JP2000058788A - 強誘電体薄膜およびその製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶化のための熱処理時の温度を低減する。
【解決手段】 下地１０の上に強誘電体材料を堆積して
予備強誘電体薄膜１２ａを形成する。強誘電体材料に
は、Ｚｒを添加しておく。結晶化アニール処理を行って
予備強誘電体薄膜を結晶化させて強誘電体薄膜１２ｂを
得る。４価の金属であるＺｒを加えたので、フルオライ
ト構造の形成およびＢｉ層状構造の形成が通常より低温
で行われる。
予備強誘電体薄膜１２ａを形成する。強誘電体材料に
は、Ｚｒを添加しておく。結晶化アニール処理を行って
予備強誘電体薄膜を結晶化させて強誘電体薄膜１２ｂを
得る。４価の金属であるＺｒを加えたので、フルオライ
ト構造の形成およびＢｉ層状構造の形成が通常より低温
で行われる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、強誘電体メモリ
に用いられる強誘電体薄膜およびその製造方法に関す
る。
に用いられる強誘電体薄膜およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体メモリの高密度化が進めら
れており、最近では文献１「セラミックス，Ｖｏｌ．３
０（１９９５），Ｎｏ．６，ｐｐ４９９−５０７」に示
されているように、強誘電体薄膜を用いるものが注目を
集めている。強誘電体薄膜を用いる際の技術課題として
は、強誘電体薄膜への電圧印加の繰返しに伴う分極履歴
特性の劣化、いわゆる膜疲労（fatigue ）の問題があ
る。この疲労特性改善のために、薄膜作製法の改良、材
料の選択、電極材料の改善などが提案されている。
れており、最近では文献１「セラミックス，Ｖｏｌ．３
０（１９９５），Ｎｏ．６，ｐｐ４９９−５０７」に示
されているように、強誘電体薄膜を用いるものが注目を
集めている。強誘電体薄膜を用いる際の技術課題として
は、強誘電体薄膜への電圧印加の繰返しに伴う分極履歴
特性の劣化、いわゆる膜疲労（fatigue ）の問題があ
る。この疲労特性改善のために、薄膜作製法の改良、材
料の選択、電極材料の改善などが提案されている。
【０００３】また、新たな耐疲労性を有する薄膜の材料
としてＢｉ層状化合物が注目され、特にＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ9 系の物質群については活発な研究が行われてい
る。このＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 （ＳＢＴ）薄膜の製造方
法としては、例えば、文献２「Jpn.J.Appl.Phys.vol.3
4,No.9B,(1995)pp.5096-5099 」にスピンコート法を用
いて形成する方法が示されている。
としてＢｉ層状化合物が注目され、特にＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ9 系の物質群については活発な研究が行われてい
る。このＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 （ＳＢＴ）薄膜の製造方
法としては、例えば、文献２「Jpn.J.Appl.Phys.vol.3
4,No.9B,(1995)pp.5096-5099 」にスピンコート法を用
いて形成する方法が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＢＴ
薄膜には、その結晶化温度（８００℃）が高いという問
題があった。
薄膜には、その結晶化温度（８００℃）が高いという問
題があった。
【０００５】通常、ＳＢＴ薄膜は、溶液を塗布した段階
では非晶質であり、結晶化の熱処理によりフルオライト
構造を経て、最終的なＢｉ層状構造に結晶化することが
知られている。このような２段階の結晶化過程を経るた
めに、高温が必要になる。従って、結晶化温度を下げる
には、非晶質からフルオライトへ変化する過程の温度
と、フルオライトからＢｉ層状構造へ変化する過程の温
度との両方を下げることが必要である。通常は、高温側
の反応である、フルオライトからＢｉ層状化合物へ変化
する過程の低温化が検討されているが、大きな進展は得
られていない。このことは、文献３「Jpn.J.Appl.Phys.
vol.37,No.2,(1998)pp.597-601」に報告されているよう
に、高温での熱処理によりフルオライト中のＢｉが拡散
してしまい、フルオライトが変質してＢｉ層状化合物へ
の変化が困難になるためと考えられる。一般的には、拡
散は温度が高いほど早く進むと考えられるので、フルオ
ライトを低温で形成して、その中のＢｉが拡散して変質
しないうちに、Ｂｉ層状化合物を形成すれば、低温で結
晶化することができる。
では非晶質であり、結晶化の熱処理によりフルオライト
構造を経て、最終的なＢｉ層状構造に結晶化することが
知られている。このような２段階の結晶化過程を経るた
めに、高温が必要になる。従って、結晶化温度を下げる
には、非晶質からフルオライトへ変化する過程の温度
と、フルオライトからＢｉ層状構造へ変化する過程の温
度との両方を下げることが必要である。通常は、高温側
の反応である、フルオライトからＢｉ層状化合物へ変化
する過程の低温化が検討されているが、大きな進展は得
られていない。このことは、文献３「Jpn.J.Appl.Phys.
