JP2007076994A - 半導体デバイス用材料及び半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体デバイスの高誘電率膜を形成するための半導体デバイス用材料であって、室温における熱伝導率が2W/mK以下の誘電体からなる。
【選択図】 なし
Description
組成式(1):Ln3Nb1−xTaxO7
(但し、0≦x≦1、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(2):Ln3−aNb1−a−xTaxO7−a
(但し、−0.5≦a≦0.5、0≦x≦1−a、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(3):Sr4Nb2−xTaxO9
(但し、0<x≦2.0)
組成式(4):Sr4Nb2−yMyO9+0.5y
(但し、0<y≦2.0、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(5):Sr4−1.5zNb2−1.5zY3zO9−1.5z
(但し、0<z≦0.33、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(6):Sr4−bCabNb2O9
(但し、0<b≦0.4)
組成式(7):Sr2Nb2−xTaxO7
(但し、0<x≦2.0)
(但し、0≦x≦1、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(2):Ln3−aNb1−a−xTaxO7−a
(但し、−0.5≦a≦0.5、0≦x≦1−a、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(3):Sr4Nb2−xTaxO9
(但し、0<x≦2.0)
組成式(4):Sr4Nb2−yMyO9+0.5y
(但し、0<y≦2.0、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(5):Sr4−1.5zNb2−1.5zY3zO9−1.5z
(但し、0<z≦0.33、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(6):Sr4−bCabNb2O9
(但し、0<b≦0.4)
組成式(7):Sr2Nb2−xTaxO7
(但し、0<x≦2.0)
y=55.783x−0.6328
(但し、0≦x≦1、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(2):Ln3−aNb1−a−xTaxO7−a
(但し、−0.5≦a≦0.5、0≦x≦1−a、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(3):Sr4Nb2−xTaxO9
(但し、0<x≦2.0)
組成式(4):Sr4Nb2−yMyO9+0.5y
(但し、0<y≦2.0、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(5):Sr4−1.5zNb2−1.5zY3zO9−1.5z
(但し、0<z≦0.33、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(6):Sr4−bCabNb2O9
(但し、0<b≦0.4)
組成式(7):Sr2Nb2−xTaxO7
(但し、0<x≦2.0)
なお、ランタノイド元素とは、La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luをいう。
材料の熱伝導性はその結晶構造に大きく依存し、複雑な構造をとることにより、より低熱伝導化することが一般に知られている。そこでYb3NbO7に他の元素を置換固溶させることによる結晶の複雑化を検討した。Yb3NbO7を構成するNbは5価の元素であり、周期表中の同じ5A族に属するTaを置換元素に選択した。これはTa5+のイオン半径が0.68ÅでありNb5+のそれ(0.69Å)とほぼ同じであるため、容易に固溶し得ると考えられるためである。
実施例1で示したYb3NbO7を構成するYbは3価の元素であるが、Ybを同じ希土類元素に属するEr等にかえて熱伝導率の測定を行った。Yb3+のイオン半径は1.01ÅでありEr3+のそれ(1.03Å)に近い。Er3NbO7、Er3Nb0.75Ta0.25O7、Er3Nb0.5Ta0.5O7、Er3Nb0.25Ta0.75O7、Er3TaO7について、1600℃で焼成し、その焼結体から直径10mmφ、厚さ1mmの円盤状試料を切出し、レーザーフラッシュ法により、熱伝導率を測定した。室温における熱伝導率の値を表2に示す。なお比較材として3YSZの熱伝導率の値(1000℃、文献値)も表中に記載した。
実施例1で示したYb3NbO7を構成するYbは3価の元素であるが、Ybを同じ3A族元素に属するY等にかえて熱伝導率の測定を行った。Yb3+のイオン半径は1.01ÅでありY3+のそれ(1.04Å)に近い。Y3NbO7、Y3Nb0.75Ta0.25O7、Y3Nb0.5Ta0.5O7、Y3Nb0.25Ta0.75O7、Y3TaO7について、1600℃で焼成し、その焼結体から直径10mmφ、厚さ1mmの円盤状試料を切出し、レーザーフラッシュ法により、熱伝導率を測定した。室温における熱伝導率の値を表3に示す。なお比較材として3YSZの熱伝導率の値(1000℃、文献値)も表中に記載した。
実施例1で示したYb3NbO7を構成するYbは3価の元素であり、Ybに同じ3A族元素に属するNd等を混合させて、結晶構造を複雑化した。Yb3+のイオン半径は1.01ÅでありNd3+のそれ(1.23Å)に近い。Ybl.5Ndl.5NbO7、Ybl.5Ndl.5Nb0.75Ta0.25O7、Ybl.5Ndl.5Nb0.5Ta0.5O7、Ybl.5Nb0.25Ta0.75O7、Ybl.5Ndl.5TaO7について、1600℃で焼成し、その焼結体から直径10mmφ、厚さ1mmの円盤状試料を切出し、レーザーフラッシュ法により、熱伝導率を測定した。室温における熱伝導率の値を表4に示す。なお比較材として3YSZの熱伝導率の値(1000℃、文献値)も表中に記載した。
図3は、Y2O3−Nb2O5系の状態図である。
この状態図から、本発明の範囲であるY/Nb=2.5〜3.5の範囲、すなわちNb2O5/(Y2O3+Nb2O5)が約22〜29mol%の領域では、低温域から高温域にわたって高温相への相転移がなく、低温相のままであることがわかる。
した系についても、略同様の状態図が得られ、いずれの材料も低温域から高温域にわたって高温相への相転移がなく、低温相のままであることがわかる。
