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JPH0945872A - Dielectric thin film element - Google Patents

Dielectric thin film element

Info

Publication number
JPH0945872A
JPH0945872A JP7193210A JP19321095A JPH0945872A JP H0945872 A JPH0945872 A JP H0945872A JP 7193210 A JP7193210 A JP 7193210A JP 19321095 A JP19321095 A JP 19321095A JP H0945872 A JPH0945872 A JP H0945872A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
lower electrode
electrode
ferroelectric film
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP7193210A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Kuroda
吉己 黒田
Takashi Mihara
孝士 三原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP7193210A priority Critical patent/JPH0945872A/en
Publication of JPH0945872A publication Critical patent/JPH0945872A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To keep the surface of a lower electrode free from abnormal deposit and concentration of an electric field so as to improve a dielectric thin film element in dielectric strength, fatigue resistance, and permittivity by a method wherein a lower electrode is formed of Pt which contains at least one out of elements Rh, Ru, Os, and Ir. SOLUTION: A lower electrode 54 of Pt which contains, at least, one out of elements Rh, Ru, Os, and Ir is formed on a board 51. Moreover, a high dielectric or a ferroelectric film 55 and an upper electrode 56 are formed thereon. No hillock is deposited on the surface of the lower electrode 54 even if the device of this constitution is subjected to a thermal treatment carried at a temperature of 600 deg.C or above, so that the surface of the lower electrode 54 is kept flat, and the growth of nucleuses takes place well at the heat treatment of the high dielectric or the ferroelectric film 55, so that defects are prevernted from being generated. Abnormal deposits such as hillocks are not present on the surface of the lower electrode 54, so that an electric field is restrained from concentrating locally when a voltage is applied between the electrodes 54 and 56, and the device of this constitution can be improved in dielectric strength and fatigue resistance.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高、強誘電体膜を
有するメモリ装置、薄膜コンデンサ装置、電気光学装
置、薄膜センサーなどの誘電体薄膜素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dielectric thin film element such as a memory device having a high ferroelectric film, a thin film capacitor device, an electro-optical device, and a thin film sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9は、下部電極と上部電極間に高、強
誘電体膜を挟んだ構造からなる一般的な誘電体薄膜素子
の断面図を示す。図中の符号91はシリコン基板であり、
この基板91の上に誘電体薄膜素子の下地となる絶縁膜92
が形成されている。ここで、絶縁膜92は、例えば前記基
板91を熱酸化して形成される0.5〜1μmのSiO2
膜である。
2. Description of the Related Art FIG. 9 is a sectional view of a general dielectric thin film element having a structure in which a high and a ferroelectric film is sandwiched between a lower electrode and an upper electrode. Reference numeral 91 in the figure is a silicon substrate,
On this substrate 91, an insulating film 92 serving as a base of the dielectric thin film element is formed.
Are formed. Here, the insulating film 92 is, for example, 0.5 to 1 μm SiO 2 formed by thermal oxidation of the substrate 91.
It is a membrane.

【0003】前記基板91上には、絶縁膜92を介して下部
電極93,高、強誘電体膜94及び上部電極95からなる誘電
体薄膜素子が形成されている。ここで、前記下部電極93
は、高温熱処理に対して安定なPtをスパッタすること
により形成され、その厚みは0.1〜0.5μmであ
る。前記高、強誘電体膜94は、例えばPb(TiZr)
3 (PZT)、PbTiO3 、BaTiO3 、SrT
iO3 、Ba(SrTi)O3 (BST)、(PbL
a)TiO3 (PLT)、Bi層状酸化物等をゾルーゲ
ル法、CVD、スパッタにより0.2〜0.5μm形成
し、600℃前後の温度で焼結することにより形成され
る。前記上部電極95は、高温熱処理に対して安定なPt
をスパッタすることにより形成され、その厚みは0.2
〜0.5μmである。
A dielectric thin film element including a lower electrode 93, a high ferroelectric film 94 and an upper electrode 95 is formed on the substrate 91 with an insulating film 92 interposed therebetween. Here, the lower electrode 93
Is formed by sputtering Pt, which is stable against high temperature heat treatment, and has a thickness of 0.1 to 0.5 μm. The high and ferroelectric film 94 is made of, for example, Pb (TiZr).
O 3 (PZT), PbTiO 3 , BaTiO 3 , SrT
iO 3 , Ba (SrTi) O 3 (BST), (PbL
a) TiO 3 (PLT), Bi layered oxide or the like is formed by sol-gel method, CVD, sputtering to 0.2 to 0.5 μm and sintered at a temperature of about 600 ° C. The upper electrode 95 is made of Pt which is stable against high temperature heat treatment.
Is formed by sputtering and has a thickness of 0.2
0.50.5 μm.

【0004】また、図9に示した誘電体薄膜素子の上部
電極及び下部電極として、特開平4−349657では
PtとPdの合金を用いている。このことにより、上部
電極あるいは下部電極と高、強誘電体膜との界面におけ
るシリコン酸化膜の形成を抑制し、高誘電率を有するキ
ャパシタを得ることができるとされている。
Further, as an upper electrode and a lower electrode of the dielectric thin film element shown in FIG. 9, an alloy of Pt and Pd is used in JP-A-4-349657. As a result, it is said that the formation of a silicon oxide film at the interface between the upper electrode or the lower electrode and the high ferroelectric film can be suppressed, and a capacitor having a high dielectric constant can be obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術のようにPtを下部電極とする誘電体薄膜素
子では、600℃以上の熱処理を施すと、下部電極表面
にヒロックが多数発生する。従って、上部電極95,下部
電極93間に電圧を印加した時にヒロックに電界が集中
し、誘電体薄膜素子の絶縁耐圧及び耐疲労特性の劣化と
なる。また、このヒロックが存在することで、高、強誘
電体膜94の形成時に良好な核成長が妨げられるために欠
陥が発生し易く、良好な高、強誘電体膜が形成できなく
なるために、誘電率の低下、絶縁耐圧の低下、疲労特性
の劣化等の問題が発生する。更に、PdとPtの合金を
誘電体薄膜素子の電極として用いた場合には、Pdが酸
化されやすい金属であることから高、強誘電体膜の熱処
理時に、高、強誘電体膜中の酸素が還元され高、強誘電
体膜が組成変化を起こす。このことにより誘電率の低
下、絶縁耐圧の低下、疲労特性の劣下等の問題が発生す
る。
However, in the dielectric thin film element having Pt as the lower electrode as in the above-mentioned conventional technique, when heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, many hillocks are generated on the surface of the lower electrode. Therefore, when a voltage is applied between the upper electrode 95 and the lower electrode 93, the electric field concentrates on the hillocks, and the dielectric strength and fatigue resistance of the dielectric thin film element deteriorate. In addition, the presence of this hillock is likely to cause defects because high nucleus growth is hindered when the ferroelectric film 94 is formed, and a good high ferroelectric film cannot be formed. Problems such as a decrease in dielectric constant, a decrease in withstand voltage, and deterioration in fatigue characteristics occur. Furthermore, when an alloy of Pd and Pt is used as an electrode of a dielectric thin film element, since Pd is a metal that is easily oxidized, high and oxygen in the ferroelectric film is high during heat treatment of the ferroelectric film. Is reduced and the composition of the ferroelectric film changes. This causes problems such as a decrease in dielectric constant, a decrease in withstand voltage, and deterioration in fatigue characteristics.

【0006】また、最近では、耐疲労特性に優れた強誘
電体膜として、Bi層状酸化物が注目されてきている。
しかしながら、PtとBiは640℃でBi2 Ptを形
成するために、電極としてPtを用いてBi層状強誘電
体膜を640℃以上の熱処理を施した時にBi4 Pt等
の合金を形成し易くなる。そのために、Bi層状強誘電
体膜は組成変化を起こし、誘電率の低下、絶縁耐圧の低
下、疲労特性の劣下等の問題が発生する。
In recent years, Bi layered oxide has been attracting attention as a ferroelectric film having excellent fatigue resistance.
However, since Pt and Bi form Bi 2 Pt at 640 ° C., it is easy to form an alloy such as Bi 4 Pt when the Bi layered ferroelectric film is subjected to heat treatment at 640 ° C. or higher using Pt as an electrode. Become. For this reason, the Bi layered ferroelectric film causes a composition change, which causes problems such as a decrease in permittivity, a decrease in withstand voltage, and deterioration in fatigue characteristics.

【0007】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、絶縁耐圧、耐疲労特性、誘電率が向上しえる誘
電体薄膜素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these circumstances, and an object thereof is to provide a dielectric thin film element capable of improving withstand voltage, fatigue resistance, and dielectric constant.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

1.基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に
形成された高、強誘電体膜と、前記高、強誘電体膜上に
形成された上部電極とを有する誘電体薄膜素子におい
て、前記下部電極がRh、Ru、Os、Irのうち少な
くとも一種の元素を含有するPtからなることを特徴と
する誘電体薄膜素子。
1. In a dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film, A dielectric thin film element, wherein the lower electrode is made of Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir.

【0009】[構成] この発明は実施例1に対応す
る。実施例1において、前記基板上には誘電体薄膜素子
の下層が形成されている。この下層は、後述するように
絶縁膜、多結晶Si層あるいは半導体拡散領域に該当す
るが、その下層上に下部電極としてRh、Ru、Os、
Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPtが形成
され、その上に高、強誘電体膜が形成され、さらにその
上に上部電極としてPtが形成されている構造になって
いる。
[Structure] This invention corresponds to the first embodiment. In Example 1, the lower layer of the dielectric thin film element is formed on the substrate. This lower layer corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region as will be described later, but Rh, Ru, Os, and
The structure is such that Pt containing at least one element of Ir is formed, a high ferroelectric film is formed thereon, and Pt is formed thereon as an upper electrode.

【0010】[作用] 下部電極としてRh、Ru、O
s、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPtを
用いることにより、Ptの延性が小さくなって剛性を増
し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径のばらつきが小
さくなる。このことにより、600℃以上の熱処理を施
しても下部電極の表面上にヒロックが発生せず平坦性が
保たれると共に、高、強誘電体膜の熱処理時における核
成長が良好に行われるので、欠陥発生が抑制される。
[Operation] Rh, Ru, O as the lower electrode
By using Pt containing at least one element of s and Ir, the ductility of Pt is reduced and the rigidity is increased, and the crystal grain size is reduced to reduce the variation of the crystal grain size. As a result, hillocks are not generated on the surface of the lower electrode even if heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, flatness is maintained, and nucleus growth during heat treatment of the high ferroelectric film is performed well. The occurrence of defects is suppressed.

【0011】[効果] 下部電極表面にヒロック等の異
常析出物が存在しないことで、上部電極と下部電極間に
電圧を印加時に発生する電界集中を防止できるので、絶
縁耐圧及び耐疲労特性を向上することができる。また、
下部電極の結晶粒径が小さく且つばらつきが少なく、ヒ
ロックがないことより、高、強誘電体膜の熱処理時にお
ける核発生が均一で良好な核成長が行われるので、欠陥
のない高、強誘電体膜が形成できる。従って、絶縁耐
圧、耐疲労特性、誘電率が向上した誘電体薄膜素子が得
られる。
[Effect] The absence of abnormal deposits such as hillocks on the surface of the lower electrode can prevent electric field concentration generated when a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode, thus improving dielectric strength and fatigue resistance. can do. Also,
Since the crystal grain size of the lower electrode is small and the variations are small, and there is no hillock, the nucleus generation is high during the heat treatment of the ferroelectric film, and good nucleus growth is performed. A body membrane can be formed. Therefore, a dielectric thin film element having improved dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant can be obtained.

【0012】2.基板上に形成された下部電極と、前記
下部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強
誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜
素子において、前記下部電極が前記基板上に形成される
第一層とその上に形成され前記高、強誘電体膜と接する
第二層とから構成され、前記下部電極の第一層がPtか
らなり、前記下部電極の第二層がPh、Ru、Os、I
rのうち少なくとも一種の元素を含有するPtからなる
ことを特徴とする誘電体薄膜素子。
2. In a dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film, The lower electrode comprises a first layer formed on the substrate and a second layer formed on the first layer and in contact with the high and ferroelectric films, and the first layer of the lower electrode is made of Pt. The second layer of the electrode is Ph, Ru, Os, I
A dielectric thin film element comprising Pt containing at least one element of r.

【0013】[構成] この発明は実施例3に対応す
る。実施例3において、前記基板上には誘電体薄膜素子
の下層が形成されている。この下層は、上記1.の場合
と同様に絶縁膜、多結晶Si層あるいは半導体拡散領域
に該当するが、前記基板上に下部電極の第一層としてP
tが形成され、その上に下部電極の第二層としてRh、
Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有す
るPtが形成され、その上に高、強誘電体膜が形成さ
れ、さらにその上に上部電極としてPtが形成されてい
る構造になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the third embodiment. In Example 3, a lower layer of a dielectric thin film element is formed on the substrate. This lower layer is the same as the above 1. In the same manner as in the case (1), it corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer or a semiconductor diffusion region, but on the substrate as a first layer of the lower electrode, P
t is formed, and Rh as a second layer of the lower electrode is formed thereon,
The structure is such that Pt containing at least one element of Ru, Os and Ir is formed, a high ferroelectric film is formed thereon, and Pt is further formed thereon as an upper electrode. .

【0014】[作用] 下部電極の第二層としてRh、
Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有す
るPtを用いることにより、Ptの延性が小さくなって
剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径のばら
つきが小さくなる。このことにより、600℃以上の熱
処理を施しても下部電極の第二層の表面上にヒロックが
発生せず平坦性が保たれると共に、高、強誘電体膜の熱
処理時における核成長が良好に行われるので、欠陥発生
が抑制される。また、Rh、Ru、Os、Irのうち少
なくとも一種の元素を含有するPtを用いることによる
下部電極抵抗の増大を、下部電極の第一層としてPtを
用いることにより防止できる。
[Operation] As a second layer of the lower electrode, Rh,
By using Pt containing at least one element of Ru, Os, and Ir, the ductility of Pt is reduced and the rigidity is increased, and the crystal grain size is reduced to reduce the variation in crystal grain size. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer of the lower electrode even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, flatness is maintained, and nucleus growth during heat treatment of the ferroelectric film is high. Therefore, the occurrence of defects is suppressed. Further, an increase in the lower electrode resistance caused by using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir can be prevented by using Pt as the first layer of the lower electrode.

【0015】[効果] 下部電極の第二層表面にヒロッ
ク等の異常析出物が存在しないことで、上部電極,下部
電極間に電圧を印加時に発生する電界集中を防止できる
ので、絶縁耐圧及び耐疲労特性を向上せしめることがで
きる。また、下部電極の第二層の結晶粒径が小さく且つ
ばらつきが少なく、ヒロックがないことより、高、強誘
電体膜の熱処理時における核発生が均一で良好な核成長
が行われるので、欠陥のない高、強誘電体膜が形成でき
る。従って、絶縁耐圧、耐疲労特性、誘電率が向上した
誘電体薄膜素子を得ることができる。また、下部電極の
第一層としてPtを用いることによる高抵抗化の防止に
より、従来からの誘電体薄膜素子の電極抵抗を保持でき
る。
[Effect] Since no abnormal deposits such as hillocks are present on the surface of the second layer of the lower electrode, it is possible to prevent the electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode. Fatigue characteristics can be improved. In addition, since the crystal grain size of the second layer of the lower electrode is small and has little variation, and there is no hillock, the nucleation is high during the heat treatment of the ferroelectric film, and good nucleation is performed. It is possible to form a high, ferroelectric film. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant. Further, by preventing the resistance from increasing due to the use of Pt as the first layer of the lower electrode, the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element can be maintained.

【0016】3.基板上に形成された下部電極と、前記
下部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強
誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜
素子において、前記下部電極が前記基板上に形成される
第一層とその上に形成され前記高、強誘電体膜と接する
第二層とから構成され、前記下部電極の第一層がPtか
らなり、前記下部電極の第二層がRh、Ru、Os、I
rのうち少なくとも一種の元素を含有するPtからな
り、前記上部電極が前記高、強誘電体膜上に形成される
第一層とその上に形成される第二層とから構成され、前
記上部電極の第一層がRh、Ru、Os、Irのうち少
なくとも一種の元素を含有するPtからなり、前記上部
電極の第二層がPtからなることを特徴とする誘電体薄
膜素子。
3. In a dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film, The lower electrode comprises a first layer formed on the substrate and a second layer formed on the first layer and in contact with the high and ferroelectric films, and the first layer of the lower electrode is made of Pt. The second layer of the electrode is Rh, Ru, Os, I
The upper electrode is composed of Pt containing at least one element of r, and the upper electrode is composed of a first layer formed on the high ferroelectric film and a second layer formed on the first layer. A dielectric thin film element, wherein the first layer of the electrode is made of Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os and Ir, and the second layer of the upper electrode is made of Pt.

【0017】[構成] この発明は実施例4に対応す
る。実施例4において、前記基板上には誘電体薄膜素子
の下層が形成されている。この下層は、上記1.の場合
と同様に絶縁膜、多結晶Si層あるいは半導体拡散領域
に該当するが、その基板上に下部電極の第一層としてP
tが形成され、その上に下部電極の第二層としてRh、
Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有す
るPtが形成され、その上に高、強誘電体膜が形成され
ている。また、高、強誘電体膜上に上部電極の第一層と
してRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元
素を含有するPtが形成され、その上に上部電極の第二
層としてPtが形成されている。
[Structure] The present invention corresponds to the fourth embodiment. In Example 4, the lower layer of the dielectric thin film element is formed on the substrate. This lower layer is the same as the above 1. In the same manner as in the case of 1., it corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region, but on the substrate as a first layer of the lower electrode, P
t is formed, and Rh as a second layer of the lower electrode is formed thereon,
Pt containing at least one element of Ru, Os and Ir is formed, and a high ferroelectric film is formed thereon. Further, Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os and Ir is formed as a first layer of the upper electrode on the high ferroelectric film, and Pt is formed as a second layer of the upper electrode on the Pt. Has been formed.

【0018】[作用] 下部電極の第二層としてRh、
Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有す
るPtを用いることにより、Ptの延性が小さくなって
剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径のばら
つきが小さくなる。このことにより、600℃以上の熱
処理を施しても下部電極の第二層の表面上にヒロックが
発生せず平坦性が保たれると共に、高、強誘電体膜の熱
処理時における核成長が良好に行われるので、欠陥発生
が抑制される。また、上部電極の第一層にもRh、R
u、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有する
Ptを用いることで、上部電極形成後に600℃以上の
熱処理が施されても、高、強誘電体膜と下部電極の第二
層及び上部電極の第一層の界面にヒロック等の異常析出
物が発生することを防止できる。さらにRh、Ru、O
s、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPtを
用いることによる上下部電極抵抗の増大を、下部電極の
第一層及び上部電極の第二層としてPtを用いることに
より防止できる。
[Operation] As a second layer of the lower electrode, Rh,
By using Pt containing at least one element of Ru, Os, and Ir, the ductility of Pt is reduced and the rigidity is increased, and the crystal grain size is reduced to reduce the variation in crystal grain size. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer of the lower electrode even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, flatness is maintained, and nucleus growth during heat treatment of the ferroelectric film is high. Therefore, the occurrence of defects is suppressed. In addition, Rh, R is also included in the first layer of the upper electrode.
By using Pt containing at least one element of u, Os and Ir, even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the upper electrode is formed, the high and ferroelectric films and the second electrode of the lower electrode and the upper layer are formed. It is possible to prevent abnormal deposits such as hillocks from being generated at the interface of the first layer of the electrode. Furthermore, Rh, Ru, O
An increase in upper and lower electrode resistance due to the use of Pt containing at least one element of s and Ir can be prevented by using Pt as the first layer of the lower electrode and the second layer of the upper electrode.

【0019】[効果] 高、強誘電体膜と下部電極及び
上部電極の界面にヒロック等の異常析出物が存在しない
ことで、上部電極,下部電極間に電圧を印加時に発生す
る電界集中を防止できるので、絶縁耐圧及び耐疲労特性
を向上することができる。また、下部電極の第二層の結
晶粒径が小さく且つばらつきが少なく、ヒロックがない
ことより、高、強誘電体膜の熱処理時における核発生が
均一で良好な核成長が行われるので、欠陥のない高、強
誘電体膜が形成できる。従って、絶縁耐圧、耐疲労特
性、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得ることができ
る。また、下部電極の第一層及び上部電極の第二層とし
てPtを用いることによる高抵抗化の防止により、従来
からの誘電体薄膜素子の電極抵抗を保持できる。
[Effect] High, since no abnormal deposits such as hillocks exist at the interface between the ferroelectric film and the lower electrode and the upper electrode, the concentration of the electric field generated when a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode is prevented. Therefore, the dielectric strength and fatigue resistance can be improved. In addition, since the crystal grain size of the second layer of the lower electrode is small and has little variation, and there is no hillock, the nucleation is high during the heat treatment of the ferroelectric film, and good nucleation is performed. It is possible to form a high, ferroelectric film. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant. Further, by preventing Pt from being used as the first layer of the lower electrode and the second layer of the upper electrode, it is possible to maintain the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明において、誘電体薄膜素子
の代表的な形態としては、次の4通りが考えられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, the following four types are considered as typical forms of dielectric thin film elements.

【0021】(1)基板がSi基板と絶縁膜からなる場
合(図1参照):図中の符号1は、Si基板2とこのS
i基板2上に形成された絶縁膜3とから構成される基板
である。ここで、絶縁膜3は熱酸化やCVD等により形
成され、具体的には例えばSiO2 ,Si3 4 ,BP
SG,PSG,NSGからなる。前記基板1上には、下
部電極4,高、強誘電体膜5及び上部電極6からなる誘
電体薄膜素子が形成されている。この誘電体薄膜素子を
含む前記基板1の全面には、絶縁膜7が形成されてい
る。この絶縁膜7の材質は、上記絶縁膜3の材質の中か
ら選ばれる。前記上部電極6の一部に対応する絶縁膜7
には開口部7aが形成され、この開口部7aには前記上
部電極6に接続する配線電極8が形成されている。
(1) When the substrate is composed of a Si substrate and an insulating film (see FIG. 1): Reference numeral 1 in the figure indicates the Si substrate 2 and this S
The substrate is composed of an insulating film 3 formed on the i-substrate 2. Here, the insulating film 3 is formed by thermal oxidation, CVD, etc. Specifically, for example, SiO 2 , Si 3 N 4 , BP
It consists of SG, PSG and NSG. On the substrate 1, a dielectric thin film element including a lower electrode 4, a high dielectric film 5 and an upper electrode 6 is formed. An insulating film 7 is formed on the entire surface of the substrate 1 including the dielectric thin film element. The material of the insulating film 7 is selected from the materials of the insulating film 3. Insulating film 7 corresponding to a part of the upper electrode 6
An opening 7a is formed in the opening 7a, and a wiring electrode 8 connected to the upper electrode 6 is formed in the opening 7a.

【0022】(2)基板が表面に半導体拡散領域が形成
されたSi基板と絶縁膜とからなり、下部電極が半導体
拡散領域に直接接続する場合(図2参照):ここで、図
1と同部材は同符号を付して説明を省略する。図中の符
号21は基板であり、表面に半導体拡散領域22が形成され
たSi基板2とこの上の絶縁膜3とから構成される。前
記半導体拡散領域22の一部に対応する前記絶縁膜3には
開口部3aが形成され、この開口部3aを介して誘電体
薄膜素子の下部電極4が半導体拡散領域22に接続されて
いる。
(2) When the substrate is composed of an Si substrate having a semiconductor diffusion region formed on the surface and an insulating film, and the lower electrode is directly connected to the semiconductor diffusion region (see FIG. 2): same as FIG. The members are given the same reference numerals and the description thereof is omitted. Reference numeral 21 in the drawing is a substrate, which is composed of a Si substrate 2 having a semiconductor diffusion region 22 formed on the surface thereof and an insulating film 3 thereon. An opening 3a is formed in the insulating film 3 corresponding to a part of the semiconductor diffusion region 22, and the lower electrode 4 of the dielectric thin film element is connected to the semiconductor diffusion region 22 through the opening 3a.

【0023】(3)基板が表面に半導体拡散領域が形成
されたSi基板と絶縁膜と多結晶シリコン層からなり、
下部電極が半導体拡散領域に間接的に接続する場合(図
3参照):ここで、図1,図2と同部材は同符号を付し
て説明を省略する。図中の符号31は基板であり、表面に
半導体拡散領域22が形成されたSi基板2と、この上の
絶縁膜3と、前記絶縁膜3の開口部3aに埋め込まれか
つこの開口部3a周辺の前記絶縁膜3上に形成された多
結晶シリコン層(Poly−Si層)32とから構成され
ている。誘電体薄膜素子の下部電極4は、この多結晶シ
リコン層31を介して前記半導体拡散領域22と電気的に接
続している。
(3) The substrate is composed of a Si substrate having a semiconductor diffusion region formed on its surface, an insulating film, and a polycrystalline silicon layer,
When the lower electrode is indirectly connected to the semiconductor diffusion region (see FIG. 3): Here, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Reference numeral 31 in the drawing is a substrate, which is embedded in the Si substrate 2 having the semiconductor diffusion region 22 formed on the surface thereof, the insulating film 3 thereon, and the opening 3a of the insulating film 3 and around the opening 3a. And a polycrystalline silicon layer (Poly-Si layer) 32 formed on the insulating film 3. The lower electrode 4 of the dielectric thin film element is electrically connected to the semiconductor diffusion region 22 through the polycrystalline silicon layer 31.

【0024】(4)基板が表面に半導体拡散領域が形成
されたSi基板と絶縁膜と多結晶シリコン層からなり、
下部電極が半導体拡散領域に間接的に接続する場合(図
4参照):ここで、図1,図2と同部材は同符号を付し
て説明を省略する。図中の符号41は基板であり、表面に
半導体拡散領域22が形成されたSi基板2と、この上の
絶縁膜3と、前記絶縁膜3の開口部3aに埋め込まれた
多結晶シリコン層42とから構成されている。
(4) The substrate is composed of a Si substrate having a semiconductor diffusion region formed on its surface, an insulating film, and a polycrystalline silicon layer,
When the lower electrode is indirectly connected to the semiconductor diffusion region (see FIG. 4): Here, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Reference numeral 41 in the drawing denotes a substrate, a Si substrate 2 having a semiconductor diffusion region 22 formed on the surface thereof, an insulating film 3 thereon, and a polycrystalline silicon layer 42 embedded in an opening 3a of the insulating film 3. It consists of and.

【0025】[0025]

【実施例】【Example】

(実施例1)本発明の実施例1を図5の断面構造図を用
いて説明する。
(Embodiment 1) Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the sectional structural view of FIG.

【0026】図中の符号51は基板であり、Si基板52と
この上の熱酸化SiO2 膜53から構成されている。前記
基板51上には、誘電体薄膜素子を構成する、下部電極5
4,高、強誘電体膜55及び上部電極56が基板側から順次
形成されている。ここで、前記下部電極54はRhを5〜
50%含有したPtからなり、その厚みは0.2〜0.
4μmである。前記高、強誘電体膜55はPZT、Bi層
状強誘電体等からなり、その厚みは0.2〜0.5μm
である。前記上部電極56はPtからなり、その厚みは
0.2〜0.4μmである。
Reference numeral 51 in the drawing denotes a substrate, which is composed of a Si substrate 52 and a thermally oxidized SiO 2 film 53 thereon. On the substrate 51, a lower electrode 5 constituting a dielectric thin film element is formed.
4, high, ferroelectric film 55 and upper electrode 56 are sequentially formed from the substrate side. Here, the lower electrode 54 has Rh of 5 to 5
It is composed of 50% Pt and has a thickness of 0.2-0.
It is 4 μm. The high and ferroelectric film 55 is made of PZT, Bi layered ferroelectric, etc., and has a thickness of 0.2 to 0.5 μm.
It is. The upper electrode 56 is made of Pt and has a thickness of 0.2 to 0.4 μm.

【0027】こうした構成の誘電体薄膜素子は、次のよ
うにして製造される。まず、前記Si基板53上に、誘電
体薄膜素子の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成し
た。つづいて、Rhを重量比で5〜50%含有したPt
ターゲットもしくはPtターゲットとRhターゲットを
用いた2元スパッタ法によって、Rhを5〜50%含有
したPtからなる下部電極材料層を0.2〜0.4μm
成膜した。次に、高、強誘電体膜材料層をスピンコーテ
ィング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜した後、
600〜800℃の熱処理を行った。ひきつづき、その
上に上部電極材料層をPtをスパッタを用いて0.2〜
0.4μm成膜した。その後、イオンミリングもしくは
RIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘電体膜材料
層及び下部電極材料層を順次所定の形状に形成し、上部
電極56、高、強誘電体膜55、下部電極54を形成した。以
上をもって、本発明の実施例1の誘電体薄膜素子を作製
した。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 was formed on the Si substrate 53 as a lower layer of a dielectric thin film element. Next, Pt containing 5 to 50% by weight of Rh
A lower electrode material layer made of Pt containing 5 to 50% of Rh is formed in a thickness of 0.2 to 0.4 μm by a binary sputtering method using a target or a Pt target and a Rh target.
A film was formed. Next, after forming a high and ferroelectric film material layer by spin coating, CVD or the like to a thickness of 0.2 to 0.5 μm,
Heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Continuing, an upper electrode material layer of Pt is formed thereon by sputtering to 0.2-
A film having a thickness of 0.4 μm was formed. After that, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape by using ion milling or RIE, and the upper electrode 56, the high and ferroelectric film 55 and the lower portion are formed. The electrode 54 was formed. With the above, a dielectric thin film element of Example 1 of the present invention was manufactured.

【0028】実施例1の下部電極54の表面をSEM観察
したところ、結晶粒が50nm程度と小さく且つ均一で
あり、また曲率半径10μmのダイヤモンド圧子で表面
をスクラッチした時に、従来のPtでは延性があるため
に10mN以下の荷重でスクラッチ傷が発生したのに対
して、実施例1の電極では50mNでもスクラッチ傷が
発生せず硬い膜であった。従って、下部電極54を形成後
に600〜800℃の熱処理を施した時に、従来のPt
では表面に高さ0.1μm以上のヒロックが多数発生し
たのに対して、実施例1の電極ではヒロック等の異常析
出物が全く発生せず、熱処理前後で電極表面に変化がな
かった。
SEM observation of the surface of the lower electrode 54 of Example 1 revealed that the crystal grains were small and uniform at about 50 nm, and when the surface was scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm, the ductility of conventional Pt was low. Therefore, scratches were generated at a load of 10 mN or less, whereas the electrode of Example 1 was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, when heat treatment is performed at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode 54, the conventional Pt
While many hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface, no abnormal deposits such as hillocks were generated on the electrode of Example 1, and there was no change on the electrode surface before and after the heat treatment.

【0029】従って、例えばスピンコーティング法で成
膜した膜厚0.2μmのPZTを用いた従来の素子で
は、上部電極,下部電極間での電圧印加時において、ヒ
ロックに電界が集中するために絶縁耐圧が15V程度だ
ったのに対して、実施例1の誘電体薄膜素子では20V
以上の絶縁耐圧を示した。また、従来の素子では絶縁耐
圧が素子面積に依存しており、素子面積が大きくなるほ
ど絶縁耐圧が低くなっていたが、実施例1の素子では絶
縁耐圧が素子面積に依存しておらず一定の値を示したこ
とから、PZTの熱処理時における核発生が均一で欠陥
のない良好な核成長が行われているといえる。
Therefore, for example, in the conventional element using PZT having a film thickness of 0.2 μm formed by the spin coating method, the electric field is concentrated on the hillock when the voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode, and thus the insulation is achieved. While the withstand voltage was about 15V, the dielectric thin film element of Example 1 had a withstand voltage of 20V.
The above dielectric strength is shown. In the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the larger the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 1, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleus generation during the heat treatment of PZT is uniform and good nucleus growth without defects is performed.

【0030】また、強誘電体膜の疲労特性試験として一
般的に行われる、上部電極,下部電極に交流矩形波を連
続的に印加した時の残留分極の減少状態を評価した結
果、従来の素子では残留分極が初期の1/2になるのが
106 サイクル前後であるのに対して、実施例1の素子
では107 サイクル以上となり1桁以上、耐疲労特性が
向上した。
Further, as a result of evaluating the state of reduction of remanent polarization when an AC rectangular wave is continuously applied to the upper electrode and the lower electrode, which is generally performed as a fatigue characteristic test of a ferroelectric film, the conventional device is evaluated. In contrast, the remanent polarization becomes 1/2 of the initial value in about 10 6 cycles, whereas in the element of Example 1, it was 10 7 cycles or more, and the fatigue resistance was improved by one digit or more.

【0031】更に、誘電率においても、従来の素子では
約1000であるのに対して、実施例1の素子では11
00以上となり10%以上向上している。
Further, the dielectric constant is about 1000 in the conventional device, while it is 11 in the device of the first embodiment.
It is more than 00 and is improved by 10% or more.

【0032】なお、上記実施例1において、下部電極と
して、Rhの代わりにRh、Ru、Ir、Osのうち少
なくとも一種の元素を含有したPtを用いても同様な結
果が得られ、特に10%含有した組成で、最も特性がよ
い誘電体薄膜素子が得られた。このことは、上記実施例
1に限らず、他の実施例でも同様である。
In Example 1, the same result was obtained by using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Ir, and Os instead of Rh as the lower electrode, and especially 10%. With the composition contained, the dielectric thin film element with the best characteristics was obtained. This is not limited to the above-described first embodiment and is the same in other embodiments.

【0033】上記実施例1では、Si基板とこの上の熱
酸化SiO2 膜からなる基板を用いた場合について述べ
たが、これに限らない。例えば、基板の代わりにガラス
基板を用いてもよいし、あるいは熱酸化SiO2 膜の代
わりにCVDによるBPSG膜,PSG膜,NSG膜,
Si3 4 膜等の絶縁膜を用いてもよい。このことは、
上記実施例1に限らず、他の実施例についても同様であ
る。
In the first embodiment described above, the case of using the substrate consisting of the Si substrate and the thermally-oxidized SiO 2 film thereon was described, but the present invention is not limited to this. For example, a glass substrate may be used instead of the substrate, or a BPSG film, a PSG film, an NSG film by CVD instead of the thermally oxidized SiO 2 film,
An insulating film such as a Si 3 N 4 film may be used. This means
The same applies to the other embodiments as well as the first embodiment.

【0034】上記実施例1では、上部電極がPtである
場合について述べたが、この上に第二層としてS
2 2 ,In2 3 ,RuO2 ,RhO2 ,ReO2
OsO2 ,IrO2 のうち少なくとも一つを主成分とし
た導電性酸化物からなる電極を形成してもよい。これに
より、高、強誘電体膜を構成する元素が配線電極および
層間絶縁膜側に拡散するのを防止でき、また、配線電極
および層間絶縁膜を構成する元素が高、強誘電体膜側に
拡散することを防止できる。さらに、上部電極や下部電
極にヒロックが生じるのを防止できる、これらのこと
は、各実施例についても同様に適用できる。
In the first embodiment described above, the case where the upper electrode is Pt has been described.
2 O 2 , In 2 O 3 , RuO 2 , RhO 2 , ReO 2 ,
An electrode made of a conductive oxide containing at least one of OsO 2 and IrO 2 as a main component may be formed. This makes it possible to prevent the elements composing the high ferroelectric film from diffusing to the wiring electrode and the interlayer insulating film side, and the elements composing the wiring electrode and the interlayer insulating film to the high ferroelectric film side. It can be prevented from spreading. Further, it is possible to prevent hillocks from being generated in the upper electrode and the lower electrode, and these things can be similarly applied to each embodiment.

【0035】上記実施例1において、上部電極材料層,
高、強誘電体膜材料層及び下部電極材料層のパターニン
グは同時に行ってもよいし、夫々別々に行ってもよい。
このことは、上記実施例1に限らず、他の実施例につい
ても同様である。
In the first embodiment, the upper electrode material layer,
The high and ferroelectric film material layers and the lower electrode material layer may be patterned at the same time or separately.
This is not limited to Embodiment 1 described above, and is the same for other embodiments.

