JPH09260516A

JPH09260516A - 強誘電体薄膜被覆基板及びそれを用いたキャパシタ構造素子

Info

Publication number: JPH09260516A
Application number: JP8090160A
Authority: JP
Inventors: Sakiko Sato; 咲子佐藤; Hironori Matsunaga; 宏典松永; Takeshi Kijima; 健木島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、薄膜の表面が緻密かつ平坦でリー
ク電流特性に優れ、さらに十分に大きな残留自発分極を
示す強誘電体薄膜被覆基板及びそれを用いたキャパシタ
構造素子を提供することを目的としている。【解決手段】シリコン等から成る基板１上にＢｉ₄Ｔ
ｉ₃Ｏ₁₂等から成る強誘電体薄膜５が形成されて成る強
誘電体薄膜被覆基板において、強誘電体薄膜５上に強誘
電体薄膜５を覆うＴｉＯ₂等から成るオーバーコート層
６を配置して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体メモリ素
子、焦電センサ素子、圧電素子等に用いられる強誘電体
薄膜、強誘電体薄膜被覆基板、キャパシタ構造素子、及
び強誘電体薄膜の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強誘電体は、自発分極、高誘電率、電気
光学効果、圧電効果及び焦電効果等の多くの機能をもつ
ことから、コンデンサ、発振器、光変調器あるいは赤外
線センサ等の広範なデバイス開発に応用されている。し
かし、従来、これらの応用は単結晶かセラミックスの状
態で行われてきた。

【０００３】一方、薄膜形成技術の進展に伴って、高品
質の強誘電体薄膜が得られるようになった現在では、従
来になかった応用が期待されている。特に最近では、Ｄ
ＲＡＭ等の半導体メモリ素子との組み合わせることで、
高密度でかつ高速に動作する強誘電体不揮発性メモリ
（ＦＲＡＭ）の開発が盛んに行われている。強誘電体メ
モリは、強誘電体の強誘電特性（自発分極効果）を利用
したバックアップ電源不要な不揮発性メモリである。こ
のようなデバイス開発には、残留自発分極（Ｐｒ）が大
きくかつ抗電界（Ｅｃ）が小さく、低リーク電流であ
り、分極反転の繰り返し耐性に優れる等の特性をもつ材
料が必要である。さらには、動作電圧の低減と半導体微
細加工プロセスに適合するために、膜厚２００ｎｍ以下
の薄膜で上記の特性を実現することが望まれる。

【０００４】現在、ＦＲＡＭ等への応用を目的として、
ＰｂＴｉＯ₃、Ｐｂ（Ｚｒ_1-XＴｉ_X）Ｏ₃（ＰＺＴ）、Ｐ
ＬＺＴ等のペロブスカイト構造を有する酸化物強誘電体
の薄膜化がスパッタリング法、蒸着法、ゾル−ゲル法、
ＭＯＤ法、ＭＯＣＶＤ法等の薄膜形成方法により試みら
れている。

【０００５】上述の強誘電体材料のうち、ＰＺＴは、現
在、最も集中的に研究されているものであり、例えば残
留自発分極Ｐｒが１０μＣ／ｃｍ²から２６μＣ／ｃｍ²
と大きな値をもつものも得られている。しかしながら、
蒸気圧の高いＰｂを含むため、成膜時や熱処理時等での
膜組成変化が起こり易いことや、ピンホールの発生、下
地電極ＰｔとＰｂの反応による低誘電率層の発生等の結
果、膜厚の低減に伴い、リーク電流や分極反転繰り返し
耐性の劣化が起こるという問題点がある。この為、強誘
電特性、分極反転耐性に優れた他の材料の開発が望まれ
ている。また、集積デバイスへの応用を考えた場合、微
細加工に対応できるような薄膜の緻密性、表面平滑性も
必要となる。

