JPH11297966A - 強誘電体薄膜素子及びその製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜素子及びその製造方法Info
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑な多層膜構造を必要とせずに、Ｓｉ基板
上にペロブスカイト型酸化物の強誘電体薄膜が形成され
た構造を有する強誘電体薄膜素子を効率よく製造する。 【解決手段】 Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させ
た、Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜上に、金属
薄膜をエピタキシャル成長させ、さらにこの金属薄膜上
に、ペロブスカイト構造を有する酸化物からなる強誘電
体薄膜を配向成長させるとともに、ＴｉＮ薄膜中のＴｉ
サイトのＡｌ置換量をＡｌ原子に換算して１〜３０％と
し、かつＴｉＮ薄膜中の酸素含有量を酸素原子に換算し
て５％以下とする。
上にペロブスカイト型酸化物の強誘電体薄膜が形成され
た構造を有する強誘電体薄膜素子を効率よく製造する。 【解決手段】 Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させ
た、Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜上に、金属
薄膜をエピタキシャル成長させ、さらにこの金属薄膜上
に、ペロブスカイト構造を有する酸化物からなる強誘電
体薄膜を配向成長させるとともに、ＴｉＮ薄膜中のＴｉ
サイトのＡｌ置換量をＡｌ原子に換算して１〜３０％と
し、かつＴｉＮ薄膜中の酸素含有量を酸素原子に換算し
て５％以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、Ｓｉ基板を用い
た強誘電体薄膜素子、詳しくは、ＤＲＡＭや、強誘電体
ＲＡＭ（ＦｅＲＡＭ）用のキャパシタとして用いるのに
適しているばかりでなく、焦電素子やマイクロアクチュ
エータ、薄膜コンデンサや小型圧電素子などにも応用が
可能な、Ｓｉ基板上に高度に配向した強誘電体薄膜を配
設してなる強誘電体薄膜素子及びその製造方法に関す
る。
た強誘電体薄膜素子、詳しくは、ＤＲＡＭや、強誘電体
ＲＡＭ（ＦｅＲＡＭ）用のキャパシタとして用いるのに
適しているばかりでなく、焦電素子やマイクロアクチュ
エータ、薄膜コンデンサや小型圧電素子などにも応用が
可能な、Ｓｉ基板上に高度に配向した強誘電体薄膜を配
設してなる強誘電体薄膜素子及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、Ｓｉ基板上への、ＢａＴｉＯ
３（以下、ＢＴＯと略称する）、ＳｒＴｉＯ３（以下、
ＳＴＯと略称する）、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（以下、
ＢＳＴＯと略称する）、ＰｂＴｉＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）
ＴｉＯ３（以下、ＰＬＴと略称する）、ＰＺＴ、ＰＬＺ
Ｔ、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３（以下、ＰＭＮと略称す
る）などのＰｂ系・非Ｐｂ系ペロブスカイト化合物の薄
膜形成が盛んに研究されつつある。
３（以下、ＢＴＯと略称する）、ＳｒＴｉＯ３（以下、
ＳＴＯと略称する）、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（以下、
ＢＳＴＯと略称する）、ＰｂＴｉＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）
ＴｉＯ３（以下、ＰＬＴと略称する）、ＰＺＴ、ＰＬＺ
Ｔ、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３（以下、ＰＭＮと略称す
る）などのＰｂ系・非Ｐｂ系ペロブスカイト化合物の薄
膜形成が盛んに研究されつつある。
【０００３】とりわけ、残留分極の大きなＰＺＴ、ＰＬ
ＺＴなどのＰｂ系ペロブスカイト化合物をエピタキシャ
ル成長させることができれば、自発分極を一方向にそろ
えることが可能になり、より大きな分極値とスイッチン
グ特性を得ることが可能になるため、高密度記録媒体と
しての応用が飛躍的に高まることから、Ｐｂ系ペロブス
カイト化合物をエピタキシャル成長させる技術の開発が
切望されているのが実情である。
ＺＴなどのＰｂ系ペロブスカイト化合物をエピタキシャ
ル成長させることができれば、自発分極を一方向にそろ
えることが可能になり、より大きな分極値とスイッチン
グ特性を得ることが可能になるため、高密度記録媒体と
しての応用が飛躍的に高まることから、Ｐｂ系ペロブス
カイト化合物をエピタキシャル成長させる技術の開発が
切望されているのが実情である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、自発分極を膜厚方向の一方向にそろえる用途の場
合、Ｓｉ基板上に強誘電体薄膜を導電層（電極層）で挟
み込む、いわゆる金属−強誘電体−金属（ＭＦＭ）構造
が必要であり、以下の理由から、結晶性の良好な三軸配
向した強誘電体酸化物薄膜を得ることは困難であった。
に、自発分極を膜厚方向の一方向にそろえる用途の場
合、Ｓｉ基板上に強誘電体薄膜を導電層（電極層）で挟
み込む、いわゆる金属−強誘電体−金属（ＭＦＭ）構造
が必要であり、以下の理由から、結晶性の良好な三軸配
向した強誘電体酸化物薄膜を得ることは困難であった。
【０００５】Ｓｉ基板上に、導電体としてＡｇ、Ａｕ
などの金属薄膜を形成するようにした場合、強誘電体酸
化物薄膜の成長時に、下地となるＳｉ基板との間で相互
拡散を生じる。
などの金属薄膜を形成するようにした場合、強誘電体酸
化物薄膜の成長時に、下地となるＳｉ基板との間で相互
拡散を生じる。
【０００６】金属薄膜としてＰｔ薄膜を用いる方法も
考えられるが、ＰｔはＭｇＯやＳｒＴｉＯ３などの酸化
物単結晶基板上にはエピタキシャル成長するが、Ｓｉ基
板上に直接エピタキシャル成長させることは、これまで
は実現できていないのが実情である。
考えられるが、ＰｔはＭｇＯやＳｒＴｉＯ３などの酸化
物単結晶基板上にはエピタキシャル成長するが、Ｓｉ基
板上に直接エピタキシャル成長させることは、これまで
は実現できていないのが実情である。
【０００７】導電性薄膜として（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ
３（以下、ＬＳＣＯと略称する）のような酸化物を使用
する方法も考えられるが、その場合、例えばＰＬＺＴ／
ＬＳＣＯ／ＢｉＴＯ／ＹＳＺ／Ｓｉというように、Ｓｉ
基板とＬＳＣＯ層の間にさらに他の層を挿入することが
必要で、最上層である強誘電体層のエピタキシャル性を
高めることは困難である。なお、上記ＢｉＴＯはＢｉ４
Ｔｉ３Ｏ１２、ＹＳＺはＹ（イットリウム）添加のＺｒ
Ｏ２である。
３（以下、ＬＳＣＯと略称する）のような酸化物を使用
する方法も考えられるが、その場合、例えばＰＬＺＴ／
ＬＳＣＯ／ＢｉＴＯ／ＹＳＺ／Ｓｉというように、Ｓｉ
基板とＬＳＣＯ層の間にさらに他の層を挿入することが
必要で、最上層である強誘電体層のエピタキシャル性を
高めることは困難である。なお、上記ＢｉＴＯはＢｉ４
Ｔｉ３Ｏ１２、ＹＳＺはＹ（イットリウム）添加のＺｒ
Ｏ２である。
【０００８】また、ＴｉＮ薄膜をイオンビーム成膜法
により形成し、その上に成膜したＰｔ薄膜上にバッファ
層としてＳｒＲｕＯ３（以下、ＳＲＯと略称する）を形
成し、さらにその上に、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳ
ＴＯ）薄膜をエピタキシャル成長させる方法もあるが、
この方法の場合、ＢＳＴＯ／ＳＲＯ／Ｐｔ／ＴＡＮ／Ｓ
ｉの多層構造であるため、コストが大幅に増大するばか
りでなく、Ｓｉ基板上に各薄膜を積み上げるにしたがっ
て結晶性が悪くなるという問題点がある。また、ＳＲＯ
は、ＢＳＴＯに応力による歪みを与えることにより、Ｂ
ＳＴＯに強誘電性を生じさせているものと考えられる
が、Ｐｂ系ペロブスカイト化合物の成長に成功した例は
ないのが実情である。
により形成し、その上に成膜したＰｔ薄膜上にバッファ
層としてＳｒＲｕＯ３（以下、ＳＲＯと略称する）を形
成し、さらにその上に、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳ
ＴＯ）薄膜をエピタキシャル成長させる方法もあるが、
この方法の場合、ＢＳＴＯ／ＳＲＯ／Ｐｔ／ＴＡＮ／Ｓ
ｉの多層構造であるため、コストが大幅に増大するばか
りでなく、Ｓｉ基板上に各薄膜を積み上げるにしたがっ
て結晶性が悪くなるという問題点がある。また、ＳＲＯ
は、ＢＳＴＯに応力による歪みを与えることにより、Ｂ
ＳＴＯに強誘電性を生じさせているものと考えられる
が、Ｐｂ系ペロブスカイト化合物の成長に成功した例は
ないのが実情である。
【０００９】本願発明は、上記課題を解決するものであ
り、Ｓｉ基板上に、複雑な多層膜構造を必要とせず、Ｓ
ｉ基板上に簡単な膜構成で高度に配向したペロブスカイ
ト型酸化物の強誘電体薄膜が形成された強誘電体薄膜素
子及び、かかる強誘電体薄膜素子を効率よく製造するこ
とが可能な強誘電体薄膜素子の製造方法を提供すること
を目的とする。
り、Ｓｉ基板上に、複雑な多層膜構造を必要とせず、Ｓ
ｉ基板上に簡単な膜構成で高度に配向したペロブスカイ
ト型酸化物の強誘電体薄膜が形成された強誘電体薄膜素