【0036】上記実施例1において、下部電極と基板
間、あるいは上部電極上にTi,Ta,Cr,W,Ti
W,TiN等からなる接着層を形成してもよい。これに
より、下部電極と基板間、あるいは上部電極と上述した
図1〜図4記載の配線電極間の接着性が向上する。
In the first embodiment described above, Ti, Ta, Cr, W, Ti is provided between the lower electrode and the substrate or on the upper electrode.
You may form the adhesive layer which consists of W, TiN, etc. As a result, the adhesiveness between the lower electrode and the substrate or between the upper electrode and the wiring electrode described in FIGS. 1 to 4 is improved.

【0037】(実施例2)本発明の実施例2を図5の断
面構造図を用いて説明する。但し、実施例1と同部材は
説明を省略する。実施例2は、実施例1と比べ、上部電
極56がRhを5〜50%含有したPtからなる点が異な
る。上部電極56の厚みは、実施例1と同様、0.2〜
0.4μmである。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional structural view of FIG. However, the description of the same members as in the first embodiment will be omitted. Example 2 is different from Example 1 in that the upper electrode 56 is made of Pt containing 5 to 50% of Rh. The thickness of the upper electrode 56 is 0.2 to, as in the first embodiment.
It is 0.4 μm.

【0038】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製造される。まず、前記Si基板53上に、誘電体
薄膜素子の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した。
つづいて、Rhを重量比で5〜50%含有したPtター
ゲットもしくはPtターゲットとRhターゲットを用い
た2元スパッタ法によって、Rhを5〜50%含有した
Ptからなる下部電極材料層を0.2〜0.4μm成膜
した。次に、高、強誘電体膜材料層をスピンコーティン
グ、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜した後、60
0〜800℃の熱処理を行った。ひきつづき、その上に
Rhを重量比で5〜50%含有したPtターゲットもし
くはPtターゲットとRhターゲットを用いた2元スパ
ッタ法によって、Rhを5〜50%含有したPtからな
る上部電極材料層を0.2〜0.4μm成膜した。その
後、イオンミリングもしくはRIEを用いて、上部電極
材料層、高、強誘電体膜材料層及び下部電極材料層を順
次所定の形状に形成し、上部電極56、高、強誘電体膜5
5、下部電極54を形成し、誘電体薄膜素子を作製した。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 was formed on the Si substrate 53 as a lower layer of a dielectric thin film element.
Subsequently, a Pt target containing 5 to 50% by weight of Rh or a lower electrode material layer of Pt containing 5 to 50% of Rh was formed by a binary sputtering method using a Pt target and a Rh target. A film having a thickness of 0.4 μm was formed. Next, after forming a high and ferroelectric film material layer by spin coating, CVD or the like to a thickness of 0.2 to 0.5 μm, 60
Heat treatment was performed at 0 to 800 ° C. Subsequently, an upper electrode material layer made of Pt containing 5 to 50% of Rh is formed on the Pt target containing 5 to 50% by weight of Rh or a binary sputtering method using a Pt target and a Rh target. A film having a thickness of 0.2 to 0.4 μm was formed. After that, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape by using ion milling or RIE, and the upper electrode 56, the high and ferroelectric film 5 are formed.
5, the lower electrode 54 was formed, and the dielectric thin film element was produced.

【0039】実施例2の下部電極54の表面をSEM観察
したところ、結晶粒が50nm程度と小さく且つ均一で
あり、また曲率半径10μmのダイヤモンド圧子で表面
をスクラッチした時に、従来のPtでは延性があるため
に10mN以下の荷重でスクラッチ傷が発生したのに対
して、実施例2の電極では50mNでもスクラッチ傷が
発生せず硬い膜であった。従って、下部電極54を形成後
に600〜800℃の熱処理を施した時に、従来のPt
では表面に高さ0.1μm以上のヒロックが多数発生し
たのに対して、実施例2の電極ではヒロック等の異常析
出物が全く発生せず、熱処理前後で電極表面に変化がな
かった。また、上部電極56と高、強誘電体膜55界面にお
いても、最終熱処理後においてヒロック等の異常析出物
が発生していなかった。
SEM observation of the surface of the lower electrode 54 of Example 2 revealed that the crystal grains were small and uniform at about 50 nm, and when the surface was scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm, the ductility of conventional Pt was low. Because of this, scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas the electrode of Example 2 was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, when heat treatment is performed at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode 54, the conventional Pt
While many hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface, no abnormal deposits such as hillocks were generated on the electrode of Example 2, and there was no change on the electrode surface before and after the heat treatment. Further, also at the interface between the upper electrode 56 and the high ferroelectric film 55, no abnormal deposit such as hillock was generated after the final heat treatment.

【0040】従って、例えばスピンコーティング法で成
膜した膜厚0.2μmのPZTを用いた従来の素子で
は、上部電極,下部電極間での電圧印加時において、ヒ
ロックに電界が集中するために絶縁耐圧が15V程度だ
ったのに対して、実施例2の誘電体薄膜素子では20V
以上の絶縁耐圧を示した。また、従来の素子では絶縁耐
圧が素子面積に依存しており、素子面積が大きくなるほ
ど絶縁耐圧が低くなっていたが、実施例2の素子では絶
縁耐圧が素子面積に依存しておらず一定の値を示したこ
とから、PZTの熱処理時における核発生が均一で欠陥
のない良好な核成長が行われているといえる。
Therefore, for example, in the conventional element using PZT having a film thickness of 0.2 μm formed by the spin coating method, the electric field is concentrated on the hillock when the voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode. The withstand voltage was about 15V, whereas the dielectric thin film element of Example 2 had a voltage of 20V.
The above dielectric strength is shown. In the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the higher the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 2, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleus generation during the heat treatment of PZT is uniform and good nucleus growth without defects is performed.

【0041】更に、高、強誘電体膜の疲労特性試験とし
て一般的に行われる、上部電極、下部電極に交流矩形波
を連続的に印加した時の残留分極の減少状態を評価した
結果、従来の素子では残留分極が初期の1/2になるの
が106 サイクル前後であるのに対して、実施例2の素
子では107 サイクル以上となり1桁以上、耐疲労特性
が向上した。
Further, as a result of evaluating the state of reduction of remanent polarization when an AC rectangular wave is continuously applied to the upper electrode and the lower electrode, which is generally performed as a fatigue characteristic test for high and ferroelectric films, the result is as follows. In the device of No. 2, the residual polarization becomes 1/2 of the initial value in about 10 6 cycles, whereas in the device of Example 2, it was 10 7 cycles or more, and the fatigue resistance was improved by one digit or more.

【0042】また、誘電率においても、従来の素子では
約1000であるのに対して、実施例2の素子では11
00以上となり10%以上向上している。
Further, the dielectric constant is about 1000 in the conventional element, while it is 11 in the element of the second embodiment.
It is more than 00 and is improved by 10% or more.

【0043】(実施例3)本発明の実施例3を図6の断
面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は同符
号を付して説明を省略し、要部のみを説明する。実施例
3は、実施例1と比べ、高、強誘電体膜55及び上部電極
56の構成は同じであり、下部電極54のみが異なる。下部
電極54は、Ptからなる厚さ0.2〜0.4μmの第一
層54aと、Rhを5〜50%含有したPtからなる厚さ
0.2〜0.4μmの第二層54bから構成される。
(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional structural view of FIG. However, the same members as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and only the main parts will be described. The third embodiment is higher than the first embodiment in that the ferroelectric film 55 and the upper electrode are high.
The configuration of 56 is the same, only the lower electrode 54 is different. The lower electrode 54 includes a first layer 54a made of Pt and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and a second layer 54b made of Pt containing 5 to 50% of Rh and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Composed.

【0044】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、Ptを
スパッタを用いて下部電極の第一層となる厚さ0.2〜
0.4μmの材料層を成膜し、さらにその上にRhを重
量比で5〜50%含有したPtターゲットもしくはPt
ターゲットとRhターゲットを用いた2元スパッタ法に
よって、Rhを5〜50%含有したPtからなり下部電
極の第二層となる厚さ0.2〜0.4μmの材料層を成
膜した。次に、高、強誘電体膜材料層をスピンコーティ
ング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜した後、6
00〜800℃の熱処理を行った。ひきつづき、その上
に上部電極材料層をPtをスパッタを用いて0.2〜
0.4μm成膜した。その後、イオンミリングもしくは
RIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘電体膜材料
層及び下部電極材料層を順次所定の形状に形成し、上部
電極56、高、強誘電体膜55、第一層54a及び第2層54b
からなる下部電極54を形成し、誘電体薄膜素子を製作し
た。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then Pt is sputtered to form a first layer of a lower electrode with a thickness of 0.2 to
A Pt target or Pt containing a 0.4 μm material layer and further containing 5 to 50% by weight of Rh.
A two-dimensional sputtering method using a target and a Rh target was used to deposit a material layer of Pt containing 5 to 50% of Rh and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm to be the second layer of the lower electrode. Next, after forming a high and ferroelectric film material layer by spin coating, CVD or the like to a thickness of 0.2 to 0.5 μm,
Heat treatment was performed at 00 to 800 ° C. Continuing, an upper electrode material layer of Pt is formed thereon by sputtering to 0.2-
A film having a thickness of 0.4 μm was formed. After that, by using ion milling or RIE, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape, and the upper electrode 56, the high and ferroelectric film 55, First layer 54a and second layer 54b
A lower electrode 54 composed of was formed, and a dielectric thin film element was manufactured.

【0045】実施例3の下部電極54の第二層54bの表面
をSEM観察したところ、結晶粒が50nm程度と小さ
く且つ均一であり、また曲率半径10μmのダイヤモン
ド圧子で表面をスクラッチした時に、従来のPtでは延
性があるために10mN以下の荷重でスクラッチ傷が発
生したのに対して、実施例3の電極では50mNでもス
クラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、下部電
極を形成後に600〜800℃の熱処理を施した時に、
従来のPtでは表面に高さ0.1μm以上のヒロックが
多数発生したのに対して、実施例3の電極ではヒロック
等の異常析出物が全く発生せず、熱処理前後で電極表面
に変化がなかった。
SEM observation of the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 of Example 3 showed that the crystal grains were small and uniform, about 50 nm, and that when scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm, Since Pt had ductility, scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas the electrode of Example 3 was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, when heat treatment is performed at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode,
In the conventional Pt, many hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface, whereas in the electrode of Example 3, abnormal deposits such as hillocks were not generated at all, and there was no change in the electrode surface before and after the heat treatment. It was

【0046】従って、例えばスピンコーティング法で成
膜した膜厚0.2μmのPZTを用いた従来の素子で
は、上部電極,下部電極間での電圧印加時において、ヒ
ロックに電界が集中するために絶縁耐圧が15V程度だ
ったのに対して、実施例3の誘電体薄膜素子では20V
以上の絶縁耐圧を示した。また、従来の素子では絶縁耐
圧が素子面積に依存しており、素子面積が大きくなるほ
ど絶縁耐圧が低くなっていたが、実施例3の素子では絶
縁耐圧が素子面積に依存しておらず一定の値を示したこ
とから、PZTの熱処理時における核発生が均一で欠陥
のない良好な核成長が行われているといえる。
Therefore, for example, in the conventional element using PZT having a film thickness of 0.2 μm formed by the spin coating method, the electric field is concentrated on the hillocks when the voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode, and thus the insulation is achieved. The withstand voltage was about 15 V, whereas the dielectric thin film element of Example 3 had a withstand voltage of 20 V.
The above dielectric strength is shown. Further, in the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the larger the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 3, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleus generation during the heat treatment of PZT is uniform and good nucleus growth without defects is performed.

【0047】また、高、強誘電体膜の疲労特性試験とし
て一般的に行われる、上部電極,下部電極に交流矩形波
を連続的に印加した時の残留分極の減少状態を評価した
結果、従来の素子では残留分極が初期の1/2になるの
が106 サイクル前後であるのに対して、実施例3の素
子では107 サイクル以上となり1桁以上、耐疲労特性
が向上した。
In addition, as a result of evaluating the state of reduction of remanent polarization when an AC rectangular wave is continuously applied to the upper electrode and the lower electrode, which is generally performed as a fatigue characteristic test for high and ferroelectric films, the result is as follows. In the device of No. 3, the residual polarization becomes half of the initial value in about 10 6 cycles, whereas in the device of Example 3, it was 10 7 cycles or more, and the fatigue resistance was improved by one digit or more.

【0048】更に、誘電率においても、従来の素子では
約1000であるのに対して、実施例3の素子では11
00以上となり10%以上向上している。
Further, the dielectric constant is about 1000 in the conventional device, while it is 11 in the device of the third embodiment.
It is more than 00 and is improved by 10% or more.

【0049】さらには、Rh、Ru、Ir、Osのうち
少なくとも一種の元素を含有したPt電極では、Pt電
極と比較して電気抵抗が高くなる傾向があるが、下部電
極の第一層としてPt電極を用いて裏打ちすることによ
り、従来の素子の電極と同様な電気抵抗が得られた。
Further, the Pt electrode containing at least one element of Rh, Ru, Ir, and Os tends to have a higher electric resistance than the Pt electrode, but Pt as the first layer of the lower electrode. By backing with electrodes, the same electric resistance as that of the electrodes of the conventional device was obtained.

【0050】(実施例4)本発明の実施例4を図7の断
面構造図を用いて説明する。但し、図5,図6と同部材
は同符号を付して説明を省略し、要部のみを説明する。
上部電極56は、Rhを5〜50%含有したPtからなる
厚さ0.2〜0.4μmの第一層56aと、この第一層56
a上に形成され、Ptからなる厚さ0.2〜0.4μm
の第二層56bから構成される。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional structural view of FIG. However, the same members as those in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and only the main parts will be described.
The upper electrode 56 includes a first layer 56a made of Pt containing 5 to 50% of Rh and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and the first layer 56a.
formed on a and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm made of Pt
Of the second layer 56b.

【0051】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして作製する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、Ptを
スパッタを用いて下部電極の第一層となる厚み0.2〜
0.4μmの材料層を成膜し、さらにその上にRhを重
量比で5〜50%含有したPtターゲットもしくはPt
ターゲットとRhターゲットを用いた2元スパッタ法に
よって、Rhを5〜50%含有したPtからなる下部電
極の第二層となる材料層を0.2〜0.4μm成膜し
た。次に、高、強誘電体膜55をスピンコーティング、C
VDなどで0.2〜0.5μm成膜した後、600〜8
00℃の熱処理を行った。ひきつづき、その上にRhを
重量比で5〜50%含有したPtターゲットもしくはP
tターゲットとRhターゲットを用いた2元スパッタ法
によって、Rhを5〜50%含有したPtからなる上部
電極の第一層となる材料層を0.2〜0.4μm成膜
し、さらにその上に上部電極の第二層となるPtからな
る材料層をスパッタを用いて0.2〜0.4μm成膜し
た。その後イオンミリングもしくはRIEを用いて上部
電極の各材料層、高、強誘電体膜材料層、下部電極の材
料層を順に所定の形状を形成し、最後に600〜800
℃の熱処理を施して、第一層56a及び第2層56bからな
る上部電極56、高、強誘電体膜55及び第一層54a及び第
2層54bからなる下部電極54を形成し、誘電体薄膜素子
を作製した。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then Pt is sputtered to form a first layer of a lower electrode having a thickness of 0.2 to
A Pt target or Pt containing a 0.4 μm material layer and further containing 5 to 50% by weight of Rh.
A material layer to be the second layer of the lower electrode made of Pt containing Rh in an amount of 5 to 50% was formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm by a binary sputtering method using a target and an Rh target. Next, spin coating a high and ferroelectric film 55, C
After forming a film of 0.2 to 0.5 μm by VD or the like, 600 to 8
Heat treatment was performed at 00 ° C. Continuing, a Pt target or P containing Rh in an amount of 5 to 50% by weight is further added.
By a two-way sputtering method using a t target and a Rh target, a material layer to be the first layer of the upper electrode made of Pt containing 5 to 50% of Rh is formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and further thereon. Then, a material layer made of Pt to be the second layer of the upper electrode was formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm by sputtering. Then, ion milling or RIE is used to sequentially form each material layer of the upper electrode, the high and ferroelectric material layers, and the material layer of the lower electrode into a predetermined shape, and finally 600 to 800.
Then, a heat treatment at ℃ is applied to form an upper electrode 56 composed of the first layer 56a and the second layer 56b, a high ferroelectric film 55 and a lower electrode 54 composed of the first layer 54a and the second layer 54b. A thin film element was produced.

【0052】実施例4の下部電極54の第二層54bの表面
をSEM観察したところ、結晶粒が50nm程度と小さ
く且つ均一であり、また曲率半径10μmのダイヤモン
ド圧子で表面をスクラッチした時に、従来のPtでは延
性があるために10mN以下の荷重でスクラッチ傷が発
生したのに対して、実施例4の電極では50mNでもス
クラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、下部電
極を形成後に600〜800℃の熱処理を施した時に、
従来のPtでは表面に高さ0.1μm以上のヒロックが
多数発生したのに対して、実施例4の電極ではヒロック
等の異常析出物が全く発生せず、熱処理前後で電極表面
に変化がなかった。さらに上部電極56と高、強誘電体膜
55界面においても、最終熱処理後においてヒロック等の
異常析出物が発生していなかった。
SEM observation of the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 of Example 4 revealed that the crystal grains were small and uniform at about 50 nm, and the surface was scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm. Since Pt had ductility, scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas the electrode of Example 4 was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, when heat treatment is performed at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode,
In the conventional Pt, a large number of hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface, whereas in the electrode of Example 4, abnormal deposits such as hillocks were not generated at all, and there was no change in the electrode surface before and after the heat treatment. It was Furthermore, the upper electrode 56 and high and ferroelectric films
Even at the 55 interface, no abnormal precipitate such as hillock was generated after the final heat treatment.

【0053】従って、例えばスピンコーティング法で成
膜した膜厚0.2μmのPZTを用いた従来の素子で
は、上部電極,下部電極間での電圧印加時において、ヒ
ロックに電界が集中するために絶縁耐圧が15V程度だ
ったのに対して、実施例4の誘電体薄膜素子では20V
以上の絶縁耐圧を示した。また、従来の素子では絶縁耐
圧が素子面積に依存しており、素子面積が大きくなるほ
ど絶縁耐圧が低くなっていたが、実施例4の素子では絶
縁耐圧が素子面積に依存しておらず一定の値を示したこ
とから、PZTの熱処理時における核発生が均一で欠陥
のない良好な核成長が行われているといえる。
Therefore, for example, in the conventional element using PZT having a film thickness of 0.2 μm formed by the spin coating method, the electric field is concentrated on the hillock when the voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode. The withstand voltage was about 15V, whereas the dielectric thin film element of Example 4 had a withstand voltage of 20V.
The above dielectric strength is shown. In the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the larger the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 4, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleus generation during the heat treatment of PZT is uniform and good nucleus growth without defects is performed.

【0054】また、強誘電体膜の疲労特性試験として一
般的に行われる、上部電極,下部電極に交流矩形波を連
続的に印加した時の残留分極の減少状態を評価した結
果、従来の素子では残留分極が初期の1/2になるのが
106 サイクル前後であるのに対して、実施例4の素子
では107 サイクル以上となり1桁以上、耐疲労特性が
向上した。
In addition, as a result of evaluating the state of reduction of remanent polarization when an AC rectangular wave is continuously applied to the upper electrode and the lower electrode, which is generally performed as a fatigue characteristic test of a ferroelectric film, the conventional device is evaluated. In contrast, the remanent polarization becomes half of the initial value in about 10 6 cycles, whereas in the element of Example 4, it was 10 7 cycles or more, and the fatigue resistance was improved by one digit or more.

【0055】更に、誘電率においても、従来の素子では
約1000であるのに対して、実施例の素子では110
0以上となり10%以上向上している。
Further, the dielectric constant is about 1000 in the conventional element, while it is 110 in the embodiment.
It became 0 or more and improved by 10% or more.

【0056】なお、上記実施例4では上部電極の第一層
として、Rhの代わりにRh、Ru、Ir、Osのうち
少なくとも一種の元素を含有したPtを用いても同様な
結果が得られ、特に10%含有した組成で、最も特性が
よい誘電体薄膜素子が得られた。この点は、上記実施例
4に限らず、上部電極の第一層として上記Rh等の材料
を用いた他の実施例についても同様である。
In Example 4, similar results were obtained even if Pt containing at least one element of Rh, Ru, Ir, and Os was used in place of Rh as the first layer of the upper electrode. With the composition containing 10% in particular, the dielectric thin film element having the best characteristics was obtained. This point is not limited to Embodiment 4 described above, and is the same for other embodiments using the above material such as Rh as the first layer of the upper electrode.

【0057】また、Rh、Ru、Ir、Osのうち少な
くとも一種の元素を含有したPt電極では、Pt電極と
比較して電気抵抗が高くなる傾向があるが、下部電極の
第一層および上部電極の第二層としてPt電極を用いて
裏打ちすることにより、従来の素子の電極と同様な電気
抵抗が得られた。
The Pt electrode containing at least one element of Rh, Ru, Ir, and Os tends to have higher electric resistance than the Pt electrode, but the first layer of the lower electrode and the upper electrode. By lining with a Pt electrode as the second layer of, the same electric resistance as the electrode of the conventional element was obtained.

【0058】(実施例5)本発明の実施例5を図6の断
面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は同符
号を付して説明を省略し、要部のみを説明する。実施例
5は、実施例3と比べ、高、強誘電体膜55及び上部電極
56は同じ構成で、下部電極54の構成のみが異なる。下部
電極54は、導電性酸化物としてのITOからなる厚さ
0.05〜0.4μmの第一層54aと、この上に形成さ
れたRhを5〜50%含有したPtからなる厚さ0.2
〜0.4μmの第二層54bから構成される。上部電極56
は、実施例3と同様である。
(Embodiment 5) Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to the sectional structural view of FIG. However, the same members as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and only the main parts will be described. The fifth embodiment has a higher ferroelectric film 55 and upper electrode than the third embodiment.
56 has the same configuration, but only the configuration of the lower electrode 54 is different. The lower electrode 54 has a thickness of 0.05 to 0.4 μm and a first layer 54a made of ITO as a conductive oxide, and a Pt containing 5 to 50% of Rh formed on the first layer 54a. .2
.About.0.4 .mu.m of the second layer 54b. Upper electrode 56
Is the same as in the third embodiment.

【0059】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、ITO
をスパッタを用いて下部電極の第一層となる厚さ0.0
5〜0.4μmの材料層を成膜し、さらにその上にRh
を重量比で5〜50%含有したPtターゲットもしくは
PtターゲットとRhターゲットを用いた2元スパッタ
法によって、Rhを5〜50%含有したPtからなり下
部電極の第二層となる厚さ0.2〜0.4μmの材料層
を成膜した。次に、高、強誘電体膜材料層をスピンコー
ティング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜した
後、600〜800℃の熱処理を行なった。ひきつづ
き、その上に上部電極材料層をPtをスパッタを用いて
0.2〜0.4μm成膜した。その後、イオンミリング
もしくはRIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘電
体膜材料層及び下部電極の各材料層を順次所定の形状に
形成し、上部電極56、高、強誘電体膜55、第一層54a及
び第2層54bからなる下部電極54を形成し、誘電体薄膜
素子を製作した。
The dielectric thin film element thus constructed is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then ITO is formed.
Is formed into a first layer of the lower electrode by sputtering with a thickness of 0.0
A material layer of 5 to 0.4 μm is formed, and Rh is formed on the material layer.
By Pt target containing 5 to 50% by weight or a binary sputtering method using a Pt target and a Rh target, and Pt containing 5 to 50% of Rh. A material layer having a thickness of 2 to 0.4 μm was formed. Next, a high ferroelectric film material layer was formed to a thickness of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Subsequently, an upper electrode material layer of Pt was formed thereon by sputtering to a thickness of 0.2 to 0.4 μm. After that, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers and the lower electrode material layers are sequentially formed into a predetermined shape by using ion milling or RIE, and the upper electrode 56, the high and ferroelectric film 55 are formed. A lower electrode 54 composed of the first layer 54a and the second layer 54b was formed to manufacture a dielectric thin film element.

【0060】実施例5の下部電極54の第二層54bの表面
をSEM観察したところ、実施例3と同様に、50mN
でもスクラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、
実施例5の電極ではヒロック等の異常析出物が全く発生
せず、熱処理前後で電極表面に変化がなかった。
SEM observation of the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 of Example 5 revealed that it was 50 mN as in Example 3.
However, it was a hard film without scratches. Therefore,
In the electrode of Example 5, no abnormal deposit such as hillock was generated, and the electrode surface was not changed before and after the heat treatment.

【0061】従って、実施例5の誘電体薄膜素子では2
0V以上の絶縁耐圧を示した。また、実施例5の素子で
は絶縁耐圧が素子面積に依存しておらず一定の値を示し
たことから、PZTの熱処理時における核発生が均一で
欠陥のない良好な核成長が行われているといえる。更
に、実施例5の素子では、強誘電体膜の疲労特性試験を
行ったところ、実施例3と同様107 サイクル以上とな
り1桁以上、耐疲労特性が向上した。更には、実施例5
の素子では1100以上となり、10%以上向上してい
る。
Therefore, in the dielectric thin film element of Example 5, 2
It showed a withstand voltage of 0 V or higher. Further, since the withstand voltage of the element of Example 5 did not depend on the element area and showed a constant value, the nucleus generation during PZT heat treatment was uniform, and good nucleus growth without defects was performed. Can be said. Further, in the device of Example 5, when the fatigue property test of the ferroelectric film was performed, it was 10 7 cycles or more as in Example 3, and the fatigue resistance property was improved by one digit or more. Furthermore, Example 5
In the element of 1), it is 1100 or more, which is an improvement of 10% or more.

【0062】また、下部電極の第一層としてITOを用
いることにより、下層との接着性が向上し、従来の素子
で問題であった膜剥離を防止できるようになると共に、
下層の構成元素(Si等)の高、強誘電体膜への拡散、
および、高、強誘電体膜の構成元素の下層への拡散を防
止できるようになった。
Further, by using ITO as the first layer of the lower electrode, the adhesiveness with the lower layer is improved, and the peeling of the film, which is a problem in the conventional element, can be prevented.
Higher constituent elements (such as Si) in the lower layer, diffusion into the ferroelectric film,
Further, it has become possible to prevent the diffusion of the constituent elements of the high ferroelectric film to the lower layer.

【0063】なお、上記実施例では、下部電極の第一層
としてITOを用いたが、ITOの代わりに他の導電性
酸化物,即ちSnO2 、In2 3 、RuO2 、RhO
2 、ReO2 、OsO2 、IrO2 のうち少なくとも一
つを主成分とした電極を用いても同様の結果が得られ
た。このことは、下部電極の第一層として導電性酸化物
を用いる他の実施例についても同様である。
Although ITO is used as the first layer of the lower electrode in the above embodiment, other conductive oxides such as SnO 2 , In 2 O 3 , RuO 2 and RhO are used instead of ITO.
Similar results were obtained using an electrode containing at least one of 2 , ReO 2 , OsO 2 , and IrO 2 . This also applies to other examples using a conductive oxide as the first layer of the lower electrode.

【0064】(実施例6)本発明の実施例6を図6の断
面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は同符
号を付して説明を省略し、要部のみを説明する。実施例
6は、実施例5と比べ、下部電極54及び高、強誘電体55
は実施例5と同じ構成で、上部電極56の構成のみが異な
る。上部電極56はRhを5〜50%含有したPtから構
成されている。
(Sixth Embodiment) A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional structural view of FIG. However, the same members as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and only the main parts will be described. The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that the lower electrode 54 and the high ferroelectric material 55 are used.
Has the same configuration as that of the fifth embodiment, but only the configuration of the upper electrode 56 is different. The upper electrode 56 is composed of Pt containing 5 to 50% of Rh.

【0065】かかる構成の強誘電体薄膜素子は、次のよ
うにして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素
子の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、IT
Oをスパッタを用いて下部電極の第一層となる厚さ0.
05〜0.4μmの材料層を成膜し、さらにその上にR
hを重量比で5〜50%含有したPtターゲットもしく
はPtターゲットとRhターゲットを用いた2元スパッ
タ法によって、Rhを5〜50%含有したPtからなり
下部電極の第二層となる厚さ0.2〜0.4μmの材料
層を成膜した。次に、高、強誘電体膜材料層をスピンコ
ーティング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜した
後、600〜800℃の熱処理を行なった。ひきつづ
き、その上にRhを重量比で5〜50%含有したPtタ
ーゲットもしくはPtターゲットとRhターゲットを用
いた2元スパッタ法によって、Rhを5〜50%含有し
たPtからなる上部電極材料層をスパッタを用いて0.
2〜0.4μm成膜した。その後、イオンミリングもし
くはRIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘電体膜
材料層及び下部電極の各材料層を順次所定の形状に形成
し、最後に600〜800℃の熱処理を施して、上部電
極56、高、強誘電体膜55、第一層54a及び第2層54bか
らなる下部電極54を形成し、誘電体薄膜素子を製作し
た。
The ferroelectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then IT
O is used as a first layer of the lower electrode by sputtering to a thickness of 0.
A material layer having a thickness of 05 to 0.4 μm is formed, and R is further formed thereon.
A Pt target containing 5 to 50% of h by weight or a binary sputtering method using a Pt target and a Rh target, which is made of Pt containing 5 to 50% of Rh and forms a second layer of the lower electrode having a thickness of 0. A material layer having a thickness of 0.2 to 0.4 μm was formed. Next, a high ferroelectric film material layer was formed to a thickness of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Subsequently, an upper electrode material layer made of Pt containing 5 to 50% of Rh is sputtered thereon by a Pt target containing 5 to 50% by weight of Rh or a binary sputtering method using a Pt target and a Rh target. With 0.
A film having a thickness of 2 to 0.4 μm was formed. Then, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers, and the lower electrode material layers are sequentially formed into a predetermined shape by using ion milling or RIE, and finally heat-treated at 600 to 800 ° C. Then, the lower electrode 54 including the upper electrode 56, the high ferroelectric film 55, the first layer 54a and the second layer 54b was formed to manufacture a dielectric thin film element.

【0066】実施例6の下部電極54の第二層54bの表面
をSEM観察したところ、実施例3と同様に、50mN
でもスクラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、
実施例6の電極ではヒロック等の異常析出物が全く発生
せず、熱処理前後で電極表面に変化がなかった。
SEM observation of the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 of Example 6 revealed that it was 50 mN as in Example 3.
However, it was a hard film without scratches. Therefore,
In the electrode of Example 6, no abnormal deposit such as hillock was generated, and the electrode surface was not changed before and after the heat treatment.

【0067】また、上部電極56と高、強誘電体膜55の界
面においても、最終熱処理後においてヒロック等の異常
析出物が発生していなかった。さらに、XPSによる深
さ方向の元素分析を行った結果、下部電極が従来のPt
だけの場合には、熱酸化SiO2 膜53の元素で、高、強
誘電体膜の特性劣化の原因となるSiが、Pt表面に拡
散していたのに対して、実施例6の構造ではITOが拡
散バリアとして働き、Siの拡散を防止していることが
わかった。
No abnormal deposits such as hillocks were generated at the interface between the upper electrode 56 and the high ferroelectric film 55 after the final heat treatment. Furthermore, as a result of XPS elemental analysis in the depth direction, the lower electrode was
In this case, the element of the thermally-oxidized SiO 2 film 53, which was high and caused the deterioration of the characteristics of the ferroelectric film, was diffused to the Pt surface, whereas the structure of Example 6 was used. It was found that ITO acts as a diffusion barrier and prevents the diffusion of Si.

【0068】従って、実施例6の誘電体薄膜素子では、
実施例3と同様に、20V以上の絶縁耐圧を示した。ま
た、実施例6の素子では絶縁耐圧が素子面積に依存して
おらず一定の値を示したことから、PZTの熱処理時に
おける核発生が均一で欠陥のない良好な核成長が行われ
ているといえる。更に、実施例5の素子では、107
イクル以上となり1桁以上、耐疲労特性が向上した。更
には、実施例5の素子では、強誘電体膜の疲労特性試験
を行ったところ、実施例3と同様1100以上となり、
10%以上向上している。また、下部電極としてITO
を用いることにより、膜剥離を防止できるようになると
共に、下層の構成元素(Si等)の高、強誘電体膜への
拡散、および、高、強誘電体膜の構成元素の下層への拡
散を防止できるようになった。
Therefore, in the dielectric thin film element of Example 6,
Similar to Example 3, it showed a withstand voltage of 20 V or higher. Further, in the element of Example 6, the withstand voltage showed a constant value independent of the element area, so that the nucleus generation during PZT heat treatment was uniform and good nucleus growth without defects was performed. Can be said. Furthermore, in the device of Example 5, an order of magnitude or more is 10 7 cycles or more, fatigue resistance is improved. Furthermore, in the device of Example 5, when the fatigue property test of the ferroelectric film was performed, it was 1100 or more as in Example 3, and
It has improved by 10% or more. In addition, ITO is used as the lower electrode.
By using, it is possible to prevent film peeling, and to increase the amount of constituent elements (Si, etc.) in the lower layer to the ferroelectric film and to diffuse the constituent elements of the high and ferroelectric film to the lower layer. Can be prevented.

【0069】なお、下部電極の第二層及び上部電極とし
て、Rhの代わりにRh、Ru、Ir、Osのうち少な
くとも1主の元素を含有したPtを用いても同様な結果
が得られ、特に10%含有した組成で、最も特性がよい
誘電体薄膜素子が得られた。このことは、他の実施例に
ついても同様である。
Similar results can be obtained by using Pt containing at least one main element of Rh, Ru, Ir, and Os instead of Rh as the second layer of the lower electrode and the upper electrode. With the composition containing 10%, the dielectric thin film element having the best characteristics was obtained. This also applies to the other embodiments.

【0070】(実施例7)本発明の実施例7を図8の断
面構造図を用いて説明する。但し、図5,図7と同部材
は同符号を付して説明を省略する。高、強誘電体膜55と
上部電極56は実施例4と同様である。下部電極54は、I
TOからなる厚さ0.05〜0.4μmの第一層54a
と、Ptからなる厚さ0.2〜0.4μmの第二層54b
と、Rhを5〜50%含有したPtからなる厚さ0.2
〜0.4μmの第三層54cとから構成されている。
(Embodiment 7) Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to the sectional structural view of FIG. However, the same members as those in FIGS. 5 and 7 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The high ferroelectric film 55 and the upper electrode 56 are the same as in the fourth embodiment. The lower electrode 54 is I
First layer 54a made of TO and having a thickness of 0.05 to 0.4 μm
And a second layer 54b made of Pt and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm.
And a thickness of Pt containing Rh of 5 to 50% of 0.2
.About.0.4 .mu.m third layer 54c.

