JPH05234419A - 誘電体を用いた素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、優れた強誘電体単結晶薄膜を有する
強誘電体素子を提供することを目的とする。 【構成】ペロブスカイト型結晶構造を有するＳｒＴｉＯ
3 単結晶基体１１を用いて、これと格子整合するＰＺＴ
単結晶薄膜１２をエピタキシャル成長させて、所望の強
誘電体素子を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜キャパシタなどの
誘電体膜を用いた素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】代表的な強誘電体の一つに、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒ_1-x Ｔｉ_x Ｏ₃ ）があ
る。ＰＺＴを様々な強誘電体素子に利用するためには、
欠陥のないＰＺＴ単結晶薄膜の形成が望まれる。ＰＺＴ
の薄膜化はこれまで、ゾル−ゲル法、スパッタリング
法、蒸着法、レーザアブレーション法等の物理的気相堆
積法（ＰＶＤ法）や化学的気相堆積法（ＣＶＤ法）によ
り行われている。

【０００３】しかし従来得られているＰＺＴ薄膜は、ほ
とんど無配向か、或いは多結晶であって、単結晶薄膜は
得られていない。その原因は、ＰＺＴ薄膜を形成する基
体の結晶構造にある。従来の多くの例は、ＰＺＴ薄膜
が、ＭｇＯ単結晶基体、Ｓｉ単結晶基体或いは白金基体
等に形成されている。これらの基体はＰＺＴと結晶構造
が異なり、結晶の格子定数も異なるため、ＰＺＴ薄膜が
単結晶としてエピタキシャル成長せず、多結晶に止まっ
ている。ＰＺＴ薄膜を単結晶化できれば、誘電率や残留
分極はより大きくなり、またリーク電流も小さくなるた
め、各種の強誘電体素子の特性向上が期待される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来よ
り、強誘電体単結晶薄膜が望まれながら、ＰＺＴ単結晶
薄膜は得られていない。本発明は、上記事情を考慮して
なされたもので、その目的とするところは、良質な単結
晶の誘電体薄膜を持つ素子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するため
に、本発明の誘電体を用いた素子（請求項１）は、不純
物を含む誘電体からなる第１の電極と、この第１の電極
の表面に設けられた誘電体膜と、この誘電体膜の表面に
設けられた第２の電極とを備えている。

【０００６】また、本発明の他の誘電体を用いた素子
（請求項２）は、基板上に形成されたトランジスタと、
このトランジスタのソース・ドレインの一方に接続され
た不純物を含む誘電体からなる第１の電極と、この第１
の電極の表面に設けられた誘電体膜と、この誘電体膜の
表面に設けられた第２の電極とを備えている。更にま
た、本発明の他の誘電体を用いた素子（請求項４）は、
ペロブスカイト型結晶構造を有する基板とを備えてい
る。

【０００７】

【作用】本発明（請求項１）では、不純物を含む誘電体
からなる第１の電極の表面に誘電体膜が設けられてい
る。前記不純物を含む誘電体からなる第１の電極と前記
誘電体膜との反応は、金属からなる電極と誘電体膜との
反応に比べて起こり難い。また、前記第１の電極の誘電
体材料及び前記誘電体膜の誘電体材料の組み合わせによ
っては、前記第１の電極上に前記誘電体膜をエピタキシ
ャル成長させることができる。したがって、欠陥が少な
く、薄い誘電体膜を形成できるので、性能の高い素子が
得られる。

【０００８】本発明（請求項２）では、不純物を含む誘
電体からなる第１の電極がソース・ドレインに接続され
ている。このため、前記第１の電極上に欠陥が少なく、
薄い誘電体膜を形成できる。したがって、前記トランジ
スタと、前記第１の電極，前記誘電体膜及び第２の電極
とで構成されるキャパシタの微細化を図っても、十分な
静電容量が確保でき、高集積化が容易になる。

【０００９】本発明（請求項４）によれば、ペロブスカ
イト結晶構造の基体を用いてエピタキシャル成長させる
ことにより、ＰＺＴやチタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ₃ ）等の薄い酸化物強誘電体薄膜を良質の単結晶膜と
して形成することができる。これらの単結晶薄膜は、多
結晶の場合に比べて誘電率や残留分極が大きくなり、ま
たリーク電流が小さくなり、優れた光導波路や高周波で
も動作できる超音波トランジスタデューサーを得ること
ができる。

【００１０】なお、ここでいう単結晶薄膜は、完全な単
結晶でなく多少の多結晶や転位等を含んでもよく、エッ
チピットで見た転位密度が１０⁸ ／cm² 以下、特に好ま
しくは１０⁵ ／cm² 以下であればよい。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００１２】図１は、ＰＺＴの組成比と格子定数の関係
を示し、併せてＰＺＴの格子定数に近い格子定数を有す
る各種ペロブスカイト型結晶を示している。図示のよう
に、ＰＺＴと格子定数がほぼ一致するペロブスカイト型
結晶として、ＢａＺｒＯ₃ ，ＫＣｕＦ₃ ，ＫＦｅＦ₃ ，
ＢａＳｎＯ₃ ，ＫＣｏＦ₃ ，ＳｒＨｆＯ₃ ，ＲｂＣｏＦ
₃ ，ＫＺｎＦ₃ ，ＢａＭｏＯ₃ ，ＳｒＳｎＯ₃ ，ＬｉＢ
ａＨ₃ ，ＫＮｉＦ₃ ，ＬｉＢａＦ₃ ，ＬａＶＯ₃ ，Ｂａ
ＴｉＯ₃ ，ＫＴａＯ₃ ，ＢａＦｅＯ₃ ，ＳｒＭｏＯ₃ ，
ＭｇＦ₃ ，ＦｅＢｉＯ₃ ，ＬａＲｈＯ₃ ，ＡｇＴａ
Ｏ₃ ，ＢｉＭｎＯ₃，Ｍｎ₃ ＺｎＣ，ＬａＴｉＯ₃ ，Ｓ
ｒＴｉＯ₃ ，ＣｅＶＯ₃ ，ＢｉＣｒＯ₃ ，ＣｅＦｅ
Ｏ₃ ，ＥｕＴｉＯ₃ ，ＳｍＶＯ₃ ，ＣｅＧａＯ₃ ，Ａｌ
Ｍｎ₃ Ｃ，ＳｒＦｅＯ₃ ，ＣｅＣｒＯ₃ ，ＰｕＭｎＯ₃
等がある。これらのペロブスカイト型結晶構造の単結晶
基体を用いれば、これと格子定数がほぽ等しいＰＺＴ単
結晶をエピタキシャル成長させることができる。次に、
ＰＺＴ単結晶薄膜をエピタキシャル成長する方法につい
て説明する。この実施例では、有機金属気相成長法を用
いた。