子及び、かかる強誘電体薄膜素子を効率よく製造するこ
とが可能な強誘電体薄膜素子の製造方法を提供すること
を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明（請求項１）の強誘電体薄膜素子は、Ｓｉ
基板と、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させた、Ｔｉ
の一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜と、ＴｉＮ薄膜上に
エピタキシャル成長させた金属薄膜と、金属薄膜上に配
向成長させたペロブスカイト構造を有する酸化物からな
る強誘電体薄膜とを備えた強誘電体薄膜素子であって、
ＴｉＮ薄膜中のＴｉサイトのＡｌ置換量がＡｌ原子に換
算して１〜３０％であり、かつＴｉＮ薄膜中の酸素含有
量が酸素原子に換算して５％以下であることを特徴とし
ている。
に、本願発明（請求項１）の強誘電体薄膜素子は、Ｓｉ
基板と、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させた、Ｔｉ
の一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜と、ＴｉＮ薄膜上に
エピタキシャル成長させた金属薄膜と、金属薄膜上に配
向成長させたペロブスカイト構造を有する酸化物からな
る強誘電体薄膜とを備えた強誘電体薄膜素子であって、
ＴｉＮ薄膜中のＴｉサイトのＡｌ置換量がＡｌ原子に換
算して１〜３０％であり、かつＴｉＮ薄膜中の酸素含有
量が酸素原子に換算して５％以下であることを特徴とし
ている。
【００１１】上記構成とすることにより、複雑な多層膜
構造を必要とすることなく、ＴｉＮ薄膜と金属薄膜の２
層のバッファー層のみで、Ｓｉ基板上に、配向成長させ
たペロブスカイト構造を有する酸化物からなる強誘電体
薄膜を形成することが可能になり、ＤＲＡＭやＦｅＲＡ
Ｍのキャパシタのみならず、焦電素子、マイクロアクチ
ュエータ、薄膜コンデンサ、小型圧電素子などに応用す
ることが可能な強誘電体薄膜素子を得ることができるよ
うになる。
構造を必要とすることなく、ＴｉＮ薄膜と金属薄膜の２
層のバッファー層のみで、Ｓｉ基板上に、配向成長させ
たペロブスカイト構造を有する酸化物からなる強誘電体
薄膜を形成することが可能になり、ＤＲＡＭやＦｅＲＡ
Ｍのキャパシタのみならず、焦電素子、マイクロアクチ
ュエータ、薄膜コンデンサ、小型圧電素子などに応用す
ることが可能な強誘電体薄膜素子を得ることができるよ
うになる。
【００１２】また、本願発明の強誘電体薄膜素子におい
ては、Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜及び金属
薄膜がエピタキシャル成長しており、強誘電体薄膜が配
向成長しているため、良好な電気特性を得ることが可能
になる。本願発明において、ＴｉＮ薄膜中のＴｉサイト
のＡｌ置換量をＡｌ原子に換算して１〜３０％の範囲と
しているのは、Ａｌ置換量が１％を下回ると十分な耐酸
化性を得ることができず、また、Ａｌ置換量が３０％を
越えるとＴｉＮの導電性が著しく低下することによる。
また、ＴｉＮ中の酸素の含有量が５重量％を越えると耐
酸化性が低下し、良好なエピタキシャル成長が阻害され
るため、ＴｉＮ中の酸素の含有量は５％以下とすること
が好ましく、１％以下であればさらに好ましい。
ては、Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜及び金属
薄膜がエピタキシャル成長しており、強誘電体薄膜が配
向成長しているため、良好な電気特性を得ることが可能
になる。本願発明において、ＴｉＮ薄膜中のＴｉサイト
のＡｌ置換量をＡｌ原子に換算して１〜３０％の範囲と
しているのは、Ａｌ置換量が１％を下回ると十分な耐酸
化性を得ることができず、また、Ａｌ置換量が３０％を
越えるとＴｉＮの導電性が著しく低下することによる。
また、ＴｉＮ中の酸素の含有量が５重量％を越えると耐
酸化性が低下し、良好なエピタキシャル成長が阻害され
るため、ＴｉＮ中の酸素の含有量は５％以下とすること
が好ましく、１％以下であればさらに好ましい。
【００１３】また、本願発明（請求項２）の強誘電体薄
膜素子は、金属薄膜が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｒｕからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有
し、かつその含有率が５０％以上であることを特徴とし
ている。強誘電体薄膜が配向成長させようとすると、通
常、６００℃以上の雰囲気で強誘電体薄膜を成長させる
ことが必要になるため、金属薄膜として、Ａｕ、Ｐｔ、
Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕなどの貴金属の１種、あるい
は、それらのうちの２種以上からなる合金を含有する材
料を用いることが望ましく、特にその含有率が５０％以
上であることが望ましい。
膜素子は、金属薄膜が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｒｕからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有
し、かつその含有率が５０％以上であることを特徴とし
ている。強誘電体薄膜が配向成長させようとすると、通
常、６００℃以上の雰囲気で強誘電体薄膜を成長させる
ことが必要になるため、金属薄膜として、Ａｕ、Ｐｔ、
Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕなどの貴金属の１種、あるい
は、それらのうちの２種以上からなる合金を含有する材
料を用いることが望ましく、特にその含有率が５０％以
上であることが望ましい。
【００１４】また、本願発明（請求項３）の強誘電体薄
膜素子は、金属薄膜が、Ｐｔ薄膜であることを特徴とし
ている。金属薄膜としてＰｔを用いた場合、ＴｉＮ薄膜
上にエピタキシャル成長させるのに適当な格子定数を持
ち、Ｐｔ薄膜がＴｉＮの耐酸化バリア層として機能する
とともに、強誘電体薄膜の形成過程において、強誘電体
薄膜をエピタキシャル成長させるのに適当な格子定数を
持ち、Ｐｔの触媒能が作用し、結晶性に優れた強誘電体
薄膜を得ることが可能になる。
膜素子は、金属薄膜が、Ｐｔ薄膜であることを特徴とし
ている。金属薄膜としてＰｔを用いた場合、ＴｉＮ薄膜
上にエピタキシャル成長させるのに適当な格子定数を持
ち、Ｐｔ薄膜がＴｉＮの耐酸化バリア層として機能する
とともに、強誘電体薄膜の形成過程において、強誘電体
薄膜をエピタキシャル成長させるのに適当な格子定数を
持ち、Ｐｔの触媒能が作用し、結晶性に優れた強誘電体
薄膜を得ることが可能になる。
【００１５】また、本願発明（請求項４）の強誘電体薄
膜素子は、強誘電体薄膜が、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸
化物薄膜であることを特徴としている。本願発明によれ
ば、強誘電体薄膜としての特性に優れた、Ｐｂ系ペロブ
スカイト型酸化物の薄膜を高度（一軸配向以上）に配向
成長させることが可能になり、特性に優れた強誘電体薄
膜素子を得ることが可能になる。
膜素子は、強誘電体薄膜が、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸
化物薄膜であることを特徴としている。本願発明によれ
ば、強誘電体薄膜としての特性に優れた、Ｐｂ系ペロブ
スカイト型酸化物の薄膜を高度（一軸配向以上）に配向
成長させることが可能になり、特性に優れた強誘電体薄
膜素子を得ることが可能になる。
【００１６】また、本願発明（請求項５）の強誘電体薄
膜素子は、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物が、ＡＢＯ３
で表されるＡサイトの構成元素としてＰｂ、又はＰｂと
少なくともＬａを含むとともに、Ｂサイトの構成元素と
して少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｂの少なくとも一
種を含むペロブスカイト型酸化物であることを特徴とし
ている。本願発明においては、Ａサイトの構成元素とし
て、Ｐｂ、又はＰｂと少なくともＬａを含み、Ｂサイト
の構成元素として、少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｂ
を含むペロブスカイト型酸化物薄膜を強誘電体薄膜とす
ることが望ましいが、これは、強誘電性の一つの指標で
ある残留分極値が大きく、かつ分極を反転させるために
必要な電界（抗電界）が小さいという特徴を有する材料
構成が得られることによる。
膜素子は、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物が、ＡＢＯ３
で表されるＡサイトの構成元素としてＰｂ、又はＰｂと
少なくともＬａを含むとともに、Ｂサイトの構成元素と
して少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｂの少なくとも一
種を含むペロブスカイト型酸化物であることを特徴とし
ている。本願発明においては、Ａサイトの構成元素とし
て、Ｐｂ、又はＰｂと少なくともＬａを含み、Ｂサイト
の構成元素として、少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｂ
を含むペロブスカイト型酸化物薄膜を強誘電体薄膜とす