vol.37,No.2,(1998)pp.597-601」に報告されているよう
に、高温での熱処理によりフルオライト中のＢｉが拡散
してしまい、フルオライトが変質してＢｉ層状化合物へ
の変化が困難になるためと考えられる。一般的には、拡
散は温度が高いほど早く進むと考えられるので、フルオ
ライトを低温で形成して、その中のＢｉが拡散して変質
しないうちに、Ｂｉ層状化合物を形成すれば、低温で結
晶化することができる。
【０００６】従って、従来より、結晶化温度が低減され
た強誘電体薄膜およびその製造方法の出現が望まれてい
た。
た強誘電体薄膜およびその製造方法の出現が望まれてい
た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明の強誘
電体薄膜によれば、強誘電体材料に熱処理が施され、フ
ルオライト構造を経て結晶化した強誘電体薄膜であっ
て、強誘電体材料に４価の金属が添加されていることを
特徴とする。
電体薄膜によれば、強誘電体材料に熱処理が施され、フ
ルオライト構造を経て結晶化した強誘電体薄膜であっ
て、強誘電体材料に４価の金属が添加されていることを
特徴とする。
【０００８】フルオライト構造を形成するためには、４
価の金属が存在することが望ましい。例えば、ＳＢＴ薄
膜中に含まれているＳｒは２価、Ｂｉは３価、Ｔａは５
価であり、４価の金属が含まれていない。この中のＴａ
は４価も取り得るので、ＳＢＴ薄膜の場合には、この４
価のＴａによりフルオライト構造が形成されていると考
えられる。安定な４価のＴａを作製するためには、４価
の金属が存在することが望ましい。従って、安定な４価
を取る金属を添加することにより、フルオライト構造が
形成されやすくなり、結晶化温度が低減される。
価の金属が存在することが望ましい。例えば、ＳＢＴ薄
膜中に含まれているＳｒは２価、Ｂｉは３価、Ｔａは５
価であり、４価の金属が含まれていない。この中のＴａ
は４価も取り得るので、ＳＢＴ薄膜の場合には、この４
価のＴａによりフルオライト構造が形成されていると考
えられる。安定な４価のＴａを作製するためには、４価
の金属が存在することが望ましい。従って、安定な４価
を取る金属を添加することにより、フルオライト構造が
形成されやすくなり、結晶化温度が低減される。
【０００９】このように、安定な４価を取り得る金属を
加えることにより、フルオライト構造が容易に形成され
る。すなわち、非晶質からフルオライト構造への変化
が、短時間で連鎖反応的に生じる。従って、安定な４価
を取る金属が存在することにより、フルオライトの結晶
核が低温で形成される。低温で形成されるために、フル
オライトの変質も起きず、Ｂｉ層状化合物の単層を低温
で形成することが可能になる。
加えることにより、フルオライト構造が容易に形成され
る。すなわち、非晶質からフルオライト構造への変化
が、短時間で連鎖反応的に生じる。従って、安定な４価
を取る金属が存在することにより、フルオライトの結晶
核が低温で形成される。低温で形成されるために、フル
オライトの変質も起きず、Ｂｉ層状化合物の単層を低温
で形成することが可能になる。
【００１０】この発明の強誘電体薄膜において、好まし
くは、金属が、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｓｎお
よびＳｉからなる元素群より選ばれる１つの元素とする
と良い。
くは、金属が、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｓｎお
よびＳｉからなる元素群より選ばれる１つの元素とする
と良い。
【００１１】これらＺｒ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｓ
ｎおよびＳｉは、安定な４価を取る金属である。この中
で、特に、Ｚｒは、ＳＢＴ薄膜に含まれるＴａと原子半
径が近いので、フルオライト構造が形成されやすい。ま
た、Ｐｂは、文献４「ウエスト固体化学入門，講談社サ
イエンティフィク，ｐｐ２２−３１」に記載されている
ように、単独でフルオライト（ホタル石）構造を形成す
ることができる。
ｎおよびＳｉは、安定な４価を取る金属である。この中
で、特に、Ｚｒは、ＳＢＴ薄膜に含まれるＴａと原子半
径が近いので、フルオライト構造が形成されやすい。ま
た、Ｐｂは、文献４「ウエスト固体化学入門，講談社サ
イエンティフィク，ｐｐ２２−３１」に記載されている
ように、単独でフルオライト（ホタル石）構造を形成す
ることができる。
【００１２】また、この発明の強誘電体薄膜において、
好ましくは、強誘電体材料が、下記の化学式 （Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ａm-1 Ｂm Ｏ3m+1）2- ただし、ｍは１、２、３、４および５から選ばれた１つ
の整数とし、ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎ
ａ、Ｋおよび希土類からなる元素群より選ばれる元素と
し、および、ＢはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、
ＣｏおよびＣｒからなる元素群より選ばれる元素とす
る、で表される物質とすると良い。
好ましくは、強誘電体材料が、下記の化学式 （Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ａm-1 Ｂm Ｏ3m+1）2- ただし、ｍは１、２、３、４および５から選ばれた１つ
の整数とし、ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎ
ａ、Ｋおよび希土類からなる元素群より選ばれる元素と
し、および、ＢはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、
ＣｏおよびＣｒからなる元素群より選ばれる元素とす
る、で表される物質とすると良い。
【００１３】このようなＢｉ含有強誘電体は、Ｂｉ層状
化合物と称される。強誘電体薄膜を構成する物質として
Ｂｉ層状化合物が含まれていると、膜の耐疲労性が向上
する。
化合物と称される。強誘電体薄膜を構成する物質として
Ｂｉ層状化合物が含まれていると、膜の耐疲労性が向上
する。
【００１４】また、好ましくは、強誘電体材料が、Ｓｒ
Ｂｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 であると良い。
Ｂｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 であると良い。
【００１５】ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 は、上述した（Ｂｉ
2 Ｏ2 ）2+（Ａm-1 Ｂm Ｏ3m+1）2-という式で表される
Ｂｉ含有強誘電体のうち、ｍを２とし、ＡがＳｒであ
り、かつＢがＴａであるＢｉ層状化合物である。このＳ
ＢＴで構成される膜は、特に耐疲労性に優れている。
2 Ｏ2 ）2+（Ａm-1 Ｂm Ｏ3m+1）2-という式で表される
Ｂｉ含有強誘電体のうち、ｍを２とし、ＡがＳｒであ
り、かつＢがＴａであるＢｉ層状化合物である。このＳ
ＢＴで構成される膜は、特に耐疲労性に優れている。
【００１６】また、好ましくは、強誘電体材料が、Ｓｒ
1-x Ｂｉ2+y Ｔａ2 Ｏ9+α（０．７≦ｘ＜１、かつ０≦
ｙ≦０．４とし、αは製造条件に依存する変数とする）
という組成を有していると良い。
1-x Ｂｉ2+y Ｔａ2 Ｏ9+α（０．７≦ｘ＜１、かつ０≦
ｙ≦０．４とし、αは製造条件に依存する変数とする）
という組成を有していると良い。
【００１７】通常、Ｂｉを含む化合物を溶液から形成す
る場合、強誘電体薄膜の特性を向上させるために、製造
出発材料中におけるＢｉ含有量を過剰にすることが多
い。特に、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 薄膜を形成する場合
は、文献２に記載されるように、Ｓｒの含有量を減らし
てＢｉを過剰にした状態で形成が行われる。Ｂｉを過剰
にすると、結晶性が良く電気的特性に優れた膜を形成す
ることができる。よって、ＳＢＴ膜の分極等の特性を向
上させるために、Ｂｉを過剰にしてＳＢＴ膜を形成して