【００１３】図２が、用いた有機金属気相成長装置であ
る。石英製の反応容器４０１内に、前述した材料から選
ばれたペロブスカイト型結晶構造を有する単結晶基体４
０２が、抵抗加熱ヒーター４０３によって加熱保持され
る。基体４０２は、全体が前述したペロブスカイト型単
結晶に限らず、半導体や金属等の他の基体の表面に前述
したペロブスカイト型の単結晶膜が形成されたものであ
ってもよい。

【００１４】１０１〜１０３はステンレス製の原料ガス
容器であり、２０１〜２０４は質量流量制御器、３０１
〜３０４はガス流路切り替え弁である。なお反応容器４
０１，質量流量制御器３０１〜３０４，ガス流路切り替
え弁等の間を結合する配管もすべてステンレス製であ
る。

【００１５】容器４０１内の基体４０２は、熱電対４０
４によって温度が検知され、薄膜成長中は一定温度に保
たれるように温度制御がなされる。反応容器４０１内の
ガスは、油回転ポンプ４０７を介して排気される。反応
容器４０１内の圧力は圧力計４０５によって検知され、
膜成長中は反応容器４０１内の圧力が一定に保たれるよ
うにコンダクタンス調整バルブ４０６で制御される。

【００１６】また、鉛、ジルコニウム、チタンの各原料
ガスとしては、それぞれ、テトラエチル鉛（Ｐｂ（Ｃ₂
Ｈ₅ ）₄ ）、テトラタ−シャリーブトキシドジルコニウ
ム（Ｚｒ（ｔ−ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ）、テトライソプロポキ
シドチタン（Ｔｉ（ｉ−ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₄ ）を用いた。こ
れらの化合物原料ガスをそれぞれ原料容器１０１〜１０
３に封入してそれぞれの原料にとって適切な温度に保持
し、キャリアガスをこれらの容器１０１〜１０３内に通
じることにより、反応容器４０１内の基体４０２上まで
輸送した。酸素の原料には酸素（Ｏ₂ ）ガスを用いた。

【００１７】これらの原料ガスの流量は、質量流量制御
器２０１〜２０４により精密に制御されている。また反
応容器４０１内に導入するガスの流量を一定に保つた
め、原料ガス以外のキャリアガス（高純度Ａｒガス）を
質量流量制御器２０５，２０６を通して反応容器４０１
に導入した。

【００１８】薄膜成長の開始、終了は、原料ガスを流路
切り替え弁３０１〜３０４を用いて原料ガスの流路を排
気側と反応容器４０１側に切り替えることにより制御し
た。流路切り替え弁３０１〜３０４はすべて空気作動型
の弁であり、電磁弁を通じてコンピュータを用いたシー
ケンス制御装置により遠隔操作される。なお、原料容器
以降、反応容器４０１までの配管はすべてオーブン（図
示しない）内に収容され、原料の使用温度より高い温度
に保持される。

【００１９】次に、より具体的な実施例を（１００）Ｓ
ｒＴｉＯ₃ 単結晶基体を用いた場合について説明する。
まず、化学エッチングにより基体表面を清浄化したＳｒ
ＴｉＯ₃ 単結晶基体を抵抗加熱ヒーター４０３上に載置
し、反応容器４０１に高純度のキャリアガスを供給して
内部の空気を置換する。次に油回転ポンプ４０７を作動
させ、圧力計４０５を見ながら容器４０１内の圧力を１
０Torrに調整する。

【００２０】その後、質量流量制御器２０４を通じて高
純度酸素ガスを供給し、抵抗加熱ヒーター４０３で単結
晶基体４０２を８５０℃に加熱して、単結晶基体４０２
の表面の清浄化を行う。この表面清浄化を行っている間
に質量流量制御器２０１〜２０３，２０５を経由して流
量が調整されたＡｒガスを、それぞれ２０℃，７０℃，
７０℃に保持されたテトラエチル鉛、テトラタ−シャリ
ーブトキシドジルコニウム、テトライソプロポキシドチ
タンの各原料容器１０１〜１０３にそれぞれ、１１０Ｓ
ＣＣＭ，３０ＳＣＣＭ，５ＳＣＣＭの割合で送り込み、
得られた蒸気を配管を通じて下流側に送り出す。その
際、流路切り替え弁３０１〜３０３を操作して、蒸気は
反応容器４０１には送らずに排気側に放流する。ここま
でが成長の予備段階である。

【００２１】基体温度が６００℃、反応管内圧力が１０
Torrに安定した後、流路切り替え弁３０１〜３０３を操
作して原料ガス流路を反応容器側に切り替え、ＰＺＴ単
結晶薄膜の成長を開始する。成長時間は、１時間であ
る。成長終了後、一斉に流路切り替え弁３０１〜３０３
を排気側に切り替え、ヒーター４０２による基板加熱を
止めて冷却する。冷却の間、酸素ガスは流したままとす
る。

【００２２】図３は、以上の工程により得れらたＰＺＴ
薄膜結晶を有する誘電体基板である。ＳｒＴｉＯ₃ 単結
晶基体１１上に、約０．３μm のＰＺＴ単結晶薄膜１２
が形成されている。

【００２３】こうして得られた誘電体基板を誘導結合プ
ラズマ発光分光法（ＩＣＰ法）により分析した結果、Ｐ
ＺＴ単結晶薄膜の組成は、Ｔｉ成分ｘ＝０．９４であ
り、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１であることが確認され
た。また、微分干渉顕微鏡でＰＺＴ薄膜表面を観察した
結果、表面の凹凸は約１nmと極めて平坦であり、格子不
整による欠陥は観察されなかった。

【００２４】さらにＸ線回折測定の結果、ＰＺＴと基体
のＳｒＴｉＯ₃ 以外のピークは見出だされず、ＰＺＴの
（００ｍ）とＳｒＴｉＯ₃ の（００ｍ）面からの回折ピ
ークのみが見られ、ＰＺＴのｃ面がＳｒＴｉＯ₃ のｘ面
に平行、すなわちｃ軸配向していることが確認された。

【００２５】またＸ線４結晶法によるＰＺＴの（００
２）ピークのロッキングカーブを測定した。（００２）
ピークの半値幅は約１０００秒であった。また電子線回
折測定において、ＰＺＴのａ軸，ｂ軸の方向は、基体で
あるＳｒＴｉＯ₃ のａ軸，ｂ軸の方向と一致し、エピタ
キシャル成長していることが確認できた。

【００２６】ＺｒとＴｉの原料容器中に導入するキャリ
アガスの流量を調整することによって、ＰＺＴのＴｉ組
成比ｘを種々変化させる実験を行ったところ、０．７５
≦ｘ≦１の範囲でエピタキシャル成長することが確認で
きた。

