JPH0689986A - 電子デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高誘電率の絶縁体層を有する電子デバイスを
提供する。 【構成】 下部電極２１と、下部電極２１上に設けら
れ、チタン酸鉛からなる絶縁体層２２と、ペロブスカイ
ト型の結晶構造を有し、絶縁体層２２上に設けられるチ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）層２３と、ＰＺＴ層２３
上に設けられる上部電極２４とを備えるキャパシタ構造
を有する電子デバイス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャパシタ構造を有す
る電子デバイスおよびその製造方法に関し、特に、キャ
パシタ構造における誘電体としてチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）またはチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬ
ＺＴ）のような強誘電性セラミックスを用いた、ＤＲＡ
Ｍおよび不揮発性ＲＡＭ等の半導体装置、圧電素子、焦
電素子ならびに電気光学素子等の電子デバイスならびに
それらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰｂＴｉＯ₃ 、ＰＺＴおよびＰＬＺＴの
ような強誘電性セラミックスは、圧電素子、焦電素子お
よび電気光学素子等に利用される。これらの用途は、振
動子、フィルタおよび赤外線センサ等、多岐にわたって
いる。

【０００３】また最近、強誘電性セラミックスは、ＤＲ
ＡＭおよび不揮発性ＲＡＭのキャパシタを形成するため
の誘電材料として注目されてきている。すなわち、これ
らのセラミックスは、その強誘電性を利用して一旦電圧
を印加すると以降電圧を取除いてもデータを保持できる
ことから、不揮発性の半導体記憶装置へ適用される。さ
らに、比誘電率が非常に高い強誘電性セラミックスは、
集積度が高く電極面積が小さいキャパシタにおいても大
容量の電荷を蓄積できることから、これらの材料は将来
の高密度半導体記憶装置のメモリセルへの適用が期待で
きる。

【０００４】図８に、スタックトタイプキャパシタの誘
電体として強誘電性セラミックスを用いた従来のＤＲＡ
Ｍを示す。図に示されるＤＲＡＭにおいて、シリコン半
導体基板１３１の主表面上において所定の領域には、素
子分離のための分離酸化膜１３２が形成される。分離酸
化膜１３２の下方にはチャネルストッパ層１３３が形成
され、分離酸化膜１３２によって囲まれた領域には、チ
ャネル領域１３６を挟むように所定の間隔を隔ててソー
ス／ドレイン領域１３４および１３５が形成される。

【０００５】チャネル領域１３６上にはゲート絶縁膜１
３７を介してゲート電極１３８が形成され、ゲート電極
１３８を覆うように絶縁膜１３９が形成される。また、
絶縁膜１３９の表面上に沿って延びるように、ソース／
ドレイン領域１３４に電気的に接続される埋込みビット
線１４０が形成される。ソース／ドレイン領域１３５上
にはコンタクトホール１４１ａを有する層間絶縁膜１４
１が形成される。また、コンタクトホール１４１ａ内に
ソース／ドレイン領域１３５に電気的に接続するよう、
ポリシリコン等からなる配線層１４２が形成される。

【０００６】配線層１４２上および層間絶縁膜１４１上
に延びるように白金層１４３が形成され、白金層１４３
上には、ＰＺＴまたはＰＬＺＴなどの強誘電体膜１４４
が形成される。強誘電体膜１４４上には白金などからな
るキャパシタ上部電極１４５が形成され、キャパシタ上
部電極１４５上にはコンタクトホール１４６ａを有する
層間絶縁膜１４６が形成される。キャパシタ上部電極１
４５には、層間絶縁膜１４６上に沿って延びるように形
成された配線層１４７が電気的に接続されている。この
ような構造において、配線層１４２と白金層１４３とに
よってキャパシタ下部電極が構成されている。

【０００７】強誘電性セラミックスの上述したような電
子デバイスへの応用にあたって、その薄膜を形成する技
術が必要不可欠である。従来、これらの薄膜を形成する
ため、スパッタ法が用いられてきたが、この方法は、低
い堆積速度、表面欠陥の生成、および膜における化学量
論的な制御の困難性というような欠点を有していた。

【０００８】一方、特開昭５９−４２３９２には、液相
において鉛を含む強誘電性セラミックスの前駆体を形成
する方法が開示されている。この方法では、Ｐｂのソー
ス原料として一般式Ｐｂ（ＯＣＯＲ）₂ で示される化合
物が用いられ、ジルコニウムおよびチタンのソース原料
として、ジルコニウムアルコキシドおよびチタンアルコ
キシドがそれぞれ用いられる。これらのソース原料が加
熱とともに混合されると、セラミックスの前駆体が形成
される。前駆体の有機溶媒溶液を基板に塗布した後、加
熱処理することによってセラミックスの薄膜を形成する
ことができる。

【０００９】また、特開平２−６３３５には、ＰＺＴの
薄膜をゾルゲル法を用いて形成する方法が開示されてい
る。この方法において、鉛アルコキシドまたは酢酸鉛、
ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド、エタ
ノールアミンならびにアルコールから本質的になる混合
物が基板上に塗布され、かつゲル化のために乾燥され
る。ゲル化された混合物を焼成することによって、基板
上にＰＺＴの薄膜が形成される。

【００１０】これらの液相法は、操作が簡単な上に、膜
の化学量論的制御を可能にする。加えて、基板に塗布す
る混合物の濃度および／または混合物の塗布回数を変え
ることによって、膜厚を変更することができる。しかし
ながら、これらの方法で、比較的薄い膜（たとえば２０
００Å以下の厚み）を形成することは困難である。さら
に、これらの方法は必ずしも良好な段差被覆を与えるこ
とができず、かつ、しばしば堆積層に粗い表面をもたら
す。

【００１１】ＣＶＤ（化学蒸着）は、上述したような欠
点を解消するために有望である。たとえば、ソース原料
として有機金属化合物を用いたＭＯＣＶＤ法によるＰｂ
ＴｉＯ₃ 薄膜の合成が報告されている（日本セラミック
ス協会学術論文誌９６［６］６８７−９３（１９８
８））。この方法において、Ｐｂのソース原料にはテト
ラエチル鉛（以下ＰｂＥｔと略記）が用いられ、かつＴ
ｉのソース原料にはイソプロポキシチタン（以下ｉ−Ｐ
ＯＴと略記）が用いられた。また、誘電体薄膜を析出さ
せるための基板として、鏡面研磨したＳｉ（１００）、
サファイア（０００１）およびＭｇＯ（１００）の単結
晶が用いられた。図９は、報告されたＣＶＤ装置の模式
図である。バブラー９１および９２にそれぞれ収容され
たｉ−ＰＯＴおよびＰｂＥｔは、リボンヒータ９３ａで
加熱された配管９３ｂを通じて、Ｎ₂キャリアガスによ
って反応室９７に導かれた。反応室９７は、ロータリポ
ンプ９６によって排気することができた。原料混合ガス
は、ノズル９８から、ヒータ９５によって加熱された基
板９４上に吹付けられた。基板の温度５００℃〜６００
℃において、ＰｂＴｉＯ₃ 膜が得られた。

