JP3144799B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JP3144799B2 JP3144799B2 JP33797890A JP33797890A JP3144799B2 JP 3144799 B2 JP3144799 B2 JP 3144799B2 JP 33797890 A JP33797890 A JP 33797890A JP 33797890 A JP33797890 A JP 33797890A JP 3144799 B2 JP3144799 B2 JP 3144799B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、強誘電体膜を用いたメモリ素子，キャパシ
タ，焦電形赤外線センサ，圧電素子，電気光学素子等の
半導体装置およびその製造方法に関する。
タ，焦電形赤外線センサ，圧電素子，電気光学素子等の
半導体装置およびその製造方法に関する。
従来の技術 強誘電体の応用には上記の素子等さまざまなものがあ
る。近年の半導体技術の進歩による電子部品の小型化、
集積化にともない、これらの素子も小型化、薄膜化が進
みつつある。
る。近年の半導体技術の進歩による電子部品の小型化、
集積化にともない、これらの素子も小型化、薄膜化が進
みつつある。
強誘電体をメモリやキャパシタ、赤外線センサ等に応
用する場合の最適な材料には、PbTiO3（チタン酸鉛）,P
b（TiZr）O3（チタン酸ジルコン酸鉛,PZT），（PbLa）T
iO3（PLT）,BaTiO3（チタン酸バリウム）,SrTiO3等があ
る。
用する場合の最適な材料には、PbTiO3（チタン酸鉛）,P
b（TiZr）O3（チタン酸ジルコン酸鉛,PZT），（PbLa）T
iO3（PLT）,BaTiO3（チタン酸バリウム）,SrTiO3等があ
る。
薄膜はスパッタ法で作製されることが多く、結晶性や
配向性を良くするために基板の温度を上昇させる。
配向性を良くするために基板の温度を上昇させる。
これらの強誘電体を半導体デバイスとして応用するに
は、半導体上に作製した電極が必要になる。
は、半導体上に作製した電極が必要になる。
これらの酸化物の薄膜は、酸素ガスを含んだ雰囲気中
で作製されるため、電極材料が限定される。
で作製されるため、電極材料が限定される。
よく用いられるのは白金（Pt）や金（Au）などであ
る。
る。
一例としてPt,Auのみの電極上に、上記強誘電体を高
周波（RF）マグネトロンスパッタ法によって作製した場
合について述べる。
周波（RF）マグネトロンスパッタ法によって作製した場
合について述べる。
基板にはSiの表面を熱酸化によって作製したSiO2/Si
を用いた。
を用いた。
PbTiO3,PbZr0.40Ti0.50O3（PZT），（Pb0.80La0.20）
Ti0.05O3（PLT）,BaTiO3,SrTiO3のターゲットは粉末で
ある。
Ti0.05O3（PLT）,BaTiO3,SrTiO3のターゲットは粉末で
ある。
原料のPbO,TiO2,ZrO2,La2O3,BaCO3,SrCO3を適当量配
合、湿式混合後PbTiO3,PZT,PLTは750℃で２時間空気中
で、BaTiO3,SrTiO3は1200℃で２時間仮焼した。それを
湿式粉砕してターゲットとした。
合、湿式混合後PbTiO3,PZT,PLTは750℃で２時間空気中
で、BaTiO3,SrTiO3は1200℃で２時間仮焼した。それを
湿式粉砕してターゲットとした。
これらの強誘電体薄膜は、基板温度が400〜700℃ガス
圧が5mTorr、Ar/O2＝90/10で作製した。厚みは200〜500
nmである。
圧が5mTorr、Ar/O2＝90/10で作製した。厚みは200〜500
nmである。
PtおよびAuもスパッタ法で、基板温度が600℃ガス圧
が15mTorrで、Arガス中で厚みが約200nmになるように作
製した。
が15mTorrで、Arガス中で厚みが約200nmになるように作
製した。
第１表にPt上に作製した各種強誘電体の基板温度
（℃）と誘電率ε、ペロブスカイト率ｐ（％）の関係を
示す。誘電率は表面に0.6mmφのPt電極をつけ、1kHz
で、25kV/cmの電場で、LCRメータで測定した。ｐはＸ線
回折パターンの２θ＝15〜50度に存在するペロブスカイ
ト型構造の反射強度の和を（PE）とし、プロブスカイト
以外の反射強度の和を（NPE）としたとき、（PE）／
［（PE）＋（NPE）］である。
（℃）と誘電率ε、ペロブスカイト率ｐ（％）の関係を
示す。誘電率は表面に0.6mmφのPt電極をつけ、1kHz
で、25kV/cmの電場で、LCRメータで測定した。ｐはＸ線
回折パターンの２θ＝15〜50度に存在するペロブスカイ
ト型構造の反射強度の和を（PE）とし、プロブスカイト
以外の反射強度の和を（NPE）としたとき、（PE）／
［（PE）＋（NPE）］である。