【００２７】比較のため、基体として（００１）Ｓｉお
よび（００１）ＭｇＯを用いて、同様の条件でＰＺＴ薄
膜の成長を行った。得られたＰＺＴ薄膜はいずれも多結
晶であった。

【００２８】（００１）ＳｒＴｉＯ₃ 単結晶基体に同様
の条件でＰＺＴ薄膜を形成した結果、エピタキシャル成
長はするが、Ｘ線４結晶法によるロッキングカーブの測
定による（００２）ピークの半値幅は約３０００秒と、
ＰＺＴ結晶より大きかった。また微分干渉顕微鏡による
観察の結果、欠陥による無数のラインが観察された。

【００２９】成長温度を４００℃〜８００℃の範囲で変
化させて、その他実施例と同様の条件で（００１）Ｓｒ
ＴｉＯ₃ 単結晶基体上にＰＺＴ薄膜を成長させた。その
結果、４５０℃〜８００℃の範囲でＰＺＴ薄膜がエピタ
キシャル成長することが確認された。さらに、（１１
０）面，（１１１）面のＳｒＴｉＯ₃ 単結晶基体上に
も、単結晶のＰＺＴ薄膜をエピタキシャル成長させるこ
とができた。

【００３０】次にＳｉ単結晶基体上に約５００nmの厚さ
でＳｒＴｉＯ₃ 薄膜を形成した基体を用いて同様にＰＺ
Ｔ薄膜を成長させた結果、ＳｒＴｉＯ₃ 単結晶基体を用
いた場合と同様のエピタキシャル薄膜が得られた。

【００３１】図４は、具体的な強誘電体薄膜素子の実施
例である薄膜キャパシタを示している。ｐ型Ｓｉ単結晶
基板２１にｎ型層２２が形成されており、この基板上に
まずペロブスカイト方単結晶であるＳｒＴｉＯ₃ 単結晶
薄膜２３がエピタキシャル成長され、更にこの上にＰＺ
Ｔ単結晶薄膜２４がエピタキシャル成長形成されてい
る。ＰＺＴ単結晶薄膜２４上に電極２５が形成されてい
る。

【００３２】この様に強誘電体単結晶薄膜を用いてキャ
パシタを構成すると、小さい面積で大きい容量を得るこ
とができる。このような強誘電体薄膜キャパシタを用い
て、基板２１に別途作られるトランジスタと組み合わせ
てＤＲＡＭ等を構成することができる。或いはこのＰＺ
Ｔ単結晶薄膜の大きな残留分極を利用して不揮発性メモ
リを構成することもできる。

【００３３】図５は、具体的な素子に適用した別の実施
例であり、ＳｒＴｉＯ₃ 単結晶基体３１上にエピタキシ
ャル成長させたＰＺＴ単結晶薄膜３２を用いて光導波路
を構成した例である。

【００３４】図６は、具体的な素子に適用した更に別の
実施例である超音波・電気信号トランスデューサの概略
構成を表している。図中、４１はニオブ等の導電物質を
含むＳｒＴｉＯ₃ 単結晶からなる第１の電極４１を示
し、この第１の電極４１上にはエピタキシャル成長され
たＰＺＴ単結晶薄膜４２が設けられ、このＰＺＴ単結晶
薄膜４２上には第２の電極４３が設けられている。

【００３５】超音波によりＰＺＴ単結晶薄膜４２の膜厚
が変化すると、圧電効果によって超音波の波形に対応し
た電圧の電気信号が第１の電極４１と第２の電極４３と
の間に生じる。

【００３６】逆に、第１の電極４１と第２の電極４３と
の間に高周波電圧の電気信号を与えると、逆圧電効果に
よってこの電気信号に対応した膜厚変化がＰＺＴ単結晶
薄膜４２に起こり、超音波が発生する。

【００３７】圧電素子としてのＰＺＴ単結晶薄膜４２
は、エピタキシャル成長によってＳｒＴｉＯ₃ 単結晶上
に形成されているため、その膜質は従来の圧電素子用薄
膜より格段に優れたものとなる。このため、ＰＺＴ単結
晶薄膜４２の膜厚を薄くすることができ、メガからギガ
オーダの超音波が得られるようになる。

【００３８】なお、基体として、ＢａＺｒＯ₃ ，ＫＣｕ
Ｆ₃ ，ＫＦｅＦ₃ ，ＢａＳｎＯ₃ ，ＫＣｏＦ₃ ，ＳｒＨ
ｆＯ₃ ，ＲｂＣｏＦ₃ ，ＫＺｎＦ₃ ，ＢａＭｏＯ₃ ，Ｓ
ｒＳｎＯ₃ ，ＬｉＢａＨ₃ ，ＫＮｉＦ₃ ，ＬｉＢａ
Ｆ₃ ，ＬａＶＯ₃ ，ＢａＴｉＯ₃，ＫＴａＯ₃ ，ＢａＦ
ｅＯ₃ ，ＳｒＭｏＯ₃ ，ＭｇＦ₃ ，ＦｅＢｉＯ₃ ，Ｌａ
ＲｈＯ₃ ，ＡｇＴａＯ₃ ，ＢｉＭｎＯ₃ ，Ｍｎ₃ Ｚｎ
Ｃ，ＬａＴｉＯ₃ ，ＳｒＴｉＯ₃ ，ＣｅＶＯ₃ ，ＢｉＣ
ｒＯ₃ ，ＣｅＦｅＯ₃ ，ＥｕＴｉＯ₃ ，ＳｍＶＯ₃ ，Ｃ
ｅＧａＯ₃ ，ＡｌＭｎ₃ Ｃ，ＳｒＦｅＯ₃ ，ＣｅＣｒＯ
₃ ，ＰｕＭｎＯ₃ の単結晶を用いて同様にＰＺＴ薄膜を
エピタキシャル成長させ得ることが確認された。但し、
エピタキシャル成長の条件に合致するＰＺＴ薄膜のＴｉ
組成比ｘは基体材料によって異なる。