【００１２】また、上記方法と同様にＭＯＣＶＤ法を用
いるＰＺＴ薄膜の形成が報告された（Japanese Journal
of Applied Physics Vol.29,No.4,April,1990,pp.718-
722）。この方法では、上述したＰｂおよびＴｉのソー
ス原料の他に、ジルコニウムのソース原料として、ジル
コニウムテトライソプロポキシド（以下ＰＯＺと略記）
または、ジルコニウムテトラジピバロイルメタン（以下
Ｚｒ（ＤＰＭ）₄ と略記）が用いられた。ソース原料系
として、ＰｂＥｔ−ＰＯＺ−ＰＯＴおよびＰｂＥｔ−Ｚ
ｒ（ＤＰＭ）₄ −ＰＯＴの２つの系が試験された。ま
た、ＰＺＴ薄膜を形成するための基板として、鏡面研磨
されたＳｉ（１００）およびＭｇＯ（１００）の単結晶
が用いられた。それぞれの系において、３つのソース原
料は、４０〜１００ｍｌ／ｍｉｎの速度のキャリアガス
によって運ばれかつ混合された。原料混合ガスが５００
℃ないし６５０℃に加熱された基板上に運ばれた結果、
ＰＺＴ薄膜が１００ないし１０００Å／ｍｉｎの堆積速
度で基板上に生成された。

【００１３】また、上記方法と異なる原料を用いてＣＶ
Ｄ法によりＰＺＴ薄膜を合成する方法が報告されている
（日本セラミックス協会学術論文誌９９［３］２４８−
２５０（１９９１））。この報告では、Ｐｂのソース原
料として、ジピバロイルメタナト鉛（Ｐｂ（ＤＰ
Ｍ）₂ ）、Ｔｉのソース原料としてテトライソプロポキ
シチタン（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ₃ Ｈ₇ ）₄ ）、Ｚｒのソー
ス原料として四第３ブトキシジルコニウム（Ｚｒ（Ｏ−
ｔ−Ｃ₄ Ｈ₉ ）₄ ）が用いられた。また、ＰＺＴ薄膜を
堆積させるための基板としてＭｇＯ（１００）単結晶が
用いられた。ソース原料を気化するための温度として、
Ｐｂについては１６５℃、Ｚｒについては５０℃、Ｔｉ
については４２℃が用いられた。Ｐｂのソース原料は、
１８０ｍｌ／ｍｉｎの速度のＮ₂ キャリアガスによって
運ばれ、ＺｒおよびＴｉのソース原料は、それぞれ４０
ｍｌ／ｍｉｎの速度のＮ₂ キャリアガスによって運ばれ
た。ソース原料の蒸気は、４０ｍｌ／ｍｉｎの速度で供
給されるＯ₂ と混合され、ガス混合物はＣＶＤ反応器に
導入された。ＣＶＤ反応器内において、２０Ｔｏｒｒの
気圧の下７００℃に加熱されたＭｇＯ単結晶基板上に、
ＰＺＴ薄膜が形成された。

【００１４】上述したＭＯＣＶＤ法は、相対的に薄く、
平滑な表面を有する強誘電性セラミックスの膜を、より
高い堆積速度で形成することができ、かつ、膜の化学量
論的組成を制御することができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述した方法では、Ｍ
ｇＯ（１００）やサファイヤ（０００１）のような単結
晶基板上でエピタキシャル成長が行なわれている。この
ようなエピタキシャル成長を行なえば、基板上に結晶性
の優れた高い比誘電率を示すセラミックス薄膜を形成す
ることができる。

【００１６】しかしながら、電子デバイスの製造におい
てセラミックス薄膜を形成するためこのような単結晶材
料を用いることは実用化の上で困難である。通常、ＰＺ
ＴやＰＬＺＴを電子デバイスに応用しようとする場合、
キャパシタ構造において用いられる電極には、白金等、
比較的高い融点を有する貴金属が用いられる。この貴金
属からなる電極は、通常、多結晶体である。

【００１７】このような多結晶の電極上に、上述した方
法をそのまま用いて、強誘電性セラミックスの層を形成
させた場合、結晶性の良好な層を得ることは困難であ
る。ＰＺＴおよびＰＬＺＴは、ペロブスカイト型の結晶
構造を有する材料であり、その結晶性によって電気的特
性、特に比誘電率は大きく異なってくる。上述した方法
において、白金等の多結晶体上に直接形成されたＰＺＴ
およびＰＬＺＴの膜は、結晶性が悪く、その誘電率は低
いものであった。さらに、ＣＶＤ法を用いた場合、結晶
粒径が大きく成長し過ぎ、表面のモフォロジーを悪くす
るので、いかにして結晶粒径を均一かつ微細にするかが
問題であった。

【００１８】また、ＰＺＴにおいてＴｉよりもＺｒを多
く含むものは、リーク電流を抑制することができるた
め、特にＤＲＡＭのキャパシタ絶縁膜に適した材料であ
るといえる。このようなＺｒリッチな材料を形成するた
め、上記ＣＶＤ法においてジルコニウムソースを多く供
給するような条件下で、白金等の上にＰＺＴ膜を形成し
ようとすると、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）が析出し
やすくなる。このような条件下では、均一なペロブスカ
イト結晶相のＰＺＴは得られず、満足のいく高い誘電率
を有するＰＺＴ膜を得ることができない。

【００１９】一方、結晶性の良好なＰＺＴは、その比誘
電率が１０００以上であり、現在半導体記憶装置によく
用いられている二酸化硅素（比誘電率３．８）、窒化硅
素（比誘電率７．４）と比べてはるかに高い比誘電率を
有している。このため、ＰＺＴは、集積度の高い半導体
記憶装置、特にＤＲＡＭのキャパシタ誘電材料として期
待されている。

【００２０】しかしながら、図４に示すような構造の半
導体装置において、１対の電極間にＰＺＴを挟んだ構造
を有するキャパシタは、リーク電流密度が実用レベルよ
りも大きくなる傾向があった。このことは、装置の消費
電力を大きくするため、ＰＺＴのデバイス適用への障害
となっていた。

【００２１】本発明の目的は、ＰＺＴまたはＰＬＺＴを
誘電体として用いたキャパシタ構造を有する電子デバイ
スについて、結晶性の優れた比誘電率の高いＰＺＴまた
はＰＬＺＴ層を有する電子デバイスおよびその製造方法
を提供することにある。

【００２２】本発明のさらなる目的は、ＰＺＴまたはＰ
ＬＺＴを誘電体として用いたキャパシタ構造を有する電
子デバイスについて、電流のリークがさらに抑制される
電子デバイスおよびその製造方法を提供することにあ
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】第１の発明に従って、キ
ャパシタ構造を有する電子デバイスは、１対の電極と、
１対の電極の間に設けられ、かつチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬ
ＺＴ）の少なくともいずれかからなる主絶縁体層と、主
絶縁体層に接し、かつ主絶縁体層と１対の電極の一方と
の間に介在する副絶縁体層とを備える。第１の発明にお
いて、上記副絶縁体層は、チタン酸鉛（ＰｂＴｉ
Ｏ₃ ）、チタン酸ランタン鉛（Ｐｂ_X Ｌａ_1-X ＴｉＯ₃
（０＜ｘ＜１））、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ₃ ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ ₃ ）およ
びチタン酸バリウムストロンチウム（Ｂａ_Y Ｓｒ_1-Y Ｔ
ｉＯ₃ （０＜Ｙ＜１））からなる群から選択される少な
くとも１つのチタン酸塩からなり、主絶縁体層はペロブ
スカイト型の結晶構造を有する。

