JP3106913B2 - Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用組成物並びにＢｉ系強誘電体薄膜及びその製造方法 - Google Patents
Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用組成物並びにＢｉ系強誘電体薄膜及びその製造方法Info
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体メモリや光
スイッチ等に用いられるＢｉ系強誘電体薄膜形成用組成
物並びにＢｉ系強誘電体薄膜及びその形成方法に関す
る。
スイッチ等に用いられるＢｉ系強誘電体薄膜形成用組成
物並びにＢｉ系強誘電体薄膜及びその形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔａ，
Ｎｂを含む誘電体組成としてはＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ，
ＢａＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ，ＰｂＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 等が知ら
れている。これらのうち、特に、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9
材料は薄膜化した際に、ＰＺＴに見られるような分極反
転を繰り返すと分極が小さくなるという膜疲労が少ない
ことから、半導体メモリに組み込むことによって、その
ヒステリシス特性を利用した不揮発性メモリへ応用する
ことが考えられている。
Ｎｂを含む誘電体組成としてはＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ，
ＢａＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ，ＰｂＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 等が知ら
れている。これらのうち、特に、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9
材料は薄膜化した際に、ＰＺＴに見られるような分極反
転を繰り返すと分極が小さくなるという膜疲労が少ない
ことから、半導体メモリに組み込むことによって、その
ヒステリシス特性を利用した不揮発性メモリへ応用する
ことが考えられている。
【０００３】このＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の分極値は、バ
ルクの分極値でＰｒ＝５．８μＣ／ｃｍ2 である。将
来、強誘電体材料が高集積化された時に必要とされる残
留分極値は２５６Ｍｂで２Ｐｒ＝１５μＣ／ｃｍ2 以上
といわれており、従って、膜疲労がより一層低減された
薄膜を得るためにはこの材料の残留分極値の改善が望ま
れる。
ルクの分極値でＰｒ＝５．８μＣ／ｃｍ2 である。将
来、強誘電体材料が高集積化された時に必要とされる残
留分極値は２５６Ｍｂで２Ｐｒ＝１５μＣ／ｃｍ2 以上
といわれており、従って、膜疲労がより一層低減された
薄膜を得るためにはこの材料の残留分極値の改善が望ま
れる。
【０００４】このＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 薄膜の形成方法
として、ＰＣＴ公開公報ＷＯ９４／１０７０２には、組
成比をＳｒ：Ｂｉ：Ｔａ＝１：２．４：２として前駆体
溶液を調製した後、成膜、乾燥、仮焼を繰り返して結晶
化を行うことが記載されている。ここで２０％のＢｉ過
剰分は結晶化熱処理時に拡散或いは蒸発するＢｉ分を補
うためである。使用する基板（例えば、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓ
ｉＯ2 ／Ｓｉ基板など）は、成膜前に成膜終了プロセス
までにかける最高温度かそれ以上で一度焼成を行ってい