【0071】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、ITO
をスパッタを用いて下部電極の第一層となる厚さ0.0
5〜0.4μmの材料層を成膜し、その上に下部電極の
第二層となるPtをスパッタにより0.2〜0.4μm
成膜し、さらにその上にRhを重量比で5〜50%含有
したPtターゲットもしくはPtターゲットとRhター
ゲットを用いた2元スパッタ法によって、Rhを5〜5
0%含有したPtからなる下部電極の第三層となる材料
層を0.2〜0.4μm成膜した。次に、高、強誘電体
膜材料層をスピンコーティング、CVDなどで0.2〜
0.5μm成膜した後、600〜800℃の熱処理を行
なった。ひきつづき、その上にRhを重量比で5〜50
%含有したPtターゲットもしくはPtターゲットとR
hターゲットを用いた2元スパッタ法によって、Rhを
5〜50%含有したPtからなる上部電極材料層をPt
をスパッタを用いて0.2〜0.4μm成膜した。その
後、イオンミリングもしくはRIEを用いて、上部電極
材料層、高、強誘電体膜材料層及び下部電極の各材料層
を順次所定の形状に形成し、最後に600〜800℃の
熱処理を施して、第一層56a及び第二層56bからなる上
部電極56、高、強誘電体膜55、第一層54a,第二層54b
及び第三層54cからなる下部電極54を形成し、誘電体薄
膜素子を製作した。
The dielectric thin film element thus constructed is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then ITO is formed.
Is formed into a first layer of the lower electrode by sputtering with a thickness of 0.0
A material layer having a thickness of 5 to 0.4 μm is formed, and Pt to be the second layer of the lower electrode is formed thereon by sputtering to 0.2 to 0.4 μm.
By forming a film and further forming a Pt target containing 5 to 50% by weight of Rh on the Pt target or a binary sputtering method using a Pt target and a Rh target, Rh is set to 5 to 5
A material layer to be the third layer of the lower electrode made of Pt containing 0% was formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Next, a high and ferroelectric film material layer is formed by spin coating, CVD, etc.
After forming a film having a thickness of 0.5 μm, a heat treatment at 600 to 800 ° C. was performed. Continue to add Rh on top of it in a weight ratio of 5 to 50
% Pt target or Pt target and R
The upper electrode material layer made of Pt containing 5 to 50% of Rh was formed into Pt by the binary sputtering method using the h target.
Of 0.2 to 0.4 μm was formed by sputtering. Then, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers, and the lower electrode material layers are sequentially formed into a predetermined shape by using ion milling or RIE, and finally heat-treated at 600 to 800 ° C. An upper electrode 56 comprising a first layer 56a and a second layer 56b, a high ferroelectric film 55, a first layer 54a, a second layer 54b.
Then, the lower electrode 54 composed of the third layer 54c and the third layer 54c was formed to manufacture a dielectric thin film element.

【0072】実施例7の下部電極54の第三層54cの表面
をSEM観察したところ、実施例3と同様に、50mN
でもスクラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、
実施例6の電極ではヒロック等の異常析出物が全く発生
せず、熱処理前後で電極表面に変化がなかった。
SEM observation of the surface of the third layer 54c of the lower electrode 54 of Example 7 revealed that it was 50 mN as in Example 3.
However, it was a hard film without scratches. Therefore,
In the electrode of Example 6, no abnormal deposit such as hillock was generated, and the electrode surface was not changed before and after the heat treatment.

【0073】また、上部電極56と高、強誘電体膜55の界
面においても、最終熱処理後においてヒロック等の異常
析出物が発生していなかった。さらに、XPSによる深
さ方向の元素分析を行った結果、実施例7と同様、下部
電極54の第1層54aの材料であるITOが拡散バリアと
して働き、Siの拡散を防止していることがわかった。
Further, also at the interface between the upper electrode 56 and the high ferroelectric film 55, no abnormal precipitate such as hillock was generated after the final heat treatment. Further, as a result of performing an elemental analysis in the depth direction by XPS, it is found that ITO, which is the material of the first layer 54a of the lower electrode 54, functions as a diffusion barrier and prevents the diffusion of Si, as in Example 7. all right.

【0074】従って、実施例7の誘電体薄膜素子では、
実施例3と同様に、20V以上の絶縁耐圧を示した。ま
た、実施例7の素子では絶縁耐圧が素子面積に依存して
おらず一定の値を示したことから、PZTの熱処理時に
おける核発生が均一で欠陥のない良好な核成長が行われ
ているといえる。更に、実施例7の素子では107 サイ
クル以上となり1桁以上、耐疲労特性が向上した。更に
は、実施例7の素子では1100以上となり、10%以
上向上している。また、下部電極の第1層としてITO
を用いることにより、膜剥離を防止できるようになると
共に、下層の構成元素(Si等)の高、強誘電体膜への
拡散、および、高、強誘電体膜の構成元素の下層への拡
散を防止できるようになった。
Therefore, in the dielectric thin film element of Example 7,
Similar to Example 3, it showed a withstand voltage of 20 V or higher. Further, in the element of Example 7, the withstand voltage showed a constant value without depending on the element area, so that the nucleus generation during PZT heat treatment was uniform and good nucleus growth without defects was performed. Can be said. Furthermore, in the device of Example 7 1 order of magnitude or more is 10 7 cycles or more, fatigue resistance is improved. Furthermore, the device of Example 7 has a value of 1100 or more, which is an improvement of 10% or more. In addition, ITO is used as the first layer of the lower electrode.
By using, it is possible to prevent film peeling, and to increase the amount of constituent elements (Si, etc.) in the lower layer to the ferroelectric film and to diffuse the constituent elements of the high and ferroelectric film to the lower layer. Can be prevented.

【0075】なお、Rh、Ru、Ir、Osのうち少な
くとも一種の元素を含有したPt電極では、Pt電極と
比較して電気抵抗が高くなる傾向があるが、下部電極の
第二層および上部電極の第二層としてPt電極を用いて
裏打ちすることにより、従来の素子の電極と同様な電気
抵抗が得られた。
Although the Pt electrode containing at least one element of Rh, Ru, Ir, and Os tends to have a higher electric resistance than the Pt electrode, the second layer of the lower electrode and the upper electrode. By lining with a Pt electrode as the second layer of, the same electric resistance as the electrode of the conventional element was obtained.

【0076】(実施例8)本発明の実施例8を図5の断
面構造図を用いて説明する。但し、実施例1と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例8は、実施例1
と比べ、上部電極56の構成は同じであるが、下部電極54
及び高、強誘電体膜55の構成が異なる。下部電極54はB
iを5〜80%含有したPtから構成され、その厚みは
0.2〜0.4μmである。また、高、強誘電体膜55
は、厚さ0.2〜0.4μmのBi層状強誘電体膜であ
る。
(Embodiment 8) An embodiment 8 of the present invention will be described with reference to the sectional structural view of FIG. However, the same members as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Example 8 is the same as Example 1.
The upper electrode 56 has the same configuration as that of the lower electrode 54
And the structure of the high and ferroelectric films 55 is different. The lower electrode 54 is B
It is composed of Pt containing 5 to 80% of i and has a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Also, high, ferroelectric film 55
Is a Bi layered ferroelectric film having a thickness of 0.2 to 0.4 μm.

【0077】こうした構成の誘電体薄膜素子は、次のよ
うにして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素
子の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、Bi
を原子比で5〜80%含有したPtターゲットもしくは
PtターゲットとBiターゲットを用いた2元スパッタ
法によって、Biを5〜80%含有したPtからなる下
部電極材料層を0.2〜0.4μm成膜した。つづい
て、その上にBi層状強誘電体膜材料層をスピンコーテ
ィング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜し、その
後600〜800℃の熱処理を行った。さらにその上に
上部電極材料層としてPtをスパッタを用いて0.2〜
0.4μm成膜した。その後、イオンミリングもしくは
RIEを用いて、上部電極材料層、Bi層状強誘電体膜
材料層及び下部電極材料層を順次所定の形状に形成し、
上部電極56、Bi層状強誘電体膜55及び下部電極54を形
成し、誘電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then Bi
A lower electrode material layer made of Pt containing 5 to 80% of Bi by a binary sputtering method using a Pt target containing 5 to 80% by atomic ratio or a Pt target and a Bi target of 0.2 to 0.4 μm. A film was formed. Subsequently, a Bi layered ferroelectric film material layer was formed thereon by spin coating, CVD or the like to have a film thickness of 0.2 to 0.5 μm, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Further, Pt is used as the upper electrode material layer by sputtering to form 0.2 to
A film having a thickness of 0.4 μm was formed. Then, using ion milling or RIE, an upper electrode material layer, a Bi layered ferroelectric film material layer, and a lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape,
An upper electrode 56, a Bi layered ferroelectric film 55 and a lower electrode 54 were formed to manufacture a dielectric thin film element.

【0078】従来の下部電極としてPtだけの素子、及
び実施例8の素子をXPSによる深さ方向の元素分析を
行った結果、従来の素子ではBi層状強誘電体膜中のB
iが下部電極のPtに拡散しているのに対して、実施例
8の素子ではそのような拡散が見られず、Bi層状強誘
電体膜55の下部電極54界面での組成変化が生じていなか
った。また下部電極54はBi2 PtあるいはBiPt等
の組成を示していた。従って、上部電極,下部電極間で
の電圧印加時において、従来の素子では絶縁耐圧が5V
程度だったのに対して、実施例8の素子では10V以上
の絶縁耐圧を示した。また、誘電率においても、従来の
素子では約250であるのに対して、実施例の素子では
300以上となり20%以上向上している。
As a result of performing elemental analysis in the depth direction by XPS on the conventional element having only Pt as the lower electrode and the element of Example 8, B of the Bi layered ferroelectric film was found in the conventional element.
While i diffused into Pt of the lower electrode, no such diffusion was observed in the element of Example 8, and the composition change at the interface of the lower electrode 54 of the Bi layered ferroelectric film 55 occurred. There wasn't. The lower electrode 54 had a composition such as Bi 2 Pt or BiPt. Therefore, when a voltage is applied between the upper and lower electrodes, the conventional element has a withstand voltage of 5V.
In contrast to this, the device of Example 8 showed a withstand voltage of 10 V or higher. Further, the dielectric constant of the conventional device is about 250, while the dielectric constant of the device of the example is 300 or more, which is improved by 20% or more.

【0079】なお、Bi層状強誘電体膜55がSrを含有
する場合には、下部電極として、BiとSrを含有した
Ptを用いることで同様な結果が得られた。さらにはB
iを含有したPtにおいて、原子比でBi:Pt=2:
1もしくは1:1の組成で、最も特性がよい誘電体薄膜
素子が得られた。このことは、他の実施例においても同
様である。
When the Bi layered ferroelectric film 55 contains Sr, similar results were obtained by using Pt containing Bi and Sr as the lower electrode. Furthermore B
In Pt containing i, the atomic ratio of Bi: Pt = 2:
With the composition of 1 or 1: 1, the dielectric thin film element having the best characteristics was obtained. This also applies to the other embodiments.

【0080】(実施例9)本発明の実施例9を図5の断
面構造図を用いて説明する。但し、実施例1と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例9は、実施例1
と比べ、下部電極54及び高、強誘電体膜55及び上部電極
56の構成が異なる。即ち、下部電極54はBiを5〜80
%含有したPtから構成され、その厚さは0.2〜0.
4μmである。高、強誘電体膜55は、厚さ0.2〜0.
5μmのBi層状強誘電体膜である。上部電極56はBi
を5〜80%含有したPtから構成され、厚さは0.2
〜0.4μmである。
(Ninth Embodiment) A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional structural view of FIG. However, the same members as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Example 9 is the same as Example 1.
Compared with the lower electrode 54 and high, the ferroelectric film 55 and the upper electrode
56 configurations are different. That is, the lower electrode 54 contains Bi of 5 to 80
% Of Pt, and its thickness is 0.2-0.
It is 4 μm. The high, ferroelectric film 55 has a thickness of 0.2-0.
It is a 5 μm Bi layered ferroelectric film. The upper electrode 56 is Bi
Is composed of 5 to 80% of Pt and has a thickness of 0.2
Is about 0.4 μm.

【0081】こうした構成の誘電体薄膜素子は、次のよ
うにして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素
子の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、Bi
を原子比で5〜80%含有したPtターゲットもしくは
PtターゲットとBiターゲットを用いた2元スパッタ
法によって、Biを5〜80%含有したPtからなる下
部電極材料層を0.2〜0.4μm成膜した。つづい
て、その上に高、強誘電体膜材料層をスピンコーティン
グ、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜し、その後6
00〜800℃の熱処理を行った。さらにその上に、B
iを原子比で5〜80%含有したPtターゲットもしく
はPtターゲットとBiターゲットを用いた2元スパッ
タ法によって、Biを5〜80%含有したPtからなる
上部電極材料層を0.2〜0.4μm成膜した。その
後、イオンミリングもしくはRIEを用いて、上部電極
材料層、高、強誘電体膜材料層及び下部電極材料層を順
次所定の形状に形成し、上部電極56、高、強誘電体膜55
及び下部電極54を形成し、誘電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then Bi
A lower electrode material layer made of Pt containing 5 to 80% of Bi by a binary sputtering method using a Pt target containing 5 to 80% by atomic ratio or a Pt target and a Bi target of 0.2 to 0.4 μm. A film was formed. Subsequently, a high ferroelectric film material layer is formed thereon by spin coating, CVD or the like to a thickness of 0.2 to 0.5 μm, and then 6
Heat treatment was performed at 00 to 800 ° C. On top of that, B
The upper electrode material layer made of Pt containing 5 to 80% of Bi is used to form an upper electrode material layer of 0.2 to 0.2% by a binary sputtering method using a Pt target containing 5 to 80% of i in atomic ratio or a Pt target and a Bi target. A film having a thickness of 4 μm was formed. After that, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape by using ion milling or RIE, and the upper electrode 56, the high and ferroelectric film 55 are formed.
Then, the lower electrode 54 was formed, and the dielectric thin film element was manufactured.

【0082】実施例9によれば、実施例8と同様、XP
Sによる深さ方向の元素分析を行った結果、Bi層状強
誘電体膜中のBiが下部電極のPtに拡散することな
く、高、強誘電体膜55の下部電極54界面での組成変化が
生じていなかった。また、下部電極54はBi2 Ptある
いはBiPt等の組成を示していた。従って、実施例9
の素子においては、実施例8と同様、10V以上の絶縁
耐圧を示し、誘電率においても300以上となり従来と
比べ20%以上向上している。
According to the ninth embodiment, as in the eighth embodiment, XP
As a result of elemental analysis in the depth direction by S, Bi in the Bi layered ferroelectric film did not diffuse to Pt of the lower electrode, and the composition change at the interface of the lower electrode 54 of the high ferroelectric film 55 was confirmed. It didn't happen. The lower electrode 54 had a composition such as Bi 2 Pt or BiPt. Therefore, Example 9
In the element No. 3, as in the case of Example 8, the withstand voltage of 10 V or higher is exhibited, and the dielectric constant is also 300 or higher, which is improved by 20% or more as compared with the conventional one.

【0083】なお、高、強誘電体膜55がSrを含有する
場合には、上部電極および下部電極として、BiとSr
を含有したPtを用いることで同様な結果が得られた。
さらにはBiを含有したPtにおいて、原子比でBi:
Pt=2:1もしくは1:1の組成で、最も特性がよい
誘電体薄膜素子が得られた。
When the high ferroelectric film 55 contains Sr, Bi and Sr are used as the upper electrode and the lower electrode.
Similar results were obtained by using Pt containing.
Furthermore, in Pt containing Bi, the atomic ratio of Bi:
With the composition of Pt = 2: 1 or 1: 1, the dielectric thin film element with the best characteristics was obtained.

【0084】(実施例10)本発明の実施例10を図6
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例10は、実施例
3と比べ、上部電極56の構成は同じで、高、強誘電体膜
55と下部電極54の構成が異なる。高、強誘電体膜55は厚
さ0.2〜0.5μmのBi層状強誘電体膜で構成さ
れ、下部電極54は、Ptからなる厚さ0.2〜0.4μ
mの第一層54aと、この上に形成されBiを5〜80%
含有したPtからなる第二層54bから構成される。
(Embodiment 10) FIG. 6 shows Embodiment 10 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIG. In comparison with the third embodiment, the tenth embodiment has the same configuration of the upper electrode 56, and has a high ferroelectric film.
The configurations of 55 and the lower electrode 54 are different. The high and ferroelectric film 55 is composed of a Bi layered ferroelectric film having a thickness of 0.2 to 0.5 μm, and the lower electrode 54 is made of Pt and has a thickness of 0.2 to 0.4 μm.
m of the first layer 54a and Bi formed on the first layer 54a of 5 to 80%
It is composed of the second layer 54b containing Pt.

【0085】こうした構成の誘電体薄膜素子は、次のよ
うにして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素
子の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、その
上に下部電極の第一層の材料層としてPtをスパッタを
用いて0.2〜0.4μm成膜し、さらにその上にBi
を原子比で5〜80%含有したPtターゲットもしくは
PtターゲットとBiターゲットを用いた2元スパッタ
法によって、Biを5〜80%含有したPtからなる下
部電極の第二層の材料層として0.2〜0.4μm成膜
した。つづいて、高、強誘電体膜材料層をスピンコーテ
ィング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜し、その
後600〜800℃の熱処理を行った。さらにその上に
Ptからなる上部電極材料層をスパッタ法により0.2
〜0.4μm成膜した。その後、イオンミリングもしく
はRIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘電体膜材
料層及び下部電極の各材料層を順次所定の形状に形成
し、上部電極56、高、強誘電体膜55及び第一層54a,第
二層54bからなる下部電極54を形成し、誘電体薄膜素子
を製作した。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then Pt is used as a first layer material layer of a lower electrode to form 0.2 to 0. 4μm film is formed, and Bi is further formed on it.
By a binary sputtering method using a Pt target containing 5 to 80% by atomic ratio or a Pt target and a Bi target as a material layer of the second layer of the lower electrode made of Pt containing 5 to 80% Bi. A film having a thickness of 2 to 0.4 μm was formed. Subsequently, a high ferroelectric film material layer was formed into a film of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Further, an upper electrode material layer made of Pt is further formed thereon by a sputtering method with a thickness of 0.2.
A film having a thickness of 0.4 μm was formed. After that, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers and the lower electrode material layers are sequentially formed into a predetermined shape by using ion milling or RIE, and the upper electrode 56, the high and ferroelectric film 55 are formed. Then, the lower electrode 54 composed of the first layer 54a and the second layer 54b was formed to manufacture a dielectric thin film element.

【0086】実施例10によれば、実施例8と同様、X
PSによる深さ方向の元素分析を行った結果、Bi層状
強誘電体膜中のBiが下部電極のPtに拡散することな
く、高、強誘電体膜55の下部電極54界面での組成変化が
生じていなかった。また、下部電極54はBi2 Ptある
いはBiPt等の組成を示していた。従って、実施例1
0の素子においても、実施例8と同様、10V以上の絶
縁耐圧を示し、誘電率においても300以上となり従来
と比べ20%以上向上している。
According to the tenth embodiment, as in the eighth embodiment, X
As a result of performing an elemental analysis in the depth direction by PS, Bi in the Bi layered ferroelectric film did not diffuse into Pt of the lower electrode, and the composition change at the interface of the lower electrode 54 of the high ferroelectric film 55 was confirmed. It didn't happen. The lower electrode 54 had a composition such as Bi 2 Pt or BiPt. Therefore, Example 1
The element of No. 0 also showed a withstand voltage of 10 V or higher, and the dielectric constant was 300 or higher, which was improved by 20% or more as compared with the conventional example, as in Example 8.

【0087】なお、BiもしくはBiとSrを含有した
Pt電極では、Pt電極と比較して電気抵抗が高くなる
傾向があるが、下部電極の第一層としてPt電極を用い
て裏打ちすることにより、従来の素子の電極と同様な電
気抵抗が得られた。
Although the Pt electrode containing Bi or Bi and Sr tends to have a higher electric resistance than the Pt electrode, by lining it with the Pt electrode as the first layer of the lower electrode, An electric resistance similar to that of the electrode of the conventional device was obtained.

【0088】(実施例11)本発明の実施例11を図7
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例11は、実施例
4と比べ、下部電極54、高、強誘電体膜55及び上部電極
56の構成が異なる。即ち、下部電極54は、Ptからなる
厚さ0.2〜0.4μmの第一層54aと、Biを5〜8
0%含有したPtからなる厚さ0.2〜0.4μmの第
二層54bとから構成されている。また、高、強誘電体膜
55は厚さ0.2〜0.5μmのBi層状強誘電体膜で構
成されている。更に、上部電極56は、Biを5〜80%
含有したPtからなる厚さ0.2〜0.4μmの第一層
56aと、Ptからなる厚さ0.2〜0.4μmの第二層
56bとから構成されている。
(Embodiment 11) FIG. 7 shows Embodiment 11 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIG. The eleventh embodiment is different from the fourth embodiment in that the lower electrode 54, the high ferroelectric film 55 and the upper electrode.
56 configurations are different. That is, the lower electrode 54 includes a first layer 54a made of Pt and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and Bi of 5 to 8
The second layer 54b is composed of 0% Pt and has a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Also, high and ferroelectric films
55 is composed of a Bi layered ferroelectric film having a thickness of 0.2 to 0.5 μm. Further, the upper electrode 56 contains Bi of 5 to 80%.
First layer of Pt containing 0.2 to 0.4 μm in thickness
56a and a second layer of Pt having a thickness of 0.2 to 0.4 μm
56b and.

【0089】こうした構成の誘電体薄膜素子は、次のよ
うにして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素
子の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、その
上に下部電極の第一層の材料層としてPtをスパッタを
用いて0.2〜0.4μm成膜し、さらにその上にBi
を原子比で5〜80%含有したPtターゲットもしくは
PtターゲットとBiターゲットを用いた2元スパッタ
法によって、Biを5〜80%含有したPtからなる下
部電極の第二層の材料層として0.2〜0.4μm成膜
した。つづいて、高、強誘電体膜材料層をスピンコーテ
ィング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜し、その
後600〜800℃の熱処理を行った。さらにその上に
Biを原子比で5〜80%含有したPtターゲットもし
くはPtターゲットとBiターゲットを用いた2元スパ
ッタ法によって、Biを5〜80%含有したPtからな
る上部電極の第一層の材料層を0.2〜0.4μm成膜
し、その上に上部電極の第二層の材料層としてPtをス
パッタを用いて0.2〜0.4μm成膜した。その後、
イオンミリングもしくはRIEを用いて、上部電極材料
層、高、強誘電体膜材料層及び下部電極材料層を順次所
定の形状に形成し、最後に600〜800℃の熱処理を
施し、上部電極56、高、強誘電体膜55及び下部電極54を
形成し、誘電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then Pt is used as a first layer material layer of a lower electrode to form 0.2 to 0. 4μm film is formed, and Bi is further formed on it.
By a binary sputtering method using a Pt target containing 5 to 80% by atomic ratio or a Pt target and a Bi target as a material layer of the second layer of the lower electrode made of Pt containing 5 to 80% Bi. A film having a thickness of 2 to 0.4 μm was formed. Subsequently, a high ferroelectric film material layer was formed into a film of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Furthermore, a Pt target containing Bi in an atomic ratio of 5 to 80% or a binary sputtering method using a Pt target and a Bi target was used to form a first layer of an upper electrode made of Pt containing Bi in an amount of 5 to 80%. A material layer was formed in a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and Pt was formed thereon as a second material layer of the upper electrode by sputtering to a thickness of 0.2 to 0.4 μm. afterwards,
By using ion milling or RIE, an upper electrode material layer, a high and a ferroelectric film material layer and a lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape, and finally heat treatment is performed at 600 to 800 ° C. to form an upper electrode 56, A high dielectric film 55 and a lower electrode 54 were formed to manufacture a dielectric thin film element.

【0090】実施例11によれば、従来の上部電極,下
部電極としてPtだけの素子、及び実施例の素子をXP
Sによる深さ方向の元素分析を行った結果、従来の素子
では高、強誘電体膜中のBiが上部電極及び下部電極の
Ptに拡散しているのに対して、実施例11の素子では
そのような拡散が見られず、高、強誘電体膜55の上部電
極56および下部電極54界面での組成変化が生じていなか
った。また、上部電極56及び下部電極54はBi2 Ptあ
るいはBiPt等の組成を示していた。
According to the eleventh embodiment, the conventional upper electrode, the element having only Pt as the lower electrode, and the element of the embodiment are XP
As a result of elemental analysis in the depth direction by S, in the conventional element, high Bi in the ferroelectric film diffused into Pt of the upper electrode and the lower electrode, whereas in the element of Example 11, No such diffusion was observed, and there was no change in composition at the interface of the upper and lower electrodes 56 and 54 of the ferroelectric film 55. The upper electrode 56 and the lower electrode 54 have a composition such as Bi 2 Pt or BiPt.

【0091】従って、実施例11の素子においても、実
施例8と同様、10V以上の絶縁耐圧を示し、誘電率に
おいても300以上となり従来と比べ20%以上向上し
ている。
Therefore, also in the element of the eleventh embodiment, similar to the eighth embodiment, the withstand voltage of 10 V or more is exhibited, and the dielectric constant is 300 or more, which is improved by 20% or more as compared with the conventional one.

【0092】なお、高、強誘電体膜がSrを含有する場
合には、上部電極及び下部電極として、BiとSrを含
有したPtを用いることで同様な結果が得られた。ま
た、Biを含有したPtにおいて、原子比でBi:Pt
=2:1もしくは1:1の組成で、最も特性がよい高、
強誘電体素子が得られた。
When the high ferroelectric film contains Sr, similar results were obtained by using Pt containing Bi and Sr as the upper electrode and the lower electrode. Further, in Pt containing Bi, the atomic ratio of Bi: Pt is
= 2: 1 or 1: 1 composition with the best high characteristics,
A ferroelectric device was obtained.

【0093】さらには、BiもしくはBiとSrを含有
したPt電極では、Pt電極と比較して電気抵抗が高く
なる傾向があるが、下部電極の第一層および上部電極の
第二層としてPt電極を用いて裏打ちすることにより、
従来の素子の電極と同様な電気抵抗が得られた、このこ
とは、他の実施例においても同様である。
Further, the Pt electrode containing Bi or Bi and Sr tends to have a higher electric resistance than the Pt electrode, but the Pt electrode is used as the first layer of the lower electrode and the second layer of the upper electrode. By lining with
An electric resistance similar to that of the electrode of the conventional device was obtained, which is the same in other examples.

【0094】(実施例12)本発明の実施例12を図6
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例12は、実施例
10と比べ、高、強誘電体膜55及び上部電極56の構成は
同じであるが、下部電極54の構成は異なる。下部電極54
は、ITOからなる厚さ0.05〜0.4μmの第一層
54aと、Biを5〜80%含有したPtからなる厚さ
0.2〜0.4μmの第二層54bとから構成されてい
る。
(Embodiment 12) FIG. 6 shows Embodiment 12 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIG. The twelfth embodiment has the same structure as the ferroelectric film 55 and the upper electrode 56, but the lower electrode 54 has a different structure, as compared with the tenth embodiment. Bottom electrode 54
Is a first layer of ITO having a thickness of 0.05 to 0.4 μm
54a and a second layer 54b made of Pt containing 5 to 80% of Bi and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm.

【0095】こうした構成の誘電体薄膜素子は、次のよ
うにして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素
子の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、その
上に下部電極の第一層の材料層1としてITOをスパッ
タを用いて0.05〜0.4μm成膜し、さらにその上
にBiを原子比で5〜80%含有したPtターゲットも
しくはPtターゲットとBiターゲットを用いた2元ス
パッタ法によって、Biを5〜80%含有したPtから
なる下部電極の第二層の材料層を0.2〜0.4μm成
膜した。つづいて、高、強誘電体膜材料層をスピンコー
ティング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜し、そ
の後600〜800℃の熱処理を行った。さらにその上
にPtからなる上部電極材料層をスパッタ法により0.
2〜0.4μm成膜した。その後、イオンミリングもし
くはRIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘電体膜
材料層及び下部電極材料層を順次所定の形状に形成し、
上部電極56、高、強誘電体膜55及び第一層54a,第二層
54bからなる下部電極54を形成し、誘電体薄膜素子を製
作した。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then ITO is used as the first material layer 1 of the lower electrode to form 0.05 to 0 by sputtering. .4 μm film was formed on the Pt target containing Bi in an atomic ratio of 5 to 80%, or a lower part of Pt containing Bi in an amount of 5 to 80% by a binary sputtering method using a Pt target and a Bi target. The material layer of the second layer of the electrode was formed to have a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Subsequently, a high ferroelectric film material layer was formed into a film of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Furthermore, an upper electrode material layer made of Pt is formed thereon by sputtering.
A film having a thickness of 2 to 0.4 μm was formed. Then, using ion milling or RIE, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers, and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape,
Upper electrode 56, high, ferroelectric film 55 and first layer 54a, second layer
A lower electrode 54 composed of 54b was formed to manufacture a dielectric thin film element.

【0096】実施例12によれば、実施例8と同様、X
PSによる深さ方向の元素分析を行った結果、高、強誘
電体膜55中のBiが下部電極のPtに拡散することな
く、高、強誘電体膜55の下部電極54界面での組成変化が
生じていなかった。また、下部電極54はBi2 Ptある
いはBiPt等の組成を示していた。従って、実施例1
2の素子においても、実施例8と同様、10V以上の絶
縁耐圧を示し、誘電率においても300以上となり従来
と比べ20%以上向上している。
According to the twelfth embodiment, as in the eighth embodiment, X
As a result of performing an elemental analysis in the depth direction by PS, the composition change at the interface of the high and ferroelectric films 55 without lowering Bi in the high and ferroelectric films 55 to Pt of the lower electrodes. Did not occur. The lower electrode 54 had a composition such as Bi 2 Pt or BiPt. Therefore, Example 1
The element of No. 2 also showed a withstand voltage of 10 V or higher, and the dielectric constant was 300 or higher, which was improved by 20% or more as compared with the conventional device, as in Example 8.

【0097】なお、高、強誘電体膜55がSrを含有する
場合には、下部電極54の第二層54bとして、BiとSr
を含有したPtを用いることで同様な結果が得られた。
さらにはBiを含有したPtにおいて、原子比でBi:
Pt=2:1もしくは1:1の組成で、最も特性がよい
誘電体薄膜素子が得られた。
When the high ferroelectric film 55 contains Sr, Bi and Sr are used as the second layer 54b of the lower electrode 54.
Similar results were obtained by using Pt containing.
Furthermore, in Pt containing Bi, the atomic ratio of Bi:
With the composition of Pt = 2: 1 or 1: 1, the dielectric thin film element with the best characteristics was obtained.

【0098】また、下部電極の第一層としてITOを用
いることにより、下層との接着性が向上し、従来の素子
で問題であった膜剥離を防止できるようになると共に、
下層の構成元素(Si等)の高、強誘電体膜への拡散、
および高、強誘電体膜の構成元素の下層への拡散を防止
できるようになった。
Further, by using ITO as the first layer of the lower electrode, the adhesiveness with the lower layer is improved, and the peeling of the film, which was a problem in the conventional element, can be prevented.
Higher constituent elements (such as Si) in the lower layer, diffusion into the ferroelectric film,
And, it has become possible to prevent the diffusion of the constituent elements of the high and ferroelectric films to the lower layers.

【0099】さらには、下部電極の第一層としてITO
の代わりにSnO2 、In2 3 、RuO2 、Rh
2 、ReO2 、OsO2 、IrO2 のうち少なくとも
一つを主成分とした電極を用いても同様な結果が得られ
た。このことは、他の実施例についても同様である。
Furthermore, ITO is used as the first layer of the lower electrode.
Instead of SnO 2 , In 2 O 3 , RuO 2 , Rh
Similar results were obtained by using an electrode containing at least one of O 2 , ReO 2 , OsO 2 , and IrO 2 as a main component. This also applies to the other embodiments.

【0100】(実施例13)本発明の実施例13を図6
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例13は、実施例
12と比べ、下部電極54及び高、強誘電体膜55の構成は
同じであるが、上部電極54の構成は異なる。即ち、上部
電極55は、Biを5〜80%含有したPtから構成され
ている。
(Embodiment 13) FIG. 6 shows Embodiment 13 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIG. The thirteenth embodiment has the same configuration of the lower electrode 54 and the high ferroelectric film 55 as compared with the twelfth embodiment, but the configuration of the upper electrode 54 is different. That is, the upper electrode 55 is composed of Pt containing 5 to 80% of Bi.

【0101】こうした構成の誘電体薄膜素子は、次のよ
うにして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素
子の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、その
上に下部電極の第一層の材料層としてITOをスパッタ
を用いて0.05〜0.4μm成膜し、さらにその上に
Biを原子比で5〜80%含有したPtターゲットもし
くはPtターゲットとBiターゲットを用いた2元スパ
ッタ法によって、Biを5〜80%含有したPtからな
る下部電極の第二層の材料層を0.2〜0.5μm成膜
した。つづいて、高、強誘電体膜材料層をスピンコーテ
ィング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜し、その
後600〜800℃の熱処理を行った。さらにその上
に、Biを原子比で5〜80%含有したPtターゲット
もしくはPtターゲットとBiターゲットを用いた2元
スパッタ法によって、Biを5〜80%含有したPtか
らなる上部電極材料層をスパッタ法により0.2〜0.
4μm成膜した。その後、イオンミリングもしくはRI
Eを用いて、上部電極材料層、高、強誘電体膜材料層及
び下部電極材料層を順次所定の形状に形成し、最後に6
00〜800℃の熱処理を施し、上部電極56、高、強誘
電体膜55及び第一層54a,第二層54bからなる下部電極
54を形成し、誘電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element having such a structure is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then ITO is used as a first layer material layer of a lower electrode by sputtering to form 0.05 to 0. A lower electrode made of Pt containing 5 to 80% of Bi by a Pt target containing 5 to 80% of Bi in atomic ratio or a binary sputtering method using a Pt target and Bi target. A second material layer of 0.2 to 0.5 μm was formed. Subsequently, a high ferroelectric film material layer was formed into a film of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Further, an upper electrode material layer made of Pt containing 5 to 80% of Bi was sputtered thereon by a Pt target containing 5 to 80% of Bi in atomic ratio or a binary sputtering method using a Pt target and a Bi target. 0.2 to 0.
A film having a thickness of 4 μm was formed. After that, ion milling or RI
Using E, an upper electrode material layer, a high and a ferroelectric film material layer, and a lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape, and finally 6
A heat treatment at a temperature of 00 to 800 ° C. is applied to form a lower electrode composed of an upper electrode 56, a high ferroelectric film 55, and a first layer 54a and a second layer 54b.
54 was formed, and a dielectric thin film element was manufactured.

【0102】実施例13によれば、実施例11と同様、
従来の上部電極,下部電極としてPtだけの素子、及び
実施例の素子をXPSによる深さ方向の元素分析を行っ
た結果、従来の素子では高、強誘電体膜中のBiが上部
電極及び下部電極のPtに拡散しているのに対して、実
施例13の素子ではそのような拡散が見られず、高、強
誘電体膜55の上部電極56および下部電極54界面での組成
変化が生じていなかった。また、上部電極56および下部
電極54はBi2 PtあるいはBiPt等の組成を示して
いた。
According to the thirteenth embodiment, like the eleventh embodiment,
As a result of performing elemental analysis in the depth direction by XPS for the conventional upper electrode, the device including only Pt as the lower electrode, and the device of the example, in the conventional device, Bi in the ferroelectric film was high, and In the element of Example 13, no such diffusion was observed, while the diffusion to Pt of the electrode was observed, and a high composition change occurred at the interface between the upper electrode 56 and the lower electrode 54 of the ferroelectric film 55. Didn't. Further, the upper electrode 56 and the lower electrode 54 had a composition such as Bi 2 Pt or BiPt.

【0103】従って、実施例13の素子においても、実
施例8と同様、10V以上の絶縁耐圧を示し、誘電率に
おいても300以上となり従来と比べ20%以上向上し
ている。
Therefore, also in the element of the thirteenth embodiment, similarly to the eighth embodiment, the withstand voltage of 10 V or more is exhibited, and the dielectric constant is 300 or more, which is improved by 20% or more as compared with the conventional one.

【0104】なお、高、強誘電体膜55がSrを含有する
場合には、上部電極及び下部電極の第二層として、Bi
とSrを含有したPtを用いることで同様な結果が得ら
れた。また、Biを含有したPtにおいて、原子比でB
i:Pt=2:1もしくは1:1の組成で、最も特性が
よい誘電体薄膜素子が得られた。
When the high ferroelectric film 55 contains Sr, Bi is used as the second layer of the upper electrode and the lower electrode.
Similar results were obtained by using Pt containing and Sr. In addition, in Pt containing Bi, the atomic ratio of B is
With the composition of i: Pt = 2: 1 or 1: 1, the dielectric thin film element with the best characteristics was obtained.

【0105】また、下部電極の第一層としてITOを用
いることにより、下層との接着性が向上し、従来の素子
で問題であった膜剥離を防止できるようになると共に、
下層の構成元素(Si等)の高、強誘電体膜への拡散、
および高、強誘電体膜の構成元素の下層への拡散を防止
できるようになった。
Further, by using ITO as the first layer of the lower electrode, the adhesiveness with the lower layer is improved, and it becomes possible to prevent the peeling of the film, which is a problem in the conventional element.
Higher constituent elements (such as Si) in the lower layer, diffusion into the ferroelectric film,
And, it has become possible to prevent the diffusion of the constituent elements of the high and ferroelectric films to the lower layers.

