JP2000077616A - 誘電体素子およびその製造方法並びに半導体装置 - Google Patents
誘電体素子およびその製造方法並びに半導体装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大きな残留分極を維持し、健全に機能する誘
電体素子およびその製造方法並びに半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 強誘電体素子に用いられる高誘電体薄膜
３２は、Ｉａ族元素，Ｍｇ元素，またはＣａ元素を含む
強誘電体で、強誘電体薄膜３２は上部電極３１と下部電
極３２に挟まれており、下地基板３４上に形成されてい
る。高誘電体素子では、高誘電体薄膜はＩａ族元素、Ｍ
ｇ元素、またはＣａ元素を含む高誘電体である。
電体素子およびその製造方法並びに半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 強誘電体素子に用いられる高誘電体薄膜
３２は、Ｉａ族元素，Ｍｇ元素，またはＣａ元素を含む
強誘電体で、強誘電体薄膜３２は上部電極３１と下部電
極３２に挟まれており、下地基板３４上に形成されてい
る。高誘電体素子では、高誘電体薄膜はＩａ族元素、Ｍ
ｇ元素、またはＣａ元素を含む高誘電体である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＦｅＲＡＭなどの
強誘電体素子またはＤＲＡＭなどの高誘電体素子として
用いられる、誘電体素子およびその製造方法並びに半導
体装置に関する。
強誘電体素子またはＤＲＡＭなどの高誘電体素子として
用いられる、誘電体素子およびその製造方法並びに半導
体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】不揮発性メモリーであるＦｅＲＡＭ(Fer
roelectric Random Access Memory)は、キャパシター材
料に強誘電体を用いている。ＦｅＲＡＭは、強誘電体が
極性の異なる２つの残留分極をもつことを利用して、電
源ＯＦＦでも記憶内容を保持できる。情報を書き換える
スピードもμｓ以下で、非常に高速であり、次世代の理
想的メモリーとして注目されている。そして、記憶容量
を大容量化するために、回路構成素子の微細化が要求さ
れ、キャパシターの微細化が行われている。キャパシタ
ーを微細化するためには、誘電体材料の薄膜化、より残
留分極の大きな強誘電体の利用、強誘電体とその上下の
電極からなる素子の構造の平坦化および立体化などの方
策がある。
roelectric Random Access Memory)は、キャパシター材
料に強誘電体を用いている。ＦｅＲＡＭは、強誘電体が
極性の異なる２つの残留分極をもつことを利用して、電
源ＯＦＦでも記憶内容を保持できる。情報を書き換える
スピードもμｓ以下で、非常に高速であり、次世代の理
想的メモリーとして注目されている。そして、記憶容量
を大容量化するために、回路構成素子の微細化が要求さ
れ、キャパシターの微細化が行われている。キャパシタ
ーを微細化するためには、誘電体材料の薄膜化、より残
留分極の大きな強誘電体の利用、強誘電体とその上下の
電極からなる素子の構造の平坦化および立体化などの方
策がある。
【０００３】特開平５−１９０７９７号公報は、強誘電
体にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いて、強誘電
体と金属電極との反応性を抑制するために、強誘電体の
周りに拡散防止層として窒化ケイ素膜（ＳｉＮｘ）を形
成した半導体記憶装置を記載する。
体にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いて、強誘電
体と金属電極との反応性を抑制するために、強誘電体の
周りに拡散防止層として窒化ケイ素膜（ＳｉＮｘ）を形
成した半導体記憶装置を記載する。
【０００４】半導体メモリーとしては、データの高速書
き換えに特徴があるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access
Memory）がある。このＤＲＡＭは、高密度、高集積技術
の進歩に伴い、１６Ｍ、６４Ｍビットの大容量化時代を
迎えている。このために、回路構成素子の微細化が要求
され、特に情報を蓄積するコンデンサーの微細化が行わ
れている。コンデンサーの微細化の手段としては、誘電
体材料の薄膜化、誘電率の高い材料の選択、上下電極と
誘電体からなる構造の平坦化から立体化などが挙げられ
る。誘電率の高い材料すなわち高誘電体として、結晶構
造がペロブスカイト構造の単一格子であるＢＳＴ（（Ｂ
ａ／Ｓｒ）ＴｉＯ3）があり、ＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4に比べ
て大きな誘電率（ε）を有することが知られている。
き換えに特徴があるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access
Memory）がある。このＤＲＡＭは、高密度、高集積技術
の進歩に伴い、１６Ｍ、６４Ｍビットの大容量化時代を
迎えている。このために、回路構成素子の微細化が要求
され、特に情報を蓄積するコンデンサーの微細化が行わ
れている。コンデンサーの微細化の手段としては、誘電
体材料の薄膜化、誘電率の高い材料の選択、上下電極と
誘電体からなる構造の平坦化から立体化などが挙げられ
る。誘電率の高い材料すなわち高誘電体として、結晶構
造がペロブスカイト構造の単一格子であるＢＳＴ（（Ｂ
ａ／Ｓｒ）ＴｉＯ3）があり、ＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4に比べ
て大きな誘電率（ε）を有することが知られている。
【０００５】また、ＢＳＴを用いたメモリーでは、高集
積化に伴い、低い電圧で動作することが目標とされてい
る。このためには、メモリーに用いられる誘電体素子の
キャパシタンスの容量を大きくする必要があり、より高
い誘電率の誘電体の利用、電極の面積の拡大、高誘電体
の薄膜化が検討されている。高誘電体を使用する例が、
インターナショナル・エレクトロン・デバイス・ミィー
ティング・テクニカル・ダイジェスト１９９１年８２３
頁（IEDM Tech. Dig. :823, 1961）に報告されている。
積化に伴い、低い電圧で動作することが目標とされてい
る。このためには、メモリーに用いられる誘電体素子の
キャパシタンスの容量を大きくする必要があり、より高
い誘電率の誘電体の利用、電極の面積の拡大、高誘電体
の薄膜化が検討されている。高誘電体を使用する例が、
インターナショナル・エレクトロン・デバイス・ミィー
ティング・テクニカル・ダイジェスト１９９１年８２３
頁（IEDM Tech. Dig. :823, 1961）に報告されている。
【０００６】しかしながら、上述したメモリーに用いら
れる誘電体素子には、電極と誘電体薄膜との間に低誘電
率層や粒成長した巨大結晶ができることがあった。低誘
電率層ができると、素子全体の静電容量が小さくなり、
残留分極（Ｐｒ）が小さくなって、誘電体素子としての
機能を持たなくなる。巨大結晶ができると、結晶の粒界
にリーク電流が流れて、誘電体素子の耐電圧特性が低下
するので、誘電体素子として動作させるのに十分な電圧
を印加できない。特に、電極が金属である場合は、誘電
体薄膜と金属電極との界面で、元素の拡散反応によって
遷移層ができる。遷移層は、残留分極（Ｐｒ）の低下、
抗電界（Ｅｃ）の増大、および膜疲労などを起こし、誘
電体素子としての機能が低下する問題がある。本発明の
目的は、大きな残留分極を維持し、健全に機能する誘電
体素子およびその製造方法並びに半導体装置を提供する
ことにある。
れる誘電体素子には、電極と誘電体薄膜との間に低誘電
率層や粒成長した巨大結晶ができることがあった。低誘
電率層ができると、素子全体の静電容量が小さくなり、
残留分極（Ｐｒ）が小さくなって、誘電体素子としての
機能を持たなくなる。巨大結晶ができると、結晶の粒界
にリーク電流が流れて、誘電体素子の耐電圧特性が低下
するので、誘電体素子として動作させるのに十分な電圧
を印加できない。特に、電極が金属である場合は、誘電
体薄膜と金属電極との界面で、元素の拡散反応によって
遷移層ができる。遷移層は、残留分極（Ｐｒ）の低下、
抗電界（Ｅｃ）の増大、および膜疲労などを起こし、誘
電体素子としての機能が低下する問題がある。本発明の
目的は、大きな残留分極を維持し、健全に機能する誘電
体素子およびその製造方法並びに半導体装置を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、誘電体が、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、または
Ｃａ元素を含むことにある。この特徴によれば、誘電体
がＫ元素を含むので、誘電体の結晶化温度を低くするこ
とができる。したがって、低い温度で結晶化のための熱
処理を行うことができるので、このときに誘電体と誘電
体に接する電極とが反応することなく、誘電体を形成す
ることができ、健全に機能する誘電体素子を得ることが
できる。Ｉａ族元素はＬｉ，Ｎａ，Ｋであるのが好まし
い。誘電体は、誘電体１００重量部に対して、０．５重
量部以上１０重量部以下の割合で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元
素、またはＣａ元素を含むのが好ましい。
明の特徴は、誘電体が、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、または
Ｃａ元素を含むことにある。この特徴によれば、誘電体
がＫ元素を含むので、誘電体の結晶化温度を低くするこ
とができる。したがって、低い温度で結晶化のための熱
処理を行うことができるので、このときに誘電体と誘電
体に接する電極とが反応することなく、誘電体を形成す
ることができ、健全に機能する誘電体素子を得ることが
できる。Ｉａ族元素はＬｉ，Ｎａ，Ｋであるのが好まし
い。誘電体は、誘電体１００重量部に対して、０．５重