【００３９】即ち、ＢａＺｒＯ₃ の場合ｘ〜０、ＫＣｕ
Ｆ₃ の場合０≦ｘ≦０．２、ＫＦｅＦ₃ ，ＢａＳｎＯ₃
の場合０≦ｘ≦０．３３、ＫＣｏＦ₃ ，ＳｒＨｆＯ₃ の
場合０．１６≦ｘ≦０．４３、ＲｂＣｏＦ₃ の場合０．
２４≦ｘ≦０．４４、ＫＺｎＦ₃ の場合０．２４≦ｘ≦
０．５１、ＢａＭｏＯ₃ の場合０．３３≦ｘ≦０．５
３、ＳｒＳｎＯ₃ の場合０．４≦ｘ≦０．５７、ＬｉＢ
ａＨ₃ の場合０．４１≦ｘ＝０．６２、ＫＮｉＦ₃ の場
合０．４１≦ｘ≦０．６６、ＬｉＢａＦ₃ の場合０．４
３≦ｘ≦０．６８、ＬａＶＯ₃ ，ＢａＴｉＯ₃ ，ＫＴａ
Ｏ₃ の場合０．４３≦ｘ≦０．７３、ＢａＦｅＯ₃ の場
合０．４４≦ｘ≦０．７７、ＳｒＭｎＯ₃の場合０．５
１≦ｘ≦０．７７、ＫＭｇＦ₃ の場合０．５１≦ｘ≦
０．８２、ＦｅＢｉＯ₃ の場合０．５３≦ｘ≦０．８
２、ＬａＲｈＯ₃ の場合０．６２≦ｘ≦０．９３、Ａｇ
ＴａＯ₃ ，ＢｉＭｎＯ₃ の場合０．６６≦ｘ≦１、Ｍｎ
₃ ＺｎＣ，ＬａＴｉＯ₃ の場合０．６８≦ｘ≦１、Ｓｒ
ＴｉＯ₃ ，ＣｅＶＯ₃ ，ＢｉＣｒＯ₃ ，ＣｅＦｅＯ₃ ，
ＥｕＴｉＯ₃ の場合０．７７≦ｘ≦１、ＳｍＶＯ₃ の場
合０．８２≦ｘ≦１、ＣｅＧａＯＰ₃ の場合０．８５≦
ｘ≦１、ＡｌＭｎＣ₃ ，ＳｒＦｅＯ₃ ，ＣｅＣｒＯの場
合０．８８≦ｘ≦１、ＰｕＭｎＯ₃ の場合０．９３≦ｘ
≦１の範囲でＰＺＴ薄膜がエピタキシャル成長する。こ
の様に組成比を変化させることによって、ＰＺＴ薄膜は
基体と格子整合してエピタキシャル成長する。この組成
比変化は、原料ガス容器に供給するキャリアガス流量を
調整することにより可能である。図７は、本発明の他の
実施例に係る薄膜キャパシタの素子断面図である。

【００４０】まず、化学エッチングにより（００１）方
位のニオブ添加チタン酸ストロンチウム単結晶基板５１
（第１の電極）の表面を化学エッチングにより清浄化す
る。この後、図８に示す有機金属気相成長装置のゲート
バルブ５０８を開いてニオブ添加チタン酸ストロンチウ
ム単結晶基板５１を反応容器５０１内の抵抗加熱ヒータ
ー５０３上に載置する。次いで反応容器５０１に高純度
のＡｒガスを供給して内部の空気を置換する。ニオブ添
加チタン酸ストロンチウム単結晶基板５１は、熱電対５
０４によって温度が検知され、薄膜成長中は一定温度に
保たれるように温度制御がなされる。この後、油回転ポ
ンプ５０７を作動させ、圧力計５０５を見ながら容器５
０１内の圧力を圧力調整バルブ５０６によって１０Ｔｏ
ｒｒに調整する。

【００４１】次に流路切り替えバルブ５４３を反応容器
側に切り替え、質量流量制御器５２３を介して反応容器
５０１内に高純度酸素ガスを供給すると共に、抵抗加熱
ヒーター５０３によってニオブ添加チタン酸ストロンチ
ウム単結晶基体５１を８５０℃に加熱することによっ
て、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム単結晶基体５１
の表面の清浄化を行なう。

【００４２】また、この表面清浄化を行なっている最中
に、圧力計５６１，５６２，圧力調整バルブ５５１，５
５２によって、質量流量制御器５２１，５２２を経由し
て流量が調整されたＡｒガスを、原料加熱オーブン５７
１で２１５℃に保持されたビスジピバロイルメタナスト
ロンチウム（Ｓｒ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂ ）₂ ）が溜まっている
原料容器５１１、原料加熱オーブン５７２で７０℃に保
持されたテトライソプロポキシドチタン（Ｔｉ（ｉ−Ｏ
Ｃ₃ Ｈ₇ ）₄ ）が溜まっている原料容器５１２に、それ
ぞれ４００ＳＣＣＭ，３０ＳＣＣＭの割合で送り込み、
これにより得られた原料蒸気を配管を通じて下流側に送
り出す。その際、流路切り替えバルブ５３１，５３２，
５３３，５４１，５４２を操作して、原料蒸気を反応容
器５０１には送らずに排気側に放流すると共に、質量流
量制御器５２４，５２５，５２６によって反応容器４０
１内に導入するキャリアガスの流量を一定に保持する。
ここまでが成長の予備段階である。

【００４３】基板温度が６００℃、反応容器５０１内の
圧力が１０Ｔｏｒｒに安定した後、流路切り替えバルブ
５３１，５３２，５４１，５４２を同時に反応容器側に
切り替え、チタン酸ストロンチウム薄膜５２（誘電体
膜）の成長を開始する。成長時間は、２０分である。成
長終了後、一斉に流路切り替えバルブ５３１，５３２，
５４１，５４２を排気側に切り替え、抵抗加熱ヒーター
５０３による基板加熱を止めて冷却する。この冷却の
間、反応容器５０１内に酸素ガスを流しておく。これら
の工程により厚さ約１００ｎｍのチタン酸ストロンチウ
ム薄膜５２が得られた。このチタン酸ストロンチウム薄
膜５２を誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ法）によ
り分析した結果、Ｓｒ／Ｔｉ＝１であることが確認され
た。また、微分干渉顕微鏡で表面を観察した結果、表面
の凹凸は約１ｎｍ以下と極めて平坦であり、格子不整に
よる欠陥は観察されなかった。

【００４４】また、Ｘ線回折測定の結果、チタン酸スト
ロンチウム以外のピークは見出だされず、（００ｍ）面
からの回折ピークのみが見られ、チタン酸ストロンチウ
ム薄膜５２のｃ面がニオブ添加チタン酸ストロンチウム
単結晶基板５１のｃ面に平行、つまり、ｃ軸配向してい
ることが確認された。

【００４５】更に、電子線回折測定の結果、チタン酸ス
トロンチウム薄膜５２のａ軸，ｂ軸の方向は、それぞれ
ニオブ添加チタン酸ストロンチウム単結晶基板５１のａ
軸，ｂ軸の方向と一致し、エピタキシャル成長している
ことが確認された。最後に、チタン酸ストロンチウム薄
膜５２上に面積が３×１０^-4ｃｍ² の白金電極５３（第
２の電極）を形成して、薄膜キャパシタが完成する。