ることが望ましいが、これは、強誘電性の一つの指標で
ある残留分極値が大きく、かつ分極を反転させるために
必要な電界（抗電界）が小さいという特徴を有する材料
構成が得られることによる。
【００１７】また、本願発明（請求項６）の強誘電体薄
膜素子は、ＴｉＮ薄膜の膜厚が１００〜１０００nm、金
属薄膜の膜厚が１０〜２００nm、強誘電体薄膜の膜厚が
５０〜３０００nmの範囲にあることを特徴としている。
ＴｉＮ薄膜の膜厚を１００〜１０００nmとしたのは、膜
厚が１００nm未満の場合、強誘電体薄膜に対してＴｉＮ
薄膜の応力が十分に伝わらず、１０００nmを越えると成
膜に時間がかかり実用的でないことによる。金属薄膜の
膜厚を１０〜２００nmとしたのは、膜厚が１０nm未満の
場合、ＴｉＮの保護膜としての効果が低下するととも、
連続した膜となりにくいためであり、また、膜厚が２０
０nmを越えると強誘電体薄膜に対してＴｉＮ薄膜の応力
が十分に伝わらなくなるためである。また、強誘電体薄
膜の膜厚を５０〜３０００nmとしたのは、膜厚が５０nm
未満では、バルク体と同等の強誘電特性を得ることが困
難であり、また、膜厚が３０００nmを越えると強誘電体
薄膜に対してＴｉＮ薄膜の応力が十分に伝わらなくなる
ためである。
膜素子は、ＴｉＮ薄膜の膜厚が１００〜１０００nm、金
属薄膜の膜厚が１０〜２００nm、強誘電体薄膜の膜厚が
５０〜３０００nmの範囲にあることを特徴としている。
ＴｉＮ薄膜の膜厚を１００〜１０００nmとしたのは、膜
厚が１００nm未満の場合、強誘電体薄膜に対してＴｉＮ
薄膜の応力が十分に伝わらず、１０００nmを越えると成
膜に時間がかかり実用的でないことによる。金属薄膜の
膜厚を１０〜２００nmとしたのは、膜厚が１０nm未満の
場合、ＴｉＮの保護膜としての効果が低下するととも、
連続した膜となりにくいためであり、また、膜厚が２０
０nmを越えると強誘電体薄膜に対してＴｉＮ薄膜の応力
が十分に伝わらなくなるためである。また、強誘電体薄
膜の膜厚を５０〜３０００nmとしたのは、膜厚が５０nm
未満では、バルク体と同等の強誘電特性を得ることが困
難であり、また、膜厚が３０００nmを越えると強誘電体
薄膜に対してＴｉＮ薄膜の応力が十分に伝わらなくなる
ためである。
【００１８】また、本願発明（請求項７）の強誘電体薄
膜素子は、金属薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（金属薄膜の
膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）が０．５以下、強誘電体薄膜
とＴｉＮ薄膜の膜厚比（強誘電体薄膜の膜厚／ＴｉＮ薄
膜の膜厚）が３以下であることを特徴としている。本願
発明においては、金属薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比が０．
５以下、強誘電体薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比が３以下で
あることが好ましいが、これは、金属薄膜とＴｉＮ薄膜
の膜厚比が０．５を越えると、強誘電体薄膜に対してＴ
ｉＮの応力が十分に伝わらず、同様に強誘電体薄膜とＴ
ｉＮ薄膜の膜厚比が３を越えると、強誘電体薄膜に対し
てＴｉＮ薄膜の応力が十分に伝わらないためである。
膜素子は、金属薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（金属薄膜の
膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）が０．５以下、強誘電体薄膜
とＴｉＮ薄膜の膜厚比（強誘電体薄膜の膜厚／ＴｉＮ薄
膜の膜厚）が３以下であることを特徴としている。本願
発明においては、金属薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比が０．
５以下、強誘電体薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比が３以下で
あることが好ましいが、これは、金属薄膜とＴｉＮ薄膜
の膜厚比が０．５を越えると、強誘電体薄膜に対してＴ
ｉＮの応力が十分に伝わらず、同様に強誘電体薄膜とＴ
ｉＮ薄膜の膜厚比が３を越えると、強誘電体薄膜に対し
てＴｉＮ薄膜の応力が十分に伝わらないためである。
【００１９】また、本願発明（請求項８）の強誘電体薄
膜素子は、金属薄膜がＰｔ薄膜であり、Ｐｔ薄膜とＴｉ
Ｎ薄膜の膜厚比（Ｐｔ薄膜の膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）
が０．４以下であることを特徴としている。Ｐｔ薄膜と
ＴｉＮ薄膜の膜厚比を、０．４以下としたのは、膜厚比
が０．４を越えると、強誘電体薄膜に対してＴｉＮ薄膜
の応力が十分に伝わらないためである。
膜素子は、金属薄膜がＰｔ薄膜であり、Ｐｔ薄膜とＴｉ
Ｎ薄膜の膜厚比（Ｐｔ薄膜の膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）
が０．４以下であることを特徴としている。Ｐｔ薄膜と
ＴｉＮ薄膜の膜厚比を、０．４以下としたのは、膜厚比
が０．４を越えると、強誘電体薄膜に対してＴｉＮ薄膜
の応力が十分に伝わらないためである。
【００２０】また、本願発明（請求項９）の強誘電体薄
膜素子は、強誘電体薄膜がエピタキシャル成長している
ことを特徴としている。強誘電体薄膜をエピタキシャル
成長により形成するようにした場合、各薄膜の全てがエ
ピタキシャル膜で構成されることになり、薄膜間の界面
における相互拡散がほとんど発生せず、熱的に極めて安
定な強誘電体薄膜素子を得ることが可能になる。
膜素子は、強誘電体薄膜がエピタキシャル成長している
ことを特徴としている。強誘電体薄膜をエピタキシャル
成長により形成するようにした場合、各薄膜の全てがエ
ピタキシャル膜で構成されることになり、薄膜間の界面
における相互拡散がほとんど発生せず、熱的に極めて安
定な強誘電体薄膜素子を得ることが可能になる。
【００２１】また、本願発明（請求項１０）の強誘電体
薄膜素子は、ＴｉＮ薄膜が、レーザー蒸着法（ＰＬＤ
法）、又はイオンビームスパッタリング法で形成された
ものであることを特徴としている。ＴｉＮ薄膜を、レー
ザー蒸着法、又はイオンビームスパッタリング法で形成
することにより、容易に、かつ短時間でＴｉＮ薄膜をＳ
ｉ基板上にエピタキシャル成長させることが可能にな
り、本願発明をより実効あらしめることができる。
薄膜素子は、ＴｉＮ薄膜が、レーザー蒸着法（ＰＬＤ
法）、又はイオンビームスパッタリング法で形成された
ものであることを特徴としている。ＴｉＮ薄膜を、レー
ザー蒸着法、又はイオンビームスパッタリング法で形成
することにより、容易に、かつ短時間でＴｉＮ薄膜をＳ
ｉ基板上にエピタキシャル成長させることが可能にな
り、本願発明をより実効あらしめることができる。
【００２２】また、本願発明（請求項１１）の強誘電体
薄膜素子は、Ｐｔ薄膜が、スパッタリング法により形成
されたものであることを特徴としている。Ｐｔ薄膜を形
成するのにスパッタリング法を用いることにより、Ｐｔ
薄膜を容易にＴｉＮ薄膜上にエピタキシャル成長させる
ことが可能になるとともに、その上に強誘電体薄膜を確
実に形成して、所望の特性を有する強誘電体薄膜素子を
得ることが可能になる。
薄膜素子は、Ｐｔ薄膜が、スパッタリング法により形成
されたものであることを特徴としている。Ｐｔ薄膜を形
成するのにスパッタリング法を用いることにより、Ｐｔ
薄膜を容易にＴｉＮ薄膜上にエピタキシャル成長させる
ことが可能になるとともに、その上に強誘電体薄膜を確
実に形成して、所望の特性を有する強誘電体薄膜素子を
得ることが可能になる。
【００２３】また、本願発明（請求項１２）の強誘電体
薄膜素子は、強誘電体薄膜が、化学気相蒸着法により形
成されたものであることを特徴としている。強誘電体薄
膜を化学気相蒸着法により形成するようにした場合、強
誘電体薄膜を大面積に、かつ容易に金属薄膜上にエピタ
キシャル成長させることが可能になり、本願発明をより
実効あらしめることができる。
薄膜素子は、強誘電体薄膜が、化学気相蒸着法により形
成されたものであることを特徴としている。強誘電体薄
膜を化学気相蒸着法により形成するようにした場合、強
誘電体薄膜を大面積に、かつ容易に金属薄膜上にエピタ
キシャル成長させることが可能になり、本願発明をより
実効あらしめることができる。
【００２４】また、本願発明（請求項１３）のＤＲＡＭ
は、請求項１〜１２のいずれかに記載の強誘電体薄膜素
子を用いたことを特徴としている。
は、請求項１〜１２のいずれかに記載の強誘電体薄膜素
子を用いたことを特徴としている。
【００２５】請求項１〜１２のいずれかに記載の強誘電
体薄膜素子を用いてＤＲＡＭを形成することにより、所
望の特性を備えたＤＲＡＭを確実に得ることが可能にな
る。
体薄膜素子を用いてＤＲＡＭを形成することにより、所
望の特性を備えたＤＲＡＭを確実に得ることが可能にな
る。
【００２６】また、本願発明（請求項１４）のＦｅＲＡ
Ｍは、請求項１〜１２のいずれかに記載の強誘電体薄膜
素子を用いたことを特徴としている。
Ｍは、請求項１〜１２のいずれかに記載の強誘電体薄膜
素子を用いたことを特徴としている。
【００２７】請求項１〜１２のいずれかに記載の強誘電
体薄膜素子を用いてＦｅＲＡＭを形成することにより、
所望の特性を備えたＦｅＲＡＭを確実に得ることが可能
になる。
体薄膜素子を用いてＦｅＲＡＭを形成することにより、
所望の特性を備えたＦｅＲＡＭを確実に得ることが可能
になる。