量部以上１０重量部以下の割合で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元
素、またはＣａ元素を含むのが好ましい。
【０００８】また、誘電体が、化学構造式（ＡＯ）
2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-（但し、ＡはＴｌ，Ｈｇ，Ｐ
ｂ，Ｂｉ、または希土類元素であり、ＢはＢｉ，Ｐｂ，
Ｃａ，Ｓｒ、またはＢａであり、かつ、ＣはＴｉ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ、またはＺｒで
ある。）の結晶構造をもてば、または、化学構造式（Ｐ
ｂ1-xＡx）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ3（但し、ＡはＬａ，Ｂ
ａ、またはＮｂであり、０≦ｘ≦０．２、かつ、０＜ｙ
≦１である。）の結晶構造をもてば、誘電体は強誘電体
であり、強誘電体素子が得られる。この強誘電体素子
は、高い残留分極Ｐｒ値を維持し、低い抗電界Ｅｃ値を
もち、かつ、膜疲労が抑制された、健全に機能する強誘
電体素子である。
2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-（但し、ＡはＴｌ，Ｈｇ，Ｐ
ｂ，Ｂｉ、または希土類元素であり、ＢはＢｉ，Ｐｂ，
Ｃａ，Ｓｒ、またはＢａであり、かつ、ＣはＴｉ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ、またはＺｒで
ある。）の結晶構造をもてば、または、化学構造式（Ｐ
ｂ1-xＡx）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ3（但し、ＡはＬａ，Ｂ
ａ、またはＮｂであり、０≦ｘ≦０．２、かつ、０＜ｙ
≦１である。）の結晶構造をもてば、誘電体は強誘電体
であり、強誘電体素子が得られる。この強誘電体素子
は、高い残留分極Ｐｒ値を維持し、低い抗電界Ｅｃ値を
もち、かつ、膜疲労が抑制された、健全に機能する強誘
電体素子である。
【０００９】ここで、化学構造式（ＡＯ）2+（Ｂy-1Ｃy
Ｏ3y+1）2-は（Ａ2Ｏ2）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-の場合
を含んで表している。特に、Ａ元素にＢｉを用いた場合
に（Ａ2Ｏ2）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-となり、例えばＡ
＝Ｂｉ，Ｂ＝Ｓｒ，Ｃ＝Ｔａ，ｙ＝２の場合の上記化学
構造式（ＢｉＯ）2+（Ｓｒ1Ｔａ2Ｏ7）2-は（Ｂｉ
2Ｏ2）2+（Ｓｒ1Ｔａ2Ｏ7）2-であるため、ＳｒＢｉ2Ｔ
ａ2Ｏ9と等価である。また、Ａ元素にＴｌ，Ｈｇを用い
た場合には（ＡＯ）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-と（Ａ
2Ｏ2）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-の両方の結晶構造とな
り、ここでは（ＡＯ）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-でその両
方を表している。
Ｏ3y+1）2-は（Ａ2Ｏ2）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-の場合
を含んで表している。特に、Ａ元素にＢｉを用いた場合
に（Ａ2Ｏ2）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-となり、例えばＡ
＝Ｂｉ，Ｂ＝Ｓｒ，Ｃ＝Ｔａ，ｙ＝２の場合の上記化学
構造式（ＢｉＯ）2+（Ｓｒ1Ｔａ2Ｏ7）2-は（Ｂｉ
2Ｏ2）2+（Ｓｒ1Ｔａ2Ｏ7）2-であるため、ＳｒＢｉ2Ｔ
ａ2Ｏ9と等価である。また、Ａ元素にＴｌ，Ｈｇを用い
た場合には（ＡＯ）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-と（Ａ
2Ｏ2）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-の両方の結晶構造とな
り、ここでは（ＡＯ）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-でその両
方を表している。
【００１０】また、誘電体が、化学構造式（Ｂａ1-xＳ
ｒx）ＴｉＯ3（但し、０≦ｘ≦１である。）の結晶構造
をもてば、誘電体は高誘電体であり、高強誘電体素子が
得られる。この高強誘電体素子は、静電容量が大きく、
高い残留分極Ｐｒ値を維持し、かつ、耐電圧特性がよ
い、健全に機能する高強誘電体素子である。
ｒx）ＴｉＯ3（但し、０≦ｘ≦１である。）の結晶構造
をもてば、誘電体は高誘電体であり、高強誘電体素子が
得られる。この高強誘電体素子は、静電容量が大きく、
高い残留分極Ｐｒ値を維持し、かつ、耐電圧特性がよ
い、健全に機能する高強誘電体素子である。
【００１１】本発明の他の特徴は、Ｉａ族元素、Ｍｇ元
素、またはＣａ元素を含む誘電体の形成を２５０℃以上
５００℃以下で行うことにある。この特徴によれば、Ｋ
元素が含まれている誘電体は結晶化温度が低く、２５０
℃以上５００℃以下の温度で成膜を行うことができるの
で、誘電体と誘電体に接する電極との反応を抑制するこ
とができる。したがって、健全な誘電体を形成すること
ができ、健全に機能する誘電体素子を得ることができ
る。
素、またはＣａ元素を含む誘電体の形成を２５０℃以上
５００℃以下で行うことにある。この特徴によれば、Ｋ
元素が含まれている誘電体は結晶化温度が低く、２５０
℃以上５００℃以下の温度で成膜を行うことができるの
で、誘電体と誘電体に接する電極との反応を抑制するこ
とができる。したがって、健全な誘電体を形成すること
ができ、健全に機能する誘電体素子を得ることができ
る。
【００１２】また、誘電体の形成を行うに当たって、Ｉ
ａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含む非晶質な誘
電体を設けるステップと、非晶質な誘電体を結晶化する
熱処理を２５０℃以上５００℃以下で行うステップとが
含まれてもよい。誘電体が強誘電体である場合は、３５
０℃より低い温度で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣ
ａ元素を含む非晶質な強誘電体を設けることができ、非
晶質な強誘電体を結晶化する熱処理は３５０℃以上５０
０℃以下で行うことができる。これらの温度範囲であれ
ば、強誘電体と強誘電体に接する電極との反応を抑制す
ることができる。したがって、健全な強誘電体を形成す
ることができ、健全に機能する誘電体素子を得ることが
できる。
ａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含む非晶質な誘
電体を設けるステップと、非晶質な誘電体を結晶化する
熱処理を２５０℃以上５００℃以下で行うステップとが
含まれてもよい。誘電体が強誘電体である場合は、３５
０℃より低い温度で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣ
ａ元素を含む非晶質な強誘電体を設けることができ、非
晶質な強誘電体を結晶化する熱処理は３５０℃以上５０
０℃以下で行うことができる。これらの温度範囲であれ
ば、強誘電体と強誘電体に接する電極との反応を抑制す
ることができる。したがって、健全な強誘電体を形成す
ることができ、健全に機能する誘電体素子を得ることが
できる。
【００１３】誘電体が高誘電体である場合は、２５０℃
より低い温度で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元
素を含む非晶質な高誘電体を設けることができ、非晶質
な高誘電体を結晶化する熱処理は２５０℃以上４５０℃
以下で行うことができる。これらの温度範囲であれば、
高誘電体と高誘電体に接する電極との反応を抑制するこ
とができる。したがって、健全な高誘電体を形成するこ
とができ、健全に機能する誘電体素子を得ることができ
る。また、誘電体の形成を行うに当たって、誘電体の材
料にＩａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を添加する
ステップが含まれてもよい。
より低い温度で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元
素を含む非晶質な高誘電体を設けることができ、非晶質
な高誘電体を結晶化する熱処理は２５０℃以上４５０℃
以下で行うことができる。これらの温度範囲であれば、
高誘電体と高誘電体に接する電極との反応を抑制するこ
とができる。したがって、健全な高誘電体を形成するこ
とができ、健全に機能する誘電体素子を得ることができ
る。また、誘電体の形成を行うに当たって、誘電体の材
料にＩａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を添加する
ステップが含まれてもよい。
【００１４】また、本発明の特徴は、半導体装置が、誘
電体がＩａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含む誘
電体素子を有することにある。この特徴によれば、誘電
体がＫ元素を含むので、誘電体の結晶化温度を低くする
ことができる。したがって、低い温度で結晶化のための
熱処理を行うことができるので、このときに誘電体と誘
電体に接する電極とが反応することなく、誘電体を形成
することができ、健全に機能する誘電体素子を得ること
ができる。ＦｅＲＡＭやＤＲＡＭなどの半導体装置につ
いてこのような誘電体素子を用いれば、大容量化および
より低い電圧での動作が可能になる。
電体がＩａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含む誘
電体素子を有することにある。この特徴によれば、誘電
体がＫ元素を含むので、誘電体の結晶化温度を低くする
ことができる。したがって、低い温度で結晶化のための
熱処理を行うことができるので、このときに誘電体と誘
電体に接する電極とが反応することなく、誘電体を形成
