JP3161363B2 - 強誘電体キャパシタの製造方法 - Google Patents

強誘電体キャパシタの製造方法

Info

Publication number
JP3161363B2
JP3161363B2 JP12042997A JP12042997A JP3161363B2 JP 3161363 B2 JP3161363 B2 JP 3161363B2 JP 12042997 A JP12042997 A JP 12042997A JP 12042997 A JP12042997 A JP 12042997A JP 3161363 B2 JP3161363 B2 JP 3161363B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
ferroelectric
srbi
rta
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP12042997A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH10233490A (ja
Inventor
浩司 渡部
健二 香取
ナーゲル ニコラス
均洋 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP12042997A priority Critical patent/JP3161363B2/ja
Publication of JPH10233490A publication Critical patent/JPH10233490A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3161363B2 publication Critical patent/JP3161363B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体キャパシ
タの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 に代表されるビス
マス層状化合物を強誘電体キャパシタに用いた場合に
は、このビスマス層状化合物層上に上部電極を形成した
後、８００℃で３０分間のファーネスアニーリングを施
して、強誘電特性を得ていた。そのため、上部電極は、
高温（８００℃程度）での耐酸化性を有し、半導体製造
プロセスで用いられる高温（例えば１１００℃程度）熱
処理で溶融することがない材料として、白金（Ｐｔ）の
ような貴金属に限定されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、白金の
ような貴金属材料は微細加工が困難なために、集積度の
高い強誘電体デバイスは実現できないと言われていた。
また、高温熱処理で溶融するような材料、強誘電体と相
互拡散を起こすようなセラミック電極材料、酸化される
と導電性を失うアルミニウムのような金属材料を上部電
極に用いることはできない。そのため、幅広く電極材料
を選択することができない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた強誘電体キャパシタの製造方法で
ある。すなわち、下部電極上に非晶質層もしくは微結晶
を含む非晶質層からなるビスマス層状化合物の前駆体層
を形成する工程と、急速加熱処理によって前記前駆体層
を層状ペロブスカイトに相変化させてビスマス層状化合
物の一種であるビスマス層状強誘電体を生成する工程
と、前記生成した層状ペロブスカイトが一様な結晶にな
るように結晶化促進アニーリングを行って強誘電体膜を
形成する工程と、前記強誘電体膜上に上部電極を形成す
る工程とを備えた強誘電体キャパシタの製造方法であ
る。
【０００５】上記強誘電体キャパシタの製造方法では、
非晶質層もしくは微結晶を含む非晶質層からなるビスマ
ス層状化合物の前駆体層を形成した後、急速加熱処理、
いわゆるＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing ）を行うこ
とによって、上部電極を形成する前に、前駆体層を層状
ペロブスカイトに相変化させてビスマス層状化合物の一
種であるビスマス層状強誘電体を生成している。
【０００６】さらに、結晶化促進アニーリングを行うこ
とによって、ＲＴＡによって生成した層状ペロブスカイ
トを一様な結晶にしている。このようにして、キャパシ
タの強誘電体膜を形成することから、上部電極を形成し
た後に層状ペロブスカイトを生成するような熱処理、特
には８００℃程度以上の高温の熱処理を行う必要はな
い。
【０００７】また、上記ビスマス層状化合物の前駆体層
は非晶質層もしくは微結晶を含む非晶質層からなること
から、結晶性のよいビスマス層状強誘電体の層状ペロブ
スカイトが得られる。なお、結晶質の前駆体層から層状
ペロブスカイトを生成しようとした場合には結晶性が悪
化する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の一例を、図１
のプロセス工程図によって説明する。図では、ゾル−ゲ
ル法によるビスマス層状化合物からなる強誘電体膜（Ｓ
ｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜）の形成方法を示す。上記ビスマ
ス層状化合物はストロンチウム・ビスマス・タンタレー
ト（ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ）からなる。
【０００９】図１に示すように、「塗膜の形成」Ｓ１に
よってＳｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9溶液を、下部電極
（図示省略）が形成されている基板１１上に例えば回転
塗布して塗膜１２を形成する。次いで「塗膜よりビスマ
ス層状化合物の前駆体層の形成」Ｓ２によって上記塗膜
１２中の溶媒を蒸発させて塗膜１２を乾燥させ、ＳｒＢ
ｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層１３を形成する。このＳｒＢ
ｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層１３は非晶質または微結晶を
含む非晶質からなっている。その後、「急速加熱処理に
より層状ペロブスカイトの生成」Ｓ３によって、上記前
駆体層１３をＲＴＡによって酸素雰囲気で加熱する。そ
の結果、上記前駆体層１３を層状ペロブスカイトに相変
化させ、ビスマス層状化合物の一種であるビスマス層状
強誘電体のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４を生成する。
【００１０】そして「所望の膜厚か？」Ｓ４によって、
上記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４が所望の厚さに達して
いるか否かを判断し、所望の厚さに達していない場合，
すなわち「Ｎｏ」の場合には、上記Ｓ１からＳ３の各工
程を繰り返し行う。所望の厚さに達している場合，すな
わち「Ｙｅｓ」の場合には、次工程に進む。
【００１１】ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４が所望の厚さ
に形成されてから、「結晶化促進アニーリング」Ｓ５に
よって、上記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４の結晶化を促
進させる。この結晶化促進アニーリングは、通常、８０
０℃の酸素雰囲気中で１時間行う。このアニーリング
は、上記温度および時間に限定されることはなく、Ｓｒ
Ｂｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４の結晶化が十分に促進される条
件であればよい。
【００１２】その後「上部電極の形成」Ｓ６によって、
上記強誘電体であるＳｒＢｉ2 Ｔａ 2 Ｏ9 膜１４の上
に、上部電極１５を成膜する。
【００１３】上記ビスマス層状化合物はＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ9 であったが、このビスマス層状化合物は、Ｂｉ層
状構造強誘電体もしくは上記熱処理方法によって生じる
特有な結晶欠陥を含むＢｉ層状構造強誘電体であり、か
つ平均の化学組成が、化学式（Ｂｉx Ｓｒ1-x ）2 （Ｓ
ｒy Ｂｉ1-y ）（Ｔａz Ｎｂ1-z ）2 Ｏd で表されたと
き、ｘ，ｙ，ｚ，ｄが、それぞれ、０．９≦ｘ≦１．
