JPH08335672A - 強誘電体不揮発性メモリ - Google Patents
強誘電体不揮発性メモリInfo
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- JPH08335672A JPH08335672A JP7161422A JP16142295A JPH08335672A JP H08335672 A JPH08335672 A JP H08335672A JP 7161422 A JP7161422 A JP 7161422A JP 16142295 A JP16142295 A JP 16142295A JP H08335672 A JPH08335672 A JP H08335672A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 強誘電体不揮発性メモリを最適構造で実現す
る。 【構成】 Ｓｉ基板１上にバッファ層であるＭｇＡｌ2
Ｏ4 薄膜２を介してＳｒＲｕＯ3 薄膜３、Ｂｉ2 ＳｒＴ
ａ2 Ｏ9 薄膜４およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５を順次積層し
て強誘電体不揮発性メモリを構成する。Ｂｉ2 ＳｒＴａ
2 Ｏ9 薄膜４は強誘電体薄膜を構成し、ＳｒＲｕＯ3 薄
膜３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５はそれぞれ下部電極およ
び上部電極を構成する。Ｓｉ基板１、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄
膜２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜
４およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５は、相互にほぼ格子整合す
るように面方位を選ぶ。他の例では、ＳｒＲｕＯ3 薄膜
３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５の代わりにＳｒ2 ＲｕＯ4
薄膜を用い、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４の代わりに例
えば（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超格子の
ような酸化物超格子を用いる。
る。 【構成】 Ｓｉ基板１上にバッファ層であるＭｇＡｌ2
Ｏ4 薄膜２を介してＳｒＲｕＯ3 薄膜３、Ｂｉ2 ＳｒＴ
ａ2 Ｏ9 薄膜４およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５を順次積層し
て強誘電体不揮発性メモリを構成する。Ｂｉ2 ＳｒＴａ
2 Ｏ9 薄膜４は強誘電体薄膜を構成し、ＳｒＲｕＯ3 薄
膜３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５はそれぞれ下部電極およ
び上部電極を構成する。Ｓｉ基板１、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄
膜２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜
４およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５は、相互にほぼ格子整合す
るように面方位を選ぶ。他の例では、ＳｒＲｕＯ3 薄膜
３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５の代わりにＳｒ2 ＲｕＯ4
薄膜を用い、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４の代わりに例
えば（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超格子の
ような酸化物超格子を用いる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、強誘電体不揮発性メ
モリに関する。
モリに関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物薄膜材料は、１９８６年に報告さ
れた高温超伝導酸化物に端を発し((1)Z. Phys. B.,64,1
89-193(1986)) 、この数年で驚異的に発展してきている
ことは周知の事実である。
れた高温超伝導酸化物に端を発し((1)Z. Phys. B.,64,1
89-193(1986)) 、この数年で驚異的に発展してきている
ことは周知の事実である。
【０００３】そのような状況下、１９５０年代の一時期
に精力的に研究されながら、強誘電体薄膜の界面制御の
難しさなどにより産業に浸透しなかった、強誘電体を用
いたメモリデバイス（例えば、(2)Electrical Engineer
ing,71,916-922(1952)、(3)Bell Labs. Record,33,335-
342(1955))が、最近、強誘電体不揮発性メモリとして新
たに脚光を浴びるようになり、その研究開発が急速に展
開されてきている（例えば、(4)Appl. Phys. Lett.,48,
1439-1440(1986) 、(5) 米国特許第４７１３１５７号、
(6)IEDM Tech. Dig.,850-851(1987)、(7)IEEE J. Solid
State Circuits,23,1171-1175(1988)、(8)Tech. Dig.
ISSCC 88,130-131(1988)) 。この強誘電体不揮発性メモ
リの現状については、詳細に報告されている（例えば、
(9) 応用物理、第62巻、第12号、1212-1215(1993) 、(1
0)エレクトロニク・セラミクス、第24巻、７月号、6-10
(1993)、(11)電子材料、第33巻、第８号（1994)(「強誘
電体薄膜の不揮発性メモリへの応用」特集号) 、(12)セ
ラミックス、第27巻、720-727(1992))。
に精力的に研究されながら、強誘電体薄膜の界面制御の
難しさなどにより産業に浸透しなかった、強誘電体を用
いたメモリデバイス（例えば、(2)Electrical Engineer
ing,71,916-922(1952)、(3)Bell Labs. Record,33,335-
342(1955))が、最近、強誘電体不揮発性メモリとして新
たに脚光を浴びるようになり、その研究開発が急速に展
開されてきている（例えば、(4)Appl. Phys. Lett.,48,
1439-1440(1986) 、(5) 米国特許第４７１３１５７号、
(6)IEDM Tech. Dig.,850-851(1987)、(7)IEEE J. Solid
State Circuits,23,1171-1175(1988)、(8)Tech. Dig.
ISSCC 88,130-131(1988)) 。この強誘電体不揮発性メモ
リの現状については、詳細に報告されている（例えば、
(9) 応用物理、第62巻、第12号、1212-1215(1993) 、(1
0)エレクトロニク・セラミクス、第24巻、７月号、6-10
(1993)、(11)電子材料、第33巻、第８号（1994)(「強誘
電体薄膜の不揮発性メモリへの応用」特集号) 、(12)セ
ラミックス、第27巻、720-727(1992))。
【０００４】さて、強誘電体不揮発性メモリとしては、
ペロブスカイト型結晶構造を有する強誘電体酸化物薄膜
を一対の白金（Ｐｔ）電極間にはさんだ構造を有するも
のが多く報告されている（例えば、(13)J. Appl. Phy
s.,70,382-388(1991))。その代表例に、ＰＺＴ薄膜を一
対のＰｔ電極間にはさんだ構造を有する強誘電体不揮発
性メモリがあるが、Ｐｔ電極のはがれが起きやすかった
り、経時変化を示すいわゆるファティーグ特性が悪いも
のが多かった。これは、Ｐｔ電極との界面の近傍におけ
るＰＺＴ薄膜の酸素欠損や、ＰＺＴの自発分極値が大き
いこと、すなわち格子変位量が大きいことに由来する結
合力の疲労などの因子が複雑に絡んで起こるものと考え
られている（例えば、(14)J. Appl. Phys.,70,382-388
(1991))。
ペロブスカイト型結晶構造を有する強誘電体酸化物薄膜
を一対の白金（Ｐｔ）電極間にはさんだ構造を有するも
のが多く報告されている（例えば、(13)J. Appl. Phy
s.,70,382-388(1991))。その代表例に、ＰＺＴ薄膜を一
対のＰｔ電極間にはさんだ構造を有する強誘電体不揮発
性メモリがあるが、Ｐｔ電極のはがれが起きやすかった
り、経時変化を示すいわゆるファティーグ特性が悪いも
のが多かった。これは、Ｐｔ電極との界面の近傍におけ
るＰＺＴ薄膜の酸素欠損や、ＰＺＴの自発分極値が大き
いこと、すなわち格子変位量が大きいことに由来する結
合力の疲労などの因子が複雑に絡んで起こるものと考え
られている（例えば、(14)J. Appl. Phys.,70,382-388
(1991))。
【０００５】最近、上述のファティーグ特性を改善する
ために、ビスマス（Ｂｉ）系層状強誘電体酸化物薄膜を
強誘電体薄膜に用いた強誘電体不揮発性メモリが提案さ
れている（例えば、(15)国際公開番号ＷＯ９３／１２５
３８、(16)国際公開番号ＷＯ９３／１２５４２）。
ために、ビスマス（Ｂｉ）系層状強誘電体酸化物薄膜を
強誘電体薄膜に用いた強誘電体不揮発性メモリが提案さ
れている（例えば、(15)国際公開番号ＷＯ９３／１２５
３８、(16)国際公開番号ＷＯ９３／１２５４２）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の知見によれば、これまでに提案された強誘電体不揮
発性メモリは、構造の最適化の点に関しては、不十分で
あると考えられる。
者の知見によれば、これまでに提案された強誘電体不揮
発性メモリは、構造の最適化の点に関しては、不十分で
あると考えられる。
【０００７】したがって、この発明の目的は、構造の最
適化を図ることができる強誘電体不揮発性メモリを提供
することにある。
適化を図ることができる強誘電体不揮発性メモリを提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく、強誘電体不揮発性メモリの実現に最適な材
料系その他について詳細な検討を行った。以下にその概
要を述べる。
達成すべく、強誘電体不揮発性メモリの実現に最適な材
料系その他について詳細な検討を行った。以下にその概
要を述べる。
【０００９】まず、基板としては、安価かつ入手容易で
結晶性にも優れた単結晶のシリコン基板が、最も有力な
候補として挙げられる。
結晶性にも優れた単結晶のシリコン基板が、最も有力な
候補として挙げられる。
【００１０】次に、電極材料に関しては、電極材料にＰ
ｔを用いた従来の強誘電体不揮発性メモリにおける問題
を回避することができるものとして、導電性酸化物、特
にペロブスカイト型結晶構造を有するものが、優れてい
ると考えられる。この導電性酸化物のうち、一般式ＡＢ
Ｏ3 で表される単純ペロブスカイト型酸化物の具体例を
挙げると、下記の通りである。