することができ、健全に機能する誘電体素子を得ること
ができる。ＦｅＲＡＭやＤＲＡＭなどの半導体装置につ
いてこのような誘電体素子を用いれば、大容量化および
より低い電圧での動作が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の発明者らは、誘電体素子
の電極と誘電体薄膜との間に、低誘電率層や粒成長した
巨大結晶ができる原因が、高温の熱処理にあることを見
出した。従来は、高温の熱処理による誘電体薄膜とその
上下に設けられた電極との反応については考慮されてい
なかった。誘電体素子を形成する際に、熱処理によっ
て、非結晶質な誘電体薄膜を結晶化させることが行われ
る。従来は、非結晶質な誘電体薄膜の結晶化を、固相反
応によって行っていたために、７００℃以上の高温の熱
処理が必要であった。また、結晶化させながら誘電体薄
膜を成膜する場合にも、７００℃以上の高温の熱処理が
必要であった。
の電極と誘電体薄膜との間に、低誘電率層や粒成長した
巨大結晶ができる原因が、高温の熱処理にあることを見
出した。従来は、高温の熱処理による誘電体薄膜とその
上下に設けられた電極との反応については考慮されてい
なかった。誘電体素子を形成する際に、熱処理によっ
て、非結晶質な誘電体薄膜を結晶化させることが行われ
る。従来は、非結晶質な誘電体薄膜の結晶化を、固相反
応によって行っていたために、７００℃以上の高温の熱
処理が必要であった。また、結晶化させながら誘電体薄
膜を成膜する場合にも、７００℃以上の高温の熱処理が
必要であった。
【００１６】しかし、このような高温では、誘電体薄膜
とそれに接して設けられた電極とが反応して、電極と誘
電体薄膜との間に、上述したような素子機能の障害とな
る層や結晶ができてしまう。発明者らは、誘電体にアル
カリ金属またはアルカリ土類金属を添加することで、誘
電体の結晶化温度を低温化し、強誘電体と電極とを反応
させないで強誘電体を結晶化できることを見出した。誘
電体の結晶化温度を低温化できる原理を以下に説明す
る。
とそれに接して設けられた電極とが反応して、電極と誘
電体薄膜との間に、上述したような素子機能の障害とな
る層や結晶ができてしまう。発明者らは、誘電体にアル
カリ金属またはアルカリ土類金属を添加することで、誘
電体の結晶化温度を低温化し、強誘電体と電極とを反応
させないで強誘電体を結晶化できることを見出した。誘
電体の結晶化温度を低温化できる原理を以下に説明す
る。
【００１７】強誘電体である（ＡＯ）2+（Ｂy-1ＣyＯ
3y+1）2-（但し、ＡはＴｌ，Ｈｇ，Ｐｂ，Ｂｉ、または
希土類元素であり、ＢはＢｉ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｒ、また
はＢａであり、かつ、ＣはＴｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ、またはＺｒである。）、または
（Ｐｂ1-xＡx）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ3（但し、ＡはＬ
ａ，Ｂａ、またはＮｂであり、０≦ｘ≦０．２、かつ、
０＜ｙ≦１である。）に、Ｉａ族のＬｉ元素、Ｎａ元
素、Ｋ元素を添加すると、添加されたアルカリ金属と強
誘電体との液相生成が容易になる。この液相生成は固相
反応の温度よりも低い温度で起こり、液相反応によって
強誘電体の結晶化が起こる。すなわち、強誘電体の結晶
化温度は３５０℃以上５００℃以下の範囲になる。した
がって、３５０℃以上５００℃以下の従来より低い温度
で熱処理を行っても、強誘電体と電極とが反応すること
なく、強誘電体を結晶化させることができる。
3y+1）2-（但し、ＡはＴｌ，Ｈｇ，Ｐｂ，Ｂｉ、または
希土類元素であり、ＢはＢｉ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｒ、また
はＢａであり、かつ、ＣはＴｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ、またはＺｒである。）、または
（Ｐｂ1-xＡx）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ3（但し、ＡはＬ
ａ，Ｂａ、またはＮｂであり、０≦ｘ≦０．２、かつ、
０＜ｙ≦１である。）に、Ｉａ族のＬｉ元素、Ｎａ元
素、Ｋ元素を添加すると、添加されたアルカリ金属と強
誘電体との液相生成が容易になる。この液相生成は固相
反応の温度よりも低い温度で起こり、液相反応によって
強誘電体の結晶化が起こる。すなわち、強誘電体の結晶
化温度は３５０℃以上５００℃以下の範囲になる。した
がって、３５０℃以上５００℃以下の従来より低い温度
で熱処理を行っても、強誘電体と電極とが反応すること
なく、強誘電体を結晶化させることができる。
【００１８】また、アルカリ土類金属のＭｇ元素、Ｃａ
元素を強誘電体に添加しても、Ｉａ族の場合と同様に液
相を利用した結晶化によって、結晶化温度を低温にする
ことができる。高誘電体である（Ｂａ1-xＳｒx）ＴｉＯ
3（但し、０≦ｘ≦１である。）に、Ｌｉ元素、Ｎａ元
素、Ｋ元素、Ｍｇ元素およびＣａ元素を添加しても、強
誘電体の場合と同様に液相を利用した結晶化によって、
結晶化温度を２５０℃以上４５０℃以下に低くすること
ができる。
元素を強誘電体に添加しても、Ｉａ族の場合と同様に液
相を利用した結晶化によって、結晶化温度を低温にする
ことができる。高誘電体である（Ｂａ1-xＳｒx）ＴｉＯ
3（但し、０≦ｘ≦１である。）に、Ｌｉ元素、Ｎａ元
素、Ｋ元素、Ｍｇ元素およびＣａ元素を添加しても、強
誘電体の場合と同様に液相を利用した結晶化によって、
結晶化温度を２５０℃以上４５０℃以下に低くすること
ができる。
【００１９】Ｌｉ元素、Ｎａ元素、Ｋ元素、Ｍｇ元素お
よびＣａ元素を単独に用いても、組み合わせてもよい
が、合計の添加量は、強誘電体１００重量部に対して
０．５重量部以上１０重量部以下の割合であるのが好ま
しい。以下に、従来よりも低温で誘電体の結晶化を行っ
て誘電体素子を製造することを具体的に説明する。
よびＣａ元素を単独に用いても、組み合わせてもよい
が、合計の添加量は、強誘電体１００重量部に対して
０．５重量部以上１０重量部以下の割合であるのが好ま
しい。以下に、従来よりも低温で誘電体の結晶化を行っ
て誘電体素子を製造することを具体的に説明する。
【００２０】〔実施例１〕本発明の第１の実施例である
強誘電体素子を説明する。図３に本実施例の強誘電体素
子の断面模式図を示す。本実施例の強誘電体素子に用い
られている強誘電体薄膜３２は、Ｋ元素を含み、化学構
造式（ＢｉＯ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-の結晶構造をもつ
ものである。強誘電体薄膜３２は上部電極３１と下部電
極３２に挟まれており、下地基板３４上に形成されてい
る。本実施例の強誘電体素子の製造方法を図１０を用い
て説明する。
強誘電体素子を説明する。図３に本実施例の強誘電体素
子の断面模式図を示す。本実施例の強誘電体素子に用い
られている強誘電体薄膜３２は、Ｋ元素を含み、化学構
造式（ＢｉＯ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-の結晶構造をもつ
ものである。強誘電体薄膜３２は上部電極３１と下部電
極３２に挟まれており、下地基板３４上に形成されてい
る。本実施例の強誘電体素子の製造方法を図１０を用い
て説明する。
【００２１】（１）はじめに、下地基板３４を用意す
る。下地基板３４は、表面にＳｉＯ2層を有するＳｉウ
エハ上に、バリヤ層となる厚み２００ÅのＴｉＮ層を形
成したものである。 （２）下地基板３４上に下部電極３３を作る。下地基板
３４上にスパッタリング法で１０００Åの厚さのＰｔ薄
膜を形成して、下部電極３３とする。
る。下地基板３４は、表面にＳｉＯ2層を有するＳｉウ
エハ上に、バリヤ層となる厚み２００ÅのＴｉＮ層を形
成したものである。 （２）下地基板３４上に下部電極３３を作る。下地基板
３４上にスパッタリング法で１０００Åの厚さのＰｔ薄
膜を形成して、下部電極３３とする。
【００２２】（３）下部電極３３上に、Ｋ元素を含む
（ＢｉＯ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-の強誘電体薄膜３２を
スパッタリング法で作る。スパッタリング法では、Ｓｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9にＫ2ＣＯ3を添加したターゲットを用い
る。雰囲気ガスは酸素とアルゴンの１：１混合ガス、成
膜圧力は２Ｐａ、ＲＦパワーは２００Ｗとし、下地基板
３４の温度を３５０℃よりも低くして強誘電体薄膜３２
を２５０ｎｍの厚さまで成膜する。ターゲット中のＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9とＫ2ＣＯ3の割合は、１００重量部のＳ
ｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9に対してＫ元素が５重量部となるよう
な割合にする。
（ＢｉＯ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-の強誘電体薄膜３２を
スパッタリング法で作る。スパッタリング法では、Ｓｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9にＫ2ＣＯ3を添加したターゲットを用い
る。雰囲気ガスは酸素とアルゴンの１：１混合ガス、成
膜圧力は２Ｐａ、ＲＦパワーは２００Ｗとし、下地基板
３４の温度を３５０℃よりも低くして強誘電体薄膜３２
を２５０ｎｍの厚さまで成膜する。ターゲット中のＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9とＫ2ＣＯ3の割合は、１００重量部のＳ
ｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9に対してＫ元素が５重量部となるよう
な割合にする。
【００２３】下地基板３４の温度を結晶化温度よりも低
くして成膜したので、ここで成膜されたのは、Ｋ元素を