いるため、化学量論的にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 で示され
るＳＢＴ膜は、実際には、Ｓｒ1-x Ｂｉ2+y Ｔａ2 Ｏ
9+αという組成を有していると考えられる。
る場合、強誘電体薄膜の特性を向上させるために、製造
出発材料中におけるＢｉ含有量を過剰にすることが多
い。特に、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 薄膜を形成する場合
は、文献２に記載されるように、Ｓｒの含有量を減らし
てＢｉを過剰にした状態で形成が行われる。Ｂｉを過剰
にすると、結晶性が良く電気的特性に優れた膜を形成す
ることができる。よって、ＳＢＴ膜の分極等の特性を向
上させるために、Ｂｉを過剰にしてＳＢＴ膜を形成して
いるため、化学量論的にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 で示され
るＳＢＴ膜は、実際には、Ｓｒ1-x Ｂｉ2+y Ｔａ2 Ｏ
9+αという組成を有していると考えられる。
【００１８】また、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
によれば、強誘電体材料に熱処理を施してフルオライト
構造を形成し、さらに熱処理を施し結晶化させて強誘電
体薄膜を形成するに当たり、熱処理を行う前に、強誘電
体材料に４価の金属を添加することを特徴とする。
によれば、強誘電体材料に熱処理を施してフルオライト
構造を形成し、さらに熱処理を施し結晶化させて強誘電
体薄膜を形成するに当たり、熱処理を行う前に、強誘電
体材料に４価の金属を添加することを特徴とする。
【００１９】また、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
において、好ましくは、金属が、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｇ
ｅ、Ｈｆ、ＳｎおよびＳｉからなる元素群より選ばれる
１つの元素とすると良い。
において、好ましくは、金属が、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｇ
ｅ、Ｈｆ、ＳｎおよびＳｉからなる元素群より選ばれる
１つの元素とすると良い。
【００２０】また、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
において、好ましくは、強誘電体材料が、下記の化学式 （Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ａm-1 Ｂm Ｏ3m+1）2- ただし、ｍは１、２、３、４および５から選ばれた１つ
の整数とし、ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎ
ａ、Ｋおよび希土類からなる元素群より選ばれる元素と
し、および、ＢはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、
ＣｏおよびＣｒからなる元素群より選ばれる元素とす
る、で表される物質とすると良い。
において、好ましくは、強誘電体材料が、下記の化学式 （Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ａm-1 Ｂm Ｏ3m+1）2- ただし、ｍは１、２、３、４および５から選ばれた１つ
の整数とし、ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎ
ａ、Ｋおよび希土類からなる元素群より選ばれる元素と
し、および、ＢはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、
ＣｏおよびＣｒからなる元素群より選ばれる元素とす
る、で表される物質とすると良い。
【００２１】また、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
において、好ましくは、強誘電体材料が、ＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ2 Ｏ9 であると良い。
において、好ましくは、強誘電体材料が、ＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ2 Ｏ9 であると良い。
【００２２】また、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
において、好ましくは、強誘電体材料が、Ｓｒ1-x Ｂｉ
2+y Ｔａ2 Ｏ9+α（０．７≦ｘ＜１、かつ０≦ｙ≦０．
４とし、αは製造条件に依存する変数とする）という組
成を有していると良い。
において、好ましくは、強誘電体材料が、Ｓｒ1-x Ｂｉ
2+y Ｔａ2 Ｏ9+α（０．７≦ｘ＜１、かつ０≦ｙ≦０．
４とし、αは製造条件に依存する変数とする）という組
成を有していると良い。
【００２３】また、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
において、好ましくは、熱処理時における雰囲気中の酸
素分圧を比較的低くすると良い。
において、好ましくは、熱処理時における雰囲気中の酸
素分圧を比較的低くすると良い。
【００２４】このように、低濃度酸素中で焼成を行う
と、ＳＢＴ薄膜中のＴａが５価にならずに４価の状態で
存在するようになる。従って、４価の金属が増加するこ
とになるので、フルオライトの結晶化をより低温で行う
ことができる。文献５「１９９６年秋季第５７回応用物
理学会学術講演会 講演予稿集，９ａ−Ｆ−９」に記載
されているように、容量比が０．７％となるように酸素
分圧を設定するのが好適である。
と、ＳＢＴ薄膜中のＴａが５価にならずに４価の状態で
存在するようになる。従って、４価の金属が増加するこ
とになるので、フルオライトの結晶化をより低温で行う
ことができる。文献５「１９９６年秋季第５７回応用物
理学会学術講演会 講演予稿集，９ａ−Ｆ−９」に記載
されているように、容量比が０．７％となるように酸素
分圧を設定するのが好適である。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明が理解
できる程度に構成、配置関係及び大きさが概略的に示し
てあるに過ぎない。また、以下に記載する数値や材料な
どは、この発明の範囲内の単なる一例に過ぎない。従っ
て、この発明は、この実施の形態に何ら限定されること
がない。
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明が理解
できる程度に構成、配置関係及び大きさが概略的に示し
てあるに過ぎない。また、以下に記載する数値や材料な
どは、この発明の範囲内の単なる一例に過ぎない。従っ
て、この発明は、この実施の形態に何ら限定されること
がない。
【００２６】［第１の実施の形態］以下の実施の形態で
は、半導体基板上に設けられた下部電極上に、強誘電体
薄膜および上部電極が順次設けられている強誘電体メモ
リ構造を例にして説明する。先ず、第１の実施の形態で
は、強誘電体薄膜としてのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 薄膜を
形成する方法につき、図１および図２を参照して説明す
る。図１は、この実施の形態の強誘電体薄膜の製造方法
を示すフローチャートである。図２は、強誘電体薄膜の
製造工程を示す断面図である。
は、半導体基板上に設けられた下部電極上に、強誘電体
薄膜および上部電極が順次設けられている強誘電体メモ
リ構造を例にして説明する。先ず、第１の実施の形態で
は、強誘電体薄膜としてのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 薄膜を
形成する方法につき、図１および図２を参照して説明す
る。図１は、この実施の形態の強誘電体薄膜の製造方法
を示すフローチャートである。図２は、強誘電体薄膜の
製造工程を示す断面図である。
【００２７】先ず、下地の上に強誘電体材料を堆積して
予備強誘電体薄膜を形成する工程につき説明する。下地
を構成する下部電極の材料としてはＰｔ（白金）を用い
ている。
予備強誘電体薄膜を形成する工程につき説明する。下地