磁器のεはPbTiO3が約250、PZTが約1000,PLTが約40
0、BaTiO3が約2000、SrTiO3が約200である。
0、BaTiO3が約2000、SrTiO3が約200である。
第１表からPbTiO3,PZT,PLT,SrTiO3は基板温度が約600
℃でεはピークになり、BaTiO3は500〜600℃でピークに
なっている。
℃でεはピークになり、BaTiO3は500〜600℃でピークに
なっている。
これらの温度以下では低温程、εが小さくなってい
る。
る。
しかし、全ての試料で、700℃ではεが下がってい
る。
る。
一方、ペロブスカイト率ｐは高温になる程下がる傾向
がある。
がある。
このようにある温度より高温で作製すると、ｐが下が
り、εも小さくなる。これはPt電極中に強誘電体の組成
の元素が入り、強誘電体が変化するものと思われる。
り、εも小さくなる。これはPt電極中に強誘電体の組成
の元素が入り、強誘電体が変化するものと思われる。
強誘電体を作製してから、電極の化学分析を行なっ
た。その結果、予想通り、PbTiO3ではPt中に相当量のPb
とTiが検出された。他の強誘電体でも同様であった。
た。その結果、予想通り、PbTiO3ではPt中に相当量のPb
とTiが検出された。他の強誘電体でも同様であった。
Auを電極に用いた場合もPtと定性的には同様の結果が
得られた。
得られた。
このように主成分のPb,Ba,La,Sr,Ti,Zrは高温ではPt
やAuと合金をつくる。もしPtやAuにPb,Ba等が吸収され
ると、上記のような強誘電体は組成変化を起こし、本来
の特性を失ってしまう。
やAuと合金をつくる。もしPtやAuにPb,Ba等が吸収され
ると、上記のような強誘電体は組成変化を起こし、本来
の特性を失ってしまう。
発明が解決しようとする課題 このような従来の半導体装置では、PtあるいはAu電極
上にPbTiO3,PZT,BaTiO3,SrTiO3等のPb,Ba,Sr,Zr,La,Ti
等を多量に含んだ強誘電体の薄膜を比較的高温で作製す
るので、強誘電体の構成元素が電極である白金（Pt）や
金（Au）に拡散して強誘電体は組成変化を起こし、誘電
率の低下等をもたらすという課題があった。
上にPbTiO3,PZT,BaTiO3,SrTiO3等のPb,Ba,Sr,Zr,La,Ti
等を多量に含んだ強誘電体の薄膜を比較的高温で作製す
るので、強誘電体の構成元素が電極である白金（Pt）や
金（Au）に拡散して強誘電体は組成変化を起こし、誘電
率の低下等をもたらすという課題があった。
本発明は上記課題を解決するもので、高誘電率で、ペ
ロブスカイト率の高い、良質の強誘電体膜を有する半導
体装置を提供することを目的としている。
ロブスカイト率の高い、良質の強誘電体膜を有する半導
体装置を提供することを目的としている。
課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、基板上に形成
された第１の電極と、前記第１の電極上に形成された強
誘電体膜と、前記強誘電体膜上に形成された第２の電極
とを少なくとも有する半導体装置において、前記第１お
よび第２の電極のうち少なくとも１つの電極が、60mol
％以下の鉛、バリウム、ストロンチウム、チタン、ジル
コニウム、50mol％以下のランタンのうち少なくとも１
種類の元素を含有する白金電極または金電極で構成され
ている。
された第１の電極と、前記第１の電極上に形成された強
誘電体膜と、前記強誘電体膜上に形成された第２の電極
とを少なくとも有する半導体装置において、前記第１お
よび第２の電極のうち少なくとも１つの電極が、60mol
％以下の鉛、バリウム、ストロンチウム、チタン、ジル
コニウム、50mol％以下のランタンのうち少なくとも１
種類の元素を含有する白金電極または金電極で構成され
ている。
作用 本発明は上記構成により、電極中に強誘電体の元素、
例えばPbTiO3ではPbやTiあるいはその両方、BaTiO3では
BaやTiあるいはその両方を含ませているので、電極上に
PbTiO3やBaTiO3の強誘電体を高温で作製しても、PbTiO3
やBaTiO3の組成変化が生じない。
例えばPbTiO3ではPbやTiあるいはその両方、BaTiO3では
BaやTiあるいはその両方を含ませているので、電極上に
PbTiO3やBaTiO3の強誘電体を高温で作製しても、PbTiO3
やBaTiO3の組成変化が生じない。
従って、良質の強誘電体膜がSi上に作製できる。
実施例 以下、本発明の一実施例について説明する、基板には
従来例と同じくシリコン基板の表面に熱酸化膜を形成し
たものを用いた。
従来例と同じくシリコン基板の表面に熱酸化膜を形成し
たものを用いた。
その基板の上に予め強誘電体の構成元素を白金（Pt）
や金（Au）中に入れておいた場合について調べた。
や金（Au）中に入れておいた場合について調べた。
強誘電体薄膜の作製は全て基板温度700℃で行なっ
た。
た。