含む（ＢｉＯ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-の強誘電体薄膜３
２で、非結晶質な薄膜である。また、下地基板３４の温
度が３５０℃より低いので、強誘電体薄膜３２と下地電
極３３と反応することなく、成膜することができた。
くして成膜したので、ここで成膜されたのは、Ｋ元素を
含む（ＢｉＯ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-の強誘電体薄膜３
２で、非結晶質な薄膜である。また、下地基板３４の温
度が３５０℃より低いので、強誘電体薄膜３２と下地電
極３３と反応することなく、成膜することができた。
【００２４】（４）次に、熱処理を行って非結晶質な強
誘電体薄膜３２を結晶化させる。熱処理は、下地基板３
４の温度を、強誘電体薄膜３２の結晶化温度である５０
０℃まで上げて、１ａｔｍの空気中または酸素中で１０
〜１５分間行う。 （５）最後に、結晶化した強誘電体薄膜３２の上に、上
部電極３１を作る。強誘電体薄膜３２上にスパッタリン
グ法で１０００Åの厚さのＰｔ薄膜を形成して、上部電
極３１とする。以上により、強誘電体素子を作成した。
本実施例では（４）で結晶化のための熱処理を行い、次
いで（５）で上部電極３１を作ったが、上部電極３１を
作ってから結晶化のための熱処理を行ってもよい。
誘電体薄膜３２を結晶化させる。熱処理は、下地基板３
４の温度を、強誘電体薄膜３２の結晶化温度である５０
０℃まで上げて、１ａｔｍの空気中または酸素中で１０
〜１５分間行う。 （５）最後に、結晶化した強誘電体薄膜３２の上に、上
部電極３１を作る。強誘電体薄膜３２上にスパッタリン
グ法で１０００Åの厚さのＰｔ薄膜を形成して、上部電
極３１とする。以上により、強誘電体素子を作成した。
本実施例では（４）で結晶化のための熱処理を行い、次
いで（５）で上部電極３１を作ったが、上部電極３１を
作ってから結晶化のための熱処理を行ってもよい。
【００２５】（４）の熱処理後の強誘電体薄膜３２をＳ
ＥＭ観察したところ、図１のＳＥＭ写真に示されるよう
に、強誘電体薄膜３２は、粒成長した巨大結晶は見られ
ず、粒径１００〜１０００Åの微細な強誘電体の結晶で
膜が構成されていた。この強誘電体薄膜３２をＩＣＰ分
析した結果、遷移層や低誘電層を示すような組成は検出
されず、強誘電体薄膜３２は、１００重量部の（Ｂｉ
Ｏ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-に対して５．０重量部のＫ元
素を含んでいた。
ＥＭ観察したところ、図１のＳＥＭ写真に示されるよう
に、強誘電体薄膜３２は、粒成長した巨大結晶は見られ
ず、粒径１００〜１０００Åの微細な強誘電体の結晶で
膜が構成されていた。この強誘電体薄膜３２をＩＣＰ分
析した結果、遷移層や低誘電層を示すような組成は検出
されず、強誘電体薄膜３２は、１００重量部の（Ｂｉ
Ｏ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-に対して５．０重量部のＫ元
素を含んでいた。
【００２６】本実施例の強誘電体素子の電圧と分極の関
係を調べた結果を図２に示す。５Ｖにおける２Ｐｒ＝１
４μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝５０ｋＶ／ｃｍの電気特性を示
した。また、電圧３Ｖの±反転による書き込み回数１０
12回で特性劣化約３％と優れた強誘電体特性を示し、Ｋ
元素の添加による特性低下は認められなかった。従来
は、非結晶質な誘電体薄膜の結晶化を、固相反応によっ
て行っていたために、７００℃以上の高温の熱処理が必
要であった。しかし、このような高温では、誘電体薄膜
と上下の電極とが反応して、電極と誘電体薄膜との間に
機能の障害となる層や結晶ができ、耐電圧特性の低下、
残留分極（Ｐｒ）の低下、抗電界（Ｅｃ）の増大、およ
び膜疲労が起こって、強誘電体素子として機能しないこ
とがあった。
係を調べた結果を図２に示す。５Ｖにおける２Ｐｒ＝１
４μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝５０ｋＶ／ｃｍの電気特性を示
した。また、電圧３Ｖの±反転による書き込み回数１０
12回で特性劣化約３％と優れた強誘電体特性を示し、Ｋ
元素の添加による特性低下は認められなかった。従来
は、非結晶質な誘電体薄膜の結晶化を、固相反応によっ
て行っていたために、７００℃以上の高温の熱処理が必
要であった。しかし、このような高温では、誘電体薄膜
と上下の電極とが反応して、電極と誘電体薄膜との間に
機能の障害となる層や結晶ができ、耐電圧特性の低下、
残留分極（Ｐｒ）の低下、抗電界（Ｅｃ）の増大、およ
び膜疲労が起こって、強誘電体素子として機能しないこ
とがあった。
【００２７】本実施例によれば、強誘電体薄膜３２にＫ
元素が添加されているので、アルカリ金属（Ｋ元素）と
強誘電体との液相生成が容易になる。この液相生成は固
相反応の温度よりも低い温度で起こり、液相反応によっ
て強誘電体薄膜３２の結晶化が行われるので、強誘電体
薄膜３２の結晶化温度は５００℃に低くなる。したがっ
て、低い温度で熱処理を行うことができるので、誘電体
薄膜３２と上下の電極とが反応することなく、強誘電体
薄膜３２を結晶化させることができ、健全に機能する強
誘電体素子を作ることができる。
元素が添加されているので、アルカリ金属（Ｋ元素）と
強誘電体との液相生成が容易になる。この液相生成は固
相反応の温度よりも低い温度で起こり、液相反応によっ
て強誘電体薄膜３２の結晶化が行われるので、強誘電体
薄膜３２の結晶化温度は５００℃に低くなる。したがっ
て、低い温度で熱処理を行うことができるので、誘電体
薄膜３２と上下の電極とが反応することなく、強誘電体
薄膜３２を結晶化させることができ、健全に機能する強
誘電体素子を作ることができる。
【００２８】Ｋ元素を含む（ＢｉＯ）2+（ＳｒＴａ
2Ｏ7）2-強誘電体素子の熱処理温度とＰｒ特性との関係
を図５に示す。図５の縦軸は、５００℃で作製した強誘
電体素子の５ＶにおけるＰｒで規格化した値（Ｐｒ／Ｐ
ｒ（５００））である。図５に示されているように、３
５０℃以上の温度範囲でＰｒ／Ｐｒ（５００）＞０．９
５と非常に優れた特性を示した。
2Ｏ7）2-強誘電体素子の熱処理温度とＰｒ特性との関係
を図５に示す。図５の縦軸は、５００℃で作製した強誘
電体素子の５ＶにおけるＰｒで規格化した値（Ｐｒ／Ｐ
ｒ（５００））である。図５に示されているように、３
５０℃以上の温度範囲でＰｒ／Ｐｒ（５００）＞０．９
５と非常に優れた特性を示した。
【００２９】１００重量部の（ＢｉＯ）2+（ＳｒＴａ2
Ｏ7）2-に対して、Ｋ元素が０．５重量部以上１０重量
部以下となる範囲でＫ2ＣＯ3を添加すると、５Ｖにおけ
る２Ｐｒ＞１０μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝４５〜６０ｋＶ／
ｃｍの電気特性を示した。Ｋ2ＣＯ3の代わりにＬｉ2Ｃ
Ｏ3，Ｎａ2ＣＯ3，ＭｇＣＯ3，ＣａＣＯ3を添加した場
合でも上記と同様の製造方法を行うと、５Ｖにおける２
Ｐｒ＞１０μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝４５〜６０ｋＶ／ｃｍ
の電気特性を示した。
Ｏ7）2-に対して、Ｋ元素が０．５重量部以上１０重量
部以下となる範囲でＫ2ＣＯ3を添加すると、５Ｖにおけ
る２Ｐｒ＞１０μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝４５〜６０ｋＶ／
ｃｍの電気特性を示した。Ｋ2ＣＯ3の代わりにＬｉ2Ｃ
Ｏ3，Ｎａ2ＣＯ3，ＭｇＣＯ3，ＣａＣＯ3を添加した場
合でも上記と同様の製造方法を行うと、５Ｖにおける２
Ｐｒ＞１０μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝４５〜６０ｋＶ／ｃｍ
の電気特性を示した。
【００３０】図８に、添加量と結晶化温度の関係につい
て調べた結果を示す。作製方法は、上記と同様に（（Ｂ
ｉＯ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-）１００重量部に対してＫ
2ＣＯ3をＫ元素でみて０〜１５重量部の範囲、Ｌｉ2Ｃ
Ｏ3をＬｉ元素でみて０〜１５重量部の範囲、Ｎａ2ＣＯ
3をＮａ元素でみて０〜１５重量部の範囲、ＭｇＣＯ3を
Ｍｇ元素でみて０〜１５重量部の範囲、ＣａＣＯ3をＣ
ａ元素でみて０〜１５重量部の範囲で添加した。図中の
結晶化温度は、得られた強誘電体素子が５Ｖにおける２
Ｐｒ＞１０μＣ／ｃｍ2を満足する最小結晶化温度を示
している。図８から、いずれの添加元素でも、０．５重
量部以上１０重量部以下の範囲で添加すれば、最小の結
晶化温度が３５０℃以上５００℃以下となることが分か
る。また、３５０℃の結晶化温度を達成するのに必要な
添加量の幅（許容度）が大きな元素は、Ｋ＞Ｎａ＞Ｍ
ｇ，Ｃａ＞Ｌｉの順であった。
て調べた結果を示す。作製方法は、上記と同様に（（Ｂ
ｉＯ）2+（ＳｒＴａ2Ｏ7）2-）１００重量部に対してＫ
2ＣＯ3をＫ元素でみて０〜１５重量部の範囲、Ｌｉ2Ｃ
Ｏ3をＬｉ元素でみて０〜１５重量部の範囲、Ｎａ2ＣＯ
3をＮａ元素でみて０〜１５重量部の範囲、ＭｇＣＯ3を
Ｍｇ元素でみて０〜１５重量部の範囲、ＣａＣＯ3をＣ
ａ元素でみて０〜１５重量部の範囲で添加した。図中の
結晶化温度は、得られた強誘電体素子が５Ｖにおける２
Ｐｒ＞１０μＣ／ｃｍ2を満足する最小結晶化温度を示
している。図８から、いずれの添加元素でも、０．５重
量部以上１０重量部以下の範囲で添加すれば、最小の結
晶化温度が３５０℃以上５００℃以下となることが分か
る。また、３５０℃の結晶化温度を達成するのに必要な
添加量の幅（許容度）が大きな元素は、Ｋ＞Ｎａ＞Ｍ
ｇ，Ｃａ＞Ｌｉの順であった。
【００３１】同様に、Ｋ2ＣＯ3，Ｌｉ2ＣＯ3，Ｎａ2Ｃ
Ｏ3，ＭｇＣＯ3，ＣａＣＯ3を混合してＬｉ，Ｎａ，
Ｋ，Ｍｇ，Ｃａの総添加量が０〜１５重量部となる範囲
で添加した。添加量と結晶化温度の関係について調べた
結果を図９に示す。図９から明らかなように、Ｌｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａからなる群から選択された元素を２