を構成する下部電極の材料としてはＰｔ（白金）を用い
ている。
【００２８】最初に、Ｓｒ（ストロンチウム）のアルコ
キシド溶液を調整する（図１のＳ１）。このＳｒアルコ
キシド溶液に所要の物質を加えて強誘電体材料とする。
この実施の形態では、この強誘電体材料に４価の金属で
あるＺｒを添加する点に特色を有している。
キシド溶液を調整する（図１のＳ１）。このＳｒアルコ
キシド溶液に所要の物質を加えて強誘電体材料とする。
この実施の形態では、この強誘電体材料に４価の金属で
あるＺｒを添加する点に特色を有している。
【００２９】先ず、メトキシエタノール（ＣＨ3 ＯＣ2
Ｈ4 ＯＨ）溶媒中に、金属Ｓｒ片を少量ずつ加えて溶解
させて、濃度１．１５ｍｏｌ／ｋｇのＳｒアルコキシド
溶液（Ｓｒ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）2 ）を作成する。メ
トキシエタノール１５２．１８ｇにＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３
Ｈ７）４６．５４ｇ（０．０２ｍｏｌ）を加え、次いで
Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５８１．２５ｇ；Ｂｉ（Ｏ−ｎ−Ｃ
４Ｈ９）３のトルエン溶液（０．５０ｍｏｌ／ｋｇ）４
２０．００ｇ、及びＳｒアルコキシド溶液７８．２６ｇ
を加えた後、８０℃の温度で１０時間還流を行う。これ
により、溶液内で、Ｔａ（タンタル）、Ｓｒ、Ｂｉ（ビ
スマス）およびＺｒ（ジルコニウム）の各々のアルコキ
シドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−Ｏ−Ｔａ−Ｏ
−Ｚｒ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴａ、Ｓｒ、Ｂ
ｉおよびＺｒが結合する。
Ｈ4 ＯＨ）溶媒中に、金属Ｓｒ片を少量ずつ加えて溶解
させて、濃度１．１５ｍｏｌ／ｋｇのＳｒアルコキシド
溶液（Ｓｒ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）2 ）を作成する。メ
トキシエタノール１５２．１８ｇにＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３
Ｈ７）４６．５４ｇ（０．０２ｍｏｌ）を加え、次いで
Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５８１．２５ｇ；Ｂｉ（Ｏ−ｎ−Ｃ
４Ｈ９）３のトルエン溶液（０．５０ｍｏｌ／ｋｇ）４
２０．００ｇ、及びＳｒアルコキシド溶液７８．２６ｇ
を加えた後、８０℃の温度で１０時間還流を行う。これ
により、溶液内で、Ｔａ（タンタル）、Ｓｒ、Ｂｉ（ビ
スマス）およびＺｒ（ジルコニウム）の各々のアルコキ
シドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−Ｏ−Ｔａ−Ｏ
−Ｚｒ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴａ、Ｓｒ、Ｂ
ｉおよびＺｒが結合する。
【００３０】次に、還流の終了した溶液（強誘電体材
料）を、下地１０の上に、スピンコータにより、２００
０ｒｐｍの回転速度で以て塗布して塗布膜を形成する
（図１のＳ２）。その後、この塗布膜を１５０℃の温度
で３０分間乾燥させて（図１のＳ３）、塗布膜中の溶媒
を蒸発させる。続いて、４５０℃の温度で６０分間塗布
膜に対して仮焼成（prebake ）を行って有機官能基の燃
焼を行う（図１のＳ４）。この実施の形態では、溶液の
塗布（図１のＳ２）、乾燥（図１のＳ３）および仮焼成
（図１のＳ４）という一連の工程を３回繰返して行うこ
とにより、下地１０の上に０．２μｍの膜厚の予備強誘
電体薄膜１２ａを形成する（図２（Ａ））。これらの工
程を繰返し行うことによって、形成する膜１２ａの「割
れ」を防ぐことができる。
料）を、下地１０の上に、スピンコータにより、２００
０ｒｐｍの回転速度で以て塗布して塗布膜を形成する
（図１のＳ２）。その後、この塗布膜を１５０℃の温度
で３０分間乾燥させて（図１のＳ３）、塗布膜中の溶媒
を蒸発させる。続いて、４５０℃の温度で６０分間塗布
膜に対して仮焼成（prebake ）を行って有機官能基の燃
焼を行う（図１のＳ４）。この実施の形態では、溶液の
塗布（図１のＳ２）、乾燥（図１のＳ３）および仮焼成
（図１のＳ４）という一連の工程を３回繰返して行うこ
とにより、下地１０の上に０．２μｍの膜厚の予備強誘
電体薄膜１２ａを形成する（図２（Ａ））。これらの工
程を繰返し行うことによって、形成する膜１２ａの「割
れ」を防ぐことができる。
【００３１】次に、予備強誘電体薄膜１２ａに対して焼
成処理（結晶化アニール）を行って、予備強誘電体薄膜
１２ａを結晶化することにより強誘電体薄膜１２ｂに変
える（図２（Ｂ））。このため、酸素雰囲気下で結晶化
のための熱処理を６０分間行う（図１のＳ５）。この結
晶化工程は２段階の熱処理工程を含み、第１段階の熱処
理により非晶質状態の予備強誘電体薄膜１２ａはフルオ
ライト構造に変化し、第２段階の熱処理によりフルオラ
イト構造はＢｉ層状構造に変化する。上述したように、
この実施の形態では、強誘電体材料中にＺｒが添加され
ているので、フルオライト構造が形成されやすい。従っ
て、この結晶化工程における熱処理の温度を通常より低
くすることが期待できる。例えば、第１段階の熱処理を
５００℃程度の温度で行って、第２段階の熱処理を６５
０℃程度の温度で行うことが期待できる。このように、
第１段階の熱処理時の低温化が図れるので、第２段階の
熱処理時にあっても低温化が実現される。
成処理（結晶化アニール）を行って、予備強誘電体薄膜
１２ａを結晶化することにより強誘電体薄膜１２ｂに変
える（図２（Ｂ））。このため、酸素雰囲気下で結晶化
のための熱処理を６０分間行う（図１のＳ５）。この結
晶化工程は２段階の熱処理工程を含み、第１段階の熱処
理により非晶質状態の予備強誘電体薄膜１２ａはフルオ
ライト構造に変化し、第２段階の熱処理によりフルオラ
イト構造はＢｉ層状構造に変化する。上述したように、
この実施の形態では、強誘電体材料中にＺｒが添加され
ているので、フルオライト構造が形成されやすい。従っ
て、この結晶化工程における熱処理の温度を通常より低
くすることが期待できる。例えば、第１段階の熱処理を
５００℃程度の温度で行って、第２段階の熱処理を６５
０℃程度の温度で行うことが期待できる。このように、
第１段階の熱処理時の低温化が図れるので、第２段階の
熱処理時にあっても低温化が実現される。
【００３２】尚、この例では、強誘電体薄膜１２ｂとし
てのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 薄膜を形成するときに、Ｂｉ
が過剰になるように、形成出発材料の量を調整してあ
る。これにより、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の結晶化を、比
較的低温で行うことができるようになる。また、これに
より、形成されるＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 薄膜は、Ｓｒ
1-x Ｂｉ2+y Ｔａ2 Ｏ9+αという組成を有していると考
えられる。ただし、０．７≦ｘ＜１で、０≦ｙ≦０．４
とする。また、酸素Ｏの膜内における組成は、製造条件
に依存して変化する数であり、定めることができない。
このため、ここでは、Ｏの組成を９＋α（αは製造条件
に依存する変数とする）とする。尚、αは−９よりも大
きく１８よりは小さい範囲内で変動する値である。
てのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 薄膜を形成するときに、Ｂｉ
が過剰になるように、形成出発材料の量を調整してあ
る。これにより、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の結晶化を、比
較的低温で行うことができるようになる。また、これに
より、形成されるＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 薄膜は、Ｓｒ