【0106】(実施例14)本発明の実施例14を図8
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5,図7と同
部材は同符号を付して説明を省略する。実施例14は、
実施例7と比べ、下部電極54及び上部電極56が夫々三
層,二層になる点では同じであるが、下部電極54、高、
強誘電体膜55及び上部電極56の構成は夫々異なる。即
ち、下部電極54は、ITOからなる厚さ0.05〜0.
4μmの第一層54aと、Ptからなる厚さ0.2〜0.
4μmの第二層54bと、Biを5〜80%含有したPt
からなる厚さ0.2〜0.4μmの第三層54cとから構
成されている。また、高、強誘電体膜55は厚さ0.2〜
0.5μmのBi層状強誘電体膜であり、上部電極56は
Biを5〜80%含有したPtからなる厚さ0.2〜
0.4μmの第一層56aとこの上のPtからなる厚さ
0.2〜0.4μmの第二層56bから構成されている。
(Embodiment 14) FIG. 8 shows Embodiment 14 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIGS. 5 and 7 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Example 14 is
Compared to the seventh embodiment, the lower electrode 54 and the upper electrode 56 are the same in that they have three layers and two layers, respectively.
The configurations of the ferroelectric film 55 and the upper electrode 56 are different from each other. That is, the lower electrode 54 is made of ITO and has a thickness of 0.05-0.
4 μm of the first layer 54a and a thickness of 0.2 to 0.
4 μm second layer 54b and Pt containing 5-80% Bi
And a third layer 54c having a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Further, the high and ferroelectric film 55 has a thickness of 0.2 to
It is a 0.5 μm Bi layered ferroelectric film, and the upper electrode 56 is made of Pt containing 5 to 80% of Bi and has a thickness of 0.2 to
The first layer 56a has a thickness of 0.4 μm, and the second layer 56b made of Pt and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm is formed on the first layer 56a.

【0107】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、ITO
をスパッタを用いて下部電極の第一層となる厚さ0.0
5〜0.4μmの材料層を成膜し、その上にPtをスパ
ッタにより下部電極の第二層となる厚さ0.2〜0.4
μmの材料層を成膜し、さらにその上にRhを重量比で
5〜50%含有したPtターゲットもしくはPtターゲ
ットとRhターゲットを用いた2元スパッタ法によっ
て、Biを5〜50%含有したPtからなる下部電極の
第三層となる材料層を0.2〜0.4μm成膜した。次
に、高、強誘電体膜材料層をスピンコーティング、CV
Dなどで0.2〜0.5μm成膜した後、600〜80
0℃の熱処理を行なった。ひきつづき、その上にBiを
原子比で5〜80%含有したPtターゲットもしくはP
tターゲットとBiターゲットを用いた2元スパッタ法
によって、Biを5〜80%含有したPtからなる上部
電極の第一層となる厚さ0.2〜0.4μmの材料層を
成膜し、さらにその上にスパッタによりPtからなる上
部電極の第二層となる厚さ0.2〜0.4μmの材料層
を成膜した。その後、イオンミリングもしくはRIEを
用いて、上部電極材料層の各材料層、高、強誘電体膜材
料層及び下部電極の各材料層を順次所定の形状に形成
し、最後に600〜800℃の熱処理を施して、第一層
56a及び第二層56bからなる上部電極56、高、強誘電体
膜55、第一層54a,第二層54b及び第三層54cからなる
下部電極54を形成し、誘電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element thus constructed is manufactured as follows. First, a thermally oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then ITO is formed.
Is formed into a first layer of the lower electrode by sputtering with a thickness of 0.0
A material layer having a thickness of 5 to 0.4 μm is formed, and Pt is sputtered thereon to form a second layer of the lower electrode having a thickness of 0.2 to 0.4.
A Pt target containing 5 to 50% by weight of Rh, or a binary sputtering method using a Pt target and a Rh target, was used to form Pt containing 5 to 50% of Bi. And a material layer to be the third layer of the lower electrode was formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Next, spin coating of high and ferroelectric material layers, CV
After forming a film of 0.2 to 0.5 μm with D or the like, 600 to 80
Heat treatment was performed at 0 ° C. Subsequently, a Pt target or P containing Bi in an atomic ratio of 5 to 80%
By a binary sputtering method using a t target and a Bi target, a material layer having a thickness of 0.2 to 0.4 μm, which is a first layer of an upper electrode made of Pt containing 5 to 80% of Bi, is formed, Further thereon, a material layer having a thickness of 0.2 to 0.4 μm, which is a second layer of the upper electrode made of Pt, was formed by sputtering. Then, each material layer of the upper electrode material layer, high and ferroelectric film material layers and each material layer of the lower electrode are sequentially formed into a predetermined shape by using ion milling or RIE, and finally at 600 to 800 ° C. Heat treated, first layer
An upper electrode 56 composed of 56a and a second layer 56b, a high ferroelectric film 55, and a lower electrode 54 composed of a first layer 54a, a second layer 54b and a third layer 54c were formed to manufacture a dielectric thin film element. .

【0108】実施例14によれば、実施例11と同様、
従来の上部電極,下部電極としてPtだけの素子、及び
実施例の素子をXPSによる深さ方向の元素分析を行っ
た結果、従来の素子では高、強誘電体膜中のBiが上部
電極及び下部電極のPtに拡散しているのに対して、実
施例14の素子ではそのような拡散が見られず、高、強
誘電体膜55の上部電極56および下部電極54界面での組成
変化が生じていなかった。また、上部電極56および下部
電極54はBi2 PtあるいはBiPt等の組成を示して
いた。
According to the fourteenth embodiment, like the eleventh embodiment,
As a result of performing elemental analysis in the depth direction by XPS for the conventional upper electrode, the device including only Pt as the lower electrode, and the device of the example, in the conventional device, Bi in the ferroelectric film was high, and Whereas in the element of Example 14, such diffusion was not observed, while the diffusion to Pt of the electrode was observed, and a composition change occurred at the interface between the upper electrode 56 and the lower electrode 54 of the high ferroelectric film 55. Didn't. Further, the upper electrode 56 and the lower electrode 54 had a composition such as Bi 2 Pt or BiPt.

【0109】従って、実施例14の素子においても、実
施例8と同様、10V以上の絶縁耐圧を示し、誘電率に
おいても300以上となり従来と比べ20%以上向上し
ている。
Therefore, also in the element of the fourteenth embodiment, similarly to the eighth embodiment, the withstand voltage of 10 V or more is exhibited, and the dielectric constant is 300 or more, which is improved by 20% or more as compared with the conventional one.

【0110】なお、高、強誘電体膜55がSrを含有する
場合には、下部電極54の第三層54c及び上部電極56の第
一層56aとして、BiとSrを含有したPtを用いるこ
とで同様な結果が得られた。また、Biを含有したPt
において、原子比でBi:Pt=2:1もしくは1:1
の組成で、最も特性がよい強誘電体薄膜素子が得られ
た。このことは、他の実施例でも同様である。
When the high ferroelectric film 55 contains Sr, Pt containing Bi and Sr should be used as the third layer 54c of the lower electrode 54 and the first layer 56a of the upper electrode 56. With similar results. In addition, Pt containing Bi
In the atomic ratio, Bi: Pt = 2: 1 or 1: 1
With the above composition, a ferroelectric thin film element having the best characteristics was obtained. This also applies to the other embodiments.

【0111】(実施例15)本発明の実施例15を図5
の断面構造図を用いて説明する。但し、実施例1と同部
材は同符号を付して説明を省略する。実施例15は、実
施例1と比べ、上部電極56は同じ構成であり、下部電極
54及び高、強誘電体膜55の構成は夫々異なる。即ち、下
部電極54はRhを5〜50%及びBiを5〜80%含有
したPtからなる厚さ0.2〜0.4μmの電極であ
り、高、強誘電体膜55は厚さ0.2〜0.5μmのBi
層状強誘電体膜である。
(Embodiment 15) FIG. 5 shows Embodiment 15 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the fifteenth embodiment, as compared with the first embodiment, the upper electrode 56 has the same structure and the lower electrode
54 and the high and ferroelectric films 55 have different configurations. That is, the lower electrode 54 is an electrode made of Pt containing 5 to 50% of Rh and 5 to 80% of Bi and having a thickness of 0.2 to 0.4 .mu.m. Bi of 2 to 0.5 μm
It is a layered ferroelectric film.

【0112】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、その上
にRhを重量比で5〜50%およびBiを原子比で5〜
80%含有したPtターゲットもしくはPtターゲッ
ト、Rhターゲット、Biターゲットを用いた3元スパ
ッタ法によって、Rhを5〜50%およびBiを5〜8
0%含有したPtからなる下部電極材料層を0.2〜
0.4μm成膜した。つづいて、高、強誘電体膜材料層
をスピンコーティング、CVDなどで0.2〜0.5μ
m成膜した後、600〜800℃の熱処理を行なった。
ひきつづき、その上にPtからなる上部電極材料層をス
パッタを用いて0.2〜0.4μm成膜した。その後、
イオンミリングもしくはRIEを用いて、上部電極材料
層、高、強誘電体膜材料層及び下部電極材料層を順次所
定の形状に形成して上部電極56、高、強誘電体膜55、下
部電極54を形成し、誘電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element thus constructed is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and Rh is added thereto in a weight ratio of 5 to 50% and Bi in an atomic ratio of 5 to 50%.
By a ternary sputtering method using a Pt target containing 80% or a Pt target, a Rh target, and a Bi target, Rh is 5 to 50% and Bi is 5 to 8%.
A lower electrode material layer made of Pt containing 0% of 0.2 to
A film having a thickness of 0.4 μm was formed. Subsequently, a high and ferroelectric film material layer is applied by spin coating, CVD, etc.
After the film formation, a heat treatment at 600 to 800 ° C. was performed.
Subsequently, an upper electrode material layer made of Pt was formed thereon by sputtering to a thickness of 0.2 to 0.4 μm. afterwards,
By using ion milling or RIE, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape to form an upper electrode 56, a high and ferroelectric film 55, and a lower electrode 54. Then, a dielectric thin film element was manufactured.

【0113】実施例15によれば、下部電極54の表面を
SEM観察したところ、結晶粒が50nm程度と小さく
且つ均一であり、また曲率半径10μmのダイヤモンド
圧子で表面をスクラッチした時に、従来のPtでは延性
があるために10mN以下の荷重でスクラッチ傷が発生
したのに対して、実施例15の電極では50mNでもス
クラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、下部電
極材料層を形成後に600〜800℃の熱処理を施した
時に、従来のPtでは表面に高さ0.1μm以上のヒロ
ックが多数発生したのに対して、実施例15の電極では
ヒロック等の異常析出物が全く発生せず、熱処理前後で
電極表面に変化がなかった。
According to the fifteenth embodiment, when the surface of the lower electrode 54 is observed by SEM, the crystal grains are small and uniform at about 50 nm, and when scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm, the conventional Pt In contrast, since the film had ductility, scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas the electrode of Example 15 was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, when heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode material layer, many hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface of the conventional Pt, while the hillocks of the electrode of Example 15 were formed. No abnormal precipitates such as the above were generated, and there was no change on the electrode surface before and after the heat treatment.

【0114】また、従来の下部電極としてPtだけの素
子、及び実施例15の素子をXPSによる深さ方向の元
素分析を行った結果、従来の素子では高、強誘電体膜55
中のBiが下部電極54のPtに拡散しているのに対し
て、実施例15の素子ではそのような拡散が見られず、
高、強誘電体膜55の下部電極54界面での組成変化が生じ
ていなかった。さらに下部電極54はBi2 Ptあるいは
BiPt等の組成を示していた。
Further, elemental analysis in the depth direction by XPS was performed on the conventional Pt-only element as the lower electrode and the element of Example 15 as a result.
Bi diffused into Pt of the lower electrode 54, whereas no such diffusion was observed in the element of Example 15,
High, no composition change occurred at the interface of the lower electrode 54 of the ferroelectric film 55. Further, the lower electrode 54 had a composition such as Bi 2 Pt or BiPt.

【0115】従って、従来のBi層状強誘電体薄膜素子
では、上部電極,下部電極間での電圧印加時において、
ヒロックに電界が集中するために絶縁耐圧が5V程度だ
ったのに対して、実施例15の誘電体薄膜素子では10
V以上の絶縁耐圧を示した。また、従来の素子では絶縁
耐圧が素子面積に依存しており、素子面積が大きくなる
ほど絶縁耐圧が低くなっていたが、実施例15の素子で
は絶縁耐圧が素子面積に依存しておらず一定の値を示し
たことから、高、強誘電体膜の熱処理時における核発生
が均一で欠陥のない良好な核成長が行われているといえ
る。
Therefore, in the conventional Bi layered ferroelectric thin film element, when a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode,
The dielectric breakdown voltage was about 5 V because the electric field was concentrated on the hillocks, whereas it was 10 in the dielectric thin film element of Example 15.
It showed a withstand voltage of V or more. Further, in the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the higher the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 15, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleus generation is uniform during the heat treatment of the high ferroelectric film, and good nucleus growth without defects is performed.

【0116】また、誘電率においても、従来の素子では
約250であるのに対して、実施例の素子では300以
上となり20%以上向上している。
Further, the dielectric constant of the conventional element is about 250, whereas the dielectric constant of the element of the embodiment is 300 or more, which is an improvement of 20% or more.

【0117】なお、下部電極として、Rhの代わりにR
h、Ru、Ir、Osのうち少なくとも一種の元素を含
有させてもよく、さらにBi層状強誘電体膜がSrを含
有する場合には、Srを含有させても同様な結果が得ら
れた。
As the lower electrode, instead of Rh, R
At least one element selected from h, Ru, Ir, and Os may be contained, and when the Bi layered ferroelectric film contains Sr, the same result was obtained even if Sr was contained.

【0118】(実施例16)本発明の実施例16を図5
の断面構造図を用いて説明する。但し、実施例1と同部
材は同符号を付して説明を省略する。実施例16は、実
施例1と比べ、下部電極54,高、強誘電体膜55及び上部
電極56の構成が異なる。即ち、下部電極54はRhを5〜
50%及びBiを5〜80%含有したPtからなる厚さ
0.2〜0.4μmの電極であり、高、強誘電体膜55は
厚さ0.2〜0.5μmのBi層状強誘電体膜であり、
上部電極56はRhを5〜50%及びBiを5〜80%含
有したPtからなる厚さ0.2〜0.4μmの電極であ
る。
(Embodiment 16) FIG. 5 shows Embodiment 16 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Example 16 differs from Example 1 in the configurations of the lower electrode 54, the high ferroelectric film 55, and the upper electrode 56. That is, the lower electrode 54 has Rh of 5 to 5
An electrode having a thickness of 0.2 to 0.4 μm and made of Pt containing 50% and 5 to 80% Bi, and the high ferroelectric film 55 is a Bi layered ferroelectric having a thickness of 0.2 to 0.5 μm. Is the body membrane,
The upper electrode 56 is an electrode made of Pt containing 5 to 50% of Rh and 5 to 80% of Bi and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm.

【0119】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、その上
にRhを重量比で5〜50%およびBiを原子比で5〜
80%含有したPtターゲットもしくはPtターゲッ
ト、Rhターゲット、Biターゲットを用いた3元スパ
ッタ法によって、Rhを5〜50%およびBiを5〜8
0%含有したPtからなる下部電極材料層を0.2〜
0.4μm成膜した。つづいて、高、強誘電体膜材料層
をスピンコーティング、CVDなどで0.2〜0.5μ
m成膜した後、600〜800℃の熱処理を行なった。
ひきつづき、その上にRhを重量比で5〜50%および
Biを原子比で5〜80%含有したPtターゲットもし
くはPtターゲット、Rhターゲット、Biターゲット
を用いた3元スパッタ法によって、Rhを5〜50%お
よびBiを5〜80%含有したPtからなる上部電極材
料層を0.2〜0.4μm成膜した。その後、イオンミ
リングもしくはRIEを用いて、上部電極材料層、高、
強誘電体膜材料層及び下部電極材料層を順次所定の形状
に形成し、最後に600〜800℃の熱処理を施して上
部電極56、高、強誘電体膜55、下部電極54を形成し、誘
電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element having the above structure is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and Rh is added thereto in a weight ratio of 5 to 50% and Bi in an atomic ratio of 5 to 50%.
By a ternary sputtering method using a Pt target containing 80% or a Pt target, a Rh target, and a Bi target, Rh is 5 to 50% and Bi is 5 to 8%.
A lower electrode material layer made of Pt containing 0% of 0.2 to
A film having a thickness of 0.4 μm was formed. Subsequently, a high and ferroelectric film material layer is applied by spin coating, CVD, etc.
After the film formation, a heat treatment at 600 to 800 ° C. was performed.
Subsequently, Rh of 5 to 5% is formed by a Pt target containing 5 to 50% by weight of Rh and 5 to 80% of Bi in atomic ratio, or a ternary sputtering method using a Pt target, a Rh target, and a Bi target. An upper electrode material layer made of Pt containing 50% and Bi of 5 to 80% was formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Then, using ion milling or RIE, the upper electrode material layer, high,
A ferroelectric film material layer and a lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape, and finally heat-treated at 600 to 800 ° C. to form an upper electrode 56, a high ferroelectric film 55, and a lower electrode 54, Dielectric thin film element was manufactured.

【0120】実施例16によれば、実施例15と同様、
下部電極54の表面をSEM観察したところ、結晶粒が5
0nm程度と小さく且つ均一であり、また曲率半径10
μmのダイヤモンド圧子で表面をスクラッチした時に、
従来のPtでは延性があるために10mN以下の荷重で
スクラッチ傷が発生したのに対して、実施例15の電極
では50mNでもスクラッチ傷が発生せず硬い膜であっ
た。従って、下部電極103を形成後に600〜800
℃の熱処理を施した時に、従来のPtでは表面に高さ
0.1μm以上のヒロックが多数発生したのに対して、
実施例15の電極ではヒロック等の異常析出物が全く発
生せず、熱処理前後で電極表面に変化がなかった。さら
に上部電極56と高、強誘電体膜54界面においても、最終
熱処理後においてヒロック等の異常析出物が発生してい
なかった。また、従来の上下電極としてPtだけの素子
および、実施例の素子をXPSによる深さ方向の元素分
析を行った結果、従来の素子ではBi層状強誘電体膜中
のBiが上部および下部電極のPtに拡散しているのに
対して、実施例の素子ではそのような拡散が見られず、
高、強誘電体膜54の上部電極56及び下部電極54界面での
組成変化が生じていなかった。さらに、上部電極56及び
下部電極54はBi2 PtあるいはBiPt等の組成を示
していた。
According to the sixteenth embodiment, as in the fifteenth embodiment,
SEM observation of the surface of the lower electrode 54 revealed that the crystal grains were 5
It is as small as 0 nm and uniform, and has a radius of curvature of 10
When scratching the surface with a diamond indenter of μm,
The conventional Pt had a ductility and therefore scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas the electrode of Example 15 was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, after forming the lower electrode 103, 600 to 800
When heat treatment was performed at ℃, conventional Pt generated many hillocks with a height of 0.1 μm or more on the surface.
In the electrode of Example 15, no abnormal deposit such as hillock was generated, and there was no change in the electrode surface before and after the heat treatment. Further, also at the interface between the upper electrode 56 and the high ferroelectric film 54, no abnormal deposit such as hillock was generated after the final heat treatment. Further, as a result of performing elemental analysis in the depth direction by XPS on the conventional Pt-only element and the element of the example as the upper and lower electrodes, in the conventional element, Bi in the Bi-layered ferroelectric film is the upper and lower electrodes. While diffused in Pt, no such diffusion is observed in the device of the example,
High, no composition change occurred at the interface between the upper electrode 56 and the lower electrode 54 of the ferroelectric film 54. Further, the upper electrode 56 and the lower electrode 54 had a composition such as Bi 2 Pt or BiPt.

【0121】従って、従来の素子では、上下電極,下部
電極間での電圧印加時において、ヒロックに電界が集中
するために絶縁耐圧が5V程度だったのに対して、実施
例16の誘電体薄膜素子では10V以上の絶縁耐圧を示
した。また、従来の素子では絶縁耐圧が素子面積に依存
しており、素子面積が大きくなるほど絶縁耐圧が低くな
っていたが、実施例16の素子では絶縁耐圧が素子面積
に依存しておらず一定の値を示したことから、Bi層状
強誘電体膜の熱処理時における核発生が均一で欠陥のな
い良好な核成長が行われているといえる。
Therefore, in the conventional element, when the voltage was applied between the upper and lower electrodes and the lower electrode, the withstand voltage was about 5 V because the electric field was concentrated on the hillocks, whereas the dielectric thin film of Example 16 was used. The device showed a withstand voltage of 10 V or higher. Further, in the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the larger the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 16, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleus generation during the heat treatment of the Bi layered ferroelectric film is uniform and good nucleus growth without defects is performed.

【0122】また誘電率において、従来の素子で約25
0であるのに対して、実施例16の素子では300以上
となり20%以上向上している。
The dielectric constant of the conventional element is about 25.
While the value is 0, the element of Example 16 has a value of 300 or more, which is an improvement of 20% or more.

【0123】(実施例17)本発明の実施例17を図6
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例17は、実施例
3と比べ、上部電極56は同一構造であるが、下部電極54
及び高、強誘電体膜54の構造は異なる。即ち、下部電極
54は、Ptからなる厚さ0.2〜0.4μmの第一層54
aと、Rhを5〜50%及びBiを5〜80%含有した
Ptからなる第二層54bから構成されている。また、
高、強誘電体膜54は、厚さ0.2〜0.5μmのBi層
状強誘電体膜である。
(Embodiment 17) FIG. 6 shows Embodiment 17 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIG. In Example 17, as compared with Example 3, the upper electrode 56 has the same structure, but the lower electrode 54
And the structure of the high and ferroelectric films 54 is different. That is, the lower electrode
54 is a first layer 54 made of Pt and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm.
and a second layer 54b made of Pt containing 5 to 50% of Rh and 5 to 80% of Bi. Also,
The high ferroelectric film 54 is a Bi layered ferroelectric film having a thickness of 0.2 to 0.5 μm.

【0124】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、下部電
極の第一層となる材料層をPtをスパッタを用いて0.
2〜0.4μm成膜し、さらにその上にRhを重量比で
5〜50%及びBiを原子比で5〜80%含有したPt
ターゲットもしくはPtターゲット、Rhターゲット、
Biターゲットを用いた3元スパッタ法によって、Rh
を5〜50%及びBiを5〜80%含有したPtからな
る下部電極の第二層となる材料層を0.2〜0.4μm
成膜した。つづいて、高、強誘電体膜材料層をスピンコ
ーティング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜した
後、600〜800℃の熱処理を行なった。ひきつづ
き、Ptからなる上部電極材料層をスパッタを用いて
0.2〜0.4μm成膜した。その後、イオンミリング
もしくはRIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘電
体膜材料層及び下部電極材料層を順次所定の形状に形成
し、上部電極56、高、強誘電体膜55、下部電極54を形成
し、誘電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element thus constructed is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then a material layer to be a first layer of a lower electrode is formed by sputtering Pt.
Pt having a film thickness of 2 to 0.4 μm and further containing Rh in an amount of 5 to 50% by weight and Bi in an amount of 5 to 80% by atomic ratio
Target or Pt target, Rh target,
Rh by the ternary sputtering method using a Bi target
5 to 50% of Bi and 5 to 80% of Bi, and a material layer to be the second layer of the lower electrode made of Pt is 0.2 to 0.4 μm.
A film was formed. Subsequently, a high ferroelectric film material layer was formed to a thickness of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Subsequently, an upper electrode material layer made of Pt was formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm by sputtering. After that, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape by using ion milling or RIE, and the upper electrode 56, the high and ferroelectric film 55 and the lower portion are formed. The electrode 54 was formed, and the dielectric thin film element was manufactured.

【0125】実施例17の下部電極54の第二層54bの表
面をSEM観察したところ、結晶粒が50nm程度と小
さく且つ均一であり、また曲率半径10μmのダイヤモ
ンド圧子で表面をスクラッチした時に、従来のPtでは
延性があるために10mN以下の荷重でスクラッチ傷が
発生したのに対して、実施例の電極では50mNでもス
クラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、下部電
極を形成後に600〜800℃の熱処理を施した後に、
従来のPtでは表面に高さ0.1μm以上のヒロックが
多数発生したのに対して、実施例17の電極ではヒロッ
ク等の異常析出物が全く発生せず、熱処理前後で電極表
面に変化がなかった。
When the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 of Example 17 was observed by SEM, the crystal grains were small and uniform at about 50 nm, and when the surface was scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm, Since Pt had ductility, scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas the electrode of the example was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, after performing the heat treatment at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode,
In the conventional Pt, many hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface, whereas in the electrode of Example 17, no abnormal deposits such as hillocks were generated and the electrode surface did not change before and after the heat treatment. It was

【0126】また、従来の下部電極としてPtだけの素
子、及び実施例17の素子をXPSによる深さ方向の元
素分析を行った結果、従来の素子ではBi層状強誘電体
膜中のBiが下部電極のPtに拡散しているのに対し
て、実施例17の素子ではそのような拡散が見られず、
高、強誘電体膜55の下部電極54の第二層54b界面での組
成変化が生じていなかった。さらに下部電極54はBi2
PtあるいはBiPt等の組成を示していた。
In addition, as a result of elemental analysis in the depth direction by XPS for the conventional Pt-only element as the lower electrode and the element of Example 17, as a result of the conventional element, Bi in the Bi layered ferroelectric film is lower than the lower electrode. While diffused in Pt of the electrode, no such diffusion was observed in the element of Example 17,
High, no composition change occurred at the interface of the second electrode 54b of the lower electrode 54 of the ferroelectric film 55. Further, the lower electrode 54 is made of Bi 2
A composition such as Pt or BiPt was shown.

【0127】従って、従来の素子では、上下電極間での
電圧印加時において、ヒロックに電界が集中するために
絶縁耐圧が5V程度だったのに対して、実施例17の誘
電体薄膜素子では10V以上の絶縁耐圧を示した。ま
た、従来の素子では絶縁耐圧が素子面積に依存してお
り、素子面積が大きくなるほど絶縁耐圧が低くなってい
たが、実施例17の素子では絶縁耐圧が素子面積に依存
しておらず一定の値を示したことから、Bi層状強誘電
体膜の熱処理時における核発生が均一で欠陥のない良好
な核成長が行われているといえる。
Therefore, in the conventional device, when the voltage is applied between the upper and lower electrodes, the withstand voltage was about 5 V because the electric field was concentrated on the hillocks, whereas in the dielectric thin film device of Example 17, it was 10 V. The above dielectric strength is shown. In the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the higher the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 17, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleus generation during the heat treatment of the Bi layered ferroelectric film is uniform and good nucleus growth without defects is performed.

【0128】また、誘電率においても、従来の素子では
約250であるのに対して、実施例!17の素子では3
00以上となり20%以上向上している。
The dielectric constant of the conventional device is about 250, while that of the embodiment! 3 in 17 elements
It is more than 00 and improved by 20% or more.

【0129】なお、下部電極の第二層として、Rhの代
わりにRh、Ru、Ir、Osのうち少なくとも一種の
元素を含有させてもよく、さらに高、強誘電体膜がSr
を含有する場合には、Srを含有させても同様な結果が
得られた。
As the second layer of the lower electrode, at least one element selected from Rh, Ru, Ir and Os may be contained instead of Rh.
When Sr was contained, similar results were obtained even when Sr was contained.

【0130】さらには、Rh、Ru、Ir、Osのうち
少なくとも一種の元素およびBiもしくはBiとSrを
含有したPt電極では、Pt電極と比較して電気抵抗が
高くなる傾向があるが、下部電極の第一層としてPt電
極を用いて裏打ちすることにより、従来の素子の電極と
同様な電気抵抗が得られた。このことは、他の実施例に
ついても同様である。
Furthermore, the Pt electrode containing at least one element of Rh, Ru, Ir, and Os and Bi or Bi and Sr tends to have higher electric resistance than the Pt electrode, but the lower electrode By lining with a Pt electrode as the first layer of, the same electric resistance as the electrode of the conventional device was obtained. This also applies to the other embodiments.

【0131】(実施例18)本発明の実施例18を図7
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例18は、実施例
4と比べ、下部電極54、高、強誘電体膜55及び上部電極
56の構成が異なる。即ち、下部電極54は、Ptからなる
厚さ0.2〜0.4μmの第一層54aと、Rhを5〜5
0%及びBiを5〜80%含有したPtからなる第二層
54bから構成されている。また、高、強誘電体膜55は、
厚さ0.2〜0.5μmのBi層状強誘電体膜である。
更に、上部電極56は、Rhを5〜50%及びBiを5〜
80%含有したPtからなる厚さ0.2〜0.4μmの
第一層56aと、この上に形成されたPtからなる厚さ
0.2〜0.4μmの第二層56bとから構成されてい
る。
(Embodiment 18) FIG. 7 shows Embodiment 18 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIG. Example 18 is different from Example 4 in that the lower electrode 54, the high ferroelectric film 55, and the upper electrode.
56 configurations are different. That is, the lower electrode 54 comprises a Pt first layer 54a having a thickness of 0.2 to 0.4 μm and Rh of 5 to 5 μm.
Second layer consisting of Pt containing 0% and 5-80% Bi
It is composed of 54b. In addition, the high, ferroelectric film 55 is
It is a Bi layered ferroelectric film having a thickness of 0.2 to 0.5 μm.
Further, the upper electrode 56 has Rh of 5 to 50% and Bi of 5 to 5%.
It is composed of a first layer 56a made of Pt containing 80% and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and a second layer 56b made of Pt and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm formed thereon. ing.

【0132】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、下部電
極の第一層となる材料層をPtをスパッタを用いて0.
2〜0.4μm成膜し、さらにその上にRhを重量比で
5〜50%及びBiを原子比で5〜80%含有したPt
ターゲットもしくはPtターゲット、Rhターゲット、
Biターゲットを用いた3元スパッタ法によって、Rh
を5〜50%及びBiを5〜80%含有したPtからな
る下部電極の第二層となる材料層を0.2〜0.4μm
成膜した。つづいて、高、強誘電体膜材料層をスピンコ
ーティング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜した
後、600〜800℃の熱処理を行なった。ひきつづ
き、その上にRhを重量比で5〜50%及びBiを原子
比で5〜80%含有したPtターゲットもしくはPtタ
ーゲット、Rhターゲット、Biターゲットを用いた3
元スパッタ法によって、Rhを5〜50%およびBiを
5〜80%含有したPtからなる上部電極の第一層とな
る材料層を0.2〜0.4μm成膜し、その上にPtか
らなる上部電極の第二層となる材料層をスパッタを用い
て0.2〜0.4μm成膜した。その後、イオンミリン
グもしくはRIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘
電体膜材料層及び下部電極材料層を順次所定の形状に形
成し、最後に600〜800℃の熱処理を施して上部電
極56、高、強誘電体膜55、下部電極54を形成し、誘電体
薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element having the above structure is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then a material layer to be a first layer of a lower electrode is formed by sputtering Pt.
Pt having a film thickness of 2 to 0.4 μm and further containing Rh in an amount of 5 to 50% by weight and Bi in an amount of 5 to 80% by atomic ratio
Target or Pt target, Rh target,
Rh by the ternary sputtering method using a Bi target
5 to 50% of Bi and 5 to 80% of Bi, and a material layer to be the second layer of the lower electrode made of Pt is 0.2 to 0.4 μm.
A film was formed. Subsequently, a high ferroelectric film material layer was formed to a thickness of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Continuing, a Pt target containing 5 to 50% by weight of Rh and 5 to 80% of Bi in atomic ratio was used, or a Pt target, a Rh target, and a Bi target were used.
By the original sputtering method, a material layer to be the first layer of the upper electrode made of Pt containing Rh in an amount of 5 to 50% and Bi in an amount of 5 to 80% was formed in a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and Pt was formed thereon. The material layer to be the second layer of the upper electrode is formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm by sputtering. Then, using ion milling or RIE, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers, and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape, and finally heat-treated at 600 to 800 ° C. to form the upper electrode. 56, a high ferroelectric film 55 and a lower electrode 54 were formed to manufacture a dielectric thin film element.

【0133】実施例18の下部電極54の第二層54bの表
面をSEM観察したところ、結晶粒が50nm程度と小
さく且つ均一であり、また曲率半径10μmのダイヤモ
ンド圧子で表面をスクラッチした時に、従来のPtでは
延性があるために10mN以下の荷重でスクラッチ傷が
発生したのに対して、実施例の電極では50mNでもス
クラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、下部電
極を形成後に600〜800℃の熱処理を施した時に、
従来のPtでは表面に高さ0.1μm以上のヒロックが
多数発生したのに対して、実施例18の電極ではヒロッ
ク等の異常析出物が全く発生せず、熱処理前後で電極表
面に変化がなかった。さらに上部電極56と高、強誘電体
膜55界面においても、最終熱処理後においてヒロック等
の異常析出物が発生していなかった。
SEM observation of the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 of Example 18 revealed that the crystal grains were as small as 50 nm and were uniform, and that when scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm, Since Pt had ductility, scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas the electrode of the example was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, when heat treatment is performed at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode,
In the conventional Pt, a large number of hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface, whereas in the electrode of Example 18, no abnormal deposits such as hillocks were generated and the electrode surface did not change before and after the heat treatment. It was Further, also at the interface between the upper electrode 56 and the high ferroelectric film 55, no abnormal precipitate such as hillock was generated after the final heat treatment.

【0134】また、従来の上部電極,下部電極としてP
tだけの素子、及び実施例18の素子をXPSによる深
さ方向の元素分析を行った結果、従来の素子ではBi層
状強誘電体膜中のBiが上部電極及び下部電極のPtに
拡散しているのに対して、実施例18の素子ではそのよ
うな拡散が見られず、高、強誘電体膜55の上部電極56及
び下部電極54界面での組成変化が生じていなかった。さ
らに上部電極56の第一層56a及び下部電極54の第二層54
bはBi2 PtあるいはBiPt等の組成を示してい
た。
Also, as conventional upper and lower electrodes, P
As a result of performing an elemental analysis in the depth direction by XPS on the element having only t and the element of Example 18, Bi in the Bi layered ferroelectric film was diffused into Pt of the upper electrode and the lower electrode in the conventional element. On the other hand, in the device of Example 18, no such diffusion was observed, and no change in composition occurred at the interface between the upper and lower electrodes 56 and 54 of the ferroelectric film 55. Further, the first layer 56a of the upper electrode 56 and the second layer 54 of the lower electrode 54
b has a composition such as Bi 2 Pt or BiPt.

【0135】従って、従来の素子では、上部電極,下部
電極での電圧印加時において、ヒロックに電界が集中す
るために絶縁耐圧が5V程度だったのに対して、実施例
18のBi強誘電体素子では10V以上の絶縁耐圧を示
した。また、従来の素子では絶縁耐圧が素子面積に依存
しており、素子面積が大きくなるほど絶縁耐圧が低くな
っていたが、実施例18の素子では絶縁耐圧が素子面積
に依存しておらず一定の値を示したことから、Bi層状
強誘電体膜の熱処理時における核発生が均一で欠陥のな
い良好な核成長が行われているといえる。
Therefore, in the conventional element, when the voltage is applied to the upper electrode and the lower electrode, the withstand voltage is about 5 V because the electric field is concentrated on the hillock, whereas the Bi ferroelectric material of Example 18 is used. The device showed a withstand voltage of 10 V or higher. Further, in the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the higher the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 18, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleation of the Bi layered ferroelectric film during the heat treatment is uniform and good nucleation without defects is performed.

【0136】また、誘電率においても、従来の素子では
約250であるのに対して、実施例18の素子では30
0以上となり20%以上向上している。
The dielectric constant of the conventional device is about 250, while that of the device of Example 18 is 30.
It became 0 or more and improved by 20% or more.