ｔを用いた従来の強誘電体不揮発性メモリにおける問題
を回避することができるものとして、導電性酸化物、特
にペロブスカイト型結晶構造を有するものが、優れてい
ると考えられる。この導電性酸化物のうち、一般式ＡＢ
Ｏ3 で表される単純ペロブスカイト型酸化物の具体例を
挙げると、下記の通りである。
【００１１】
【化１】
【００１２】
【化２】
【００１３】
【化３】
【００１４】
【化４】
【００１５】
【化５】
【００１６】
【化６】
【００１７】
【化７】
【００１８】また、導電性酸化物のうち層状ペロブスカ
イト型酸化物としては、
イト型酸化物としては、
【化８】 が挙げられる。その具体例をいくつか挙げると、ＳｒＲ
ｕＯ3 、ＳｒＩｒＯ3 、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 、Ｓｒ2 ＩｒＯ
4 などである。
ｕＯ3 、ＳｒＩｒＯ3 、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 、Ｓｒ2 ＩｒＯ
4 などである。
【００１９】層状ペロブスカイト型酸化物としては、こ
れらのほかに例えばＢａ2 ＲｕＯ4などもある。
れらのほかに例えばＢａ2 ＲｕＯ4などもある。
【００２０】電極材料としては、上に挙げたもののほか
に、いわゆる高温超伝導酸化物も候補と考えられる。そ
の具体例をいくつか挙げると、下記の通りである。
に、いわゆる高温超伝導酸化物も候補と考えられる。そ
の具体例をいくつか挙げると、下記の通りである。
【００２１】
【化９】
【００２２】
【化１０】
【００２３】
【化１１】
【００２４】
【化１２】
【００２５】
【化１３】
【００２６】さて、電極材料として上述のような導電性
酸化物を用いる場合、この導電性酸化物をシリコン基板
上に直接エピタキシャル成長させることは一般には難し
い。そこで、シリコン基板上にまず、このシリコン基板
と格子整合する材料からなるバッファ層をエピタキシャ
ル成長させ、その上にこのバッファ層と格子整合する導
電性酸化物薄膜をエピタキシャル成長させることを考え
る。このようにすることにより、広範囲の導電性酸化物
の中から、最適な電極材料を選択することができる。こ
のバッファ層は、その上に導電性酸化物薄膜をエピタキ
シャル成長させることができるようにするためには、酸
化物からなるものが好ましい。ここで、この酸化物から
なるバッファ層は、シリコン基板上に直接エピタキシャ
ル成長させることができることが必要である。
酸化物を用いる場合、この導電性酸化物をシリコン基板
上に直接エピタキシャル成長させることは一般には難し
い。そこで、シリコン基板上にまず、このシリコン基板
と格子整合する材料からなるバッファ層をエピタキシャ
ル成長させ、その上にこのバッファ層と格子整合する導
電性酸化物薄膜をエピタキシャル成長させることを考え
る。このようにすることにより、広範囲の導電性酸化物
の中から、最適な電極材料を選択することができる。こ
のバッファ層は、その上に導電性酸化物薄膜をエピタキ
シャル成長させることができるようにするためには、酸
化物からなるものが好ましい。ここで、この酸化物から
なるバッファ層は、シリコン基板上に直接エピタキシャ
ル成長させることができることが必要である。
【００２７】酸化物材料としては、表１に示すように、
極めて多種類のものがあるが、このうちシリコン基板上
に直接エピタキシャル成長可能なものは、現在、酸化マ
グネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（セリア）（Ｃｅ
Ｏ2 ）、α構造アルミナ（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）、イットリ
ウム安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）およびマグネシウム
・アルミニウム・スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）の五種類
に限られている。もちろん、これ以外の酸化物がシリコ
ン基板上に直接エピタキシャル成長しないことが明らか
となっているわけではなく、これ以外に直接エピタキシ
ャル成長可能なものがある可能性はある。表１には、酸
化物結晶の格子定数（ａ、ｃ）および熱膨張率（α）を
示してある。なお、Ｓｉの格子定数および熱膨張率は、
それぞれａ＝０．５４３０８８４ｎｍおよびα＝３．０
×１０-6／Ｋである。
極めて多種類のものがあるが、このうちシリコン基板上
に直接エピタキシャル成長可能なものは、現在、酸化マ
グネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（セリア）（Ｃｅ
Ｏ2 ）、α構造アルミナ（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）、イットリ
ウム安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）およびマグネシウム
・アルミニウム・スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）の五種類
に限られている。もちろん、これ以外の酸化物がシリコ
ン基板上に直接エピタキシャル成長しないことが明らか
となっているわけではなく、これ以外に直接エピタキシ
ャル成長可能なものがある可能性はある。表１には、酸
化物結晶の格子定数（ａ、ｃ）および熱膨張率（α）を
示してある。なお、Ｓｉの格子定数および熱膨張率は、
それぞれａ＝０．５４３０８８４ｎｍおよびα＝３．０
×１０-6／Ｋである。
【００２８】
【表１】
【００２９】強誘電体不揮発性メモリを製造するには、
上述の導電性酸化物薄膜上に強誘電体薄膜を積層する
が、この強誘電体薄膜材料としては、ファティーグ特性
に優れていることや、この強誘電体薄膜上へのエピタキ
シャル成長の容易さなどの見地から、オリビリウス族
（Aurivillius Family）と呼ばれるＢｉ系層状強誘電体
酸化物群が優れていると考えられる。このオリビリウス
族Ｂｉ系層状強誘電体酸化物は、次の一般式で表され
る。
上述の導電性酸化物薄膜上に強誘電体薄膜を積層する
が、この強誘電体薄膜材料としては、ファティーグ特性
に優れていることや、この強誘電体薄膜上へのエピタキ
シャル成長の容易さなどの見地から、オリビリウス族
（Aurivillius Family）と呼ばれるＢｉ系層状強誘電体
酸化物群が優れていると考えられる。このオリビリウス
族Ｂｉ系層状強誘電体酸化物は、次の一般式で表され
る。
【００３０】 ［Ｂｉ2 Ｏ2 ］2+［Ｍｅm-1 Ｒm Ｏ3m+1］2- ただし、ｍ＝２、３、４、５、６、７、８ Ｍｅ＝Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｂｉ Ｒ＝Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ
【００３１】このオリビリウス族Ｂｉ系層状強誘電体酸
化物の具体例を、実用性の高いｍ＝２、３、４、５の場
合について示すと、下記の通りである。
化物の具体例を、実用性の高いｍ＝２、３、４、５の場
合について示すと、下記の通りである。
【００３２】（ａ）ｍ＝２
【化１４】
【００３３】（ｂ）ｍ＝３
【化１５】
【００３４】（ｃ）ｍ＝４
【化１６】
【００３５】（ｄ）ｍ＝５
【化１７】
【００３６】強誘電体薄膜としては、上述のＢｉ系層状
強誘電体酸化物薄膜のほかに、例えばマルチペロブスカ
イト型強誘電体酸化物超格子も優れている。これは、少
なくとも強誘電体酸化物薄膜を含む二種類以上の酸化物
薄膜により構成され、全体として強誘電体薄膜として機
能するものであり、強誘電体酸化物薄膜とこれと異なる
強誘電体酸化物薄膜または常誘電体酸化物薄膜とを交互
に積層したものが例として挙げられる。
強誘電体酸化物薄膜のほかに、例えばマルチペロブスカ
イト型強誘電体酸化物超格子も優れている。これは、少
なくとも強誘電体酸化物薄膜を含む二種類以上の酸化物
薄膜により構成され、全体として強誘電体薄膜として機
能するものであり、強誘電体酸化物薄膜とこれと異なる
強誘電体酸化物薄膜または常誘電体酸化物薄膜とを交互
に積層したものが例として挙げられる。
【００３７】今、この強誘電体酸化物超格子が強誘電体
酸化物薄膜（薄膜Ｉ）と他の強誘電体酸化物薄膜または
常誘電体酸化物薄膜（薄膜ＩＩ）とを交互に積層したも
のであるとする。この場合、薄膜Ｉの材料としては、上
述のｍ＝２、３、４、５のオリビリウス族Ｂｉ系層状強
誘電体酸化物のほかに、例えば、
酸化物薄膜（薄膜Ｉ）と他の強誘電体酸化物薄膜または
常誘電体酸化物薄膜（薄膜ＩＩ）とを交互に積層したも
のであるとする。この場合、薄膜Ｉの材料としては、上
述のｍ＝２、３、４、５のオリビリウス族Ｂｉ系層状強
誘電体酸化物のほかに、例えば、
【化１８】
【化１９】 が挙げられる。
【００３８】また、薄膜ＩＩの材料としては、
【化２０】
【化２１】 などのほか、Ｂｉ−Ｏ、ＭｇＯ、ＣｅＯ2 、ＭｇＡｌ2
Ｏ4 、ＹＳＺ、α−Ａｌ2 Ｏ3 などが挙げられる。ここ
で、特に、薄膜ＩＩが常誘電体酸化物薄膜であり、これ
を強誘電性のブロッキング層として用いる場合、この常
誘電体酸化物薄膜としては、Ｂｉ−Ｏ層、Ｇａ−Ｏ層、
Ａｌ−Ｏ層、Ｂ−Ｏ層、Ｌｎ−Ｏ層（ただし、Ｌｎはラ
ンタノイド系列の元素）、Ｐｂ−Ｏ層、Ｙ−Ｏ層、Ｓｃ
−Ｏ層、Ｉｎ−Ｏ層、Ｔｌ−Ｏ層、Ｈｇ−Ｏ層などを用
いることができる。
Ｏ4 、ＹＳＺ、α−Ａｌ2 Ｏ3 などが挙げられる。ここ
で、特に、薄膜ＩＩが常誘電体酸化物薄膜であり、これ
を強誘電性のブロッキング層として用いる場合、この常
誘電体酸化物薄膜としては、Ｂｉ−Ｏ層、Ｇａ−Ｏ層、
Ａｌ−Ｏ層、Ｂ−Ｏ層、Ｌｎ−Ｏ層（ただし、Ｌｎはラ
ンタノイド系列の元素）、Ｐｂ−Ｏ層、Ｙ−Ｏ層、Ｓｃ
−Ｏ層、Ｉｎ−Ｏ層、Ｔｌ−Ｏ層、Ｈｇ−Ｏ層などを用
いることができる。
【００３９】この強誘電体酸化物超格子の具体例を挙げ
ると、同じペロブスカイト型結晶構造を有する強誘電体
酸化物薄膜および常誘電体酸化物薄膜により構成された
ものとしては、例えば（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉ
Ｏ3 ）m 超格子が挙げられ、異なる結晶構造を有する強
誘電体酸化物薄膜および常誘電体酸化物薄膜により構成
されたものとしては、例えば（ＰｂＴｉＯ3 ）n ／（Ｂ
ｉ2 Ｏ3 ）m 超格子が挙げられる。
ると、同じペロブスカイト型結晶構造を有する強誘電体
酸化物薄膜および常誘電体酸化物薄膜により構成された
ものとしては、例えば（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉ
Ｏ3 ）m 超格子が挙げられ、異なる結晶構造を有する強
誘電体酸化物薄膜および常誘電体酸化物薄膜により構成
されたものとしては、例えば（ＰｂＴｉＯ3 ）n ／（Ｂ
ｉ2 Ｏ3 ）m 超格子が挙げられる。
【００４０】強誘電体酸化物超格子としては、上に挙げ
たものに加えて、強誘電体酸化物薄膜としてＢｉ系層状
強誘電体酸化物薄膜を用いたものを用いることもでき
る。
たものに加えて、強誘電体酸化物薄膜としてＢｉ系層状
強誘電体酸化物薄膜を用いたものを用いることもでき