種類以上組み合わせて添加する場合においても、上記の
単一元素の場合と同様に総添加量が０．５重量部以上１
０重量部以下となる範囲で添加すれば、結晶化温度を３
５０℃以上５００℃以下とすることができる。
Ｏ3，ＭｇＣＯ3，ＣａＣＯ3を混合してＬｉ，Ｎａ，
Ｋ，Ｍｇ，Ｃａの総添加量が０〜１５重量部となる範囲
で添加した。添加量と結晶化温度の関係について調べた
結果を図９に示す。図９から明らかなように、Ｌｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａからなる群から選択された元素を２
種類以上組み合わせて添加する場合においても、上記の
単一元素の場合と同様に総添加量が０．５重量部以上１
０重量部以下となる範囲で添加すれば、結晶化温度を３
５０℃以上５００℃以下とすることができる。
【００３２】〔実施例２〕本発明の第２の実施例である
強誘電体素子を説明する。本実施例の強誘電体素子に用
いられている強誘電体薄膜は、Ｋ元素を含み、化学構造
式Ｐｂ（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3の結晶構造をもつもの
で、化学構造式（Ｐｂ1-xＡx）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ
3で、ｘ＝０かつｙ＝０．６の場合に相当する。本実施
例の強誘電体素子についても、第１の実施例と同様に製
造する。実施例１の場合と同様のＰｔ（１０００Å）／
ＴｉＮ（２００Å）／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板上に、Ｐｂ
（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3１００重量部に対してＫ2ＣＯ3
をＫ元素でみて５重量部の割合で添加したターゲットを
用いてスパッタリング法で成膜した。スパッタガスは酸
素とアルゴンの１：１混合ガス、成膜圧力は２Ｐａ、Ｒ
Ｆパワーは２００Ｗとし、膜厚２５０ｎｍを得た。その
後、１ａｔｍの空気中又は酸素中にて、温度５００℃で
１０〜１５０分間熱処理を行った。
強誘電体素子を説明する。本実施例の強誘電体素子に用
いられている強誘電体薄膜は、Ｋ元素を含み、化学構造
式Ｐｂ（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3の結晶構造をもつもの
で、化学構造式（Ｐｂ1-xＡx）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ
3で、ｘ＝０かつｙ＝０．６の場合に相当する。本実施
例の強誘電体素子についても、第１の実施例と同様に製
造する。実施例１の場合と同様のＰｔ（１０００Å）／
ＴｉＮ（２００Å）／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板上に、Ｐｂ
（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3１００重量部に対してＫ2ＣＯ3
をＫ元素でみて５重量部の割合で添加したターゲットを
用いてスパッタリング法で成膜した。スパッタガスは酸
素とアルゴンの１：１混合ガス、成膜圧力は２Ｐａ、Ｒ
Ｆパワーは２００Ｗとし、膜厚２５０ｎｍを得た。その
後、１ａｔｍの空気中又は酸素中にて、温度５００℃で
１０〜１５０分間熱処理を行った。
【００３３】以上の操作により、Ｋ元素を含む強誘電体
層Ｐｂ（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3を得た。この強誘電体素
子の電圧と分極の関係を調べた結果、５Ｖにおける２Ｐ
ｒ＝３６μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝５０ｋＶ／ｃｍの電気特
性を示した。また、電圧３Ｖの±反転による書き込み回
数１０9回で特性劣化約１０％と優れた強誘電体特性を
示し、Ｋ元素の添加による特性低下は認められなかっ
た。また、５００℃で作製した強誘電体素子の５Ｖにお
けるＰｒで規格化したＰｒ値（Ｐｒ／Ｐｒ（５００））
は、３５０℃以上の温度範囲でＰｒ／Ｐｒ（５００）＞
０．９５と非常に優れた特性を示した。
層Ｐｂ（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3を得た。この強誘電体素
子の電圧と分極の関係を調べた結果、５Ｖにおける２Ｐ
ｒ＝３６μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝５０ｋＶ／ｃｍの電気特
性を示した。また、電圧３Ｖの±反転による書き込み回
数１０9回で特性劣化約１０％と優れた強誘電体特性を
示し、Ｋ元素の添加による特性低下は認められなかっ
た。また、５００℃で作製した強誘電体素子の５Ｖにお
けるＰｒで規格化したＰｒ値（Ｐｒ／Ｐｒ（５００））
は、３５０℃以上の温度範囲でＰｒ／Ｐｒ（５００）＞
０．９５と非常に優れた特性を示した。
【００３４】Ｐｂ（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3１００重量部
に対してＫ2ＣＯ3をＫ元素で０．５重量部以上１０重量
部以下の範囲で添加して上記と同様の方法で作製したと
ころ、５Ｖにおける２Ｐｒ＞３０μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝
４５〜６０ｋＶ／ｃｍの電気特性が得られた。さらに、
化学構造式（Ｐｂ1-xＡx）（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3から
なる結晶構造において、Ａ元素にＬａ，Ｂａ，Ｎｂ元素
を置換し、ｘの比率を０≦ｘ≦０．２の範囲内で変化さ
せて、上記と同様にして強誘電体薄膜を形成した。強誘
電体薄膜の形成に当たっては、（Ｐｂ1-xＡx）（Ｚｒ
0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3１００重量部に対して添加元素として
Ｋ元素を５重量部の割合で添加した。表１は、５００℃
で作製したこれらの強誘電体素子の５Ｖにおける２Ｐｒ
値（単位はμＣ／ｃｍ2）を示す。表１に示されている
ように、上記と同様にして５００℃で作製した強誘電体
素子の５Ｖにおける２Ｐｒ値は、全て３０μＣ／ｃｍ2
以上と優れた特性を示した。
に対してＫ2ＣＯ3をＫ元素で０．５重量部以上１０重量
部以下の範囲で添加して上記と同様の方法で作製したと
ころ、５Ｖにおける２Ｐｒ＞３０μＣ／ｃｍ2、Ｅｃ＝
４５〜６０ｋＶ／ｃｍの電気特性が得られた。さらに、
化学構造式（Ｐｂ1-xＡx）（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3から
なる結晶構造において、Ａ元素にＬａ，Ｂａ，Ｎｂ元素
を置換し、ｘの比率を０≦ｘ≦０．２の範囲内で変化さ
せて、上記と同様にして強誘電体薄膜を形成した。強誘
電体薄膜の形成に当たっては、（Ｐｂ1-xＡx）（Ｚｒ
0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3１００重量部に対して添加元素として
Ｋ元素を５重量部の割合で添加した。表１は、５００℃
で作製したこれらの強誘電体素子の５Ｖにおける２Ｐｒ
値（単位はμＣ／ｃｍ2）を示す。表１に示されている
ように、上記と同様にして５００℃で作製した強誘電体
素子の５Ｖにおける２Ｐｒ値は、全て３０μＣ／ｃｍ2
以上と優れた特性を示した。
【００３５】
【表１】
【００３６】また、化学構造式（Ｐｂ0.9Ａ0.1）（Ｚｒ
1-yＴｉy）Ｏ3からなる結晶構造において、Ａ元素にＬ
ａ，Ｂａ，Ｎｂ元素を置換し、ｙの比率を０＜ｙ≦１．
０の範囲内で変化させて、上記と同様にして強誘電体薄
膜を形成した。強誘電体薄膜の形成に当たっては、（Ｐ
ｂ0.9Ａ0.1）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ3１００重量部に対し
て添加元素としてＫ元素を５重量部の割合で添加した。
表２は、５００℃で作製したこれらの強誘電体素子の５
Ｖにおける２Ｐｒ値（単位はμＣ／ｃｍ2）を示す。表
２に示されているように、ｙ値によって２Ｐｒ値が大き
く変わり、０．５≦ｙ≦０．７５の範囲で特に高いＰｒ
特性が得られた。
1-yＴｉy）Ｏ3からなる結晶構造において、Ａ元素にＬ
ａ，Ｂａ，Ｎｂ元素を置換し、ｙの比率を０＜ｙ≦１．
０の範囲内で変化させて、上記と同様にして強誘電体薄
膜を形成した。強誘電体薄膜の形成に当たっては、（Ｐ
ｂ0.9Ａ0.1）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ3１００重量部に対し
て添加元素としてＫ元素を５重量部の割合で添加した。
表２は、５００℃で作製したこれらの強誘電体素子の５
Ｖにおける２Ｐｒ値（単位はμＣ／ｃｍ2）を示す。表
２に示されているように、ｙ値によって２Ｐｒ値が大き
く変わり、０．５≦ｙ≦０．７５の範囲で特に高いＰｒ
特性が得られた。
【００３７】
【表２】
【００３８】〔実施例３〕本発明の第３の実施例である
高誘電体素子を説明する。図４に、本実施例の高誘電体
素子の断面模式図を示す。本実施例の高誘電体素子に用
いられている高誘電体薄膜は、Ｋ元素を含み、化学構造
式（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5ＴｉＯ3）の結晶構造をもつもので
ある。本実施例の高誘電体素子についても、第１の実施
例と同様に製造する。下地基板４４には、３００℃に加
熱しながら形成した厚み２００ÅのＴｉＮ層のバリア層
及び熱酸化で作製したＳｉＯ2層を含むＳｉウエハを用
いた。次に、この下地基板４４上に下部電極４３を作製
した。下部電極４３は、下地基板４４を３５０℃に加熱
しながらスパッタリング法によりＰｔ薄膜を２００Å形
成することで作製した。この下部電極４３上に、高誘電
体薄膜４２を形成するために、Ｂａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｋ元