【0137】なお、下部電極の第二層及び上部電極の第
一層として、Rhの代わりにRh、Ru、Ir、Osの
うち少なくとも一種の元素を含有させてもよく、さらに
Bi層状強誘電体膜がSrを含有する場合には、Srを
含有させても同様な結果が得られた。このことは、他の
実施例についても同様である。
As the second layer of the lower electrode and the first layer of the upper electrode, at least one element selected from Rh, Ru, Ir and Os may be contained instead of Rh. When the film contained Sr, similar results were obtained even when Sr was contained. This also applies to the other embodiments.

【0138】(実施例19)本発明の実施例19を図2
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例19は、実施例
3と比べ、下部電極54及び高、強誘電体膜55の構成が異
なる。即ち、下部電極54は、ITOからなる厚さ0.0
5〜0.4μmの第一層54aと、Rhを5〜50%及び
Biを5〜80%含有したPtからなる第二層54bから
構成されている。また、高、強誘電体膜55は、厚さ0.
2〜0.5μmのBi層状強誘電体膜である。
Example 19 FIG. 2 shows Example 19 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIG. Example 19 differs from Example 3 in the configurations of the lower electrode 54 and the high and ferroelectric film 55. That is, the lower electrode 54 is made of ITO and has a thickness of 0.0
It is composed of a first layer 54a having a thickness of 5 to 0.4 μm and a second layer 54b made of Pt containing 5 to 50% of Rh and 5 to 80% of Bi. The high and ferroelectric film 55 has a thickness of 0.
It is a Bi-layered ferroelectric film having a thickness of 2 to 0.5 μm.

【0139】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、下部電
極の第一層となる材料層をITOをスパッタを用いて
0.2〜0.4μm成膜し、さらにその上にRhを重量
比で5〜50%及びBiを原子比で5〜80%含有した
PtターゲットもしくはPtターゲット、Rhターゲッ
ト、Biターゲットを用いた3元スパッタ法によって、
Rhを5〜50%及びBiを5〜80%含有したPtか
らなる下部電極の第二層となる材料層を0.2〜0.4
μm成膜した。つづいて、高、強誘電体膜材料層をスピ
ンコーティング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜
した後、600〜800℃の熱処理を行なった。ひきつ
づき、その上にPtからなる上部電極材料層スパッタを
用いて0.2〜0.4μm成膜した。その後、イオンミ
リングもしくはRIEを用いて、上部電極材料層、高、
強誘電体膜材料層及び下部電極材料層を順次所定の形状
に形成して、上部電極56、高、強誘電体膜55、下部電極
54を形成し、誘電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element having the above structure is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then a material layer serving as a first layer of a lower electrode is formed to have a thickness of 0.2 to 0.4 μm by using ITO. By a Pt target containing Rh in an amount of 5 to 50% by weight and Bi in an amount of 5 to 80% in an atomic ratio, a ternary sputtering method using a Pt target, a Pt target, a Rh target, and a Bi target is performed.
The material layer to be the second layer of the lower electrode made of Pt containing 5 to 50% of Rh and 5 to 80% of Bi is 0.2 to 0.4.
A μm film was formed. Subsequently, a high ferroelectric film material layer was formed to a thickness of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Subsequently, an upper electrode material layer of Pt was sputtered thereon to form a film of 0.2 to 0.4 μm. Then, using ion milling or RIE, the upper electrode material layer, high,
A ferroelectric film material layer and a lower electrode material layer are sequentially formed in a predetermined shape to form an upper electrode 56, a high ferroelectric film 55, and a lower electrode.
54 was formed, and a dielectric thin film element was manufactured.

【0140】実施例19の下部電極54の第二層54bの表
面をSEM観察したところ、結晶粒が50nm程度と小
さく且つ均一であり、また曲率半径10μmのダイヤモ
ンド圧子で表面をスクラッチした時に、従来のPtでは
延性があるために10mN以下の荷重でスクラッチ傷が
発生したのに対して、実施例19の電極では50mNで
もスクラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、下
部電極を形成後に600〜800℃の熱処理を施した時
に、従来のPtでは表面に高さ0.1μm以上のヒロッ
クが多数発生したのに対して、実施例19の電極ではヒ
ロック等の異常析出物が全く発生せず、熱処理前後で電
極表面に変化がなかった。
SEM observation of the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 of Example 19 revealed that the crystal grains were small and uniform, about 50 nm, and the surface was scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm. Since Pt had ductility, scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas the electrode of Example 19 was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, when heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode, many hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface of the conventional Pt, whereas hillocks and the like of the electrode of Example 19 were generated. No abnormal precipitate was generated, and there was no change on the electrode surface before and after the heat treatment.

【0141】また、従来の下部電極としてPtだけの素
子、及び実施例19の素子をXPSによる深さ方向の元
素分析を行った結果、従来の素子ではBi層状強誘電体
膜中のBiが下部電極のPtに拡散しているのに対し
て、実施例19の素子ではそのような拡散が見られず、
高、強誘電体膜55の下部電極54界面での組成変化が生じ
ていなかった。さらに、下部電極54が従来のPtだけの
場合には、熱酸化SiO2 膜53の元素で、強誘電体膜の
特性劣化の原因となるSiが、Pt表面に拡散していた
のに対して、実施例の構造ではITOが拡散バリアとし
て働き、Siの拡散を防止していることがわかった。
Further, as a result of elemental analysis in the depth direction by XPS of the conventional Pt-only device as the lower electrode and the device of Example 19, as a result of the conventional device, Bi in the Bi-layered ferroelectric film is at the lower part. While diffused in Pt of the electrode, no such diffusion was observed in the element of Example 19,
High, no composition change occurred at the interface of the lower electrode 54 of the ferroelectric film 55. Further, in the case where the lower electrode 54 is only conventional Pt, Si, which is the element of the thermally oxidized SiO 2 film 53 and causes the deterioration of the characteristics of the ferroelectric film, has diffused to the Pt surface. It was found that in the structures of the examples, ITO acts as a diffusion barrier and prevents the diffusion of Si.

【0142】従って、従来の素子では、上部電極,下部
電極間での電圧印加時において、ヒロックに電界が集中
するために絶縁耐圧が5V程度だったのに対して、実施
例19の誘電体薄膜素子では10V以上の絶縁耐圧を示
した。また、従来の素子では絶縁耐圧が素子面積に依存
しており、素子面積が大きくなるほど絶縁耐圧が低くな
っていたが、実施例19の素子では絶縁耐圧が素子面積
に依存しておらず一定の値を示したことから、Bi層状
強誘電体膜の熱処理時における核発生が均一で欠陥のな
い良好な核成長が行われているといえる。
Therefore, in the conventional element, when the voltage was applied between the upper electrode and the lower electrode, the withstand voltage was about 5 V because the electric field was concentrated on the hillocks, whereas the dielectric thin film of Example 19 was used. The device showed a withstand voltage of 10 V or higher. Further, in the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the higher the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 19, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleation of the Bi layered ferroelectric film during the heat treatment is uniform and good nucleation without defects is performed.

【0143】また、誘電率においても、従来の素子では
約250であるのに対して、実施例19の素子では30
0以上となり20%以上向上している。
The dielectric constant of the conventional device is about 250, while that of the device of Example 19 is 30.
It became 0 or more and improved by 20% or more.

【0144】更に、下部電極の第一層としてITOを用
いることにより、下層との接着性が向上し、従来の素子
で問題であった膜剥離を防止できるようになると共に、
下層の構成元素(Si等)の高、強誘電体膜への拡散、
および、高、強誘電体膜の構成元素の下層への拡散を防
止できるようになった。
Furthermore, by using ITO as the first layer of the lower electrode, the adhesiveness with the lower layer is improved, and the peeling of the film, which is a problem in the conventional element, can be prevented.
Higher constituent elements (such as Si) in the lower layer, diffusion into the ferroelectric film,
Further, it has become possible to prevent the diffusion of the constituent elements of the high ferroelectric film to the lower layer.

【0145】(実施例20)本発明の実施例20を図6
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例20は、実施例
3と比べ、下部電極54、高、強誘電体膜55及び上部電極
の構成が異なる。即ち、下部電極54は、ITOからなる
厚さ0.05〜0.4μmの第一層54aと、Rhを5〜
50%及びBiを5〜80%含有したPtからなる第二
層54bから構成されている。また、高、強誘電体膜55
は、厚さ0.2〜0.5μmのBi層状強誘電体膜であ
る。更に、上部電極56は、Rhを5〜50%及びBiを
5〜80%含有したPtからなる電極である。
(Embodiment 20) FIG. 6 shows Embodiment 20 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIG. Example 20 is different from Example 3 in the configurations of the lower electrode 54, the high, ferroelectric film 55, and the upper electrode. That is, the lower electrode 54 comprises a first layer 54a made of ITO and having a thickness of 0.05 to 0.4 μm, and Rh of 5 to 5.
The second layer 54b is composed of Pt containing 50% and Bi of 5 to 80%. Also, high, ferroelectric film 55
Is a Bi layered ferroelectric film having a thickness of 0.2 to 0.5 μm. Further, the upper electrode 56 is an electrode made of Pt containing 5 to 50% of Rh and 5 to 80% of Bi.

【0146】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、下部電
極の第一層となる材料層をITOをスパッタを用いて
0.2〜0.4μm成膜し、さらにその上にRhを重量
比で5〜50%及びBiを原子比で5〜80%含有した
PtターゲットもしくはPtターゲット、Rhターゲッ
ト、Biターゲットを用いた3元スパッタ法によって、
Rhを5〜50%及びBiを5〜80%含有したPtか
らなる下部電極の第二層となる材料層を0.2〜0.4
μm成膜した。つづいて、高、強誘電体膜材料層をスピ
ンコーティング、CVDなどで0.2〜0.5μm成膜
した後、600〜800℃の熱処理を行なった。ひきつ
づき、その上にRhを重量比で5〜50%およびBiを
原子比で5〜80%含有したPtターゲットもしくはP
tターゲット、Rhターゲット、Biターゲットを用い
た3元スパッタ法によって、Rhを5〜50%およびB
iを5〜80%含有したPtからなる上部電極材料層を
0.2〜0.4μm成膜した。その後、イオンミリング
もしくはRIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘電
体膜材料層及び下部電極材料層を順次所定の形状に形成
し、最後に600〜800℃の熱処理を施して上部電極
56、高、強誘電体膜55、下部電極54を形成し、誘電体薄
膜素子を製作した。
The dielectric thin film element thus constructed is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then a material layer serving as a first layer of a lower electrode is formed to have a thickness of 0.2 to 0.4 μm by using ITO. By a Pt target containing Rh in an amount of 5 to 50% by weight and Bi in an amount of 5 to 80% in an atomic ratio, a ternary sputtering method using a Pt target, a Pt target, a Rh target, and a Bi target is performed.
The material layer to be the second layer of the lower electrode made of Pt containing 5 to 50% of Rh and 5 to 80% of Bi is 0.2 to 0.4.
A μm film was formed. Subsequently, a high ferroelectric film material layer was formed to a thickness of 0.2 to 0.5 μm by spin coating, CVD or the like, and then heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. Continuing, a Pt target or P containing Rh in an amount of 5 to 50% by weight and Bi in an amount of 5 to 80% in atomic ratio.
By the ternary sputtering method using a t target, a Rh target and a Bi target, Rh is 5 to 50% and B
An upper electrode material layer made of Pt containing 5 to 80% of i was formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Then, using ion milling or RIE, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers, and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape, and finally heat-treated at 600 to 800 ° C. to form the upper electrode.
56, a high ferroelectric film 55 and a lower electrode 54 were formed to manufacture a dielectric thin film element.

【0147】実施例20の下部電極54の第二層54bの表
面をSEM観察したところ、結晶粒が50nm程度と小
さく且つ均一であり、また曲率半径10μmのダイヤモ
ンド圧子で表面をスクラッチした時に、従来のPtでは
延性があるために10mN以下の荷重でスクラッチ傷が
発生したのに対して、実施例20の電極では50mNで
もスクラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、下
部電極54を形成後に600〜800℃の熱処理を施した
時に、従来のPtでは表面に高さ0.1μm以上のヒロ
ックが多数発生したのに対して、実施例20の電極では
ヒロック等の異常析出物が全く発生せず、熱処理前後で
電極表面に変化がなかった。また、上部電極56と高、強
誘電体膜55界面においても、最終熱処理後においてヒロ
ック等の異常析出物が発生していなかった。
SEM observation of the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 of Example 20 revealed that the crystal grains were as small as 50 nm and were uniform, and that when the surface was scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm, Since Pt had ductility, scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas the electrode of Example 20 was a hard film without scratches even at 50 mN. Therefore, when heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode 54, many hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface of the conventional Pt, whereas hillocks and the like were generated in the electrode of Example 20. No abnormal precipitates were generated, and there was no change on the electrode surface before and after the heat treatment. Further, also at the interface between the upper electrode 56 and the high ferroelectric film 55, no abnormal deposit such as hillock was generated after the final heat treatment.

【0148】また、従来の上部電極,下部電極としてP
tだけの素子、及び実施例20の素子をXPSによる深
さ方向の元素分析を行った結果、従来の素子ではBi層
状強誘電体膜中のBiが上部電極及び下部電極のPtに
拡散しているのに対して、実施例20の素子ではそのよ
うな拡散が見られず、高、強誘電体膜55の上部電極56及
び下部電極54界面での組成変化が生じていなかった。さ
らに、下部電極が従来のPtだけの場合には、熱酸化S
iO2 膜53の元素で、強誘電体膜の特性劣化の原因とな
るSiが、Pt表面に拡散していたのに対して、実施例
の構造ではITOが拡散バリアとして働き、Siの拡散
を防止していることがわかった。
Further, as conventional upper and lower electrodes, P
As a result of performing elemental analysis in the depth direction by XPS on the element having only t and the element of Example 20, in the conventional element, Bi in the Bi layered ferroelectric film was diffused into Pt of the upper electrode and the lower electrode. On the other hand, in the device of Example 20, such diffusion was not observed, and the composition change at the interface between the upper and lower electrodes 56 and 54 of the ferroelectric film 55 did not occur. Furthermore, when the lower electrode is only conventional Pt, thermal oxidation S
In the structure of the example, ITO acts as a diffusion barrier, and Si, which is an element of the iO 2 film 53, has been diffused to the surface of Pt, which causes deterioration of the characteristics of the ferroelectric film. It turns out that it is preventing.

【0149】従って、従来の素子では、上部電極,下部
電極間での電圧印加時において、ヒロックに電界が集中
するために絶縁耐圧が5V程度だったのに対して、実施
例20の誘電体薄膜素子では10V以上の絶縁耐圧を示
した。また、従来の素子では絶縁耐圧が素子面積に依存
しており、素子面積が大きくなるほど絶縁耐圧が低くな
っていたが、実施例20の素子では絶縁耐圧が素子面積
に依存しておらず一定の値を示したことから、Bi層状
強誘電体膜の熱処理時における核発生が均一で欠陥のな
い良好な核成長が行われているといえる。
Therefore, in the conventional element, when the voltage was applied between the upper electrode and the lower electrode, the withstand voltage was about 5 V because the electric field was concentrated on the hillock, whereas the dielectric thin film of Example 20 was used. The device showed a withstand voltage of 10 V or higher. In the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the larger the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 20, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleation of the Bi layered ferroelectric film during the heat treatment is uniform and good nucleation without defects is performed.

【0150】また、誘電率においても、従来の素子では
約250であるのに対して、実施例の素子では300以
上となり20%以上向上している。
Further, the dielectric constant of the conventional element is about 250, whereas the dielectric constant of the element of the embodiment is 300 or more, which is improved by 20% or more.

【0151】更に、下部電極の第一層としてITOを用
いることにより、下層との接着性が向上し、従来の素子
で問題であった膜剥離を防止できるようになると共に、
下層の構成元素(Si等)の高、強誘電体膜への拡散、
および、高、強誘電体膜の構成元素の下層への拡散を防
止できるようになった。
Furthermore, by using ITO as the first layer of the lower electrode, the adhesiveness with the lower layer is improved, and the peeling of the film, which was a problem in the conventional element, can be prevented.
Higher constituent elements (such as Si) in the lower layer, diffusion into the ferroelectric film,
Further, it has become possible to prevent the diffusion of the constituent elements of the high ferroelectric film to the lower layer.

【0152】(実施例21)本発明の実施例21を図8
の断面構造図を用いて説明する。但し、図5と同部材は
同符号を付して説明を省略する。実施例21は、実施例
7と比べ、下部電極54、高、強誘電体膜55及び上部電極
56の構成が異なる。即ち、下部電極54は、ITOからな
る厚さ0.05〜0.4μmの第一層54aと、Ptから
なる厚さ0.2〜0.4μmの第二層54bと、Rhを5
〜50%及びBiを5〜80%含有したPtからなる第
三層54cから構成されている。また、高、強誘電体膜55
は、厚さ0.2〜0.5μmのBi層状強誘電体膜であ
る。更に、上部電極56は、Rhを5〜50%及びBiを
5〜80%含有したPtからなる第一層56aと、Ptか
らなる厚さ0.2〜0.4μmの第二層56bから構成さ
れる。
(Embodiment 21) FIG. 8 shows Embodiment 21 of the present invention.
This will be described with reference to the sectional structure diagram of FIG. However, the same members as those in FIG. Example 21 is different from Example 7 in that the lower electrode 54, the high ferroelectric film 55, and the upper electrode.
56 configurations are different. That is, the lower electrode 54 includes a first layer 54a made of ITO and having a thickness of 0.05 to 0.4 μm, a second layer 54b made of Pt and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and Rh of 5
The third layer 54c is composed of Pt containing 50% to 50% of Bi and 5% to 80% of Bi. Also, high, ferroelectric film 55
Is a Bi layered ferroelectric film having a thickness of 0.2 to 0.5 μm. Further, the upper electrode 56 is composed of a first layer 56a made of Pt containing 5 to 50% of Rh and 5 to 80% of Bi, and a second layer 56b made of Pt and having a thickness of 0.2 to 0.4 μm. To be done.

【0153】かかる構成の誘電体薄膜素子は、次のよう
にして製作する。まず、Si基板53上に誘電体薄膜素子
の下層として熱酸化SiO2 膜53を形成した後、下部電
極の第一層となる材料層をITOをスパッタにより0.
2〜0.4μm成膜し、その上に下部電極の第二層とな
る材料層をPtをスパッタにより0.2〜0.4μm成
膜し、さらにその上にRhを重量比で5〜50%および
Biを原子比で5〜80%含有したPtターゲットもし
くはPtターゲット、Rhターゲット、Biターゲット
を用いた3元スパッタ法によって、Rhを5〜50%お
よびBiを5〜80%含有したPtからなる下部電極の
第三層となる材料層を0.2〜0.4μm成膜した。つ
づいて、高、強誘電体膜材料層をスピンコーティング、
CVDなどで0.2〜0.5μm成膜した後、600〜
800℃の熱処理を行なった。ひきつづき、その上にR
hを重量比で5〜50%およびBiを原子比で5〜80
%含有したPtターゲットもしくはPtターゲット、R
hターゲット、Biターゲットを用いた3元スパッタ法
によって、Rhを5〜50%およびBiを5〜80%含
有したPtからなる上部電極の第一層となる材料層を
0.2〜0.4μm成膜し、さらにその上にPtからな
る上部電極の第二層となる材料層をスパッタにより0.
2〜0.4μm成膜した。その後、イオンミリングもし
くはRIEを用いて、上部電極材料層、高、強誘電体膜
材料層及び下部電極材料層を順次所定の形状に形成し、
最後に600〜800℃の熱処理を施して第一層56a及
び第二層56bからなる上部電極56、高、強誘電体膜55、
第一層54a,第二層54b及び第三層54cからなる下部電
極54を形成し、強誘電体薄膜素子を製作した。
The dielectric thin film element thus constructed is manufactured as follows. First, a thermally-oxidized SiO 2 film 53 is formed as a lower layer of a dielectric thin film element on a Si substrate 53, and then a material layer to be a first layer of a lower electrode is sputtered with ITO to form a first layer.
2 to 0.4 μm is formed, a material layer to be the second layer of the lower electrode is formed thereon by sputtering to a thickness of 0.2 to 0.4 μm, and Rh is further formed thereon in a weight ratio of 5 to 50 μm. % And Bi in an atomic ratio of 5 to 80%, or a Pt target, a Pt target, a Rh target, and a ternary sputtering method using a Bi target, from Pt containing 5 to 50% of Rh and 5 to 80% of Bi. A material layer to be the third layer of the lower electrode is formed to a thickness of 0.2 to 0.4 μm. Next, spin coating high and ferroelectric film material layers,
After forming a film of 0.2 to 0.5 μm by CVD, etc., 600 to
A heat treatment at 800 ° C. was performed. Continue to R on it
h is 5 to 50% by weight and Bi is 5 to 80 by atomic ratio.
% Pt target or Pt target, R
By a three-way sputtering method using an h target and a Bi target, a material layer serving as the first layer of the upper electrode made of Pt containing Rh in an amount of 5 to 50% and Bi in an amount of 5 to 80% is 0.2 to 0.4 μm. A film is formed, and a material layer to be the second layer of the upper electrode made of Pt is further formed thereon by sputtering.
A film having a thickness of 2 to 0.4 μm was formed. Then, using ion milling or RIE, the upper electrode material layer, the high and ferroelectric film material layers, and the lower electrode material layer are sequentially formed into a predetermined shape,
Finally, heat treatment at 600 to 800 ° C. is performed to form an upper electrode 56 composed of a first layer 56a and a second layer 56b, a high ferroelectric film 55,
A lower electrode 54 composed of a first layer 54a, a second layer 54b and a third layer 54c was formed to manufacture a ferroelectric thin film element.

【0154】実施例21の下部電極54の第三層54cの表
面をSEM観察したところ、結晶粒が50nm程度と小
さく且つ均一であり、また曲率半径10μmのダイヤモ
ンド圧子で表面をスクラッチした時に、従来のPtでは
延性があるために10mN以下の荷重でスクラッチ傷が
発生したのに対して、実施例21の電極では50mNで
もスクラッチ傷が発生せず硬い膜であった。従って、下
部電極54を形成後に600〜800℃の熱処理を施した
時に、従来のPtでは表面に高さ0.1μm以上のヒロ
ックが多数発生したのに対して、実施例21の電極では
ヒロック等の異常析出物が全く発生せず、熱処理前後で
電極表面に変化がなかった。また上部電極56と高、強誘
電体膜55界面においても、最終熱処理後においてヒロッ
ク等の異常析出物が発生していなかった。
SEM observation of the surface of the third layer 54c of the lower electrode 54 of Example 21 revealed that the crystal grains were small and uniform, about 50 nm, and that when scratched with a diamond indenter having a radius of curvature of 10 μm, In Pt, because of ductility, scratches were generated under a load of 10 mN or less, whereas in the electrode of Example 21, scratches were not generated even at 50 mN and the film was a hard film. Therefore, when heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. after forming the lower electrode 54, many hillocks having a height of 0.1 μm or more were generated on the surface of the conventional Pt, whereas hillocks and the like were generated in the electrode of Example 21. No abnormal precipitates were generated, and there was no change on the electrode surface before and after the heat treatment. Further, also at the interface between the upper electrode 56 and the high ferroelectric film 55, no abnormal deposit such as hillock was generated after the final heat treatment.

【0155】また、従来の上部電極,下部電極としてP
tだけの素子、及び実施例21の素子をXPSによる深
さ方向の元素分析を行った結果、従来の素子ではBi層
状強誘電体膜中のBiが上部電極及び下部電極のPtに
拡散しているのに対して、実施例21の素子ではそのよ
うな拡散が見られず、高、強誘電体膜55の上部電極56及
び下部電極54界面での組成変化が生じていなかった。さ
らに、下部電極が従来のPtだけの場合には、熱酸化S
iO2 膜53の元素で、強誘電体膜の特性劣化の原因とな
るSiが、Pt表面に拡散していたのに対して、実施例
21の構造ではITOが拡散バリアとして働き、Siの
拡散を防止していることがわかった。
Further, as conventional upper and lower electrodes, P
As a result of performing elemental analysis in the depth direction by XPS on the device having only t and the device of Example 21, in the conventional device, Bi in the Bi layered ferroelectric film was diffused into Pt of the upper electrode and the lower electrode. On the other hand, in the device of Example 21, such diffusion was not observed, and the composition change at the interface between the upper and lower electrodes 56 and 54 of the ferroelectric film 55 did not occur. Furthermore, when the lower electrode is only conventional Pt, thermal oxidation S
In the element of the iO 2 film 53, Si which causes the deterioration of the characteristics of the ferroelectric film was diffused to the Pt surface, whereas in the structure of Example 21, ITO acts as a diffusion barrier and the diffusion of Si. It turned out that it is preventing.

【0156】従って、従来の素子では、上部電極,下部
電極間での電圧印加時において、ヒロックに電界が集中
するために絶縁耐圧が5V程度だったのに対して、実施
例21の誘電体薄膜素子では10V以上の絶縁耐圧を示
した。また、従来の素子では絶縁耐圧が素子面積に依存
しており、素子面積が大きくなるほど絶縁耐圧が低くな
っていたが、実施例21の素子では絶縁耐圧が素子面積
に依存しておらず一定の値を示したことから、高、強誘
電体膜の熱処理時における核発生が均一で欠陥のない良
好な核成長が行われているといえる。
Therefore, in the conventional element, when the voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode, the withstand voltage is about 5 V because the electric field is concentrated on the hillock, whereas the dielectric thin film of Example 21 is used. The device showed a withstand voltage of 10 V or higher. Further, in the conventional element, the withstand voltage depends on the element area, and the larger the element area, the lower the withstand voltage. However, in the element of Example 21, the withstand voltage does not depend on the element area and is constant. Since the values are shown, it can be said that the nucleus generation is uniform during the heat treatment of the high ferroelectric film, and good nucleus growth without defects is performed.

【0157】また、誘電率においても、従来の素子では
約250であるのに対して、実施例の素子では300以
上となり20%以上向上している。
Further, the dielectric constant of the conventional element is about 250, whereas that of the element of the embodiment is 300 or more, which is an improvement of 20% or more.

【0158】さらに、下部電極の第一層としてITOを
用いることにより、下層との接着性が向上し、従来の素
子で問題であった膜剥離を防止できるようになると共
に、下層の構成元素(Si等)の高、強誘電体膜への拡
散、および、高、強誘電体膜の構成元素の下層への拡散
を防止できるようになった。
Further, by using ITO as the first layer of the lower electrode, the adhesiveness with the lower layer is improved, and the peeling of the film, which is a problem in the conventional element, can be prevented, and the constituent elements of the lower layer ( It has become possible to prevent the diffusion of (Si, etc.) into the ferroelectric film and the diffusion of the constituent elements of the ferroelectric film into the lower layer.

【0159】なお、下部電極の第二層及び上部電極の第
一層として、Rhの代わりにRh、Ru、Ir、Osの
うち少なくとも一種の元素を含有させてもよく、さらに
Bi層状強誘電体膜がSrを含有する場合には、Srを
含有させても同様な結果が得られた。
As the second layer of the lower electrode and the first layer of the upper electrode, at least one element selected from Rh, Ru, Ir, and Os may be contained instead of Rh. When the film contained Sr, similar results were obtained even when Sr was contained.

【0160】以上、実施例に基づいて説明してきたが、
本明細書には以下の発明が含まれる。
The above description is based on the embodiment.
The present invention includes the following inventions.

【0161】1.基板上に形成された下部電極と、前記
下部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強
誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜
素子において、前記下部電極がRh、Ru、Os、Ir
のうち少なくとも一種の元素を含有するPtからなるこ
とを特徴とする誘電体薄膜素子。
1. In a dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film, Lower electrode is Rh, Ru, Os, Ir
A dielectric thin film element comprising Pt containing at least one element of Pt.

【0162】[構成] この発明は実施例1に対応す
る。実施例1において基板52上には誘電体薄膜素子の下
層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶シ
リコン(Si)層あるいは半導体拡散領域に該当する
が、その下層53上に下部電極54としてRh、Ru、O
s、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPtが
形成され、その上に高、強誘電体膜55が形成され、さら
にその上に上部電極56としてPtが形成されている構造
になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the first embodiment. In the first embodiment, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline silicon (Si) layer, or a semiconductor diffusion region, and Rh, Ru, and O as lower electrodes 54 are formed on the lower layer 53.
Pt containing at least one element of s and Ir is formed, a high ferroelectric film 55 is formed thereon, and Pt is formed thereon as an upper electrode 56. .

【0163】[作用] 下部電極54としてRh、Ru、
Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPt
を用いることにより、Ptの延性が小さくなって剛性を
増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径のばらつきが
小さくなる。このことにより、600℃以上の熱処理を
施しても下部電極54の表面上にヒロックが発生せず平坦
性が保たれると共に、高、強誘電体膜55の熱処理時にお
ける核成長が良好に行われるので、欠陥発生が抑制され
る。
[Operation] As the lower electrode 54, Rh, Ru,
Pt containing at least one element of Os and Ir
By using Pt, the ductility of Pt is reduced to increase the rigidity, and the crystal grain size is reduced to reduce the variation in the crystal grain size. As a result, hillocks are not generated on the surface of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or more, the flatness is maintained, and the nucleus growth during the heat treatment of the high ferroelectric film 55 is performed well. Therefore, the occurrence of defects is suppressed.

【0164】[効果] 下部電極54表面にヒロック等の
異常析出物が存在しないことで、上部電極56,下部電極
54間に電圧を印加時に発生する電界集中を防止できるの
で、絶縁耐圧および耐疲労特性を向上せしめることがで
きる。また、下部電極54の結晶粒径が小さく且つばらつ
きが少なく、ヒロックがないことより、高、強誘電体膜
55の熱処理時における核発生が均一で良好な核成長が行
われるので、欠陥のない高、強誘電体膜55が形成でき
る。従って、絶縁耐圧、耐疲労特性、誘電率が向上した
誘電体薄膜素子を得ることができる。
[Effects] Since no abnormal deposits such as hillocks are present on the surface of the lower electrode 54, the upper electrode 56, the lower electrode
Since it is possible to prevent the electric field concentration that occurs when a voltage is applied between 54, it is possible to improve the dielectric strength and fatigue resistance. Further, since the crystal grain size of the lower electrode 54 is small and has little variation, and there is no hillock, it is possible to obtain a high ferroelectric film.
Since nuclei are uniformly generated during the heat treatment of 55 and favorable nuclei growth is performed, a high-defect and high-strength ferroelectric film 55 can be formed. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant.

【0165】2.前記下部電極及び上部電極がRh、R
u、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有する
Ptから構成されていることを特徴とする前記1.記載
の誘電体薄膜素子。
2. The lower electrode and the upper electrode are Rh, R
1. It is composed of Pt containing at least one element of u, Os and Ir. The dielectric thin film element described.

【0166】[構成] この発明は実施例2に対応す
る。実施例2において基板51上には誘電体薄膜素子の下
層52が形成されている。この下層52は絶縁膜、多結晶S
i層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層52
上に下部電極54としてRh、Ru、Os、Irのうち少
なくとも一種の元素を含有するPtが形成され、その上
に高、強誘電体膜55が形成され、さらにその上に上部電
極55としてRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一
種の元素を含有するPtが形成されている構造になって
いる。
[Structure] The present invention corresponds to the second embodiment. In the second embodiment, the lower layer 52 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 51. This lower layer 52 is an insulating film, polycrystalline S
The i-layer or the semiconductor diffusion region corresponds to the lower layer 52
A Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir is formed on the lower electrode 54, a high ferroelectric film 55 is formed on the Pt, and Rh is formed on the upper electrode 55 as the upper electrode 55. , Ru, Os, Ir, Pt containing at least one element is formed.

【0167】[作用] 下部電極54としてRh、Ru、
Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPt
を用いることにより、Ptの延性が小さくなって剛性を
増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径のばらつきが
小さくなる。このことにより、600℃以上の熱処理を
施しても下部電極54の表面上にヒロックが発生せず平坦
性が保たれると共に、高、強誘電体膜55の熱処理時にお
ける核成長が良好に行われるので、欠陥発生が抑制され
る。さらに、上部電極56にもRh、Ru、Os、Irの
うち少なくとも一種の元素を含有するPtを用いること
で、上部電極56形成後に600℃以上の熱処理が施され
ても、高、強誘電体膜55と下部電極54及び上部電極56の
界面にヒロック等の異常析出物が発生することを防止で
きる。
[Operation] As the lower electrode 54, Rh, Ru,
Pt containing at least one element of Os and Ir
By using Pt, the ductility of Pt is reduced to increase the rigidity, and the crystal grain size is reduced to reduce the variation in the crystal grain size. As a result, hillocks are not generated on the surface of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or more, the flatness is maintained, and the nucleus growth during the heat treatment of the high ferroelectric film 55 is performed well. Therefore, the occurrence of defects is suppressed. Furthermore, by using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir also for the upper electrode 56, even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the formation of the upper electrode 56, a high ferroelectric substance can be obtained. It is possible to prevent abnormal deposits such as hillocks from being generated at the interface between the film 55 and the lower electrode 54 and the upper electrode 56.

【0168】[効果] 高、強誘電体膜55と下部電極54
及び上部電極56の界面にヒロック等の異常析出物が存在
しないことで、上部電極56,下部電極54間に電圧を印加
時に発生する電界集中を防止できるので、絶縁耐圧及び
耐疲労特性を向上せしめることができる。さらには、下
部電極54の結晶粒径が小さく且つばらつきが少なく、ヒ
ロックがないことより、高、強誘電体膜55の熱処理時に
おける核発生が均一で良好な核成長が行われるので、欠
陥のない高、強誘電体膜55が形成できる。従って絶縁耐
圧、耐疲労特性、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得
ることができる。
[Effects] High, ferroelectric film 55 and lower electrode 54
Since no abnormal deposits such as hillocks are present at the interface between the upper electrode 56 and the upper electrode 56, it is possible to prevent electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the upper electrode 56 and the lower electrode 54, so that the dielectric strength and fatigue resistance can be improved. be able to. Furthermore, since the crystal grain size of the lower electrode 54 is small and the variation is small, and there is no hillock, the nucleus generation during the heat treatment of the ferroelectric film 55 is high, and good nucleus growth is performed. Not high, the ferroelectric film 55 can be formed. Therefore, a dielectric thin film element having improved dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant can be obtained.

【0169】3.基板上に形成された下部電極と、前記
下部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強
誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜
素子において、前記下部電極が前記基板上に形成される
第一層とその上に形成され前記高、強誘電体膜と接する
第二層とから構成され、前記下部電極の第一層がPtか
らなり、前記下部電極の第二層がPh、Ru、Os、I
rのうち少なくとも一種の元素を含有するPtからなる
ことを特徴とする誘電体薄膜素子。
[0169] 3. In a dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film, The lower electrode comprises a first layer formed on the substrate and a second layer formed on the first layer and in contact with the high and ferroelectric films, and the first layer of the lower electrode is made of Pt. The second layer of the electrode is Ph, Ru, Os, I
A dielectric thin film element comprising Pt containing at least one element of r.

【0170】[構成] この発明は実施例3に対応す
る。実施例3において基板52上には誘電体薄膜素子の下
層53が形成されている。この下層52は絶縁膜、多結晶S
i層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層52
上に下部電極54の第一層54aとしてPtが形成され、そ
の上に下部電極54の第二層54bとしてRh、Ru、O
s、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPtが
形成され、その上に高、強誘電体膜55が形成され、さら
にその上に上部電極56としてPtが形成されている構造
になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the third embodiment. In the third embodiment, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. This lower layer 52 is an insulating film, polycrystalline S
The i-layer or the semiconductor diffusion region corresponds to the lower layer 52
Pt is formed on the lower electrode 54 as a first layer 54a, and Rh, Ru, and O are formed on the Pt as a second layer 54b of the lower electrode 54.
Pt containing at least one element of s and Ir is formed, a high ferroelectric film 55 is formed thereon, and Pt is formed thereon as an upper electrode 56. .