SrとNbを含む酸化物Sr4Nb2O9は、融点が1700℃、熱膨張係数が14[×10−6/℃]、熱伝導率が1.0[W/mK]であり、高誘電率膜を形成するための半導体デバイス用材料として好適な物性値を示す。材料の熱伝導性はその結晶構造に大きく依存し、複雑な構造をとることにより、より低熱伝導化することが一般に知られている。そこでSr4Nb2O9に他の元素を置換固溶させることによる結晶の複雑化を検討した。Sr4Nb2O9を構成するNbは5価の元素であり、周期表中の同じ5A族に属するTaを置換元素に選択した。これはTa5+のイオン半径が0.68ÅでありNb5+のそれ(0.69Å)とほぼ同じであるため、容易に固溶し得ると考えられたためである。ほかに別な選択元素として6A族に属するMoならびにWを選択した。Mo6+、W6+のイオン半径はともに0.64ÅでありNb5+のそれよりも小さいため、やはり容易に固溶し得ると考えられる。またSr4Nb2O9を構成するSrは2価のアルカリ土類元素であり、同じアルカリ土類元素に属するCaをSrに対する置換元素に選択した。Ca2+のイオン半径は1.00ÅでありSr2+のそれ(1.16Å)よりも小さいため、やはり容易に固溶し得ると考えられる。さらにイオン半径がSr2+のそれとNb5+のそれとの間であり、かつ価数も2価と5価の間であるY3+(イオン半径0.92Å)も固溶体形成元素の候補として選択した。
Sr4Nbl.8Ta0.2O9、Sr4NbTaO9、Sr4Ta2O9、Sr4Nbl.8Mo0.2O9.1、Sr4Nbl.8W0.2O9.1、Sr3.5Nbl.5YO8.5、およびSr3.6Ca0.4Nb2O9について、1600℃で焼成し、その焼結体から直径10mmφ、厚さ1mmの円盤状試料を切出し、レーザーフラッシュ法により、熱伝導率を測定した。室温における熱伝導率の値を表6に示す。なお比較材として3YSZの熱伝導率の値(1000℃、文献値)も表中に記載した。
12 高濃度イオン注入領域
13 高誘電率層
14 ゲート電極
Claims (10)
- 半導体デバイスの高誘電率膜を形成するための半導体デバイス用材料であって、室温における熱伝導率が2W/mK以下の誘電体からなることを特徴とする半導体デバイス用材料。
- 請求項1において、下記組成式(1)〜(7)で表される組成物からなる群から選択される一種又は二種以上の組成物を主体とすることを特徴とする半導体デバイス用材料。
組成式(1):Ln3Nb1−xTaxO7
(但し、0≦x≦1、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(2):Ln3−aNb1−a−xTaxO7−a
(但し、−0.5≦a≦0.5、0≦x≦1−a、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(3):Sr4Nb2−xTaxO9
(但し、0<x≦2.0)
組成式(4):Sr4Nb2−yMyO9+0.5y
(但し、0<y≦2.0、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(5):Sr4−1.5zNb2−1.5zY3zO9−1.5z
(但し、0<z≦0.33、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(6):Sr4−bCabNb2O9
(但し、0<b≦0.4)
組成式(7):Sr2Nb2−xTaxO7
(但し、0<x≦2.0) - 請求項2において、前記LnがY、Er又はYbであることを特徴とする半導体デバイス用材料。
- 請求項2又は3において、前記組成式(1)にてx=1であることを特徴とする半導体デバイス用材料。
- 請求項2〜4の何れかにおいて、前記組成式(2)にてx=1−aであることを特徴とする半導体デバイス用材料。
- 高誘電率膜を有する半導体デバイスにおいて、前記高誘電率膜を、室温における熱伝導率が2W/mK以下の誘電体からなる半導体デバイス用材料により形成したことを特徴とする半導体デバイス。
- 請求項6において、前記半導体デバイス用材料が、下記組成式(1)〜(7)で表される組成物からなる群から選択される一種又は二種以上の組成物を主体とすることを特徴とする半導体デバイス。
組成式(1):Ln3Nb1−xTaxO7
(但し、0≦x≦1、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(2):Ln3−aNb1−a−xTaxO7−a
(但し、−0.5≦a≦0.5、0≦x≦1−a、LnはSc、Y及びランタノイド元素からなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素を表す)
組成式(3):Sr4Nb2−xTaxO9
(但し、0<x≦2.0)
組成式(4):Sr4Nb2−yMyO9+0.5y
(但し、0<y≦2.0、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(5):Sr4−1.5zNb2−1.5zY3zO9−1.5z
(但し、0<z≦0.33、MはMo及びWから選択される少なくとも一種の元素)
組成式(6):Sr4−bCabNb2O9
(但し、0<b≦0.4)
組成式(7):Sr2Nb2−xTaxO7
(但し、0<x≦2.0) - 請求項7において、前記LnがY、Er又はYbであることを特徴とする半導体デバイス。
- 請求項7又は8において、前記組成式(1)にてx=1であることを特徴とする半導体デバイス。
- 請求項7〜9の何れかにおいて、前記組成式(2)にてx=1−aであることを特徴とする半導体デバイス。
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JP2005270850A JP2007076994A (ja) | 2005-09-16 | 2005-09-16 | 半導体デバイス用材料及び半導体デバイス |
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---|---|---|---|---|
JPH05270914A (ja) * | 1992-01-09 | 1993-10-19 | Tosoh Corp | イオン導電性固体電解質およびその製造法 |
JP2005154885A (ja) * | 2003-03-26 | 2005-06-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 遮熱コーティング材料 |
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2005
- 2005-09-16 JP JP2005270850A patent/JP2007076994A/ja active Pending
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JPH05270914A (ja) * | 1992-01-09 | 1993-10-19 | Tosoh Corp | イオン導電性固体電解質およびその製造法 |
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