【００２８】また、本願発明（請求項１５）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、Ｓｉ基板上にＴｉの一部をＡｌ
で置換したＴｉＮ薄膜をエピタキシャル成長させる工程
と、ＴｉＮ薄膜上に金属薄膜をエピタキシャル成長させ
る工程と、金属薄膜上にペロブスカイト構造を有する酸
化物の強誘電体薄膜を配向成長させる工程とを具備する
強誘電体薄膜素子の製造方法であって、ＴｉＮ薄膜中の
ＴｉサイトのＡｌ置換量をＡｌ原子に換算して１〜３０
％の範囲とし、かつＴｉＮ薄膜中の酸素含有量を酸素原
子に対して５％以下としたことを特徴としている。
薄膜素子の製造方法は、Ｓｉ基板上にＴｉの一部をＡｌ
で置換したＴｉＮ薄膜をエピタキシャル成長させる工程
と、ＴｉＮ薄膜上に金属薄膜をエピタキシャル成長させ
る工程と、金属薄膜上にペロブスカイト構造を有する酸
化物の強誘電体薄膜を配向成長させる工程とを具備する
強誘電体薄膜素子の製造方法であって、ＴｉＮ薄膜中の
ＴｉサイトのＡｌ置換量をＡｌ原子に換算して１〜３０
％の範囲とし、かつＴｉＮ薄膜中の酸素含有量を酸素原
子に対して５％以下としたことを特徴としている。
【００２９】また、本願発明（請求項１６）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、金属薄膜として、Ａｕ、Ｐｔ、
Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕからなる群より選ばれる少なく
とも１種を含有し、かつその含有率が５０％以上である
薄膜を形成することを特徴としている。
薄膜素子の製造方法は、金属薄膜として、Ａｕ、Ｐｔ、
Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕからなる群より選ばれる少なく
とも１種を含有し、かつその含有率が５０％以上である
薄膜を形成することを特徴としている。
【００３０】また、本願発明（請求項１７）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、金属薄膜として、Ｐｔ薄膜を形
成することを特徴としている。
薄膜素子の製造方法は、金属薄膜として、Ｐｔ薄膜を形
成することを特徴としている。
【００３１】また、本願発明（請求項１８）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、強誘電体薄膜として、Ｐｂ系ペ
ロブスカイト型酸化物薄膜を形成することを特徴として
いる。
薄膜素子の製造方法は、強誘電体薄膜として、Ｐｂ系ペ
ロブスカイト型酸化物薄膜を形成することを特徴として
いる。
【００３２】また、本願発明（請求項１９）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物
薄膜として、ＡＢＯ３で表されるＡサイトの構成元素と
してＰｂ、又はＰｂと少なくともＬａを含むとともに、
Ｂサイトの構成元素として少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｍ
ｇ、Ｎｂの少なくとも一種を含むペロブスカイト型酸化
物薄膜を形成することを特徴としている。
薄膜素子の製造方法は、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物
薄膜として、ＡＢＯ３で表されるＡサイトの構成元素と
してＰｂ、又はＰｂと少なくともＬａを含むとともに、
Ｂサイトの構成元素として少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｍ
ｇ、Ｎｂの少なくとも一種を含むペロブスカイト型酸化
物薄膜を形成することを特徴としている。
【００３３】また、本願発明（請求項２０）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、ＴｉＮ薄膜の膜厚を１００〜１
０００nm、金属薄膜の膜厚を１０〜２００nm、強誘電体
薄膜の膜厚を５０〜３０００nmの範囲とすることを特徴
としている。
薄膜素子の製造方法は、ＴｉＮ薄膜の膜厚を１００〜１
０００nm、金属薄膜の膜厚を１０〜２００nm、強誘電体
薄膜の膜厚を５０〜３０００nmの範囲とすることを特徴
としている。
【００３４】また、本願発明（請求項２１）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、金属薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比
（金属薄膜の膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）を０．５以下、
強誘電体薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（強誘電体薄膜の膜
厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）を３以下とすることを特徴とし
ている。
薄膜素子の製造方法は、金属薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比
（金属薄膜の膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）を０．５以下、
強誘電体薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（強誘電体薄膜の膜
厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）を３以下とすることを特徴とし
ている。
【００３５】また、本願発明（請求項２２）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、金属薄膜としてＰｔ薄膜を形成
するとともに、Ｐｔ薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（Ｐｔ薄
膜の膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）を０．４以下とすること
を特徴としている。
薄膜素子の製造方法は、金属薄膜としてＰｔ薄膜を形成
するとともに、Ｐｔ薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（Ｐｔ薄
膜の膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）を０．４以下とすること
を特徴としている。
【００３６】また、本願発明（請求項２３）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、強誘電体薄膜を、エピタキシャ
ル成長により形成することを特徴としている。
薄膜素子の製造方法は、強誘電体薄膜を、エピタキシャ
ル成長により形成することを特徴としている。
【００３７】また、本願発明（請求項２４）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、ＴｉＮ薄膜を、レーザー蒸着法
（ＰＬＤ法）により１０−６Torr以下の圧力で形成する
か、又はイオンビームスパッタリング法により、１０
−３Torr以下の圧力で形成することを特徴としている。
薄膜素子の製造方法は、ＴｉＮ薄膜を、レーザー蒸着法
（ＰＬＤ法）により１０−６Torr以下の圧力で形成する
か、又はイオンビームスパッタリング法により、１０
−３Torr以下の圧力で形成することを特徴としている。
【００３８】また、本願発明（請求項２５）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、Ｐｔ薄膜を、スパッタリング法
により、酸素含有量が０．０１体積％以下のＡｒガス雰
囲気中で形成することを特徴としている。
薄膜素子の製造方法は、Ｐｔ薄膜を、スパッタリング法
により、酸素含有量が０．０１体積％以下のＡｒガス雰
囲気中で形成することを特徴としている。
【００３９】また、本願発明（請求項２６）の強誘電体
薄膜素子の製造方法は、強誘電体薄膜を、化学気相蒸着
法により形成することを特徴としている。
薄膜素子の製造方法は、強誘電体薄膜を、化学気相蒸着
法により形成することを特徴としている。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の強誘電体薄膜素
子及びその製造方法の実施の形態を、実施例に基づいて
説明する。
子及びその製造方法の実施の形態を、実施例に基づいて
説明する。
【００４１】
【実施例】自然酸化膜を除去したＳｉ単結晶基板上に、
以下に説明する各実施例及び比較例の方法により、Ｔｉ
Ｎ薄膜、Ｐｔ薄膜、Ｐｂ系ペロブスカイト型の強誘電体
酸化物薄膜の順序で各薄膜を形成し、配向性強誘電体薄
膜を備えた強誘電体薄膜素子を作製した。その後、Ｐｂ
系ペロブスカイト型の強誘電体酸化物薄膜上に、マスク
を用いて直径０．５mmのＡｕ上部電極を真空蒸着法によ
り形成し、強誘電体薄膜素子の電気特性を評価した。
以下に説明する各実施例及び比較例の方法により、Ｔｉ
Ｎ薄膜、Ｐｔ薄膜、Ｐｂ系ペロブスカイト型の強誘電体
酸化物薄膜の順序で各薄膜を形成し、配向性強誘電体薄
膜を備えた強誘電体薄膜素子を作製した。その後、Ｐｂ
系ペロブスカイト型の強誘電体酸化物薄膜上に、マスク
を用いて直径０．５mmのＡｕ上部電極を真空蒸着法によ
り形成し、強誘電体薄膜素子の電気特性を評価した。
【００４２】［実施例１］シリコン基板として、５０．
８mmのＳｉ（１００）を使用した。ただし、本願発明に