【０００６】他方、リーク電流や、分極反転耐性に悪影
響を及ぼすＰｂを含まない酸化物強誘電体として、層状
ペロブスカイト構造を有するチタン酸ビスマス（Ｂｉ₄
Ｔｉ₃Ｏ₁₂）がある。その単結晶での強誘電特性は、ａ
軸方向に残留自発分極Ｐｒ＝５０μＣ／ｃｍ²、抗電界
Ｅｃ＝５０ｋＶ／ｃｍ、ｃ軸方向に残留自発分極Ｐｒ＝
４μＣ／ｃｍ²、抗電界Ｅｃ＝４ｋＶ／ｃｍと、優れた
特性を示すものである。したがって、このＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ
₁₂のもつ大きな自発分極を強誘電体不揮発性メモリであ
る等に応用するためには、基板に垂直方向に結晶のａ軸
成分を多く持つようにすることが望ましい。

【０００７】Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂の薄膜化は、これまでに
も、ＭＯＣＶＤ法やゾル−ゲル法により試みられている
が、それらのほとんどが自発分極が小さいｃ軸配向膜で
ある。また、従来のゾル−ゲル法を用いた強誘電体薄膜
形成では、良好な強誘電特性を得るために６５０℃以上
の熱処理が必要であり、さらに、膜表面モフォロジーが
０．５μｍ程度の結晶粒からなるので、微細加工を必要
とする高集積デバイスに適用するのが困難である。一
方、ＭＯＣＶＤ法による強誘電体薄膜形成では、ｃ軸配
向のＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜が基板温度６００℃以上で、Ｐ
ｔ電極層／ＳｉＯ₂絶縁膜／Ｓｉ基板やＰｔ基板上に作
製されているが、これらの基板はそのまま実際のデバイ
ス構造に適用できるものではない。即ち、Ｐｔ／Ｔｉ／
ＳｉＯ₂／Ｓｉ基板のように、Ｐｔ電極層とその下のＳ
ｉＯ₂膜との接着強度を確保するためのＴｉ膜等の接着
層が必要である。ところが、このような接着層を設けた
Ｐｔ電極基板上に、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜をＭＯＣＶＤ法
により作製した場合、その膜表面モフォロジーは、０．
５μｍ程度の粗大結晶粒からなると共に、常誘電性のパ
イロクロア相（Ｂｉ₂Ｔｉ₂Ｏ₇）が発生し易くなること
が報告されている（Jpn.J.Appl.Phys.,32,1993,pp.408
6、及びJ.Ceramic Soc.Japan,102,1994,pp.512参照）。

【０００８】膜表面モフォロジーが粗大結晶粒からなる
と、微細加工を必要とする高集積デバイスには適用でき
ないばかりか、薄い膜厚ではピンホールの原因となり、
リーク電流の発生をもたらことになる。したがって、こ
のような従来技術では、２００ｎｍ以下の薄い膜厚で良
好な強誘電特性を有する強誘電体薄膜を実現することは
困難な状況である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、上記従
来技術では、強誘電体薄膜を高集積デバイスに適用する
のに、微細加工や低リーク電流のために必要な薄膜表面
の緻密性や平坦性、大きな残留分極、低温成膜プロセス
等の様々な条件を十分に満たすものが得られていないと
いう問題を有している。

【００１０】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであって、薄膜表面が緻密で平坦で、
リーク電流特性に優れ、かつ十分に大きな残留自発分極
を示す強誘電体薄膜が低温プロセスで作製可能な強誘電
体薄膜被覆基板及びそれを用いたキャパシタ構造素子を
提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、基板上に強誘電体薄膜が形成されて成
る強誘電体薄膜被覆基板において、強誘電体薄膜上にそ
の強誘電体薄膜を覆うオーバーコート層を設けている。

【００１２】さらに、本発明では、上記の強誘電体薄膜
被覆基板において、オーバーコート層を金属酸化物から
成るものとしている。

【００１３】さらに、本発明では、上記の強誘電体薄膜
被覆基板において、オーバーコート層が酸化チタンから
成るものとしている。

【００１４】さらに、本発明では、上記の強誘電体薄膜
被覆基板において、強誘電体薄膜がチタン酸ビスマスか
ら成り、オーバーコート層が酸化チタンから成ることと
している。