０，０．７≦ｙ≦１．０，０≦ｚ≦１．０，８．５≦ｄ
≦９．３なる範囲である結晶を主たる結晶相として含ん
でいる物質からなるものであればよい。
【００１４】上記実施形態では、ビスマス層状化合物の
前駆体層を形成した後、その前駆体層に対して急速加熱
処理、いわゆるＲＴＡを行って層状ペロブスカイトを生
成して強誘電体キャパシタの強誘電体膜となるＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４を形成したことから、上部電極を形
成した後、層状ペロブスカイトを生成する熱処理を行う
必要がない。
【００１５】次に上記実施形態で説明したプロセスを用
いて、図２の概略構成断面図に示すように、基板１０上
に下部電極となる下部電極膜２１を形成し、次いで強誘
電体膜を上記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４で形成した
後、上部電極となる上部電極膜２２を形成する。続けて
上部電極膜２２、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４および下
部電極膜２１を、例えばイオンミリング等によって加工
（パターニング）して、上部電極膜２２で形成した上部
電極１５と下部電極膜２１で形成した下部電極１１との
間にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４を挟んだ構成の強誘電
体キャパシタ１を形成する。上記実施形態で説明したプ
ロセスを用いていることにより、ＲＴＡによって強誘電
体膜となるＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４は層状ペロブス
カイトになっている。そのため、パターニングにより強
誘電体キャパシタ１を形成した後に、層状ペロブスカイ
トを生成するような高温（例えば８００℃程度）の熱処
理を行う必要はない。
【００１６】そして上記実施形態で説明したように、８
００℃で１時間の結晶化促進アニーリングの前に、ＲＴ
Ａを用いて層状ペロブスカイトを形成しておくと、結晶
化促進アニーリング後に得られる層状ペロブスカイト膜
の表面モホロジーが良好になる。
【００１７】次に走査型電子顕微鏡による表面状態に観
察結果（以下、ＳＥＭ観察結果という）を以下に説明す
る。７１０℃でＲＴＡを行いその後８００℃で１時間の
結晶化促進アニーリングを施した膜の表面状態のＳＥＭ
観察結果を図３の模式図に示し、また７４０℃でＲＴＡ
を行いその後８００℃で１時間の結晶化促進アニーリン
グを施した膜の表面状態のＳＥＭ観察結果を図４の模式
図に示す。上記温度でのＲＴＡでは全てが層状ペロブス
カイトになっていないため、図３，図４に示すように、
いずれの場合も結晶粒界に黒い穴のように見えるいわゆ
るポア３１が多数存在しているのが観察された。
【００１８】そこでＲＴＡ直後の状態を以下に詳しく説
明する。上記図３に示した試料の結晶化促進アニーリン
グ前（ＲＴＡ直後）のＸ線回折結果を図５に示し、その
ときの膜の表面状態のＳＥＭ観察結果を図６の模式図に
示す。また上記図４に示した試料の結晶化促進アニーリ
ング前（ＲＴＡ直後）のＸ線回折結果を図７に示し、そ
のときの膜の表面状態のＳＥＭ観察結果を図８の模式図
に示す。さらに７７０℃でＲＴＡを行った直後のＸ線回
折結果を図９に示し、そのときの膜の表面状態のＳＥＭ
観察結果を図１０の模式図に示す。そして７７０℃のＲ
ＴＡを行った後に８００℃で１時間の結晶化促進アニー
リングを施した膜の表面状態のＳＥＭ観察結果を図１１
の模式図に示す。
【００１９】まず、ＲＴＡ温度が７１０℃の場合（図５
参照）と７７０℃の場合（図９参照）を比較すると、明
らかにＸ線回折結果が異なることがわかる。ＲＴＡ温度
が７７０℃の場合のＸ線回折結果は我々が求めているＳ
ｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜のＸ線回折結果であり、ＲＴＡ温
度が７１０℃の場合のＸ線回折結果は我々が求めている
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜とは異なる相のＸ線回折結果で
ある。一方、両者の中間であるＲＴＡ温度が７４０℃の
場合（図７参照）のＸ線回折結果はＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ
9 膜のＸ線回折結果を確認することができる。しかしな
がら、図９に示すように、回折角度が２２°〜２２．５
°付近に存在すべきピークＡ，Ｂが図７に示すＸ線回折
結果では明瞭に現れていない。さらにＲＴＡ温度が７１
０℃の場合（図５参照）に見られるような異なる相のピ
ークも完全に消えていないことが判る。
【００２０】また、図１０に示すように、ＲＴＡ温度が
７７０℃の場合の膜は、一様な結晶粒構造（層状ペロブ
スカイト）になっている。それに対して、図８に示すよ
うに、ＲＴＡ温度が７４０℃の場合の膜は、結晶粒構造
を成す部分と結晶粒がない部分とが混在している。さら
に図６に示すように、ＲＴＡ温度が７１０℃の場合の膜
は、結晶粒構造を成す部分はほとんど無く、大部分が結
晶粒がない部分（フルオライト構造）となっていて、層
状ペロブスカイトになっていない。このようにＸ線回折
結果とＳＥＭ観察結果とから、結晶構造はＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ 2 Ｏ9 であるといえる。
【００２１】これらの結果より、図３および図４の示し
た試料の結晶化促進アニーリング前（ＲＴＡ直後）の膜
は、フルオライト構造物質もしくはフルオライト構造物
質と層状ペロブスカイトとの混在した状態になってい
る。このような状態の膜に結晶化促進アニーリングを施
すと、フルオライト構造から層状ペロブスカイトへの固
相から固相への相転移が起き、結晶の成長が不均一なも
のとなり、前記図３および図４に示したような多数のポ
ア３１が存在するという、不均一な表面モホロジーにな
る。もし、このようなポア３１が多数存在する膜に上部
電極を形成した場合には、上部電極物質がポア３１に侵
入し、電気的に短絡（ショート）することになる。
【００２２】一方、図９および図１０によって説明した
ように、結晶化促進アニーリング前に一様な層状ペロブ
スカイトを形成しておくと、結晶化促進アニーリング後
も前記図１１に示すように、ポアが無く一様に結晶が成
長した良好な表面モホロジーが実現された。このような
膜上に上部電極を形成しても、強誘電体膜の絶縁性は維
持される。したがって、上部電極形成後の高温アニーリ
ングは不要になる。
【００２３】一方、従来の方法では、上部電極膜を形成
した後、もしくは上部電極膜を形成してからイオンミリ
ング等を用いて各電極薄膜および強誘電体薄膜を加工し
て強誘電体キャパシタを作製した後に、高温でのアニー
リングを必要としていた。そこで上記本発明のプロセス
を用いることによって、上部電極膜を形成した後の上記
高温でのアニーリングは全く不要になる。そのため、従
来の技術では、高温アニーリングによる酸化もしくは強
誘電体薄膜との反応により、その電極材料としての特性
を失うために用いることができなかったアルミニウム、
銅、ニッケル、クロム、タングステン、モリブデン、チ
タン、タンタル、銀もしくはパラジウムを用いて上部電
極を形成する、またはアルミニウム、銅、ニッケル、ク
ロム、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、
銀もしくはパラジウムを主材料に用いた合金等を用いて
上部電極を形成することが可能になった。特にアルミニ
ウムのような耐熱温度（およそ４００℃程度）の低い材
料を用いることが可能になった。
【００２４】したがって、上部電極を形成した後に従来
行っていた２次アニーリングを行わないで、ＳｒＢｉ2
Ｔａ2 Ｏ9 膜の強誘電性ヒステリシス特性を得るために
は、ＲＴＡ処理後の膜中に異なる相を含まないＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 構造になっていることが必要である。それ
には、急速加熱による急速な相転移現象を起こさせるこ
とにより、結晶粒界に析出し易くショートおよびリーク
の原因と成りやすい金属ビスマスの析出を抑制すること
である。言い換えれば、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9とは異な
る相の状態もしくはＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 と異なる相が