る。
【００４１】このような強誘電体酸化物超格子は、一般
には、いわゆるひずみ超格子と類似のものになってい
る。すなわち、この強誘電体酸化物超格子を構成する酸
化物薄膜間に存在する格子不整合により、これらの酸化
物薄膜間の界面にそれぞれ例えば数十ＭＰａ〜数ＧＰａ
の圧縮力と張力とが働き、これがこの強誘電体酸化物超
格子の強誘電性を大きく改善すると考えられる。また、
いわゆる強誘電体のサイズ効果の問題を回避することも
できる。
には、いわゆるひずみ超格子と類似のものになってい
る。すなわち、この強誘電体酸化物超格子を構成する酸
化物薄膜間に存在する格子不整合により、これらの酸化
物薄膜間の界面にそれぞれ例えば数十ＭＰａ〜数ＧＰａ
の圧縮力と張力とが働き、これがこの強誘電体酸化物超
格子の強誘電性を大きく改善すると考えられる。また、
いわゆる強誘電体のサイズ効果の問題を回避することも
できる。
【００４２】この発明は、本発明者による上記考察に基
づいて、案出されたものである。
づいて、案出されたものである。
【００４３】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明の第１の発明による強誘電体不揮発性メモリは、
シリコン基板と、シリコン基板上の酸化物からなるバッ
ファ層と、バッファ層上の導電性酸化物薄膜と、導電性
酸化物薄膜上のビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜と、
ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜上の導電層とを有す
ることを特徴とするものである。
の発明の第１の発明による強誘電体不揮発性メモリは、
シリコン基板と、シリコン基板上の酸化物からなるバッ
ファ層と、バッファ層上の導電性酸化物薄膜と、導電性
酸化物薄膜上のビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜と、
ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜上の導電層とを有す
ることを特徴とするものである。
【００４４】この発明の第１の発明において、好適に
は、バッファ層はシリコン基板とほぼ格子整合し、導電
性酸化物薄膜はバッファ層とほぼ格子整合し、ビスマス
系層状強誘電体酸化物薄膜は導電性酸化物薄膜とほぼ格
子整合している。これらのバッファ層、導電性酸化物薄
膜およびビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜は、好適に
は、シリコン基板上にエピタキシャル成長させたもので
ある。
は、バッファ層はシリコン基板とほぼ格子整合し、導電
性酸化物薄膜はバッファ層とほぼ格子整合し、ビスマス
系層状強誘電体酸化物薄膜は導電性酸化物薄膜とほぼ格
子整合している。これらのバッファ層、導電性酸化物薄
膜およびビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜は、好適に
は、シリコン基板上にエピタキシャル成長させたもので
ある。
【００４５】導電性酸化物薄膜は、典型的には、ペロブ
スカイト型結晶構造を有する。このペロブスカイト型結
晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げたものから必
要に応じて選ばれる。その一例を挙げると、ＳｒＲｕＯ
3 である。このＳｒＲｕＯ3は、バルクでは通常のペロ
ブスカイト型結晶構造の格子定数（ａ、ｂ）の２1/2倍
のサイズの単位胞（ａ＝０．５５６７０ｎｍ、ｂ＝０．
５５３０４ｎｍ、ｃ＝０．７８４４６ｎｍ）を有してい
るが、薄膜ではその１／２1/2 倍のサイズに戻ることが
あり（ａ＝ｂ＝０．３９３ｎｍ）、種々の下地酸化物層
と格子整合しやすい。
スカイト型結晶構造を有する。このペロブスカイト型結
晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げたものから必
要に応じて選ばれる。その一例を挙げると、ＳｒＲｕＯ
3 である。このＳｒＲｕＯ3は、バルクでは通常のペロ
ブスカイト型結晶構造の格子定数（ａ、ｂ）の２1/2倍
のサイズの単位胞（ａ＝０．５５６７０ｎｍ、ｂ＝０．
５５３０４ｎｍ、ｃ＝０．７８４４６ｎｍ）を有してい
るが、薄膜ではその１／２1/2 倍のサイズに戻ることが
あり（ａ＝ｂ＝０．３９３ｎｍ）、種々の下地酸化物層
と格子整合しやすい。
【００４６】導電性酸化物薄膜はまた、層状ペロブスカ
イト型結晶構造を有するものでもよい。この層状ペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げ
たものから必要に応じて選ばれる。その一例を挙げる
と、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 である。
イト型結晶構造を有するものでもよい。この層状ペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げ
たものから必要に応じて選ばれる。その一例を挙げる
と、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 である。
【００４７】この発明の第１の発明の一実施形態におい
ては、バッファ層として、マグネシウム・アルミニウム
・スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）からなるものが用いられ
る。
ては、バッファ層として、マグネシウム・アルミニウム
・スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）からなるものが用いられ
る。
【００４８】この発明の第１の発明において、バッファ
層がマグネシウム・アルミニウム・スピネルからなり、
導電性酸化物薄膜がペロブスカイト型結晶構造を有する
導電性酸化物、例えばＳｒＲｕＯ3 からなる場合には、
例えば、シリコン基板、バッファ層および導電性酸化物
薄膜は（１１０）面方位を有し、ビスマス系層状強誘電
体酸化物薄膜は（１００）面方位を有する。
層がマグネシウム・アルミニウム・スピネルからなり、
導電性酸化物薄膜がペロブスカイト型結晶構造を有する
導電性酸化物、例えばＳｒＲｕＯ3 からなる場合には、
例えば、シリコン基板、バッファ層および導電性酸化物
薄膜は（１１０）面方位を有し、ビスマス系層状強誘電
体酸化物薄膜は（１００）面方位を有する。
【００４９】この発明の第１の発明の他の一実施形態に
おいては、バッファ層として、酸化セリウム（Ｃｅ
Ｏ2 ）からなるものが用いられる。
おいては、バッファ層として、酸化セリウム（Ｃｅ
Ｏ2 ）からなるものが用いられる。
【００５０】この発明の第１の発明において、バッファ
層が酸化セリウムからなり、導電性酸化物薄膜がペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物、例えばＳｒ
ＲｕＯ3 からなる場合には、例えば、シリコン基板は
（１００）面方位または（１１１）面方位を有し、バッ
ファ層は（１１０）面方位または（１１１）面方位を有
し、導電性酸化物薄膜は（１１０）面方位を有し、ビス
マス系層状強誘電体酸化物薄膜は（１００）面方位を有
する。
層が酸化セリウムからなり、導電性酸化物薄膜がペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物、例えばＳｒ
ＲｕＯ3 からなる場合には、例えば、シリコン基板は
（１００）面方位または（１１１）面方位を有し、バッ
ファ層は（１１０）面方位または（１１１）面方位を有
し、導電性酸化物薄膜は（１１０）面方位を有し、ビス
マス系層状強誘電体酸化物薄膜は（１００）面方位を有
する。
【００５１】この発明の第１の発明において、導電層
は、典型的には、導電性酸化物薄膜であり、好適には、
この導電性酸化物薄膜はビスマス系層状強誘電体酸化物
薄膜とほぼ格子整合している。
は、典型的には、導電性酸化物薄膜であり、好適には、
この導電性酸化物薄膜はビスマス系層状強誘電体酸化物
薄膜とほぼ格子整合している。
【００５２】この導電性酸化物薄膜は、典型的には、ペ
ロブスカイト型結晶構造を有する。このペロブスカイト
型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げたものか
ら必要に応じて選ばれ、例えばＳｒＲｕＯ3 である。
ロブスカイト型結晶構造を有する。このペロブスカイト
型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げたものか
ら必要に応じて選ばれ、例えばＳｒＲｕＯ3 である。
【００５３】導電性酸化物薄膜はまた、層状ペロブスカ
イト型結晶構造を有するものでもよい。この層状ペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げ
たものから必要に応じて選ばれ、例えばＳｒ2 ＲｕＯ4
である。
イト型結晶構造を有するものでもよい。この層状ペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げ
たものから必要に応じて選ばれ、例えばＳｒ2 ＲｕＯ4
である。
【００５４】この発明の第１の発明において、導電層
は、導電性酸化物薄膜のほか、金属、例えば白金（Ｐ
ｔ）からなるものであってよい。
は、導電性酸化物薄膜のほか、金属、例えば白金（Ｐ
ｔ）からなるものであってよい。
【００５５】この発明の第２の発明による強誘電体不揮
発性メモリは、シリコン基板と、シリコン基板上の酸化
物からなるバッファ層と、バッファ層上の導電性酸化物
薄膜と、導電性酸化物薄膜上の少なくとも強誘電体酸化
物薄膜を含む酸化物超格子と、酸化物超格子上の導電層
とを有することを特徴とするものである。
発性メモリは、シリコン基板と、シリコン基板上の酸化
物からなるバッファ層と、バッファ層上の導電性酸化物
薄膜と、導電性酸化物薄膜上の少なくとも強誘電体酸化
物薄膜を含む酸化物超格子と、酸化物超格子上の導電層
とを有することを特徴とするものである。
【００５６】この発明の第２の発明において、酸化物超
格子は、典型的には、第１の強誘電体酸化物薄膜とこれ
と異なる第２の強誘電体酸化物薄膜とからなるか、また
は、強誘電体酸化物薄膜と常誘電体酸化物薄膜とからな
る。
格子は、典型的には、第１の強誘電体酸化物薄膜とこれ
と異なる第２の強誘電体酸化物薄膜とからなるか、また
は、強誘電体酸化物薄膜と常誘電体酸化物薄膜とからな
る。
【００５７】ここで、強誘電体酸化物薄膜は、ペロブス
カイト型結晶構造を有するもののほか、ビスマス系層状
強誘電体酸化物薄膜であってよい。
カイト型結晶構造を有するもののほか、ビスマス系層状
強誘電体酸化物薄膜であってよい。
【００５８】酸化物超格子はまた、第１のＢｉ−Ｏ原子
層と第２のＢｉ−Ｏ原子層との間に少なくともＭｅ−Ｔ
ｉ−Ｏ原子層（ただし、Ｍｅ＝Ｂａ、Ｐｂ、Ｓｒ）を中
間原子層として挿入した構造を有する人工結晶をその厚
さ方向の１単位の結晶層とするものであってもよい。こ
の場合、必要に応じて、第１のＢｉ−Ｏ原子層および第
２のＢｉ−Ｏ原子層のうちの一方とＭｅ−Ｔｉ−Ｏ原子