1-x Ｂｉ2+y Ｔａ2 Ｏ9+αという組成を有していると考
えられる。ただし、０．７≦ｘ＜１で、０≦ｙ≦０．４
とする。また、酸素Ｏの膜内における組成は、製造条件
に依存して変化する数であり、定めることができない。
このため、ここでは、Ｏの組成を９＋α（αは製造条件
に依存する変数とする）とする。尚、αは−９よりも大
きく１８よりは小さい範囲内で変動する値である。
【００３３】さらに、強誘電体薄膜１２ｂの上に上部電
極１４を形成する（図１のＳ６、図２（Ｃ））。ここで
は、ＲＦスパッタ法によって、メタルマスクを介して、
直径０．２μｍの上部電極１４を形成している。上部電
極１４の材料としてはＰｔを用いている。
極１４を形成する（図１のＳ６、図２（Ｃ））。ここで
は、ＲＦスパッタ法によって、メタルマスクを介して、
直径０．２μｍの上部電極１４を形成している。上部電
極１４の材料としてはＰｔを用いている。
【００３４】また、上部電極１４を形成した後に２次ア
ニールを行う（図１のＳ７）。下地１０と強誘電体薄膜
１２ｂと上部電極１４とからなる構造体を、結晶化時と
同じ温度で、かつ酸素雰囲気中で、３０分間加熱する。
ニールを行う（図１のＳ７）。下地１０と強誘電体薄膜
１２ｂと上部電極１４とからなる構造体を、結晶化時と
同じ温度で、かつ酸素雰囲気中で、３０分間加熱する。
【００３５】下地１０と強誘電体薄膜１２ｂとの界面に
は、複数回にわたる加熱処理によって熱履歴がかけられ
ているが、上部電極１４と強誘電体薄膜１２ｂとの界面
には熱履歴がかけられていないので、この強誘電体薄膜
１２ｂのヒステリシス対称性が悪くなるおそれがある。
また、上部電極１４は、還元雰囲気でスパッタリング法
により形成されているため、強誘電体薄膜１２ｂ中のＢ
ｉが還元されているおそれもあり、再酸化する必要があ
る。このため、上述したように、上部電極１４が形成さ
れた後、もう一度、酸素雰囲気中で熱処理を行うことに
より、これらの心配を回避することができる。
は、複数回にわたる加熱処理によって熱履歴がかけられ
ているが、上部電極１４と強誘電体薄膜１２ｂとの界面
には熱履歴がかけられていないので、この強誘電体薄膜
１２ｂのヒステリシス対称性が悪くなるおそれがある。
また、上部電極１４は、還元雰囲気でスパッタリング法
により形成されているため、強誘電体薄膜１２ｂ中のＢ
ｉが還元されているおそれもあり、再酸化する必要があ
る。このため、上述したように、上部電極１４が形成さ
れた後、もう一度、酸素雰囲気中で熱処理を行うことに
より、これらの心配を回避することができる。
【００３６】以上説明したように、この実施の形態の強
誘電体薄膜の製造方法によれば、フルオライトを形成す
る際に有利な４価の金属であるＺｒが膜中に存在するこ
とにより、Ｚｒを含むフルオライトの結晶核が比較的低
温で形成される。この結晶核の形成が引き金となってＴ
ａだけを含むフルオライトが形成される。従って、低温
で均一なフルオライト層を形成することが可能である。
このように、Ｚｒを含むフルオライトの結晶核が低温で
形成されるので、フルオライト構造の膜全体も低温で形
成される。従って、フルオライトからＢｉ層状構造への
結晶化も低温で行うことができる。
誘電体薄膜の製造方法によれば、フルオライトを形成す
る際に有利な４価の金属であるＺｒが膜中に存在するこ
とにより、Ｚｒを含むフルオライトの結晶核が比較的低
温で形成される。この結晶核の形成が引き金となってＴ
ａだけを含むフルオライトが形成される。従って、低温
で均一なフルオライト層を形成することが可能である。
このように、Ｚｒを含むフルオライトの結晶核が低温で
形成されるので、フルオライト構造の膜全体も低温で形
成される。従って、フルオライトからＢｉ層状構造への
結晶化も低温で行うことができる。
【００３７】尚、下部電極および上部電極１４の材料と
しては、白金（Ｐｔ）に限らず、Ｉｒ（イリジウム）、
Ｒｕ（ルテニウム）、ＩｒＯ2 （酸化イリジウム）、Ｒ
ｕＯ2 （酸化ルテニウム）等を用いても良い。
しては、白金（Ｐｔ）に限らず、Ｉｒ（イリジウム）、
Ｒｕ（ルテニウム）、ＩｒＯ2 （酸化イリジウム）、Ｒ
ｕＯ2 （酸化ルテニウム）等を用いても良い。
【００３８】また、結晶化アニール時における雰囲気中
の酸素分圧を比較的低くするのが好適である。例えば、
上述した結晶化アニールを、容量比で０．７％の酸素と
９９．３％の窒素とを含む雰囲気下で行う（２次アニー
ルは純酸素中で行う。）。この結果、Ｔａが４価として
存在するようになり、フルオライトの形成に有効である
４価の金属が増加する。従って、フルオライトの形成を
さらに低温で行うことができる。
の酸素分圧を比較的低くするのが好適である。例えば、
上述した結晶化アニールを、容量比で０．７％の酸素と
９９．３％の窒素とを含む雰囲気下で行う（２次アニー
ルは純酸素中で行う。）。この結果、Ｔａが４価として
存在するようになり、フルオライトの形成に有効である
４価の金属が増加する。従って、フルオライトの形成を
さらに低温で行うことができる。
【００３９】［第２の実施の形態］第２の実施の形態で
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＴｉ（チタン）を添
加する。Ｔｉは４価の金属なので、Ｔｉを添加すること
によっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＴｉ（チタン）を添
加する。Ｔｉは４価の金属なので、Ｔｉを添加すること
によっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４０】このため、Ｓｒアルコキシド溶液には、Ｚ
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うこ
とにより、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＴｉの各
々のアルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−
Ｏ−Ｔａ−Ｏ−Ｔｉ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴ
ａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＴｉが結合する。この溶液を強誘
電体材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電
体薄膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したよう
に、結晶化アニール時の低温化が期待できる。
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うこ
とにより、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＴｉの各
々のアルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−
Ｏ−Ｔａ−Ｏ−Ｔｉ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴ
ａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＴｉが結合する。この溶液を強誘
電体材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電
体薄膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したよう
に、結晶化アニール時の低温化が期待できる。
【００４１】また、Ｚｒを添加した場合と同様に、結晶
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
【００４２】［第３の実施の形態］第３の実施の形態で
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＰｂ（鉛）を添加す
る。Ｐｂは４価の金属なので、Ｐｂを添加することによ
っても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＰｂ（鉛）を添加す
る。Ｐｂは４価の金属なので、Ｐｂを添加することによ