【００２４】第１の発明において副絶縁体層は、ＰＺＴ
およびＰＬＺＴよりも電極材料上にペロブスカイト型の
結晶構造を形成しやすいチタン酸塩からなる。副絶縁体
層は、通常電極上において、ペロブスカイト型の結晶構
造を保持する。本発明において、チタン酸塩には、チタ
ン酸鉛、チタン酸ランタン鉛、チタン酸バリウム、チタ
ン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム
またはそれらの組合せが用いられる。キャパシタ構造を
有する電子デバイスにおいて、リーク電流の抑制の観点
から、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムまた
はチタン酸バリウムストロンチウムがより好ましい。

【００２５】第１の発明において、副絶縁体層の厚み
は、たとえば１００〜５００Å好ましくは２００〜３０
０Åとすることができる。

【００２６】第２の発明に従って、キャパシタ構造を有
する電子デバイスは、１対の電極と、１対の電極の間に
設けられ、かつチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）および
チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）の少なくと
もいずれかからなる主絶縁体層と、主絶縁体層に接し、
かつ主絶縁体層と１対の電極の一方との間に介在する副
絶縁体層とを備え、副絶縁体層は、ジルコン酸鉛（Ｐｂ
ＺｒＯ₃ ）およびジルコン酸ランタン鉛（Ｐｂ_Z Ｌａ
_1-Z ＺｒＯ₃ （０＜Ｚ＜１））からなる群から選択され
る少なくとも１つのジルコン酸塩からなり、かつ主絶縁
体層はペロブスカイト型の結晶構造を有する。

【００２７】第２の発明において副絶縁体層は、ＰＺＴ
およびＰＬＺＴよりも電極材料上にペロブスカイト型の
結晶構造を形成しやすいジルコン酸塩からなる。第２の
発明において、副絶縁体層は通常、電極上においてペロ
ブスカイト型の結晶構造を保持する。ジルコン酸鉛、ジ
ルコン酸ランタン鉛またはそれらの組合せが用いられ
る。

【００２８】第２の発明において、副絶縁体層の厚み
は、たとえば１００〜５００Å、好ましくは２００〜３
００Åとすることができる。

【００２９】第１および第２の発明において、１対の電
極の一方（たとえば下部電極）を形成する金属として、
たとえば、白金、金、パラジウム、ルテニウムおよびロ
ジウムなどの貴金属を好ましく用いることができる。

【００３０】第１および第２の発明において、１対の電
極の他方（たとえば上部電極）は、白金、窒化チタン、
アルミニウム、タングステン、またはそれらの組合せな
どから形成することができる。

【００３１】第１および第２の発明において、ＰＺＴま
たはＰＬＺＴからなる絶縁体層は、ペロブスカイト型の
結晶構造を有している。このような絶縁体層は、通常、
ＰＺＴまたはＰＬＺＴの多結晶から主として構成され
る。このような多結晶構造を有する絶縁体層において、
結晶の平均粒径は１０００Å（０．１μｍ）以下が好ま
しい。ＰＺＴまたはＰＬＺＴからなる絶縁体層の厚み
は、たとえば１０００〜２０００Å、好ましくは１５０
０Å程度とすることができる。

【００３２】第３の発明に従って、キャパシタ構造を有
する電子デバイスは、１対の電極と、１対の電極の間に
設けられ、かつチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）および
チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）の少なくと
もいずれかからなる主絶縁体層と、主絶縁体層と１対の
電極の少なくともいずれかとの間に設けられ、Ｐｂ、Ｌ
ａ、ＺｒおよびＴｉからなる群から選択される少なくと
もいずれかの金属の酸化物からなる副絶縁体層とを備え
る。

【００３３】第３の発明に従う副絶縁体層は、Ｐｂの酸
化物、Ｌａの酸化物、Ｚｒの酸化物、Ｔｉの酸化物また
はそれらの組合せから形成することができる。ジルコニ
ウム酸化物層は、高い抵抗率を有する点からより好まし
い。

【００３４】第１および第２の発明に従う電子デバイス
は、第３の発明に従う副絶縁体層を備えてもよい。この
場合、たとえば、主絶縁体層と電極との間にジルコニウ
ム酸化物等からなる副絶縁体層を設けることができる。
第３の発明に従う副絶縁体層は、主絶縁体層と電極との
間において抵抗率を高め、リーク電流を抑制するように
働く。

【００３５】なお、本明細書において、主絶縁体層は、
キャパシタ構造において絶縁体として主要な特性をもた
らす絶縁体層を指し、副絶縁体層は主絶縁体層を補助
し、主絶縁体層とともに絶縁体としての特性に寄与する
層を指す。

【００３６】第４の発明に従って、キャパシタ構造を有
する電子デバイスの製造方法は、キャパシタ構造のため
の対向する１対の電極の一方を構成し、金属からなる電
極層を準備するステップと、電極層上にチタン酸鉛、チ
タン酸ランタン鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロ
ンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコン
酸鉛およびジルコン酸ランタン鉛からなる群から選択さ
れる少なくとも１つの化合物からなる第１の絶縁体層を
形成するステップと、第１の絶縁体層上にＰＺＴおよび
ＰＬＺＴの少なくともいずれかからなる第２の絶縁体層
を形成するステップと、１対の電極の他方を構成する電
極層を形成するステップとを備える。

【００３７】第４の発明において、チタン酸鉛、チタン
酸ランタン鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチ
ウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコン酸
鉛、ジルコン酸ランタン鉛またはそれらの組合せからな
る第１の絶縁体層は、ゾルゲル法等の液相法、スパッタ
リング等のＰＶＤまたはＭＯＣＶＤ等のＣＶＤにより形
成することができる。第１の絶縁体層は、これらの方法
により、たとえば１００〜５００Å好ましくは２００〜
３００Åの厚みで形成することができる。

【００３８】同様に、ＰＺＴまたはＰＬＺＴからなる第
２の絶縁体層は、ゾルゲル法等の液相法、スパッタリン
グ等のＰＶＤまたはＭＯＣＶＤ等のＣＶＤにより形成す
ることができる。第２の絶縁体層は、これらの方法によ
り、たとえば１０００〜２０００Å好ましくは１５００
Å程度の厚みで形成することができる。

【００３９】第４の発明において、１対の電極の一方
（たとえば下部電極）を構成する金属として、白金、
金、パラジウム、ルテニウム、ロジウムまたはそれらの
組合せなどの比較的高い融点を有する貴金属を好ましく
用いることができ、１対の電極の他方（たとえば上部電
極）は、白金、窒化チタン、アルミニウム、タングステ
ン、またはそれらの組合せなどから形成することができ
る。

【００４０】第５の発明に従って、キャパシタ構造を有
する電子デバイスの製造方法は、キャパシタ構造のため
の対向する１対の電極の一方を構成し、金属からなる電
極層を準備するステップと、電極層の上または上方にＰ
ＺＴおよびＰＬＺＴの少なくともいずれかからなる第３
の絶縁体を形成するステップと、第３の絶縁体層上に、
Ｐｂ、Ｌａ、ＺｒおよびＴｉからなる群から選択される
少なくともいずれかの金属の酸化物からなる第４の絶縁
体層を形成するステップと、第４の絶縁体層上に、１対
の電極の他方を構成する電極層を形成するステップとを
備える。

【００４１】第５の発明において、ＰＺＴまたはＰＬＺ
Ｔからなる第３の絶縁体層は、ゾルゲル法等の液相法、
スパッタリング等のＰＶＤまたはＭＯＣＶＤ等のＣＶＤ
により形成することができる。これらの方法により、第
３の絶縁体層は、たとえば１０００Å〜２０００Å好ま
しくは１５００Å程度の厚みで形成することができる。