る。また、上記特性を満たす電気特性を得るための仮焼
温度は７００℃位である。
として、ＰＣＴ公開公報ＷＯ９４／１０７０２には、組
成比をＳｒ：Ｂｉ：Ｔａ＝１：２．４：２として前駆体
溶液を調製した後、成膜、乾燥、仮焼を繰り返して結晶
化を行うことが記載されている。ここで２０％のＢｉ過
剰分は結晶化熱処理時に拡散或いは蒸発するＢｉ分を補
うためである。使用する基板（例えば、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓ
ｉＯ2 ／Ｓｉ基板など）は、成膜前に成膜終了プロセス
までにかける最高温度かそれ以上で一度焼成を行ってい
る。また、上記特性を満たす電気特性を得るための仮焼
温度は７００℃位である。
【０００５】なお、従来の（Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ）−Ｂｉ
−（Ｔａ，Ｎｂ）系誘電体形成用組成物の組成は（Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｐｂ）：Ｂｉ：（Ｔａ，Ｎｂ）＝１：１．８
〜４：２であり（即ち、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ）＝１）、
（Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ）＜１の組成の報告例はない。
−（Ｔａ，Ｎｂ）系誘電体形成用組成物の組成は（Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｐｂ）：Ｂｉ：（Ｔａ，Ｎｂ）＝１：１．８
〜４：２であり（即ち、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ）＝１）、
（Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂ）＜１の組成の報告例はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来にあっては、成膜
前の基板熱処理の温度と、成膜乾燥後の仮焼温度が高く
（即ち、良好な電気特性を得るには、いずれも７００〜
８００℃程度）、このため、基板への熱的ダメージは相
当に大きい。例えば、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 、又はＰｔ
／Ｔａ／ＳｉＯ2 基板を８００℃で焼成した場合には、
表面の金属光沢が失われ、ＴａやＴｉが析出すると共
に、酸化により表面が荒れる現象が発生する。
前の基板熱処理の温度と、成膜乾燥後の仮焼温度が高く
（即ち、良好な電気特性を得るには、いずれも７００〜
８００℃程度）、このため、基板への熱的ダメージは相
当に大きい。例えば、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 、又はＰｔ
／Ｔａ／ＳｉＯ2 基板を８００℃で焼成した場合には、
表面の金属光沢が失われ、ＴａやＴｉが析出すると共
に、酸化により表面が荒れる現象が発生する。
【０００７】本発明は、上記従来の問題点を解決し、残
留分極値が大きく、膜疲労がない、良好な電気特性を有
するＢｉ系強誘電体薄膜を、成膜前の高温プロセスを必
要とせずに形成することができるＢｉ系強誘電体薄膜形
成用組成物並びにＢｉ系強誘電体薄膜及びその形成方法
を提供することを目的とする。
留分極値が大きく、膜疲労がない、良好な電気特性を有
するＢｉ系強誘電体薄膜を、成膜前の高温プロセスを必
要とせずに形成することができるＢｉ系強誘電体薄膜形
成用組成物並びにＢｉ系強誘電体薄膜及びその形成方法
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のＢｉ系強誘電体
薄膜形成用組成物は、溶液中の金属組成比（モル比）が
Ａ：Ｂ：Ｃ＝Ｘ：Ｙ：Ｚで表され（ただし、ＡはＳｒと
Ｂａ及び／又はＰｂ，ＢはＢｉ，ＣはＴａ及び／又はＮ
ｂを示す。）、０．４≦Ｘ＜１．０，１．５≦Ｙ≦３．
５，Ｚ＝２であり、Ｓｒ：Ｂａ：Ｐｂ＝ａ：ｂ：ｃで表