混在した状態から、低いＲＴＡ温度で１次アニーリング
をゆっくりと行い、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ 9 へ相転移させ
ると、結晶粒界に金属ビスマスが析出し易く、膜がショ
ートし易くなる。
【００２５】本発明によって、上部電極を形成した後の
アニーリングが不要になる更なる理由を以下に説明す
る。ＲＴＡ温度を変化させたときの膜中のビスマス（Ｂ
ｉ）含有量をＥＰＭＡ（Electron Probe Micro-Analysi
s ）法を用いて計測した結果を、図１２に示す。図１２
では、縦軸にビスマスの組成比を２×ビスマス（Ｂｉ）
／タンタル（Ｔａ）により表し、横軸にＲＴＡ温度を示
す。またデータはＲＴＡ後（結晶化促進アニーリング
前）に計測したものと結晶化促進アニーリングまで行っ
た後に測定したものとの２種類を示してある。どちらの
データも、図１２に示すように、ＲＴＡ温度の上昇とと
もに膜中のビスマス含有量が減少傾向を示していること
がわかる。またMat.Res.Soc.Sympo.Proc.,415,201 (199
6) C.D.Gutleben et al.には、膜の結晶粒界にビスマス
が存在すると、それが膜特性に悪影響を及ぼすことが報
告されている。したがって、本発明のプロセスを用いて
効果的に結晶粒界に存在するビスマスを取り除くこと
で、膜特性を向上させることが可能になる。
【００２６】以上のことから、耐熱性を有する白金（Ｐ
ｔ）のような貴金属を用いて上部電極１４を形成する必
要がなくなる。また上記ビスマス層状化合物の前駆体層
は非晶質層もしくは微結晶を含む非晶質層からなること
から、結晶性のよい層状ペロブスカイトが得られる。一
方、前駆体層が結晶質の場合には、結晶性の良い層状ペ
ロブスカイトを生成することはできない。
【００２７】以下に上記実施形態で説明した製造方法の
具体的な実施例を説明する。
【００２８】〔実施例１〕シリコン基板上に熱酸化膜の
ＳｉＯ2 膜を例えば約３００ｎｍ成膜した後、スパッタ
リング法によってチタン（Ｔｉ）膜を例えば３０ｎｍの
厚さに成膜し、続いて上記チタン膜上に白金（Ｐｔ）膜
を例えば２００ｎｍの厚さに成膜した。
【００２９】次いでゾル−ゲル法によって、上記白金膜
上にＳｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液を回転塗布して、
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜を成膜し
た。そしてこの塗膜を乾燥させた後、７７０℃の酸素雰
囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行って、層状ペロブス
カイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜を得た。そして、上記
回転塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2
Ｏ9 膜の厚さが所望の値になるまで繰り返した。ここで
は、３回繰り返して、２００ｎｍの厚さに形成した。
【００３０】その後、上記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜に対
して、８００℃の酸素雰囲気中で１時間の結晶化促進ア
ニーリングを行った。さらに、上記強誘電体のＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 膜上に、上部電極としてスパッタリング法
により白金膜を例えば２００ｎｍの厚さに成膜した。
【００３１】このようにして作製された強誘電体キャパ
シタの強誘電体ヒステリシス特性の測定結果を図１３に
示す。この測定では５Ｖの電源電圧を用いた。図１３に
示すように、良好なる強誘電体ヒステリシス特性が得ら
れた。
【００３２】〔実施例２〕前記実施例１と同様に、シリ
コン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、白金膜を成膜し
た。
【００３３】次いでゾル−ゲル法によって、上記白金膜
上にＳｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液を回転塗布して、
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜を成膜し
た。そしてこの塗膜を乾燥させた後、８４０℃の酸素雰
囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行って、層状ペロブス
カイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜を得た。そして、上記
回転塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2
Ｏ9 膜の膜厚が所望の厚さになるまで繰り返した。ここ
では、３回繰り返して、２００ｎｍの厚さに形成した。
【００３４】その後、前記実施例１と同様の条件で、上
記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜に対して結晶化促進アニーリ
ングを行った。さらに、上記強誘電体のＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ 9 膜上に上部電極となる白金膜を成膜した。
【００３５】このようにして作製された強誘電体キャパ
シタの強誘電体ヒステリシス特性の測定結果を図１４に
示す。この測定では５Ｖの電源電圧を用いた。図１４に
示すように、強誘電体特性は得られたものの、上記実施
例１の強誘電体ヒステリシス特性と比較すると、特性が
劣化していた。
【００３６】次に良好な強誘電体ヒステリシス特性が得
られない場合を、比較例として以下に説明する。
【００３７】（比較例１）前記実施例１と同様に、シリ
コン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、白金膜を成膜し
た。
【００３８】次いでゾル−ゲル法によって、上記白金膜
上にＳｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液を回転塗布して、
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜を成膜し
た。そしてこの塗膜を乾燥させた後、８９０℃の酸素雰
囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行って、層状ペロブス
カイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜を得た。そして、上記
回転塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2
Ｏ9 膜の膜厚が所望の厚さになるまで繰り返した。ここ
では、３回繰り返して、２００ｎｍの厚さに形成した。
【００３９】その後、前記実施例１と同様の条件で、上
記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜に対して結晶化促進アニーリ
ングを行った。さらに、上記強誘電体のＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ 9 膜上に上部電極となる白金膜を成膜した。
【００４０】このようにして作製された強誘電体キャパ
シタの強誘電体ヒステリシス特性の測定結果を図１５に
示す。この測定では５Ｖの電源電圧を用いた。図１５に
示すように、強誘電体特性は得られたものの、上記実施
例２の強誘電体ヒステリシス特性と比較すると、さらに
特性が劣化していた。
【００４１】（比較例２）前記実施例１と同様に、シリ
コン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、白金膜を成膜し
た。
【００４２】次いでゾル−ゲル法によって、上記白金膜
上にＳｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液を回転塗布して、
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜を成膜し
た。そしてこの塗膜を乾燥させた後、７４０℃の酸素雰
囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行って、層状ペロブス
カイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜を得た。そして、上記
回転塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2
Ｏ9 膜の膜厚が所望の厚さになるまで繰り返した。ここ
では、３回繰り返して、２００ｎｍの厚さに形成した。
【００４３】その後、前記実施例１と同様の条件で、上
記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜に対して結晶化促進アニーリ
ングを行った。さらに、上記強誘電体のＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ 9 膜上に上部電極となる白金膜を成膜した。
【００４４】このようにして作製された強誘電体キャパ
シタの強誘電体ヒステリシス特性の測定を行ったが、シ
ョートしてしまい、測定することはできなかった。
【００４５】そこで、２次アニーリングとして、８００
℃の酸素雰囲気中で１０分間の熱処理を行った。このよ
うにして作製された強誘電体キャパシタの強誘電体ヒス
テリシス特性の測定結果を図１６に示す。図１６に示す
ように、良好な強誘電体ヒステリシス特性が得られた。
【００４６】なお、上記各実施例１，２および比較例
１，２のいずれの場合も、ＲＴＡ処理を行う前のＳｒＢ
ｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜の状態は、非晶
質状態、もしくは微結晶を含む非晶質状態である。
【００４７】次に、上記実施例１，２および比較例１に
示した強誘電体キャパシタの強誘電体ヒステリシス測定
の結果から求めた、残留分極値２ＰｒとＲＴＡ温度との
関係を、図１７によって説明する。図１７に示すよう
に、ＲＴＡ温度の上昇とともに、残留分極値２Ｐｒの値
が減少しているのが判る。ＲＴＡ温度が７７０℃では残
留分極値２Ｐｒの値はおよそ２４μＣ／ｃｍ2 であり、
ＲＴＡ温度が８３０℃では残留分極値２Ｐｒの値はおよ
そ１１μＣ／ｃｍ2 であり、ＲＴＡ温度が８９０℃では
残留分極値２Ｐｒの値はおよそ９μＣ／ｃｍ2 であっ
た。
【００４８】強誘電体キャパシタを不揮発性メモリとし
て利用する場合、その残留分極値２Ｐｒの値は少なくと
も１０μＣ／ｃｍ2 程度以上なければ、デバイス機能の
精密性が得られない。そこで図１７の結果から、強誘電
体キャパシタの強誘電体部分にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 を
用いる場合、適当なＲＴＡの温度範囲は７７０℃〜８５
０℃、好ましくは７８５℃〜８４０℃であることが判
る。そして７４０℃よりも低い温度では、確実にショー
トが発生して、強誘電体ヒステリシス特性の測定は不可
能になる。
【００４９】また、ＲＴＡ処理の温度が６９０℃、７１
５℃であってもショートして、強誘電体ヒステリシス特
性が得られなかった。したがって、残留分極値２Ｐｒの
値は求めることができなかった。
【００５０】次に種々の成膜方法による実施例を以下に
説明する。
【００５１】〔実施例３〕この実施例３では、プラズマ
ＣＶＤ法による成膜例を説明する。前記実施例１と同様
に、シリコン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、白金膜を
成膜した。
【００５２】次いでプラズマＣＶＤ法によって、上記白
金膜上にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層を例えば約２
００ｎｍの厚さに成膜した。このときの基板温度は２０
０℃〜４００℃とした。次いで上記前駆体層を７８５℃
の酸素雰囲気中で９０秒間のＲＴＡ処理を行って、層状
ペロブスカイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜を得た。
【００５３】その後、前記実施例１と同様の条件で、上
記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜に対して結晶化促進アニーリ
ングを行った。さらに、上記強誘電体のＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ 9 膜上に上部電極となる白金膜を成膜した。
【００５４】このようにして作製された強誘電体キャパ
シタの強誘電体ヒステリシス特性を測定した結果、前記
実施例１と同様に、良好なる強誘電体ヒステリシス特性
が得られた。この測定では５Ｖの電源電圧を用いた。
【００５５】〔実施例４〕この実施例４では、スパッタ
リング法による成膜例を説明する。前記実施例１と同様
に、シリコン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、白金膜を
成膜した。
【００５６】次いでＲＦスパッタリング法によって、上
記白金膜上にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9の前駆体層を例えば
約２００ｎｍの厚さに成膜した。上記スパッタリングで
は、ターゲットに例えば直径が４ｃｍのＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ9 セラミックターゲットを用い、成膜条件は、基板
温度を２００℃〜４００℃、ＲＦパワーを５００Ｗ、成
膜雰囲気の圧力を０．６７Ｐａ〜１．３３Ｐａ、アルゴ
ン（Ａｒ）と酸素（Ｏ2 ）との流量比を２：１に設定し
た。上記スパッタリングでは、成膜直後の薄膜は非晶質
状態であった。成膜後、上記前駆体層を７８０℃の酸素
雰囲気中で９０秒間のＲＴＡ処理を行うことによって結
晶化して層状ペロブスカイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜
を得た。
【００５７】その後、前記実施例１と同様の条件で、上
記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜に対して結晶化促進アニーリ
ングを行った。さらに、上記強誘電体のＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ 9 膜上に上部電極となる白金膜を成膜した。
【００５８】このようにして作製された強誘電体キャパ
シタの強誘電体ヒステリシス特性を測定した結果、前記
実施例１と同様に、良好なる強誘電体ヒステリシス特性
が得られた。この測定では５Ｖの電源電圧を用いた。
【００５９】〔実施例５〕この実施例３では、レーザア
ブレーション法による成膜例を説明する。前記実施例１
と同様に、シリコン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、白
金膜を成膜した。
【００６０】次いでレーザアブレーション法の一種であ
るパルスレーザアブレーション法によって、上記白金膜
上にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層を例えば約２００
ｎｍの厚さに形成した。このときの基板温度は２００℃
〜４００℃とした。上記パルスレーザアブレーション法
では、クリプトンフッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザ光を
用い、レーザ光のエネルギー密度を２Ｊ／ｃｍ2 、パル
スの周波数を５Ｈｚ〜１０Ｈｚ、基板温度を２００℃〜
４００℃、酸素圧力を１．６６Ｐａ〜６７Ｐａに条件を
設定して成膜を行った。またこのパルスレーザアブレー
ション法では、成膜直後の薄膜は非晶質状態であった。
次いで、７８０℃の酸素雰囲気中で９０秒間のＲＴＡ処
理を行って結晶化された層状ペロブスカイトのＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 膜を得た。
【００６１】その後、前記実施例１と同様の条件で、上
記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜に対して結晶化促進アニーリ
ングを行った。さらに、上記強誘電体ＳｒＢｉ2 Ｔａ2
Ｏ9の上に上部電極となる白金膜を成膜した。
【００６２】このようにして作製された強誘電体キャパ
シタの強誘電体ヒステリシス特性を測定した結果、前記
実施例１と同様に、良好なる強誘電体ヒステリシス特性
が得られた。この測定では５Ｖの電源電圧を用いた。
【００６３】〔実施例６〕次に出発材料の組成比を変え
た場合における残留分極値２ＰｒとＲＴＡ温度との関係