【００１５】また、本発明では、上記の強誘電体薄膜被
覆基板において、基板と強誘電体薄膜との間にバッファ
層を設けている。

【００１６】さらに、本発明では、上記の強誘電体薄膜
被覆基板において、オーバーコート層及びバッファ層を
金属酸化物から成るものとしている。

【００１７】さらに、本発明では、上記の強誘電体薄膜
被覆基板において、オーバーコート層及びバッファ層を
酸化チタンから成るものとしている。

【００１８】さらに、本発明では、上記の強誘電体薄膜
被覆基板において、強誘電体薄膜がチタン酸ビスマスか
ら成り、オーバーコート層及びバッファ層が酸化チタン
から成ることとしている。

【００１９】また、本発明では、上記の強誘電体薄膜被
覆基板を用いて、基板と強誘電体薄膜との間に第１の導
電性電極を配置し、オーバーコート層の上部に第２の導
電性電極を配置してキャパシタ構造素子を構成してい
る。

【００２０】本発明の強誘電体薄膜被覆基板では、基板
上に強誘電体薄膜が形成されて成る強誘電体薄膜被覆基
板において、強誘電体薄膜上にその強誘電体薄膜を覆う
オーバーコート層を設けているので、強誘電体薄膜が粗
大粒子から成り、その表面が粗くても、強誘電体薄膜上
のオーバーコート層により、強誘電体薄膜表面の凹凸が
埋められ、緻密で表面平滑な薄膜を得ることができる。
すなわち、従来では、結晶性の向上に伴い、結晶粒子の
粗大化、膜表面の荒れによるリーク電流の増大が問題と
なっていたが、本発明の強誘電体薄膜被覆基板によれ
ば、結晶性が優れ、かつ緻密で表面平滑な薄膜を得るこ
とができるというものである。

【００２１】また、本発明の強誘電体薄膜被覆基板で
は、さらに基板と強誘電体薄膜との間にバッファ層を設
けて、強誘電体薄膜の上下を同種の金属酸化物層で挟ん
だ構造としているので、膜の多層構造に起因する強誘電
性ヒステリシスループの非対称性の発生を防ぐことがで
き、対称性の良いヒステリシスループを得ることができ
る。すなわち、強誘電体薄膜を２つの同種材料の層で挟
んだ構造を採用することにより、上下の対称性の良い膜
の構造を実現し、膜構造の非対称性に起因するヒステリ
シスループの非対称性を防止することができるというも
のである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１
の実施形態である強誘電体薄膜被覆基板から構成される
キャパシタ構造素子の構造を示す図である。図１に示す
ように、このキャパシタ構造素子は、シリコン（Ｓｉ）
基板１上に、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）層２、接着層
３、下部電極４、強誘電体薄膜５、オーバーコート層
６、及び上部電極７が、それぞれ順次形成されているも
のである。

【００２３】第１の実施形態では、シリコン基板１とし
てはシリコン単結晶ウエハを用い、ＳｉＯ₂層２として
はシリコン単結晶ウエハ表面を熱酸化して得られる酸化
シリコン薄膜を用いた。また、接着層３としてはタンタ
ル（Ｔａ）薄膜を、下部電極４としては白金（Ｐｔ）薄
膜を、強誘電体薄膜５としてはチタン酸ビスマス薄膜
（Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜）を、オーバーコート層６として
は酸化チタン（ＴｉＯ₂）薄膜を、上部電極７としては
白金（Ｐｔ）薄膜をそれぞれ用いた。

【００２４】次に、図１に示した第１の実施形態の強誘
電体薄膜被覆基板の製造方法について説明する。まず、
Ｐｔ／Ｔａ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ基板の作製について説明す
る。シリコン基板１であるシリコン単結晶ウエハ（１０
０）面の表面を熱酸化することにより、膜厚２００ｎｍ
のＳｉＯ₂層２を形成する。そして、接着層３であるＴ
ａ薄膜を膜厚３０ｎｍで、そして、下部電極層４である
Ｐｔ薄膜を膜厚２００ｎｍで、それぞれスパッタ法によ
り形成した。