っても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４３】このため、Ｓｒアルコキシド溶液には、Ｚ
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＰｂ（ＣＨ3 ＣＯ
Ｏ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うことに
より、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＰｂの各々の
アルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−Ｏ−
Ｔａ−Ｏ−Ｐｂ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴａ、
Ｓｒ、ＢｉおよびＰｂが結合する。この溶液を強誘電体
材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電体薄
膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したように、
結晶化アニール時の低温化が期待できる。
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＰｂ（ＣＨ3 ＣＯ
Ｏ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うことに
より、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＰｂの各々の
アルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−Ｏ−
Ｔａ−Ｏ−Ｐｂ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴａ、
Ｓｒ、ＢｉおよびＰｂが結合する。この溶液を強誘電体
材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電体薄
膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したように、
結晶化アニール時の低温化が期待できる。
【００４４】また、Ｚｒを添加した場合と同様に、結晶
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
【００４５】［第４の実施の形態］第４の実施の形態で
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＧｅ（ゲルマニウ
ム）を添加する。Ｇｅは４価の金属なので、Ｇｅを添加
することによっても、第１の実施の形態と同様の効果を
奏する。
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＧｅ（ゲルマニウ
ム）を添加する。Ｇｅは４価の金属なので、Ｇｅを添加
することによっても、第１の実施の形態と同様の効果を
奏する。
【００４６】このため、Ｓｒアルコキシド溶液には、Ｚ
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＧｅ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うこ
とにより、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＧｅの各
々のアルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−
Ｏ−Ｔａ−Ｏ−Ｇｅ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴ
ａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＧｅが結合する。この溶液を強誘
電体材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電
体薄膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したよう
に、結晶化アニール時の低温化が期待できる。
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＧｅ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うこ
とにより、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＧｅの各
々のアルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−
Ｏ−Ｔａ−Ｏ−Ｇｅ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴ
ａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＧｅが結合する。この溶液を強誘
電体材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電
体薄膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したよう
に、結晶化アニール時の低温化が期待できる。
【００４７】また、Ｚｒを添加した場合と同様に、結晶
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
【００４８】［第５の実施の形態］第５の実施の形態で
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＨｆ（ハフニウム）
を添加する。Ｈｆは４価の金属なので、Ｈｆを添加する
ことによっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏す
る。
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＨｆ（ハフニウム）
を添加する。Ｈｆは４価の金属なので、Ｈｆを添加する
ことによっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏す
る。
【００４９】このため、Ｓｒアルコキシド溶液には、Ｚ
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＨｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うこ
とにより、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＨｆの各
々のアルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−
Ｏ−Ｔａ−Ｏ−Ｈｆ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴ
ａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＨｆが結合する。この溶液を強誘
電体材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電
体薄膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したよう
に、結晶化アニール時の低温化が期待できる。
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＨｆ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うこ
とにより、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＨｆの各
々のアルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−
Ｏ−Ｔａ−Ｏ−Ｈｆ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴ
ａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＨｆが結合する。この溶液を強誘
電体材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電
体薄膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したよう
に、結晶化アニール時の低温化が期待できる。
【００５０】また、Ｚｒを添加した場合と同様に、結晶
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
【００５１】［第６の実施の形態］第６の実施の形態で
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＳｎ（スズ）を添加
する。Ｓｎは４価の金属なので、Ｓｎを添加することに
よっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＳｎ（スズ）を添加
する。Ｓｎは４価の金属なので、Ｓｎを添加することに
よっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００５２】このため、Ｓｒアルコキシド溶液には、Ｚ
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＳｎ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うこ
とにより、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＳｎの各
々のアルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−
Ｏ−Ｔａ−Ｏ−Ｓｎ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴ
ａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＳｎが結合する。この溶液を強誘
電体材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電
体薄膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したよう
に、結晶化アニール時の低温化が期待できる。
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＳｎ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うこ
とにより、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＳｎの各
々のアルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−
Ｏ−Ｔａ−Ｏ−Ｓｎ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴ
ａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＳｎが結合する。この溶液を強誘
電体材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電
体薄膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したよう
に、結晶化アニール時の低温化が期待できる。
【００５３】また、Ｚｒを添加した場合と同様に、結晶
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
【００５４】［第７の実施の形態］第７の実施の形態で
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＳｉ（ケイ素）を添
加する。Ｓｉは４価の金属なので、Ｓｉを添加すること
によっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
は、Ｚｒの代わりに強誘電体材料にＳｉ（ケイ素）を添
加する。Ｓｉは４価の金属なので、Ｓｉを添加すること
によっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００５５】このため、Ｓｒアルコキシド溶液には、Ｚ
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＳｉ（Ｏ−Ｃ2 Ｈ
5 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うことに
より、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＳｉの各々の
アルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−Ｏ−
Ｔａ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴａ、
Ｓｒ、ＢｉおよびＳｉが結合する。この溶液を強誘電体
材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電体薄
膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したように、
結晶化アニール時の低温化が期待できる。
ｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 の代わりにＳｉ（Ｏ−Ｃ2 Ｈ
5 ）4 を加える。よって、上記条件で還流を行うことに
より、溶液内で、Ｔａ、Ｓｒ、ＢｉおよびＳｉの各々の
アルコキシドが複合化して、（−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ−Ｏ−
Ｔａ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−）のように、酸素を介してＴａ、
Ｓｒ、ＢｉおよびＳｉが結合する。この溶液を強誘電体
材料として、図１を参照して説明した方法で強誘電体薄
膜の形成を行う。第１の実施の形態で説明したように、
結晶化アニール時の低温化が期待できる。
【００５６】また、Ｚｒを添加した場合と同様に、結晶
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
化アニール時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
するのが好適である。例えば、上述した結晶化アニール
を、容量比で０．７％の酸素と９９．３％の窒素とを含
む雰囲気下で行う（２次アニールは純酸素中で行
う。）。この結果、Ｔａが４価として存在するようにな
り、フルオライトの形成に有効である４価の金属が増加
する。従って、フルオライトの形成をさらに低温で行う
ことができる。
【００５７】
【発明の効果】この発明の強誘電体薄膜およびその製造
方法によれば、強誘電体材料に安定な４価を取る金属を
加えるので、フルオライトの結晶核が低温で形成され、
フルオライト構造が容易に形成される。低温で形成され
るために、フルオライト構造の変質も起きず、Ｂｉ層状
化合物の単層を低温で形成することが可能になる。
方法によれば、強誘電体材料に安定な４価を取る金属を
加えるので、フルオライトの結晶核が低温で形成され、
フルオライト構造が容易に形成される。低温で形成され
るために、フルオライト構造の変質も起きず、Ｂｉ層状
化合物の単層を低温で形成することが可能になる。
【図１】実施の形態の強誘電体薄膜の製造方法を示す図
である。
である。
【図２】強誘電体薄膜の製造工程を示す図である。