を調べた。
【００６４】ゾル−ゲル法によって、Ｓｒ0.9 Ｂｉ2.4
Ｔａ2 Ｏ9 溶液を回転塗布して、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9
の前駆体層からなる塗膜を成膜した。そしてこの塗膜を
乾燥させた後、７８５℃〜８４０℃の酸素雰囲気中で３
０秒間のＲＴＡ処理を行った。このような、塗布、乾
燥、ＲＴＡの各工程を順に３回繰り返して、厚さが２０
０ｎｍの層状ペロブスカイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜
を得た。
【００６５】次に、上記実施例６における強誘電体キャ
パシタの強誘電体ヒステリシス測定の結果から求めた、
残留分極値２ＰｒとＲＴＡ温度との関係を、図１８によ
って説明する。強誘電体ヒステリシス測定では、電源電
圧を５Ｖとした。
【００６６】図１８に示すように、ＲＴＡ温度の上昇と
ともに、残留分極値２Ｐｒの値が減少しているのが判
る。ＲＴＡ温度が７８５℃、８１０℃では残留分極値２
Ｐｒの値はおよそ１８μＣ／ｃｍ2 であり、ＲＴＡ温度
が８４０℃では残留分極値２Ｐｒの値はおよそ１４μＣ
／ｃｍ2 であった。
【００６７】強誘電体キャパシタを不揮発性メモリとし
て利用する場合、その残留分極値２Ｐｒの値は少なくと
も１０μＣ／ｃｍ2 程度以上なければ、デバイス機能の
精密性が得られない。そこで図１８の結果から、強誘電
体キャパシタの強誘電体部分にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 を
用いる場合、適当なＲＴＡの温度範囲は７８５℃〜９０
０℃、好ましくは７８５℃〜８４０℃であることが判
る。そして７８５℃よりも低い温度では、ショートが発
生して、強誘電体ヒステリシス特性の測定は不可能にな
る。
【００６８】次に電源電圧が上記説明した５Ｖと異なる
場合の残留分極値２ＰｒとＲＴＡ温度との関係を調べ
た。このときのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜の厚さは１８０
ｎｍとした。
【００６９】〔実施例７〕ゾル−ゲル法によって、Ｓｒ
0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液を回転塗布して、ＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜を成膜した。そし
てこの塗膜を乾燥させた後、７７０℃〜８４０℃の酸素
雰囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行った。このよう
な、塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を順に繰り返して、厚
さが１８０ｎｍの層状ペロブスカイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ9 膜を得た。
【００７０】次に、上記実施例７における強誘電体キャ
パシタの強誘電体ヒステリシス測定の結果から求めた、
残留分極値２ＰｒとＲＴＡ温度との関係を、図１９によ
って説明する。強誘電体ヒステリシス測定では、電源電
圧を３Ｖとした。
【００７１】図１９に示すように、ＲＴＡ温度の上昇と
ともに、残留分極値２Ｐｒの値が減少しているのが判
る。ＲＴＡ温度が７７０℃では残留分極値２Ｐｒの値は
およそ２０μＣ／ｃｍ2 であり、ＲＴＡ温度が７８５℃
では残留分極値２Ｐｒの値はおよそ１５μＣ／ｃｍ2 で
あり、ＲＴＡ温度が８１０℃では残留分極値２Ｐｒの値
はおよそ１１μＣ／ｃｍ2 であった。またＲＴＡ温度が
８４０℃では残留分極値２Ｐｒの値はおよそ９μＣ／ｃ
ｍ2 であった。
【００７２】強誘電体キャパシタを不揮発性メモリとし
て利用する場合、その残留分極値２Ｐｒの値は少なくと
も１０μＣ／ｃｍ2 程度以上なければ、デバイス機能の
精密性が得られない。そこで図１９の結果から、強誘電
体キャパシタの強誘電体部分にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 を
用いる場合、適当なＲＴＡの温度範囲は７７０℃〜８２
５℃、好ましくは７７０℃〜８１０℃であることが判
る。そして７７０℃よりも低い温度では、ショートが発
生して、強誘電体ヒステリシス特性の測定は不可能にな
る。
【００７３】〔実施例８〕ゾル−ゲル法によって、Ｓｒ
0.9 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液を回転塗布して、ＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜を成膜した。そし
てこの塗膜を乾燥させた後、７７０℃〜８１０℃の酸素
雰囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行った。このよう
な、塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を順に繰り返して、厚
さが１８０ｎｍの層状ペロブスカイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ9 膜を得た。
【００７４】次に、上記実施例８における強誘電体キャ
パシタの強誘電体ヒステリシス測定の結果から求めた、
残留分極値２ＰｒとＲＴＡ温度との関係を、図２０によ
って説明する。強誘電体ヒステリシス測定では、電源電
圧を３Ｖとした。
【００７５】図２０に示すように、ＲＴＡ温度の上昇と
ともに、残留分極値２Ｐｒの値が減少しているのが判
る。ＲＴＡ温度が７７０℃では残留分極値２Ｐｒの値は
およそ２０μＣ／ｃｍ2 であり、ＲＴＡ温度が７８５℃
では残留分極値２Ｐｒの値はおよそ１７μＣ／ｃｍ2 で
あり、ＲＴＡ温度が８１０℃では残留分極値２Ｐｒの値
はおよそ１４μＣ／ｃｍ2 であった。
【００７６】強誘電体キャパシタを不揮発性メモリとし
て利用する場合、その残留分極値２Ｐｒの値は少なくと
も１０μＣ／ｃｍ2 程度以上なければ、デバイス機能の
精密性が得られない。そこで図２０の結果から、強誘電
体キャパシタの強誘電体部分にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 を
用いる場合、適当なＲＴＡの温度範囲は７７０℃〜８６
０℃、好ましくは７７０℃〜８１０℃であることが判
る。そして７７０℃よりも低い温度では、ショートが発
生して、強誘電体ヒステリシス特性の測定は不可能にな
る。
【００７７】〔実施例９〕次に強誘電体キャパシタの強
誘電体膜にビスマス層状化合物としてＳｒＢｉ2Ｎｂ2
Ｏ9 を用いる場合を以下に説明する。前記実施例１と同
様に、シリコン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、白金膜
を成膜した。
【００７８】次いでゾル−ゲル法によって、上記白金膜
上にＳｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｎｂ2 Ｏ9 溶液を回転塗布して、
ＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜を成膜し
た。そしてこの塗膜を乾燥させた後、６８５℃の酸素雰
囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行って、層状ペロブス
カイトのＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 膜を得た。そして、上記
回転塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を、ＳｒＢｉ2 Ｎｂ2
Ｏ9 膜の膜厚が所望の厚さになるまで繰り返した。ここ
では、３回繰り返して、２００ｎｍの厚さに形成した。
【００７９】その後、上記ＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 膜に対
して、７００℃の酸素雰囲気中で１時間の結晶化促進ア
ニーリングを行った。さらに、上記強誘電体のＳｒＢｉ
2 Ｎｂ2 Ｏ9 膜の上に、上部電極としてスパッタリング
法により白金膜を例えば２００ｎｍの厚さに成膜した。
【００８０】上記実施例９において、上記ＲＴＡ温度
は、７１０℃、７８５℃、８１０℃で行っても、層状ペ
ロブスカイトのＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 膜が得られた。