【００２５】なお、ここで、これらの材料や膜厚は、本
実施形態に限定されるものではなく、シリコン単結晶基
板の代わりに多結晶シリコン基板やＧａＡｓ基板等を用
いても良い。また、接着層は、成膜中に基板と下部電極
層との熱膨張率が異なることに起因する膜の剥離を防止
するものであり、膜厚は膜の剥離を防止できる程度であ
れば良く、材料についてもＴａ以外にチタン（Ｔｉ）等
を用いることできるが、本実施形態の場合、ＴｉとＰｔ
との合金が形成されるのでＴａを用いるのが好ましい。
また、絶縁層に用いたＳｉＯ₂層は、熱酸化により作製
されたものでなくても良く、スパッタ法、真空蒸着法、
ＭＯＣＶＤ法等により形成されたＳｉＯ₂膜や窒化シリ
コン膜等を用いることができ、材料も膜厚も充分に絶縁
性を有するものであれば良い。

【００２６】また、下部電極についても、膜厚は充分に
電極層として機能できる程度あれば良く、材料はＰｔに
限定されるものでなく、通常の電極材料に用いられる導
電性材料で良いが、他の薄膜との関連で適宜選択でき得
るものである。また、成膜方法も、シリコン熱酸化やス
パッタ法に限定されるものでなく、真空蒸着法等の通常
の薄膜形成技術を用いて行っても良い。また、基板構造
も上記のものに限定されるものではない。

【００２７】次いで、このようにして作製したＰｔ／Ｔ
ａ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ基板の上に、強誘電体薄膜５である
Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂強誘電体薄膜、及びオーバーコート層６
であるＴｉＯ₂薄膜をＭＯＣＶＤ法により順次形成し
た。Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂強誘電体薄膜の成膜条件を表１に示
す。

【００２８】

【表１】

【００２９】Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜の成膜は、表１に示す
ようにＢｉ原料としてトリオルトトリルビリルビスマス
（Ｂｉ（ｏ−Ｃ₇Ｈ₇）₃）を、Ｔｉ原料としてチタンイ
ソプロポキサイド（Ｔｉ（ｉ−ＯＣ₃Ｈ₇）₄）をそれぞ
れ用いて、これらの原料を表１に示す原料温度にそれぞ
れ加熱気化して（Ｂｉ原料１６０℃、Ｔｉ原料５０
℃）、キャリアガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスと反応
ガスである酸素（Ｏ₂）ガスと共に成膜室内に供給し
た。ここで、Ａｒガス供給時の流量はＢｉ原料に対して
２００ｓｃｃｍ、Ｔｉ原料に対して１００ｓｃｃｍと
し、Ｏ₂ガス供給時の流量は１０００ｓｃｃｍ）とし
た。なお、この成膜工程において、成膜室内の真空度
は、１０Ｔｏｒｒ以上であると気相反応が起こりやすい
ので、５Ｔｏｒｒとした。このような条件で、基板温度
を６００℃とし、膜厚１００ｎｍのＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜
を、約３０分間の成膜時間で成膜を行った。

【００３０】引き続き、基板温度を４００℃に設定し、
Ｔｉ原料としてチタンイソプロポキサイド（Ｔｉ（ｉ−
ＯＣ₃Ｈ₇）₄）を用い、この原料を５０℃に加熱気化
し、Ａｒキャリアガス（流量５０ｓｃｃｍ）で供給し、
膜厚が５ｎｍの酸化チタンオーバーコート層を、約２分
間の成膜時間で形成した。この成膜工程においても、成
膜室内の真空度は、５Ｔｏｒｒとした。なお、Ｂｉ₄Ｔ
ｉ₃Ｏ₁₂薄膜とＴｉＯ₂オーバーコート層とのトータル膜
厚は、１０５ｎｍである。

【００３１】なお、ここで、オーバーコート層の膜厚と
しては、強誘電体薄膜に十分な電圧を印加するために、
できるだけ薄いほうが望ましく、また、強誘電体薄膜の
表面凹凸を被覆するためにはある程度の膜厚が必要であ
る。この点について検討したところ、オーバーコート層
の膜厚は、２〜７ｎｍにおいて良好な結果が得られた。

【００３２】以上のようにして、形成したオーバーコー
ト層付きＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂強誘電体薄膜の表面モフォロジ
ーについて、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察し
た結果を図２に示す。図２によれば、本実施形態により
得られた薄膜の表面は、微細な結晶粒子から成り、緻密
で表面平滑な薄膜が得られていることがわかる。