【0171】[作用] 下部電極54の第二層54bとして
Rh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を
含有するPtを用いることにより、Ptの延性が小さく
なって剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径
のばらつきが小さくなる。このことにより、600℃以
上の熱処理を施しても下部電極54の第二層54bの表面上
にヒロックが発生せず平坦性が保たれると共に、高、強
誘電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われる
ので、欠陥発生が抑制される。さらに、Rh、Ru、O
s、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPtを
用いることによる下部電極抵抗の増大を、下部電極54の
第一層54aとしてPtを用いることにより防止できる。
[Operation] By using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir as the second layer 54b of the lower electrode 54, the ductility of Pt is reduced, the rigidity is increased, and the crystallinity is increased. The grain size becomes smaller and the variation in crystal grain size becomes smaller. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, and the flatness is maintained. Since the growth is performed favorably, the occurrence of defects is suppressed. Furthermore, Rh, Ru, O
An increase in the lower electrode resistance caused by using Pt containing at least one element of s and Ir can be prevented by using Pt as the first layer 54a of the lower electrode 54.

【0172】[効果] 下部電極54の第二層54b表面に
ヒロック等の異常析出物が存在しないことで、上部電極
56,下部電極54間に電圧を印加時に発生する電界集中を
防止できるので、絶縁耐圧及び耐疲労特性を向上せしめ
ることができる。さらには、下部電極54の第二層54bの
結晶粒径が小さく且つばらつきが少なく、ヒロックがな
いことより、高、強誘電体膜55の熱処理時における核発
生が均一で良好な核成長が行われるので、欠陥のない
高、強誘電体膜55が形成できる。従って、絶縁耐圧、耐
疲労特性、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得ること
ができる。また、下部電極54の第一層54aとしてPtを
用いることによる高抵抗化の防止により、従来からの誘
電体薄膜素子の電極抵抗を保持できる。
[Effect] Since there is no abnormal deposit such as hillock on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54, the upper electrode
Since it is possible to prevent electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the lower electrode 56 and the lower electrode 54, it is possible to improve the withstand voltage and fatigue resistance. Furthermore, since the crystal grain size of the second layer 54b of the lower electrode 54 is small and has little variation, and there is no hillock, high nucleation during the heat treatment of the ferroelectric film 55 is uniform and good nucleation is achieved. As a result, the high ferroelectric film 55 without defects can be formed. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant. In addition, since the resistance is prevented from being increased by using Pt as the first layer 54a of the lower electrode 54, the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element can be maintained.

【0173】4.基板上に形成された下部電極と、前記
下部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強
誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜
素子において、前記下部電極が前記基板上に形成される
第一層とその上に形成され前記高、強誘電体膜と接する
第二層とから構成され、前記下部電極の第一層がPtか
らなり、前記下部電極の第二層がRh、Ru、Os、I
rのうち少なくとも一種の元素を含有するPtからな
り、前記上部電極が前記高、強誘電体膜上に形成される
第一層とその上に形成される第二層とから構成され、前
記上部電極の第一層がRh、Ru、Os、Irのうち少
なくとも一種の元素を含有するPtからなり、前記上部
電極の第二層がPtからなることを特徴とする誘電体薄
膜素子。
4. In a dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film, The lower electrode comprises a first layer formed on the substrate and a second layer formed on the first layer and in contact with the high and ferroelectric films, and the first layer of the lower electrode is made of Pt. The second layer of the electrode is Rh, Ru, Os, I
The upper electrode is composed of Pt containing at least one element of r, and the upper electrode is composed of a first layer formed on the high ferroelectric film and a second layer formed on the first layer. A dielectric thin film element, wherein the first layer of the electrode is made of Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os and Ir, and the second layer of the upper electrode is made of Pt.

【0174】[構成] この発明は実施例4に対応す
る。実施例4において基板52上には誘電体薄膜素子の下
層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶S
i層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層53
上に下部電極54の第一層54aとしてPtが形成され、そ
の上に下部電極54の第二層54bとしてRh、Ru、O
s、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPtが
形成され、その上に高、強誘電体膜55が形成されてい
る。さらに、高、強誘電体膜55上に上部電極56の第一層
56aとしてRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一
種の元素を含有するPtが形成され、その上に上部電極
56の第二層56bとしてPtが形成されている。
[Structure] The present invention corresponds to the fourth embodiment. In Example 4, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. This lower layer 53 is an insulating film, polycrystalline S
The i-layer or the semiconductor diffusion region corresponds to the lower layer 53
Pt is formed on the lower electrode 54 as a first layer 54a, and Rh, Ru, and O are formed on the Pt as a second layer 54b of the lower electrode 54.
Pt containing at least one element of s and Ir is formed, and a high ferroelectric film 55 is formed thereon. Furthermore, the first layer of the upper electrode 56 on the high ferroelectric film 55.
As 56a, Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir is formed, and the upper electrode is formed thereon.
Pt is formed as the second layer 56b of 56.

【0175】[作用] 下部電極54の第二層54bとして
Rh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を
含有するPtを用いることにより、Ptの延性が小さく
なって剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径
のばらつきが小さくなる。このことにより、600℃以
上の熱処理を施しても下部電極54の第二層54bの表面上
にヒロックが発生せず平坦性が保たれると共に、高、強
誘電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われる
ので、欠陥発生が抑制される。さらに、上部電極56の第
一層56aにもRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも
一種の元素を含有するPtを用いることで、上部電極形
成後に600℃以上の熱処理が施されても、高、強誘電
体膜55と下部電極54の第二層54b及び上部電極56の第一
層56aの界面にヒロック等の異常析出物が発生すること
を防止できる。さらに、Rh、Ru、Os、Irのうち
少なくとも一種の元素を含有するPtを用いることによ
る上下部電極抵抗の増大を、下部電極54の第一層54a及
び上部電極56の第二層56aとしてPtを用いることによ
り防止できる。
[Operation] By using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir as the second layer 54b of the lower electrode 54, the ductility of Pt is reduced, the rigidity is increased, and the crystal is formed. The grain size becomes smaller and the variation in crystal grain size becomes smaller. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, and the flatness is maintained. Since the growth is performed favorably, the occurrence of defects is suppressed. Furthermore, by using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir also in the first layer 56a of the upper electrode 56, even if heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the upper electrode is formed, It is possible to prevent abnormal deposits such as hillocks from occurring at the interface between the ferroelectric film 55 and the second layer 54b of the lower electrode 54 and the first layer 56a of the upper electrode 56. Further, the increase of the upper and lower electrode resistance due to the use of Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir is increased by Pt as the first layer 54a of the lower electrode 54 and the second layer 56a of the upper electrode 56. Can be prevented by using.

【0176】[効果] 高、強誘電体膜55と下部電極54
及び上部電極56の界面にヒロック等の異常析出物が存在
しないことで、上部電極56,下部電極54間に電圧を印加
時に発生する電界集中を防止できるので、絶縁耐圧及び
耐疲労特性を向上せしめることができる。さらには、下
部電極54の第二層54bの結晶粒径が小さく且つばらつき
が少なく、ヒロックがないことより、高、強誘電体膜55
の熱処理時における核発生が均一で良好な核成長が行わ
れるので、欠陥のない高、強誘電体膜55が形成できる。
従って、絶縁耐圧、耐疲労特性、誘電率が向上した誘電
体薄膜素子を得ることができる。また、下部電極54の第
一層54a及び上部電極56の第二層56bとしてPtを用い
ることによる高抵抗化の防止により、従来からの高、強
誘電体薄膜素子の電極抵抗を保持できる。
[Effects] High, ferroelectric film 55 and lower electrode 54
Since no abnormal deposits such as hillocks are present at the interface between the upper electrode 56 and the upper electrode 56, it is possible to prevent electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the upper electrode 56 and the lower electrode 54, so that the dielectric strength and fatigue resistance can be improved. be able to. Furthermore, since the crystal grain size of the second layer 54b of the lower electrode 54 is small and the variation is small, and there is no hillock, the high ferroelectric film 55 is obtained.
Since the nuclei are uniformly generated during the heat treatment and good nucleation is performed, a high-definition ferroelectric film 55 having no defects can be formed.
Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant. Further, by preventing the resistance from increasing by using Pt as the first layer 54a of the lower electrode 54 and the second layer 56b of the upper electrode 56, it is possible to maintain the electrode resistance of the conventional high ferroelectric thin film element.

【0177】5.基板上に形成された下部電極と、前記
下部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強
誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜
素子において、前記下部電極が基板上に形成される第一
層とその上に形成され前記高、強誘電体膜と接する第二
層とから構成され、前記下部電極の第一層が導電性酸化
物で且つ前記下部電極の第二層がRh、Ru、Os、I
rのうち少なくとも一種の元素を含有するPt材料から
構成されていることを特徴とする誘電体薄膜素子。
5. In a dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film, The lower electrode is composed of a first layer formed on a substrate and a second layer formed thereon and in contact with the high and ferroelectric films, wherein the first layer of the lower electrode is a conductive oxide and The second layer of the lower electrode is Rh, Ru, Os, I
A dielectric thin film element comprising a Pt material containing at least one element of r.

【0178】[構成] この発明は実施例5に対応す
る。実施例5において基板52上には誘電体薄膜素子の下
層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶S
i層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層53
上に下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物が形成
され、その上に下部電極54の第二層54bとしてRh、R
u、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有する
Ptが形成され、その上に高、強誘電体膜55が形成さ
れ、さらにその上に上部電極56としてPtが形成されて
いる構造になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. This lower layer 53 is an insulating film, polycrystalline S
The i-layer or the semiconductor diffusion region corresponds to the lower layer 53
A conductive oxide is formed as a first layer 54a of the lower electrode 54 on the upper surface, and Rh, R as a second layer 54b of the lower electrode 54 are formed thereon.
The structure is such that Pt containing at least one element of u, Os and Ir is formed, a high ferroelectric film 55 is formed thereon, and Pt is further formed thereon as an upper electrode 56. ing.

【0179】[作用] 下部電極54の第二層54bとして
Rh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を
含有するPtを用いることにより、Ptの延性が小さく
なって剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径
のばらつきが小さくなる。このことにより、600℃以
上の熱処理を施しても下部電極54の第二層54bの表面上
にヒロックが発生せず平坦性が保たれると共に、高、強
誘電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われる
ので、欠陥発生が抑制される。さらに、下部電極54の第
一層54aとして導電性酸化物を用いることにより、下部
電極54と下層53との接着性が良好になると共に、下層53
中のSi等の高、強誘電体膜55への拡散を阻止すること
ができる。
[Operation] By using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir as the second layer 54b of the lower electrode 54, the ductility of Pt is reduced, the rigidity is increased, and the crystallinity is increased. The grain size becomes smaller and the variation in crystal grain size becomes smaller. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, and the flatness is maintained. Since the growth is performed favorably, the occurrence of defects is suppressed. Furthermore, by using a conductive oxide as the first layer 54a of the lower electrode 54, the adhesiveness between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is improved and the lower layer 53
It is possible to prevent the diffusion of high Si etc. into the ferroelectric film 55.

【0180】[効果] 下部電極54の第二層54b表面に
ヒロック等の異常析出物が存在しないことで、上部電極
56,下部電極54間に電圧を印加時に発生する電界集中を
防止できるので、絶縁耐圧及び耐疲労特性を向上せしめ
ることができる。さらには、下部電極54の第二層54bの
結晶粒径が小さく且つばらつきが少なく、ヒロックがな
いことより、高、強誘電体膜55の熱処理時における核発
生が均一で良好な核成長が行われるので、欠陥のない
高、強誘電体膜55が形成できる。また、下部電極54と下
層53との接着性が良好で、高、強誘電体膜55中へのSi
等の拡散を抑制できるので、膜剥離が発生せず、絶縁耐
圧、耐疲労特性、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得
ることができる。
[Effect] Since there is no abnormal deposit such as hillock on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54,
Since it is possible to prevent electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the lower electrode 56 and the lower electrode 54, it is possible to improve the withstand voltage and fatigue resistance. Furthermore, since the crystal grain size of the second layer 54b of the lower electrode 54 is small and has little variation, and there is no hillock, high nucleation during the heat treatment of the ferroelectric film 55 is uniform and good nucleation is achieved. As a result, the high ferroelectric film 55 without defects can be formed. In addition, the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is good, and the Si in the ferroelectric film 55 is high.
It is possible to obtain a dielectric thin film element in which film peeling does not occur and dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant are improved because the diffusion of the like can be suppressed.

【0181】6.前記下部電極の第二層および上部電極
がRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素
を含有するPt材料から構成されていることを特徴とす
る前記5.記載の誘電体薄膜素子。
6. 4. The second layer of the lower electrode and the upper electrode are composed of a Pt material containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir. The dielectric thin film element described.

【0182】[構成] この発明は実施例6に対応す
る。実施例6において、基板52上には誘電体薄膜素子の
下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶
Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層
53上に下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物が形
成され、その上に下部電極54の第二層54bとしてRh、
Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有す
るPtが形成され、その上に高、強誘電体膜55が形成さ
れ、さらにその上に上部電極56としてRh、Ru、O
s、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPtが
形成されている構造になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the sixth embodiment. In Example 6, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region.
A conductive oxide is formed on the 53 as the first layer 54a of the lower electrode 54, and Rh is formed thereon as the second layer 54b of the lower electrode 54.
Pt containing at least one element of Ru, Os, and Ir is formed, a high ferroelectric film 55 is formed thereon, and Rh, Ru, O as an upper electrode 56 are further formed thereon.
It has a structure in which Pt containing at least one element of s and Ir is formed.

【0183】[作用] 下部電極54の第二層54bとしR
h、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含
有するPtを用いることにより、Ptの延性が小さくな
って剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径の
ばらつきが小さくなる。このことにより、600℃以上
の熱処理を施しても下部電極54の第二層54bの表面上に
ヒロックが発生せず平坦性が保たれると共に、高、強誘
電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われるの
で、欠陥発生が抑制される。また上部電極56にもRh、
Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有す
るPtを用いることで、上部電極形成後に600℃以上
の熱処理が施されても、高、強誘電体膜55下部電極54の
第二層54b及び上部電極56の界面にヒロック等の異常析
出物が発生することを防止できる。さらに、下部電極54
の第一層54aとして導電性酸化物を用いることにより、
下部電極54と下層53との接着性が良好になると共に、下
層53中のSi等の高、強誘電体膜55への拡散を阻止する
ことができる。
[Operation] As the second layer 54b of the lower electrode 54, R
By using Pt containing at least one element of h, Ru, Os, and Ir, the ductility of Pt is reduced and the rigidity is increased, and the crystal grain size is reduced to reduce the variation of the crystal grain size. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, and the flatness is maintained. Since the growth is performed favorably, the occurrence of defects is suppressed. In addition, Rh,
By using Pt containing at least one element of Ru, Os, and Ir, the second layer 54b of the high / ferroelectric film 55 lower electrode 54 can be formed even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the upper electrode is formed. Also, it is possible to prevent abnormal deposits such as hillocks from being generated at the interface of the upper electrode 56. In addition, the lower electrode 54
By using a conductive oxide as the first layer 54a of
Adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is improved, and diffusion of Si or the like in the lower layer 53 to the high-strength ferroelectric film 55 can be prevented.

【0184】[効果] 高、強誘電体膜55と下部電極54
の第二層54b及び上部電極56の界面にヒロック等の異常
析出物が存在しないことで、上部電極56,下部電極54間
に電圧を印加時に発生する電界集中を防止できるので、
絶縁耐圧及び耐疲労特性を向上せしめることができる。
さらには、下部電極54の第二層54bの結晶粒径が小さく
且つばらつきが少なく、ヒロックがないことより、高、
強誘電体膜55の熱処理時における核発生が均一で良好な
核成長が行われるので、欠陥のない高、強誘電体膜55が
形成できる。また、下部電極54と下層53との接着性が良
好で、高、強誘電体膜55中へのSi等の拡散を抑制でき
ているので、膜剥離が発生せず、絶縁耐圧、耐疲労特
性、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得ることができ
る。
[Effects] High, ferroelectric film 55 and lower electrode 54
Since no abnormal deposits such as hillocks exist at the interface between the second layer 54b and the upper electrode 56, it is possible to prevent electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the upper electrode 56 and the lower electrode 54.
The withstand voltage and fatigue resistance can be improved.
Furthermore, since the crystal grain size of the second layer 54b of the lower electrode 54 is small and has little variation, and there is no hillock, it is high.
Since nuclei are uniformly generated during the heat treatment of the ferroelectric film 55 and favorable nuclei growth is performed, a high-definition ferroelectric film 55 having no defects can be formed. Further, the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is good, and high, since it is possible to suppress the diffusion of Si and the like into the ferroelectric film 55, no film peeling occurs, dielectric strength, fatigue resistance characteristics A dielectric thin film element having an improved dielectric constant can be obtained.

【0185】7.基板上に形成された下部電極と、前記
下部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強
誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜
素子において、前記下部電極が絶縁膜、多結晶Si層あ
るいは半導体拡散領域上に形成される第一層とその上に
形成される第二層とその上に形成され前記高、強誘電体
膜と接する第三層とから構成され、前記下部電極の第一
層が導電性酸化物、第二層がPtで且つ第三層がRh、
Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有す
るPtであり、さらに前記上部電極が前記高、強誘電体
膜上に形成される第一層とその上に形成される第二層と
から構成され、前記上部電極の第一層がRh、Ru、O
s、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPtで
且つ前記上部電極の第二層がPtから構成されているこ
とを特徴とする誘電体薄膜素子。
7. In a dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film, The lower electrode is a first layer formed on an insulating film, a polycrystalline Si layer or a semiconductor diffusion region, a second layer formed on the first layer, and a third layer formed on the first layer and in contact with the high and ferroelectric films. And the first layer of the lower electrode is a conductive oxide, the second layer is Pt and the third layer is Rh,
It is Pt containing at least one element of Ru, Os and Ir, and the upper electrode is composed of a first layer formed on the high ferroelectric film and a second layer formed thereon. And the first layer of the upper electrode is Rh, Ru, O
A dielectric thin film element comprising Pt containing at least one element of s and Ir, and wherein the second layer of the upper electrode is composed of Pt.

【0186】[構成] この発明は実施例7に対応す
る。実施例7において基板52上には誘電体薄膜素子の下
層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶S
i層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層53
上に下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物が形成
され、その上に下部電極54の第二層54bとしてPtが形
成され、さらにその上に第三層54cとしてRh、Ru、
Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含有するPt
が形成され、その上に高、強誘電体膜55が形成されてい
る。さらに、高、強誘電体膜55上に上部電極56の第一層
56aとしてRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一
種の元素を含有するPtが形成され、その上に上部電極
56の第二層56bとしてPtが形成されている。
[Structure] The present invention corresponds to the seventh embodiment. In Example 7, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. This lower layer 53 is an insulating film, polycrystalline S
The i-layer or the semiconductor diffusion region corresponds to the lower layer 53
A conductive oxide is formed as the first layer 54a of the lower electrode 54, Pt is formed thereon as the second layer 54b of the lower electrode 54, and Rh, Ru as the third layer 54c is further formed thereon.
Pt containing at least one element of Os and Ir
Is formed, and a high ferroelectric film 55 is formed thereon. Furthermore, the first layer of the upper electrode 56 on the high ferroelectric film 55.
As 56a, Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir is formed, and the upper electrode is formed thereon.
Pt is formed as the second layer 56b of 56.

【0187】[作用] 下部電極54の第三層54cとして
Rh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を
含有するPtを用いることにより、Ptの延性が小さく
なって剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径
のばらつきが小さくなる。このことにより、600℃以
上の熱処理を施しても下部電極54の第三層54cの表面上
にヒロックが発生せず平坦性が保たれると共に、高、強
誘電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われる
ので、欠陥発生が抑制される。さらに上部電極54の第一
層54aにもRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一
種の元素を含有するPtを用いることで、上部電極形成
後に600℃以上の熱処理が施されても、高、強誘電体
膜55と下部電極54の第三層54c及び上部電極56の第一層
56aの界面にヒロック等の異常析出物が発生することを
防止できる。さらに、Rh、Ru、Os、Irのうち少
なくとも一種の元素を含有するPtを用いることによる
上下電極56,下部電極54抵抗の増大を、下部電極54の第
二層54b及び上部電極56の第二層56bとしPtを用いる
ことにより防止できる。また、下部電極54の第一層54a
として導電性酸化物を用いることにより、下部電極54と
下層53との接着性が良好になると共に、下層53中のSi
等の高、強誘電体膜55への拡散を阻止することができ
る。
[Operation] By using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir as the third layer 54c of the lower electrode 54, the ductility of Pt is reduced, the rigidity is increased, and the crystallinity is increased. The grain size becomes smaller and the variation in crystal grain size becomes smaller. As a result, hillocks are not generated on the surface of the third layer 54c of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, and the flatness is maintained. Since the growth is performed favorably, the occurrence of defects is suppressed. Furthermore, by using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir also in the first layer 54a of the upper electrode 54, even if heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the upper electrode is formed, Ferroelectric film 55, third layer 54c of lower electrode 54 and first layer of upper electrode 56
It is possible to prevent the occurrence of abnormal deposits such as hillocks at the interface of 56a. Further, the resistance of the upper and lower electrodes 56 and the lower electrode 54 is increased by using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir. This can be prevented by using Pt as the layer 56b. In addition, the first layer 54a of the lower electrode 54
By using a conductive oxide as the material, the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is improved, and the Si in the lower layer 53 is improved.
It is possible to prevent the diffusion to the ferroelectric film 55.

【0188】[効果] 高、強誘電体膜55と下部電極54
の第三層54c及び上部電極56の第一層56a界面にヒロッ
ク等の異常析出物が存在しないことで、上部電極56,下
部電極54間に電圧を印加時に発生する電界集中を防止で
きるので、絶縁耐圧及び耐疲労特性を向上せしめること
ができる。さらには、下部電極54の第三層54cの結晶粒
径が小さく且つばらつきが少なく、ヒロックがないこと
より、高、強誘電体膜55の熱処理時における核発生が均
一で良好な核成長が行われるので、欠陥のない高、強誘
電体膜55が形成できる。また、下部電極54と下層53との
接着性が良好で、高、強誘電体膜55中へのSi等の拡散
を抑制できているので、膜剥離が発生せず、絶縁耐圧、
耐疲労特性、誘電率が向上した高、強誘電体薄膜素子を
得ることができる。さらには、下部電極54の第二層54b
及び上部電極56の第二層56bとしてPtを用いることに
よる高抵抗化の防止により、従来からの誘電体薄膜素子
の電極抵抗を保持できる。
[Effect] High ferroelectric film 55 and lower electrode 54
Since no abnormal deposits such as hillocks are present at the interface between the third layer 54c and the first layer 56a of the upper electrode 56, it is possible to prevent the electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the upper electrode 56 and the lower electrode 54. The withstand voltage and fatigue resistance can be improved. Furthermore, since the crystal grain size of the third layer 54c of the lower electrode 54 is small and has little variation, and there is no hillock, high nucleation during the heat treatment of the ferroelectric film 55 is uniform and good nucleation is achieved. As a result, the high ferroelectric film 55 without defects can be formed. Further, the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is good, high, since it is possible to suppress the diffusion of Si and the like into the ferroelectric film 55, the film peeling does not occur, the dielectric strength,
It is possible to obtain a high ferroelectric thin film element having improved fatigue resistance and dielectric constant. Further, the second layer 54b of the lower electrode 54
Also, by preventing Pt from being used as the second layer 56b of the upper electrode 56, it is possible to maintain the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element.

【0189】8.Rh、Ru、Os、Irのうち少なく
とも一種の元素を含有するPtからなる電極において、
Rh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を
重量比で10%含有させたことを特徴とする前記1.か
ら前記7.記載の誘電体薄膜素子。
8. In an electrode made of Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os and Ir,
At least one element selected from the group consisting of Rh, Ru, Os, and Ir is contained in an amount of 10% by weight. To the above 7. The dielectric thin film element described.

【0190】[構成] この発明は実施例1〜7に対応
する。
[Structure] The present invention corresponds to Embodiments 1 to 7.

【0191】[作用] 高、強誘電体膜55に接する下部
電極54としてRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも
一種の元素を10%含有するPtを用いることによっ
て、Ptの延性が小さくなって剛性を増し、且つ結晶粒
径が小さくなり結晶粒径のばらつきが小さくなる。この
ことにより、600℃以上の熱処理を施しても下部電極
54の高、強誘電体膜55に接する表面上にヒロックが発生
せず平坦性が保たれると共に、高、強誘電体膜55の熱処
理時における核成長が良好に行われるので、欠陥発生が
抑制される。さらに高、強誘電体膜55に接する上部電極
56にもRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の
元素を10%含有するPtを用いることで、上部電極形
成後に600℃以上の熱処理が施されても、下部電極54
及び上部電極56の高、強誘電体膜55と接する界面にヒロ
ック等の異常析出物が発生することを防止できる。
[Operation] By using Pt containing 10% of at least one of Rh, Ru, Os, and Ir as the lower electrode 54 in contact with the ferroelectric film 55, the ductility of Pt becomes small. The rigidity is increased, the crystal grain size is reduced, and the variation of the crystal grain size is reduced. As a result, even if heat treatment at 600 ° C or higher is performed, the lower electrode
No hillocks are generated on the surface of the high and ferroelectric film 55, flatness is maintained, and nuclei are grown well during the heat treatment of the high and ferroelectric film 55, so that no defect is generated. Suppressed. Higher upper electrode in contact with the ferroelectric film 55
By using Pt containing 10% of at least one element out of Rh, Ru, Os, and Ir also for 56, even if the lower electrode 54 is heat-treated at 600 ° C. or higher after the upper electrode is formed.
Also, it is possible to prevent abnormal deposits such as hillocks from being generated at the interface between the high electrode 56 and the ferroelectric film 55.

【0192】[効果] 下部電極54及び上部電極56の
高、強誘電体膜55と接する界面にヒロック等の異常析出
物が存在しないことで、上部電極56,下部電極54間に電
圧を印加時に発生する電界集中を防止できるので、絶縁
耐圧及び耐疲労特性を向上せしめることができる。さら
には、高、強誘電体膜55と接する下部電極表面の結晶粒
径が小さく且つばらつきが少なく、ヒロックがないこと
より、高、強誘電体膜55の熱処理時における核発生が均
一で良好な核成長が行われるので、欠陥のない高、強誘
電体膜55が形成できる。従って、絶縁耐圧、耐疲労特
性、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得ることができ
る。
[Effects] Abnormal precipitates such as hillocks do not exist at the interfaces of the lower electrode 54 and the upper electrode 56 which are in contact with the ferroelectric film 55. Therefore, when a voltage is applied between the upper electrode 56 and the lower electrode 54, Since it is possible to prevent the generated electric field concentration, it is possible to improve the dielectric strength and fatigue resistance. Furthermore, since the crystal grain size on the surface of the lower electrode in contact with the high ferroelectric film 55 is small and the variation is small and there is no hillock, the generation of nuclei during the heat treatment of the high ferroelectric film 55 is uniform and good. Since the nuclei are grown, a high-definition ferroelectric film 55 having no defects can be formed. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant.

【0193】9.基板上に形成された下部電極と、前記
下部電極上に形成されたBi層状強誘電体膜と、前記B
i層状強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘
電体薄膜素子において、前記下部電極がBiもしくはB
iとSrを含有するPtから構成されていることを特徴
とする誘電体薄膜素子。
9. A lower electrode formed on the substrate; a Bi layered ferroelectric film formed on the lower electrode;
In a dielectric thin film element having an upper electrode formed on an i-layered ferroelectric film, the lower electrode is Bi or B
A dielectric thin film element comprising Pt containing i and Sr.

【0194】[構成] この発明は実施例8に対応す
る。実施例8において基板52上には高、強誘電体薄膜素
子の下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多
結晶Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その
下層53上に下部電極54としてBiもしくはBiとSrを
含有するPtが形成され、その上にBi層状強誘電体膜
(高、強誘電体膜)55が形成され、さらにその上に上部
電極56としてPtが形成されている構造になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the eighth embodiment. In the eighth embodiment, the lower layer 53 of the high ferroelectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region. On the lower layer 53, Bi or Pt containing Bi and Sr is formed as a lower electrode 54, and a Bi layered ferroelectric substance is formed thereon. A film (high, ferroelectric film) 55 is formed, and Pt as an upper electrode 56 is further formed thereon.

【0195】[作用] 下部電極54としてBiもしくは
BiとSrを含有するPtを用い、Bi層状強誘電体膜
55形成前にBi2 Pt、BiPt、Pt3 Sr7 等の合
金化を行っておくことにより、例えばSrを含むBi層
状強誘電体膜55を形成時において600℃以上の熱処理
を施しても、下部電極54へのBi層状強誘電体膜55の元
素であるBiもしくはSrの拡散を防止できる。
[Operation] As the lower electrode 54, Bi or Pt containing Bi and Sr is used, and the Bi layered ferroelectric film is used.
By alloying Bi 2 Pt, BiPt, Pt 3 Sr 7 etc. before formation of 55, even if a Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is subjected to a heat treatment at 600 ° C. or higher during formation, It is possible to prevent diffusion of Bi or Sr, which is an element of the Bi layered ferroelectric film 55, into the lower electrode 54.

【0196】[効果] Bi層状強誘電体膜55中の元素
が下部電極54へ拡散しないことで、Bi層状強誘電体膜
55の組成変化が生じず、良好なBi層状強誘電体膜55が
形成可能となる。従って、絶縁耐圧、誘電率が向上した
誘電体薄膜素子を得ることができる。
[Effect] Since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54, the Bi layered ferroelectric film is formed.
The composition of 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant.

【0197】10.前記下部電極及び上部電極がBiも
しくはBiとSrを含有するPtから構成されているこ
とを特徴とする前記9.記載の誘電体薄膜素子。
10. 8. The lower electrode and the upper electrode are composed of Bi or Pt containing Bi and Sr. The dielectric thin film element described.

【0198】[構成] この発明は実施例9に対応す
る。実施例9において基板52上には誘電体薄膜素子の下
層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶S
i層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層53
上に下部電極54としてBiもしくはBiとSrを含有す
るPtが形成され、その上にBi層状強誘電体膜55が形
成され、その上に上部電極56としてBiもしくはBiと
Srを含有するPtが形成されている構造になってい
る。
[Structure] This invention corresponds to the ninth embodiment. In Example 9, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. This lower layer 53 is an insulating film, polycrystalline S
The i-layer or the semiconductor diffusion region corresponds to the lower layer 53
Pt containing Bi or Bi and Sr is formed thereon as a lower electrode 54, a Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon, and Pt containing Bi or Bi and Sr is formed as an upper electrode 56 thereon. The structure is formed.

【0199】[作用] 下部電極54及び上部電極56とし
てBiもしくはBiとSrを含有するPtを用い、電極
形成時においてBi2 Pt、BiPt、Pt3 Sr7
の合金化を行っておくことにより、例えばSrを含むB
i層状強誘電体膜55を形成時もしくは上部電極形成後に
おいて600℃以上の熱処理が施されても、下部電極54
及び上部電極56へのBi層状強誘電体膜55の元素である
BiもしくはSrの拡散を防止できる。
[Operation] By using Pt containing Bi or Bi and Sr as the lower electrode 54 and the upper electrode 56, by alloying Bi 2 Pt, BiPt, Pt 3 Sr 7 etc. during electrode formation , B containing Sr, for example
Even if a heat treatment of 600 ° C. or more is performed during the formation of the i-layered ferroelectric film 55 or after the formation of the upper electrode, the lower electrode 54
Further, it is possible to prevent diffusion of Bi or Sr, which is an element of the Bi layered ferroelectric film 55, into the upper electrode 56.

【0200】[効果] Bi層状強誘電体膜55中の元素
が下部電極54及び上部電極56へ拡散しないことで、Bi
層状強誘電体膜55の組成変化が生じず、良好なBi層状
強誘電体膜55が形成可能となる。従って、絶縁耐圧、誘
電率が向上した誘電体薄膜素子を得ることができる。
[Effect] The elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54 and the upper electrode 56, and
The composition of the layered ferroelectric film 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant.

【0201】11.基板上に形成された下部電極と、前
記下部電極上に形成されたBi層状強誘電体膜と、前記
Bi層状強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する
誘電体薄膜素子において、前記下部電極が基板上に形成
される第一層とその上に形成され前記Bi層状強誘電体
膜と接する第二層とから構成され、前記下部電極の第一
層がPtで且つ前記下部電極の第二層がBiもしくはB
iとSrを含有するPtから構成されていることを特徴
とする誘電体薄膜素子。
11. A dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a Bi layered ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the Bi layered ferroelectric film, wherein: The lower electrode is composed of a first layer formed on a substrate and a second layer formed thereon and in contact with the Bi layered ferroelectric film, wherein the first layer of the lower electrode is Pt and the lower electrode is The second layer is Bi or B
A dielectric thin film element comprising Pt containing i and Sr.

【0202】[構成] この発明は実施例10に対応す
る。実施例10において基板52上には誘電体薄膜素子の
下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶
Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層
53上に下部電極54の第一層54aとしてPtが形成され、
その上に下部電極54の第二層54bとしてBiもしくはB
iとSrを含有するPtが形成され、その上にBi層状
強誘電体膜55が形成され、さらにその上に上部電極56と
してPtが形成されている構造になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the tenth embodiment. In the tenth embodiment, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region.
Pt is formed on the 53 as the first layer 54a of the lower electrode 54,
On top of that, Bi or B is used as the second layer 54b of the lower electrode 54.
The structure is such that Pt containing i and Sr is formed, a Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon, and Pt is further formed thereon as an upper electrode 56.

【0203】[作用] 下部電極54の第二層54bとして
BiもしくはBiとSrを含有するPtを用い、Bi層
状強誘電体膜形成前にBi2 Pt、BiPt、Pt3
7等の合金化を行っておくことにより、例えばSrを
含むBi層状強誘電体膜55を形成時において600℃以
上の熱処理を施しても、下部電極54へのBi層状強誘電
体膜55の元素であるBiもしくはSrの拡散を防止でき
る。さらに、BiもしくはBiとSrを含有するPtを
用いることによる下部電極抵抗の増大を、下部電極54の
第一層54aとしてPtを用いることにより防止できる。
[Operation] Bi or Pt containing Bi and Sr is used as the second layer 54b of the lower electrode 54, and Bi 2 Pt, BiPt, Pt 3 S is formed before forming the Bi layered ferroelectric film.
By alloying r 7 etc., the Bi layered ferroelectric film 55 for the lower electrode 54 can be formed even if a heat treatment of 600 ° C. or more is performed when the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is formed. It is possible to prevent the diffusion of Bi or Sr, which is the element. Further, an increase in the lower electrode resistance due to the use of Pt containing Bi or Bi and Sr can be prevented by using Pt as the first layer 54a of the lower electrode 54.

【0204】[効果] Bi層状強誘電体膜55中の元素
が下部電極54へ拡散しないことで、Bi層状強誘電体膜
55の組成変化が生じず、良好なBi層状強誘電体膜55が
形成可能となる。従って、絶縁耐圧、誘電率が向上した
誘電体薄膜素子を得ることができる。また、下部電極54
の第一層54aとしてPtを用いることによる高抵抗化の
防止により、従来からの誘電体薄膜素子の電極抵抗を保
持できる。
[Effect] The elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54, so that the Bi layered ferroelectric film is formed.
The composition of 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant. Also, the lower electrode 54
Since Pt is used as the first layer 54a to prevent the resistance from increasing, the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element can be maintained.