したときに、０．７Ｘ≦ａ＜Ｘ，０＜ｂ＋ｃ≦０．３Ｘ
となるように有機溶媒中に金属化合物を混合してなるこ
とを特徴とする。
薄膜形成用組成物は、溶液中の金属組成比（モル比）が
Ａ：Ｂ：Ｃ＝Ｘ：Ｙ：Ｚで表され（ただし、ＡはＳｒと
Ｂａ及び／又はＰｂ，ＢはＢｉ，ＣはＴａ及び／又はＮ
ｂを示す。）、０．４≦Ｘ＜１．０，１．５≦Ｙ≦３．
５，Ｚ＝２であり、Ｓｒ：Ｂａ：Ｐｂ＝ａ：ｂ：ｃで表
したときに、０．７Ｘ≦ａ＜Ｘ，０＜ｂ＋ｃ≦０．３Ｘ
となるように有機溶媒中に金属化合物を混合してなるこ
とを特徴とする。
【０００９】本発明のＢｉ系強誘電体薄膜は、請求項１
の組成物を基板上に塗布し、乾燥及び仮焼成を目的の膜
厚になるまで複数回繰り返した後、焼成して結晶化させ
て得られることを特徴とする。
の組成物を基板上に塗布し、乾燥及び仮焼成を目的の膜
厚になるまで複数回繰り返した後、焼成して結晶化させ
て得られることを特徴とする。
【００１０】本発明のＢｉ系強誘電体薄膜の形成方法
は、請求項１の組成物を基板上に塗布し、乾燥及び仮焼
成を目的の膜厚になるまで複数回繰り返した後、焼成し
て結晶化させて得られることを特徴とする。
は、請求項１の組成物を基板上に塗布し、乾燥及び仮焼
成を目的の膜厚になるまで複数回繰り返した後、焼成し
て結晶化させて得られることを特徴とする。
【００１１】本発明に係る金属組成は、従来提供されて
いるＳｒ−Ｂｉ−Ｔａ系の強誘電性を向上させるため
に、組成中のＳｒの一部をＢａ及び／又はＰｂで置換す
ると共に、更に場合により、Ｔａの一部又は全部をＮｂ
で置換したものであり、このような組成の組成物を用い
ることにより、成膜前の基板熱処理を行うことなく、ま
た、低い成膜時仮焼成温度にて、従って、基板に熱的悪
影響を及ぼすことなく、残留分極が大きく、膜疲労の少
ない高特性強誘電性Ｂｉ系強誘電体を製造することが可
能とされる。
いるＳｒ−Ｂｉ−Ｔａ系の強誘電性を向上させるため
に、組成中のＳｒの一部をＢａ及び／又はＰｂで置換す
ると共に、更に場合により、Ｔａの一部又は全部をＮｂ
で置換したものであり、このような組成の組成物を用い
ることにより、成膜前の基板熱処理を行うことなく、ま
た、低い成膜時仮焼成温度にて、従って、基板に熱的悪
影響を及ぼすことなく、残留分極が大きく、膜疲労の少
ない高特性強誘電性Ｂｉ系強誘電体を製造することが可
能とされる。
【００１２】即ち、本来、化学量論比は例えばＳｒ−Ｂ
ｉ−Ｔａ系ではＳｒ：Ｂｉ：Ｔａ＝１：２：２である
が、強誘電性を向上させるため液組成でＳｒの組成比Ｘ
を１より小さくかつ０．４以上とすることで、残留分極
が大きく、膜疲労の少ない強誘電体膜が提供される。
ｉ−Ｔａ系ではＳｒ：Ｂｉ：Ｔａ＝１：２：２である
が、強誘電性を向上させるため液組成でＳｒの組成比Ｘ
を１より小さくかつ０．４以上とすることで、残留分極
が大きく、膜疲労の少ない強誘電体膜が提供される。
【００１３】また、Ｓｒの一部をＢａで置き換えること
により、抗電界を小さくする作用が奏されるが、この割
合がＰｂとの合計でＸに対して０．３を超えると、残留
分極も低下してしまう。Ｓｒの一部をＰｂで置換した場
合は、残留分極を大きくする作用が奏されるが、抗電界
も大きくしてしまう他に、Ｐｂ系では膜疲労の問題が発
生する。このため、Ｐｂ及び／又はＢａの割合はＸに対
して０．３以下とする。
により、抗電界を小さくする作用が奏されるが、この割
合がＰｂとの合計でＸに対して０．３を超えると、残留
分極も低下してしまう。Ｓｒの一部をＰｂで置換した場
合は、残留分極を大きくする作用が奏されるが、抗電界
も大きくしてしまう他に、Ｐｂ系では膜疲労の問題が発
生する。このため、Ｐｂ及び／又はＢａの割合はＸに対
して０．３以下とする。
【００１４】Ｂｉは少ないと良好な特性が得られない
が、多くしすぎると膜がリーキーとなる。
が、多くしすぎると膜がリーキーとなる。
【００１５】更に、ＴａをＮｂで置換した場合には、残
留分極の若干の改善がみられる。
留分極の若干の改善がみられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
【００１７】本発明のＢｉ系強誘電体薄膜形成用組成物