【００４２】第５の発明において、第４の絶縁体層は、
Ｐｂ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｔｉ酸化物およ
びそれらの組合せから形成することができる。これらの
酸化物からなる層は、ゾルゲル法等の液相法、スパッタ
リング等のＰＶＤまたはＭＯＣＶＤ等のＣＶＤにより形
成することができる。

【００４３】第５の発明において、１対の電極の一方
（たとえば下部電極）は、白金、金、パラジウム、ルテ
ニウム、またはロジウムなどの比較的高い融点を有する
貴金属から好ましく形成することができ、１対の電極の
他方（たとえば上部電極）は、白金、窒化チタン、アル
ミニウム、タングステンまたはそれらの組合せなどから
形成することができる。

【００４４】第４および第５の発明において、絶縁体層
を形成するためＣＶＤを好ましく用いることができる。
このＣＶＤにおいて、Ｐｂのソース原料として、Ｐｂの
β−ジケトン錯体を好ましく用いることができる。Ｐｂ
のβ−ジケトン錯体は、以下の構造式で示すことができ
る。

【００４５】

【化１】

【００４６】Ｐｂのβ−ジケトン錯体は、毒性が低いた
め、その取扱いに伴う危険性は低い。Ｐｂのβ−ジケト
ン錯体は、従来のソース原料と比べて相対的に低い融点
を有するため、その気化を相対的に低温で容易に行なう
ことができる。ＣＶＤにおいて、気化されたＰｂのβ−
ジケトン錯体は、ほとんど分解されることなく、基板上
に到達させることができる。このような点から、Ｐｂの
β−ジケトン錯体は工業上実用的である。

【００４７】Ｐｂのβ−ジケトン錯体の好ましい例とし
て、アセチルアセトナト鉛（上式中Ｒ₁ ＝ＣＨ₃ 、Ｒ₂
＝ＣＨ₃ ）、ジピバロイルメタナト鉛（上式中Ｒ₁ ＝Ｃ
（ＣＨ₃ ）₃ 、Ｒ₂ ＝Ｃ（ＣＨ₃ ）₃ ）、ヘプタフルオ
ロブタノイルビバロイルメタナト鉛（上式中Ｒ₁ ＝Ｃ₃
Ｆ₇ 、Ｒ₂ ＝Ｃ（ＣＨ₃ ）₃ ）およびヘキサフルオロア
セチルアセトナト鉛等を挙げることができる。さらに、
ＣＶＤプロセスの低温化を図るため、より低い融点を有
するトリメチルヘプタンジオナト鉛（ＴＭＨＰＤ）（上
式中Ｒ₁ ＝ＣＨ（ＣＨ₃ ）₂ 、Ｒ₂ ＝Ｃ（ＣＨ₃ ）
₃ （融点７７℃））を用いることもできる。

【００４８】これらのＰｂソース原料は、加熱溶融され
たものの中にキャリアガスを吹込むことによってＣＶＤ
のための環境にその蒸気が輸送されてもよいし、固体を
加熱により昇華させてキャリアガスでその蒸気をＣＶＤ
の環境に輸送することもできる。これらの場合におい
て、キャリアガスには通常窒素ガスが用いられる。ＣＶ
Ｄプロセスの低温化の点からは、固体を昇華させる方が
より低い加熱温度で済むため好ましい。たとえば、Ｐｂ
のソース原料としてジピバロイルメタナト鉛を用いる場
合、原料を溶融させてキャリアガスを吹込むには１６５
℃程度の加熱が必要である一方、固体を昇華させるには
１２０℃〜１４０℃、好ましくは１３５℃での加熱でよ
い。

【００４９】Ｚｒソース原料として、２５℃、１ａｔｍ
で液体のジルコニウムアルコキシド（Ｚｒ（ＯＲ）₄ ）
を好ましく用いることができる。ジルコニウムアルコキ
シドは、たとえば、ジルコニウムメトキシド、ジルコニ
ウムエトキシド、ジルコニウムプロポキシドおよびジル
コニウムブトキシドからなる群から選択することができ
る。ジルコニウムアルコキシドの特に好ましい例とし
て、四第３ブトキシジルコニウムを挙げることができ
る。

【００５０】Ｔｉソース原料として、２５℃、１ａｔｍ
で液体のチタンアルコキシド（Ｔｉ（ＯＲ′）₄ ）を好
ましく用いることができる。チタンアルコキシドは、た
とえば、チタンメトキシド、チタンエトキシド、チタン
プロポキシドおよびチタンブトキシドからなる群から選
択することができる。特に好ましいチタンアルコキシド
として、テトライソプロポキシチタンを挙げることがで
きる。

【００５１】Ｌａソース原料として、Ｌａのβ−ジケト
ン錯体を好ましく用いることができる。特に好ましいＬ
ａのβ−ジケトン錯体として、たとえばトリジピバロイ
ルメタナトランタン（Ｌａ（ＤＰＭ）₃ ）を挙げること
ができる。

【００５２】加えて、ソース原料の酸化剤として、酸素
およびオゾンの少なくともいずれかを用いることができ
る。

【００５３】第４および第５の発明において、ＰＺＴま
たはＰＬＺＴからなる誘電体層は、上述した原料を用い
て熱ＣＶＤにより好ましく形成することができる。この
熱ＣＶＤにおいて、基板は、たとえば６００〜７００℃
に加熱される。

【００５４】

【作用】第１の発明に従う電子デバイスにおいて、ＰＺ
ＴまたはＰＬＺＴからなる主絶縁体層は、チタン酸鉛、
チタン酸ランタン鉛、チタン酸バリウム、チタン酸スト
ロンチウムおよびチタン酸バリウムストロンチウムから
なる群から選択される少なくとも１つのチタン酸塩から
なる副絶縁体層を介して電極上に設けられる。これらの
チタン酸塩は、ＰＺＴやＰＬＺＴよりも電極を形成する
材料上でペロブスカイト型の結晶構造を容易に形成し、
かつ保持しやすい。

【００５５】本発明では、これらのチタン酸塩からなる
副絶縁体層を介してＰＺＴまたはＰＬＺＴを電極上に設
けることでペロブスカイト型の結晶構造を有し、高い比
誘電率を示す主絶縁体層を形成することができた。ＰＺ
ＴまたはＰＬＺＴは、これらのチタン酸塩からなる副絶
縁体層上において、微細かつ均一な結晶粒径でペロブス
カイト型の結晶構造を呈することができた。さらに、副
絶縁体層は、リーク電流を抑制するという作用効果を奏
する。

【００５６】第２の発明に従う電子デバイスにおいて
も、同様に、ジルコン酸鉛およびジルコン酸ランタン鉛
からなる群から選択される少なくとも１つのジルコン酸
塩は、ＰＺＴやＰＬＺＴよりも電極を形成する材料上で
ペロブスカイト型の結晶構造を形成しかつ保持しやす
い。本発明では、これらのジルコン酸塩からなる副絶縁
体層を介してＰＺＴまたはＰＬＺＴを電極上に設けるこ
とで、ペロブスカイト型の結晶構造を有し、高い誘電率
を示す主絶縁体層を形成することができた。さらに、副
絶縁体層は、リーク電流を抑制するという作用効果を奏
する。