おいてＳｉ基板は、Ｓｉ（１００）に限られるものでは
なく、Ｓｉ（１１１）やＳｉ（１１０）なども使用する
ことが可能である。また、これらのＳｉ基板としては、
ミスカット角度が５％以下のものであれば使用可能であ
る。このＳｉ（１００）基板をアセトン、エタノールな
どの有機溶媒中で超音波洗浄し、１０％ＨＦ溶液中に浸
漬してＳｉ基板表面の酸化膜を除去した。
８mmのＳｉ（１００）を使用した。ただし、本願発明に
おいてＳｉ基板は、Ｓｉ（１００）に限られるものでは
なく、Ｓｉ（１１１）やＳｉ（１１０）なども使用する
ことが可能である。また、これらのＳｉ基板としては、
ミスカット角度が５％以下のものであれば使用可能であ
る。このＳｉ（１００）基板をアセトン、エタノールな
どの有機溶媒中で超音波洗浄し、１０％ＨＦ溶液中に浸
漬してＳｉ基板表面の酸化膜を除去した。
【００４３】その後、Pulsed Laser Deposition（ＰＬ
Ｄ）装置により、真空中（約１０− ６Torr）、基板温
度：５５０〜６５０℃、レーザー繰り返し周波数：５〜
１０Ｈｚ、レーザーエネルギー密度：４．５Ｊ／cm
２（ＫｒＦ）の条件下で、膜厚：約５００nmの、Ｔｉサ
イトの一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜（以下、ＴＡＮ
薄膜と略称する）をエピタキシャル成長させた。得られ
たＴＡＮ［（Ｔｉ０．９Ａｌ ０．１）Ｎ］薄膜中の酸素
含有量をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）で測定したとこ
ろ、酸素原子に換算して１％以下であった。
Ｄ）装置により、真空中（約１０− ６Torr）、基板温
度：５５０〜６５０℃、レーザー繰り返し周波数：５〜
１０Ｈｚ、レーザーエネルギー密度：４．５Ｊ／cm
２（ＫｒＦ）の条件下で、膜厚：約５００nmの、Ｔｉサ
イトの一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜（以下、ＴＡＮ
薄膜と略称する）をエピタキシャル成長させた。得られ
たＴＡＮ［（Ｔｉ０．９Ａｌ ０．１）Ｎ］薄膜中の酸素
含有量をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）で測定したとこ
ろ、酸素原子に換算して１％以下であった。
【００４４】なお、この実施形態１においては、ＴＡＮ
薄膜を成膜するにあたって、図１に示すようなＰＬＤ装
置を用いた。このＰＬＤ装置は、雰囲気ガスを内部に導
入するためのガス導入管３及び内部雰囲気ガスを排出す
るための排気口８が配設された真空容器１内に、ターゲ
ット４，基板７を加熱するための基板加熱ヒーター５を
配設するとともに、レーザー集光レンズ２を経たエキシ
マレーザー光１０を合成石英窓９を通して真空容器１内
に導くように構成されている。
薄膜を成膜するにあたって、図１に示すようなＰＬＤ装
置を用いた。このＰＬＤ装置は、雰囲気ガスを内部に導
入するためのガス導入管３及び内部雰囲気ガスを排出す
るための排気口８が配設された真空容器１内に、ターゲ
ット４，基板７を加熱するための基板加熱ヒーター５を
配設するとともに、レーザー集光レンズ２を経たエキシ
マレーザー光１０を合成石英窓９を通して真空容器１内
に導くように構成されている。
【００４５】また、ＴＡＮ薄膜を形成するためのターゲ
ットとしては、（Ｔｉ０．９Ａｌ０ ．１）Ｎの組成式で
表されるＴＡＮ焼結体を用いた。なお、ＴＡＮ薄膜は、
ＰＬＤ法に限らず、電子ビーム蒸着法、ｒｆスパッタリ
ング法、ＤＣスパッタリング法、イオンビームスパッタ
リング法，ＥＣＲスパッタリング法、ＭＢＥ法などの方
法で作成することも可能である。さらに、イオンビー
ム、レーザービームなどでアシストすることによりその
結晶性を向上させることも可能である。
ットとしては、（Ｔｉ０．９Ａｌ０ ．１）Ｎの組成式で
表されるＴＡＮ焼結体を用いた。なお、ＴＡＮ薄膜は、
ＰＬＤ法に限らず、電子ビーム蒸着法、ｒｆスパッタリ
ング法、ＤＣスパッタリング法、イオンビームスパッタ
リング法，ＥＣＲスパッタリング法、ＭＢＥ法などの方
法で作成することも可能である。さらに、イオンビー
ム、レーザービームなどでアシストすることによりその
結晶性を向上させることも可能である。
【００４６】それから、このＴＡＮ薄膜上に、ｒｆマグ
ネトロンスパッタリング装置により全圧：２ｍTorr（酸
素分圧０．２ｍTorr）、基板温度：６００℃の条件下
で、膜厚：１００nmのＰｔ薄膜をエピタキシャル成長さ
せた。なお、Ｐｔ薄膜は、ｒｆマグネトロンスパッタリ
ング法に限らず、電子ビーム蒸着法、ｒｆスパッタリン
グ法、ＤＣスパッタリング法、イオンビームスパッタリ
ング法，ＥＣＲスパッタリング法などの方法で作製する
ことも可能である。
ネトロンスパッタリング装置により全圧：２ｍTorr（酸
素分圧０．２ｍTorr）、基板温度：６００℃の条件下
で、膜厚：１００nmのＰｔ薄膜をエピタキシャル成長さ
せた。なお、Ｐｔ薄膜は、ｒｆマグネトロンスパッタリ
ング法に限らず、電子ビーム蒸着法、ｒｆスパッタリン
グ法、ＤＣスパッタリング法、イオンビームスパッタリ
ング法，ＥＣＲスパッタリング法などの方法で作製する
ことも可能である。
【００４７】さらに、このＰｔ膜上に、ＭＯＣＶＤ装置
により、全圧：１０Torr（酸素分圧５Torr）、基板温
度：７００℃の条件下で、膜厚：４００〜６００nmのＰ
ｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３（以下、ＰＺＴと
略称する）薄膜をエピタキシャル成長させた。Ｐｂ、Ｚ
ｒ、及びＴｉのプリカーサとしては、それぞれ、Ｐｂ
（ＤＰＭ）２、Ｚｒ（Ｏ-ｔ-Ｃ４Ｈ９）４、Ｔｉ（Ｏ-i
-Ｃ３Ｈ７）４を用いた。
により、全圧：１０Torr（酸素分圧５Torr）、基板温
度：７００℃の条件下で、膜厚：４００〜６００nmのＰ
ｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３（以下、ＰＺＴと
略称する）薄膜をエピタキシャル成長させた。Ｐｂ、Ｚ
ｒ、及びＴｉのプリカーサとしては、それぞれ、Ｐｂ
（ＤＰＭ）２、Ｚｒ（Ｏ-ｔ-Ｃ４Ｈ９）４、Ｔｉ（Ｏ-i
-Ｃ３Ｈ７）４を用いた。
【００４８】なお、この実施形態１においては、ＰＺＴ
薄膜を成膜するにあたって、図２に示すようなＭＯＣＶ
Ｄ装置を用いた。このＭＯＣＶＤ装置は、真空ポンプ２
６により内部を真空吸引することができるように構成さ
れた真空容器２１を備えており、この真空容器２１に
は、ガス混合器２５からのガスを内部に供給するための
ガス吹き出しノズル２２、基板２４を加熱するための基
板加熱ヒーター２３が配設されている。さらに、このＭ
ＯＣＶＤ装置は、ＰｂのプリカーサであるＰｂ（ＤＰ
Ｍ）２を（固体）気化させるための固体気化器３１、Ｚ
ｒのプリカーサであるＺｒ（Ｏ-ｔ-Ｃ４Ｈ９）４（液
体）を気化させるための液体気化器３２，及びＴｉのプ
リカーサであるＴｉ（Ｏ-i-Ｃ３Ｈ７）４（液体）を気
化させるための液体気化器３３を備えており、固体気化
器３１、液体気化器３２及び３３において発生したＰ
ｂ、Ｚｒ、Ｔｉの薄膜原料気体はそれぞれ、マスフロー
コントローラ２８，２９，３０を経て供給されるＡｒガ
ス（キャリアガス）３５，３６，３７により真空容器２
１まで運ばれるとともに、Ｏ２ガス３４がマスフローコ
ントローラ２７を経て真空容器２１に供給されるように
構成されている。なお、表１に、ＰＺＴ薄膜の詳細な作
製条件を示す。
薄膜を成膜するにあたって、図２に示すようなＭＯＣＶ
Ｄ装置を用いた。このＭＯＣＶＤ装置は、真空ポンプ２
６により内部を真空吸引することができるように構成さ
れた真空容器２１を備えており、この真空容器２１に
は、ガス混合器２５からのガスを内部に供給するための
ガス吹き出しノズル２２、基板２４を加熱するための基
板加熱ヒーター２３が配設されている。さらに、このＭ
ＯＣＶＤ装置は、ＰｂのプリカーサであるＰｂ（ＤＰ
Ｍ）２を（固体）気化させるための固体気化器３１、Ｚ
ｒのプリカーサであるＺｒ（Ｏ-ｔ-Ｃ４Ｈ９）４（液
体）を気化させるための液体気化器３２，及びＴｉのプ
リカーサであるＴｉ（Ｏ-i-Ｃ３Ｈ７）４（液体）を気
化させるための液体気化器３３を備えており、固体気化
器３１、液体気化器３２及び３３において発生したＰ
ｂ、Ｚｒ、Ｔｉの薄膜原料気体はそれぞれ、マスフロー
コントローラ２８，２９，３０を経て供給されるＡｒガ
ス（キャリアガス）３５，３６，３７により真空容器２
１まで運ばれるとともに、Ｏ２ガス３４がマスフローコ
ントローラ２７を経て真空容器２１に供給されるように
構成されている。なお、表１に、ＰＺＴ薄膜の詳細な作
製条件を示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】［比較例１］実施例１と同様に、Ｓｉ（１
００）基板上にＰＬＤ法により、実施例１の場合よりも
高い圧力の約１０−５Torr、基板温度：５５０〜６５０
℃、レーザー繰り返し周波数：５Ｈｚ、レーザーエネル
ギー密度：４．５Ｊ／cm２（ＫｒＦ）の条件下で、膜
厚：約１５０nmのＴＡＮ薄膜（Ｔｉ０．９Ａｌ
０．１Ｎ：ＴＡＮ）をエピタキシャル成長させた。これ
によって得られたＴＡＮ薄膜中の酸素含有量を、実施例
１の場合と同様にオージェ電子分光法で測定したとこ
ろ、酸素原子に換算して約１０％であった。
００）基板上にＰＬＤ法により、実施例１の場合よりも
高い圧力の約１０−５Torr、基板温度：５５０〜６５０
℃、レーザー繰り返し周波数：５Ｈｚ、レーザーエネル
ギー密度：４．５Ｊ／cm２（ＫｒＦ）の条件下で、膜