層との間に、さらに例えばＳｒ−Ｔａ−Ｏ原子層やＳｒ
−Ｎｂ−Ｏ原子層などが挿入される。
層と第２のＢｉ−Ｏ原子層との間に少なくともＭｅ−Ｔ
ｉ−Ｏ原子層（ただし、Ｍｅ＝Ｂａ、Ｐｂ、Ｓｒ）を中
間原子層として挿入した構造を有する人工結晶をその厚
さ方向の１単位の結晶層とするものであってもよい。こ
の場合、必要に応じて、第１のＢｉ−Ｏ原子層および第
２のＢｉ−Ｏ原子層のうちの一方とＭｅ−Ｔｉ−Ｏ原子
層との間に、さらに例えばＳｒ−Ｔａ−Ｏ原子層やＳｒ
−Ｎｂ−Ｏ原子層などが挿入される。
【００５９】この発明の第２の発明において、好適に
は、バッファ層はシリコン基板とほぼ格子整合し、導電
性酸化物薄膜はバッファ層とほぼ格子整合し、酸化物超
格子は導電性酸化物薄膜とほぼ格子整合している。これ
らのバッファ層、導電性酸化物薄膜および酸化物超格子
は、好適には、シリコン基板上にエピタキシャル成長さ
せたものである。
は、バッファ層はシリコン基板とほぼ格子整合し、導電
性酸化物薄膜はバッファ層とほぼ格子整合し、酸化物超
格子は導電性酸化物薄膜とほぼ格子整合している。これ
らのバッファ層、導電性酸化物薄膜および酸化物超格子
は、好適には、シリコン基板上にエピタキシャル成長さ
せたものである。
【００６０】導電性酸化物薄膜は、典型的には、ペロブ
スカイト型結晶構造を有する。このペロブスカイト型結
晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げたものから必
要に応じて選ばれ、例えばＳｒＲｕＯ3 である。
スカイト型結晶構造を有する。このペロブスカイト型結
晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げたものから必
要に応じて選ばれ、例えばＳｒＲｕＯ3 である。
【００６１】導電性酸化物薄膜はまた、層状ペロブスカ
イト型結晶構造を有するものでもよい。この層状ペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げ
たものから必要に応じて選ばれ、例えばＳｒ2 ＲｕＯ4
である。
イト型結晶構造を有するものでもよい。この層状ペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げ
たものから必要に応じて選ばれ、例えばＳｒ2 ＲｕＯ4
である。
【００６２】この発明の第２の発明の一実施形態におい
ては、バッファ層として、マグネシウム・アルミニウム
・スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）からなるものが用いられ
る。
ては、バッファ層として、マグネシウム・アルミニウム
・スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）からなるものが用いられ
る。
【００６３】この発明の第２の発明において、バッファ
層がマグネシウム・アルミニウム・スピネルからなり、
導電性酸化物薄膜がペロブスカイト型結晶構造を有する
導電性酸化物、例えばＳｒＲｕＯ3 からなる場合には、
例えば、シリコン基板、バッファ層および導電性酸化物
薄膜は（１００）面方位を有する。このとき、酸化物超
格子が、例えばペロブスカイト型結晶構造を有する酸化
物薄膜からなる場合、これらの酸化物薄膜は（００１）
面方位を有する。また、酸化物超格子が、ビスマス系層
状強誘電体酸化物薄膜を含む場合、このビスマス系層状
強誘電体酸化物薄膜は（００１）面方位を有する。
層がマグネシウム・アルミニウム・スピネルからなり、
導電性酸化物薄膜がペロブスカイト型結晶構造を有する
導電性酸化物、例えばＳｒＲｕＯ3 からなる場合には、
例えば、シリコン基板、バッファ層および導電性酸化物
薄膜は（１００）面方位を有する。このとき、酸化物超
格子が、例えばペロブスカイト型結晶構造を有する酸化
物薄膜からなる場合、これらの酸化物薄膜は（００１）
面方位を有する。また、酸化物超格子が、ビスマス系層
状強誘電体酸化物薄膜を含む場合、このビスマス系層状
強誘電体酸化物薄膜は（００１）面方位を有する。
【００６４】この発明の第２の発明において、バッファ
層がマグネシウム・アルミニウム・スピネルからなり、
導電性酸化物薄膜が層状ペロブスカイト型結晶構造を有
する導電性酸化物、例えばＳｒ2 ＲｕＯ4 からなる場合
には、例えば、シリコン基板およびバッファ層は（１０
０）面方位を有し、導電性酸化物薄膜は（００１）面方
位を有する。このとき、酸化物超格子が、例えばペロブ
スカイト型結晶構造を有する酸化物薄膜からなる場合、
これらの酸化物薄膜は（００１）面方位を有する。ま
た、酸化物超格子が、ビスマス系層状強誘電体酸化物薄
膜を含む場合、このビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜
は（００１）面方位を有する。
層がマグネシウム・アルミニウム・スピネルからなり、
導電性酸化物薄膜が層状ペロブスカイト型結晶構造を有
する導電性酸化物、例えばＳｒ2 ＲｕＯ4 からなる場合
には、例えば、シリコン基板およびバッファ層は（１０
０）面方位を有し、導電性酸化物薄膜は（００１）面方
位を有する。このとき、酸化物超格子が、例えばペロブ
スカイト型結晶構造を有する酸化物薄膜からなる場合、
これらの酸化物薄膜は（００１）面方位を有する。ま
た、酸化物超格子が、ビスマス系層状強誘電体酸化物薄
膜を含む場合、このビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜
は（００１）面方位を有する。
【００６５】この発明の第２の発明の他の一実施形態に
おいては、バッファ層として、酸化セリウム（Ｃｅ
Ｏ2 ）からなるものが用いられる。
おいては、バッファ層として、酸化セリウム（Ｃｅ
Ｏ2 ）からなるものが用いられる。
【００６６】この発明の第２の発明において、バッファ
層が酸化セリウムからなり、導電性酸化物薄膜がペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物、例えばＳｒ
ＲｕＯ3 からなる場合には、例えば、シリコン基板は
（１００）面方位を有し、バッファ層は（１１０）面方
位を有し、導電性酸化物薄膜は（１００）面方位を有す
る。このとき、酸化物超格子が、例えばペロブスカイト
型結晶構造を有する酸化物薄膜からなる場合、これらの
酸化物薄膜は（００１）面方位を有する。また、酸化物
超格子が、ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜を含む場
合、このビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜は（００
１）面方位を有する。
層が酸化セリウムからなり、導電性酸化物薄膜がペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物、例えばＳｒ
ＲｕＯ3 からなる場合には、例えば、シリコン基板は
（１００）面方位を有し、バッファ層は（１１０）面方
位を有し、導電性酸化物薄膜は（１００）面方位を有す
る。このとき、酸化物超格子が、例えばペロブスカイト
型結晶構造を有する酸化物薄膜からなる場合、これらの
酸化物薄膜は（００１）面方位を有する。また、酸化物
超格子が、ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜を含む場
合、このビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜は（００
１）面方位を有する。
【００６７】この発明の第２の発明において、バッファ
層が酸化セリウムからなり、導電性酸化物薄膜が層状ペ
ロブスカイト型結晶構造を有する導電性酸化物、例えば
Ｓｒ 2 ＲｕＯ4 からなる場合には、例えば、シリコン基
板は（１００）面方位を有し、バッファ層は（１１０）
面方位を有し、導電性酸化物薄膜は（００１）面方位を
有する。このとき、酸化物超格子が、例えばペロブスカ
イト型結晶構造を有する酸化物薄膜からなる場合、これ
らの酸化物薄膜は（００１）面方位を有する。また、酸
化物超格子が、ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜を含
む場合、このビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜は（０
０１）面方位を有する。
層が酸化セリウムからなり、導電性酸化物薄膜が層状ペ
ロブスカイト型結晶構造を有する導電性酸化物、例えば
Ｓｒ 2 ＲｕＯ4 からなる場合には、例えば、シリコン基
板は（１００）面方位を有し、バッファ層は（１１０）
面方位を有し、導電性酸化物薄膜は（００１）面方位を
有する。このとき、酸化物超格子が、例えばペロブスカ
イト型結晶構造を有する酸化物薄膜からなる場合、これ
らの酸化物薄膜は（００１）面方位を有する。また、酸
化物超格子が、ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜を含
む場合、このビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜は（０
０１）面方位を有する。
【００６８】この発明の第２の発明において、導電層
は、典型的には、導電性酸化物薄膜であり、好適には、
この導電性酸化物薄膜は酸化物超格子とほぼ格子整合し
ている。
は、典型的には、導電性酸化物薄膜であり、好適には、
この導電性酸化物薄膜は酸化物超格子とほぼ格子整合し
ている。
【００６９】この導電性酸化物薄膜は、典型的には、ペ
ロブスカイト型結晶構造を有する。このペロブスカイト
型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げたものか
ら必要に応じて選ばれ、例えばＳｒＲｕＯ3 である。
ロブスカイト型結晶構造を有する。このペロブスカイト
型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げたものか
ら必要に応じて選ばれ、例えばＳｒＲｕＯ3 である。
【００７０】導電性酸化物薄膜はまた、層状ペロブスカ
イト型結晶構造を有するものでもよい。この層状ペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げ
たものから必要に応じて選ばれ、例えばＳｒ2 ＲｕＯ4
である。
イト型結晶構造を有するものでもよい。この層状ペロブ
スカイト型結晶構造を有する導電性酸化物は、上に挙げ
たものから必要に応じて選ばれ、例えばＳｒ2 ＲｕＯ4
である。
【００７１】
【作用】この発明の第１の発明による強誘電体不揮発性
メモリにおいては、シリコン基板の面方位、バッファ層
の材料や面方位、導電性酸化物薄膜の材料や面方位など
の組み合わせにより、バッファ層をシリコン基板とほぼ
格子整合させることができるとともに、導電性酸化物薄
膜をバッファ層とほぼ格子整合させることができる。こ
の場合、この導電性酸化物薄膜の下地に対する密着性は
良好であるので、この導電性酸化物薄膜を下部電極とし
て用いたとき、この下部電極が下地からはがれる問題は
ない。また、強誘電体薄膜として用いられるビスマス系
層状強誘電体酸化物薄膜がほぼ格子整合するように下地