【００５７】第４の発明に従う製造方法では、まず、金
属からなる電極層上に、チタン酸鉛、チタン酸ランタン
鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタ
ン酸バリウムストロンチウム、ジルコン酸鉛およびジル
コン酸ランタン鉛からなる群から選択される少なくとも
１つの化合物からなる第１の絶縁体層を形成する。第１
の絶縁体層は、電極上にＰＺＴおよびＰＬＺＴよりも容
易にペロブスカイト型結晶構造を形成する。第１の絶縁
体層上に、ＰＺＴまたはＰＬＺＴを堆積すれば、第１の
層中の結晶を核としてＰＺＴまたはＰＬＺＴの結晶を成
長させることができる。このようにして形成された第２
の絶縁体層は、微細かつ均一な結晶粒径で、ペロブスカ
イト型の結晶構造を有することができる。通常、ＰＺＴ
またはＰＬＺＴは、多結晶体とすることができ、高い誘
電率を有するようになる。

【００５８】従来、白金等の金属上に直接ＣＶＤ等によ
りＰＺＴまたはＰＬＺＴを形成しても、結晶性のよい絶
縁体層を形成することができなかった。これに対し、本
発明では、電極材料上にペロブスカイト型の結晶を容易
に形成することができるチタン酸塩やジルコン酸塩から
なる絶縁体層を形成することで、その上に、優れた結晶
性を有し、かつ高い誘電率を有するＰＺＴまたはＰＬＺ
Ｔ層を得ることができるようになった。

【００５９】また、第４の発明において、第１の絶縁体
層は、第２の絶縁体層の形成で用いるのと同じ原料から
形成することができる。たとえば、第１の層としてチタ
ン酸鉛を形成したい場合、ＣＶＤにおいて第２の層の形
成に必要なＰｂソース原料とＴｉソース原料を使用し、
これらの原料を第２の層の形成に際して行なうＣＶＤと
同様にして酸素またはオゾン等により酸化かつ分解し、
基板上にチタン酸鉛を蒸着させることができる。

【００６０】このように、第１の層の形成と第２の層の
形成は、原料を共用することができ、しかも同じ装置に
おいて行なうことができる。したがって、第４の発明に
従うプロセスにおいて、第１の層の形成ステップと第２
の層の形成ステップは、連続的かつ容易に行なうことが
できる。

【００６１】また、第４の発明は、上述したように結晶
性の優れた絶縁体層を形成することから、特に、Ｚｒを
多く含むＰＺＴまたはＰＬＺＴを形成するため適用でき
る。この方法に従ってジルコニウムを多く含むよう形成
された絶縁体層は、チタンを多く含む絶縁体層に比べて
リーク電流が少なく、特にＤＲＡＭのキャパシタ絶縁膜
に適している。

【００６２】第３の発明に従う電子デバイスは、ＰＺＴ
またはＰＬＺＴからなる主絶縁体層と電極との間に、Ｐ
ｂ、Ｌａ、ＺｒおよびＴｉの少なくともいずれかの酸化
物からなる副絶縁体層を有している。この副絶縁体層、
特にＺｒ酸化物層は、ＰＺＴおよびＰＬＺＴに比べて比
誘電率が低い一方、高い抵抗率を有する。このため、電
極と主絶縁体層との間に設けられた酸化物層は、主絶縁
体層と電極との間に発生するリーク電流を抑制する。酸
化物層は、リーク電流のためデバイスの消費電力が大き
くなるのを効果的に防止する。

【００６３】第５の発明に従う製造方法では、形成され
た第３の絶縁体層上に、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉまたは
それらの組合せの酸化物からなる第４の絶縁体層が形成
される。第４の絶縁体層は、上述したようにリーク電流
を防止する層として働く。次いで、第４の絶縁体層上に
電極が設けられる。

【００６４】第５の発明において、リーク電流を防止す
るための第４の絶縁体層は、第３の絶縁体層の形成で用
いるのと同じ原料から形成することができる。たとえ
ば、第４の層としてＺｒ酸化物層を形成したい場合、第
３の絶縁体層のＣＶＤによる形成に必要なＺｒソース原
料を使用し、この原料を第３の層の形成に際して行なう
ＣＶＤと同様に、酸素またはオゾン等によって酸化、分
解し、基板上にＺｒＯ₂を蒸着させることができる。こ
のようにすれば、第３の層の形成と第４の層の形成は原
料を共用することができ、しかも同じ装置において行な
うことができる。したがって、第５の発明に従うプロセ
スにおいて、第３の層の形成ステップと第４の層の形成
ステップは、連続的かつ容易に行なうことができる。

【００６５】

【実施例】実施例１ まず、第１の発明に従う電子デバイスについて、キャパ
シタ構造の部分（たとえば、半導体装置におけるキャパ
シタの部分）の一具体例を図１に示す。図１を参照し
て、白金、金、パラジウム、ルテニウムまたはロジウム
の貴金属からなる下部電極２１上には、チタン酸鉛から
なる副絶縁体層が形成されている。副絶縁体層２２上に
は、ＰＺＴからなる主絶縁体層２３が形成される。主絶
縁体層２３上には白金、窒化チタン、アルミニウム、タ
ングステンまたは銅などからなる上部電極２４が形成さ
れる。

【００６６】このような構造は、次のようにして形成す
ることができる。図２は、上記構造において、２つの絶
縁体層を形成するためのＣＶＤ装置を模式的に示してい
る。ＣＶＤを行なうための反応室６内で薄膜を形成する
ための基板４がサセプタ２０に取付けられる。反応室６
には、基板を加熱するための赤外線ヒータ５が設けられ
る。反応室６は、ロータリポンプ７ａおよびメカニカル
ブースターポンプ７ｂを備える真空ポンプ７により排気
することができる。

【００６７】また、反応室６は、バルブ１０ｊおよびガ
ス流量制御１１ｃを有する配管系を介して酸素またはオ
ゾンの供給装置と接続される。さらに反応室６は、配管
系を介してソース原料を収容するためのタンク１、２、
３および１４と接続される。Ｐｂソース原料を収容する
ためのタンク１には、バルブ１０ｃおよびガス流量制御
装置１１ａを有する配管系を介してＮ₂ 供給装置８ａが
接続される。タンク１は、バルブ１０ａを有する配管系
を介して反応室６のノズル１８に接続される。Ｎ₂ を供
給する配管系とＰｂソース原料を供給する配管系の間に
は、バルブ１０ｂを有するバイパスが設けられる。

【００６８】同様に、Ｚｒソース原料を収容するための
タンク２は、バルブ１０ｆおよびガス流量制御装置１１
ｂを介してＮ₂ 供給装置８ｂに接続され、かつバルブ１
０ｄを介してノズル１８に接続される。バルブ１０ｅを
有するバイパスも上述と同様に設けられる。

【００６９】さらに、Ｔｉソース原料を収容するための
タンク３は、バルブ１０ｉおよびガス流量制御装置１１
ｄを介してＮ₂ 供給装置８ｃに接続され、かつ、バルブ
１０ｇを介してノズル１８に接続される。バルブ１０ｈ
を有するバイパスも上述と同様に設けられる。

【００７０】Ｌａソース原料を供給するためのタンク１
４は、バルブ１０ｋを有する配管系を介して反応室６の
ノズル１８に接続され、かつバルブ１０ｍおよびガス流
量制御装置１１ｅを有する配管系を介してＮ₂ 供給装置
８ｄと接続される。他の原料供給系と同様に、バルブ１
０ｎを有するバイパスが設けられている。

【００７１】タンク１、２、３および１４からそれぞれ
延びる配管系は、ノズル１８にいたるまでに合流してい
る。また、原料を供給するための配管系は、リボンヒー
タ１９によって加熱することができる。