厚：約１５０nmのＴＡＮ薄膜（Ｔｉ０．９Ａｌ
０．１Ｎ：ＴＡＮ）をエピタキシャル成長させた。これ
によって得られたＴＡＮ薄膜中の酸素含有量を、実施例
１の場合と同様にオージェ電子分光法で測定したとこ
ろ、酸素原子に換算して約１０％であった。
【００５１】それから、このＴＡＮ薄膜上に、実施例１
と同様に、ｒｆマグネトロンスパッタリング装置を用い
て、全圧：２ｍTorr（酸素分圧０．２ｍTorr）、基板温
度：６００℃の条件下で、膜厚：１００nmのＰｔ薄膜を
エピタキシャル成長させた。さらに、このＰｔ薄膜上
に、実施例１と同様に、ＭＯＣＶＤ法により、全圧：１
０Torr（酸素分圧５Torr）、基板温度：６００℃の条件
下で、膜厚：５００〜６００nmのＰｂ（Ｚｒ０．５２Ｔ
ｉ０．４８）Ｏ３（以下、ＰＺＴと略称する）薄膜をエ
ピタキシャル成長させた。
と同様に、ｒｆマグネトロンスパッタリング装置を用い
て、全圧：２ｍTorr（酸素分圧０．２ｍTorr）、基板温
度：６００℃の条件下で、膜厚：１００nmのＰｔ薄膜を
エピタキシャル成長させた。さらに、このＰｔ薄膜上
に、実施例１と同様に、ＭＯＣＶＤ法により、全圧：１
０Torr（酸素分圧５Torr）、基板温度：６００℃の条件
下で、膜厚：５００〜６００nmのＰｂ（Ｚｒ０．５２Ｔ
ｉ０．４８）Ｏ３（以下、ＰＺＴと略称する）薄膜をエ
ピタキシャル成長させた。
【００５２】［実施例１と比較例１の比較］図３に、上
記実施例１において、Ｓｉ基板上に形成したＰＺＴ／Ｐ
ｔ／ＴＡＮ薄膜のＸＲＤパターンを示す。また、図４
に、同じ試料について、膜面内における配向性を調べる
ために、極点図解析を行った結果を示す。この解析は、
ＴＡＮ（２２０）について行ったものであり、４回対称
のピークが得られていることから、ＴＡＮ薄膜がＳｉ基
板上にエピタキシャル成長していることがわかる。
記実施例１において、Ｓｉ基板上に形成したＰＺＴ／Ｐ
ｔ／ＴＡＮ薄膜のＸＲＤパターンを示す。また、図４
に、同じ試料について、膜面内における配向性を調べる
ために、極点図解析を行った結果を示す。この解析は、
ＴＡＮ（２２０）について行ったものであり、４回対称
のピークが得られていることから、ＴＡＮ薄膜がＳｉ基
板上にエピタキシャル成長していることがわかる。
【００５３】また、同じ試料について行った、Ｐｔ（２
２０）についての極点図解析の結果を図５に示し、ＰＺ
Ｔ（２２０）についての極点図解析の結果を図６に示
す。図５及び図６に示すように、４回対称のＰｔピー
ク、及び４回対称のＰＺＴピークがそれぞれ得られてお
り、Ｐｔ薄膜、及びＰＺＴ薄膜もエピタキシャル成長し
ていることがわかる。
２０）についての極点図解析の結果を図５に示し、ＰＺ
Ｔ（２２０）についての極点図解析の結果を図６に示
す。図５及び図６に示すように、４回対称のＰｔピー
ク、及び４回対称のＰＺＴピークがそれぞれ得られてお
り、Ｐｔ薄膜、及びＰＺＴ薄膜もエピタキシャル成長し
ていることがわかる。
【００５４】さらに、ＰＺＴ／Ｐｔ／ＴＡＮ／Ｓｉの多
層構造となった薄膜全体の配向性についてφスキャンを
実施した結果を図７に示す。この結果からも、ＴＡＮ薄
膜、Ｐｔ薄膜、ＰＺＴ薄膜は、それぞれエピタキシャル
成長していることがわかる。
層構造となった薄膜全体の配向性についてφスキャンを
実施した結果を図７に示す。この結果からも、ＴＡＮ薄
膜、Ｐｔ薄膜、ＰＺＴ薄膜は、それぞれエピタキシャル
成長していることがわかる。
【００５５】一方、図８は、比較例１において得られた
ＰＺＴ薄膜のＸＲＤパターンを示す。図８に示すよう
に、ＰＺＴ薄膜は、ペロブスカイト構造の薄膜にはなる
ものの、特定軸に配向する傾向が認められず、エピタキ
シャル成長していないことがわかる。
ＰＺＴ薄膜のＸＲＤパターンを示す。図８に示すよう
に、ＰＺＴ薄膜は、ペロブスカイト構造の薄膜にはなる
ものの、特定軸に配向する傾向が認められず、エピタキ
シャル成長していないことがわかる。
【００５６】また、実施例１の方法によりエピタキシャ
ル成長させたＰＺＴ薄膜を用いて描かせたＰ−Ｅヒステ
リシスループを図９に示す。
ル成長させたＰＺＴ薄膜を用いて描かせたＰ−Ｅヒステ
リシスループを図９に示す。
【００５７】さらに、実施例１及び比較例１で得られた
ＰＺＴ薄膜素子について、電気特性を評価した結果を表
２に示す。
ＰＺＴ薄膜素子について、電気特性を評価した結果を表
２に示す。
【００５８】
【表２】
【００５９】表２に示すように、実施例１のＰＺＴ薄膜
素子は良好な電気特性を備えていることがわかる。
素子は良好な電気特性を備えていることがわかる。
【００６０】［実施例２］実施例１と同様の方法で、Ｓ
ｉ基板上にＰＬＤ法により、膜厚：３００nmのＴＡＮ薄
膜（Ｔｉ０．７Ａｌ０．３Ｎ）をエピタキシャル成長さ
せた。そして、このＴＡＮ薄膜上に、ｒｆスパッタリン
グ法により、膜厚：１００nmのＰｔ薄膜をエピタキシャ
ル成長させ、さらに、ＰＬＤ法により、５Torr（Ｏ２雰
囲気）、基板温度：５００℃、レーザー繰り返し周波
数：５Ｈｚ、レーザーエネルギー密度：４．５Ｊ／cm２
（ＫｒＦ）の条件下で、膜厚：約６００〜８００nmのＰ
ＬＴ（Ｐｂ０．９Ｌａ０．１ＴｉＯ３）をエピタキシャ
ル成長させた。
ｉ基板上にＰＬＤ法により、膜厚：３００nmのＴＡＮ薄
膜（Ｔｉ０．７Ａｌ０．３Ｎ）をエピタキシャル成長さ
せた。そして、このＴＡＮ薄膜上に、ｒｆスパッタリン
グ法により、膜厚：１００nmのＰｔ薄膜をエピタキシャ
ル成長させ、さらに、ＰＬＤ法により、５Torr（Ｏ２雰
囲気）、基板温度：５００℃、レーザー繰り返し周波
数：５Ｈｚ、レーザーエネルギー密度：４．５Ｊ／cm２
（ＫｒＦ）の条件下で、膜厚：約６００〜８００nmのＰ
ＬＴ（Ｐｂ０．９Ｌａ０．１ＴｉＯ３）をエピタキシャ
ル成長させた。
【００６１】なお、この実施例２では、ＰＬＴ薄膜を得
るためのターゲットとして、Ｐｂ０ ．９Ｌａ０．１Ｔｉ
Ｏ３の組成式で表されるセラミックスの焼結体ターゲッ
トを用いた。図１０は、得られたエピタキシャルＰＬＴ
薄膜のＸＲＤパターンを示す。これより、本願発明の強
誘電体薄膜素子の製造方法を用いることにより、ＰＬＴ
薄膜についても、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させ
ることが可能になることがわかる。
るためのターゲットとして、Ｐｂ０ ．９Ｌａ０．１Ｔｉ
Ｏ３の組成式で表されるセラミックスの焼結体ターゲッ
トを用いた。図１０は、得られたエピタキシャルＰＬＴ
薄膜のＸＲＤパターンを示す。これより、本願発明の強
誘電体薄膜素子の製造方法を用いることにより、ＰＬＴ
薄膜についても、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させ
ることが可能になることがわかる。
【００６２】［実施例３］実施例１と同様の方法で、Ｓ
ｉ基板上にＰＬＤ法により、膜厚：１５０nmのＴＡＮ薄
膜（Ｔｉ０．９９Ａｌ０．０１Ｎ）をエピタキシャル成
長させた。そして、このＴＡＮ薄膜上に、ｒｆスパッタ
リング法により、膜厚：５０nmのＰｔ薄膜をエピタキシ
ャル成長させ、さらに、ＰＬＤ法により、１０−４Tor
r、基板温度：６００℃、レーザー繰り返し周波数：５
Ｈｚ、レーザーエネルギー密度：４．５Ｊ／cm２（Ｋｒ
Ｆ）の条件下で、約５０nmのＢＳＴＯ（Ｂａ０．７Ｓｒ
０．３ＴｉＯ３）をエピタキシャル成長させた。ＢＳＴ
Ｏ薄膜を得るためのターゲットとしては、Ｂａ０．７Ｓ
ｒ０．３ＴｉＯ３の組成式で表されるセラミックスの焼
結体ターゲットを用いた。
ｉ基板上にＰＬＤ法により、膜厚：１５０nmのＴＡＮ薄
膜（Ｔｉ０．９９Ａｌ０．０１Ｎ）をエピタキシャル成
長させた。そして、このＴＡＮ薄膜上に、ｒｆスパッタ
リング法により、膜厚：５０nmのＰｔ薄膜をエピタキシ
ャル成長させ、さらに、ＰＬＤ法により、１０−４Tor
r、基板温度：６００℃、レーザー繰り返し周波数：５
Ｈｚ、レーザーエネルギー密度：４．５Ｊ／cm２（Ｋｒ
Ｆ）の条件下で、約５０nmのＢＳＴＯ（Ｂａ０．７Ｓｒ
０．３ＴｉＯ３）をエピタキシャル成長させた。ＢＳＴ
Ｏ薄膜を得るためのターゲットとしては、Ｂａ０．７Ｓ
ｒ０．３ＴｉＯ３の組成式で表されるセラミックスの焼
結体ターゲットを用いた。
【００６３】図１１に、得られたエピタキシャルＢＳＴ
Ｏ薄膜のＸＲＤパターンを示す。また、図１２に、エピ
タキシャルＢＳＴＯ薄膜を用いて描かせたＰ−Ｅヒステ
リシスループを示す。これより、本願発明の強誘電体薄
膜素子の製造方法を用いることにより、ＢＳＴＯ薄膜に
ついても、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させること
が可能になることがわかる。
Ｏ薄膜のＸＲＤパターンを示す。また、図１２に、エピ
タキシャルＢＳＴＯ薄膜を用いて描かせたＰ−Ｅヒステ
リシスループを示す。これより、本願発明の強誘電体薄
膜素子の製造方法を用いることにより、ＢＳＴＯ薄膜に
ついても、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させること
が可能になることがわかる。
【００６４】なお、図１３に、本願発明の強誘電体薄膜
素子の製造方法により製造した強誘電体薄膜素子をキャ
パシタとして用いたＤＲＡＭの例を示す。なお、図１３
のＤＲＡＭは、一個のキャパシタＣと一個のトランジス
タＴｒを備えてなる一素子セルタイプのＤＲＡＭであ
る。なお、一素子セルタイプのＦｅＲＡＭも、図１３に
示すＤＲＡＭの構造と同じ構造になる。また、上記ＤＲ
ＡＭの等価回路を図１４に示し、ＦｅＲＡＭの等価回路
を図１５に示す。
素子の製造方法により製造した強誘電体薄膜素子をキャ
パシタとして用いたＤＲＡＭの例を示す。なお、図１３