第２表にはPtを主成分とした混合ターゲットを用いて
作製したときの誘電率εとペロブスカイト率ｐが、電極
がPtのみの従来例の場合とどのように変化するかを比較
した。
作製したときの誘電率εとペロブスカイト率ｐが、電極
がPtのみの従来例の場合とどのように変化するかを比較
した。
第２表のようにPt以外に60mol％以下の鉛、バリウ
ム、ストロンチウム、チタン、ジルコニウム、50mol％
以下のランタンのうち少なくとも１種類の元素からなる
強誘電体の構成元素を含んでいると、700℃で作製して
も良好な結果が得られた。高温で作製した方が、電極に
問題がなければ良質の強誘電体が得られる。
ム、ストロンチウム、チタン、ジルコニウム、50mol％
以下のランタンのうち少なくとも１種類の元素からなる
強誘電体の構成元素を含んでいると、700℃で作製して
も良好な結果が得られた。高温で作製した方が、電極に
問題がなければ良質の強誘電体が得られる。
εは十分に大きく、磁器と同程度あるいはそれ以上の
値が得られた。
値が得られた。
ｐはいずれもPtのみの場合よりも大きくなった。
なお、表では省略したが、PZT,PLTの場合、構成元素
の３種類を含んでいても同様てあった。
の３種類を含んでいても同様てあった。
またSrTiO3の結果は、BaTiO3の結果と傾向は同じであ
った。
った。
一方、Auの場合についても定性的には同様の結果が得
られた。
られた。
次にPtあるいはAuを先に、第２表の割合で基板につけ
ておき、その上に強誘電体の構成元素をつけるか、先に
強誘電体の構成元素をつけておいて、その上にPtあるい
はAuをつけて300〜700℃で熱処理して電極を作製した。
ておき、その上に強誘電体の構成元素をつけるか、先に
強誘電体の構成元素をつけておいて、その上にPtあるい
はAuをつけて300〜700℃で熱処理して電極を作製した。
その電極の上に強誘電体をつけて、εとｐについて評
価したが、第２表と定性的には同様な結果が得られた。
価したが、第２表と定性的には同様な結果が得られた。
また本実施例では強誘電体膜の下地電極、すなわち第
１電極に強誘電体膜の構成元素を含有させた場合につい
て述べたが、強誘電体膜の上部電極すなわち第２電極も
同様の構成にすることも当然できる。
１電極に強誘電体膜の構成元素を含有させた場合につい
て述べたが、強誘電体膜の上部電極すなわち第２電極も
同様の構成にすることも当然できる。
発明の効果 以上の実施例から明らかなように本発明によれば、強
誘電体膜を挟む電極のうち少なくとも一方の電極が、
鉛、バリウム、ランタン、ストロンチウム、チタン、ジ
ルコニウムのうち少なくとも１種類の元素を含有する白
金電極または金電極で構成されているから、高誘電率
で、ペロブスカイト率の高い良質の強誘電体膜を有する
半導体装置を提供できる。
誘電体膜を挟む電極のうち少なくとも一方の電極が、
鉛、バリウム、ランタン、ストロンチウム、チタン、ジ
ルコニウムのうち少なくとも１種類の元素を含有する白
金電極または金電極で構成されているから、高誘電率
で、ペロブスカイト率の高い良質の強誘電体膜を有する
半導体装置を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 41/08 (72)発明者 釘宮 公一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−238672（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−221848（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−92468（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−14862（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−204967（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−238672（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−221848（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】基板上に形成された第１の電極と、前記第
１の電極上に形成された強誘電体膜と、前記強誘電体膜
上に形成された第２の電極とを少なくとも有する半導体
装置において、前記第１および第２の電極のうち少なく
とも１つの電極が、前記強誘電体の構成元素であって、
鉛、バリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ランタ
ンのうち、少なくとも１種類の元素を有する白金電極ま