【００７２】上記ＣＶＤ装置を用いて、まず、下部電極
上に絶縁体層が形成される。反応室６内には、たとえば
白金から形成される下部電極が設けられた基板が配置さ
れる。タンク１内には、純度９９．５％以上のジピバロ
イルメタナト鉛が収容され、１２０℃〜１４０℃、好ま
しくは１３５℃の温度に保持される。また、タンク２内
には、純度９９．９９％の四第３ブトキシジルコニウム
（Ｚｒ（Ｏ−ｔ−Ｃ₄Ｈ₉ ）₄ ）が収容され、かつ３０
℃〜５０℃、好ましくは３０℃の温度に保持される。タ
ンク３内には、純度９９．９９９％のテトライソプロポ
キシチタン（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ₃ Ｈ₇ ）₄ ）が収容さ
れ、３０℃〜５０℃、好ましくは３０℃の温度に保持さ
れる。なお、上記構造体の形成においては、第４の原料
は用いないが、たとえば、タンク１４には、トリジピバ
ロイルメタナトランタン（Ｌａ（ＤＰＭ）₃ ）が収容さ
れ、１７５℃〜１８０℃の温度に保持することができ
る。なお、これらのソース原料は、市販品として入手す
ることができる。

【００７３】絶縁体層の形成に際して、反応室６内の圧
力は、真空ポンプ７ａにより、１０Ｔｏｒｒ程度にまで
下げられる。基板４は、赤外線ヒータ５によって、６５
０℃の温度に加熱される。ついで、バルブ１０ｃ、およ
び１０ｉを開いて、タンク１および３にＮ₂ 供給装置８
ａおよび８ｃから、それぞれＮ₂ ガスを導入する。この
とき、バルブ１０ａおよび１０ｇを開くことにより、各
タンク内の原料ソースは気化され、かつＮ₂ キャリアガ
スで反応室６に運ばれる。同時に、酸素ガス（半導体グ
レードのもの）または、オゾンガス（オゾン濃度５０〜
９５ｇ／Ｎｍ³）が、バルブ１０ｊを介して反応室６に
供給される。

【００７４】キャリアＮ₂ ガスの流量は、マスフローコ
ントローラまたはフローメータを備えるガス流量制御装
置１１ａ、１１ｂおよび１１ｄによって、５０〜２００
ｓｃｃｍに調節される。酸素ガスおよびオゾンを含む気
体の流量は、マスフローコントローラまたはフローメー
タを備えるガス流量制御装置１１ｃによって、５００〜
２０００ｓｃｃｍ、典型的には１０００ｓｃｃｍに調節
される。また、リボンヒータ１９により、原料供給系
は、５０〜２００℃に保持される。

【００７５】２つのソース原料ガスは、反応室６に至る
までに混合される。混合物はノズル１８を介して６５０
℃に加熱された基板４に吹付けられる。原料混合ガス
は、反応室６内で酸素またはオゾンと混合され、かつ酸
化される。その結果、約１００Å／ｍｉｎの堆積速度で
酸化物（チタン酸鉛）が白金電極上に形成される。な
お、堆積中の反応室６の真空度は２〜１００Ｔｏｒｒ、
典型的には１０Ｔｏｒｒである。膜厚は堆積時間を変え
ることによって調整することができる。

【００７６】数十秒の間で厚さ約１００Åのチタン酸鉛
層を形成した後、続いてタンク２内に収容されるＺｒ原
料ソースを供給して、チタン酸鉛層上にＰＺＴからなる
絶縁体層を形成する。タンク２内に収容される四第３ブ
トキシジルコニウムは、３０℃〜５０℃、好ましくは３
０℃の温度に保持される。チタン酸鉛層の形成の後、連
続して３つの原料ソースが気化され、Ｎ₂ キャリアガス
で反応室６に運ばれる。それと同時に、酸素ガスまたは
オゾンガスがバルブ１０ｊを介して反応室６に供給され
る。原料混合ガスは、反応室６内で酸素またはオゾンと
混合され、かつ酸化される。ＰＺＴ層の蒸着条件は次に
示すとおりである。

【００７７】キャリアＮ₂ ガス流量：Ｐｂソース原料：
１２０ｓｃｃｍ、Ｚｒソース原料：２００ｓｃｃｍ、Ｔ
ｉソース原料：６０ｓｃｃｍ、酸素またはオゾンの流
量：１０００ｓｃｃｍ、反応室内の圧力：１０Ｔｏｒ
ｒ、基板温度：６５０℃。

【００７８】このようにしてチタン酸鉛層上に形成され
た厚さ１５００ÅのＰＺＴは、Ｘ線回折により、ペロブ
スカイト型結晶構造を有する多結晶体であることが確認
される。また、形成されるＰＺＴ層の比誘電率は１００
０〜２０００である。

【００７９】なお、上記条件において、基板の温度を下
げることによって、ＣＶＤプロセスの低温化を図り、基
板の熱的ダメージを低減させることができるとともに、
形成される薄膜からのＰｂの蒸発を抑制することができ
る。たとえば、Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉのソース原料に対
するキャリアガスの流量を、それぞれ１５０、１８７．
５、６２．５ｓｃｃｍとし、酸素を８５０ｓｃｃｍの流
量で供給した場合において、２Ｔｏｒｒの気圧下、７０
０℃、６７５℃、６５０℃、６２５℃の４通りに基板温
度を変えてＣＶＤによりＰＺＴ層を形成させた。このよ
うにして得られたＰＺＴの組成は、表１に示すとおりで
あった。

【００８０】

【表１】

【００８１】表１に示すように、基板温度を下げること
によって、ＰｂリッチなＰＺＴ層を形成することができ
る。

【００８２】次に、基板をＣＶＤ装置から取出し、スパ
ッタ法など常法に従って誘電体層上に電極を設ければ、
図１に示すような構造を有するキャパシタを得ることが
できる。

【００８３】上述したように、図１に示すキャパシタに
おいて、２つの絶縁体層は、同じＣＶＤ装置を用いて、
ガスの切換等だけによって連続的かつ容易に製造するこ
とができる。

【００８４】また、図１に示すキャパシタにおいて、チ
タン酸鉛からなる絶縁体層の代わりに、チタン酸ランタ
ン鉛からなる絶縁体層を形成することもできる。チタン
酸ランタン鉛からなる層は、上述したＣＶＤにおいて、
チタンおよび鉛のソース原料とともにランタンのソース
原料を用いて形成することができる。

【００８５】さらに、図１に示すキャパシタにおいて、
ＰＺＴからなる絶縁体層の代わりにＰＬＺＴからなる絶
縁体層を形成することもできる。ＰＬＺＴ層は、上述し
たＣＶＤに従い、鉛、チタン、ジルコニウムおよびラン
タンのソース原料をそれぞれ用いて形成することができ
る。 実施例２ 第１の発明に従う電子デバイスについて、キャパシタ構
造の部分（たとえば、半導体装置におけるキャパシタの
部分）のもう１つの具体例を図３に示す。図３を参照し
て、白金、金、パラジウム、ルテニウムまたはロジウム
等の貴金属からなる下部電極３１上には、チタン酸スト
ロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムスト
ロンチウムまたはそれらの組合せからなる副絶縁体層３
２が形成される。副絶縁体層３２上には、ＰＺＴまたは
ＰＬＺＴからなる主絶縁体層３３が形成される。主絶縁
体層３３上には、白金、窒化チタン、アルミニウム、タ
ングステンまたは銅などからなる上部電極３４が形成さ
れる。