のＤＲＡＭは、一個のキャパシタＣと一個のトランジス
タＴｒを備えてなる一素子セルタイプのＤＲＡＭであ
る。なお、一素子セルタイプのＦｅＲＡＭも、図１３に
示すＤＲＡＭの構造と同じ構造になる。また、上記ＤＲ
ＡＭの等価回路を図１４に示し、ＦｅＲＡＭの等価回路
を図１５に示す。
【００６５】なお、本願発明は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨の範囲内において、種々
の応用、変形を加えることが可能である。
れるものではなく、発明の要旨の範囲内において、種々
の応用、変形を加えることが可能である。
【００６６】
【発明の効果】上述のように、本願発明の強誘電体薄膜
素子は、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させたＴｉの
一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜の上に、金属薄膜をエ
ピタキシャル成長させ、この金属薄膜上にペロブスカイ
ト構造を有する酸化物からなる強誘電体薄膜を配向成長
させるとともに、ＴｉＮ薄膜中のＴｉサイトのＡｌ置換
量をＡｌ原子に換算して１〜３０％とし、かつＴｉＮ薄
膜中の酸素含有量を酸素原子に換算して５％以下とする
ようにしているので、複雑な多層膜構造を必要とするこ
となく、Ｓｉ基板上に強誘電体薄膜が配向成長した構造
を有する素子を得ることが可能になる。
素子は、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させたＴｉの
一部をＡｌで置換したＴｉＮ薄膜の上に、金属薄膜をエ
ピタキシャル成長させ、この金属薄膜上にペロブスカイ
ト構造を有する酸化物からなる強誘電体薄膜を配向成長
させるとともに、ＴｉＮ薄膜中のＴｉサイトのＡｌ置換
量をＡｌ原子に換算して１〜３０％とし、かつＴｉＮ薄
膜中の酸素含有量を酸素原子に換算して５％以下とする
ようにしているので、複雑な多層膜構造を必要とするこ
となく、Ｓｉ基板上に強誘電体薄膜が配向成長した構造
を有する素子を得ることが可能になる。
【００６７】すなわち、従来は、Ｓｉ基板上にペロブス
カイト型の酸化物強誘電体薄膜を配向成長させるには、
複雑な多層構造をとることが必要であったが、本願発明
のような構成とすることにより、ＴｉＮ薄膜と金属薄膜
の２層のバッファー層のみで、Ｓｉ基板上にペロブスカ
イト型酸化物強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させる
ことが可能になる。
カイト型の酸化物強誘電体薄膜を配向成長させるには、
複雑な多層構造をとることが必要であったが、本願発明
のような構成とすることにより、ＴｉＮ薄膜と金属薄膜
の２層のバッファー層のみで、Ｓｉ基板上にペロブスカ
イト型酸化物強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させる
ことが可能になる。
【００６８】特に、本願発明によれば、Ｐｂ系ペロブス
カイト型酸化物の強誘電体薄膜を高度（一軸配向以上）
に配向成長させることが可能になる。
カイト型酸化物の強誘電体薄膜を高度（一軸配向以上）
に配向成長させることが可能になる。
【００６９】また、金属薄膜として、Ｐｔ薄膜を形成す
るようにした場合、Ｐｔ薄膜がＴｉＮの耐酸化バリア層
として機能するとともに、強誘電体薄膜の形成過程にお
いて、触媒能を発揮するため、結晶性に優れた強誘電体
薄膜を得ることが可能になる。
るようにした場合、Ｐｔ薄膜がＴｉＮの耐酸化バリア層
として機能するとともに、強誘電体薄膜の形成過程にお
いて、触媒能を発揮するため、結晶性に優れた強誘電体
薄膜を得ることが可能になる。
【００７０】また、強誘電体薄膜をエピタキシャル成長
させるようにした場合、各薄膜の全てがエピタキシャル
膜で構成されることになり、薄膜間の界面における相互
拡散がほとんど発生せず、熱的に極めて安定な強誘電体
薄膜素子を得ることが可能になる。
させるようにした場合、各薄膜の全てがエピタキシャル
膜で構成されることになり、薄膜間の界面における相互
拡散がほとんど発生せず、熱的に極めて安定な強誘電体
薄膜素子を得ることが可能になる。
【００７１】さらに、本願発明によれば、ＴｉＮ薄膜と
金属薄膜の２層のバッファー層のみで、Ｓｉ基板上にペ
ロブスカイト型酸化物強誘電体薄膜をエピタキシャル成
長させることが可能になるため、プロセスの短縮化によ
る製造コストの低減を図ることが可能になる。
金属薄膜の２層のバッファー層のみで、Ｓｉ基板上にペ
ロブスカイト型酸化物強誘電体薄膜をエピタキシャル成
長させることが可能になるため、プロセスの短縮化によ
る製造コストの低減を図ることが可能になる。
【００７２】その結果、これまで、極めて困難であると
されていた単結晶Ｓｉ基板上に、比較的容易にペロブス
カイト型の酸化物強誘電体、特にＰｂ系ペロブスカイト
化合物をエピタキシャル成長させることが実用的に可能
になり、ＤＲＡＭやＦｅＲＡＭのキャパシタのみなら
ず、焦電素子、マイクロアクチュエータ、薄膜コンデン
サ、小型圧電素子などに応用することが可能な強誘電体
薄膜素子を提供することができるようになる。
されていた単結晶Ｓｉ基板上に、比較的容易にペロブス
カイト型の酸化物強誘電体、特にＰｂ系ペロブスカイト
化合物をエピタキシャル成長させることが実用的に可能
になり、ＤＲＡＭやＦｅＲＡＭのキャパシタのみなら
ず、焦電素子、マイクロアクチュエータ、薄膜コンデン
サ、小型圧電素子などに応用することが可能な強誘電体
薄膜素子を提供することができるようになる。
【図１】本願発明の実施例及び比較例において、ＴＡ
Ｎ、ＰＬＴ及びＢＳＴＯ薄膜の作製に用いたＰＬＤ装置
の概略図である。
Ｎ、ＰＬＴ及びＢＳＴＯ薄膜の作製に用いたＰＬＤ装置
の概略図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例において、ＰＺＴ薄
膜の作製に用いたＭＯＣＶＤ装置の概略図である。
膜の作製に用いたＭＯＣＶＤ装置の概略図である。
【図３】本発明の実施例１において作製したＰＺＴ／Ｐ
ｔ／ＴＡＮ薄膜のＸＲＤパターンを示す図である。
ｔ／ＴＡＮ薄膜のＸＲＤパターンを示す図である。
【図４】実施例１のＴＡＮ薄膜の極点図である。
【図５】実施例１のＰｔ薄膜の極点図である。
【図６】実施例１のＰＺＴ薄膜の極点図である。
【図７】実施例１のＰＺＴ／Ｐｔ／ＴＡＮ薄膜のφスキ
ャン図である。
ャン図である。
【図８】比較例１において作製したＰＺＴ／Ｐｔ／ＴＡ
Ｎ薄膜のＸＲＤパターン図である。
Ｎ薄膜のＸＲＤパターン図である。
【図９】本発明の実施例１において作製したエピタキシ
ャルＰＺＴ薄膜のＰ−Ｅヒステリシスループを示す図で
ある。
ャルＰＺＴ薄膜のＰ−Ｅヒステリシスループを示す図で
ある。
【図１０】本発明の実施例２において作製したＰＬＴ／
Ｐｔ／ＴＡＮ薄膜のＸＲＤパターン図である。
Ｐｔ／ＴＡＮ薄膜のＸＲＤパターン図である。
【図１１】本発明の実施例３において作製したＢＳＴＯ
／Ｐｔ／ＴＡＮ薄膜のＸＲＤパターン図である。
／Ｐｔ／ＴＡＮ薄膜のＸＲＤパターン図である。
【図１２】本発明の実施例３において作製したエピタキ
シャルＢＳＴＯ薄膜のＰ−Ｅヒステリシスループを示す
図である。
シャルＢＳＴＯ薄膜のＰ−Ｅヒステリシスループを示す
図である。
【図１３】本願発明の強誘電体薄膜素子の製造方法によ
り製造した強誘電体薄膜素子をキャパシタとして用いた
ＤＲＡＭ及びＦｅＲＡＭの構造を示す図である。
り製造した強誘電体薄膜素子をキャパシタとして用いた
ＤＲＡＭ及びＦｅＲＡＭの構造を示す図である。
【図１４】本願発明の強誘電体薄膜素子の製造方法によ
り製造した強誘電体薄膜素子をキャパシタとして用いた
ＤＲＡＭの等価回路図である。
り製造した強誘電体薄膜素子をキャパシタとして用いた
ＤＲＡＭの等価回路図である。
【図１５】本願発明の強誘電体薄膜素子の製造方法によ
り製造した強誘電体薄膜素子をキャパシタとして用いた
ＦｅＲＡＭの等価回路図である。
り製造した強誘電体薄膜素子をキャパシタとして用いた
ＦｅＲＡＭの等価回路図である。
１ ＰＬＤ装置における真空容器 ２ レーザー集光レンズ ３ ガス導入管 ４ ターゲット ５ 基板加熱ヒーター ６ ターゲット駆動用マニュピュレーター ７ 基板 ８ 排気口 ９ 合成石英窓 １０ エキシマレーザー光 ２１ ＭＯＣＶＤ装置における真空容器 ２２ ガス吹き出しノズル ２３ 基板加熱ヒーター ２４ 基板 ２５ ガス混合器 ２６ 真空ポンプ ２７〜３０ マスフローコントローラー ３１ 固体気化器（Ｐｂ用） ３２ 液体気化器（Ｚｒ用） ３３ 液体気化器（Ｔｉ用） ３４ Ｏ２ガス ３５〜３７ Ａｒガス Ｃ キャパシタ Ｔｒ トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/10 ４５１ Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ｄ 21/8247 29/788 29/792 41/187
Claims (26)
- 【請求項１】Ｓｉ基板と、 Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させた、Ｔｉの一部を
Ａｌで置換したＴｉＮ薄膜と、 ＴｉＮ薄膜上にエピタキシャル成長させた金属薄膜と、 金属薄膜上に配向成長させたペロブスカイト構造を有す
る酸化物からなる強誘電体薄膜とを備えた強誘電体薄膜
素子であって、 ＴｉＮ薄膜中のＴｉサイトのＡｌ置換量がＡｌ原子に換
算して１〜３０％であり、かつＴｉＮ薄膜中の酸素含有
量が酸素原子に換算して５％以下であることを特徴とす