【００４６】このようにして得られた薄膜キャパシタの
静電容量を調べたところ、５５０ｐＦであった。また、
この静電容量からチタン酸ストロンチウム薄膜５２の比
誘電率を求めたところ、約２００であった。

【００４７】本発明者等は、上述した方法によって、膜
厚が５０ｎｍ，１０ｎｍ，５ｎｍのチタン酸ストロンチ
ウム薄膜の薄膜キャパシタを作成してみたところ、静電
容量は膜厚に反比例して大きくなり、膜厚５０ｎｍで静
電容量１ｎＦ、膜厚１０ｎｍで静電容量６ｎＦ，膜厚５
ｎｍで静電容量１１ｎＦであり、また、比誘電率はどの
膜厚のものでも約２００であった。これからチタン酸ス
トロンチウム薄膜の膜厚を５ｎｍまで薄くしても、チタ
ン酸ストロンチウム薄膜の特性は劣化しないことが分か
った。

【００４８】また、本発明者等は、上述した方法におい
て、チタン酸ストロンチウム薄膜の成膜温度を４００〜
８００℃の範囲で変化させて薄膜キャパシタを作成して
みた。この結果、４５０〜８００℃の範囲で、チタン酸
ストロンチウム薄膜がエピタキシャル成長することが確
認され、６００℃で成膜したものと同程度の特性を有す
る薄膜キャパシタが得られた。

【００４９】更に、本発明者等は、上述した方法におい
て、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム単結晶基板の
（００１）面上の代わりに、ニオブ添加チタン酸ストロ
ンチウム単結晶基板の（１１０）面，（１１１）面上に
チタン酸ストロンチウム薄膜を成長形成させてみた。こ
の結果、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム単結晶基板
の（１１０）面，（１１１）面上には、それぞれチタン
酸ストロンチウムの（１１０）面，（１１１）面が成長
し、いずれの場合にもニオブ添加チタン酸ストロンチウ
ム単結晶基板上にチタン酸ストロンチウム薄膜がエピタ
キシャル成長し、（００１）面上にチタン酸ストロンチ
ウム薄膜を形成した場合と同等の特性を有する薄膜キャ
パシタを形成できることを確認した。

【００５０】以上述べたように、本実施例では、誘電体
であるチタン酸ストロンチウム単結晶にニオブを添加し
たものを下部電極として用いることで、チタン酸ストロ
ンチウムのエピタキシャル成長を実現している。このた
め、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム単結晶基板５１
とチタン酸ストロンチウム薄膜５２との反応物等が形成
されず、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム単結晶基板
５１とチタン酸ストロンチウム薄膜５２との界面が急峻
なものになり、薄いチタン酸ストロンチウム薄膜５２を
形成でき、また、上述したように反応物等が形成されな
いので界面近傍のチタン酸ストロンチウム薄膜５２の特
性も劣化しない。したがって、誘電率が高く特性の良い
薄膜キャパシタが得られる。

【００５１】一方、従来の薄膜キャパシタでは、金属電
極上に誘電体薄膜を形成していたので、誘電体薄膜が多
結晶となり、金属電極近傍の誘電体薄膜の特性が劣化
し、リーク電流が増大する。このため、誘電体薄膜の膜
厚がある程度薄くなると、それ以上薄くしても性能は向
上せず、むしろ低下する傾向があった。次に本発明の他
の実施例に係る薄膜キャパシタについて説明する。

【００５２】本実施例の薄膜キャパシタが図７のそれと
異なる点は、下部電極として、ニオブを添加したチタン
酸ストロンチウム基板を用いる代わりに、チタン酸スト
ロンチウム基板にニオブをイオン注入し、これを酸素雰
囲気中で熱処理したものを用いたことにある。酸素雰囲
気中で８００℃の熱処理を施すことにより、比抵抗が約
１０ｍΩ・ｃｍの層を有するチタン酸ストロンチウム基
板が得られた。このチタン酸ストロンチウム基板上に、
先の実施例と同様な方法を用いて、チタン酸ストロンチ
ウム薄膜，白金電極を形成する。このようにして得られ
た薄膜キャパシタでも先の実施例のそれと同程度の性能
を示した。次に本発明の他の実施例に係る薄膜キャパシ
タについて説明する。

【００５３】本実施例の薄膜キャパシタが図７のそれと
異なる点は、下部電極として、ニオブを添加したチタン
酸ストロンチウム基板を用いる代わりに、チタン酸スト
ロンチウム基板にニオブを拡散したものを用いたことに
ある。チタン酸ストロンチウム基板にニオブを拡散する
ことにより、チタン酸ストロンチウム基板の表面の近傍
部分に導電性を持たせることができる。この方法で比抵
抗が約１０ｍΩ・ｃｍの層を有するチタン酸ストロンチ
ウム基板が得られた。このチタン酸ストロンチウム基板
上に、上述した方法を用いて、チタン酸ストロンチウム
薄膜，白金電極を形成する。このようなチタン酸ストロ
ンチウム基板を用いても先の実施例のそれと同様な性能
を有する薄膜キャパシタが得られた。図９は、本発明の
他の実施例に係る薄膜キャパシタの素子断面図である。

【００５４】これを作成工程に従い説明すると、まず、
チタン酸ストロンチウム基板６１を用意し、この上にニ
オブ添加チタンストロンチウム薄膜６２（第１の電極）
をエピタキシャル成長する。

【００５５】ニオブ添加チタンストロンチウム薄膜６２
のエピタキシャル成長は、図７の薄膜キャパシタで説明
した有機金属気相成長法を用いて行なう。この場合、ニ
オブの原料として、ニオブのアルコキシド化合物の１つ
であるペンタエトキシドニオブ（Ｎｂ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₅ ）を用いる。そして原料容器の温度を１５０
℃とし、この原料容器に１０ＳＣＣＭのアルゴンガスを
送り込むことにより、ペンタエトキシドニオブの蒸気を
反応容器まで輸送する。

【００５６】このようにして成膜されたニオブ添加チタ
ンストロンチウム薄膜６２を調べたところ、チタン酸ス
トロンチウム基板６１上にエピタキシャル成長してお
り、単結晶であることを確認した。また、ニオブ添加チ
タンストロンチウム薄膜６２中のニオブの含有量は０．
８重量％であり、比抵抗は５ｍΩ・ｃｍであり、キャパ
シタの下部電極として用いることできることが分かっ
た。