において、Ａ：Ｂ：Ｃ＝Ｘ：Ｙ：Ｚ（ただし、ＡはＳｒ
とＢａ及び／又はＰｂ，ＢはＢｉ，ＣはＴａ及び／又は
Ｎｂを示す。）で表される溶液中の金属組成比（モル
比）で、Ｘが０．４以上１未満であるため、残留分極が
大きく、膜疲労の少ない強誘電体膜が得られる。Ｘが
０．４未満であると残留分極が著しく低下する。
において、Ａ：Ｂ：Ｃ＝Ｘ：Ｙ：Ｚ（ただし、ＡはＳｒ
とＢａ及び／又はＰｂ，ＢはＢｉ，ＣはＴａ及び／又は
Ｎｂを示す。）で表される溶液中の金属組成比（モル
比）で、Ｘが０．４以上１未満であるため、残留分極が
大きく、膜疲労の少ない強誘電体膜が得られる。Ｘが
０．４未満であると残留分極が著しく低下する。
【００１８】Ｙが１．５未満では良好な特性が得られ
ず、３．５を超えると膜がリーキーとなるため、１．５
≦Ｙ≦３．５とする。
ず、３．５を超えると膜がリーキーとなるため、１．５
≦Ｙ≦３．５とする。
【００１９】ＺはＳｒ−Ｂｉ−Ｔａ系の化学量論比でＺ
＝２とする。
＝２とする。
【００２０】Ｓｒの一部をＢａで置換することにより抗
電界を小さくする作用が得られるが、この置換割合が過
度に多いと残留分極の低下を引き起こす。また、Ｓｒの
一部をＰｂで置換することにより、残留分極の増大が図
れるが、この置換割合が過度に大きいと抗電界も増大す
る。このため、Ｂａ及び／又はＰｂの置換割合は、Ｓ
ｒ：Ｂａ：Ｐｂ＝ａ：ｂ：ｃで表したときに、０．７Ｘ
≦ａ＜Ｘ，０＜ｂ＋ｃ≦０．３Ｘとなるようにする。
電界を小さくする作用が得られるが、この置換割合が過
度に多いと残留分極の低下を引き起こす。また、Ｓｒの
一部をＰｂで置換することにより、残留分極の増大が図
れるが、この置換割合が過度に大きいと抗電界も増大す
る。このため、Ｂａ及び／又はＰｂの置換割合は、Ｓ
ｒ：Ｂａ：Ｐｂ＝ａ：ｂ：ｃで表したときに、０．７Ｘ
≦ａ＜Ｘ，０＜ｂ＋ｃ≦０．３Ｘとなるようにする。
【００２１】更に、Ｔａの一部又は全部をＮｂで置換す
ることにより残留分極を大きくすることができる。この
置換割合は、特に、Ｔａ：Ｎｂ＝ｍ：１−ｍで表したと
きに、ｍは０≦ｍ≦０．７の範囲であることが好まし
い。
ることにより残留分極を大きくすることができる。この
置換割合は、特に、Ｔａ：Ｎｂ＝ｍ：１−ｍで表したと
きに、ｍは０≦ｍ≦０．７の範囲であることが好まし
い。
【００２２】このような本発明のＢｉ系強誘電体薄膜形
成用組成物は、上記金属組成比が得られるように、有機
溶媒中に金属の有機化合物及び／又は無機化合物を添加
混合することにより容易に調製することができる。
成用組成物は、上記金属組成比が得られるように、有機
溶媒中に金属の有機化合物及び／又は無機化合物を添加
混合することにより容易に調製することができる。
【００２３】なお、本発明のＢｉ系強誘電体薄膜形成用
組成物に用いられる有機溶媒としては、酢酸エチル、酢
酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等の酢酸エス
テル類、エタノール、プロパノール、ブタノール、２−
メトキシエタノール等のアルコール類が挙げられる。
組成物に用いられる有機溶媒としては、酢酸エチル、酢
酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等の酢酸エス
テル類、エタノール、プロパノール、ブタノール、２−
メトキシエタノール等のアルコール類が挙げられる。
【００２４】また、Ｓｒ化合物としては、オクチル酸ス
トロンチウム、ｎ−ヘキサン酸ストロンチウム、２−エ
チル酪酸ストロンチウム、ｉ−吉草酸ストロンチウム等
のストロンチウムのカルボン酸塩や、ストロンチウムエ
トキシド、ストロンチウムプロポキシド、ストロンチウ
ム２−メトキシエトキシド等のストロンチウムアルコキ
シド類等が、Ｂａ化合物としてはオクチル酸バリウム、
ｎ−ヘキサン酸バリウム、２−エチル酪酸バリウム、ｉ
−吉草酸バリウム等のカルボン酸塩や、バリウムエトキ
シド、バリウムプロポキシド、バリウム−２−メトキシ
エトキシド等のアルコキシド等が、Ｐｂ化合物としては
オクチル酸鉛、ｎーヘキサン酸鉛、２−エチル酪酸鉛、
ｉ−吉草酸鉛、酢酸鉛等のカルボン酸塩や、鉛エトキシ
ド、鉛プロポキシド、鉛ブトキシド等のアルコキシド等
が、Ｂｉ化合物としては、オクチル酸ビスマス、ｎ−ヘ
キサン酸ビスマス、２−エチル酪酸ビスマス、ｉ−吉草
酸ビスマス等のビスマスのカルボン酸塩等の有機Ｂｉ化
合物、硝酸ビスマス等の無機Ｂｉ化合物が、Ｔａ化合物
としては、タンタルエトキシド、タンタルプロポキシ
ド、タンタルブトキシド、タンタル２−メトキシエトキ
シド等のタンタルのアルコキシドやオクチル酸タンタ
ル、ｎ−ヘキサン酸タンタル、２−エチル酪酸タンタ
ル、ｉ−吉草酸タンタル等のタンタルのカルボン酸塩等
が、また、Ｎｂ化合物としては、ニオブエトキシド、ニ
オブプロポキシド、ニオブブトキシド、ニオブ−２−メ
トキシエトキシド等のアルコキシドや、オクチル酸ニオ
ブ、ｎ−ヘキサン酸ニオブ、２−エチル酪酸ニオブ、ｉ
−吉草酸ニオブ等のカルボン酸等が挙げられる。
トロンチウム、ｎ−ヘキサン酸ストロンチウム、２−エ
チル酪酸ストロンチウム、ｉ−吉草酸ストロンチウム等
のストロンチウムのカルボン酸塩や、ストロンチウムエ
トキシド、ストロンチウムプロポキシド、ストロンチウ
ム２−メトキシエトキシド等のストロンチウムアルコキ
シド類等が、Ｂａ化合物としてはオクチル酸バリウム、
ｎ−ヘキサン酸バリウム、２−エチル酪酸バリウム、ｉ
−吉草酸バリウム等のカルボン酸塩や、バリウムエトキ
シド、バリウムプロポキシド、バリウム−２−メトキシ
エトキシド等のアルコキシド等が、Ｐｂ化合物としては
オクチル酸鉛、ｎーヘキサン酸鉛、２−エチル酪酸鉛、
ｉ−吉草酸鉛、酢酸鉛等のカルボン酸塩や、鉛エトキシ
ド、鉛プロポキシド、鉛ブトキシド等のアルコキシド等
が、Ｂｉ化合物としては、オクチル酸ビスマス、ｎ−ヘ
キサン酸ビスマス、２−エチル酪酸ビスマス、ｉ−吉草
酸ビスマス等のビスマスのカルボン酸塩等の有機Ｂｉ化
合物、硝酸ビスマス等の無機Ｂｉ化合物が、Ｔａ化合物
としては、タンタルエトキシド、タンタルプロポキシ
ド、タンタルブトキシド、タンタル２−メトキシエトキ
シド等のタンタルのアルコキシドやオクチル酸タンタ
ル、ｎ−ヘキサン酸タンタル、２−エチル酪酸タンタ
ル、ｉ−吉草酸タンタル等のタンタルのカルボン酸塩等
が、また、Ｎｂ化合物としては、ニオブエトキシド、ニ
オブプロポキシド、ニオブブトキシド、ニオブ−２−メ
トキシエトキシド等のアルコキシドや、オクチル酸ニオ
ブ、ｎ−ヘキサン酸ニオブ、２−エチル酪酸ニオブ、ｉ
−吉草酸ニオブ等のカルボン酸等が挙げられる。
【００２５】これらの金属化合物は、組成物中の酸化物
換算の合計濃度が５〜１５重量％となるように、前記有
機溶媒に混合される。
換算の合計濃度が５〜１５重量％となるように、前記有
機溶媒に混合される。
【００２６】なお、本発明のＢｉ系強誘電体薄膜形成用
組成物においては、上記金属化合物の他、特性向上のた
めの添加剤として、イオン半径の近い希土類元素、例え
ば、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅ
ｒ，Ｙｂ等の化合物を含有していても良い。この場合、
これらの添加剤の添加量は、Ｔａ或いはＮｂに対してモ
ル比で０以上０．１５倍モル以下とするのが好ましい。
組成物においては、上記金属化合物の他、特性向上のた
めの添加剤として、イオン半径の近い希土類元素、例え
ば、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅ
ｒ，Ｙｂ等の化合物を含有していても良い。この場合、
これらの添加剤の添加量は、Ｔａ或いはＮｂに対してモ
ル比で０以上０．１５倍モル以下とするのが好ましい。
【００２７】本発明のＢｉ系強誘電体薄膜は、本発明の
形成方法に従って、このようなＢｉ系強誘電体薄膜形成
用組成物を、基板上に塗布し、乾燥及び仮焼成を目的の
膜厚になるまで複数回繰り返した後、焼成して結晶化さ
せることにより製造される。
形成方法に従って、このようなＢｉ系強誘電体薄膜形成
用組成物を、基板上に塗布し、乾燥及び仮焼成を目的の
膜厚になるまで複数回繰り返した後、焼成して結晶化さ
せることにより製造される。
【００２８】ここで、基板としては、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉ
Ｏ2 ／Ｓｉ基板、Ｐｔ／Ｔａ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板，Ｐ
ｔ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板、Ｉｒ／ＩｒＯ2 ／Ｓｉ基板、
Ｐｔ／ＴｉＮ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板、Ｐｔ／Ｉｒ／Ｓｉ
Ｏ2 ／Ｓｉ基板、（Ｐｔ−Ｉｒ合金）／ＩｒＯ2 ／Ｓｉ
基板、Ｐｔ／Ｉｒ／ＩｒＯ2 ／Ｓｉ基板等を用いること
ができる。
Ｏ2 ／Ｓｉ基板、Ｐｔ／Ｔａ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板，Ｐ
ｔ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板、Ｉｒ／ＩｒＯ2 ／Ｓｉ基板、
Ｐｔ／ＴｉＮ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板、Ｐｔ／Ｉｒ／Ｓｉ
Ｏ2 ／Ｓｉ基板、（Ｐｔ−Ｉｒ合金）／ＩｒＯ2 ／Ｓｉ
基板、Ｐｔ／Ｉｒ／ＩｒＯ2 ／Ｓｉ基板等を用いること
ができる。
【００２９】本発明によれば、これらの基板は熱処理を
行うことなく、成膜に供することができる。
行うことなく、成膜に供することができる。
【００３０】基板へのＢｉ系強誘電体薄膜形成用組成物
の塗布方法としてはスピンコート法、ディップコート
法、噴霧法等を採用することができ、所定の膜厚のＢｉ
系強誘電体薄膜が得られるように、繰り返し塗布、乾燥
及び仮焼成を行う。本発明においては、この仮焼成は、
２００〜６００℃、特に２００〜４００℃の低温で１〜
３０分程度行えば良い。
の塗布方法としてはスピンコート法、ディップコート
法、噴霧法等を採用することができ、所定の膜厚のＢｉ
系強誘電体薄膜が得られるように、繰り返し塗布、乾燥
及び仮焼成を行う。本発明においては、この仮焼成は、
２００〜６００℃、特に２００〜４００℃の低温で１〜
３０分程度行えば良い。
【００３１】Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用組成物を、基板
上に、所望の膜厚に塗布、乾燥及び仮焼成した後は、本
焼成を行って結晶化させる。本発明においては、この本
焼成は、酸化雰囲気中にて、６００〜９００℃、特に６
００〜８００℃で２０分〜２時間行う。これにより、残
留分極値が大きく、膜疲労の少ない、高誘電特性のＢｉ
系強誘電体薄膜を、高温プロセスを必要とすることな
く、容易に形成することができる。
上に、所望の膜厚に塗布、乾燥及び仮焼成した後は、本
焼成を行って結晶化させる。本発明においては、この本
焼成は、酸化雰囲気中にて、６００〜９００℃、特に６
００〜８００℃で２０分〜２時間行う。これにより、残
留分極値が大きく、膜疲労の少ない、高誘電特性のＢｉ
系強誘電体薄膜を、高温プロセスを必要とすることな
く、容易に形成することができる。
【００３２】なお、このようにして製造される本発明の
Ｂｉ系強誘電体薄膜の膜厚は、１０ｎｍ〜１μｍ、特に
８０〜８００ｎｍであることが好ましい。この膜厚が１
０ｎｍ未満では薄すぎるため絶縁性を得にくく、１μｍ
を超えると粒成長が激しく表面が粗れるため、１０ｎｍ
〜１μｍの範囲とするのが好ましい。
Ｂｉ系強誘電体薄膜の膜厚は、１０ｎｍ〜１μｍ、特に
８０〜８００ｎｍであることが好ましい。この膜厚が１
０ｎｍ未満では薄すぎるため絶縁性を得にくく、１μｍ
を超えると粒成長が激しく表面が粗れるため、１０ｎｍ
〜１μｍの範囲とするのが好ましい。
【００３３】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。
り具体的に説明する。
【００３４】なお、以下の実施例及び比較例において、
薄膜形成用組成物の有機溶媒としては、酢酸イソアミル
を用い、金属化合物としては下記のものを用い、各化合
物は、組成物中の酸化物換算の合計濃度が１０重量％と
なるように所定の組成比で混合した。
薄膜形成用組成物の有機溶媒としては、酢酸イソアミル
を用い、金属化合物としては下記のものを用い、各化合
物は、組成物中の酸化物換算の合計濃度が１０重量％と
なるように所定の組成比で混合した。
【００３５】 Ｓｒ化合物：オクチル酸ストロンチウム Ｂａ化合物：オクチル酸バリウム Ｐｂ化合物：オクチル酸鉛 Ｂｉ化合物：オクチル酸ビスマス Ｔａ化合物：タンタルエトキシド Ｎｂ化合物：ニオブエトキシド 実施例１〜１６、比較例１〜２０ 各金属化合物を表１〜３に示す金属組成となるように混
合して薄膜形成用組成物を調製し、この組成物をＰｔ／
Ｔａ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上に表１〜３に示す回数スピ
ンコート法による塗布、乾燥及び仮焼を繰り返し行っ
た。仮焼条件は表１〜３に示す通りである。
合して薄膜形成用組成物を調製し、この組成物をＰｔ／
Ｔａ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上に表１〜３に示す回数スピ
ンコート法による塗布、乾燥及び仮焼を繰り返し行っ
た。仮焼条件は表１〜３に示す通りである。
【００３６】その後、酸素雰囲気中にて表１〜３に示す
条件で焼成して結晶化を行って、表１〜３に示す膜厚の
Ｂｉ系強誘電体薄膜を得た。
条件で焼成して結晶化を行って、表１〜３に示す膜厚の
Ｂｉ系強誘電体薄膜を得た。
【００３７】この薄膜上に、真空蒸着法により上部電極
として金を蒸着し、その後、８００℃で１０分間アニー
ル処理を行って試料とした。
として金を蒸着し、その後、８００℃で１０分間アニー
ル処理を行って試料とした。
【００３８】各試料の残留分極、抗電界及び膜疲労特性
（１０10回反転後の残留分極の初期値に対する割合
（％））を調べ、結果を表１〜３に示した。
（１０10回反転後の残留分極の初期値に対する割合
（％））を調べ、結果を表１〜３に示した。
【００３９】表１〜３より、本発明のＢｉ系強誘電体薄
膜は、残留分極が大きく、抗電界も良好な値であり、膜
疲労が少ないことが明らかである。
膜は、残留分極が大きく、抗電界も良好な値であり、膜
疲労が少ないことが明らかである。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、高
温プロセスを必要とすることなく、従って、基板に熱的
な悪影響を及ぼすことなく、強誘電性で残留分極が大き
く、膜疲労の少ない高特性Ｂｉ系強誘電体薄膜を形成す
ることができる。
温プロセスを必要とすることなく、従って、基板に熱的
な悪影響を及ぼすことなく、強誘電性で残留分極が大き
く、膜疲労の少ない高特性Ｂｉ系強誘電体薄膜を形成す
ることができる。
【００４４】本発明のＢｉ系強誘電体薄膜を半導体メモ
リ等に使用した場合には、膜疲労のない優れたデバイス
を作製することが可能である。
リ等に使用した場合には、膜疲労のない優れたデバイス
を作製することが可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/788 29/792 (56)参考文献 特開 平６−308721（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−502149（ＪＰ，Ａ) Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ, 1988，Ｖｏｌ．82，ＰＰ．55−62 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01G 29/00 H01L 21/8242 H01L 21/8247 H01L 27/10 451 H01L 27/108 H01L 29/788 H01L 29/792 ＣＡ（ＳＴＮ)
Claims (3)
- 【請求項１】 溶液中の金属組成比（モル比）がＡ：
Ｂ：Ｃ＝Ｘ：Ｙ：Ｚで表され（ただし、ＡはＳｒとＢａ
及び／又はＰｂ，ＢはＢｉ，ＣはＴａ及び／又はＮｂを
示す。）、０．４≦Ｘ＜１．０，１．５≦Ｙ≦３．５，