る強誘電体薄膜素子。 - 【請求項２】金属薄膜が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｒｕからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有
し、かつその含有率が５０％以上であることを特徴とす
る請求項１記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項３】金属薄膜が、Ｐｔ薄膜であることを特徴と
する請求項１記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項４】強誘電体薄膜が、Ｐｂ系ペロブスカイト型
酸化物薄膜であることを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項５】Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物が、ＡＢＯ
３で表されるＡサイトの構成元素としてＰｂ、又はＰｂ
と少なくともＬａを含むとともに、Ｂサイトの構成元素
として少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｂの少なくとも
一種を含むペロブスカイト型酸化物であることを特徴と
する請求項４記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項６】ＴｉＮ薄膜の膜厚が１００〜１０００nm、
金属薄膜の膜厚が１０〜２００nm、強誘電体薄膜の膜厚
が５０〜３０００nmの範囲にあることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項７】金属薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（金属薄膜
の膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）が０．５以下、強誘電体薄
膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（強誘電体薄膜の膜厚／ＴｉＮ
薄膜の膜厚）が３以下であることを特徴とする請求項１
〜６のいずれかに記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項８】金属薄膜がＰｔ薄膜であり、Ｐｔ薄膜とＴ
ｉＮ薄膜の膜厚比（Ｐｔ薄膜の膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜
厚）が０．４以下であることを特徴とする請求項１〜７
のいずれかに記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項９】強誘電体薄膜が、エピタキシャル成長して
いることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の
強誘電体薄膜素子。 - 【請求項１０】ＴｉＮ薄膜が、レーザー蒸着法、又はイ
オンビームスパッタリング法で形成されたものであるこ
とを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の強誘電
体薄膜素子。 - 【請求項１１】Ｐｔ薄膜が、スパッタリング法により形
成されたものであることを特徴とする請求項２，３又は
８記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項１２】強誘電体薄膜が、化学気相蒸着法（ＣＶ
Ｄ法）により形成されたものであることを特徴とする請
求項１〜１１のいずれかに記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項１３】請求項１〜１２のいずれかに記載の強誘
電体薄膜素子を用いたことを特徴とするＤＲＡＭ。 - 【請求項１４】請求項１〜１２のいずれかに記載の強誘
電体薄膜素子を用いたことを特徴とするＦｅＲＡＭ。 - 【請求項１５】Ｓｉ基板上にＴｉの一部をＡｌで置換し
たＴｉＮ薄膜をエピタキシャル成長させる工程と、 ＴｉＮ薄膜上に金属薄膜をエピタキシャル成長させる工
程と、 金属薄膜上にペロブスカイト構造を有する酸化物の強誘
電体薄膜を配向成長させる工程とを具備する強誘電体薄
膜素子の製造方法であって、 ＴｉＮ薄膜中のＴｉサイトのＡｌ置換量をＡｌ原子に換
算して１〜３０％の範囲とし、かつＴｉＮ薄膜中の酸素
含有量を酸素原子に対して５％以下としたことを特徴と
する強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項１６】金属薄膜として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒ
ｈ、Ｉｒ、Ｒｕからなる群より選ばれる少なくとも１種
を含有し、かつその含有率が５０％以上である薄膜を形
成することを特徴とする請求項１５記載の強誘電体薄膜
素子の製造方法。 - 【請求項１７】金属薄膜として、Ｐｔ薄膜を形成するこ
とを特徴とする請求項１５記載の強誘電体薄膜素子の製
造方法。 - 【請求項１８】強誘電体薄膜として、Ｐｂ系ペロブスカ
イト型酸化物薄膜を形成することを特徴とする請求項１
５〜１７のいずれかに記載の強誘電体薄膜素子の製造方
法。 - 【請求項１９】Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物薄膜とし
て、ＡＢＯ３で表されるＡサイトの構成元素としてＰ
ｂ、又はＰｂと少なくともＬａを含むとともに、Ｂサイ
トの構成元素として少なくともＴｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｂ
の少なくとも一種を含むペロブスカイト型酸化物薄膜を
形成することを特徴とする請求項１８記載の強誘電体薄
膜素子の製造方法。 - 【請求項２０】ＴｉＮ薄膜の膜厚を１００〜１０００n
m、金属薄膜の膜厚を１０〜２００nm、強誘電体薄膜の
膜厚を５０〜３０００nmの範囲とすることを特徴とする
請求項１５〜１９のいずれかに記載の強誘電体薄膜素子
の製造方法。 - 【請求項２１】金属薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（金属薄
膜の膜厚／ＴｉＮ薄膜の膜厚）を０．５以下、強誘電体
薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（強誘電体薄膜の膜厚／Ｔｉ
Ｎ薄膜の膜厚）を３以下とすることを特徴とする請求項
１５〜２０のいずれかに記載の強誘電体薄膜素子の製造
方法。 - 【請求項２２】金属薄膜としてＰｔ薄膜を形成するとと
もに、Ｐｔ薄膜とＴｉＮ薄膜の膜厚比（Ｐｔ薄膜の膜厚
／ＴｉＮ薄膜の膜厚）を０．４以下とすることを特徴と
する請求項１５〜２１のいずれかに記載の強誘電体薄膜
素子の製造方法。 - 【請求項２３】強誘電体薄膜を、エピタキシャル成長に
より形成することを特徴とする請求項１５〜２２のいず
れかに記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項２４】ＴｉＮ薄膜を、レーザー蒸着法により１
０−６Torr以下の圧力で形成するか、又はイオンビーム
スパッタリング法により、１０−３Torr以下の圧力で形
成することを特徴とする請求項１５〜２３のいずれかに
記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項２５】Ｐｔ薄膜を、スパッタリング法により、
酸素含有量が０．０１体積％以下のＡｒガス雰囲気中で
形成することを特徴とする請求項１６，１７又は２２記
載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項２６】強誘電体薄膜を、化学気相蒸着法（ＣＶ
Ｄ法）により形成することを特徴とする請求項１５〜２
５のいずれかに記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP11015460A JPH11297966A (ja) | 1998-02-13 | 1999-01-25 | 強誘電体薄膜素子及びその製造方法 |
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| JP (1) | JPH11297966A (ja) |
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| US8263419B2 (en) | 2005-09-01 | 2012-09-11 | Fujitsu Semiconductor Limited | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
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-
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- 1999-02-09 KR KR1019990004495A patent/KR100348387B1/ko active IP Right Grant
- 1999-02-12 US US09/249,360 patent/US6198120B1/en not_active Expired - Lifetime
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