素を（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ3の１００重量部に対し
てＫ2ＣＯ3をＫ元素でみて５重量部の割合で添加したタ
ーゲットを用いてスパッタリング法で成膜した。スパッ
タガスはアルゴンガス、成膜圧力は２Ｐａ、ＲＦパワー
は２００Ｗとし、膜厚２５ｎｍを得た。その後、１ａｔ
ｍの空気中又は酸素中、温度４５０℃で１〜３０分間熱
処理を行った。以上の操作により、Ｋ元素を含む高誘電
体層（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ3を得た。
高誘電体素子を説明する。図４に、本実施例の高誘電体
素子の断面模式図を示す。本実施例の高誘電体素子に用
いられている高誘電体薄膜は、Ｋ元素を含み、化学構造
式（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5ＴｉＯ3）の結晶構造をもつもので
ある。本実施例の高誘電体素子についても、第１の実施
例と同様に製造する。下地基板４４には、３００℃に加
熱しながら形成した厚み２００ÅのＴｉＮ層のバリア層
及び熱酸化で作製したＳｉＯ2層を含むＳｉウエハを用
いた。次に、この下地基板４４上に下部電極４３を作製
した。下部電極４３は、下地基板４４を３５０℃に加熱
しながらスパッタリング法によりＰｔ薄膜を２００Å形
成することで作製した。この下部電極４３上に、高誘電
体薄膜４２を形成するために、Ｂａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｋ元
素を（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ3の１００重量部に対し
てＫ2ＣＯ3をＫ元素でみて５重量部の割合で添加したタ
ーゲットを用いてスパッタリング法で成膜した。スパッ
タガスはアルゴンガス、成膜圧力は２Ｐａ、ＲＦパワー
は２００Ｗとし、膜厚２５ｎｍを得た。その後、１ａｔ
ｍの空気中又は酸素中、温度４５０℃で１〜３０分間熱
処理を行った。以上の操作により、Ｋ元素を含む高誘電
体層（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ3を得た。
【００３９】ＩＣＰ分析の結果、得られた高誘電体層に
は１００重量部の（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ3に対して
５．０重量部のＫ元素が含有されていた。次に、高誘電
体薄膜４２の上に上部電極４１のＰｔ薄膜を室温でスパ
ッタリング法により２００Å形成して、高誘電体素子を
作製した。このＫ元素を含む（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ
3高誘電体素子の熱処理温度とε特性の関係を図６に示
す。図６の縦軸は、４５０℃で作製した高誘電体素子の
εで規格化した値（ε／ε（４５０））とした。図６に
示されているように、２５０℃以上の温度範囲でε／ε
（４５０）＞０．９５と非常に優れた特性を示した。
は１００重量部の（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ3に対して
５．０重量部のＫ元素が含有されていた。次に、高誘電
体薄膜４２の上に上部電極４１のＰｔ薄膜を室温でスパ
ッタリング法により２００Å形成して、高誘電体素子を
作製した。このＫ元素を含む（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ
3高誘電体素子の熱処理温度とε特性の関係を図６に示
す。図６の縦軸は、４５０℃で作製した高誘電体素子の
εで規格化した値（ε／ε（４５０））とした。図６に
示されているように、２５０℃以上の温度範囲でε／ε
（４５０）＞０．９５と非常に優れた特性を示した。
【００４０】本実施例において、（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）Ｔ
ｉＯ3１００重量部に対してＫ2ＣＯ3をＫ元素でみて
０．５重量部以上１０重量部以下の範囲で添加すれば、
ε＞２５０の電気特性を示した。Ｋ2ＣＯ3の代わりにＬ
ｉ2ＣＯ3，Ｎａ2ＣＯ3，ＭｇＣＯ3，ＣａＣＯ3を添加し
た場合においても、上記と同様の方法で成膜すると、ε
＞２５０の電気特性を示した。
ｉＯ3１００重量部に対してＫ2ＣＯ3をＫ元素でみて
０．５重量部以上１０重量部以下の範囲で添加すれば、
ε＞２５０の電気特性を示した。Ｋ2ＣＯ3の代わりにＬ
ｉ2ＣＯ3，Ｎａ2ＣＯ3，ＭｇＣＯ3，ＣａＣＯ3を添加し
た場合においても、上記と同様の方法で成膜すると、ε
＞２５０の電気特性を示した。
【００４１】また、結晶構造（Ｂａ1-xＳｒx）ＴｉＯ3
の高誘電体において、ｘが０の場合のＢａＴｉＯ3にお
いても、上記と同様に４５０℃で作製した高誘電体素子
のε値は、Ｋ2ＣＯ3をＫ元素でみて０．５重量部以上１
０重量部以下の範囲で添加すれば、ε＞４００の電気特
性を示した。結晶構造（Ｂａ1-xＳｒx）ＴｉＯ3の高誘
電体において、ｘが１の場合のＳｒＴｉＯ3において
も、上記と同様に４５０℃で作製した高誘電体素子のε
値は、Ｋ2ＣＯ3をＫ元素でみて０．５重量部以上１０重
量部以下の範囲で添加すれば、ε＞１８０の電気特性を
示した。
の高誘電体において、ｘが０の場合のＢａＴｉＯ3にお
いても、上記と同様に４５０℃で作製した高誘電体素子
のε値は、Ｋ2ＣＯ3をＫ元素でみて０．５重量部以上１
０重量部以下の範囲で添加すれば、ε＞４００の電気特
性を示した。結晶構造（Ｂａ1-xＳｒx）ＴｉＯ3の高誘
電体において、ｘが１の場合のＳｒＴｉＯ3において
も、上記と同様に４５０℃で作製した高誘電体素子のε
値は、Ｋ2ＣＯ3をＫ元素でみて０．５重量部以上１０重
量部以下の範囲で添加すれば、ε＞１８０の電気特性を
示した。
【００４２】〔実施例４〕図７は、本発明による強誘電
体素子を用いた半導体装置の略断面図である。作製方法
を以下に示す。まず、Ｓｉウエハ７５にイオン打ち込み
と熱処理により拡散層７７を形成し、次に表面酸化によ
りＳｉＯ2ゲート膜７９を、さらにその上にゲート電極
７８を形成した。トランジスタとキャパシタの素子分離
としてＳｉＯ2膜７６を形成した後に、強誘電体素子７
３，７２，７２を形成した。その後、ＳｉＯ2膜７４を
形成した後にアルミ配線７１０を形成して、上部電極７
１と拡散層７７を接続している。強誘電体素子として、
実施例１で説明したＰｔ電極７１、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9
薄膜７２、Ｐｔ電極７３からなる構造を形成すること
で、強誘電体メモリ素子を含む半導体装置を得た。得ら
れた強誘電体メモリ素子の半導体装置は、３Ｖの電圧で
得られた蓄積電化容量の変化で検出できる半導体装置で
ある。
体素子を用いた半導体装置の略断面図である。作製方法
を以下に示す。まず、Ｓｉウエハ７５にイオン打ち込み
と熱処理により拡散層７７を形成し、次に表面酸化によ
りＳｉＯ2ゲート膜７９を、さらにその上にゲート電極
７８を形成した。トランジスタとキャパシタの素子分離
としてＳｉＯ2膜７６を形成した後に、強誘電体素子７
３，７２，７２を形成した。その後、ＳｉＯ2膜７４を
形成した後にアルミ配線７１０を形成して、上部電極７
１と拡散層７７を接続している。強誘電体素子として、
実施例１で説明したＰｔ電極７１、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9
薄膜７２、Ｐｔ電極７３からなる構造を形成すること
で、強誘電体メモリ素子を含む半導体装置を得た。得ら
れた強誘電体メモリ素子の半導体装置は、３Ｖの電圧で
得られた蓄積電化容量の変化で検出できる半導体装置で
ある。
【００４３】ここでは、Ｐｔ電極７１、ＳｒＢｉ2Ｔａ2
Ｏ9強誘電体薄膜７２、Ｐｔ電極７３からなる構造を用
いて説明したが、Ｐｔ電極、（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ
3等の高誘電体薄膜、Ｐｔ電極からなる構造の高誘電体
メモリ素子を形成してもよい。こうして得られる高誘電
体メモリ素子の半導体装置は、３Ｖの電圧で３０ｆＦ蓄
積電化容量を有する半導体装置である。また、ＦｅＲＡ
ＭやＤＲＡＭなどの半導体装置について、本発明の誘電
体素子を用いれば、大容量化およびより低い電圧での動
作が可能になる。
Ｏ9強誘電体薄膜７２、Ｐｔ電極７３からなる構造を用
いて説明したが、Ｐｔ電極、（Ｂａ0.5Ｓｒ0.5）ＴｉＯ
3等の高誘電体薄膜、Ｐｔ電極からなる構造の高誘電体
メモリ素子を形成してもよい。こうして得られる高誘電
体メモリ素子の半導体装置は、３Ｖの電圧で３０ｆＦ蓄
積電化容量を有する半導体装置である。また、ＦｅＲＡ
ＭやＤＲＡＭなどの半導体装置について、本発明の誘電
体素子を用いれば、大容量化およびより低い電圧での動
作が可能になる。
【００４４】以上の実施例では、Ｓｉ基板上に形成され
るバリア層として、ＴｉＮ層を用いたが、Ｔｉ，ＴｉＡ
ＩＮ，Ｔａなどを用いてもよい。上部電極および下部電
極には、Ｐｔ以外に、Ｗ，ＰｔＴｉ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ａ
ｌ，Ｃｕ，ＲｕＯ2,ＩｒＯ2 などを用いることができ
る。また、誘電体膜を作る方法は、スパッタリング法以
外に、酸素あるいは励起した酸素中で行うＭＯＣＶＤ
法、金属アルコキシドあるいは有機酸塩を出発原料とし
たスピンコート法、ディップコート法を適宜選択してよ
い。
るバリア層として、ＴｉＮ層を用いたが、Ｔｉ，ＴｉＡ
ＩＮ，Ｔａなどを用いてもよい。上部電極および下部電
極には、Ｐｔ以外に、Ｗ，ＰｔＴｉ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ａ
ｌ，Ｃｕ，ＲｕＯ2,ＩｒＯ2 などを用いることができ
る。また、誘電体膜を作る方法は、スパッタリング法以
外に、酸素あるいは励起した酸素中で行うＭＯＣＶＤ
法、金属アルコキシドあるいは有機酸塩を出発原料とし
たスピンコート法、ディップコート法を適宜選択してよ
い。
【００４５】〔実施例５〕本発明の第５の実施例である
非接触型メモリーカード５０を説明する。図１１に示す
本実施例の非接触型メモリーカード５０は、データを記
憶しておくデータ用ＲＯＭ５１、ＦｅＲＡＭ素子５２、
非接触用インターフェイス５３、およびアンテナ５４が
カードに設けられている。ＦｅＲＡＭ素子５２には、第
１〜第４の実施例で説明した強誘電体素子を用いる。デ
ータ用ＲＯＭ５１、ＦｅＲＡＭ素子５２、および非接触
用インターフェイス５３は、データが行き来する信号線
で相互に接続されている。非接触用インターフェイス５
３にはアンテナ５４が信号線が接続されている。
非接触型メモリーカード５０を説明する。図１１に示す
本実施例の非接触型メモリーカード５０は、データを記
憶しておくデータ用ＲＯＭ５１、ＦｅＲＡＭ素子５２、
非接触用インターフェイス５３、およびアンテナ５４が
カードに設けられている。ＦｅＲＡＭ素子５２には、第
１〜第４の実施例で説明した強誘電体素子を用いる。デ
ータ用ＲＯＭ５１、ＦｅＲＡＭ素子５２、および非接触
用インターフェイス５３は、データが行き来する信号線
で相互に接続されている。非接触用インターフェイス５
３にはアンテナ５４が信号線が接続されている。
【００４６】外部からの情報は、アンテナ５４から非接
触用インターフェイス５３に送られ、電圧信号に変換さ
れる。この電圧信号によって、ＦｅＲＡＭ素子５２を駆
動し、情報を書き込んだり、データ用ＲＯＭ５１から情
報を読み出したりすることができる。従来のメモリーカ
ードでは、ＥＥＰＲＯＭ素子の不揮発性素子を利用して
いたので１６Ｖの印加電圧が必要であった。本実施例で
は、ＦｅＲＡＭ素子を用いるので、電圧信号を５Ｖ以下
に低電圧化できる。
触用インターフェイス５３に送られ、電圧信号に変換さ
れる。この電圧信号によって、ＦｅＲＡＭ素子５２を駆
動し、情報を書き込んだり、データ用ＲＯＭ５１から情
報を読み出したりすることができる。従来のメモリーカ
ードでは、ＥＥＰＲＯＭ素子の不揮発性素子を利用して
いたので１６Ｖの印加電圧が必要であった。本実施例で
は、ＦｅＲＡＭ素子を用いるので、電圧信号を５Ｖ以下
に低電圧化できる。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、誘電体がＩａ族元素、
Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含むことにより、低い温度
で結晶化のための熱処理を行うことができるので、この
ときに誘電体と誘電体に接する電極とが反応することな
く、誘電体を形成することができ、健全に機能する誘電
体素子を得ることができる。
Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含むことにより、低い温度
で結晶化のための熱処理を行うことができるので、この
ときに誘電体と誘電体に接する電極とが反応することな
く、誘電体を形成することができ、健全に機能する誘電
体素子を得ることができる。
【００４８】また、誘電体が、化学構造式（ＡＯ）
2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-（但し、ＡはＴｌ，Ｈｇ，Ｐ
ｂ，Ｂｉ、または希土類元素であり、ＢはＢｉ，Ｐｂ，
Ｃａ，Ｓｒ、またはＢａであり、かつ、ＣはＴｉ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ、またはＺｒで
ある。）の結晶構造をもてば、または、化学構造式（Ｐ
ｂ1-xＡx）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ3（但し、ＡはＬａ，Ｂ
ａ、またはＮｂであり、０≦ｘ≦０．２、かつ、０＜ｙ
≦１である。）の結晶構造をもてば、誘電体は強誘電体
であり、強誘電体素子が得られる。この強誘電体素子
は、高い残留分極Ｐｒ値を維持し、低い抗電界Ｅｃ値を
もち、かつ、膜疲労が抑制された、健全に機能する強誘
電体素子である。
2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-（但し、ＡはＴｌ，Ｈｇ，Ｐ
ｂ，Ｂｉ、または希土類元素であり、ＢはＢｉ，Ｐｂ，
Ｃａ，Ｓｒ、またはＢａであり、かつ、ＣはＴｉ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ、またはＺｒで
ある。）の結晶構造をもてば、または、化学構造式（Ｐ
ｂ1-xＡx）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ3（但し、ＡはＬａ，Ｂ
ａ、またはＮｂであり、０≦ｘ≦０．２、かつ、０＜ｙ
≦１である。）の結晶構造をもてば、誘電体は強誘電体
であり、強誘電体素子が得られる。この強誘電体素子
は、高い残留分極Ｐｒ値を維持し、低い抗電界Ｅｃ値を
もち、かつ、膜疲労が抑制された、健全に機能する強誘
電体素子である。
【００４９】また、誘電体が、化学構造式（Ｂａ1-xＳ
ｒx）ＴｉＯ3（但し、０≦ｘ≦１である。）の結晶構造
をもてば、誘電体は高誘電体であり、高強誘電体素子が
得られる。この高強誘電体素子は、静電容量が大きく、
高い残留分極Ｐｒ値を維持し、かつ、耐電圧特性がよ
い、健全に機能する高強誘電体素子である。
ｒx）ＴｉＯ3（但し、０≦ｘ≦１である。）の結晶構造
をもてば、誘電体は高誘電体であり、高強誘電体素子が
得られる。この高強誘電体素子は、静電容量が大きく、
高い残留分極Ｐｒ値を維持し、かつ、耐電圧特性がよ
い、健全に機能する高強誘電体素子である。
【００５０】また、本発明の他の特徴によれば、Ｋ元素
が含まれている誘電体は結晶化温度が低く、２５０℃以
上５００℃以下の温度で成膜を行うことができるので、
誘電体と誘電体に接する電極との反応を抑制することが
できる。したがって、健全な誘電体を形成することがで
き、健全に機能する誘電体素子を得ることができる。
が含まれている誘電体は結晶化温度が低く、２５０℃以
上５００℃以下の温度で成膜を行うことができるので、
誘電体と誘電体に接する電極との反応を抑制することが
できる。したがって、健全な誘電体を形成することがで
き、健全に機能する誘電体素子を得ることができる。
【００５１】誘電体が強誘電体である場合は、３５０℃
より低い温度で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元
素を含む非晶質な強誘電体を設けることができ、非晶質
な強誘電体を結晶化する熱処理は３５０℃以上５００℃
以下で行うことができる。これらの温度範囲であれば、
強誘電体と強誘電体に接する電極との反応を抑制するこ
とができる。したがって、健全な強誘電体を形成するこ
とができ、高い残留分極Ｐｒ値を維持し、低い抗電界Ｅ
ｃ値をもち、かつ、膜疲労が抑制された、健全に機能す
る誘電体素子を得ることができる。
より低い温度で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元
素を含む非晶質な強誘電体を設けることができ、非晶質
な強誘電体を結晶化する熱処理は３５０℃以上５００℃
以下で行うことができる。これらの温度範囲であれば、
強誘電体と強誘電体に接する電極との反応を抑制するこ
とができる。したがって、健全な強誘電体を形成するこ
とができ、高い残留分極Ｐｒ値を維持し、低い抗電界Ｅ
ｃ値をもち、かつ、膜疲労が抑制された、健全に機能す
る誘電体素子を得ることができる。
【００５２】誘電体が高誘電体である場合は、２５０℃
より低い温度で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元
素を含む非晶質な高誘電体を設けることができ、非晶質
な高誘電体を結晶化する熱処理は２５０℃以上４５０℃
以下で行うことができる。これらの温度範囲であれば、
高誘電体と高誘電体に接する電極との反応を抑制するこ
とができる。したがって、健全な高誘電体を形成するこ
とができ、静電容量が大きく、高い残留分極Ｐｒ値を維
持し、かつ、耐電圧特性がよい、健全に機能する誘電体
素子を得ることができる。
より低い温度で、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元
素を含む非晶質な高誘電体を設けることができ、非晶質
な高誘電体を結晶化する熱処理は２５０℃以上４５０℃
以下で行うことができる。これらの温度範囲であれば、
高誘電体と高誘電体に接する電極との反応を抑制するこ
とができる。したがって、健全な高誘電体を形成するこ
とができ、静電容量が大きく、高い残留分極Ｐｒ値を維
持し、かつ、耐電圧特性がよい、健全に機能する誘電体
素子を得ることができる。
【００５３】また、半導体装置が、誘電体がＩａ族元
素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含む誘電体素子を有す
れば、低い温度で熱処理を行うことができるので、誘電
体と誘電体に接する電極とが反応することなく、誘電体
を形成することができ、健全に機能する誘電体素子を得
ることができる。ＦｅＲＡＭやＤＲＡＭなどの半導体装
置についてこのような誘電体素子を用いれば、大容量化
およびより低い電圧での動作が可能になる。
素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含む誘電体素子を有す
れば、低い温度で熱処理を行うことができるので、誘電
体と誘電体に接する電極とが反応することなく、誘電体
を形成することができ、健全に機能する誘電体素子を得
ることができる。ＦｅＲＡＭやＤＲＡＭなどの半導体装
置についてこのような誘電体素子を用いれば、大容量化
およびより低い電圧での動作が可能になる。
【図１】ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9１００重量部に対してＫの
添加量を５重量部とした場合の４５０℃で作製したＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9層のＳＥＭ写真。
添加量を５重量部とした場合の４５０℃で作製したＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9層のＳＥＭ写真。