【００３３】また、この薄膜の結晶性を、Ｘ線回折によ
り評価した結果を図３に示す。図３において、（００
ｌ）（ｌは整数）はＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂（層状ペロブスカイ
ト相）のｃ軸配向成分による回折ピークを表し、（１１
７）はＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂（層状ペロブスカイト相）のａ軸
成分を含む（１１７）配向成分による回折ピークであ
り、得られた薄膜は、ｃ軸配向性の強いＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂
であることがわかる。

【００３４】比較例として、第１の実施形態と同様のＰ
ｔ／Ｔａ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ基板を用いて、オーバーコー
ト層のないＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜（膜厚１０５ｎｍ）を第
１の実施形態と同様の条件でＭＯＣＶＤ法により形成し
た。この比較例のＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜の表面モフォロジ
ーをＳＥＭ観察した結果、図４に示すように、この薄膜
は粗大粒子からなり、表面凹凸が激しいものとなってい
た。このことから、第１の実施形態のオーバーコート層
が、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜表面の凹凸の隙間を埋めること
で、表面形状が緻密で平坦な薄膜を作製できることがわ
かった。

【００３５】第１の実施形態のＴｉＯ₂オーバーコート
層上に、上部電極として、Ｐｔ電極（１００μｍφ）を
真空蒸着法により形成して、図１に示したようなキャパ
シタ構造素子の作製を完了した。

【００３６】次に、第１の実施形態のキャパシタ構造素
子について、リーク電流特性（リーク電流密度の印加電
圧依存性）を測定した結果を図５に示す。図５から、こ
のキャパシタ構造素子では、例えば印加電圧３Ｖで、リ
ーク電流密度Ｉｌ＝８×１０^-7Ａ／ｃｍ²という値が得
られた。さらに、このキャパシタ構造素子について、強
誘電特性の測定を行った結果、図６に示すような明確な
ヒステリシスループが得られ、３Ｖ印加時で、残留自発
分極Ｐｒ＝５μＣ／ｃｍ²、抗電界Ｅｃ＝７０ｋＶ／ｃ
ｍという値が得られた。

【００３７】次いで、第２の実施形態として、図７に示
すように、上記第１の実施形態の下部電極４と強誘電体
薄膜５との間に、バッファ層８を設けた強誘電体薄膜被
覆基板から成るキャパシタ構造素子について説明する。

【００３８】第２の実施形態の作製については、上記第
１の実施形態と同様のＰｔ／Ｔａ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ基板
を用いて、この上に、ＭＯＣＶＤ法により酸化チタン
（ＴｉＯ₂）バッファ層を形成した。このときの成膜条
件は、基板温度を４００℃に設定し、Ｔｉ原料としてチ
タンイソプロポキサイド（Ｔｉ（ｉ−ＯＣ₃Ｈ₇）₄）を
用い、この原料を５０℃に加熱気化し、Ａｒキャリアガ
ス（流量５０ｓｃｃｍ）で供給し、膜厚が５ｎｍの酸化
チタンバッファ層を、成膜時間約２分間で形成した。こ
の成膜工程において、成膜室内の真空度は、１０Ｔｏｒ
ｒ以上であると気相反応が起こりやすくなるので、５Ｔ
ｏｒｒとした。

【００３９】なお、ここで、バッファ層の膜厚として
は、上記第１の実施形態で説明したオーバーコート層と
同様、強誘電体薄膜に十分な電圧を印加するためにでき
るだけ薄いほうが望ましいが、バッファ層としての機能
を果たすには１〜１０ｎｍの範囲であれば良好な結果が
得られることを確認できた。

【００４０】このＴｉＯ₂バッファ層の上に、上記第１
の実施形態と同様に、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁ ₂強誘電体薄膜及び
ＴｉＯ₂オーバーコート層を、順次ＭＯＣＶＤ法により
形成した。なお、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜及びＴｉＯ₂オー
バーコート層のそれぞれの膜厚は、上記第１の実施形態
と同じであるので、ＴｉＯ₂バッファ層、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ
₁₂、及びＴｉＯ₂オーバーコート層のトータル膜厚は、
１１０ｎｍである。

