有鐵電存儲單元的無接觸型IC卡。接觸型IC卡201由發(fā)送-接收裝置202、帶有內(nèi)置存儲器的微機(jī)芯片204和天線線圈205組成。天線線圈205接收由外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元203送來的電波(包含數(shù)據(jù)207)。接收的電波被轉(zhuǎn)換成電壓，通過發(fā)送-接收單元202依次驅(qū)動微機(jī)芯片204。數(shù)據(jù)207也被反向送回外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元203。微機(jī)芯片204具有本發(fā)明的鐵電存儲單元206。在此示例中鐵電存儲單元206中的PZT鐵電薄膜厚為1000?；蚋?，使之可被較低的電壓驅(qū)動。
如上所述，如果上電極由Pt-Pb金屬間化合物來制作就能保護(hù)PZT不會因氫而退降。因此，能夠提供極化特性不會退降的鐵電存儲器。也能夠提供鐵電存儲器，它的PZT與電極界面處具有低的應(yīng)變，反復(fù)極化和翻轉(zhuǎn)不會使之退降。如果下電極也由Pt-Pb金屬間化合物來制作，就能大大減少Pb由PZT向電極的擴(kuò)散，因而能夠防止在鐵電薄膜中形成退化層。也如同上電極那樣，能夠形成幾乎沒有應(yīng)變的界面。所以能夠形成高取向的PZT，不會因開關(guān)循環(huán)而致退降。這樣就能提供極化特性優(yōu)良的鐵電存儲器。
按照本發(fā)明，能夠防止在鐵電存儲器的鐵電薄膜中形成退化層。按照本發(fā)明，也能提供電極材料使在鐵電薄膜與電極界面處有較低的應(yīng)力。按照本發(fā)明，還能得到具有高極化值且不易因反復(fù)使用而退降的鐵電存儲器。
本發(fā)明可用于鐵電存儲器，特別是非易失性鐵電存儲器(FeRAM)，具有非易失性存儲器的超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)，以鐵電材料做電容器的DRAM為代表的半導(dǎo)體器件以及具有所說的器件的電子設(shè)備，如IC卡。
權(quán)利要求
1．一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電電容器，其特征在于所述鐵電薄膜是由含有一種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物制成的，而所述上電極含有由所說的金屬元素和一種貴重金屬組成的金屬間化合物。
2．一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電電容器，其特征在于所述鐵電薄膜是由含有一種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物制成的，而所述上電極和下電極都含有由所說的金屬元素和一種貴重金屬組成的金屬間化合物。
3．一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電電容器，其特征在于所述鐵電薄膜是由含有一種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物制成的，而所述上電極或下電極至少有一個具有多層結(jié)構(gòu)，它是由含有所說的金屬元素與一種貴重金屬組成的金屬間化合物層及所說的貴重金屬層依次交疊而成的，且前者鄰近鐵電薄膜界面。
4．一種由襯底、緩沖層、下電極和鐵電薄膜依次疊置而成的鐵電電容器，其特征在于所述緩沖層是由過渡金屬或其氮化物制成的，所述鐵電薄膜是由含有一種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物制成的，而所述下電極含有由所說的金屬元素與一種貴重金屬組成的金屬間化合物。
5．根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的鐵電電容器，其中所說的貴重金屬是Pt，所說的金屬間化合物是由Pt和Pb組成的，其Pb的組分≤50原子％，所說的過渡金屬是Ti。
6．一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電電容器，其特征在于所述鐵電薄膜是由含有一種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物制成的，而所述上電極是由Pt和組分范圍為10原子％至50原子％的Pb組成的物質(zhì)制成的。
7．根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的鐵電電容器，其中所說的金屬間化合物具有Ll2型晶體結(jié)構(gòu)，分子式為Pt3Pb。
8．根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的鐵電電容器，其中所說的金屬間化合物具有基于面心立方晶格的晶體結(jié)構(gòu)。
9．根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的鐵電電容器，其中所說的下電極具有基于面心立方晶格的晶體結(jié)構(gòu)，其取向主要沿(111)面、(100)面或(110)面。
10．根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的鐵電電容器，其中所說的鐵電薄膜和下電極的取向主要沿(111)面、(100)面和(110)面。
11．一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電電容器，其特征在于所說的下電極是由雙層結(jié)構(gòu)組成的，第一層是具有面心立方晶格的金屬，第二層是含有所說金屬的合金，兩層間晶格常數(shù)之差≤3．5％。
12．一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電電容器，其特征在于所述下電極或下電極至少有一個具有面心立方基本晶格結(jié)構(gòu)，且所說的下電極與鐵電薄膜間的晶格常數(shù)之差≤1％。
13．一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電電容器，其特征在于所述上電極或下電極中至少有一個具有面心立方基本晶格結(jié)構(gòu)，且所說的下電極與鐵電薄膜間的晶格常數(shù)之差≤1％。
14．根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的鐵電電容器，其中所說的鐵電薄膜厚度≤1000埃。
15．一種鐵電存儲單元，其中根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項的所定義的鐵電電容器形成在半導(dǎo)體場效應(yīng)管的柵上。
16．一種鐵電存儲單元，其中根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項的所定義的鐵電電容器形成為半導(dǎo)體MOS部分的電容器。
17．一種具有權(quán)利要求15或16所定義的鐵電存儲單元的半導(dǎo)體器件。
18．一種具有權(quán)利要求15或16所定義的鐵電存儲單元的系統(tǒng)大規(guī)模集成電路。
19．一種具有權(quán)利要求15或16所定義的鐵電存儲單元的IC卡。
全文摘要
這里揭示了由上電極、鐵電薄膜和下電極構(gòu)成的鐵電電容器和具有鐵電電容器的電子器件,特征在于所述鐵電薄膜為鈣鈦礦型的含Pb氧化物,而上電極和下電極含有Pt和Pb的金屬間化合物。本發(fā)明是為解決下述問題而設(shè)計的。在常規(guī)非易失性鐵電存儲器中,在PZT與電極的界面附近產(chǎn)生退化層。在電極與鐵電薄膜界面處產(chǎn)生應(yīng)力。退化層和界面應(yīng)力使鐵電電容器的初始極化特性變壞,并且在多次開關(guān)循環(huán)后極化特性會嚴(yán)重退降。
文檔編號H01L21/28GK1292931SQ98814030
公開日2001年4月25日 申請日期1998年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月22日
發(fā)明者藤原徹男, 生田目俊秀, 鈴木孝明, 東山和壽 申請人:株式會社日立制作所