の導電性酸化物薄膜の材料を選択することにより、下部
電極である導電性酸化物薄膜に対する強誘電体薄膜の密
着性は良好となり、はがれが起きにくい。しかも、良好
なファティーグ特性を得ることもできる。さらに、上部
電極として用いられる導電層としてビスマス系層状強誘
電体酸化物薄膜とほぼ格子整合する導電性酸化物薄膜を
用いることにより、上部電極のはがれの問題もない。
メモリにおいては、シリコン基板の面方位、バッファ層
の材料や面方位、導電性酸化物薄膜の材料や面方位など
の組み合わせにより、バッファ層をシリコン基板とほぼ
格子整合させることができるとともに、導電性酸化物薄
膜をバッファ層とほぼ格子整合させることができる。こ
の場合、この導電性酸化物薄膜の下地に対する密着性は
良好であるので、この導電性酸化物薄膜を下部電極とし
て用いたとき、この下部電極が下地からはがれる問題は
ない。また、強誘電体薄膜として用いられるビスマス系
層状強誘電体酸化物薄膜がほぼ格子整合するように下地
の導電性酸化物薄膜の材料を選択することにより、下部
電極である導電性酸化物薄膜に対する強誘電体薄膜の密
着性は良好となり、はがれが起きにくい。しかも、良好
なファティーグ特性を得ることもできる。さらに、上部
電極として用いられる導電層としてビスマス系層状強誘
電体酸化物薄膜とほぼ格子整合する導電性酸化物薄膜を
用いることにより、上部電極のはがれの問題もない。
【００７２】この発明の第２の発明による強誘電体不揮
発性メモリにおいては、シリコン基板の面方位、バッフ
ァ層の材料や面方位、導電性酸化物薄膜の材料や面方位
などの組み合わせにより、バッファ層をシリコン基板と
ほぼ格子整合させることができるとともに、導電性酸化
物薄膜をバッファ層とほぼ格子整合させることができ
る。この場合、この導電性酸化物薄膜の下地に対する密
着性は良好であるので、この導電性酸化物薄膜を下部電
極として用いたとき、この下部電極が下地からはがれる
問題はない。また、少なくとも強誘電体酸化物薄膜を含
む酸化物超格子を強誘電体薄膜として用いているので、
この酸化物超格子がひずみ超格子として機能することに
より、強誘電体薄膜の強誘電性が改善され、サイズ効果
の問題もなくなる。また、この酸化物超格子がほぼ格子
整合するように下地の導電性酸化物薄膜の材料を選択す
ることにより、下部電極である導電性酸化物薄膜に対す
る強誘電体薄膜の密着性は良好となり、はがれが起きに
くい。しかも、良好なファティーグ特性を得ることもで
きる。さらに、上部電極として用いられる導電層として
酸化物超格子とほぼ格子整合する導電性酸化物薄膜を用
いることにより、上部電極のはがれの問題もない。
発性メモリにおいては、シリコン基板の面方位、バッフ
ァ層の材料や面方位、導電性酸化物薄膜の材料や面方位
などの組み合わせにより、バッファ層をシリコン基板と
ほぼ格子整合させることができるとともに、導電性酸化
物薄膜をバッファ層とほぼ格子整合させることができ
る。この場合、この導電性酸化物薄膜の下地に対する密
着性は良好であるので、この導電性酸化物薄膜を下部電
極として用いたとき、この下部電極が下地からはがれる
問題はない。また、少なくとも強誘電体酸化物薄膜を含
む酸化物超格子を強誘電体薄膜として用いているので、
この酸化物超格子がひずみ超格子として機能することに
より、強誘電体薄膜の強誘電性が改善され、サイズ効果
の問題もなくなる。また、この酸化物超格子がほぼ格子
整合するように下地の導電性酸化物薄膜の材料を選択す
ることにより、下部電極である導電性酸化物薄膜に対す
る強誘電体薄膜の密着性は良好となり、はがれが起きに
くい。しかも、良好なファティーグ特性を得ることもで
きる。さらに、上部電極として用いられる導電層として
酸化物超格子とほぼ格子整合する導電性酸化物薄膜を用
いることにより、上部電極のはがれの問題もない。
【００７３】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００７４】図１は、この発明の第１実施例による強誘
電体不揮発性メモリを示す断面図である。
電体不揮発性メモリを示す断面図である。
【００７５】図１に示すように、この強誘電体不揮発性
メモリにおいては、Ｓｉ基板１上にＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜
２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４
およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５が順次積層されている。この
場合、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２はバッファ層を構成する。
また、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５
は、それぞれ下部電極および上部電極を構成する。これ
らのＳｒＲｕＯ3 薄膜３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５の比
抵抗値は２〜３００μΩ・ｃｍであり、電極として用い
るのに十分低い値である。Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４
は強誘電体薄膜を構成する。
メモリにおいては、Ｓｉ基板１上にＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜
２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４
およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５が順次積層されている。この
場合、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２はバッファ層を構成する。
また、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５
は、それぞれ下部電極および上部電極を構成する。これ
らのＳｒＲｕＯ3 薄膜３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５の比
抵抗値は２〜３００μΩ・ｃｍであり、電極として用い
るのに十分低い値である。Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４
は強誘電体薄膜を構成する。
【００７６】この場合、Ｓｉ基板１、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄
膜２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５
は、いずれも（１１０）面方位を有する。また、Ｂｉ2
ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４は（１００）面方位を有する。な
お、Ｓｉ基板１は、不純物をドープしたものであって
も、ノンドープのものであってもよい。
膜２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５
は、いずれも（１１０）面方位を有する。また、Ｂｉ2
ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４は（１００）面方位を有する。な
お、Ｓｉ基板１は、不純物をドープしたものであって
も、ノンドープのものであってもよい。
【００７７】この強誘電体不揮発性メモリにおいて、Ｓ
ｉ基板１、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜
３、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４およびＳｒＲｕＯ3 薄
膜５は相互にほぼ完全に格子整合している。例えば、図
２は、Ｓｉ基板１、ＭｇＡｌ2Ｏ4 薄膜２およびＳｒＲ
ｕＯ3 薄膜３相互の格子整合の様子を模式的に示すが、
これから明らかなように、Ｓｉ基板１とＭｇＡｌ2 Ｏ4
薄膜２との間およびＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２とＳｒＲｕＯ
3 薄膜３との間は、相互にほぼ完全に格子整合してい
る。
ｉ基板１、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜
３、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４およびＳｒＲｕＯ3 薄
膜５は相互にほぼ完全に格子整合している。例えば、図
２は、Ｓｉ基板１、ＭｇＡｌ2Ｏ4 薄膜２およびＳｒＲ
ｕＯ3 薄膜３相互の格子整合の様子を模式的に示すが、
これから明らかなように、Ｓｉ基板１とＭｇＡｌ2 Ｏ4
薄膜２との間およびＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２とＳｒＲｕＯ
3 薄膜３との間は、相互にほぼ完全に格子整合してい
る。
【００７８】層状強誘電体酸化物薄膜であるＢｉ2 Ｓｒ
Ｔａ2 Ｏ9 薄膜４の結晶構造におけるｃ軸長の半分の部
分を図３に示す。図３に示すように、このＢｉ2 ＳｒＴ
ａ2Ｏ9 薄膜４は、ペロブスカイト型結晶構造を有する
ＳｒＴａＯ3 層４ａの上下がＢｉ−Ｏ層４ｂによりはさ
まれた構造を有している。このＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9薄
膜４においては、ＳｒＴａＯ3 層４ａにおけるＴａ−Ｏ
八面体が作るｃ軸方向への誘電分極波を、Ｂｉ−Ｏ層４
ｂというブロッキング層が遮断していると考えることが
でき、実際にこれが誘電性などの物性異方性の原因とな
っていると考えられる。
Ｔａ2 Ｏ9 薄膜４の結晶構造におけるｃ軸長の半分の部
分を図３に示す。図３に示すように、このＢｉ2 ＳｒＴ
ａ2Ｏ9 薄膜４は、ペロブスカイト型結晶構造を有する
ＳｒＴａＯ3 層４ａの上下がＢｉ−Ｏ層４ｂによりはさ
まれた構造を有している。このＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9薄
膜４においては、ＳｒＴａＯ3 層４ａにおけるＴａ−Ｏ
八面体が作るｃ軸方向への誘電分極波を、Ｂｉ−Ｏ層４
ｂというブロッキング層が遮断していると考えることが
でき、実際にこれが誘電性などの物性異方性の原因とな
っていると考えられる。
【００７９】ところで、強誘電体不揮発性メモリは、当
然ではあるが、できるだけ効率的な強誘電性ヒステリシ
ス曲線を有することが望まれている。そのためには、い
わゆる角型比（＝残留分極（Ｐr ）／自発分極
（Ｐs ））が高いこと、および、抗電界（Ｅc ）が適度
に低いことの二つの条件を満たす必要がある。したがっ
て、角型比を高くするためには、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9
薄膜４の結晶軸異方性、すなわち分極異方性を有効に活
用することができるようにすることが重要である。
然ではあるが、できるだけ効率的な強誘電性ヒステリシ
ス曲線を有することが望まれている。そのためには、い