１０：下地 １２ａ：予備強誘電体薄膜 １２ｂ：強誘電体薄膜 １４：上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小岩 一郎 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 金原 隆雄 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 加藤 博代 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 山根 治起 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 逢坂 哲彌 東京都田無市芝久保４−２−29 (72)発明者 川上 敦 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東 京応化工業株式会社内 (72)発明者 澤田 佳宏 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東 京応化工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G048 AA04 AA05 AB05 AC02 AD02 AD06 AE05 5F083 FR01 JA13 JA17 JA38 PR23 PR33
Claims (11)
- 【請求項１】 強誘電体材料に熱処理が施され、フルオ
ライト構造を経て結晶化した強誘電体薄膜であって、 前記強誘電体材料に４価の金属が添加されていることを
特徴とする強誘電体薄膜。 - 【請求項２】 請求項１に記載の強誘電体薄膜におい
て、 前記金属が、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｓｎおよ
びＳｉからなる元素群より選ばれる１つの元素とするこ
とを特徴とする強誘電体薄膜。 - 【請求項３】 請求項１に記載の強誘電体薄膜におい
て、 前記強誘電体材料が、下記の化学式 （Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ａm-1 Ｂm Ｏ3m+1）2- ただし、ｍは１、２、３、４および５から選ばれた１つ
の整数とし、ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎ
ａ、Ｋおよび希土類からなる元素群より選ばれる元素と
し、および、 ＢはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＣｏおよびＣ
ｒからなる元素群より選ばれる元素とする、で表される
物質とすることを特徴とする強誘電体薄膜。 - 【請求項４】 請求項３に記載の強誘電体薄膜におい
て、 前記強誘電体材料が、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 であること
を特徴とする強誘電体薄膜。 - 【請求項５】 請求項３に記載の強誘電体薄膜におい
て、 前記強誘電体材料が、Ｓｒ1-x Ｂｉ2+y Ｔａ2 Ｏ
9+α（０．７≦ｘ＜１、かつ０≦ｙ≦０．４とし、αは
製造条件に依存する変数とする）という組成を有してい
ることを特徴とする強誘電体薄膜。 - 【請求項６】 強誘電体材料に熱処理を施してフルオラ
イト構造を形成し、さらに熱処理を施し結晶化させて強
誘電体薄膜を形成するに当たり、 前記熱処理を行う前に、前記強誘電体材料に４価の金属
を添加することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項７】 請求項６に記載の強誘電体薄膜の製造方
法において、 前記金属が、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｓｎおよ
びＳｉからなる元素群より選ばれる１つの元素とするこ
とを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項８】 請求項６に記載の強誘電体薄膜の製造方
法において、前記強誘電体材料が、下記の化学式 （Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ａm-1 Ｂm Ｏ3m+1）2- ただし、ｍは１、２、３、４および５から選ばれた１つ
の整数とし、 ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋおよび希
土類からなる元素群より選ばれる元素とし、および、 ＢはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＣｏおよびＣ
ｒからなる元素群より選ばれる元素とする、で表される
物質とすることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項９】 請求項８に記載の強誘電体薄膜の製造方
法において、 前記強誘電体材料が、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 であること
を特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項８に記載の強誘電体薄膜の製造
方法において、 前記強誘電体材料が、Ｓｒ1-x Ｂｉ2+y Ｔａ2 Ｏ
9+α（０．７≦ｘ＜１、かつ０≦ｙ≦０．４とし、αは
製造条件に依存する変数とする）という組成を有してい
ることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項６から請求項１０のいずれか一
項に記載の強誘電体薄膜の製造方法において、 前記熱処理時における雰囲気中の酸素分圧を比較的低く
することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10228895A JP2000058788A (ja) | 1998-08-13 | 1998-08-13 | 強誘電体薄膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10228895A JP2000058788A (ja) | 1998-08-13 | 1998-08-13 | 強誘電体薄膜およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000058788A true JP2000058788A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16883549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10228895A Pending JP2000058788A (ja) | 1998-08-13 | 1998-08-13 | 強誘電体薄膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000058788A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100371055B1 (ko) * | 2001-04-14 | 2003-02-05 | 한국과학기술원 | 비휘발성 강유전체 랜덤 억세스 메모리의 캐패시터용비스무스-세리움 티탄산 박막 |
| JP2005101491A (ja) * | 2003-03-28 | 2005-04-14 | Seiko Epson Corp | 強誘電体薄膜及びその製造方法、強誘電体メモリ、圧電素子 |
| JP2010195679A (ja) * | 2001-06-13 | 2010-09-09 | Seiko Epson Corp | 圧電素子 |
-
1998
- 1998-08-13 JP JP10228895A patent/JP2000058788A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100371055B1 (ko) * | 2001-04-14 | 2003-02-05 | 한국과학기술원 | 비휘발성 강유전체 랜덤 억세스 메모리의 캐패시터용비스무스-세리움 티탄산 박막 |
| JP2010195679A (ja) * | 2001-06-13 | 2010-09-09 | Seiko Epson Corp | 圧電素子 |
| JP2005101491A (ja) * | 2003-03-28 | 2005-04-14 | Seiko Epson Corp | 強誘電体薄膜及びその製造方法、強誘電体メモリ、圧電素子 |
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