【００８６】このような構造は、次のようにして形成す
ることができる。図４は、上記構造において副絶縁体層
を形成するためのスパッタ装置を模式的に示している。
図４を参照して、反応室４１内では、薄膜を形成するた
めの基板４２がサセプタ４３に取付けられる。サセプタ
４３は、抵抗加熱により４００〜７００℃、好ましくは
５００〜６００℃に加熱される。反応室４１は、ロータ
リーポンプ４４およびクライオポンプ４５により排気す
ることができる。ターゲット材４６には、化学量論的組
成比を有するセラミックス焼結体を用いることができ
る。セラミックス焼結体として、組成比ＳｒＴｉＯ₃ 、
ＢａＴｉＯ₃ またはＢａ_Y Ｓｒ_1-Y ＴｉＯ ₃ （０＜Ｙ＜
１）の材料がそれぞれ用いられる。

【００８７】反応室４１には、ガス流量制御装置４７お
よび４７′を有する配管系４８を通じてアルゴンまたは
酸素ガスが供給される。ガスの組成は流量制御により可
変であるが、Ａｒ／Ｏ₂ 比は、５／１〜９／１の範囲が
好ましい。

【００８８】基板４２とターゲット４６の間には高周波
電源４９により１３．５６ＭＨｚの高周波が印加され
る。入力電力は、２００〜１ｋＷの範囲が用いられる。
基板とターゲット間の距離は５０〜１００ｍｍである。
以上述べてきた成膜条件によって、１５〜３０分間でチ
タン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムまたはチタン
酸バリウムストロンチウムからなる絶縁体層を５００〜
１０００Åの厚みで得ることができる。

【００８９】次いで、ＰＺＴまたはＰＬＺＴからなる絶
縁体層が形成される。この絶縁体層を形成するため、図
５に示すようなフローに従うゾルゲル法を用いることが
できる。ＰＺＴを形成する場合、ゾルゲル溶液として酢
酸鉛、テトラブトキシジルコニウムおよびテトラプロボ
キシチタンを有機溶媒に溶かしたものを用いることがで
きる。ＰＬＺＴを形成する場合、これらの原料にさらに
酢酸ランタンが加えられる。

【００９０】図５に示すように、ゾルゲル溶液をスパッ
タ法によって形成された絶縁体層上にスピンコートし、
乾燥、仮焼成することにより厚み約５００Å程度の膜が
得られる。図に示すように、乾燥は、１００〜２００℃
の温度で１０分間、Ｎ₂ 雰囲気下で行なわれる。仮焼成
は、３００〜５００℃の温度で３０分間、Ｏ₂ 雰囲気下
で行なわれる。スピンコートから仮焼成までの工程を４
〜５回繰返し、所望の膜厚を得ることができる。得られ
た膜を、５００〜７００℃で、３０分間程度、Ｏ₂ 雰囲
気中で本焼成することによりＰＺＴまたはＰＬＺＴ膜を
得る。

【００９１】一方、ＰＺＴまたはＰＬＺＴ膜はＣＶＤに
より形成することもできる。ＣＶＤの詳細は、実施例１
において示した通りである。

【００９２】以上のようにしてチタン酸ストロンチウ
ム、チタン酸バリウムまたはチタン酸バリウムストロン
チウムからなる絶縁体層上に形成されたＰＺＴまたはＰ
ＬＺＴ膜は、ペロブスカイト型結晶構造を有する多結晶
体である。

【００９３】次に、基板をＣＶＤ装置から取出し、スパ
ッタ法など常法に従って絶縁体層上に電極を設ければ、
図３に示すような構造を有するキャパシタを得ることが
できる。 実施例３ 第２の発明に従う電子デバイスについて、キャパシタ構
造の部分（たとえば、半導体装置におけるキャパシタの
部分）の一具体例を図６に示す。図６を参照して、白
金、金、パラジウム、ルテニウムまたはロジウム等の貴
金属からなる下部電極６１上には、ジルコン酸鉛または
ジルコン酸ランタン鉛からなる副絶縁体層６２が形成さ
れる。副絶縁体層６２上には、ＰＺＴまたはＰＬＺＴか
らなる主絶縁体層６３が形成される。主絶縁体層６３上
には、白金、窒化チタン、アルミニウム、タングステン
または銅などからなる上部電極６４が形成される。

【００９４】ジルコン酸鉛またはジルコン酸ランタン鉛
からなる絶縁体層は、上述したＣＶＤ、スパッタ法また
はゾルゲル法に従って形成することができる。同様にＰ
ＺＴまたはＰＬＺＴからなる絶縁体層は、上述したＣＶ
Ｄまたはゾルゲル法によって形成することができる。下
部電極上に２つの絶縁体層を順次堆積し、その上に上部
電極を形成すれば、図に示すようなキャパシタ構造を得
ることができる。 実施例４ 第３の発明に従う電子デバイスにおいて、キャパシタ構
造（たとえば半導体装置のキャパシタ）の一具体例を図
７に示す。図を参照して、白金、金、パラジウム、ロジ
ウム、ルテニウムなどの貴金属からなる下部電極７１上
には、ＰＺＴからなる絶縁体層７２が形成される。絶縁
体層７２上には、Ｚｒ酸化物からなる酸化物層７３が形
成される。酸化物層７３上には、白金、窒化チタン、ア
ルミニウム、タングステンまたは銅などからなる上部電
極７４が形成される。

【００９５】上記キャパシタ構造において、絶縁体層お
よび酸化物層は実施例１と同じ装置において連続的に形
成することができる。

【００９６】まず、図２に示すＣＶＤ装置の反応室６内
には、スパッタ法などで形成された白金等の貴金属から
なる電極が形成された基板が配置される。ついで、基板
は加熱され、次に示すような条件下において、実施例１
と同様にして基板上にＰＺＴ層が形成されていく。用い
られる原料は実施例と同様である。

【００９７】ソース原料気化温度：Ｐｂソース原料：１
３５℃、Ｚｒソース原料：３０℃、Ｔｉソース原料：３
０℃、各ソース原料に対するキャリアガスの流量：Ｐｂ
ソース原料：１２０ｓｃｃｍ、Ｚｒソース原料：２００
ｓｃｃｍ、Ｔｉソース原料：６０ｓｃｃｍ、酸素ガスま
たはオゾンの供給量：１０００ｓｃｃｍ、反応室圧力：
１０Ｔｏｒｒ、基板温度：６５０℃。

【００９８】ＰＺＴ薄膜は、５０〜２００Å／ｍｉｎの
堆積速度で電極上に形成される。次に、ソース原料およ
び酸素の導入を一旦停止し、反応室６内を真空ポンプ７
ａにより１０^-3Ｔｏｒｒ以下まで下げる。続いて、酸素
とともに四第３ブトキシジルコニウムのみを反応室６に
供給し、次に示す条件でＰＺＴ上にジルコニウム酸化物
層を形成させる。

【００９９】ソース原料気化温度：Ｚｒソース原料：３
０℃、Ｚｒソース原料に対するキャリアガスの流量：２
００ｓｃｃｍ、酸素ガスの流量：１０００ｓｃｃｍ、反
応室内圧力：１０Ｔｏｒｒ、基板温度：６５０℃。