【0205】12.基板上に形成された下部電極と、前
記下部電極上に形成されたBi層状強誘電体膜と、前記
Bi層状強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する
誘電体薄膜素子において、前記下部電極が基板上に形成
される第一層とその上に形成され前記Bi層状強誘電体
膜と接する第二層とから構成され、前記下部電極の第一
層がPtで且つ前記下部電極の第二層がBiもしくはB
iとSrを含有するPtであり、さらに前記上部電極が
前記Bi層状強誘電体膜上に形成される第一層とその上
に形成される第二層とから構成され、前記上部電極の第
一層がBiもしくはBiとSrを含有するPtで且つ前
記上部電極の第二層がPtから構成されていることを特
徴とする誘電体薄膜素子。
12. A dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a Bi layered ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the Bi layered ferroelectric film, wherein: The lower electrode is composed of a first layer formed on a substrate and a second layer formed thereon and in contact with the Bi layered ferroelectric film, wherein the first layer of the lower electrode is Pt and the lower electrode is The second layer is Bi or B
Pt containing i and Sr, wherein the upper electrode is composed of a first layer formed on the Bi layered ferroelectric film and a second layer formed on the first layer. A dielectric thin film element, wherein one layer is Pt containing Bi or Bi and Sr and the second layer of the upper electrode is composed of Pt.

【0206】[構成] この発明は実施例11に対応す
る。実施例11において基板52上には誘電体薄膜素子の
下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶
Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層
53上に下部電極54の第一層54aとしてPtが形成され、
その上に下部電極54の第二層54bとしてBiもしくはB
iとSrを含有するPtが形成され、その上にBi層状
強誘電体膜55が形成されている。さらに、Bi層状強誘
電体膜55上に上部電極56の第一層56aとしてBiもしく
はBiとSrを含有するPtが形成され、その上に上部
電極56の第二層56bとしてPtが形成されている。
[Structure] The present invention corresponds to the eleventh embodiment. In Example 11, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region.
Pt is formed on the 53 as the first layer 54a of the lower electrode 54,
On top of that, Bi or B is used as the second layer 54b of the lower electrode 54.
Pt containing i and Sr is formed, and a Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon. Further, Pt containing Bi or Bi and Sr is formed as the first layer 56a of the upper electrode 56 on the Bi layered ferroelectric film 55, and Pt is formed thereon as the second layer 56b of the upper electrode 56. There is.

【0207】[作用] 下部電極54の第二層54b及び上
部電極54の第一層54aとしてBiもしくはBiとSrを
含有するPtを用い、電極形成時においてBi2 Pt、
BiPt、Pt3 Sr7 等の合金化を行っておくことに
より、例えばSrを含むBi層状強誘電体膜55を形成時
もしくは上部電極形成後において600℃以上の熱処理
が施されても、下部電極54及び上部電極56へのBi層状
強誘電体膜55の元素であるBiもしくはSrの拡散を防
止できる。さらに、BiもしくはBiとSrを含有する
Ptを用いることによる上部電極56,下部電極54抵抗の
増大を、下部電極54の第一層54a及び上部電極56の第二
層56bとしてPtを用いることにより防止できる。
[Operation] Bi or Pt containing Bi and Sr is used as the second layer 54b of the lower electrode 54 and the first layer 54a of the upper electrode 54, and Bi 2 Pt,
By alloying BiPt, Pt 3 Sr 7, etc., the lower electrode can be formed even if a heat treatment at 600 ° C. or more is performed at the time of forming the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr or after forming the upper electrode. It is possible to prevent diffusion of Bi or Sr, which is an element of the Bi layered ferroelectric film 55, into the 54 and the upper electrode 56. Furthermore, the increase of the resistance of the upper electrode 56 and the lower electrode 54 by using Pt containing Bi or Bi and Sr can be improved by using Pt as the first layer 54a of the lower electrode 54 and the second layer 56b of the upper electrode 56. It can be prevented.

【0208】[効果] Bi層状強誘電体膜55中の元素
が下部電極54及び上部電極56へ拡散しないことで、Bi
層状強誘電体膜55の組成変化が生じず、良好なBi層状
強誘電体膜55が形成可能となる。従って、絶縁耐圧、誘
電率が向上した誘電体薄膜素子を得ることができる。ま
た、下部電極54の第一層54a及び上部電極56の第二層56
bとしてPtを用いることによる高抵抗化の防止によ
り、従来からの誘電体薄膜素子の電極抵抗を保持でき
る。
[Effect] The elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54 and the upper electrode 56, and
The composition of the layered ferroelectric film 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant. In addition, the first layer 54 a of the lower electrode 54 and the second layer 56 of the upper electrode 56.
By preventing the resistance from increasing by using Pt as b, the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element can be maintained.

【0209】13.基板上に形成された下部電極と、前
記下部電極上に形成されたBi層状強誘電体膜と、前記
Bi層状強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する
誘電体薄膜素子において、前記下部電極が基板上に形成
される第一層とその上に形成され前記Bi層状強誘電体
膜と接する第二層とから構成され、前記下部電極の第一
層が導電性酸化物で且つ前記下部電極の第二層がBiも
しくはBiとSrを含有するPt材料から構成されてい
ることを特徴とする誘電体薄膜素子。
13. A dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a Bi layered ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the Bi layered ferroelectric film, wherein: The lower electrode is composed of a first layer formed on a substrate and a second layer formed thereon and in contact with the Bi layered ferroelectric film, wherein the first layer of the lower electrode is a conductive oxide and 2. A dielectric thin film element, wherein the second layer of the lower electrode is composed of Bi or a Pt material containing Bi and Sr.

【0210】[構成]この発明は実施例12に対応す
る。実施例12において、基板52上には誘電体薄膜素子
の下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結
晶Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下
層53上に下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物が
形成され、その上に下部電極54の第二層54bとしてBi
もしくはBiとSrを含有するPtが形成され、その上
にBi層状強誘電体膜55が形成され、さらにその上に上
部電極56としてPtが形成されている構造になってい
る。
[Structure] The present invention corresponds to the twelfth embodiment. In Example 12, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region. A conductive oxide is formed on the lower layer 53 as the first layer 54a of the lower electrode 54, and the conductive oxide of the lower electrode 54 is formed thereon. Bi as the two layers 54b
Alternatively, the structure is such that Pt containing Bi and Sr is formed, the Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon, and Pt is further formed thereon as the upper electrode 56.

【0211】[作用] 下部電極54の第二層54bとして
BiもしくはBiとSrを含有するPtを用い、Bi層
状強誘電体膜形成前にBi2 Pt、BiPt、Pt3
7等の合金化を行っておくことにより、例えばSrを
含むBi層状強誘電体膜55を形成時において600℃以
上の熱処理を施しても、下部電極54へのBi層状強誘電
体膜55の元素であるBiもしくはSrの拡散を防止でき
る。さらに、下部電極54の第一層54aとして導電性酸化
物を用いることにより、下部電極54と下層53との接着性
が良好になると共に、下層53中のSi等のBi層状強誘
電体膜55中への拡散を阻止することができる。
[Operation] Bi or Pt containing Bi and Sr is used as the second layer 54b of the lower electrode 54, and Bi 2 Pt, BiPt, Pt 3 S is formed before the formation of the Bi layered ferroelectric film.
By alloying r 7 etc., the Bi layered ferroelectric film 55 for the lower electrode 54 can be formed even if a heat treatment of 600 ° C. or more is performed when the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is formed. It is possible to prevent the diffusion of Bi or Sr, which is the element. Furthermore, by using a conductive oxide as the first layer 54a of the lower electrode 54, the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is improved, and the Bi layered ferroelectric film 55 such as Si in the lower layer 53 is formed. It is possible to prevent the diffusion inside.

【0212】[効果] Bi層状強誘電体膜55中の元素
が下部電極54へ拡散しないことで、Bi層状強誘電体膜
55の組成変化が生じず、良好なBi層状強誘電体膜55が
形成可能となる。また、下部電極54と下層53との接着性
が良好で、Bi層状強誘電体膜55へのSi等の拡散を抑
制できているので、膜剥離が発生せず、絶縁耐圧、誘電
率が向上した誘電体薄膜素子を得ることができる。
[Effect] The elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54, so that the Bi layered ferroelectric film is formed.
The composition of 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. In addition, since the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is good and the diffusion of Si or the like into the Bi layered ferroelectric film 55 can be suppressed, film peeling does not occur and the dielectric strength and dielectric constant are improved. The dielectric thin film element can be obtained.

【0213】14.前記下部電極の第二層及び上部電極
がBiもしくはBiとSrを含有するPt材料から構成
されていることを特徴とする前記13.記載の誘電体薄
膜素子。
14. 13. The second layer of the lower electrode and the upper electrode are made of Bi or a Pt material containing Bi and Sr. The dielectric thin film element described.

【0214】[構成] この発明は実施例13に対応す
る。実施例13において基板52上には誘電体薄膜素子の下
層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶S
i層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層53
上に下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物が形成
され、その上に下部電極54の第二層54bとしてBiもし
くはBiとSrを含有するPtが形成され、その上にB
i層状強誘電体膜55が形成され、さらにその上に上部電
極56としてBiもしくはBiとSrを含有するPtが形
成されている構造になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the thirteenth embodiment. In Example 13, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. This lower layer 53 is an insulating film, polycrystalline S
The i-layer or the semiconductor diffusion region corresponds to the lower layer 53
A conductive oxide is formed as the first layer 54a of the lower electrode 54, and Bi or Pt containing Bi and Sr is formed as the second layer 54b of the lower electrode 54 on the conductive oxide.
An i-layered ferroelectric film 55 is formed, and Bi or Pt containing Bi and Sr is formed as an upper electrode 56 on the i-layered ferroelectric film 55.

【0215】[作用] 下部電極54の第二層54b及び上
部電極56としてBiもしくはBiとSrを含有するPt
を用い、電極形成時においてBi2 Pt、BiPt、P
3Sr7 等の合金化を行っておくことにより、例えば
Srを含むBi層状強誘電体膜55を形成時もしくは上部
電極形成後において600℃以上の熱処理が施されて
も、上部電極56,下部電極54へのBi層状強誘電体膜55
の元素であるBiもしくはSrの拡散を防止できる。さ
らに、下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物を用
いることにより、下部電極54と下層53との接着性が良好
になると共に、下層53中のSi等のBi層状強誘電体膜
55への拡散を阻止することができる。
[Operation] As the second layer 54b of the lower electrode 54 and the upper electrode 56, Pt containing Bi or Bi and Sr
Is used to form Bi 2 Pt, BiPt, P
By alloying with t 3 Sr 7 or the like, for example, even when the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is formed or after heat treatment at 600 ° C. or more is performed after the formation of the upper electrode, the upper electrode 56, Bi layered ferroelectric film 55 on the lower electrode 54
It is possible to prevent the diffusion of Bi or Sr, which is the element. Furthermore, by using a conductive oxide as the first layer 54a of the lower electrode 54, the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is improved, and the Bi layered ferroelectric film such as Si in the lower layer 53 is formed.
It is possible to prevent the diffusion to 55.

【0216】[効果] Bi層状強誘電体膜55中の元素
が上部電極56,下部電極54へ拡散しないことで、Bi層
状強誘電体膜55の組成変化が生じず、良好なBi層状強
誘電体膜55が形成可能となる。また、下部電極54と下層
53との接着性が良好で、Bi層状強誘電体膜55中へのS
i等の拡散を抑制できているので、膜剥離が発生せず、
絶縁耐圧、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得ること
ができる。
[Effect] Since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the upper electrode 56 and the lower electrode 54, the composition of the Bi layered ferroelectric film 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film is obtained. The body membrane 55 can be formed. Also, the lower electrode 54 and the lower layer
Adhesiveness to 53 is good and S in Bi layered ferroelectric film 55
Since the diffusion of i etc. can be suppressed, film peeling does not occur,
It is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant.

【0217】15.基板上に形成された下部電極と、前
記下部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、
強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄
膜素子において、前記下部電極が前記基板上に形成され
る第一層とその上に形成される第二層とその上に形成さ
れ前記高、強誘電体膜と接する第三層とから構成され、
前記下部電極の第一層が導電性酸化物、第二層がPtで
且つ第三層がBiもしくはBiとSrを含有するPtで
あり、さらに前記上部電極が前記高、強誘電体膜上に形
成される第一層とその上に形成される第二層とから構成
され、前記上部電極の第一層がBiもしくはBiとSr
を含有するPtで且つ前記上部電極の第二層がPtから
構成されていることを特徴とする誘電体薄膜素子。
15. A lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, the high electrode,
In a dielectric thin film element having an upper electrode formed on a ferroelectric film, the lower electrode is formed on a first layer formed on the substrate, a second layer formed thereon and a second layer formed thereon. And a third layer in contact with the ferroelectric film,
The first layer of the lower electrode is a conductive oxide, the second layer is Pt and the third layer is Pt containing Bi or Bi and Sr, and the upper electrode is on the high ferroelectric film. It is composed of a first layer formed and a second layer formed thereon, and the first layer of the upper electrode is Bi or Bi and Sr.
2. A dielectric thin film element comprising Pt and containing Pt as a second layer of the upper electrode.

【0218】[構成] この発明は実施例14に対応す
る。実施例14において基板52上には誘電体薄膜素子の
下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶
Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層
53上に下部電極54の第一層54aとして導電性酸化が形成
され、その上に下部電極54の第二層54bとしてPtが形
成され、さらにその上に第三層54cとしてBiもしくは
BiとSrを含有するPtが形成され、その上にBi層
状強誘電体膜55が形成されている。さらに、Bi層状強
誘電体膜55上に上部電極56の第一層56aとしてBiもし
くはBiとSrを含有するPtが形成され、その上に上
部電極56の第二層56bとしてPtが形成されている。
[Structure] The present invention corresponds to the fourteenth embodiment. In Example 14, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region.
Conductive oxidation is formed as the first layer 54a of the lower electrode 54 on 53, Pt is formed thereon as the second layer 54b of the lower electrode 54, and Bi or Bi and Sr as the third layer 54c is further formed thereon. Is formed, and a Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon. Further, Pt containing Bi or Bi and Sr is formed as the first layer 56a of the upper electrode 56 on the Bi layered ferroelectric film 55, and Pt is formed thereon as the second layer 56b of the upper electrode 56. There is.

【0219】[作用] 下部電極56の第三層56c及び上
部電極56の第一層56aとしてBiもしくはBiとSrを
含有するPtを用い、電極形成時においてBi2 Pt、
BiPt、Pt3 Sr7 等の合金化を行っておくことに
より、例えばSrを含むBi層状強誘電体膜55を形成時
もしくは上部電極形成後において600℃以上の熱処理
が施されても、下部電極54及び上部電極56へのBi層状
強誘電体膜55の元素であるBiもしくはSrの拡散を防
止できる。さらに、BiもしくはBiとSrを含有する
Ptを用いることによる上部電極56,下部電極54抵抗の
増大を、下部電極54の第二層54b及び上部電極56の第二
層56bとしてPtを用いることにより防止できる。ま
た、下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物を用い
ることにより、下部電極54と下層53との接着性が良好に
なると共に、下層53中のSi等のBi層状強誘電体膜55
への拡散を阻止することができる。
[Operation] Bi or Pt containing Bi and Sr is used as the third layer 56c of the lower electrode 56 and the first layer 56a of the upper electrode 56, and Bi 2 Pt,
By alloying BiPt, Pt 3 Sr 7, etc., the lower electrode can be formed even if a heat treatment at 600 ° C. or more is performed at the time of forming the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr or after forming the upper electrode. It is possible to prevent diffusion of Bi or Sr, which is an element of the Bi layered ferroelectric film 55, into the 54 and the upper electrode 56. Furthermore, the increase of the resistance of the upper electrode 56 and the lower electrode 54 by using Pt containing Bi or Bi and Sr is improved by using Pt as the second layer 54b of the lower electrode 54 and the second layer 56b of the upper electrode 56. It can be prevented. Further, by using a conductive oxide as the first layer 54a of the lower electrode 54, the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is improved, and the Bi layered ferroelectric film 55 such as Si in the lower layer 53 is formed.
Can be prevented from spreading.

【0220】[効果] Bi層状強誘電体膜55中の元素
が下部電極54及び上部電極56へ拡散しないことで、Bi
層状強誘電体膜55の組成変化が生じず、良好なBi層状
強誘電体膜55が形成可能となる。また、下部電極54と下
層53との接着性が良好で、Bi層状強誘電体膜55中への
Si等の拡散を抑制できているので、膜剥離が発生せ
ず、絶縁耐圧、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得る
ことができる。さらには、下部電極5 の第二層54b及び
上部電極56の第二層56bとしてPtを用いることによる
高抵抗化の防止により、従来からの誘電体薄膜素子の電
極抵抗を保持できる。
[Effect] The element in the Bi layered ferroelectric film 55 does not diffuse to the lower electrode 54 and the upper electrode 56, and
The composition of the layered ferroelectric film 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. In addition, since the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is good and the diffusion of Si or the like into the Bi layered ferroelectric film 55 can be suppressed, film peeling does not occur and the dielectric strength and dielectric constant are An improved dielectric thin film element can be obtained. Furthermore, by preventing Pt from being used as the second layer 54b of the lower electrode 5 and the second layer 56b of the upper electrode 56, it is possible to maintain the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element.

【0221】16.Biを含有するPt材料から構成さ
れている電極において、原子比でBi:Pt=2:1も
しくは1:1とすることを特徴とする前記9.から前記
15.記載の誘電体薄膜素子。
16. 9. An electrode made of a Pt material containing Bi, wherein the atomic ratio is Bi: Pt = 2: 1 or 1: 1. To the above 15. The dielectric thin film element described.

【0222】[構成] この発明は実施例8〜14に対
応する。
[Structure] The present invention corresponds to Embodiments 8 to 14.

【0223】[作用] Bi層状強誘電体膜55に接する
下部電極54として原子比でBi:Pt=2:1もしくは
1:1なるPtを用い、Bi層状強誘電体膜形成前にB
2Pt、BiPt等の合金化を行っておくことによ
り、Bi層状強誘電体膜55を形成時において600℃以
上の熱処理が施されても、下部電極54へBi層状強誘電
体膜55の元素であるBiの拡散を防止できる。さらに、
Bi層状強誘電体膜55に接する上部電極56として原子比
でBi:Pt=2:1もしくは1:1なるPtを用い、
電極形成時においてBi2 Pt、BiPt等の合金化を
行っておくことにより、上部電極形成後に600℃以上
の熱処理が施されても、上部電極56へのBiの拡散を防
止できる。
[Operation] Pt having an atomic ratio of Bi: Pt = 2: 1 or 1: 1 is used as the lower electrode 54 in contact with the Bi layered ferroelectric film 55, and B is formed before the formation of the Bi layered ferroelectric film.
By alloying i 2 Pt, BiPt, or the like, even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed at the time of forming the Bi layered ferroelectric film 55, the Bi layered ferroelectric film 55 is formed on the lower electrode 54. It is possible to prevent the diffusion of the element Bi. further,
As the upper electrode 56 in contact with the Bi layered ferroelectric film 55, Pt having an atomic ratio of Bi: Pt = 2: 1 or 1: 1 is used,
By alloying Bi 2 Pt, BiPt, or the like at the time of forming the electrode, it is possible to prevent the diffusion of Bi into the upper electrode 56 even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the upper electrode is formed.

【0224】[効果] Bi層状強誘電体膜55中の元素
が下部電極54及び上部電極56へ拡散しないことで、Bi
層状強誘電体膜55の組成変化が生じず、良好なBi層状
強誘電体膜55が形成可能となる。従って、絶縁耐圧、耐
疲労特性、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得ること
ができる。
[Effect] Since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54 and the upper electrode 56, Bi
The composition of the layered ferroelectric film 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength, fatigue resistance, and dielectric constant.

【0225】17.基板上に形成された下部電極と、前
記下部電極上に形成されたBi層状強誘電体膜と、前記
Bi層状強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する
誘電体薄膜素子において、前記下部電極がRh、Ru、
Os、Irのうち少なくとも一種の元素、及びBiもし
くはBiとSrを含有するPtから構成されていること
を特徴とする誘電体薄膜素子。
17. A dielectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a Bi layered ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the Bi layered ferroelectric film, wherein: The lower electrode is Rh, Ru,
A dielectric thin film element comprising at least one element of Os and Ir and Pt containing Bi or Bi and Sr.

【0226】[構成] この発明は実施例15に対応す
る。実施例15において基板52上には誘電体薄膜素子の
下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶
Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層
53上に下部電極54としてRu、Rh、Os、Irのうち
少なくとも一種の元素及びBiもしくはBiとSrを含
有するPtが形成され、その上にBi層状強誘電体膜55
が形成され、さらにその上に上部電極56としてPtが形
成されている構造になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the fifteenth embodiment. In the fifteenth embodiment, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region.
A Pt containing at least one element of Ru, Rh, Os, and Ir or Bi or Bi and Sr is formed as a lower electrode 54 on the 53, and a Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon.
Is formed, and Pt is further formed thereon as the upper electrode 56.

【0227】[作用] 下部電極54としてPt中にR
u、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含
有していることより、Ptの延性が小さくなって剛性を
増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径のばらつきが
小さくなる。このことより、600℃以上の熱処理を施
しても下部電極103の表面上にヒロックが発生せず平
坦性が保たれると共に、Bi層状強誘電体膜55の熱処理
時における核成長が良好に行われるので、欠陥発生が抑
制される。さらに、下部電極54にBiもしくはBiとS
rを含有するPtを用い、Bi層状強誘電体膜形成前に
Bi2 Pt、BiPt、Pt3 Sr7 等の合金化を行っ
ておくことにより、例えばSrを含むBi層状強誘電体
膜55を形成時において600℃以上の熱処理を施して
も、下部電極54へのBi層状強誘電体膜55の元素である
BiもしくはSrの拡散を防止できる。
[Operation] R in Pt as the lower electrode 54
By containing at least one element of u, Rh, Os, and Ir, the ductility of Pt is reduced and the rigidity is increased, and the crystal grain size is reduced to reduce the variation of the crystal grain size. As a result, hillocks are not generated on the surface of the lower electrode 103 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or more, the flatness is maintained, and the nucleus growth during the heat treatment of the Bi layered ferroelectric film 55 is performed well. Therefore, the occurrence of defects is suppressed. Further, Bi or Bi and S are added to the lower electrode 54.
By using Pt containing r and alloying Bi 2 Pt, BiPt, Pt 3 Sr 7 etc. before forming the Bi layered ferroelectric film, for example, the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is formed. Even when heat treatment is performed at 600 ° C. or higher during formation, diffusion of Bi or Sr, which is an element of the Bi layered ferroelectric film 55, into the lower electrode 54 can be prevented.

【0228】[効果] 下部電極54表面にヒロック等の
異常析出物が存在しないことで、上部電極56,下部電極
54間に電圧を印加時に発生する電界集中を防止できるの
で、絶縁耐圧及び耐疲労特性を向上せしめることができ
る。また、下部電極54の結晶粒径が小さく且つばらつき
が少なく、ヒロックがないことより、Bi層状強誘電体
膜55の熱処理時における核発生が均一で良好な核成長が
行われるので、欠陥のないBi層状強誘電体膜55が形成
できる。さらには、Bi層状強誘電体膜55中の元素が下
部電極54へ拡散しないことで、Bi層状強誘電体膜55の
組成変化が生じず、良好なBi層状強誘電体膜55が形成
可能となる。従って、絶縁耐圧、誘電率が向上した誘電
体薄膜素子を得ることができる。
[Effect] Since no abnormal deposits such as hillocks are present on the surface of the lower electrode 54, the upper electrode 56, the lower electrode
Since it is possible to prevent the electric field concentration that occurs when a voltage is applied between 54, it is possible to improve the dielectric strength and fatigue resistance. In addition, since the crystal grain size of the lower electrode 54 is small and the variation is small, and there is no hillock, nuclei are uniformly generated during heat treatment of the Bi layered ferroelectric film 55 and good nucleation is performed, so that there is no defect. The Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Furthermore, since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54, the composition of the Bi layered ferroelectric film 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Become. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant.

【0229】18.前記下部電極及び上部電極がRh、
Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素、及びB
iもしくはBiとSrを含有するPtから構成されてい
ることを特徴とする前記17.記載の誘電体薄膜素子。
18. The lower electrode and the upper electrode are Rh,
At least one element of Ru, Os, and Ir, and B
17. Pt containing i or Bi and Sr. The dielectric thin film element described.

【0230】[構成] この発明は実施例16に対応す
る。実施例16において基板52上には誘電体薄膜素子の
下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結晶
Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下層
53上に下部電極54としてRu、Rh、Os、Irのうち
少なくとも一種の元素およびBiもしくはBiとSrを
含有するPtが形成され、その上にBi層状強誘電体膜
55が形成され、その上に上部電極56としてRu、Rh、
Os、Irのうち少なくとも一種の元素及びBiもしく
はBiとSrを含有するPtが形成されている構造にな
っている。
[Structure] The present invention corresponds to the sixteenth embodiment. In Example 16, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region.
A Pt containing at least one element of Ru, Rh, Os, and Ir and Bi or Bi and Sr is formed as a lower electrode 54 on 53, and a Bi layered ferroelectric film is formed thereon.
55 is formed, and Ru, Rh, and
It has a structure in which Pt containing at least one element of Os and Ir and Bi or Bi and Sr is formed.

【0231】[作用] 下部電極54としてPt中にR
u、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含
有していることより、Ptの延性が小さくなって剛性を
増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径のばらつきが
小さくなる。このことより、600℃以上の熱処理を施
しても下部電極54の表面上にヒロックが発生せず平坦性
が保たれると共に、Bi層状強誘電体膜55の熱処理時に
おける核成長が良好に行われるので、欠陥発生が抑制さ
れる。また、上部電極56にもRh、Ru、Os、Irの
うち少なくとも一種の元素を含有するPtを用いること
で、上部電極形成後に600℃以上の熱処理が施されて
も、Bi層状強誘電体膜55と下部電極54及び上部電極56
の界面にヒロック等の異常析出物が発生することを防止
できる。さらには、下部電極54及び上部電極56としてB
iもしくはBiとSrを含有するPtを用い、電極形成
時においてBi2 Pt、BiPt、Pt3 Sr7 等の合
金化を行っておくことにより、例えばSrを含むBi層
状強誘電体膜55を形成時もしくは上部電極56形成後にお
いて600℃以上の熱処理が施されても、下部電極10
3および上部電極56へのBi層状強誘電体膜55の元素で
あるBiもしくはSrの拡散を防止できる。
[Function] R in Pt as the lower electrode 54
By containing at least one element of u, Rh, Os, and Ir, the ductility of Pt is reduced and the rigidity is increased, and the crystal grain size is reduced to reduce the variation of the crystal grain size. As a result, hillocks are not generated on the surface of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, the flatness is maintained, and the nucleus growth during the heat treatment of the Bi layered ferroelectric film 55 is performed well. Therefore, the occurrence of defects is suppressed. Further, by using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir also for the upper electrode 56, even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the formation of the upper electrode, the Bi layered ferroelectric film is formed. 55, lower electrode 54 and upper electrode 56
It is possible to prevent abnormal deposits such as hillocks from being generated at the interface of. Furthermore, B is used as the lower electrode 54 and the upper electrode 56.
By using Pt containing i or Bi and Sr and alloying Bi 2 Pt, BiPt, Pt 3 Sr 7 etc. at the time of forming the electrode, for example, a Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is formed. Even when a heat treatment of 600 ° C. or higher is performed at any time or after the formation of the upper electrode 56, the lower electrode 10
It is possible to prevent diffusion of Bi or Sr, which is an element of the Bi layered ferroelectric film 55, into the 3 and the upper electrode 56.

【0232】[効果] Bi層状強誘電体膜55と下部電
極54及び上部電極56の界面にヒロック等の異常析出物が
存在しないことで、上部電極56,下部電極54間に電圧を
印加時に発生する電界集中を防止できるので、絶縁耐圧
及び耐疲労特性を向上せしめることができる。また、下
部電極54の結晶粒径が小さく且つばらつきが少なく、ヒ
ロックがないことより、Bi層状強誘電体膜55の熱処理
時における核発生が均一で良好な核成長が行われるの
で、欠陥のないBi層状強誘電体膜55が形成できる。さ
らには、Bi層状強誘電体膜55中の元素が下部電極54及
び上部電極56へ拡散しないことで、Bi層状強誘電体膜
55の組成変化が生じず、良好なBi層状強誘電体膜55が
形成可能となる。従って、絶縁耐圧、誘電率が向上した
誘電体薄膜素子を得ることができる。
[Effects] Abnormal deposits such as hillocks do not exist at the interface between the Bi layered ferroelectric film 55 and the lower electrode 54 and the upper electrode 56, so that a voltage is generated between the upper electrode 56 and the lower electrode 54 Since it is possible to prevent the electric field concentration from occurring, it is possible to improve the dielectric strength and fatigue resistance. In addition, since the crystal grain size of the lower electrode 54 is small and the variation is small, and there is no hillock, nuclei are uniformly generated during heat treatment of the Bi layered ferroelectric film 55 and good nucleation is performed, so that there is no defect. The Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Furthermore, since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54 and the upper electrode 56, the Bi layered ferroelectric film 55 is formed.
The composition of 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Therefore, it is possible to obtain a dielectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant.

【0233】19.基板上に形成された下部電極と、前
記下部電極上に形成されたBi層状強誘電体膜と、前記
Bi層状強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する
強誘電体薄膜素子において、前記下部電極が前記基板上
に形成される第一層とその上に形成され前記Bi層状強
誘電体膜と接する第二層とから構成され、前記下部電極
の第一層がPtで且つ前記下部電極の第二層がRh、R
u、Os、Irのうち少なくとも一種の元素、及びBi
もしくはBiとSrを含有するPtから構成されている
ことを特徴とする誘電体薄膜素子。
19. A ferroelectric thin film element having a lower electrode formed on a substrate, a Bi layered ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the Bi layered ferroelectric film, The lower electrode is composed of a first layer formed on the substrate and a second layer formed on the first layer and in contact with the Bi layered ferroelectric film, and the first layer of the lower electrode is Pt and the lower layer. The second layer of the electrode is Rh, R
at least one element selected from u, Os, and Ir, and Bi
Alternatively, the dielectric thin film element is composed of Pt containing Bi and Sr.

【0234】[構成] この発明は実施例17に対応す
る。実施例17において、基板52上には誘電体薄膜素子
の下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結
晶Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下
層53上に下部電極54の第一層54aとしてPtが形成さ
れ、その上に下部電極54の第二層54bとしてRu、R
h、Os、Irのうち少なくとも一種の元素およびBi
もしくはBiとSrを含有するPtが形成され、その上
にBi層状強誘電体膜55が形成され、さらにその上に上
部電極56としてPtが形成されている構造になってい
る。
[Structure] The present invention corresponds to the seventeenth embodiment. In Example 17, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region. Pt is formed as the first layer 54a of the lower electrode 54 on the lower layer 53, and the second layer 54b of the lower electrode 54 is formed thereon. As Ru, R
at least one element of h, Os, and Ir and Bi
Alternatively, the structure is such that Pt containing Bi and Sr is formed, the Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon, and Pt is further formed thereon as the upper electrode 56.

【0235】[作用] 下部電極54の第二層54bとして
Pt中にRu、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種
の元素を含有していることより、Ptの延性が小さくな
って剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径の
ばらつきが小さくなる。このことより、600℃以上の
熱処理を施しても下部電極54の第二層54b表面上にヒロ
ックが発生せず平坦性が保たれると共に、Bi層状強誘
電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われるの
で、欠陥発生が抑制される。また、下部電極54の第二層
54bとしてBiもしくはBiとSrを含有するPtを用
い、Bi層状強誘電体膜形成前にBi2 Pt、BiP
t、Pt3 Sr7 等の合金化を行っておくことにより、
例えばSrを含むBi層状強誘電体膜55を形成時におい
て600℃以上の熱処理を施しても、下部電極54へのB
i層状強誘電体膜55の元素であるBiもしくはSrの拡
散を防止できる。さらには、Ru、Rh、Os、Irの
うち少なくとも一種の元素およびBiもしくはBiとS
rを含有するPtを用いることによる下部電極抵抗の増
大を、下部電極54の第一層54aとしてPtを用いること
により防止できる。
[Function] Since Pt contains at least one element selected from Ru, Rh, Os, and Ir as the second layer 54b of the lower electrode 54, ductility of Pt is reduced and rigidity is increased. In addition, the crystal grain size becomes small and the variation in the crystal grain size becomes small. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, the flatness is maintained, and the nucleus growth of the Bi layered ferroelectric film 55 during the heat treatment is performed. Is carried out satisfactorily, so that the occurrence of defects is suppressed. Also, the second layer of the lower electrode 54
Bi or Pt containing Bi and Sr is used as 54b, and Bi 2 Pt, BiP is formed before forming the Bi layered ferroelectric film.
By alloying t, Pt 3 Sr 7, etc.,
For example, when the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is formed by heat treatment at 600 ° C. or higher, the B
It is possible to prevent diffusion of Bi or Sr, which is an element of the i-layered ferroelectric film 55. Furthermore, at least one element of Ru, Rh, Os, and Ir and Bi or Bi and S
An increase in the lower electrode resistance due to the use of Pt containing r can be prevented by using Pt as the first layer 54a of the lower electrode 54.

【0236】[効果] 下部電極54の第二層54b表面に
ヒロック等の異常析出物が存在しないことで、上部電極
56,下部電極54間に電圧を印加時に発生する電界集中を
防止できるので、絶縁耐圧および耐疲労特性を向上せし
めることができる。また、下部電極54の第二層54bの結
晶粒径が小さく且つばらつきが少なく、ヒロックがない
ことより、Bi層状強誘電体膜55の熱処理時における核
発生が均一で良好な核成長が行われるので、欠陥のない
Bi層状強誘電体膜55が形成できる。さらに、Bi層状
強誘電体膜55中の元素が下部電極へ拡散しないことで、
Bi層状強誘電体膜55の組成変化が生じず、良好なBi
層状強誘電体膜55が形成可能となる。従って、絶縁耐
圧、誘電率が向上した高、強誘電体薄膜素子を得ること
ができる。また、下部電極54の第一層54aとしてPtを
用いることによる高抵抗化の防止により、従来からの誘
電体薄膜素子の電極抵抗を保持できる。
[Effect] Since there is no abnormal deposit such as hillock on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54,
Since it is possible to prevent electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the lower electrode 54 and the lower electrode 54, it is possible to improve the dielectric strength voltage and fatigue resistance. Further, since the crystal grain size of the second layer 54b of the lower electrode 54 is small and has little variation, and there is no hillock, nucleation is uniform during heat treatment of the Bi layered ferroelectric film 55, and good nucleation is performed. Therefore, the defect-free Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Furthermore, since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode,
The composition of the Bi layered ferroelectric film 55 does not change and good Bi
The layered ferroelectric film 55 can be formed. Therefore, it is possible to obtain a high-strength, ferroelectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant. In addition, since the resistance is prevented from being increased by using Pt as the first layer 54a of the lower electrode 54, the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element can be maintained.

【0237】20.基板上に形成された下部電極と、前
記下部電極上に形成されたBi層状強誘電体膜と、前記
Bi層状強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する
誘電体素子において、前記下部電極が前記基板上に形成
される第一層とその上に形成され前記Bi層状強誘電体
膜と接する第二層とから構成され、前記下部電極の第一
層がPtで且つ前記下部電極の第二層がRh、Ru、O
s、Irのうち少なくとも一種の元素、およびBiもし
くはBiとSrを含有するPtであり、さらに前記上部
電極が前記Bi層状強誘電体膜上に形成される第一層と
その上に形成される第二層とから構成され、前記上部電
極の第一層がRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも
一種の元素、及びBiもしくはBiとSrを含有するP
tで且つ前記上部電極の第二層がPtから構成されてい
ることを特徴とする誘電体薄膜素子。
20. A dielectric element having a lower electrode formed on a substrate, a Bi layered ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the Bi layered ferroelectric film, wherein The electrode is composed of a first layer formed on the substrate and a second layer formed thereon and in contact with the Bi layered ferroelectric film, wherein the first layer of the lower electrode is Pt and the first layer of the lower electrode is The second layer is Rh, Ru, O
At least one element of s and Ir and Pt containing Bi or Bi and Sr, and the upper electrode is formed on the first layer formed on the Bi layered ferroelectric film and the first layer. A second layer, and the first layer of the upper electrode has P containing at least one element selected from Rh, Ru, Os, and Ir, and Bi or Bi and Sr.
A dielectric thin film element, wherein the second layer of the upper electrode is made of Pt.