【００５７】次に図７の薄膜キャパシタのチタン酸スト
ロンチウム薄膜５２の成膜と同様な方法を用いて、ニオ
ブ添加チタン酸ストロンチウム薄膜６２上にチタン酸ス
トロンチウム誘電体層６３（誘電体膜）をエピタキシャ
ル成長する。最後に、チタン酸ストロンチウム誘電体層
６３上に白金電極６４（第２の電極）を形成して薄膜キ
ャパシタが完成する。以上述べた方法により得られた薄
膜キャパシタでも、先の実施例のそれと同程度の性能を
有することを確認した。図１０は、本発明の他の実施例
に係るＤＲＡＭのメモリセルの断面図である。これを作
成工程に従い説明すると、まず、（１００）面のｐ型の
シリコン基板７１上に素子分離を行なうための酸化膜７
２を形成する。

【００５８】次に酸化膜７２で区分された素子形成領域
にゲート酸化膜７３，多結晶シリコンからなるゲート電
極７４を形成した後、ゲート酸化膜７３，ゲート電極７
４をマスクに用いてシリコン基板７１の表面にイオンを
注入し、自己整合的にソース・ドレイン領域７５ａ，７
５ｂを形成する。

【００５９】次に全面に酸化膜７６を堆積した後、ソー
ス・ドレイン領域７５ｂ上の酸化膜７６をエッチングし
てコンタクトホールを開口する。次いでこのコンタクト
ホール内にキャパシタの下部電極となるニオブ添加チタ
ン酸ストロンチウム膜７７を形成し、続いて、このニオ
ブ添加チタン酸ストロンチウム膜７７上にキャパシタの
誘電体膜となるチタン酸ストロンチウム誘電体膜７８を
形成する。

【００６０】ニオブ添加チタン酸ストロンチウム膜７
７，チタン酸ストロンチウム誘電体膜７８は、先の実施
例と同様に有機金属気相成長法を用いて形成する。ここ
では、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム膜７７の膜厚
を１００ｎｍとし、チタン酸ストロンチウム誘電体膜７
８を１０ｎｍとし、また、ニオブ添加チタン酸ストロン
チウム膜７７中のニオブの含有量を１重量％とした。

【００６１】なお、このニオブの含有量は必ずしも１重
量％である必要はなく、要はニオブ添加チタン酸ストロ
ンチウム膜７７が下部電極として機能する程度に比抵抗
が低くなるように選べば良い。

【００６２】最後に、キャパシタの上部電極となる多結
晶シリコン膜７９を全面に堆積した後、フォトリソグラ
フィを用いて多結晶シリコン膜７９を上部電極状にパタ
ーニングしてＤＲＡＭのメモリセルが完成する。

【００６３】以上述べたように本実施例のメモリセルの
キャパシタは、下部電極としてニオブ添加チタン酸スト
ロンチウム膜７７と、ニオブ添加チタン酸ストロンチウ
ム膜７７上にエピタキシャル成長された誘電体膜として
のチタン酸ストロンチウム誘電体膜７８と、上部電極で
ある多結晶シリコン膜７９とで構成されている。ニオブ
添加チタン酸ストロンチウム膜７７とチタン酸ストロン
チウム誘電体膜７８とはニオブの添加の有無のみの違い
があるだけで、基本的には同一物質である。このため、
ニオブ添加チタン酸ストロンチウム膜７７とチタン酸ス
トロンチウム誘電体膜７８とが反応することがなく、ニ
オブ添加チタン酸ストロンチウム膜７７とチタン酸スト
ロンチウム誘電体膜７８との界面を急峻にすることがで
き、リーク電流が少なく、比誘電率が高いキャパシタが
得られる。実際に、比誘電率を調べたところ約２００と
酸化シリコンや酸化タンタルに比べて極めて大きいこと
が分かった。

【００６４】また、本発明者等は、上述したメモリセル
について、チタン酸ストロンチウム誘電体膜７８の膜厚
を５ｎｍまで薄くして作成してみたところ、チタン酸ス
トロンチウム誘電体膜７８の膜厚の減少に見合っただけ
の静電容量が得られることを確認した。

【００６５】したがって、本実施例によれば、従来の金
属からなる下部電極上に酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）や窒
化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等の誘電体膜を形成したキャ
パシタを用いたＤＲＡＭに比べて、高集積，大容量のＤ
ＲＡＭを容易に形成できるようになる。

【００６６】なお、従来より、酸化シリコン等に代わる
誘電率が高い誘電体として、酸化タンタル（Ｔａ
₂ Ｏ₅ ），チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃ ），
チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃ ），チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒｘＴｉｌ−ｘＯ３）等が検討さ
れている。これらの誘電体は単結晶化されると高い誘電
率を示す。しかし、従来法においては、これらの誘電体
の薄膜を金属電極或いはシリコン上に形成していたの
で、薄膜キャパシタの場合と同様に、誘電体薄膜が多結
晶化し、金属電極やシリコン近傍の誘電体薄膜が劣化す
る。このため、膜厚がある程度薄くなると、膜厚をそれ
以上薄くしても性能は向上せず、むしろ低下する傾向が
あり、ＤＲＡＭのキャパシタとして使用できる程の蓄積
容量が得られず、リーク電流が大きいとう問題があっ
た。

【００６７】図１１は、本発明の他の実施例に係るＤＲ
ＡＭのメモリセルの断面図である。本実施例のメモリセ
ルが先の実施例のそれと異なる点は、キャパシタにトレ
ンチ構造を採用したことにある。

【００６８】即ち、先の実施例と同様に、素子分離を行
なうための酸化膜８２が形成されたシリコン基板８１に
ゲート酸化膜８３，ゲート電極８４，ソース・ドレイン
領域８５ａ，８５ｂ，酸化膜８６を形成した後、ソース
・ドレイン領域８５ｂの酸化膜７６及びシリコン基板８
１をエッチングして溝を形成する。そして、この溝の内
壁をニオブ添加チタン酸ストロンチウム膜８７，チタン
酸ストロンチウム誘電体膜８８で順次被覆した後、上記
溝を多結晶シリコン膜８９で埋込み、この多結晶シリコ
ン膜８９を上部電極状にパターニングしてメモリセルが
完成する。

【００６９】以上述べた方法において、チタン酸ストロ
ンチウム誘電体膜８８の成膜は、先の実施例と同様に有
機金属気相成長法を用いて行なう。これによって、ニオ
ブ添加チタン酸ストロンチウム膜８７の表面にチタン酸
ストロンチウム誘電体膜８８をエピタキシャル成長でき
るのは勿論のこと、トレンチ構造のように複雑な形状で
あっても被覆性に優れたニオブ添加チタン酸ストロンチ
ウム膜８７，チタン酸ストロンチウム誘電体膜８８を形
成できる。