わゆる角型比（＝残留分極（Ｐr ）／自発分極
（Ｐs ））が高いこと、および、抗電界（Ｅc ）が適度
に低いことの二つの条件を満たす必要がある。したがっ
て、角型比を高くするためには、Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9
薄膜４の結晶軸異方性、すなわち分極異方性を有効に活
用することができるようにすることが重要である。
【００８０】そこで、この第１実施例においては、Ｂｉ
2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４には［ブロッキング層／ペロブ
スカイト層／ブロッキング層］というｃ軸方向の内部積
層構造があるため、そのｃ軸を面内に寝かせて、すなわ
ちｃ軸を面に平行にして、ａ軸またはｂ軸が電界方向に
平行になるように、このＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４の
配向が決められている。このときのＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ
9 薄膜４の配向をその結晶骨格を用いて図４に示す。図
４において、電界（Ｅ）方向に強誘電分極するサブユニ
ット（ＳｒＴａＯ3 層４ａ）が、原子層単位で見たとき
にブロッキング層（Ｂｉ−Ｏ層４ｂ）と適度な形状比で
存在していることが、反電界係数の因子からも理想的で
ある。
2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４には［ブロッキング層／ペロブ
スカイト層／ブロッキング層］というｃ軸方向の内部積
層構造があるため、そのｃ軸を面内に寝かせて、すなわ
ちｃ軸を面に平行にして、ａ軸またはｂ軸が電界方向に
平行になるように、このＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４の
配向が決められている。このときのＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ
9 薄膜４の配向をその結晶骨格を用いて図４に示す。図
４において、電界（Ｅ）方向に強誘電分極するサブユニ
ット（ＳｒＴａＯ3 層４ａ）が、原子層単位で見たとき
にブロッキング層（Ｂｉ−Ｏ層４ｂ）と適度な形状比で
存在していることが、反電界係数の因子からも理想的で
ある。
【００８１】上述のように構成されたこの第１実施例に
よる強誘電体不揮発性メモリを製造するには、Ｓｉ基板
１上にＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３、Ｂ
ｉ2ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５を
順次エピタキシャル成長させる。このエピタキシャル成
長には、反応性蒸着法、スパッタリング法、レーザアブ
レーション法などを用いることができる。このうち反応
性蒸着法は、抵抗加熱および電子ビーム加熱の併用によ
り基板付近に酸化力の強いオゾンや活性酸素ガスなどの
雰囲気を作って蒸着を行う蒸着法の一種であり、活性化
反応性蒸着法とも呼ばれる（例えば、(17)日本セラミッ
クス学会誌、第98巻、749-753(1990))。この反応性蒸着
法による成膜時には、１単位胞毎の原子レベルでの膜厚
制御が、いわゆるＲＨＥＥＤ（反射高速電子回折）振動
をモニタすることにより可能である。
よる強誘電体不揮発性メモリを製造するには、Ｓｉ基板
１上にＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２、ＳｒＲｕＯ3 薄膜３、Ｂ
ｉ2ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４およびＳｒＲｕＯ3 薄膜５を
順次エピタキシャル成長させる。このエピタキシャル成
長には、反応性蒸着法、スパッタリング法、レーザアブ
レーション法などを用いることができる。このうち反応
性蒸着法は、抵抗加熱および電子ビーム加熱の併用によ
り基板付近に酸化力の強いオゾンや活性酸素ガスなどの
雰囲気を作って蒸着を行う蒸着法の一種であり、活性化
反応性蒸着法とも呼ばれる（例えば、(17)日本セラミッ
クス学会誌、第98巻、749-753(1990))。この反応性蒸着
法による成膜時には、１単位胞毎の原子レベルでの膜厚
制御が、いわゆるＲＨＥＥＤ（反射高速電子回折）振動
をモニタすることにより可能である。
【００８２】ここで、強誘電体不揮発性メモリにおける
強誘電体薄膜の厚さが減少したときのリーク電流（ある
いは絶縁破壊）およびいわゆるサイズ効果の問題につい
て論じておく。
強誘電体薄膜の厚さが減少したときのリーク電流（ある
いは絶縁破壊）およびいわゆるサイズ効果の問題につい
て論じておく。
【００８３】リーク電流を防止するため、電極間にはさ
まれた強誘電体薄膜には、その厚さ方向に１０個以上の
結晶粒が存在するようにすることが望まれている。これ
は、電極間に入っている結晶粒の数が少なくなると、リ
ーク電流が著しく増大するためである。このときの強誘
電体薄膜（厚さ１μｍ程度）の様子を図５に模式的に示
し、そのときの強誘電体不揮発性メモリの電流−電圧
（Ｉ−Ｖ）特性を図６に示す。
まれた強誘電体薄膜には、その厚さ方向に１０個以上の
結晶粒が存在するようにすることが望まれている。これ
は、電極間に入っている結晶粒の数が少なくなると、リ
ーク電流が著しく増大するためである。このときの強誘
電体薄膜（厚さ１μｍ程度）の様子を図５に模式的に示
し、そのときの強誘電体不揮発性メモリの電流−電圧
（Ｉ−Ｖ）特性を図６に示す。
【００８４】厚さが１００ｎｍ程度に減少したときの強
誘電体薄膜の様子を図７に模式的に示す。このとき、こ
の強誘電体薄膜の厚さ方向に存在する結晶粒の数は１０
よりも少ない。このときの強誘電体不揮発性メモリのＩ
−Ｖ特性を図８に示す。図８を図６と比較すると明らか
なように、電極間に入っている結晶粒の数が１０よりも
少ないときのリーク電流は、電極間に入っている結晶粒
の数が１０個以上であるときのリーク電流よりも多くな
っている。
誘電体薄膜の様子を図７に模式的に示す。このとき、こ
の強誘電体薄膜の厚さ方向に存在する結晶粒の数は１０
よりも少ない。このときの強誘電体不揮発性メモリのＩ
−Ｖ特性を図８に示す。図８を図６と比較すると明らか
なように、電極間に入っている結晶粒の数が１０よりも
少ないときのリーク電流は、電極間に入っている結晶粒
の数が１０個以上であるときのリーク電流よりも多くな
っている。
【００８５】厚さがさらに減少して５０ｎｍ以下になっ
たときの強誘電体薄膜の様子を図９に模式的に示す。こ
のとき、この強誘電体薄膜は単結晶である。このときの
強誘電体不揮発性メモリのＩ−Ｖ特性を図１０に示す。
図１０を図６および図８と比較すると明らかなように、
強誘電体薄膜が単結晶であるときのリーク電流は、強誘
電体薄膜が多結晶であるときのリーク電流に比べて大幅
に減少している。
たときの強誘電体薄膜の様子を図９に模式的に示す。こ
のとき、この強誘電体薄膜は単結晶である。このときの
強誘電体不揮発性メモリのＩ−Ｖ特性を図１０に示す。
図１０を図６および図８と比較すると明らかなように、
強誘電体薄膜が単結晶であるときのリーク電流は、強誘
電体薄膜が多結晶であるときのリーク電流に比べて大幅
に減少している。
【００８６】次に、強誘電体のサイズ効果について説明
する。このサイズ効果とは、強誘電体薄膜の厚さを減少
させたとき、この強誘電体薄膜は強誘電性を保持するこ
とができるか、というものである。これは、室温で正方
晶（強誘電性）が安定である物質の粒径が非常に小さく
なると、ある値を境にしてそれ以下の粒径で急に立方晶
に変化して強誘電性を失う現象で、従来はもっぱら微粒
子に対して議論されてきた。つまり、三次元的なサイズ
縮小による物性変化と言える。このサイズ効果は、具体
的には、例えばＢａＴｉＯ3 の場合は０．１μｍ以下で
ある。ＰＺＴ薄膜の場合も、同様な結果が得られてい
る。
する。このサイズ効果とは、強誘電体薄膜の厚さを減少
させたとき、この強誘電体薄膜は強誘電性を保持するこ
とができるか、というものである。これは、室温で正方
晶（強誘電性）が安定である物質の粒径が非常に小さく
なると、ある値を境にしてそれ以下の粒径で急に立方晶
に変化して強誘電性を失う現象で、従来はもっぱら微粒
子に対して議論されてきた。つまり、三次元的なサイズ
縮小による物性変化と言える。このサイズ効果は、具体
的には、例えばＢａＴｉＯ3 の場合は０．１μｍ以下で
ある。ＰＺＴ薄膜の場合も、同様な結果が得られてい
る。
【００８７】以上のようなリーク電流およびサイズ効果
の問題を考慮すると、この第１実施例において強誘電体
薄膜として単結晶のＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４を用い
ることは、強誘電体薄膜の厚さが１００〜２００ｎｍ程
度に減少したときに有利になると考えられる。
の問題を考慮すると、この第１実施例において強誘電体
薄膜として単結晶のＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４を用い
ることは、強誘電体薄膜の厚さが１００〜２００ｎｍ程
度に減少したときに有利になると考えられる。
【００８８】この第１実施例による強誘電体不揮発性メ
モリによれば、以下のような種々の利点を得ることがで
きる。すなわち、下部電極として用いられるＳｒＲｕＯ
3 薄膜３は、その下地のＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２およびそ
の上のＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9薄膜４のいずれとも良好に
格子整合しているので、この下部電極のはがれの問題が
ない。同様に、上部電極として用いられるＳｒＲｕＯ3
薄膜５のＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４との格子整合も良
好であることから、この上部電極のはがれの問題もな
い。また、ファティーグ特性も良好である。さらに、単
結晶のＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４を用いることによ
り、電極間距離、すなわちＢｉ2 ＳｒＴａ2Ｏ9 薄膜４
の厚さが減少しても、リーク電流が極めて少なく、ま
た、三次元サイズ効果によるＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜
４の強誘電性の劣化を防止することができ、強誘電性物
質の最高の分極値付近の値を用いることができる。
モリによれば、以下のような種々の利点を得ることがで
きる。すなわち、下部電極として用いられるＳｒＲｕＯ
3 薄膜３は、その下地のＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜２およびそ
の上のＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9薄膜４のいずれとも良好に
格子整合しているので、この下部電極のはがれの問題が
ない。同様に、上部電極として用いられるＳｒＲｕＯ3