【0238】[構成] この発明は実施例18に対応す
る。実施例18において、基板52上には誘電体薄膜素子
の下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結
晶Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下
層53上に下部電極54の第一層54aとしてPtが形成さ
れ、その上に下部電極54の第二層54bとしてRu、R
h、Os、Irのうち少なくとも一種の元素およびBi
もしくはBiとSrを含有するPtが形成され、その上
にBi層状強誘電体膜55が形成されている。さらに、B
i層状強誘電体膜55上に上部電極56の第一層56aとして
Ru、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種の元素お
よびBiもしくはBiとSrを含有するPtが形成さ
れ、その上に上部電極56の第二層56bとしてPtが形成
されている。
[Structure] The present invention corresponds to the eighteenth embodiment. In Example 18, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region. Pt is formed as the first layer 54a of the lower electrode 54 on the lower layer 53, and the second layer 54b of the lower electrode 54 is formed thereon. As Ru, R
at least one element of h, Os, and Ir and Bi
Alternatively, Pt containing Bi and Sr is formed, and the Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon. Further, B
On the i-layered ferroelectric film 55, Pt containing at least one element of Ru, Rh, Os, and Ir and Bi or Bi and Sr is formed as the first layer 56a of the upper electrode 56, and the upper electrode is formed thereon. Pt is formed as the second layer 56b of 56.

【0239】[作用] 下部電極54の第二層54bとして
Pt中にRu、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種
の元素を含有していることより、Ptの延性が小さくな
って剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径の
ばらつきが小さくなる。このことより、600℃以上の
熱処理を施しても下部電極54の第二層54b表面上にヒロ
ックが発生せず平坦性が保たれると共に、Bi層状強誘
電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われるの
で、欠陥発生が抑制される。また、上部電極56の第一層
56aにもRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種
の元素を含有するPtを用いることで、上部電極形成後
に600℃以上の熱処理が施されても、Bi層状強誘電
体膜55と下部電極54の第二層54b及び上部電極56の第一
層56a界面にヒロック等の異常析出物が発生することを
防止できる。さらに、下部電極54の第二層54b及び上部
電極56の第一層56aとしてBiもしくはBiとSrを含
有するPtを用い、電極形成時においてBi2 Pt、B
iPt、Pt3 Sr7 等の合金化を行っておくことによ
り、例えばSrを含むBi層状強誘電体膜55を形成時も
しくは上部電極形成後において600℃以上の熱処理が
施されても、下部電極54及び上部電極56へのBi層状強
誘電体膜55の元素であるBiもしくはSrの拡散を防止
できる。さらには、Ru、Rh、Os、Irのうち少な
くとも一種の元素およびBiもしくはBiとSrを含有
するPtを用いることによる上下部電極抵抗の増大を、
下部電極54の第一層54a及び上部電極56の第二層56bと
してPtを用いることにより防止できる。
[Function] Since Pt contains at least one element selected from Ru, Rh, Os, and Ir as the second layer 54b of the lower electrode 54, the ductility of Pt decreases and the rigidity increases, In addition, the crystal grain size becomes small and the variation in the crystal grain size becomes small. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, the flatness is maintained, and the nucleus growth of the Bi layered ferroelectric film 55 during the heat treatment is performed. Is carried out satisfactorily, so that the occurrence of defects is suppressed. Also, the first layer of the upper electrode 56
By using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir also for 56a, even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the formation of the upper electrode, the Bi layered ferroelectric film 55 and the lower electrode are formed. It is possible to prevent abnormal deposits such as hillocks from being generated at the interface between the second layer 54b of 54 and the first layer 56a of the upper electrode 56. Further, Pt containing Bi or Bi and Sr is used as the second layer 54b of the lower electrode 54 and the first layer 56a of the upper electrode 56, and Bi 2 Pt, B
By alloying iPt, Pt 3 Sr 7, etc., the lower electrode can be formed even if a heat treatment at 600 ° C. or more is performed when the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is formed or after the upper electrode is formed. It is possible to prevent diffusion of Bi or Sr, which is an element of the Bi layered ferroelectric film 55, into the 54 and the upper electrode 56. Furthermore, an increase in upper and lower electrode resistance due to the use of Pt containing at least one element of Ru, Rh, Os, and Ir and Bi or Bi and Sr,
This can be prevented by using Pt as the first layer 54a of the lower electrode 54 and the second layer 56b of the upper electrode 56.

【0240】[効果] Bi層状強誘電体膜55と下部電
極54の第二層54b及び上部電極56の第一層56a界面にヒ
ロック等の異常析出物が存在しないことで、上部電極5
6,下部電極54間に電圧を印加時に発生する電界集中を
防止できるので、絶縁耐圧および耐疲労特性を向上せし
めることができる。また、下部電極54の第二層54bの結
晶粒径が小さく且つばらつきが少なく、ヒロックがない
ことより、Bi層状強誘電体膜55の熱処理時における核
発生が均一で良好な核成長が行われるので、欠陥のない
Bi層状強誘電体膜55が形成できる。さらに、Bi層状
強誘電体膜55中の元素が下部電極54及び上部電極56へ拡
散しないことで、Bi層状強誘電体膜55の組成変化が生
じず、良好なBi層状強誘電体膜55が形成可能となる。
従って、絶縁耐圧、誘電率が向上した高、強誘電体薄膜
素子を得ることができる。さらには、下部電極54の第一
層54a及び上部電極56の第二層56bとしてPtを用いる
ことによる高抵抗化の防止により、従来からの誘電体薄
膜素子の電極抵抗を保持できる。
[Effects] Abnormal precipitates such as hillocks do not exist at the interfaces of the Bi layered ferroelectric film 55, the second layer 54b of the lower electrode 54, and the first layer 56a of the upper electrode 56.
6. Since the electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the lower electrodes 54 can be prevented, the dielectric strength and fatigue resistance can be improved. Further, since the crystal grain size of the second layer 54b of the lower electrode 54 is small and has little variation, and there is no hillock, nucleation is uniform during heat treatment of the Bi layered ferroelectric film 55, and good nucleation is performed. Therefore, the defect-free Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Furthermore, since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54 and the upper electrode 56, the composition of the Bi layered ferroelectric film 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 is formed. Can be formed.
Therefore, it is possible to obtain a high-strength, ferroelectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant. Furthermore, by preventing Pt from being used as the first layer 54a of the lower electrode 54 and the second layer 56b of the upper electrode 56, it is possible to maintain the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element.

【0241】21.基板上に形成された下部電極と、前
記下部電極上に形成されたBi層状強誘電体膜と、前記
Bi層状強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する
誘電体素子において、前記下部電極が前記基板上に形成
される第一層とその上に形成され前記Bi層状強誘電体
膜と接する第二層とから構成され、前記下部電極の第一
層が導電性酸化物で且つ前記下部電極の第二層がRh、
Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素、および
BiもしくはBiとSrを含有するPt材料から構成さ
れていることを特徴とする誘電体薄膜素子。
21. A dielectric element having a lower electrode formed on a substrate, a Bi layered ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the Bi layered ferroelectric film, wherein The electrode is composed of a first layer formed on the substrate and a second layer formed on the first layer and in contact with the Bi layered ferroelectric film, and the first layer of the lower electrode is a conductive oxide and The second layer of the lower electrode is Rh,
A dielectric thin film element comprising a Pt material containing at least one element selected from Ru, Os, and Ir, and Bi or Bi and Sr.

【0242】[構成] この発明は実施例19に対応す
る。実施例19において、基板52上には誘電体薄膜素子
の下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結
晶Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下
層53上に下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物が
形成され、その上に下部電極54の第二層54bとしてR
u、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種の元素およ
びBiもしくはBiとSrを含有するPtが形成され、
その上にBi層状強誘電体膜55が形成され、さらにその
上に上部電極56としてPtが形成されている構造になっ
ている。
[Structure] The present invention corresponds to the nineteenth embodiment. In Example 19, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region, and a conductive oxide is formed as the first layer 54a of the lower electrode 54 on the lower layer 53, and a conductive oxide of the lower electrode 54 is formed thereon. R as two layers 54b
Pt containing at least one element of u, Rh, Os and Ir and Bi or Bi and Sr is formed,
A Bi layered ferroelectric film 55 is formed on top of this, and Pt is formed thereon as an upper electrode 56.

【0243】[作用] 下部電極54の第二層54bとして
Pt中にRu、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種
の元素を含有していることより、Ptの延性が小さくな
って剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径の
ばらつきが小さくなる。このことより、600℃以上の
熱処理を施しても下部電極54の第二層54b表面上にヒロ
ックが発生せず平坦性が保たれると共に、Bi層状強誘
電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われるの
で、欠陥発生が抑制される。また、下部電極54の第二層
54bとしてBiもしくはBiとSrを含有するPtを用
い、Bi層状強誘電体膜55形成前にBi2 Pt、BiP
t、Pt3 Sr7 等の合金化を行っておくことにより、
例えばSrを含むBi層状強誘電体膜55を形成時におい
て600℃以上の熱処理を施しても、下部電極54へのB
i層状強誘電体膜55の元素であるBiもしくはSrの拡
散を防止できる。さらに、下部電極54の第一層54aとし
て導電性酸化物を用いることにより、下部電極54と下層
53との接着性が良好になると共に、下層53中のSi等の
Bi層状強誘電体膜55への拡散を阻止することができ
る。
[Function] Since Pt contains at least one element selected from Ru, Rh, Os, and Ir as the second layer 54b of the lower electrode 54, ductility of Pt is reduced and rigidity is increased. In addition, the crystal grain size becomes small and the variation in the crystal grain size becomes small. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, the flatness is maintained, and the nucleus growth of the Bi layered ferroelectric film 55 during the heat treatment is performed. Is carried out satisfactorily, so that the occurrence of defects is suppressed. Also, the second layer of the lower electrode 54
Bi or Pt containing Bi and Sr is used as 54b, and Bi 2 Pt, BiP is formed before forming the Bi layered ferroelectric film 55.
By alloying t, Pt 3 Sr 7, etc.,
For example, when the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is formed by heat treatment at 600 ° C. or higher, the B
It is possible to prevent diffusion of Bi or Sr, which is an element of the i-layered ferroelectric film 55. Furthermore, by using a conductive oxide as the first layer 54a of the lower electrode 54,
Adhesion with 53 is improved, and diffusion of Si or the like in the lower layer 53 to the Bi layered ferroelectric film 55 can be prevented.

【0244】[効果] 下部電極54の第二層54b2表面
にヒロック等の異常析出物が存在しないことで、上下電
極間に電圧を印加時に発生する電界集中を防止できるの
で、絶縁耐圧および耐疲労特性を向上せしめることがで
きる。また、下部電極54の第二層54bの結晶粒径が小さ
く且つばらつきが少なく、ヒロックがないことより、B
i層状強誘電体膜55の熱処理時における核発生が均一で
良好な核成長が行われるので、欠陥のないBi層状強誘
電体膜55が形成できる。また、Bi層状強誘電体膜55中
の元素が下部電極54へ拡散しないことで、Bi層状強誘
電体膜55の組成変化が生じず、良好なBi層状強誘電体
膜55が形成可能となる。更に、下部電極54と下層53との
接着性が良好で、Bi層状強誘電体膜55中へのSi等の
拡散を抑制できているので、膜剥離が発生せず、絶縁耐
圧、誘電率が向上した誘電体薄膜素子を得ることができ
る。
[Effect] Since no abnormal deposits such as hillocks are present on the surface of the second layer 54b2 of the lower electrode 54, it is possible to prevent the electric field concentration generated when a voltage is applied between the upper and lower electrodes, so that the dielectric strength and fatigue resistance are improved. The characteristics can be improved. In addition, since the crystal grain size of the second layer 54b of the lower electrode 54 is small and has little variation, and there is no hillock, B
Since nuclei are uniformly generated during the heat treatment of the i-layered ferroelectric film 55 and good nucleation is performed, the defect-free Bi-layered ferroelectric film 55 can be formed. Further, since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54, the composition of the Bi layered ferroelectric film 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. . Furthermore, since the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is good and the diffusion of Si or the like into the Bi layered ferroelectric film 55 can be suppressed, film peeling does not occur and the dielectric strength and dielectric constant are An improved dielectric thin film element can be obtained.

【0245】22.前記下部電極の第二層及び上部電極
がRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元
素、およびBiもしくはBiとSrを含有するPt材料
から構成されていることを特徴とする前記21.記載の
誘電体薄膜素子。
22. 21. The second layer of the lower electrode and the upper electrode are composed of at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir, and Pt material containing Bi or Bi and Sr. The dielectric thin film element described.

【0246】[構成] この発明は実施例20に対応す
る。実施例20において、基板52上には誘電体薄膜素子
の下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結
晶Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下
層53上に下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物が
形成され、その上に下部電極54の第二層54bとしてR
u、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種の元素およ
びBiもしくはBiとSrを含有するPtが形成され、
その上にBi層状強誘電体膜55が形成され、さらにその
上に上部電極56としてRu、Rh、Os、Irのうち少
なくとも一種の元素およびBiもしくはBiとSrを含
有するPtが形成されている構造になっている。
[Structure] The present invention corresponds to the twentieth embodiment. In Example 20, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region, and a conductive oxide is formed as the first layer 54a of the lower electrode 54 on the lower layer 53, and a conductive oxide of the lower electrode 54 is formed thereon. R as two layers 54b
Pt containing at least one element of u, Rh, Os and Ir and Bi or Bi and Sr is formed,
A Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon, and further, an upper electrode 56 is formed with at least one element of Ru, Rh, Os and Ir and Pt containing Bi or Bi and Sr. It is structured.

【0247】[作用] 下部電極54の第二層54bとして
Pt中にRu、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種
の元素を含有していることより、Ptの延性が小さくな
って剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径の
ばらつきが小さくなる。このことより、600℃以上の
熱処理を施しても下部電極54の第二層54b表面上にヒロ
ックが発生せず平坦性が保たれると共に、Bi層状強誘
電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われるの
で、欠陥発生が抑制される。また、上部電極56にもR
h、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種の元素を含
有するPtを用いることで、上部電極形成後に600℃
以上の熱処理が施されても、高、強誘電体膜56と下部電
極54の第二層54b及び上部電極56の界面にヒロック等の
異常析出物が発生することを防止できる。下部電極54の
第二層54b及び上部電極56としてBiもしくはBiとS
rを含有するPtを用い、電極形成時においてBi2
t、BiPt、Pt3 Sr7 等の合金化を行っておくこ
とにより、例えばSrを含むBi層状強誘電体膜55を形
成時もしくは上部電極56形成後において600℃以上の
熱処理が施されても、上部電極56,下部電極54へのBi
層状強誘電体膜55の元素であるBiもしくはSrの拡散
を防止できる。さらに、下部電極54の第一層54aとして
導電性酸化物を用いることにより、下部電極54と下層54
との接着性が良好になると共に、下層53中のSi等のB
i層状強誘電体膜55への拡散を阻止することができる。
[Operation] Since Pt contains at least one element selected from Ru, Rh, Os, and Ir as the second layer 54b of the lower electrode 54, ductility of Pt is decreased and rigidity is increased. In addition, the crystal grain size becomes small and the variation in the crystal grain size becomes small. As a result, hillocks are not generated on the surface of the second layer 54b of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or higher, the flatness is maintained, and the nucleus growth of the Bi layered ferroelectric film 55 during the heat treatment is performed. Is carried out satisfactorily, so that the occurrence of defects is suppressed. Also, the upper electrode 56 is R
By using Pt containing at least one element of h, Ru, Os and Ir, 600 ° C. after forming the upper electrode
Even if the above heat treatment is performed, it is possible to prevent abnormal deposits such as hillocks from being generated at the interface between the ferroelectric film 56, the second layer 54b of the lower electrode 54 and the upper electrode 56. The second layer 54b of the lower electrode 54 and Bi or Bi and S are used as the upper electrode 56.
Using Pt containing r, Bi 2 P
By alloying t, BiPt, Pt 3 Sr 7, etc., even if a heat treatment at 600 ° C. or more is performed when the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr is formed or after the upper electrode 56 is formed. , Bi to upper electrode 56, lower electrode 54
It is possible to prevent diffusion of Bi or Sr which is an element of the layered ferroelectric film 55. Further, by using a conductive oxide as the first layer 54a of the lower electrode 54, the lower electrode 54 and the lower layer 54
Adhesiveness with B becomes good and B such as Si in the lower layer 53
It is possible to prevent diffusion into the i-layered ferroelectric film 55.

【0248】[効果] Bi層状強誘電体膜55と下部電
極54の第二層54b及び上部電極56界面において、ヒロッ
ク等の異常析出物が存在しないことで、上部電極56,下
部電極54間に電圧を印加時に発生する電界集中を防止で
きるので、絶縁耐圧および耐疲労特性を向上せしめるこ
とができる。また、下部電極54の第二層54bの結晶粒径
が小さく且つばらつきが少なく、ヒロックがないことよ
り、Bi層状強誘電体膜104の熱処理時における核発
生が均一で良好な核成長が行われるので、欠陥のないB
i層状強誘電体膜55が形成できる。さらに、Bi層状強
誘電体膜55中の元素が上部電極56,下部電極54へ拡散し
ないことで、Bi層状強誘電体膜55の組成変化が生じ
ず、良好なBi層状強誘電体膜55が形成可能となる。さ
らには、下部電極54と下層53との接着性が良好で、Bi
層状強誘電体膜55中へのSi等の拡散を抑制できている
ので、膜剥離が発生せず、絶縁耐圧、誘電率が向上した
誘電体薄膜素子を得ることができる。
[Effects] Abnormal precipitates such as hillocks do not exist at the interfaces between the Bi layered ferroelectric film 55, the second layer 54b of the lower electrode 54, and the upper electrode 56. Since it is possible to prevent electric field concentration that occurs when a voltage is applied, it is possible to improve the dielectric strength voltage and fatigue resistance. In addition, since the crystal grain size of the second layer 54b of the lower electrode 54 is small and has little variation, and there is no hillock, nucleation during the heat treatment of the Bi layered ferroelectric film 104 is uniform and good nucleation is performed. So no defect B
The i-layered ferroelectric film 55 can be formed. Furthermore, since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the upper electrode 56 and the lower electrode 54, the composition change of the Bi layered ferroelectric film 55 does not occur, and a good Bi layered ferroelectric film 55 is formed. Can be formed. Furthermore, the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is good, and Bi
Since diffusion of Si or the like into the layered ferroelectric film 55 can be suppressed, film peeling does not occur, and a dielectric thin film element with improved dielectric strength and dielectric constant can be obtained.

【0249】23.基板上に形成された下部電極と、前
記下部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、
強誘電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄
膜素子において、前記下部電極前記基板上に形成される
第一層とその上に形成される第二層とその上に形成され
前記高、強誘電体膜と接する第三層とから構成され、前
記下部電極の第一層が導電性酸化物、第二層がPtで且
つ第三層がRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一
種の元素、およびBiもしくはBiとSrを含有するP
tであり、さらに前記上部電極が前記高、強誘電体膜上
に形成される第一層とその上に形成される第二層とから
構成され、前記上部電極の第一層がRh、Ru、Os、
Irのうち少なくとも一種の元素、およびBiもしくは
BiとSrを含有するPtで且つ前記上部電極の第二
層)がPtから構成されていることを特徴とする誘電体
薄膜素子。
23. A lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, the high electrode,
In a dielectric thin film element having an upper electrode formed on a ferroelectric film, the lower electrode includes a first layer formed on the substrate, a second layer formed on the first layer, and the second layer formed on the first layer. And a third layer in contact with the ferroelectric film, the first layer of the lower electrode is a conductive oxide, the second layer is Pt, and the third layer is at least Rh, Ru, Os, or Ir. P containing one element and Bi or Bi and Sr
t, and the upper electrode is composed of a first layer formed on the high ferroelectric film and a second layer formed thereon, and the first layer of the upper electrode is Rh, Ru. , Os,
A dielectric thin film element comprising Pt containing at least one element of Ir and Bi or Bi and Sr, and the second layer of the upper electrode) made of Pt.

【0250】[構成] この発明は実施例21に対応す
る。実施例21において、基板52上には誘電体薄膜素子
の下層53が形成されている。この下層53は絶縁膜、多結
晶Si層あるいは半導体拡散領域に該当するが、その下
層53上に下部電極54の第一層54aとして導電性酸化物が
形成され、その上に下部電極54の第二層54bとしてPt
が形成され、さらにその上に第三層54cとしてRu、R
h、Os、Irのうち少なくとも一種の元素およびBi
もしくはBiとSrを含有するPtが形成され、その上
にBi層状強誘電体膜55が形成されている。さらに、B
i層状強誘電体膜55上に上部電極56の第一層56aとして
Ru、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種の元素お
よびBiもしくはBiとSrを含有するPtが形成さ
れ、その上に上部電極56の第二層56bとしてPtが形成
されている。
[Structure] The present invention corresponds to the twenty-first embodiment. In Example 21, the lower layer 53 of the dielectric thin film element is formed on the substrate 52. The lower layer 53 corresponds to an insulating film, a polycrystalline Si layer, or a semiconductor diffusion region. A conductive oxide is formed on the lower layer 53 as the first layer 54a of the lower electrode 54, and the conductive oxide of the lower electrode 54 is formed thereon. Pt as the two layers 54b
Is formed, and on top of that, Ru and R are formed as a third layer 54c.
at least one element of h, Os, and Ir and Bi
Alternatively, Pt containing Bi and Sr is formed, and the Bi layered ferroelectric film 55 is formed thereon. Further, B
On the i-layered ferroelectric film 55, Pt containing at least one element of Ru, Rh, Os, and Ir and Bi or Bi and Sr is formed as the first layer 56a of the upper electrode 56, and the upper electrode is formed thereon. Pt is formed as the second layer 56b of 56.

【0251】[作用] 下部電極54の第三層54cとして
Pt中にRu、Rh、Os、Irのうち少なくとも一種
の元素を含有していることより、Ptの延性が小さくな
って剛性を増し、且つ結晶粒径が小さくなり結晶粒径の
ばらつきが小さくなる。このことより、600℃以上の
熱処理を施しても下部電極54の第三層54c表面上にヒロ
ックが発生せず平坦性が保たれると共に、Bi層状強誘
電体膜55の熱処理時における核成長が良好に行われるの
で、欠陥発生が抑制される。また、上部電極56の第一層
56cにもRh、Ru、Os、Irのうち少なくとも一種
の元素を含有するPtを用いることで、上部電極形成後
に600℃以上の熱処理が施されても、Bi層状強誘電
体膜55と下部電極54の第三層54c及び上部電極56の第一
層56a界面にヒロック等の異常析出物が発生することを
防止できる。さらに下部電極54の第三層54c及び上部電
極56の第一層56aとしてBiもしくはBiとSrを含有
するPtを用い、電極形成時においてBi2 Pt、Bi
Pt、Pt3 Sr7 等の合金化を行っておくことによ
り、例えばSrを含むBi層状強誘電体膜55を形成時も
しくは上部電極形成後において600℃以上の熱処理が
施されても、下部電極54及び上部電極56へのBi層状強
誘電体膜55の元素であるBiもしくはSrの拡散を防止
できる。さらに、Rh、Ru、Os、Irのうち少なく
とも一種の元素およびBiもしくはBiとSrを含有す
るPtを用いることによる上部電極56,下部電極54抵抗
の増大を、下部電極54の第二層54b及び上部電極56の第
二層56bとしてPtを用いることにより防止できる。ま
た、下部電極54の第一層54aとして導電酸化物を用いる
ことにより、下部電極54と下層53との接着性が良好にな
ると共に、下層53中のSi等のBi層状強誘電体膜55へ
の拡散を阻止することができる。
[Operation] Since at least one element selected from Ru, Rh, Os, and Ir is contained in Pt as the third layer 54c of the lower electrode 54, ductility of Pt is reduced and rigidity is increased. In addition, the crystal grain size becomes small and the variation in the crystal grain size becomes small. As a result, hillocks are not generated on the surface of the third layer 54c of the lower electrode 54 even if the heat treatment is performed at 600 ° C. or more, the flatness is maintained, and the nucleus growth of the Bi layered ferroelectric film 55 during the heat treatment is performed. Is carried out satisfactorily, so that the occurrence of defects is suppressed. Also, the first layer of the upper electrode 56
By using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir also for 56c, even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed after the formation of the upper electrode, the Bi layered ferroelectric film 55 and the lower electrode are formed. It is possible to prevent the occurrence of abnormal deposits such as hillocks at the interface between the third layer 54c of 54 and the first layer 56a of the upper electrode 56. Further, Bi or Pt containing Bi and Sr is used as the third layer 54c of the lower electrode 54 and the first layer 56a of the upper electrode 56, and Bi 2 Pt, Bi
By alloying Pt, Pt 3 Sr 7 or the like in advance, even if a heat treatment at 600 ° C. or higher is performed at the time of forming the Bi layered ferroelectric film 55 containing Sr or after forming the upper electrode, the lower electrode It is possible to prevent diffusion of Bi or Sr, which is an element of the Bi layered ferroelectric film 55, into the 54 and the upper electrode 56. Further, by using Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir and Bi or Bi and Sr, the resistance of the upper electrode 56 and the lower electrode 54 can be increased by the second layer 54b of the lower electrode 54 and This can be prevented by using Pt as the second layer 56b of the upper electrode 56. Further, by using a conductive oxide as the first layer 54a of the lower electrode 54, the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is improved, and the Bi layered ferroelectric film 55 such as Si in the lower layer 53 is formed. Can be prevented from spreading.

【0252】[効果] Bi層状強誘電体膜55と下部電
極54の第三層54c及び上部電極56の第一層56a界面にお
いて、ヒロック等の異常析出物が存在しないことで、上
部電極56,下部電極54間に電圧を印加時に発生する電界
集中を防止できるので、絶縁耐圧および耐疲労特性を向
上せしめることができる。また、下部電極5 4の第三層
54cの結晶粒径が小さく且つばらつきが少なく、ヒロッ
クがないことより、Bi層状強誘電体膜55の熱処理時に
おける核発生が均一で良好な核成長が行われるので、欠
陥のないBi層状強誘電体膜55が形成できる。さらに、
Bi層状強誘電体膜55中の元素が下部電極54及び上部電
極56へ拡散しないことで、Bi層状強誘電体膜55の組成
変化が生じず、良好なBi層状強誘電体膜55が形成可能
となる。また、下部電極54と下層53との接着性が良好
で、Bi層状強誘電体膜55中へのSi等の拡散を抑制で
きているので、膜剥離が発生せず、絶縁耐圧、誘電率が
向上した誘電体薄膜素子を得ることができる。さらに
は、下部電極54の第二層54b及び上部電極56の第二層56
bとしてPtを用いることによる高抵抗化の防止によ
り、従来からの誘電体薄膜素子の電極抵抗を保持でき
る。
[Effects] Abnormal precipitates such as hillocks do not exist at the interfaces of the Bi layered ferroelectric film 55, the third layer 54c of the lower electrode 54, and the first layer 56a of the upper electrode 56. Since it is possible to prevent electric field concentration that occurs when a voltage is applied between the lower electrodes 54, it is possible to improve dielectric strength and fatigue resistance. Also, the third layer of the lower electrode 54
Since the crystal grain size of 54c is small and the variation is small and there is no hillock, the nucleation of the Bi layered ferroelectric film 55 during the heat treatment is uniform and good nucleation is performed. Body film 55 can be formed. further,
Since the elements in the Bi layered ferroelectric film 55 do not diffuse to the lower electrode 54 and the upper electrode 56, the composition of the Bi layered ferroelectric film 55 does not change, and a good Bi layered ferroelectric film 55 can be formed. Becomes In addition, since the adhesion between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is good and the diffusion of Si or the like into the Bi layered ferroelectric film 55 can be suppressed, film peeling does not occur and the dielectric strength and dielectric constant are An improved dielectric thin film element can be obtained. Furthermore, the second layer 54b of the lower electrode 54 and the second layer 56 of the upper electrode 56.
By preventing the resistance from increasing by using Pt as b, the electrode resistance of the conventional dielectric thin film element can be maintained.

【0253】24.前記下部電極の第一層の導電性酸化
物がITO、SnO2 、In2 3、RuO2 、RhO
2 、ReO2 、OsO2 、IrO2 のうち少なくとも一
つを主成分としていることを特徴とする前記5.から前
記7.、前記13.から前記15.、前記21.から2
3.記載の誘電体薄膜素子。
24. The conductive oxide of the first layer of the lower electrode is ITO, SnO 2 , In 2 O 3 , RuO 2 , RhO.
2, ReO 2, OsO 2, wherein the 5, characterized in that its primary component at least one of the IrO 2. To the above 7. 13. To the above 15. 21. From 2
3. The dielectric thin film element described.

【0254】[構成] この発明は実施例5〜7、1
2、14、19〜21に対応する。
[Structure] The present invention is as follows:
2, 14, 19-21.

【0255】[作用] 下層53上の導電性酸化物として
ITO、SnO2 、In2 3 、RuO2 、RhO2
ReO2 、OsO2 、IrO2 のうち少なくとも一つを
主成分とすることより、下部電極54と下層53との接着性
が良好になると共に、下層53中のSi等の高、強誘電体
膜55への拡散を阻止することができる。
[Function] As a conductive oxide on the lower layer 53, ITO, SnO 2 , In 2 O 3 , RuO 2 , RhO 2 ,
By using at least one of ReO 2 , OsO 2 , and IrO 2 as a main component, the adhesiveness between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is improved, and at the same time, the high and ferroelectric films such as Si in the lower layer 53 are formed. It is possible to prevent the diffusion to 55.

【0256】[効果] 下部電極54と下層53との接着性
が良好で、高、強誘電体膜55中へのSi等の拡散を抑制
できるので、膜剥離が発生せず、高、強誘電体膜55の組
成変化が生じない、良好な高、強誘電体膜55が形成でき
る。従って絶縁耐圧、誘電率が向上した誘電体薄膜素子
を得ることができる。
[Effect] Adhesiveness between the lower electrode 54 and the lower layer 53 is good, and high, since diffusion of Si or the like into the ferroelectric film 55 can be suppressed, film peeling does not occur, and high, ferroelectric It is possible to form an excellent ferroelectric film 55 having a high composition in which the composition of the body film 55 does not change. Therefore, a dielectric thin film element having improved dielectric strength and dielectric constant can be obtained.

【0257】[0257]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、絶
縁耐圧、耐疲労特性、誘電率が向上しえる誘電体薄膜素
子を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a dielectric thin film element capable of improving withstand voltage, fatigue resistance and dielectric constant.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る誘電体薄膜素子の一例で、基板が
Si基板とその上の絶縁膜からなるもの。
FIG. 1 is an example of a dielectric thin film element according to the present invention, in which a substrate is composed of a Si substrate and an insulating film thereon.

【図2】本発明に係る誘電体薄膜素子の一例で、基板が
表面に半導体拡散領域が形成されたSi基板と絶縁膜か
ら構成され、下部電極が半導体拡散領域に直接接続する
もの。
FIG. 2 is an example of a dielectric thin film element according to the present invention, in which a substrate is composed of a Si substrate having a semiconductor diffusion region formed on the surface and an insulating film, and a lower electrode is directly connected to the semiconductor diffusion region.

【図3】本発明に係る誘電体薄膜素子の一例で、基板が
表面に半導体拡散領域が形成されたSi基板と絶縁膜と
多結晶Si層から構成され、下部電極が半導体拡散領域
に間接的に接続するもの。
FIG. 3 is an example of a dielectric thin film element according to the present invention, in which a substrate is composed of a Si substrate having a semiconductor diffusion region formed on the surface thereof, an insulating film, and a polycrystalline Si layer, and a lower electrode indirectly connected to the semiconductor diffusion region. What connects to.

【図4】本発明に係る誘電体薄膜素子の一例で、基板が
表面に半導体拡散領域が形成されたSi基板と絶縁膜と
多結晶Si層から構成され、下部電極が半導体拡散領域
に間接的に接続する場合の変形例。
FIG. 4 is an example of a dielectric thin film element according to the present invention, in which a substrate is composed of a Si substrate having a semiconductor diffusion region formed on the surface thereof, an insulating film and a polycrystalline Si layer, and a lower electrode indirectly connected to the semiconductor diffusion region. Modification when connecting to.

【図5】本発明の一実施例に係る誘電体薄膜素子の概略
的な断面図。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a dielectric thin film element according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例を示す誘電体薄膜素子の概略
的な断面図で、下部電極が2層構造のもの。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a dielectric thin film element showing one embodiment of the present invention, in which the lower electrode has a two-layer structure.

【図7】本発明の一実施例を示す誘電体薄膜素子の概略
的な断面図で、上部電極と下部電極が夫々2層構造のも
の。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a dielectric thin film element showing one embodiment of the present invention, in which an upper electrode and a lower electrode each have a two-layer structure.

【図8】本発明の一実施例を示す誘電体薄膜素子の概略
的な断面図で、上部電極が2層構造で下部電極が3層構
造のもの。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a dielectric thin film element showing one embodiment of the present invention, in which the upper electrode has a two-layer structure and the lower electrode has a three-layer structure.

【図9】従来の誘電体薄膜素子の概略的な断面図。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a conventional dielectric thin film element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21,31,41,51…基板、 4,54…下部電極、 5,55…高、強誘電体膜、 6,56…上部電極、 7…層間絶縁膜、 8…配線電極、 54a,56a…第一層、 54b,56b…第二層、 54c…第三層。 1, 21, 31, 41, 51 ... Substrate, 4, 54 ... Lower electrode, 5, 55 ... High, ferroelectric film, 6, 56 ... Upper electrode, 7 ... Interlayer insulating film, 8 ... Wiring electrode, 54a, 56a ... first layer, 54b, 56b ... second layer, 54c ... third layer.

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/792 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/792

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された下部電極と、前記下
部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強誘
電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜素
子において、前記下部電極がRh、Ru、Os、Irの
うち少なくとも一種の元素を含有するPtからなること
を特徴とする誘電体薄膜素子。
1. A dielectric having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film. A thin film element, wherein the lower electrode is made of Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os, and Ir.
【請求項2】 基板上に形成された下部電極と、前記下
部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強誘
電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜素
子において、前記下部電極が前記基板上に形成される第
一層とその上に形成され前記高、強誘電体膜と接する第
二層とから構成され、前記下部電極の第一層がPtから
なり、前記下部電極の第二層がPh、Ru、Os、Ir
のうち少なくとも一種の元素を含有するPtからなるこ
とを特徴とする誘電体薄膜素子。
2. A dielectric having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film. In the thin film element, the lower electrode is composed of a first layer formed on the substrate and a second layer formed thereon and in contact with the high and ferroelectric films, and the first layer of the lower electrode is Pt. And the second layer of the lower electrode is made of Ph, Ru, Os, Ir
A dielectric thin film element comprising Pt containing at least one element of Pt.
【請求項3】 基板上に形成された下部電極と、前記下
部電極上に形成された高、強誘電体膜と、前記高、強誘
電体膜上に形成された上部電極とを有する誘電体薄膜素
子において、 前記下部電極が前記基板上に形成される第一層とその上
に形成され前記高、強誘電体膜と接する第二層とから構
成され、前記下部電極の第一層がPtからなり、前記下
部電極の第二層がRh、Ru、Os、Irのうち少なく
とも一種の元素を含有するPtからなり、 前記上部電極が前記高、強誘電体膜上に形成される第一
層とその上に形成される第二層とから構成され、前記上
部電極の第一層がRh、Ru、Os、Irのうち少なく
とも一種の元素を含有するPtからなり、前記上部電極
の第二層がPtからなることを特徴とする誘電体薄膜素
子。
3. A dielectric having a lower electrode formed on a substrate, a high ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the high ferroelectric film. In the thin film element, the lower electrode is composed of a first layer formed on the substrate and a second layer formed thereon and in contact with the high and ferroelectric films, and the first layer of the lower electrode is Pt. And the second layer of the lower electrode is made of Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os and Ir, and the upper electrode is a first layer formed on the high ferroelectric film. And a second layer formed thereon, wherein the first layer of the upper electrode is Pt containing at least one element of Rh, Ru, Os and Ir, and the second layer of the upper electrode Is a Pt dielectric film element.
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