【００７０】以上述べた本実施例のメモリセルでも、先
の実施例と同様な効果が得られるのは勿論のこと、本実
施例ではトレンチ構造を採用しているので、先の実施例
に比べて、更に大きい静電容量が得られる。また、従来
の酸化シリコンや窒化シリコンを用いたトレンチ構造の
メモリセルに比べて、約５０倍大きいの蓄積容量が得ら
れることが分かった。このことは、キャパシタ部の面積
を更に小さくできることを示しており、先の実施異例よ
りも容易に更に集積度の高いＤＲＡＭを作成できるよう
になる。

【００７１】図１２は、本発明の他の実施例に係るＤＲ
ＡＭのメモリセルの断面図である。本実施例のメモリセ
ルが先の実施例のそれと異なる点は、キャパシタにスタ
ック構造を採用したことにある。

【００７２】即ち、まず、先の実施例と同様に、シリコ
ン基板９１に酸化膜９２，ゲート酸化膜９３，ゲート電
極９４，ソース・ドレイン領域９５ａ，９５ｂ，酸化膜
９６を形成し後、ソース・ドレイン領域９５ｂ上の酸化
膜９６をエッチングしてコンタクトホールを開口する。

【００７３】次に全面に下部電極となるニオブ添加チタ
ン酸ストロンチウム膜９７を堆積した後、このニオブ添
加チタン酸ストロンチウム膜９７をパターニングして、
酸化膜９２，９６に積み上がった下部電極を形成する。

【００７４】次に先の実施例と同様に有機金属気相成長
法を用いて、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム膜９７
上にチタン酸ストロンチウム誘電体膜９８をエピタキシ
ャル成長した後、所望の形状にパターニングする。最後
に、上部電極となる多結晶シリコン膜９９を全面に堆積
した後、これを上部電極状にパターニングしてメモリセ
ルが完成する。

【００７５】以上述べた本実施例のメモリセルでも、従
来の酸化シリコンや窒化シリコンを用いたトレンチ構造
のメモリセルに比より、約５０倍大きいの蓄積容量が得
られることが分かり、先の実施例のトレンチ構造のメモ
リセルと同様な効果が得られる。図１３は、本発明の他
の実施例に係る不揮発性メモリ装置のメモリセルの断面
図である。本実施例のメモリセルが先の実施例のそれと
異なる点は、誘電体膜としてチタン酸ジルコン酸鉛強誘
電体膜を用いたことにある。

【００７６】即ち、まず、先の実施例と同様に、シリコ
ン基板１０１に酸化膜１０２，ゲート酸化膜１０３，ゲ
ート電極１０４，ソース・ドレイン領域１０５ａ，１０
５ｂ，酸化膜１０６を形成し後、ソース・ドレイン領域
１０５ｂ上の酸化膜１０６をエッチングしてコンタクト
ホールを開口する。

【００７７】次にコンタクトホール内にキャパシタの下
部電極となる厚さ１００ｎｍのニオブ添加チタン酸スト
ロンチウム膜１０７を形成する。ニオブ添加チタン酸ス
トロンチウム膜１０７のニオブ添加量は１重量％とし
た。このニオブの含有量は必ずしも１重量％である必要
はなく、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム膜１０７が
下部電極として機能する程度に比抵抗が低くなるように
選べば良い。

【００７８】次にニオブ添加チタン酸ストロンチウム膜
１０７上にキャパシタの誘電体膜としての厚さが１００
ｎｍ，組成比（Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ））が０．５のチタ
ン酸ジルコン酸鉛強誘電体膜１０８を先の実施例と同様
に有機金属気相成長法を用いてエピタキシャル成長す
る。なお、本実施例ではジルコニウムの原料としてテト
ラターシャリーブトキシドジルコニウム（Ｚｒ（ｔ−Ｏ
Ｃ₄ Ｈ₉ ）₄ ）を用い、鉛の原料としてテトラエチル鉛
（Ｐｂ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₄ ）を用いた。最後に、上部電極と
なる多結晶シリコン膜１０９を全面に堆積した後、これ
をフォトリソグラフィを用いてパターニングしてメモリ
セルが完成する。

【００７９】以上述べたように本実施例のメモリセルの
キャパシタは、下部電極としてニオブ添加チタン酸スト
ロンチウム膜１０７上にチタン酸ジルコン酸鉛強誘電体
膜１０８をエピタキシャル成長した構造になっているの
で、先の実施例と同様な理由により、チタン酸ジルコン
酸鉛強誘電体膜１０８を薄膜化してもリーク電流が少な
く、比誘電率の大きいキャパシタが得られる。

【００８０】また、誘電体膜の材料であるチタン酸ジル
コン酸鉛は強誘電体であり、分極−電界ヒステリシス特
性を示す。残留分極は約４０μＣ／ｃｍ² ，抗電界は約
５０ｋＶ／ｃｍである。このため、本実施例のメモリセ
ルは信号である電荷を不揮発的に記憶することができ
る。本発明者等の調べによれば、チタン酸ジルコン酸鉛
強誘電体膜１０８の膜厚を１０ｎｍまで薄くしても、膜
厚が１００ｎｍの場合と同様に不揮発性の信号記憶がで
きることが分かった。また、信号の書き込み／読み込み
回数を１０¹⁵回繰り返しても、白金電極等に強誘電体膜
を形成した従来の不揮発性記憶装置のように、信号記憶
保持特性が劣化することはなかった。

【００８１】また、本発明者等は、図１１，図１２のメ
モリセルにおいて、チタン酸ストロンチウム誘電体膜８
８，９８の代わりに、強誘電体膜であるチタン酸ジルコ
ン酸鉛薄膜を用いたトレンチ構造及びスタック構造のメ
モリセルを作成したところ、本実施例と同様に、信号電
荷が不揮発的に保持できることを確認した。また、トレ
ンチ構造やスタック構造を採用した場合、実効的なキャ
パシタ面積を増大させることができ、信号を保持するた
めに必要な電荷を得るためのキャパシタ面積を小さくす
ることができ、図１０の平面構造の場合より更に集積度
を高くできることを確認した。

【００８２】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、キャリアガ
スとしてＡｒを用いたが、Ｎ₂ ，Ｈｅ等をキャリアガス
として用いることもできる。

【００８３】また、有機金属原料として、実施例で説明
したものの他にＳｒ，Ｔｉ，Ｐｂ，Ｎｂのアルコキシド
化合物や、アルキル化合物や、βケトン錯体化合物や、
アルキルアミン化合物等などを用いることができる。

【００８４】また、酸素原料として、Ｏ₂ 以外に、一酸
化二窒素（Ｎ₂ Ｏ），二酸化窒素（ＮＯ₂ ），一酸化窒
素（ＮＯ），オゾン（Ｏ₃ ），フラン（Ｃ₂ Ｈ₄ Ｏ），
テトラハイドロフラン（Ｃ₄ Ｈ₈ Ｏ）等を用いることが
できる。また、ＭＯＣＶＤ法以外に、スパッタ法，蒸着
法等の物理気相成長法を用いても良い。