【００８１】次に、上記実施例９に示した強誘電体キャ
パシタの強誘電体ヒステリシス測定の結果から求めた、
残留分極値２ＰｒとＲＴＡ温度との関係を、図２１によ
って説明する。図２１に示すように、ＲＴＡ温度の上昇
とともに、残留分極値２Ｐｒの値が減少しているのが判
る。ＲＴＡ温度が７１０℃では残留分極値２Ｐｒの値は
およそ１５μＣ／ｃｍ2 であり、ＲＴＡ温度が７８５℃
では残留分極値２Ｐｒの値はおよそ１１μＣ／ｃｍ2 で
あり、ＲＴＡ温度が８１０℃では残留分極値２Ｐｒの値
はおよそ１０μＣ／ｃｍ2 であった。
【００８２】強誘電体キャパシタを不揮発性メモリとし
て利用する場合、その残留分極値２Ｐｒの値は少なくと
も１０μＣ／ｃｍ2 程度以上なければ、デバイス機能の
精密性が得られない。そこで図２１の結果から、強誘電
体キャパシタの強誘電体部分にＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 を
用いる場合、適当なＲＴＡの温度範囲は６８５℃〜８１
０℃、好ましくは６８５℃〜７８５℃であることが判
る。そして６８５℃よりも低い温度では、確実にショー
トが発生して、強誘電体ヒステリシス特性の測定は不可
能になる。
【００８３】〔実施例１０〕次に強誘電体キャパシタの
強誘電体膜にビスマス層状化合物として、ＳｒＢｉ 2 Ｔ
ａＮｂＯ9 を用いる場合を以下に説明する。前記実施例
１と同様に、シリコン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、
白金膜を成膜した。
【００８４】次いでゾル−ゲル法によって、上記白金膜
上にＳｒＢｉ2.4 Ｔａ1.0 Ｎｂ1.0Ｏ9 溶液を回転塗布
して、ＳｒＢｉ2 ＴａＮｂＯ9 の前駆体層からなる塗膜
を成膜した。そしてこの塗膜を乾燥させた後、７４０℃
の酸素雰囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行って、層状
ペロブスカイトのＳｒＢｉ2 ＴａＮｂＯ9 膜を得た。そ
して、上記回転塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を、ＳｒＢ
ｉ2 ＴａＮｂＯ9 膜の膜厚が所望の厚さになるまで繰り
返した。ここでは、３回繰り返して、２００ｎｍの厚さ
に形成した。
【００８５】その後、上記ＳｒＢｉ2 ＴａＮｂＯ9 膜に
対して、８００℃の酸素雰囲気中で１時間の結晶化促進
アニーリングを行った。さらに、上記強誘電体のＳｒＢ
ｉ2ＴａＮｂＯ9 膜上に、上部電極としてスパッタリン
グ法により白金膜を例えば２００ｎｍの厚さに成膜し
た。
【００８６】上記実施例１０において、上記ＲＴＡ温度
は、７８５℃、８１０℃、８４０℃で行っても、層状ペ
ロブスカイトのＳｒＢｉ2 ＴａＮｂＯ9 膜が得られた。
【００８７】次に、上記実施例１０に示した強誘電体キ
ャパシタの強誘電体ヒステリシス測定の結果から求め
た、残留分極値２ＰｒとＲＴＡ温度との関係を、図２２
によって説明する。図２２に示すように、ＲＴＡ温度の
上昇とともに、残留分極値２Ｐｒの値が減少しているの
が判る。ＲＴＡ温度が７４０℃では残留分極値２Ｐｒの
値はおよそ１９μＣ／ｃｍ2 であり、ＲＴＡ温度が７８
５℃では残留分極値２Ｐｒの値はおよそ１６．５μＣ／
ｃｍ2 であり、ＲＴＡ温度が８１０℃、８４０℃では残
留分極値２Ｐｒの値はおよそ１６μＣ／ｃｍ2 であっ
た。
【００８８】強誘電体キャパシタを不揮発性メモリとし
て利用する場合、その残留分極値２Ｐｒの値は少なくと
も１０μＣ／ｃｍ2 程度以上なければ、デバイス機能の
精密性が得られない。そこで図２２の結果から、強誘電
体キャパシタの強誘電体部分にＳｒＢｉ2 ＴａＮｂＯ9
膜を用いる場合、適当なＲＴＡの温度範囲は７４０℃〜
プロセス上の上限の温度（例えば１１５０℃程度）、好
ましくは７４０℃〜８４０℃であることが判る。そして
７４０℃よりも低い温度では、確実にショートが発生し
て、強誘電体ヒステリシス特性の測定は不可能になるこ
とがある。
【００８９】なお、上記各実施例９，実施例１０のいず
れの場合も、ＲＴＡ処理を行う前の強誘電体ＳｒＢｉ2
Ｎｂ2 Ｏ9 の前駆体層、強誘電体ＳｒＢｉ2 ＴａＮｂＯ
9 の前駆体層の各膜の状態は、非晶質状態、もしくは微
結晶を含む非晶質状態である。
【００９０】上記各実施例で説明したように、ＲＴＡ温
度は、出発物質、膜厚、電源電圧等によって好ましい温
度範囲が異なる。そのため、上記各条件によって適宜好
適な温度範囲を決定する必要がある。
【００９１】次に、上部電極膜、強誘電体膜、下部電極
膜等を加工して強誘電体キャパシタを形成する実施例を
以下に説明する。
【００９２】（実施例１１）次に強誘電体キャパシタの
強誘電体膜にビスマス層状化合物として、ＳｒＢｉ 2 Ｔ
ａ2 Ｏ9 を用いる場合を以下に説明する。前記実施例１
と同様に、シリコン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、下
部電極膜（例えば白金膜）を成膜した。
【００９３】次いでゾル−ゲル法によって、上記白金膜
上にＳｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2.0 Ｏ9溶液を回転塗布し
て、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜を成
膜した。そしてこの塗膜を乾燥させた後、７７０℃の酸
素雰囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行って、層状ペロ
ブスカイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜を得た。そして、
上記回転塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を、ＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ2 Ｏ9 膜の膜厚が所望の厚さになるまで繰り返した。
ここでは、３回繰り返して、２００ｎｍの厚さに形成し
た。
【００９４】その後、上記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜に対
して、８００℃の酸素雰囲気中で１時間の結晶化促進ア
ニーリングを行った。さらに、上記強誘電体のＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 膜上に、スパッタリング法により上部電極
膜を例えば２００ｎｍの厚さの白金膜で成膜した。
【００９５】その後、イオンミリング法を用いて上部電
極膜、強誘電体膜となるＳｒＢｉ2Ｔａ2 Ｏ9 膜、下部
電極膜を加工して、前記図２に示したのと同様に、上部
電極１５と下部電極１１との間に強誘電体膜となるＳｒ
Ｂｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜１４を挟んだ構造の強誘電体キャパ
シタ１を形成した。このように上部電極１５を形成した
後は一切の熱処理を施さなかった。このようにして形成
した強誘電体キャパシタ１の強誘電体ヒステリシス特性
の測定結果は、前記図１３に示したものと同様になっ
た。
【００９６】一方、従来の技術では、上部電極を形成し
た後、もしくはキャパシタの加工プロセス後に、高温ア
ニーリングを必要としていたため、上部電極材料は白金
（Ｐｔ）等のわずかな種類の貴金属に限られていた。そ
こで、本発明のプロセスを用いることによって、上部電
極を形成した後もしくはキャパシタの加工プロセスを行
った後に高温アニーリングを必要としなくなる。そのた
め、従来の技術では高温アニーリングによる酸化もしく
は強誘電体薄膜との反応により、その電極材料としての
特性を失ってしまうために用いることができなかったア
ルミニウム、銅、ニッケル、クロム、タングステン、モ
リブデン、チタン、タンタル、銀もしくはパラジウムを
用いること、またはアルミニウム、銅、ニッケル、クロ
ム、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、銀
もしくはパラジウムを主材料に用いた合金等の金属材料
を上部電極材料として用いることが可能になった。
【００９７】また、上記ビスマス層状化合物はＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 であったが、他のビスマス層状化合物で
も、また特性の悪影響を与えない程度の不純物相を含む
ビスマス層状化合物であってもよい。
【００９８】次に、上部電極膜、強誘電体膜、下部電極