【００４１】このようにして作製した薄膜の表面モフォ
ロジーを、ＳＥＭにより観察した結果を図８に示す。図
８によれば、本実施形態のオーバーコート層付きＢｉ₄
Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜は、粒径０．１μｍのグレインから成る
緻密かつ表面平滑なものであることがわかる。また、上
記第１の実施形態のものと比較すると、薄膜を構成する
結晶粒は、第２の実施形態のもののほうが小さくなって
いることがわかる。すなわち、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜の上
下を、バッファ層とオーバーコート層とで挟んだ構造と
することにより、より結晶粒の小さい、緻密な膜が得ら
れるという結果が得られた。

【００４２】また、この第２の実施形態のオーバーコー
ト層付きＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜の結晶性を、Ｘ線回折によ
り評価した結果を図９に示す。図９から、得られた薄膜
は、上記第１の実施形態のものと比較して、ａ軸成分を
含む（１１７）反射強度が大きくなっていることがわか
る。

【００４３】次に、第２の実施形態のオーバーコート層
付きＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂薄膜上に、上記第１の実施形態と同
様に、Ｐｔ上部電極を形成して、リーク電流特性（リー
ク電流密度の印加電圧依存性）を測定した結果を図１０
に示す。図１０から、このキャパシタ構造素子では、例
えば印加電圧３Ｖで、リーク電流密度Ｉｌ＝６×１０^-8
Ａ／ｃｍ²という小さな良好な値が得られた。さらに、
このキャパシタ構造素子について、強誘電特性の測定を
行った結果、図１１に示すような明確なヒステリシスル
ープが得られ、３Ｖ印加時で、残留自発分極Ｐｒ＝７．
５μＣ／ｃｍ²、抗電界Ｅｃ＝１３０ｋＶ／ｃｍという
値が得られた。図１１のヒステリシスループを、図６の
第１の実施形態のものと比較すると、Ｐｒ値が大きくな
ったばかりでなく、対称性が改善されていることがわか
る。これは、強誘電体薄膜の上下を、バッファ層とオー
バーコート層とで挟んだ構造とすることにより、強誘電
体薄膜上下の対称性の良い膜の構造が実現できたので、
膜構造の非対称性に起因するヒステリシスループの非対
称性を防ぐことができたためである。

【００４４】なお、上記実施形態では、基板としてＰｔ
／Ｔａ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ基板を用いたキャパシタ構造素
子としたが、これに限定されるるものではい。例えば、
ＳｉやＧａＡｓ基板に集積回路が形成され、その集積回
路の表面に酸化シリコンや窒化シリコン等の層間絶縁膜
が被覆され、この層間絶縁膜の一部に形成されたコンタ
クトホールを介して、集積回路の要素と電気的に接続さ
れた電極層が層間絶縁膜上に形成され、その電極層上に
本発明の強誘電体薄膜を形成するような構成にしても良
い。即ち、本発明は、上記実施形態のキャパシタ構造や
トランジスタ構造を初めとした集積回路の要素と電気的
に接続した集積回路素子、その他の強誘電体メモリ素
子、焦電センサ素子、圧電素子等、様々な高集積デバイ
スに適用可能なものである。

【００４５】なお、上記実施形態では、オーバーコート
層の材料として、酸化チタンを用いたが、これに限定さ
れるものではなく、金属酸化物が好ましいものであり、
具体的には、酸化タンタル、酸化ニオブ、チタン酸スト
ロンチウム、チタン酸バリウム、酸化ジルコン、酸化ア
ルミ、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ハフニウ
ム等が挙げられる。また、バッファ層の材料について
も、上記実施形態では酸化チタンを用いたが、これに限
定されるものではなく、金属酸化物が好ましいものであ
り、具体的には、酸化タンタル、酸化ニオブ、チタン酸
ストロンチウム、チタン酸バリウム、酸化ジルコン、酸
化アルミ、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ハフ
ニウム等が挙げられる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、オーバ
ーコート層が被覆された強誘電体薄膜の膜構造とするこ
とにより、１００μｍ程度の極薄い膜厚においても、平
滑性及び緻密性に優れたオーバーコート層被覆強誘電体
薄膜を得ることができるので、リーク電流特性を大幅に
向上させ、優れた強誘電特性を実現可能となる。