薄膜５のＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４との格子整合も良
好であることから、この上部電極のはがれの問題もな
い。また、ファティーグ特性も良好である。さらに、単
結晶のＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜４を用いることによ
り、電極間距離、すなわちＢｉ2 ＳｒＴａ2Ｏ9 薄膜４
の厚さが減少しても、リーク電流が極めて少なく、ま
た、三次元サイズ効果によるＢｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜
４の強誘電性の劣化を防止することができ、強誘電性物
質の最高の分極値付近の値を用いることができる。
【００８９】以上のように、この第１実施例によれば、
構造の最適化により、優れた特性を有し、かつ信頼性の
高い全酸化物型の強誘電体不揮発性メモリを実現するこ
とができる。
構造の最適化により、優れた特性を有し、かつ信頼性の
高い全酸化物型の強誘電体不揮発性メモリを実現するこ
とができる。
【００９０】図１１は、この発明の第２実施例による強
誘電体不揮発性メモリを示す断面図である。
誘電体不揮発性メモリを示す断面図である。
【００９１】図１１に示すように、この強誘電体不揮発
性メモリにおいては、Ｓｉ基板１１上にＭｇＡｌ2 Ｏ4
薄膜１２、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１３、（ＢａＴｉＯ3 ）
n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超格子１４およびＳｒ2 ＲｕＯ
4 薄膜１５が順次積層されている。この場合、ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 薄膜１２はバッファ層を構成する。Ｓｒ2 ＲｕＯ
4 薄膜１２およびＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１５は、それぞれ
下部電極および上部電極を構成する。これらのＳｒ2 Ｒ
ｕＯ4 薄膜１２およびＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１５の比抵抗
値も、ＳｒＲｕＯ3 薄膜と同様に、電極として用いるの
に十分に低い値である。（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴ
ｉＯ3 ）m 超格子１４は強誘電体薄膜を構成する。
性メモリにおいては、Ｓｉ基板１１上にＭｇＡｌ2 Ｏ4
薄膜１２、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１３、（ＢａＴｉＯ3 ）
n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超格子１４およびＳｒ2 ＲｕＯ
4 薄膜１５が順次積層されている。この場合、ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 薄膜１２はバッファ層を構成する。Ｓｒ2 ＲｕＯ
4 薄膜１２およびＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１５は、それぞれ
下部電極および上部電極を構成する。これらのＳｒ2 Ｒ
ｕＯ4 薄膜１２およびＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１５の比抵抗
値も、ＳｒＲｕＯ3 薄膜と同様に、電極として用いるの
に十分に低い値である。（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴ
ｉＯ3 ）m 超格子１４は強誘電体薄膜を構成する。
【００９２】この場合、Ｓｉ基板１１、ＭｇＡｌ2 Ｏ4
薄膜１２、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１３およびＳｒ2 ＲｕＯ
4 薄膜１５は、いずれも（１００）面方位を有する。ま
た、（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超格子１
４は（００１）面方位を有する。なお、Ｓｉ基板１１
は、不純物をドープしたものであっても、ノンドープの
ものであってもよい。
薄膜１２、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１３およびＳｒ2 ＲｕＯ
4 薄膜１５は、いずれも（１００）面方位を有する。ま
た、（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超格子１
４は（００１）面方位を有する。なお、Ｓｉ基板１１
は、不純物をドープしたものであっても、ノンドープの
ものであってもよい。
【００９３】この強誘電体不揮発性メモリにおいて、Ｓ
ｉ基板１１、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜１２、Ｓｒ2 ＲｕＯ4
薄膜１３、（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超
格子１４およびＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１５は相互にほぼ完
全に格子整合している。参考のため、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 の
結晶構造を図１２に示す。
ｉ基板１１、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜１２、Ｓｒ2 ＲｕＯ4
薄膜１３、（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超
格子１４およびＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１５は相互にほぼ完
全に格子整合している。参考のため、Ｓｒ2 ＲｕＯ4 の
結晶構造を図１２に示す。
【００９４】（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m
超格子１４は、ペロブスカイト型結晶構造を有する強誘
電体酸化物薄膜であるＢａＴｉＯ3 薄膜および同じくペ
ロブスカイト型結晶構造を有する常誘電体酸化物薄膜で
あるＳｒＴｉＯ3 薄膜を交互に積層したものである。
超格子１４は、ペロブスカイト型結晶構造を有する強誘
電体酸化物薄膜であるＢａＴｉＯ3 薄膜および同じくペ
ロブスカイト型結晶構造を有する常誘電体酸化物薄膜で
あるＳｒＴｉＯ3 薄膜を交互に積層したものである。
【００９５】この第２実施例による強誘電体不揮発性メ
モリの製造方法は、第１実施例による強誘電体不揮発性
メモリの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
モリの製造方法は、第１実施例による強誘電体不揮発性
メモリの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００９６】この第２実施例によれば、第１実施例と同
様な利点を得ることができるほか、ひずみ超格子と考え
られる（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超格子
１４を強誘電体薄膜として用いていることにより、強誘
電体のサイズ効果をより有効に抑制することができ、そ
れによって強誘電体薄膜の強誘電性をより良好なものと
することができる。
様な利点を得ることができるほか、ひずみ超格子と考え
られる（ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超格子
１４を強誘電体薄膜として用いていることにより、強誘
電体のサイズ効果をより有効に抑制することができ、そ
れによって強誘電体薄膜の強誘電性をより良好なものと
することができる。
【００９７】以上、この発明の実施例につき具体的に説
明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるもの
でなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可
能である。
明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるもの
でなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可
能である。
【００９８】例えば、上述の第１実施例においては、電
極としてＳｒＲｕＯ3 薄膜３、５を用いているが、電極
としてはこれらの代わりに例えばＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜を
用いてもよい。逆に、上述の第２実施例においては、電
極としてＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１３、１５を用いている
が、電極としてはこれらの代わりに例えばＳｒＲｕＯ3
薄膜を用いてもよい。
極としてＳｒＲｕＯ3 薄膜３、５を用いているが、電極
としてはこれらの代わりに例えばＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜を
用いてもよい。逆に、上述の第２実施例においては、電
極としてＳｒ2 ＲｕＯ4 薄膜１３、１５を用いている
が、電極としてはこれらの代わりに例えばＳｒＲｕＯ3
薄膜を用いてもよい。
【００９９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の第１の
発明によれば、シリコン基板と、そのシリコン基板上の
酸化物からなるバッファ層と、そのバッファ層上の導電
性酸化物薄膜と、その導電性酸化物薄膜上のビスマス系
層状強誘電体酸化物薄膜と、そのビスマス系層状強誘電
体酸化物薄膜上の導電層とを有することにより、最適構
造の強誘電体不揮発性メモリを実現することができる。
発明によれば、シリコン基板と、そのシリコン基板上の
酸化物からなるバッファ層と、そのバッファ層上の導電
性酸化物薄膜と、その導電性酸化物薄膜上のビスマス系
層状強誘電体酸化物薄膜と、そのビスマス系層状強誘電
体酸化物薄膜上の導電層とを有することにより、最適構
造の強誘電体不揮発性メモリを実現することができる。
【０１００】この発明の第２の発明によれば、シリコン
基板と、そのシリコン基板上の酸化物からなるバッファ
層と、そのバッファ層上の導電性酸化物薄膜と、その導
電性酸化物薄膜上の少なくとも強誘電体酸化物薄膜を含
む酸化物超格子と、その酸化物超格子上の導電層とを有
することにより、最適構造の強誘電体不揮発性メモリを
実現することができる。
基板と、そのシリコン基板上の酸化物からなるバッファ
層と、そのバッファ層上の導電性酸化物薄膜と、その導
電性酸化物薄膜上の少なくとも強誘電体酸化物薄膜を含
む酸化物超格子と、その酸化物超格子上の導電層とを有
することにより、最適構造の強誘電体不揮発性メモリを
実現することができる。