膜等を加工して強誘電体キャパシタを形成する比較例を
以下に説明する。
【００９９】（比較例３）前記実施例１と同様に、シリ
コン基板上にＳｉＯ2 膜、チタン膜、下部電極膜（例え
ば白金膜）を成膜した。
【０１００】次いでゾル−ゲル法によって、上記白金膜
上にＳｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液を回転塗布して、
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 の前駆体層からなる塗膜を成膜し
た。そしてこの塗膜を乾燥させた後、７４０℃の酸素雰
囲気中で３０秒間のＲＴＡ処理を行って、層状ペロブス
カイトのＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜を得た。そして、上記
回転塗布、乾燥、ＲＴＡの各工程を、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2
Ｏ9 膜の膜厚が所望の厚さになるまで繰り返した。ここ
では、３回繰り返して、２００ｎｍの厚さに形成した。
【０１０１】その後、前記実施例１１と同様の条件で、
上記ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜に対して結晶化促進アニー
リングを行った。さらに、室温程度の温度でのスパッタ
リングによって、上記強誘電体のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9
膜上に上部電極膜を例えば２００ｎｍの厚さの白金膜で
成膜した。
【０１０２】その後、イオンミリング法を用いて上部電
極膜、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜、下部電極膜を加工し
て、前記図２に示したのと同様に、上部電極１５と下部
電極１１との間に強誘電体膜となるＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ
9 膜１４を挟んだ構造の強誘電体キャパシタ１を形成し
た。このように上部電極１５を形成した後、一切の熱処
理を施さなかった。このようにして形成した強誘電体キ
ャパシタは短絡してしまい、強誘電体ヒステリシス特性
を測定することができかった。そこで８００℃の酸素雰
囲気中で１５分間のアニーリングを行ったところ、前記
図１６に示したのと同様の強誘電体ヒステリシス特性を
得ることができた。このアニーリングは上部電極膜（２
２）を加工して上部電極１５を形成した後、直ちに行っ
ても前記図１６に示したのと同様の強誘電体ヒステリシ
ス特性を得ることができた。
【０１０３】上記説明した比較例３のプロセスを用いる
と、上部電極１５を形成した後に高温（例えば８００℃
程度）でアニーリングすることが必要になるため、上部
電極材料に用いることができる材料にに大きな制限が存
在することになる。
【０１０４】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
強誘電体キャパシタの強誘電体膜を、ビスマス層状化合
物の前駆体層を形成した後、その前駆体層を急速加熱処
理、いわゆるＲＴＡを行うので、上部電極を形成する前
にビスマス層状化合物の一種であるビスマス層状強誘電
体を生成することができる。したがって、ビスマス層状
化合物を生成した後に高温の熱処理を行う必要が無くな
る。そのため、上部電極を耐熱性を有する材料で形成す
る必要が無くなり、上部電極材料の選択の自由度が拡大
される。それにともなって、強誘電体キャパシタの微細
加工が可能になるので、高集積化が図れる。さらに上記
ビスマス層状化合物の前駆体層は非晶質層もしくは微結
晶を含む非晶質層からなるので、結晶性のよいビスマス
層状強誘電体を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる実施形態の一例のプロセス工程
図である。
【図２】強誘電体キャパシタの一構成例の概略構成断面
図である。
【図３】ＲＴＡ温度＝７１０℃の処理および結晶化促進
アニーリング後の膜表面のＳＥＭ観察結果の模式図であ
る。
【図４】ＲＴＡ温度＝７４０℃の処理および結晶化促進
アニーリング後の膜表面のＳＥＭ観察結果の模式図であ
る。
【図５】ＲＴＡ温度＝７１０℃で処理した直後の膜のＸ
線回折データの説明図である。
【図６】ＲＴＡ温度＝７１０℃で処理した直後の膜表面
のＳＥＭ観察結果の模式図である。
【図７】ＲＴＡ温度＝７４０℃で処理した直後の膜のＸ
線回折データの説明図である。
【図８】ＲＴＡ温度＝７４０℃で処理した直後の膜表面
のＳＥＭ観察結果の模式図である。
【図９】ＲＴＡ温度＝７７０℃で処理した直後の膜のＸ
線回折データの説明図である。
【図１０】ＲＴＡ温度＝７７０℃で処理した直後の膜表
面のＳＥＭ観察結果の模式図である。
【図１１】ＲＴＡ温度＝７７０℃の処理および結晶化促
進アニーリング後の膜表面のＳＥＭ観察結果の模式図で
ある。
【図１２】ＲＴＡ後および結晶化促進アニーリング後に
おけるビスマスの組成比とＲＴＡ温度との関係図であ
る。
【図１３】実施例１に係わる強誘電体キャパシタの強誘
電体ヒステリシス特性図である。
【図１４】実施例２に係わる強誘電体キャパシタの強誘
電体ヒステリシス特性図である。
【図１５】比較例１に係わる強誘電体キャパシタの強誘
電体ヒステリシス特性図である。
【図１６】比較例２に係わる強誘電体キャパシタの強誘
電体ヒステリシス特性図である。
【図１７】Ｓｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液から作製し
たＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜の残留分極値とＲＴＡ温度と
の関係図である。
【図１８】Ｓｒ0.9 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液から作製し
たＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜の残留分極値とＲＴＡ温度と
の関係図である。
【図１９】Ｓｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液から作製し
た電源電圧＝３Ｖ用のＳｒＢｉ2Ｔａ2 Ｏ9 膜の残留分
極値とＲＴＡ温度との関係図である。
【図２０】Ｓｒ0.9 Ｂｉ2.4 Ｔａ2 Ｏ9 溶液から作製し
た電源電圧＝３Ｖ用のＳｒＢｉ2Ｔａ2 Ｏ9 膜の残留分
極値とＲＴＡ温度との関係図である。
【図２１】Ｓｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｎｂ2 Ｏ9 溶液から作製し
たＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 膜の残留分極値とＲＴＡ温度と
の関係図である。
【図２２】Ｓｒ0.7 Ｂｉ2.4 Ｎｂ1.0 Ｔａ1.0 Ｏ9 溶液
から作製したＳｒＢｉ2 ＮｂＴａＯ9 膜の残留分極値と
ＲＴＡ温度との関係図である。
【符号の説明】
１３ 前駆体層 １４ ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜 Ｓ３ 急速加熱処理により層状ペロブスカイトの生成
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/108 29/788 29/792 (72)発明者 田中 均洋 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−340084（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−69614（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−282943（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−153597（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82761（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−502628（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/105 H01L 21/822 H01L 21/8242 H01L 21/8247 H01L 27/04 H01L 27/108 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下部電極上に非晶質層もしくは微結晶を