【０１００】次に、スパッタ法などの常法により、Ｚｒ
酸化物層上に上部電極を設ける。実施例１〜実施例４で
それぞれ示したキャパシタ構造は、それぞれ、ＤＲＡＭ
および不揮発性ＲＡＭ等の半導体装置、圧電素子、焦電
素子ならびに電気光学素子等の電子デバイスに適用する
ことができる。たとえば、実施例１〜実施例４のキャパ
シタ構造を、それぞれＤＲＡＭに適用する場合、図８で
示したようなＰＺＴが２枚の電極で挟まれたキャパシタ
を実施例１〜実施例４のキャパシタ構造に置換えること
によって、本発明に従う半導体記憶装置をそれぞれ提供
することができる。このような半導体記憶装置は、ＰＺ
Ｔ層を設けるプロセスを上記実施例において複合層を形
成するプロセスに置換えることによって製造することが
できる。

【０１０１】

【発明の効果】第１の発明によれば、ＰＺＴまたはＰＬ
ＺＴからなる絶縁体層をチタン酸塩からなる絶縁体層を
介して電極上に設けたため、ＰＺＴまたはＰＬＺＴにつ
いてペロブスカイト型結晶相を保持することができ、高
い誘電率を有する電子デバイスを提供することができ
る。また、チタン酸塩からなる絶縁体層は、リーク電流
を効果的に抑制する。

【０１０２】第２の発明によれば、ＰＺＴまたはＰＬＺ
Ｔからなる絶縁体層を、ジルコン酸塩からなる絶縁体層
を介して電極上に設けたため、ＰＺＴまたはＰＬＺＴに
ついてペロブスカイト型結晶相を保持することができ、
高い誘電率を有する電子デバイスを提供することができ
る。また、ジルコン酸塩からなる絶縁体層は、リーク電
流を効果的に抑制する。

【０１０３】第３の発明によれば、ＰＺＴまたはＰＬＺ
Ｔからなる絶縁体層と電極との間に絶縁性の高い酸化物
層を介在させたので、ＰＺＴまたはＰＬＺＴと電極との
間で従来発生していたリーク電流が抑制される。その結
果、従来よりも消費電力が小さい電子デバイスを提供す
ることができる。

【０１０４】第４の発明に従えば、均一かつ微細な結晶
粒径でペロブスカイト型結晶構造を示す誘電率の高いＰ
ＺＴまたはＰＬＺＴが、１対の電極に挟まれたキャパシ
タ構造を容易に形成することができる。

【０１０５】第５の発明によれば、ＰＺＴまたはＰＬＺ
Ｔが１対の電極に挟まれたキャパシタ構造において、リ
ーク電流を抑制するための積層構造を容易に形成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う電子デバイスについてキャパシタ
構造の一具体例を示す断面図である。

【図２】本発明に従って、絶縁体層を製造するためのＣ
ＶＤ装置を示す模式図である。

【図３】本発明に従う電子デバイスにおいてキャパシタ
構造のもう１つの具体例を示す断面図である。

【図４】本発明に従って、絶縁体層を製造するためのス
パッタ装置を示す模式図である。

【図５】本発明に従って、ＰＺＴまたはＰＬＺＴ層をゾ
ルゲル法に従って製造するためのフローを示す図であ
る。

【図６】本発明に従う電子デバイスにおいてキャパシタ
構造の他の具体例を示す断面図である。

【図７】本発明に従う電子デバイスにおいてキャパシタ
構造の他の具体例を示す断面図である。

【図８】従来のＰＺＴを用いる半導体メモリセルのキャ
パシタ部分を示す模式図である。

【図９】従来のＣＶＤ法に用いられる装置の模式図であ
る。

【符号の説明】

１、２、３、１４ タンク ４ 基板 ５ 赤外線ヒータ ６ 反応室 ７ａ 真空ポンプ ８ａ〜ｄ Ｎ₂ 供給装置 １０ａ〜ｋ、１０ｍ、１０ｎ バルブ １１ａ〜ｅ ガス流量制御装置 ２１、３１、６１、７１ 下部電極 ２２、３２、６２ 副絶縁体層 ２３、３３、６３ 主絶縁体層 ２４、３４、６４、７４ 上部電極 ７２ 絶縁体層 ７３ 酸化物層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャパシタ構造を有する電子デバイスで
   あって、 １対の電極と、 前記１対の電極の間に設けられ、かつチタン酸ジルコン
   酸鉛（ＰＺＴ）およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛
   （ＰＬＺＴ）の少なくともいずれかからなる主絶縁体層
   と、 前記主絶縁体層に接し、かつ前記主絶縁体層と前記１対
   の電極の一方との間に介在する副絶縁体層とを備え、 前記副絶縁体層が、チタン酸鉛、チタン酸ランタン鉛、
   チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムおよびチタ
   ン酸バリウムストロンチウムからなる群から選択される
   少なくとも１つのチタン酸塩からなり、かつ前記主絶縁
   体層がペロブスカイト型の結晶構造を有する、電子デバ
   イス。
2. 【請求項２】 キャパシタ構造を有する電子デバイスで
   あって、 １対の電極と、 前記１対の電極の間に設けられ、かつチタン酸ジルコン
   酸鉛（ＰＺＴ）およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛
   （ＰＬＺＴ）の少なくともいずれかからなる主絶縁体層
   と、 前記主絶縁体層に接し、かつ前記主絶縁体層と前記１対
   の電極の一方との間に介在する副絶縁体層とを備え、 前記副絶縁体層が、ジルコン酸鉛およびジルコン酸ラン
   タン鉛からなる群から選択される少なくとも１つのジル
   コン酸塩からなり、かつ前記主絶縁体層が、ペロブスカ
   イト型の結晶構造を有する、電子デバイス。
3. 【請求項３】 キャパシタ構造を有する電子デバイスで
   あって、 １対の電極と、 前記１対の電極の間に設けられ、かつチタン酸ジルコン
   酸鉛（ＰＺＴ）およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛
   （ＰＬＺＴ）の少なくともいずれかからなる主絶縁体層
   と、 前記主絶縁体層と前記１対の電極の少なくともいずれか
   との間に設けられ、かつＰｂ、Ｌａ、ＺｒおよびＴｉか
   らなる群から選択される少なくともいずれかの金属の酸
   化物からなる副絶縁体層とを備える、電子デバイス。
4. 【請求項４】 キャパシタ構造を有する電子デバイスの
   製造方法であって、 前記キャパシタ構造のための対向する１対の電極の一方
   を構成し、金属からなる電極層を準備するステップと、 前記電極層上に、チタン酸鉛、チタン酸ランタン鉛、チ
   タン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バ
   リウムストロンチウム、ジルコン酸鉛、およびジルコン
   酸ランタン鉛からなる群から選択される少なくとも１つ
   の化合物からなる第１の絶縁体層を形成するステップ
   と、 前記第１の絶縁体層上に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
   Ｔ）およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）
   の少なくともいずれかからなる第２の絶縁体層を形成す
   るステップと、 前記１対の電極の他方を構成する電極層を形成するステ
   ップとを備える、電子デバイスの製造方法。
5. 【請求項５】 キャパシタ構造を有する電子デバイスの
   製造方法であって、 前記キャパシタ構造のための対向する１対の電極の一方
   を構成し、金属からなる電極層を準備するステップと、 前記電極層の上または上方に、チタン酸ジルコン酸鉛
   （ＰＺＴ）およびチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬ
   ＺＴ）の少なくともいずれかからなる第３の絶縁体層を
   形成するステップと、 前記第３の絶縁体層上に、Ｐｂ、Ｌａ、ＺｒおよびＴｉ
   からなる群から選択される少なくともいずれかの金属の
   酸化物からなる第４の絶縁体層を形成するステップと、 前記第４の絶縁体層上に、前記１対の電極の他方を構成
   する電極層を形成するステップとを備える、電子デバイ
   スの製造方法。