【００４７】さらに、本発明によれば、バッファ層を設
けることにより、ヒステリシスループの非対称性を改善
することができ、高品質な強誘電体薄膜被覆基板や様々
な電子デバイスを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の強誘電体薄膜被覆基板から成
るキャパシタ構造素子の構造を示す概略断面図である。

【図２】第１の実施形態のオーバーコート層付きＢｉ₄
Ｔｉ₃Ｏ₁₂強誘電体薄膜表面のＳＥＭによる観察結果を
示す顕微鏡写真である。

【図３】第１の実施形態のオーバーコート層付きＢｉ₄
Ｔｉ₃Ｏ₁₂強誘電体薄膜のＸ線回折による観察結果を示
す図である。

【図４】比較例のオーバーコート層がないＢｉ₄Ｔｉ₃Ｏ
₁₂薄膜表面のＳＥＭによる観察結果を示す顕微鏡写真で
ある。

【図５】第１の実施形態のキャパシタ構造素子のリーク
電流密度Ｉｌの印加電圧依存性を示す図である。

【図６】第１の実施形態のキャパシタ構造素子の強誘電
性ヒステリシスループを示す図である。

【図７】第２の実施形態の強誘電体薄膜被覆基板から成
るキャパシタ構造素子の構造を示す断面概略図である。

【図８】第２の実施形態のオーバーコート層付きＢｉ₄
Ｔｉ₃Ｏ₁₂強誘電体薄膜表面のＳＥＭによる観察結果を
示す顕微鏡写真である。

【図９】第２の実施形態のオーバーコート層付きＢｉ₄
Ｔｉ₃Ｏ₁₂強誘電体薄膜のＸ線回折による観察結果を示
す図である。

【図１０】第２の実施形態のキャパシタ構造素子のリー
ク電流密度Ｉｌの印加電圧依存性を示す図である。

【図１１】第２の実施形態のキャパシタ構造素子の強誘
電性ヒステリシスループを示す図である。

【符号の説明】

１シリコン基板２酸化シリコン層３接着層４下部電極５強誘電体薄膜６オーバーコート層７上部電極８バッファ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｈ０１Ｌ 21/314 Ａ 21/822 27/04 Ｃ 27/108 27/10 ６５１ 21/8242 41/08 Ｃ 37/02 41/18 １０１Ｄ 41/09 １０１Ｚ 41/187 41/18 49/02 // Ｈ０１Ｌ 21/314

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に強誘電体薄膜が形成されて成る
強誘電体薄膜被覆基板において、前記強誘電体薄膜上に該強誘電体薄膜を覆うオーバーコ
ート層が配置されたことを特徴とする強誘電体薄膜被覆
基板。
【請求項２】前記オーバーコート層が金属酸化物から
成ることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体薄膜被
覆基板。
【請求項３】前記オーバーコート層が酸化チタンから
成ることを特徴とする請求項２に記載の強誘電体薄膜被
覆基板。
【請求項４】前記強誘電体薄膜がチタン酸ビスマスか
ら成り、前記オーバーコート層が酸化チタンから成るこ
とを特徴とする請求項３に記載の強誘電体薄膜被覆基
板。
【請求項５】前記基板と前記強誘電体薄膜との間にバ
ッファ層を介して成ることを特徴とする請求項１に記載
の強誘電体薄膜被覆基板。
【請求項６】前記オーバーコート層及び前記バッファ
層が金属酸化物から成ることを特徴とする請求項５に記
載の強誘電体薄膜被覆基板。
【請求項７】前記オーバーコート層及び前記バッファ
層が酸化チタンから成ることを特徴とする請求項６に記
載の強誘電体薄膜被覆基板。
【請求項８】前記強誘電体薄膜がチタン酸ビスマスか
ら成り、前記オーバーコート層及び前記バッファ層が酸
化チタンから成ることを特徴とする請求項７に記載の強
誘電体薄膜被覆基板。
【請求項９】請求項１から８のいずれか１項に記載の
強誘電体薄膜被覆基板を用いたキャパシタ構造素子であ
って、前記基板と前記強誘電体薄膜との間に第１の導電性電極
が配置され、前記オーバーコート層の上部に第２の導電
性電極が配置されたことを特徴とするキャパシタ構造素
子。