【００８５】また、上記実施例では、強誘電体単結晶薄
膜としてＰＺＴ薄膜を形成する場合を説明したが、この
他にＢａＴｉＯ₃ 単結晶薄膜等を同様にペロブスカイト
結晶構造を有する基板上にエピタキシャル成長させて、
各種強誘電体素子を構成する場合にも本発明を適用する
ことができる。

【００８６】また、上記実施例では、電極材料としてニ
オブを含んだチタン酸ストロンチウムを用いたが、ニオ
ブ以外の不純物を用いても良いし、チタン酸ストロンチ
ウム以外の誘電体を用いても良い。要は誘電体に不純物
を含ませて導電性を持たせれば良い。

【００８７】また、ＤＲＡＭのメモリセルの実施例で
は、誘電体膜の材料としてチタン酸ストロンチウムを用
いたが、誘電率が高い他の誘電体を用いても良い。ま
た、下部電極の材料としてニオブ添加チタン酸ストロン
チウムを用いたが、下部電極として機能する程度の比抵
抗率が得られるのなら、ニオブ以外の不純物を用いても
良い。また、上部電極の材料として多結晶シリコンを用
いたが、その代わりにシリサイドや金属を用いても良
い。

【００８８】また、不揮発性メモリ装置の実施例では、
強誘電体膜の材料として組成比（Ｚｒ／（Ｔｉ＋Ｚ
ｒ））が０．５のチタン酸ジルコン酸鉛を用いたが、組
成比が０〜０．９５の範囲であれば同様な効果が得られ
ることを確認した。また、強誘電体膜としてチタン酸ジ
ルコン酸鉛を用いたが、その代わりに、ニオブ酸リチウ
ム系材料、ニオブ酸カリウム系材料、タンタル酸リチウ
ム系材料を用いても同様な効果が得られることを確認し
た。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ペ
ロブスカイト型結晶構造を有する基体を用いることによ
って強誘電体単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、高
性能の強誘電体薄膜素子を得ることができる。

【００９０】また、本発明によれば、導電性物質を含む
誘電体からなる第１の電極を用いることによって誘電体
膜をエピタキシャル成長させ、高性能の誘電体薄膜素子
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＰＺＴ結晶の組成比と格子定数の関係を示す
図。

【図２】本発明の一実施例に用いた有機金属気相成長装
置を示す図。

【図３】実施例により得られたＰＺＴ薄膜基板を示す
図。

【図４】薄膜キャパシタに適用した実施例を示す図。

【図５】光導波路に適用した実施例を示す図。

【図６】トランスデューサに適用した実施例を示す図。

【図７】本発明の他の実施例に係る薄膜キャパシタの素
子断面図。

【図８】有機金属気相成長装置の概略構成を示す模式
図。

【図９】本発明の他の実施例に係る薄膜キャパシタの素
子断面図。

【図１０】本発明の他の実施例に係るＤＲＡＭのメモリ
セルの断面図。

【図１１】本発明の他の実施例に係るＤＲＡＭのメモリ
セルの断面図。

【図１２】本発明の他の実施例に係るＤＲＡＭのメモリ
セルの断面図。

【図１３】本発明の他の実施例に係る不揮発性メモリ装
置のメモリセルの断面図。

【符号の説明】

１１…ＳｒＴｉＯ₃ 単結晶基体、１２…ＰＺＴ単結晶薄
膜、２１…単結晶Ｓｉ基板、２２…ｎ型層、２３…Ｓｒ
ＴｉＯ₃ 単結晶薄膜、２４…ＰＺＴ単結晶薄膜、２５…
電極、３１…ＳｒＴｉＯ₃ 単結晶基体、３２…ＰＺＴ単
結晶薄膜、４１…第１の電極、４２…ＰＺＴ単結晶薄
膜、４３…第２の電極、５１…ニオブ添加チタン酸スト
ロンチウム基板、５２…チタン酸ストロンチウム薄膜、
５３…白金電極、６１…チタン酸ストロンチウム基板、
６２…ニオブ添加チタン酸ストロンチウム薄膜、６３…
チタン酸ストロンチウム誘電体層、６４…白金電極、７
１…シリコン基板、７２…酸化膜、７３…ゲート酸化
膜、７４…ゲート電極、７５ａ，７５ｂ…ソース・ドレ
イン領域、７６…酸化膜、７７…ニオブ添加チタン酸ス
トロンチウム膜、７８…チタン酸ストロンチウム誘電体
膜、７９…多結晶シリコン膜、８１…シリコン基板、８
２…酸化膜、８３…ゲート酸化膜、８４…ゲート電極、
８５ａ，８５ｂ…ソース・ドレイン領域、８６…酸化
膜、８７…ニオブ添加チタン酸ストロンチウム膜、８８
…チタン酸ストロンチウム誘電体膜、８９…多結晶シリ
コン膜、９１…シリコン基板、９２…酸化膜、９３…ゲ
ート酸化膜、９４…ゲート電極、９５ａ，９５ｂ…ソー
ス・ドレイン領域、９６…酸化膜、９７…ニオブ添加チ
タン酸ストロンチウム膜、９８…チタン酸ストロンチウ
ム誘電体膜、９９…多結晶シリコン膜、１０１…シリコ
ン基板、１０２…酸化膜、１０３…ゲート酸化膜、１０
４…ゲート電極、１０５ａ，１０５ｂ…ソース・ドレイ
ン領域、１０６…酸化膜、１０７…ニオブ添加チタン酸
ストロンチウム膜、１０８…チタン酸ジルコン酸鉛強誘
電体膜、１０９…多結晶シリコン膜。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不純物を含む誘電体からなる第１の電極
   と、 この第１の電極の表面に設けられた誘電体膜と、 この誘電体膜の表面に設けられた第２の電極とを具備し
   てなることを特徴とする誘電体を用いた素子。
2. 【請求項２】基板上に形成されたトランジスタと、 このトランジスタのソース・ドレインの一方に接続され
   た不純物を含む誘電体からなる第１の電極と、 この第１の電極の表面に設けられた誘電体膜と、 この誘電体膜の表面に設けられた第２の電極とを具備し
   てなることを特徴とする誘電体を用いた素子。
3. 【請求項３】前記第１の電極は、ニオブを含むチタン酸
   ストロンチウムからなることを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載の誘電体を用いた素子。
4. 【請求項４】ペロブスカイト型結晶構造を有する基板
   と、 この基板上にエピタキシャル成長された酸化物強誘電体
   単結晶薄膜からなる光導波路とを具備してなることを特
   徴とする誘電体を用いた素子。