【図２】ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9１００重量部に対してＫの
添加量を５重量部とした場合の４５０℃で作製したＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9層のＰ−Ｅヒステリシス図。
添加量を５重量部とした場合の４５０℃で作製したＳｒ
Ｂｉ2Ｔａ2Ｏ9層のＰ−Ｅヒステリシス図。
【図３】本発明による強誘電体素子を示す断面模式図。
【図４】本発明による高誘電体素子を示す断面模式図。
【図５】熱処理温度と規格化したＰｒ値の関係を示す
図。
図。
【図６】熱処理温度と規格化したε値の関係を示す図。
【図７】本発明の強誘電体素子を用いた半導体装置の断
面模式図。
面模式図。
【図８】単一元素添加量と結晶化温度の関係を示す図。
【図９】混合元素添加量と結晶化温度の関係を示す図。
【図１０】第１の実施例の強誘電体素子の製造方法を示
す図。
す図。
【図１１】第５の実施例の非接触型メモリーカードを示
す図。
す図。
３１，４１，８１，７１…上部電極 ３２，７２…強誘電体薄膜 ４２…高誘電体薄膜 ３３，４３，７３…下部電極 ３４，４４…下地基板 ５０…非接触型メモリーカード ５１…データ用ＲＯＭ ５２…ＦｅＲＡＭ素子 ５３…非接触用インターフェイス ５４…アンテナ ７４，７６…ＳｉＯ2膜 ７５…Ｓｉ ７７…拡散層 ７８…ゲート電極 ７９…ＳｉＯ2ゲート膜 ７１０…アルミ配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 徹男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 東山 和寿 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5F038 AC05 AC09 AC15 AC18 DF05 EZ14 EZ17 5F083 AD21 FR02 JA12 JA14 JA15 JA38 JA40 PR22 PR33
Claims (10)
- 【請求項１】 誘電体と、前記誘電体に電圧を与える２
つの電極とを備える誘電体素子において、前記誘電体
は、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含むこと
を特徴とする誘電体素子。 - 【請求項２】 前記Ｉａ族元素はＬｉ，Ｎａ，Ｋである
ことを特徴とする請求項１の誘電体素子。 - 【請求項３】 前記誘電体は、前記誘電体１００重量部
に対して、０．５重量部以上１０重量部以下の割合で、
Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含むことを特
徴とする請求項１の誘電体素子。 - 【請求項４】 前記誘電体は、化学構造式（ＡＯ）
2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-（但し、ＡはＴｌ，Ｈｇ，Ｐ
ｂ，Ｂｉ、または希土類元素であり、 ＢはＢｉ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｓｒ、またはＢａであり、か
つ、 ＣはＴｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ、
またはＺｒである。）の結晶構造をもつことを特徴とす
る請求項１の誘電体素子。 - 【請求項５】 前記誘電体は、化学構造式（Ｐｂ
1-xＡx）（Ｚｒ1-yＴｉy）Ｏ3（但し、ＡはＬａ，Ｂ
ａ，またはＮｂであり、 ０≦ｘ≦０．２、かつ、 ０＜ｙ≦１である。）の結晶構造をもつことを特徴とす
る請求項１の誘電体素子。 - 【請求項６】 前記誘電体は、化学構造式（Ｂａ1-xＳ
ｒx）ＴｉＯ3（但し、０≦ｘ≦１である。）の結晶構造
をもつことを特徴とする請求項１の誘電体素子。 - 【請求項７】 誘電体と、前記誘電体に電圧を与える２
つの電極とを備える誘電体素子の製造方法において、Ｉ
ａ族元素、Ｍｇ元素、またはＣａ元素を含む誘電体の形
成を２５０℃以上５００℃以下で行うことを特徴とする
誘電体素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記Ｉａ族元素、前記Ｍｇ元素、または
前記Ｃａ元素を含む非晶質な前記誘電体を設けるステッ
プと、非晶質な前記誘電体を結晶化する熱処理を、２５
０℃以上５００℃以下で行うステップとを含むことを特
徴とする請求項７の誘電体素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記誘電体の材料に、Ｉａ族元素、Ｍｇ
元素、またはＣａ元素を添加するステップを含むことを
特徴とする請求項７の誘電体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 誘電体と、前記誘電体に電圧を与える
２つの電極とを備える誘電体素子を有する半導体装置に
おいて、前記誘電体は、Ｉａ族元素、Ｍｇ元素、または
Ｃａ元素を含むことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10250062A JP2000077616A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 誘電体素子およびその製造方法並びに半導体装置 |
| KR1020007003089A KR20010024248A (ko) | 1998-09-03 | 1999-08-30 | 유전체소자 및 그 제조방법 및 반도체장치 |
| PCT/JP1999/004679 WO2000014804A1 (fr) | 1998-09-03 | 1999-08-30 | Element dielectrique, procede de production associe, et dispositif a semi-conducteur |
| US10/162,650 US20030030967A1 (en) | 1998-09-03 | 2002-06-06 | Dielectric capacitor and production process and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10250062A JP2000077616A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 誘電体素子およびその製造方法並びに半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000077616A true JP2000077616A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17202243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10250062A Pending JP2000077616A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 誘電体素子およびその製造方法並びに半導体装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000077616A (ja) |
| KR (1) | KR20010024248A (ja) |
| WO (1) | WO2000014804A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002190476A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Ulvac Japan Ltd | 誘電体膜の成膜方法 |
| JP2016066822A (ja) * | 2016-01-20 | 2016-04-28 | 株式会社ユーテック | 強誘電体結晶膜及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3545850B2 (ja) * | 1995-09-08 | 2004-07-21 | シャープ株式会社 | 強誘電体薄膜素子 |
| JPH09139474A (ja) * | 1995-11-14 | 1997-05-27 | Murata Mfg Co Ltd | 誘電体薄膜素子およびその製造方法 |
| JP3595098B2 (ja) * | 1996-02-22 | 2004-12-02 | 株式会社東芝 | 薄膜キャパシタ |
| JPH10229080A (ja) * | 1996-12-10 | 1998-08-25 | Sony Corp | 酸化物の処理方法、アモルファス酸化膜の形成方法およびアモルファス酸化タンタル膜 |
-
1998
- 1998-09-03 JP JP10250062A patent/JP2000077616A/ja active Pending
-
1999
- 1999-08-30 KR KR1020007003089A patent/KR20010024248A/ko not_active Application Discontinuation
- 1999-08-30 WO PCT/JP1999/004679 patent/WO2000014804A1/ja not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002190476A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Ulvac Japan Ltd | 誘電体膜の成膜方法 |
| JP2016066822A (ja) * | 2016-01-20 | 2016-04-28 | 株式会社ユーテック | 強誘電体結晶膜及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010024248A (ko) | 2001-03-26 |
| WO2000014804A1 (fr) | 2000-03-16 |
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