專利名稱：具有Ir－Ru合金電極的鐵電電容器和鐵電存儲器以及制造它們的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及鐵電電容器和鐵電存儲器。更具體地說，本發(fā)明涉及用于鐵電電容器底部電極的合金組分，而該電容器可用于鐵電存儲器。
背景技術(shù)：
鐵電隨機存取存儲器(FRAM)是一種保存存儲數(shù)據(jù)而不需要保持設備電源的非易失存儲器。FRAM的存儲器單元(又稱存儲節(jié)點)通常使用具有底部電極、頂部電極以及置于上述兩者之間鐵電層的鐵電電容器。該鐵電層由能夠呈現(xiàn)自發(fā)電極化的鐵電材料制成，在沒有電源的情況下，所述自發(fā)電極化能夠維持并且通過施加合適的電場而能使該自發(fā)電極化的方向倒轉(zhuǎn)。所以，給定的存儲器單元的鐵電層的極化方向?qū)跀?shù)據(jù)存儲狀態(tài)。


圖1說明傳統(tǒng)的鐵電電容器，其中包括銥(Ir)底部電極102，鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽(PZT)鐵電層104以及頂部電極106。美國專利申請第2003/0112649號公開了一種具有鐵電電容器的鐵電存儲器，該電容器的底部電極是Ir層或釕(Ru)層。美國專利第6368910號公開了一種具有鐵電電容器的鐵電存儲器，該電容器的底部電極是鉑(Pt)層、Ir層或Ru層。美國專利第2003/0112649號和美國專利第6368910號的全部內(nèi)容在此作為參考。
然而，本發(fā)明人觀察到將Pt層、Ir層或Ru層用作底部電極會導致底部電極上淀積的PZT鐵電層具有粗糙的表面，與平滑的PZT表面相比，PZT層較粗糙的表面呈現(xiàn)較差的薄膜質(zhì)量。特別是在通過有機金屬化學氣相淀積法(MOCVD)在Ir、Ru或Pt電極層上淀積PZT鐵電層的時候，觀測到所述表面的這種粗糙度。具有較粗糙表面的PZT層的相對較差的薄膜質(zhì)量，能夠?qū)е卤憩F(xiàn)為較大漏電流形式的鐵電電容器性能的降低，例如，在相應FRAM中其能夠?qū)е螺^大的電力損耗和/或較差的存儲信息保持力。所以，在所述裝置中，需要厚度較大的鐵電層以獲得可接受的性能。另外，在希望底部電極層包括導電氧化物的實例中，銥氧化物的淀積是很難的。而且，由于Ir或Pt的成本高，所以，整個底部電極的使用這些金屬成本很高。
發(fā)明概述在一個方面，一種典型的鐵電電容器包括包含Ir和Ru合金的第一電極；在第一電極上設置的鐵電層；以及在鐵電層上設置的第二電極。
在另一方面，一種鐵電存儲器，其包括基底；以及基底上排列的多個存儲器單元，每一存儲器單元包括包含Ir和Ru合金的第一電極；在第一電極上設置的鐵電層，以及在鐵電層上設分的第二電極。
在又一方面，一種制作鐵電電容器的方法，其中包括形成包含Ir和Ru合金的第一電極；在第一電極上形成鐵電層；以及在鐵電層上形成第二電極。
在再一方面，一種制作鐵電存儲器的方法，其中包括在基底上形成多個存儲器單元。每一存儲器單元包括包含Ir和Ru合金的第一電極；在第一電極上設置的鐵電層，以及在鐵電層上設置的第二電極。
第一電極的合金是多相合金，多相合金的第一相和第二相都包含Ir和Ru。
附圖的簡要說明結(jié)合附圖，通過下列本發(fā)明的典型實施例進行說明，使得本發(fā)明的上述和其他特征及優(yōu)點變得更加顯而易見，并且，本發(fā)明并不限于所述典型實施例。應該注意，并非所有可能的本發(fā)明的實施例必須顯示出在此說明的每一和各個或任一優(yōu)點。
圖1是傳統(tǒng)鐵電電容器的示意性說明。
圖2是典型的鐵電電容器的示意性說明。
圖3A和3B是典型的鐵電存儲器單元的示意性說明。
圖4A和4B分別說明在后期退火之前和之后，使用Ir底部電極的鐵電電容器的P-V滯后曲線。
圖5A和5B分別說明在后期退火之前和之后，具有Ru0.8Ir99.2電極的典型鐵電電容器的P-V滯后曲線。
圖6A和6B分別說明在后期退火之前和之后，使用Ru28.0Ir72.0底部電極的典型鐵電電容器的P-V滯后曲線。
圖7A和7B分別說明在后期退火之前和之后，使用Ru37.4Ir62.6底部電極的典型鐵電電容器的P-V滯后曲線。
圖8A和8B分別說明在后期退火之前和之后，使用Ru42Ir58底部電極的典型鐵電電容器的P-V滯后曲線。
圖9A和9B分別說明在后期退火之前和之后，使用Ru48.5Ir51.5底部電極的典型鐵電電容器的P-V滯后曲線。
圖10A和10B分別說明在后期退火之前和之后，使用Ru73Ir27底部電極的典型鐵電電容器的P-V滯后曲線。
圖11A和11B分別說明在后期退火之前和之后，使用Ru90Ir10底部電極的典型鐵電電容器的P-V滯后曲線。
圖12A和12B分別說明在后期退火之前和之后，使用Ru底部電極的典型鐵電電容器的P-V滯后曲線。
圖13示出了具有不同底部電極組成的四個鐵電電容器的剩余極化測量結(jié)果，該剩余極化是疲勞周期數(shù)的函數(shù)。
圖14示出圖13涉及的疲勞樣品剩余極化率。
圖15說明氧環(huán)境中抗高熱退火的高阻抗。
圖16說明不同平均組成的Ir-Ru合金樣品的x線衍射數(shù)據(jù)。
實施方案在一實施例中，提供一種鐵電電容器。圖2說明一種典型的鐵電電容器200。該鐵電電容器200包括第一電極202(所示排列的底部電極)，該第一電極包含Ir和Ru合金。所述鐵電電容器200還包含在第一電極202上設置的鐵電層204和在鐵電層204上設置的第二電極(所示排列的頂部電極)206。
Ir和Ru合金具有平均組成RuxIr1-x，其中x處于30～70原子％范圍中。在這點上，該平均組成被認為是Ir和Ru的平均混合比，該范圍內(nèi)形成的Ir-Ru合金，可以是包含具有不同組成的顆粒的多相合金，而不是單相合金。
Ir和Ru合金是多相合金，該多相合金的第一相和第二相都包含Ir和Ru。電極202所用的Ir和Ru合金，具有平均組成RuxIr1-x，其中x在35～55原子％范圍內(nèi)，大致與富Ir和富Ru固溶體之間的多相區(qū)域邊界對應，例如，如同ASM Handbook Volume3合金相圖，1992，ASM international出版的Ir-Ru二元合金相圖所說明的那樣，故把該相圖列于此作為參考。希望具有平均Ru濃度為35～55原子％(相應于Ir-Ru二元相圖的多相區(qū)域外推至室溫)范圍內(nèi)的Ir-Ru合金是一種具有立方結(jié)構(gòu)的富Ir固溶體的alpha(α)相顆粒與具有六角密積結(jié)構(gòu)(HCP)的富Ru固溶體的beta(β)相顆粒的混合物。每一顆粒自身具有特殊結(jié)構(gòu)和組成。例如，作為非限制性實施例，α顆粒具有Ru35Ir65的平均組成并具有HCP結(jié)構(gòu)，β顆粒具有Ru55Ir45的平均組成并具有HCP結(jié)構(gòu)。如果以Ir＞＞Ru形成Ir和Ru合金，那么Ru簡單地分散在Ir矩陣中，形成單相，富Ir固溶體。另一方面，如果Ru＞＞Ir，那么Ir簡單地分散在Ru矩陣中，形成單相的富Ru固溶體。
優(yōu)選的是，底部電極202的Ir-Ru合金具有RuxIr1-x的平均組成，其中x處于35～50原子％的范圍內(nèi)。更優(yōu)選的是，底部電極202的Ir-Ru合金具有RuxIr1-x的平均組成，其中x處于35～45原子％的范圍內(nèi)。尤其優(yōu)選的是，底部電極202的Ir-Ru合金具有約Ru40Ir60(例如40％Ru±2％)的平均組成。應該理解，在此所公開的底部電極202能夠包含除Ir和Ru之外的其他成分。例如，另外的金屬元素和/或非金屬元素(例如，氧)能夠包含在底部電極202中，如果希望，其也屬于包含Ir和Ru合金的電極的范圍內(nèi)。通過任一合適的技術(shù)來制作底部電極202，例如從分離的靶到基底(未示出)上的共同濺射、來自于單一合金靶的濺射、化學氣相淀積(CVD)或原子層淀積，或通過不限于本領域技術(shù)人員已知的那些傳統(tǒng)的合適技術(shù)。
鐵電層204是任一合適的材料，諸如鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽(PZT)也稱作PbZrTiO3(然而未必限制如此組成)、鍶-鉍-鉭酸鹽(SBT)也稱作SrBiTa2O9(盡管未必如此組成)、鉍-鑭-鈦酸鹽(BLT)也稱作(BiLa)4Ti3O12(雖然未必如此組成)或者鋇-鍶-鈦酸鹽(BST)也稱作BaSrTiO3(雖然未必如此組成)。能夠使用任一合適的技術(shù)來制作鐵電層204，例如濺射、CVD(包括有機金屬CVD)、有或沒有在氧氣環(huán)境中的后期退火處理、或通過不限于本領域技術(shù)人員已知的那些傳統(tǒng)的合適技術(shù)。頂部電極206可用任一合適的導電材料，例如Al、Ir、IrO2、Ir和IrO2的組合，Ru、RuO2、Ru和RrO2的組合，Pt或在此所述的Ir-Ru合金，并能夠通過任一合適的技術(shù)，例如濺射或CVD來形成頂部電極206。底部電極202、鐵電層204以及頂部電極206能夠使用任一合適的厚度和側(cè)向尺寸，本領域的普通技術(shù)人員根據(jù)希望使用的鐵電電容器200就能夠進行厚度和側(cè)向尺寸的選擇。
在另一實施例中，提供一種包括基底和基底上設置多個存儲器單元的鐵電存儲器，每一存儲器單元包括包含Ir和Ru合金的第一電極；設置在第一電極上的鐵電層；以及設置在鐵電層上的第二電極。圖3A說明示出典型存儲器電源的剖面圖中的典型鐵電存儲器300的一部分。該存儲器單元設置在基底310上并且包含晶體管結(jié)構(gòu)和鐵電電容器結(jié)構(gòu)。特別地，該晶體管結(jié)構(gòu)包括設置在基底310(例如，半導體基底諸如硅)上的漏極區(qū)域312和源極區(qū)域314，和設置在漏極區(qū)域312和源極區(qū)域314之上和之間的柵極氧化物316(例如，SiO2、Ta2O5或其他合適的絕緣體)以及柵電極318(例如，Al、Pt、W或其他合適的導體材料)。第一絕緣層320(例如，SiO2或其他絕緣材料)包圍著柵極氧化物316和柵電極318。
該存儲器單元還包括諸如圖2所示那樣的鐵電電容器326，該電容器包括第一電極302(底部電極)，其中包含Ir和Ru合金；設置在第一電極302上的鐵電層304；以及設置在鐵電層304上的第二電極306(頂部電極)。例如，鐵電層304和頂部電極306能夠以與圖2中鐵電電容器200所述的同樣材料和組成來形成。與頂部電極306一樣，底部電極302能夠以與圖2中鐵電電容器200所述的相同的Ir-Ru合金平均組成來形成。接觸插頭322(例如由W、Ru、Ru/RuO2、TiN、多晶硅或任一合適的導體制成)使得底部電極302和源極區(qū)域314之間電接觸。板線(plate line)330(例如，Al、Pt或其他合適的導電材料)電連接到頂部電極306上。如果希望，也能夠在接觸插頭322和底部電極320之間提供阻擋層324(例如由TiN、TiSiN、TiAlN制成)。如上所述，第二絕緣層328(例如，SiO2或其他絕緣材料)包圍鐵電電容器326。如本領域技術(shù)人員所熟知的那樣，字線(未示出)能夠連接到柵電極318上，并且位線(未示出)能夠連接到漏極312上。對于底部電極302、鐵電層304和頂部電極306來說，能夠使用任一合適的厚度和側(cè)向尺寸，本領域的普通技術(shù)人員可根據(jù)鐵電電容器300所希望的性能要求進行厚度和側(cè)向尺寸的選擇。
使用本領域技術(shù)人員已知的傳統(tǒng)技術(shù)，例如結(jié)合于此作為參考的美國專利第6337216和6605835中所公開的技術(shù)，可以制作鐵電存儲器300。例如，用于產(chǎn)生柵極氧化物316的絕緣層和用于柵電極的金屬化層，能夠使用任一合適的淀積技術(shù)，在基底310上淀積。然后，進行平板印刷圖案成型(lithographic patterning)和蝕刻，以制成柵電極318和柵極氧化物216。然后，使用柵電極318作為自調(diào)整掩模(self-aligned mask)來進行離子注入，以便形成源極區(qū)域314和漏極區(qū)域312(用合適的掩模以防止其他區(qū)域被注入)。然后，進行圖案成型(patterning)和金屬化，以形成分別連接到柵電極318和源極區(qū)域314的字線和位線。然后，在基底上淀積絕緣材料以形成第一絕緣層320，通過化學-機械拋光(CMP)處理該第一絕緣層320以提供平滑的表面。
然后，通過平板印刷圖案成型和蝕刻，在絕緣層320中形成接觸插頭322的通孔，并且通過任一合適的技術(shù)(例如，濺射、蒸發(fā)、CVD)而將諸如上述那些合適的材料加以淀積，以形成接觸插頭322和阻擋層324。在其上淀積有插頭和阻擋材料的絕緣層320，并進一步通過CMP加工以產(chǎn)生平滑的表面。然后，通過上述技術(shù)，在絕緣層320的表面上(在接觸插頭322上)形成鐵電電容器326。然后，通過任何合適的技術(shù)(例如濺射、CVD)淀積第二絕緣層328以包圍鐵電電容器326。然后，通過CMP處理第二絕緣層328的表面，并將所得到的表面形成圖案和蝕刻，以便提供板線330以與頂部電極306相接觸。通過任一合適的技術(shù)(例如，濺射、蒸發(fā)、CVD)來淀積板線330以填充板線330的通孔。
圖3B說明圖3A所示存儲器單元的鐵電電容器326的另一實例。圖3B所示的三維鐵電電容器326’包括包含Ir和Ru合金的第一電極320’(底部電極)；在第一電極302’上淀積的鐵電層304’；以及在鐵電層304’上淀積的第二電極306’(頂部電極)。然而，與圖3A的實施例對比，第一和第二電極302’、306’以及鐵電層304’在至少兩個側(cè)壁和溝301’底上形成，因此，產(chǎn)生巨大的電容面積而沒有擴大單個電容器占據(jù)的表面面積。這些層的組成與圖3A的組成相同，并且包含定位在基底310’上的第一絕緣層320’內(nèi)的接觸插頭322’。當然，圖3A所示晶體管能夠與電容器結(jié)構(gòu)326’，或與另外的電路元件連接一起使用。
應當理解，圖3A和3B所說明的鐵電電容器以及最后得到的存儲器結(jié)構(gòu)是用于說明性的而不是限制性的。在任一利用鐵電電容器的FRAM結(jié)構(gòu)類型中使用在此公開的具有包括Ir和Ru合金的底部電極的鐵電電容器，既包括破壞性讀出(DRO)裝置和非破壞性讀出(NDRO)裝置。例如，在鐵電電容器中設置的晶體管柵極、底部電極淀積在柵極氧化物上的傳統(tǒng)FRAM配置中使用在此公開的鐵電電容器。
根據(jù)原子力顯微術(shù)(AFM)測量和以不同Ir和Ru混合比而制備的鐵電電容器樣品的極化滯后測量，來部分確定底部電極202/302的Ir和Ru最佳混合比。特別是，通過對具有100％Ir的底部電極樣品和具有100％Ru的底部電極樣品進行濺射，以在SiO2的基底上濺射底部電極而制作多個鐵電電容器樣品。通過對來自于分離的濺射源的Ir和Ru進行共同濺射來淀積另一底部電極。通過金屬有機化學氣相淀積(MOCVD)繼之在600℃的氧氣環(huán)境中，進行后期退火，在底部電極上淀積PZT鐵電層。底部電極層的厚度為大約100nm，并且PZT鐵電層的厚度大約為100nm。
通過在所述電極層上生成的電極材料薄膜(厚度為～100nm)和PZT薄膜(厚度為～100nm)兩者的表面特性通過AFM加以描述。關(guān)于電極材料表面和PZT層表面的AFM測量的平均表面光潔度、RMS表面光潔度以及峰谷表面光潔度的結(jié)果匯總于表I中。如表I所示，對于具有釕平均組成為37.4％、42％以及48.5％的底部電極來說，PZT層的RMS表面光潔度獲得了特別好的效果，所述37.4％、42％以及48.5％的釕平均組成位于Ir-Ru二元合金系統(tǒng)的多相區(qū)域內(nèi)。而且，AFM圖像的定性目視觀測表明在具有釕平均組成為37.4％和42％的底部電極上，生成的PZT層內(nèi)觀測到相對小的和非常均勻的粒度。同樣，從底部電極表面獲得的AFM圖像的定性目視測試表明，具有釕平均組成為42％的底部電極與其他的底部電極的表面相比，具有相對小的和非常均勻的顆粒。
表I

另外，對表I涉及的電極材料薄膜進行x光衍射測量，并將其數(shù)據(jù)在圖16中示出。使用Cu Kα輻射(1.5405波長)來獲得衍射測量值。如圖16所示，對于若干電極材料薄膜樣品，獲得了多相Ir-Ru合金即具有Ru平均濃度為28.0％、37.4％以及48.5％的電極材料薄膜樣品，具有Ru平均濃度為0.8％的電極材料薄膜顯示出與富Ir固溶體—致的x光衍射圖。另外，具有平均Ru濃度為73％和90％的電極材料薄膜顯示出與富Ru固溶體一致的x光衍射圖。所以，位于Ir-Ru平衡相圖的多相區(qū)域內(nèi)的平均組成獲得了多相Ir-Ru合金薄膜。另外，在平衡相圖所識別的多相區(qū)域之外的區(qū)域，例如，在多相區(qū)域的富Ir一側(cè)獲得了多相合金材料。如在此所討論的那樣，可以相信在Ir-Ru底部電極生成期間，多相材料的有核顆粒能夠防止任意給定合金相的基本顆粒的生成，從而提供較小的和更加均勻的顆粒?？梢韵嘈潘鲚^小的和更加均勻的顆粒能夠?qū)е略谒鲭姌O層上生成的鐵電層具有更加平滑的表面。
另外，對每一上述樣品后期退火處理之前和之后測量極化電壓滯后曲線。圖4A-12B示出了這些測量的結(jié)果。如本領域技術(shù)人員已知的那樣，與較銳利的端點相反，所述滯后曲線鈍的端點表示鐵電層中的去極化和電流漏泄。另外，滯后曲線中零電壓處的中斷，表示起因于不完全補償和電荷屏蔽的去極化。如圖4A-12B所示，具有Ru平均組成為37.4％和42％的底部電極樣品獲得了特別好的鐵電性能。具有平均Ru組成為28％、48.5％、73％和90％的底部電極樣品也具有良好的鐵電性能。
為了在金屬電極和PZT材料之間提供良好的接觸面，通常，使用后期退火。在許多情況中，PZT基電容器如果不進行后期退火就要遭受蓋印(也就是，滯后循環(huán)的移位)和高的矯頑磁場?？梢韵嘈牛@是起因于頂部電極和PZT層之間的不良接觸。當在頂部電極淀積之后進行蝕刻處理或用氫進行鈍化處理時，為補償特別是環(huán)繞電容器周長的某一區(qū)域中的PZT層的損壞，通常利用氧氣進行后期退火處理。以本領域技術(shù)人員所熟知的合適方式來執(zhí)行后期退火，例如，在連續(xù)氧氣流下進行600℃、1或2分鐘的快速加溫退火(RTA)。
另外，測量具有Ir-Ru合金底部電極的若干鐵電電容器的疲勞特性。特別是，如圖13所示，測量三個樣品和一個具有純Ir的底部電極樣品的剩余極化，該剩余極化是疲勞周期的函數(shù)。圖14概括了這些測量結(jié)果，圖14說明了作為底部電極平均組成函數(shù)的1011疲勞周期之后，所保留的正負剩余極化的百分比。如圖14所示，與具有純銥底部電極的樣品相比，具有Ir-Ru合金底部電極的樣品能夠獲得良好的結(jié)果。
考慮到上述內(nèi)容，在此所述的具有Ir-Ru合金底部電極的鐵電電容器和使用所述鐵電電容器的FRAM，具有超過傳統(tǒng)裝置的優(yōu)點，所述傳統(tǒng)裝置使用由純Ir、Ru或Pt制作的底部電極。首先，使用Ir-Ru合金底部電極能夠?qū)е略谄渖仙删哂衅交砻嬉约拜^小的和更加均勻的粒度的鐵電層。特別是，對于具有Ru平均濃度為35-55原子％的Ir-Ru合金底部電極來說，多相顆粒能在生成所述底部電極期間成核，并且所述成核現(xiàn)象抑止了任一給定相的基本顆粒的生成。因此，所述底部電極上生成的鐵電層也能夠具有較小的和更加均勻的顆粒，這樣使得鐵電層具有平滑的表面。向鐵電層提供平滑表面的能力可以允許將鐵電層變薄，該能力進一步允許增加給定存儲器芯片上的鐵電存儲器單元的密度。所以，使用在此所述的Ir-Ru合金底部電極有利于增加FRAM的存儲密度。
另外，由于在某些實施例中，底部電極中多相的存在抑止了底部電極中顆粒的生成，因此，可以相信，鐵電層的加工溫度和材料組成方面允許較寬的處理范圍。
另外，在此所述鐵電電容器中使用的Ir-Ru合金底部電極能夠減少漏電流，并且與具有純Ir或純Ru底部電極的傳統(tǒng)鐵電電容器相比，能夠減少疲勞。此外，底部電極使用Ir-Ru合金成本優(yōu)于底部電極使用貴重的純Ir的成本。
另外，希望在底部電極中包括氧化物部分，可以相信，Ir-Ru合金電極能夠提供所述電極的更多可預測的氧化性能。特別是，在SiO2基底上生成的Ru38Ir62/PZT的樣品上進行的X射線光電子光譜學(XPS)測量表明Ru38Ir62合金層中氧的含量高于純Ru的相同層的氧含量。這表明在Ir-Ru合金電極中可以增強氧的反應性，如果希望，其能夠?qū)е赂嗫深A測的氧化性能并且很好地控制氧化物形成。這是有利的，因為合金中存在的所述氧能夠減少相鄰PZT層之外的氧的擴散，這是由于氧的濃度梯度較小所致。該擴散減少的相鄰PZT層內(nèi)的氧產(chǎn)生空缺，該氧空缺可以以其他方式出現(xiàn)并且可以導致有害效果(例如，增加疲勞和損失保持力)。換句話說，所述包含氧的Ru-Ir合金能夠進一步穩(wěn)定相鄰的PZT層。圖15說明了四個不同樣品的AFM圖像，所述四個不同樣品包含由于在氧中退火而產(chǎn)生的表面氧化物(純Ir、富Ir的Ir-Ru合金、多相Ir-Ru合金以及富Ru的Ir-Ru合金)，并且，圖15也說明了在氧氣中后期退火期間，多相樣品(Ru∶Ir為～40∶60組成)具有不利于顆粒聚集的相對高的阻抗。可以相信，氧化物層的厚度小于約10nm。特殊氧化物化學計算法是不確定的(例如，在這些圖像中不能確定氧化物是一種還是RuOx、IrOx和/或IrRuOx的組合)。已知Ir-Ru組合能夠形成Ir(立方體)和Ru(HCP)相共存的多相合金。在熱處理之后，電極表面氧化通常能夠?qū)е螺^粗糙的表面，增大薄膜電阻，并且改變了淀積其上的PZT顆粒的成核現(xiàn)象。圖15說明了與從左邊數(shù)第三圖像中所示的多相組成(～Ru40Ir60)相比較的第一、第二和第四圖像中較為粗糙的表面和聚集生長(分別為純Ir，富Ir的Ir-Ru合金，以及富Ru的Ir-Ru合金)。圖15中聚集(亮點)具有高度為10nm范圍或更高的尺寸。僅具有Ru∶Ir約40∶60組成的多相Ir-Ru表面，在利用氧的熱處理下幾乎保持不變。
可以相信，第三種情況中的表面氧化物層是最薄的，因為基于先前的觀測，當氧化物層的厚度增加時，光潔度變高。另外，第三圖像中所說明的合金被認為包含一些遍及合金的氧，如上所述，能夠?qū)ο噜彽腜ZT層具有有利的穩(wěn)定效果。圖15說明了一些與表I不同之處。實施加溫退火以產(chǎn)生利用純Ir和若干Ir-Ru電極組成而獲得圖15的圖像。實施退火，其中這些電極具有與氧接觸的自有面。如在別處所解釋的那樣，在電極淀積之后附加的退火期間，這樣做是為了使得薄膜緊湊并且具有良好的結(jié)構(gòu)。如果通過化學反應方法諸如CVD或ALD而淀積電極，以便覆蓋提供較大的電容器面積的凹面和凸面結(jié)構(gòu)，希望使用氧的退火步驟以消除電極的剩余化學物。所以，即使在高溫退火的情況下，根據(jù)圖15的第三個圖像，保持平滑表面的電極光潔度是很明顯的。這與PZT淀積期間在Ir-Ru電極之外形成的氧化狀態(tài)是不同的。如上所述，如果電極被穩(wěn)定地氧化，那么該氧化層將趨向于阻擋形成PZT層期間從PZT層的八面體結(jié)構(gòu)中漏出的氧，并且防止在PZT晶格內(nèi)留有氧空隙。因此，圖15中的圖像說明了本發(fā)明特別有利于提供更加穩(wěn)定的PZT層以致于電容器在疲勞和保持力損失方面更加耐用。不具有Ru氧化狀態(tài)的電極強烈地影響氧擴散，以致于希望相鄰PZT層之外的氧的擴散對所述電極產(chǎn)生更壞的影響。根據(jù)本發(fā)明，一些氧化層中的自氧化和調(diào)整是Ir-Ru另一個優(yōu)點。
在此描述的實施例僅僅是說明性的，無論如何也不能認為是限制性的。通過所附權(quán)利要求而非先前的描述來給出發(fā)明的范圍，并且屬于權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有改變和變更均包含于此。
權(quán)利要求
1.一種鐵電電容器，其中包括含有Ir和Ru合金的第一電極；設置在第一電極上的鐵電層；以及設置在鐵電層上的第二電極。
2.權(quán)利要求1的鐵電電容器，其中，所述合金是多相合金，多相合金的第一相和第二相都包含Ir和Ru。
3.權(quán)利要求1的鐵電電容器，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于30～70原子％的范圍內(nèi)。
4.權(quán)利要求1的鐵電電容器，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于35～55原子％的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求1的鐵電電容器，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于35～45原子％的范圍內(nèi)。
6.權(quán)利要求1的鐵電電容器，其中，所述合金具有約為Ru40Ir60的平均組成。
7.權(quán)利要求1的鐵電電容器，其中，所述鐵電層包括鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽、鍶-鉍-鉭酸鹽、鉍-鑭-鈦酸鹽以及鋇-鍶-鈦酸鹽之一。
8.一種鐵電存儲器，其中包括基底；以及基底上設置的多個存儲器單元，每一存儲器單元包括含有Ir和Ru合金的第一電極，設置在第一電極上的鐵電層；以及設置在鐵電層上的第二電極。
9.權(quán)利要求8的鐵電存儲器，其中，所述合金是多相合金，多相合金的第一相和第二相都包含Ir和Ru。
10.權(quán)利要求8的鐵電存儲器，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于30～70原子％的范圍內(nèi)。
11.權(quán)利要求8的鐵電存儲器，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于35～55原子％的范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求8的鐵電存儲器，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于35～45原子％的范圍內(nèi)。
13.權(quán)利要求8的鐵電存儲器，其中，所述合金具有大約為Ru40Ir60的平均組成。
14.權(quán)利要求8的鐵電存儲器，其中，所述鐵電層包括鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽、鍶-鉍-鉭酸鹽、鉍-鑭-鈦酸鹽、以及鋇-鍶-鈦酸鹽之一。
15.權(quán)利要求8的鐵電存儲器，進一步包括設置在第二電極表面上的阻擋層，設置在阻擋層和鐵電層之間的第二電極。
16.一種制作鐵電電容器的方法，其中包括形成包含Ir和Ru合金的第一電極；在第一電極上形成鐵電層；以及在鐵電層上形成第二電極。
17.權(quán)利要求16的方法，其中，所述合金是多相合金，多相合金的第一相和第二相都包含Ir和Ru。
18.權(quán)利要求16的方法，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于30～70原子％的范圍內(nèi)。
19.權(quán)利要求16的方法，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于35～55原子％的范圍內(nèi)。
20.權(quán)利要求16的方法，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于35～45原子％的范圍內(nèi)。
21.權(quán)利要求16的方法，其中，所述合金具有約為Ru40Ir60的平均組成。
22.權(quán)利要求16的方法，其中，所述鐵電層包括鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽、鍶-鉍-鉭酸鹽、鉍-鑭-鈦酸鹽、以及鋇-鍶-鈦酸鹽之一。
23.權(quán)利要求16的方法，其中，包括通過濺射、化學氣相淀積以及原子層淀積之一來形成第一電極。
24.一種制作鐵電存儲器的方法，其中包括在基底上形成多個存儲器單元，其中每一存儲器單元包括含有Ir和Ru合金的第一電極，設置在第一電極上的鐵電層，以及設置在鐵電層上的第二電極。
25.權(quán)利要求24的方法，其中，所述合金是多相合金，多相合金的第一相和第二相都包含Ir和Ru。
26.權(quán)利要求24的方法，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于30～70原子％的范圍內(nèi)。
27.權(quán)利要求24的方法，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于35～55原子％的范圍內(nèi)。
28.權(quán)利要求24的方法，其中，所述合金具有RuxIr1-x的平均組成，x處于35～45原子％的范圍內(nèi)。
29.權(quán)利要求24的方法，其中，所述合金具有約為Ru40Ir60的平均組成。
30.權(quán)利要求24的方法，其中，所述鐵電層包括鉛-鋯酸鹽-鈦酸鹽、鍶-鉍-鉭酸鹽、鉍-鑭-鈦酸鹽、以及鋇-鍶-鈦酸鹽之一。
31.權(quán)利要求24的方法，包括，通過濺射、化學氣相淀積以及原子層淀積之一來淀積第一電極。
32.權(quán)利要求24的方法，其中，包括通過濺射、化學氣相淀積以及原子層淀積之一來形成第一電極。
33.權(quán)利要求24的方法，其中包括在第二電極表面形成阻擋層，所述第二電極設置在阻擋層和鐵電層之間。
全文摘要
一種鐵電電容器，其中包括包含Ir和Ru合金的第一電極；設置在第一電極上的鐵電層；以及設置在鐵電層上的第二電極。一種鐵電存儲器，包括基底和基底上設置的多個存儲器單元。每一存儲器單元包括含有Ir和Ru合金的第一電極；設置在第一電極上的鐵電層；以及設置在鐵電層上的第二電極。
文檔編號H01L27/10GK1728399SQ20041010388
公開日2006年2月1日 申請日期2004年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者申尚旻, 金錫必, 樸永洙, 李正賢, 具俊謨 申請人:三星電子株式會社