Ｚ＝２であり、Ｓｒ：Ｂａ：Ｐｂ＝ａ：ｂ：ｃで表した
ときに、０．７Ｘ≦ａ＜Ｘ，０＜ｂ＋ｃ≦０．３Ｘとな
るように有機溶媒中に金属化合物を混合してなるＢｉ系
強誘電体薄膜形成用組成物。 - 【請求項２】 請求項１の組成物を基板上に塗布し、乾
燥及び仮焼成を目的の膜厚になるまで複数回繰り返した
後、焼成して結晶化させて得られることを特徴とするＢ
ｉ系強誘電体薄膜。 - 【請求項３】 請求項１の組成物を基板上に塗布し、乾
燥及び仮焼成を目的の膜厚になるまで複数回繰り返した
後、焼成して結晶化させて得られることを特徴とするＢ
ｉ系強誘電体薄膜の形成方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07173438A JP3106913B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用組成物並びにＢｉ系強誘電体薄膜及びその製造方法 |
| KR1019960017151A KR100381498B1 (ko) | 1995-05-22 | 1996-05-21 | 비스무스계유전체박막및그의형성방법및그박막형성용조성물 |
| US08/651,593 US5807495A (en) | 1995-05-22 | 1996-05-22 | Bi-based dielectric thin films, and compositions and method for forming them |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07173438A JP3106913B2 (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用組成物並びにＢｉ系強誘電体薄膜及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0925124A JPH0925124A (ja) | 1997-01-28 |
| JP3106913B2 true JP3106913B2 (ja) | 2000-11-06 |
Family
ID=15960479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07173438A Expired - Lifetime JP3106913B2 (ja) | 1995-05-22 | 1995-07-10 | Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用組成物並びにＢｉ系強誘電体薄膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3106913B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002170938A (ja) | 2000-04-28 | 2002-06-14 | Sharp Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPWO2004077564A1 (ja) * | 2003-02-26 | 2006-06-08 | Tdk株式会社 | 薄膜容量素子ならびにそれを含んだ電子回路および電子機器 |
| KR20050100700A (ko) * | 2003-02-27 | 2005-10-19 | 티디케이가부시기가이샤 | 박막용량소자 및 그것을 포함한 전자회로 및 전자기기 |
-
1995
- 1995-07-10 JP JP07173438A patent/JP3106913B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，１９８８，Ｖｏｌ．８２，ＰＰ．５５−６２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0925124A (ja) | 1997-01-28 |
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