    含む非晶質層からなるビスマス層状化合物の前駆体層を
    形成する工程と、 急速加熱処理によって前記前駆体層を層状ペロブスカイ
    トに相変化させてビスマス層状化合物の一種であるビス
    マス層状強誘電体を生成する工程と、 前記生成した層状ペロブスカイトが一様な結晶になるよ
    うに結晶化促進アニーリングを行って強誘電体膜を形成
    する工程と、 前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程とを備えた
    ことを特徴とする強誘電体キャパシタの製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の強誘電体キャパシタの製
    造方法において、 前記ビスマス層状化合物は、 Ｂｉ層状構造強誘電体、もしくは前記熱処理方法によっ
    て生じる特有な結晶欠陥を含むＢｉ層状構造強誘電体で
    あり、かつ平均の化学組成が、化学式（ＢｉxＳ
    ｒ1-x ）2 （Ｓｒy Ｂｉ1-y ）（Ｔａz Ｎｂ1-z ）2 Ｏ
    d で表されたとき、ｘ，ｙ，ｚ，ｄが、それぞれ、０．
    ９≦ｘ≦１．０，０．７≦ｙ≦１．０，０≦ｚ≦１．
    ０，８．５≦ｄ≦９．３の範囲である結晶を主たる結晶
    相として含んでいる物質からなることを特徴とする強誘
    電体キャパシタの製造方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の強誘電体キャパシタの製
    造方法において、 前記上部電極を、アルミニウム、銅、ニッケル、クロ
    ム、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、銀
    もしくはパラジウムを用いて形成する、またはアルミニ
    ウム、銅、ニッケル、クロム、タングステン、モリブデ
    ン、チタン、タンタル、銀もしくはパラジウムを主材料
    に用いた合金により形成することを特徴とする強誘電体
    キャパシタの製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の強誘電体キャパシタの製
    造方法において、 前記上部電極を、アルミニウム、銅、ニッケル、クロ
    ム、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、銀
    もしくはパラジウムを用いて形成する、またはアルミニ
    ウム、銅、ニッケル、クロム、タングステン、モリブデ
    ン、チタン、タンタル、銀もしくはパラジウムを主材料
    に用いた合金により形成することを特徴とする強誘電体
    キャパシタの製造方法。
JP12042997A 1996-10-02 1997-05-12 強誘電体キャパシタの製造方法 Expired - Fee Related JP3161363B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12042997A JP3161363B2 (ja) 1996-10-02 1997-05-12 強誘電体キャパシタの製造方法

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26150096 1996-10-02
JP8-261500 1996-12-19
JP33920196 1996-12-19
JP8-339201 1996-12-19
JP12042997A JP3161363B2 (ja) 1996-10-02 1997-05-12 強誘電体キャパシタの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10233490A JPH10233490A (ja) 1998-09-02
JP3161363B2 true JP3161363B2 (ja) 2001-04-25

Family

ID=27314053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12042997A Expired - Fee Related JP3161363B2 (ja) 1996-10-02 1997-05-12 強誘電体キャパシタの製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3161363B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4670612B2 (ja) * 2005-11-30 2011-04-13 Ｔｄｋ株式会社 誘電体素子とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10233490A (ja) 1998-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3570472B2 (ja) 高温電極バリアを備えるキャパシタおよびその製造方法並びにＦｅＲＡＭおよびＤＲＡＭ
JP3188179B2 (ja) 強誘電体薄膜素子の製造方法及び強誘電体メモリ素子の製造方法
JP3730122B2 (ja) 強誘電体集積回路メモリセルおよびその製造方法
JP3383188B2 (ja) 強誘電体キャパシタデバイスおよびその製造方法
JP3249496B2 (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
EP0747937B1 (en) Method of forming a substrate coated with a ferroelectric thin film
JP2974006B2 (ja) 酸素を使用して優先配向された白金薄膜を形成する方法と、その形成方法により製造された素子
DE69805865T2 (de) Herstellungsverfahren von Platinschichten mit gesteuerter bevorzugter Orientierung unter Verwendung von Stickstoff
JPH0855967A (ja) 強誘電体薄膜キャパシタの製造方法
JPH1012832A (ja) 強誘電体キャパシタの作製方法及び強誘電体メモリ装置の製造方法
US6297085B1 (en) Method for manufacturing ferroelectric capacitor and method for manufacturing ferroelectric memory
KR19980070383A (ko) 기판위에 산화 방지 기능을 갖는 백금 박막을 형성하는 방법 및그 방법에 의해 형성된 백금 박막을 구비한 전자 소자
JPH09162372A (ja) 電極材料及びこれを用いた容量素子
JP3161363B2 (ja) 強誘電体キャパシタの製造方法
US6507060B2 (en) Silicon-based PT/PZT/PT sandwich structure and method for manufacturing the same
JPH10173140A (ja) 強誘電体キャパシタの製造方法及び強誘電体メモリ装置の製造方法
US6504228B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2000208440A (ja) 半導体素子のキャパシタ―電極用白金膜の形成方法
JPH0969614A (ja) 強誘電体薄膜、誘電体薄膜及び強誘電体薄膜を含む集積回路の製造方法
JP3366212B2 (ja) 強誘電体薄膜素子の製造方法、強誘電体薄膜素子及び強誘電体メモリ装置
JP5059290B2 (ja) 薄膜キャパシタ装置の電極および薄膜キャパシタ装置の電極形成方法
US6312567B1 (en) Method of forming a (200)-oriented platinum layer
JPH11233734A (ja) 半導体メモリ素子及びその製造方法
JPH05251351A (ja) 強誘電体薄膜の形成方法
JP2000156471A (ja) 半導体装置およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees