(57)【要約】  本発明の一実施形態は、ポリマー強誘電体メモリ装置のポリマー強誘電体層に引き起こされるダメージを、金属電極とポリマー強誘電体層との間の絶縁性の金属窒化物及び／又は金属酸化物層に過剰正孔を生成することによって低減する。交流バイアスの下で金属電極から注入される電子はポリマー強誘電体層にダメージを与えるものであるが、金属窒化物及び／又は金属酸化物における過剰正孔がこのような電子をトラップする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属電極層；
前記第１金属電極層に隣接する金属窒化物層；
前記金属窒化物層に隣接するポリマー強誘電体層；
前記ポリマー強誘電体層に隣接する金属酸化物層；及び
前記金属酸化物層に隣接する第２金属電極層；
を有する装置であって：
前記金属窒化物層及び前記金属酸化物層が、前記第１金属電極層及び前記第２金属電極層から注入される電子と再結合する過剰正孔を包含することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１金属電極層及び前記第２金属電極層がタンタルであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ポリマー強誘電体層がポリフッ化ビニリデンであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ポリマー強誘電体層がポリフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとのコポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記金属窒化物層が窒化タンタルであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記窒化タンタルが該窒化タンタル格子内に過剰正孔を生成するハフニウムでドーピングされていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記窒化タンタルがおよそ1020cm-3と1021cm-3との間の正孔密度を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記窒化タンタルが該窒化タンタル格子内に過剰正孔を生成する過剰窒素の存在下で堆積されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記窒化タンタルがおよそ1.8×1021cm-3と5.4×1021cm-3との間の正孔密度を有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記金属酸化物層が酸化タンタルであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記酸化タンタル層が該酸化タンタル格子内に過剰正孔を生成するハフニウムでドーピングされていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記酸化タンタルがおよそ1020cm-3と1021cm-3との間の正孔密度を有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記酸化タンタル層が該酸化タンタル格子内に過剰正孔を生成する過剰酸素の存在下で堆積されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記酸化タンタルがおよそ7×1021cm-3と2.1×1022cm-3との間の正孔密度を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
第１金属電極層を堆積する工程；
前記第１金属電極層に隣接する金属窒化物層を堆積する工程；
前記金属窒化物層に隣接するポリマー強誘電体層を堆積する工程；
前記ポリマー強誘電体層に隣接する金属酸化物層を堆積する工程；及び
前記金属酸化物層に隣接する第２金属電極層を堆積する工程；
を有する方法であって：
前記金属窒化物層及び前記金属酸化物層が、前記第１金属電極層及び前記第２金属電極層から注入される電子と再結合する過剰正孔を包含することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１金属電極層及び前記第２金属電極層がタンタルであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ポリマー強誘電体層がポリフッ化ビニリデンであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ポリマー強誘電体層がポリフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとのコポリマーであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属窒化物層が窒化タンタルであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記窒化タンタルを該窒化タンタル格子内に過剰正孔を生成するハフニウムでドーピングする工程をさらに有する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記窒化タンタルがおよそ1020cm-3と1021cm-3との間の正孔密度を有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記窒化タンタルを該窒化タンタル格子内に過剰正孔を生成する過剰窒素の存在下で堆積する工程をさらに有する請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記窒化タンタルがおよそ1.8×1021cm-3と5.4×1021cm-3との間の正孔密度を有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記金属酸化物層が酸化タンタルであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記酸化タンタル層を該酸化タンタル格子内に過剰正孔を生成するハフニウムでドーピングする工程をさらに有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記酸化タンタルがおよそ1020cm-3と1021cm-3との間の正孔密度を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記酸化タンタル層を該酸化タンタル格子内に過剰正孔を生成する過剰酸素の存在下で堆積する工程をさらに有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記酸化タンタルがおよそ7×1021cm-3と2.1×1022cm-3との間の正孔密度を有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
金属窒化物層；
前記金属窒化物層に隣接するポリマー強誘電体層；及び
前記ポリマー強誘電体層に隣接する金属酸化物層；
を有する装置であって：
前記金属窒化物層及び前記金属酸化物層が複数の電子トラップを包含することを特徴とする装置。
【請求項３０】
前記ポリマー強誘電体層がポリフッ化ビニリデンであることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記ポリマー強誘電体層がポリフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとのコポリマーであることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記金属窒化物層が窒化タンタルであることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記窒化タンタルが該窒化タンタル格子内に電子トラップを生成するハフニウムでドーピングされていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記窒化タンタルが該窒化タンタル格子内に電子トラップを生成する過剰窒素の存在下で堆積されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記金属酸化物層が酸化タンタルであることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３６】
前記酸化タンタル層が該酸化タンタル格子内に電子トラップを生成するハフニウムでドーピングされていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記酸化タンタル層が該酸化タンタル格子内に電子トラップを生成する過剰酸素の存在下で堆積されていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
金属窒化物層を堆積する工程；
前記金属窒化物層に隣接するポリマー強誘電体層を堆積する工程；及び
前記ポリマー強誘電体層に隣接する金属酸化物層を堆積する工程；
を有する方法であって：
前記金属窒化物層及び前記金属酸化物層が複数の電子トラップを包含することを特徴とする方法。
【請求項３９】
前記ポリマー強誘電体層がポリフッ化ビニリデンであることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ポリマー強誘電体層がポリフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンとのコポリマーであることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記金属窒化物層が窒化タンタルであることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記窒化タンタルを該窒化タンタル格子内に電子トラップを生成するハフニウムでドーピングする工程をさらに有する請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記窒化タンタルを該窒化タンタル格子内に電子トラップを生成する過剰窒素の存在下で堆積する工程をさらに有する請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記金属酸化物層が酸化タンタルであることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記酸化タンタル層を該酸化タンタル格子内に電子トラップを生成するハフニウムでドーピングする工程をさらに有する請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記酸化タンタル層を該酸化タンタル格子内に電子トラップを生成する過剰酸素の存在下で堆積する工程をさらに有する請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は強誘電体メモリに関し、より具体的には、強誘電材料の劣化を抑制することにより強誘電体メモリ装置の耐用年数を延ばすことに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、メモリ製造業者は次世代メモリ装置の研究開発を行っている。そのような開発の１つに、現行の不揮発性フラッシュメモリ技術を置き換えることを目的とする技術がある。フラッシュの後継メモリに重要な要素には、小型、低価格、低電圧動作、不揮発性、高密度、高速読み出し・書き込みサイクル、及び長寿命が含まれる。
【０００３】
現行のフラッシュ技術は90nm及び65nmプロセス世代までは存続すると予測されている。この存続の根拠の一部は、例えば、新たな記憶誘電体、コバルト及びニッケルのソース・ドレイン領域、相互接続階層の銅及び低誘電率材料、及びトランジスタゲート用の高誘電率材料である。しかしながら、その後は、特に不揮発性メモリに関しては、新メモリ材料及び技術が必要となる。
【０００４】
強誘電体メモリはこのようなフラッシュメモリを置き換えるための一技術である。強誘電体メモリ装置はフラッシュメモリの不揮発性と、読み出し・書き出し速度の高速化とを結合させるものである。端的に言えば、強誘電体メモリ装置は、印加電圧又は電界によって自発分極可能で、且つ電圧又は電界の除去後も分極を維持する強誘電体の使用によるものである。そのようなものとして、強誘電体メモリ装置は分極方向に応じて“1”又は“0”の２値でプログラミングされる。そして、メモリ装置の状態は読み出しサイクル中に検出可能である。
【０００５】
強誘電体メモリ機構で利用される有望な膜として２つの結晶性材料、すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（“PZT”）及びストロンチウム・ビスマス・タンタライト（“SBT”）が出現してきた。しかしながら、これらの材料は適当な強磁性を示すものの、何れも既存ＣＭＯＳプロセスに統合するには高いコストがかかる。
【０００６】
より最近の開発には強誘電性を示すポリマーを使用するものがある。ポリマー強誘電体メモリの作成には、正味の双極子モーメントを有するポリマー鎖が利用される。強誘電性ポリマー鎖を有するレイヤは金属線に挟み込まれ、金属線間のポリマー鎖の分極を変えることによってデータが記憶される。さらに、これらのレイヤ群を積層化（例えば、金属ワード線、強誘電性ポリマー、金属ビット線、強誘電性ポリマー、金属ワード線、等々）して記憶素子密度を向上することが可能である。ポリマー強誘電体メモリ装置はフラッシュ並みの書き込み速度に加え、マイクロ秒の初期読み出し速度を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ポリマーメモリ装置の金属窒化物電極及び金属酸化物電極内に電子トラップを生成した装置、及び生成する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
端的に言えば、本発明の一実施形態は、ポリマー強誘電体メモリ装置のポリマー強誘電体層に引き起こされるダメージを、金属電極とポリマー強誘電体層との間の絶縁性の金属窒化物及び／又は金属酸化物層に過剰正孔を生成することによって低減するものである。交流バイアスの下で金属電極から注入される電子はポリマー強誘電体層にダメージを与えるものであるが、金属窒化物及び／又は金属酸化物における過剰正孔がこのような電子をトラップする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ポリマーメモリ装置の金属窒化物電極及び金属酸化物電極内に電子トラップを作り出す実施形態について説明する。ここでは、図面に例示された実施形態について詳細に述べる。これらの実施形態はこれらの図面に関連付けて説明されるが、実施形態を開示図面に限定することを意図するものではなく、逆に、添付の請求項によって定められるように、実施形態の意図及び範囲内の全ての変形例、変更例及び均等物を含むことを意図するものである。
【００１０】
上述のように、強誘電体メモリ装置技術に関するこれまでの研究の大部分は、PZT及びSBTのような結晶性材料の選定が中心であった。しかしながら、より最近の傾向には強誘電性を示すポリマー鎖を利用することが含まれる。ポリフッ化ビニリデン（“PVDF”）はCH2基とCF2基を交互に有するフッ素重合体であり、水素原子とフッ素原子との間の相対電子密度が正味のイオン性双極子モーメントを生成するものである。図１は強誘電性ベータ型PVDF100を示しており、PVDF100は炭素鎖110と、交互且つ反対側の水素120及びフッ素130ペアとを含んでいる。特有のPVDFコポリマーはポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン（“PVDF-TrFE”）である。鎖における三フッ化エチレンC2HF3の付加（本質的にフッ素による水素の置換）は、強誘電性PVDFベータ型鎖の全体的な理論上のイオン性双極子モーメントを低減するが、結晶化の際に常誘電性PVDFアルファ型に対して強誘電性ベータ型を形成する可能性を増大させる。結晶性PVDF-TrFEポリマーは強誘電性であり、十分に高い電界（すなわち、強制場（coercive  field））内で切り替えられることが可能な残留分極が与えられる。分極はそれを用いて作られるメモリ装置において、分極方向に基づいて２進法の“0”状態及び“1”状態を記憶するのに利用可能である。
【００１１】
ポリマー誘電体を利用するメモリ素子は、能動要素（例えば、ＤＲＡＭのＭＯＳキャパシタに結合されたトランジスタ）を必要としないという意味で受動的と言える。強誘電性ポリマーを有する層を挟み込む金属線間のポリマー鎖の分極を変えることによってデータが記憶される。ポリマー強誘電体メモリセルに対する読み出し又は書き込みのために適当なワード線及びビット線に電圧を印加することによって、素子が外部から駆動される。このように構成されるので、読み出しサイクルは破壊的であり、メモリセルはＤＲＡＭのリフレッシュサイクルと同様に再度書き込まれなければならない。
【００１２】
図２は、単層のポリマー強磁性メモリ装置の上面図を示している。ビット線250乃至280及びワード線210乃至240がポリマー強誘電体層200を挟み込んでいる。重なり合ったビット線とワード線（例えば、ビット線250とワード線240）との間に電圧が印加されるとき、多数の動作方法が考えられる。比較的高電圧（例えば、およそ8Vと10Vとの間の範囲）は、ビット線250とワード線240との間に挟まれたポリマー強誘電体200の残留分極の方向を変化させることに基づいて２値の“1”状態又は“0”状態をプログラムするに十分な強制電界を作り出す。メモリセルの２値状態を読み出すための別個の電圧が、図示されていない外部検出回路と連動して印加されることが可能である。ポリマー強誘電体のセルの書き込み及び／又は読み出しのために交互に代わる電圧を印加するシーケンスにより、メモリセル内に含まれるポリマーは交流バイアスの下に置かれる。例えば、ある読み出し又は書き込みサイクルにより、セルはワード線とビット線との間の正の電圧に晒される一方で、別の読み出し又は書き込みサイクルにより、セルはワード線とビット線との間の負の電圧に晒され得る。
【００１３】
強誘電体メモリ装置の製造に関連して多様な課題が存在する。１つの課題は、ポリマーを電極（例えば、強誘電性ポリマー層を挟み込む金属ビット線及びワード線）から分離することである。これは一般に、金属電極と強誘電性ポリマー材料との間の窒化膜及び／又は酸化膜で実現される。
【００１４】
図３は、脱水素フッ素化反応300の第１段階を示している。ポリマー強誘電体メモリ装置が交流バイアス（例えば、読み出し又は書き込み動作を実行するために電極に印加される電圧）下に置かれると、金属電極はPVDF310に電子を注入する。注入された電子320はPVDF310のフッ素と相互作用し、負に帯電されたフッ素アニオン330を生成する。フッ素アニオン330は続いてPVDF310の水素と相互作用し、図４の損傷されたPVDF420によって示されるように、HF410及び更なるフッ化物アニオン330を生成する。脱水素フッ素化反応は自立的であり、ポリマーの強誘電性を大幅に劣化させる。HF410はさらに金属電極材料を攻撃する。
【００１５】
本発明の一実施形態は、図３及び４を参照して述べられたような金属からポリマーへの電子注入を抑制又は防止するために、電極金属内に電子トラップを作り出すものである。トラップが存在するのは、中心にキャリア（この場合は電子）が捕獲され、そして再結合することなく再励起されるときである。こうしてトラップは、しばしば格子欠陥又は半導体中の不純物準位の形態で、そのまま残存する。あるいは、電子トラップは電極金属中に導入されたある特定の点欠陥によって発生された正孔である。電子は正孔と再結合することが可能であり、ポリマーへの電子注入が抑制される。
【００１６】
図５はポリマー強誘電体メモリ500の断面図を示している。ポリマー強誘電体メモリが作られる基板は、メモリ装置を作るのに有用な如何なる基板でもよく、例えば、バルクシリコンウェハから二重ダマシンプロセス構造の頂部相互接続層、誘電体層又は保護層までである。一実施形態では、底部電極はタンタル510である。タンタルは、例えば不活性アルゴン雰囲気中でタンタルをターゲットとする物理的気相成長法又はスパッタによって堆積される。一実施形態では、タンタルは約99.9995％の純度のタンタルターゲットを備えるＥｎｄｕｒａスパッタ装置を用いてスパッタされる。堆積チャンバ内のベース圧は約5.0×10-8Torr（6.7×10-6Pa）であり、アルゴン圧は約1.4mTorr（0.19Pa）である。0.0Wの交流バイアス、温度制御なし、1kWの堆積パワー／ターゲット電圧にて、およそ100から150Åの厚さのタンタルがおよそ10秒から12秒の間に堆積される。
【００１７】
一実施形態の第２層は窒化タンタル520である。窒化タンタル520はアルゴン及び窒素の存在下でタンタルをターゲットとする物理的気相成長法を用いて堆積される。一実施形態では、およそ80％から90％の間の窒素雰囲気にされる。おおよそのプロセスパラメータで、先に詳述したタンタルの堆積例と異なるものに、5.9mTorr（0.79Pa）のアルゴン圧、及び5kWの堆積パワー／ターゲット電圧がある。およそ50から100Åの厚さの窒化タンタルがおよそ45秒から50秒の間に堆積される。
【００１８】
一実施形態では、窒化タンタル520は電子トラップ又は過剰正孔を生成するために、最大で3％のハフニウムを含むタンタルハフニウム合金の物理的気相堆積ターゲットを用いて、ハフニウムでドーピングされる。得られる正孔密度はタンタルターゲット中のハフニウムの重量百分率に応じておよそ1020cm-3と1021cm-3との間となる。理解されるべきことは、窒化タンタル520用に挙げられるおおよその堆積パラメータは必要に応じてタンタルハフニウム合金ターゲットのハフニウム含有量によって変更又は調整され得ることである。
【００１９】
ハフニウム（タンタルの原子番号73、電子構成[Xe]4f145d36s2に対して、原子番号72、電子構成[Xe]4f145d26s2）の価電子構造は、窒化タンタル層520に正孔を生成する。ハフニウムはタンタルに対して5d起動の価電子が１つ少ないからである。窒化タンタル520内のタンタル格子位置にハフニウムを混入させることにより、上述のように正に帯電した過剰正孔が次式によって生成される：
【００２０】
【化１】
2007531329.tif 000002
ここで、HfTaはタンタル格子位置でのタンタルのハフニウムでの置き換えを表す。電子がタンタル電極510から注入されると、それは窒化タンタル520内の正孔と再結合する。この機構によって、タンタル格子に生成された点欠陥は電子と再結合する正孔を発生することが可能であり、それよって、電子が強誘電性ポリマー材料と相互作用することが抑制される。
【００２１】
あるいは、窒化タンタル520をハフニウムでドーピングする代わりに、窒化タンタル520の堆積環境がタンタルの堆積を不完全にする過剰窒素を含むようにすることができる。先に挙げられたパラメータと比較して、窒素の分圧がアルゴンの分圧に対して増大される。窒素の分圧は、例えば、一実施形態を参照して上述されたような窒化タンタルの堆積に用いられた分圧より33％、50％又は100％増大され得る。これらの実施形態では、それぞれ、正孔密度は約1.8×1021cm-3、3.6×1021cm-3及び5.4×1021cm-3となる。そのプロセスは次式によって示され得る：
【００２２】
【化２】
2007531329.tif 000003
ここで、VTaは窒化タンタル520格子内の負に帯電されたカチオン空孔（cation  vacancy）である。このような手法で堆積された窒化タンタル520内の正孔は、タンタル電極510から注入された電子に対する電子トラップとしての役割を果たす。
【００２３】
第３層はポリマー強誘電体530である。一実施形態では、ポリマー強誘電体530はPVDFである。別の実施形態では、ポリマー強誘電体530はPVDFとTrFEとのコポリマーである。TrFEの混入によって、理論上のPVDFの双極子モーメント総量は低減されるが、得られるポリマー結晶構造が強誘電性ベータ型のPVDFとなる可能性が増大される。ポリマー強誘電体530は、例えばおよそ120℃から150℃の間の温度でのおよそ50秒から200秒の間のソフトベーク及びアニール後、スピンコーティングで堆積される。一実施形態では、ポリマー強誘電体層530は50nmと100nmとの間の厚さにされる。
【００２４】
一実施形態での第４層は酸化タンタル540である。酸化タンタル540の堆積は物理的気相成長法の代わりに電子ビーム蒸着法が利用される。なぜなら、電子ビーム蒸着法は摩耗性のより少ない堆積技術であり、故に、酸化タンタル540が堆積されるポリマー強誘電体530にダメージを与えないからである。一実施形態では、CHA電子ビーム蒸着装置は10kVの電子ビームエネルギーと接地した堆積基板を用い、約99.995％の純度のタンタルターゲットを利用する。雰囲気中の酸素とアルゴンの分圧比はおよそ20：80から純粋酸素までの範囲である。一実施形態では、酸化タンタルはおよそ50Åと100Åとの間の厚さである。
【００２５】
窒化タンタル層520を参照して説明したように、一実施形態の酸化タンタル層540は、タンタル格子位置をハフニウムが占有する電子空孔を作り出すためにハフニウムでドーピングされる。酸化タンタル層540にハフニウムを混入することには、タンタルハフニウム合金（最大で3％のハフニウム）の蒸着ターゲット材が用いられる。理解されるべきことは、酸化タンタル540に含まれる適切な堆積パラメータは、必要に応じてタンタルハフニウム合金ターゲットのハフニウム含有量によって変更又は調整可能なことである。この蒸着は、上述のようにハフニウムでドーピングされた酸化タンタル層540を作り出すように、アルゴン及び酸素の雰囲気中で達成される。得られる正孔密度はタンタルターゲット内のハフニウムの重量百分率に応じておよそ1020cm-3と1021cm-3との間となる。これは次式によって記述され得る：
【００２６】
【化３】
2007531329.tif 000004
ここで、HfTaはタンタル格子位置でのタンタルのハフニウムでの置き換えを表す。
【００２７】
あるいは、酸化タンタル540をハフニウムでドーピングする代わりに、酸化タンタル540の堆積環境がタンタルの堆積を不完全にする過剰酸素を含むようにすることができる。酸素の分圧がアルゴンの分圧に対して増大される。酸素の分圧は、例えば、上述されたような酸化タンタルの堆積に用いられた分圧より33％、50％及び100％増大され得る。これらの実施形態では、それぞれ、正孔密度は約7×1021cm-3、1.4×1022cm-3及び2.1×1022cm-3となる。そのプロセスは次式によって示され得る：
【００２８】
【化４】
2007531329.tif 000005
先に導入されたように、VTaは酸化タンタル540格子内の負に帯電されたカチオン空孔である。このような手法で堆積された酸化タンタル540内の正孔は、タンタル電極550から注入された電子の電子トラップとしての役割を果たす。
【００２９】
第５層は頂部電極である。一実施形態では、頂部電極はタンタル550である。タンタル550は、例えば、約99.995％のタンタルターゲット、不活性アルゴン雰囲気、10kVの電子ビームエネルギー、及び接地した堆積基板を用いる電子ビーム蒸着法によって堆積される。頂部タンタル電極550は、酸化タンタル層540を参照して上述したのと同一の理由から、底部タンタル電極510よりきめ細かく堆積される。一実施形態では、頂部電極のタンタル550はおよそ100Åと150Åとの間の厚さである。
【００３０】
理解されるべきことは、この積層体が繰り返されることにより、複数階層のポリマー強誘電体メモリを作り出すことができることである。一般に、強誘電体ポリマー層の上に堆積されるタンタル、窒化タンタル、及び酸化タンタルのレイヤ群は、物理的気相成長法に対して電子ビーム蒸着法を用いて堆積される。なぜなら、電子ビーム蒸着法の方が下地のポリマー強誘電体に与えるダメージが少ないからである。
【００３１】
図６は、交流バイアスされたポリマー強誘電体メモリ600における、ポリマー強誘電体層530に隣接する窒化タンタル層520及び酸化タンタル層540内の電子トラッピング正孔を例示している。図示されるように、交流バイアス下でタンタル電極510及び550から注入される電子は正孔と再結合することになる。そのようにして、電子は、図３及び４に例示される上述の脱水素フッ素化機構を引き起こさない。
【００３２】
ハフニウムは周期表でタンタルの隣にあるということを考慮して選択されており、タンタル格子位置でタンタルを容易に置き換える。さらに、例えば銅がタンタルと接触する場合の銅に対する拡散障壁として、タンタルに酸化ハフニウムを含有させることが技術的に知られているため、タンタルハフニウムターゲットは商業的に利用可能である。しかしながら、その他のランタニド金属もハフニウムの代わりに使用可能であることは理解されるべきところである。さらに、電極はモリブデン（フッ化水素と反応しないため有用である）としてもよく、そのドーパントにはイットリウム、ジルコニウム、及びニオビウムがある。
【００３３】
開示された実施形態は、注入された電子がポリマー強誘電材料にダメージを与えることを抑制することにより、ポリマー強誘電体メモリ装置を用いることの制限要因を緩和する点において正確且つ簡潔さを備えたものであることは当業者に認識されるところである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】強誘電性ベータ型ポリフッ化ビニリデン（PVDF）分子鎖を示す図である。
【図２】ポリマー強誘電体メモリ装置を示す図である。
【図３】脱水素フッ素化反応を示す図である。
【図４】脱水素フッ素化反応を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に従ったポリマー強誘電体メモリ装置の断面図である。
【図６】注入電子及び電子トラップを表す、本発明の一実施形態に従ったポリマー強誘電体メモリ装置の断面図である。
【図１】
2007531329.tif 000006
【図２】
2007531329.tif 000007
【図３】
2007531329.tif 000008
【図４】
2007531329.tif 000009
【図５】
2007531329.tif 000010
【図６】
2007531329.tif 000011
【国際調査報告】
2007531329.tif 000012
2007531329.tif 000013
2007531329.tif 000014