たは、金電極で構成されていることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項２】鉛、バリウム、ランタン、ストロンチウ
ム、ジルコニウムのうち、少なくとも１種類の元素を含
有する白金または金のターゲットを用いて、スパッタリ
ング法により基板上に第１の電極あるいは第２の電極を
形成する工程を少なくとも有することを特徴とする請求
項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】基板上に鉛、バリウム、ランタン、ストロ
ンチウム、ジルコニウムのうち、少なくとも１種類の元
素からなる薄膜を形成する工程と、前記薄膜上に白金ま
たは金の薄膜を形成する工程と、前記基板上に形成され
た二層の薄膜を熱処理して前記強誘電体の構成元素であ
って、鉛、バリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、
ランタンのうち、少なくとも１種類の元素を有する白金
電極または、金電極を作成する工程とを有することを特
徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33797890A JP3144799B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33797890A JP3144799B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04206871A JPH04206871A (ja) | 1992-07-28 |
| JP3144799B2 true JP3144799B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=18313792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33797890A Expired - Fee Related JP3144799B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3144799B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0575194B1 (en) * | 1992-06-18 | 1997-11-12 | Matsushita Electronics Corporation | Method for semiconductor device having capacitor |
| JP3412051B2 (ja) * | 1993-05-14 | 2003-06-03 | 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 | キャパシタ |
| JP3022328B2 (ja) * | 1996-06-19 | 2000-03-21 | 日本電気株式会社 | 薄膜形成方法 |
| WO1998044551A1 (fr) | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Hitachi, Ltd. | Dispositif a semi-conducteur et procede de fabrication de ce dernier |
| EP1117132A1 (en) * | 1998-09-22 | 2001-07-18 | Hitachi, Ltd. | Ferroelectric device and semiconductor device |
| JP2002110934A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Fujitsu Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| AU2002359979B2 (en) | 2001-12-18 | 2004-06-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, manufacturing method thereof, and ink jet type recording apparatus |
| JP4583117B2 (ja) * | 2004-09-10 | 2010-11-17 | 京セラ株式会社 | 液体噴出装置及びインクジェットヘッド |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP33797890A patent/JP3144799B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04206871A (ja) | 1992-07-28 |
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