【図１】この発明の第１実施例による強誘電体不揮発性
メモリを示す断面図である。
メモリを示す断面図である。
【図２】この発明の第１実施例による強誘電体不揮発性
メモリにおけるＳｉ基板、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜およびＳ
ｒＲｕＯ3 薄膜相互間の格子整合の様子を模式的に示す
略線図である。
メモリにおけるＳｉ基板、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜およびＳ
ｒＲｕＯ3 薄膜相互間の格子整合の様子を模式的に示す
略線図である。
【図３】この発明の第１実施例による強誘電体不揮発性
メモリにおいて強誘電体薄膜の材料として用いられるＢ
ｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 の結晶構造を示す略線図である。
メモリにおいて強誘電体薄膜の材料として用いられるＢ
ｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 の結晶構造を示す略線図である。
【図４】この発明の第１実施例による強誘電体不揮発性
メモリにおいて強誘電体薄膜として用いられるＢｉ2 Ｓ
ｒＴａ2 Ｏ9 薄膜の配向状態を説明するための略線図で
ある。
メモリにおいて強誘電体薄膜として用いられるＢｉ2 Ｓ
ｒＴａ2 Ｏ9 薄膜の配向状態を説明するための略線図で
ある。
【図５】強誘電体不揮発性メモリにおける強誘電体薄膜
の厚さの減少に伴うリーク電流の問題を説明するための
断面図である。
の厚さの減少に伴うリーク電流の問題を説明するための
断面図である。
【図６】図５に示す強誘電体不揮発性メモリの電流−電
圧特性を示すグラフである。
圧特性を示すグラフである。
【図７】強誘電体不揮発性メモリにおける強誘電体薄膜
の厚さの減少に伴うリーク電流の問題を説明するための
断面図である。
の厚さの減少に伴うリーク電流の問題を説明するための
断面図である。
【図８】図７に示す強誘電体不揮発性メモリの電流−電
圧特性を示すグラフである。
圧特性を示すグラフである。
【図９】強誘電体不揮発性メモリにおける強誘電体薄膜
の厚さの減少に伴うリーク電流の問題を説明するための
断面図である。
の厚さの減少に伴うリーク電流の問題を説明するための
断面図である。
【図１０】図９に示す強誘電体不揮発性メモリの電流−
電圧特性を示すグラフである。
電圧特性を示すグラフである。
【図１１】この発明の第２実施例による強誘電体不揮発
性メモリを示す断面図である。
性メモリを示す断面図である。
【図１２】この発明の第２実施例による強誘電体不揮発
性メモリにおいて電極材料として用いられるＳｒ2 Ｒｕ
Ｏ4 の結晶構造を示す略線図である。
性メモリにおいて電極材料として用いられるＳｒ2 Ｒｕ
Ｏ4 の結晶構造を示す略線図である。
１、１１ Ｓｉ基板 ２、１２ ＭｇＡｌ2 Ｏ4 薄膜 ３、５ ＳｒＲｕＯ3 薄膜 ４ Ｂｉ2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 薄膜 ４ａ ＳｒＴａＯ3 層 ４ｂ Ｂｉ−Ｏ層 １３、１５ Ｓｒ2 ＲｕＯ4 薄膜 １４ （ＢａＴｉＯ3 ）n ／（ＳｒＴｉＯ3 ）m 超格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/822 Ｈ０１Ｌ 29/78 ３７１ 21/8247 29/788 29/792
Claims (53)
- 【請求項１】 シリコン基板と、 上記シリコン基板上の酸化物からなるバッファ層と、 上記バッファ層上の導電性酸化物薄膜と、 上記導電性酸化物薄膜上のビスマス系層状強誘電体酸化
物薄膜と、 上記ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜上の導電層とを
有することを特徴とする強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２】 上記バッファ層は上記シリコン基板とほ
ぼ格子整合し、上記導電性酸化物薄膜は上記バッファ層
とほぼ格子整合し、上記ビスマス系層状強誘電体酸化物
薄膜は上記導電性酸化物薄膜とほぼ格子整合しているこ
とを特徴とする請求項１記載の強誘電体不揮発性メモ
リ。 - 【請求項３】 上記バッファ層、上記導電性酸化物薄膜
および上記ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜は上記シ
リコン基板上にエピタキシャル成長されたものであるこ
とを特徴とする請求項１記載の強誘電体不揮発性メモ
リ。 - 【請求項４】 上記導電性酸化物薄膜はペロブスカイト
型結晶構造を有することを特徴とする請求項１記載の強
誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項５】 上記導電性酸化物薄膜はＳｒＲｕＯ3 か
らなることを特徴とする請求項４記載の強誘電体不揮発
性メモリ。 - 【請求項６】 上記導電性酸化物薄膜は層状ペロブスカ
イト型結晶構造を有することを特徴とする請求項１記載
の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項７】 上記導電性酸化物薄膜はＳｒ2 ＲｕＯ4
からなることを特徴とする請求項６記載の強誘電体不揮
発性メモリ。 - 【請求項８】 上記バッファ層はマグネシウム・アルミ
ニウム・スピネルからなることを特徴とする請求項４記
載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項９】 上記バッファ層はマグネシウム・アルミ
ニウム・スピネルからなることを特徴とする請求項６記
載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項１０】 上記シリコン基板、上記バッファ層お
よび上記導電性酸化物薄膜は（１１０）面方位を有し、
上記ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜は（１００）面
方位を有することを特徴とする請求項８記載の強誘電体
不揮発性メモリ。 - 【請求項１１】 上記バッファ層は酸化セリウムからな
ることを特徴とする請求項４記載の強誘電体不揮発性メ
モリ。 - 【請求項１２】 上記バッファ層は酸化セリウムからな
ることを特徴とする請求項６記載の強誘電体不揮発性メ
モリ。 - 【請求項１３】 上記シリコン基板は（１００）面方位
または（１１１）面方位を有し、上記バッファ層は（１
１０）面方位または（１１１）面方位を有し、上記導電
性酸化物薄膜は（１１０）面方位を有し、上記ビスマス
系層状強誘電体酸化物薄膜は（１００）面方位を有する
ことを特徴とする請求項１１記載の強誘電体不揮発性メ
モリ。 - 【請求項１４】 上記導電層は導電性酸化物薄膜である
ことを特徴とする請求項１記載の強誘電体不揮発性メモ
リ。 - 【請求項１５】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜は上記ビスマス系層状強誘電体酸化物薄膜とほぼ
格子整合していることを特徴とする請求項１４記載の強
誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項１６】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜はペロブスカイト型結晶構造を有することを特徴
とする請求項１４記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項１７】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜はＳｒＲｕＯ3 からなることを特徴とする請求項
１６記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項１８】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜は層状ペロブスカイト型結晶構造を有することを
特徴とする請求項１４記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項１９】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜はＳｒ2 ＲｕＯ4 からなることを特徴とする請求
項１８記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２０】 シリコン基板と、 上記シリコン基板上の酸化物からなるバッファ層と、 上記バッファ層上の導電性酸化物薄膜と、 上記導電性酸化物薄膜上の少なくとも強誘電体酸化物薄
膜を含む酸化物超格子と、 上記酸化物超格子上の導電層とを有することを特徴とす
る強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２１】 上記酸化物超格子は第１の強誘電体酸
化物薄膜と第２の強誘電体酸化物薄膜とからなることを
特徴とする請求項２０記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２２】 上記酸化物超格子は強誘電体酸化物薄
膜と常誘電体酸化物薄膜とからなることを特徴とする請
求項２０記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２３】 上記強誘電体酸化物薄膜はペロブスカ
イト型結晶構造を有することを特徴とする請求項２０記
載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２４】 上記強誘電体酸化物薄膜はビスマス系
層状強誘電体酸化物薄膜であることを特徴とする請求項
２０記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２５】 上記酸化物超格子は、第１のＢｉ−Ｏ
原子層と第２のＢｉ−Ｏ原子層との間に少なくともＭｅ
−Ｔｉ−Ｏ原子層（ただし、Ｍｅ＝Ｂａ、Ｐｂ、Ｓｒ）
を中間原子層として挿入した構造を有する人工結晶をそ
の厚さ方向の１単位の結晶層とすることを特徴とする請
求項２０記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２６】 上記バッファ層は上記シリコン基板と
ほぼ格子整合し、上記導電性酸化物薄膜は上記バッファ
層とほぼ格子整合し、上記酸化物超格子は上記導電性酸
化物薄膜とほぼ格子整合していることを特徴とする請求
項２０記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２７】 上記バッファ層、上記導電性酸化物薄
膜および上記酸化物超格子は上記シリコン基板上にエピ
タキシャル成長されたものであることを特徴とする請求
項２０記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２８】 上記導電性酸化物薄膜はペロブスカイ
ト型結晶構造を有することを特徴とする請求項２０記載
の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項２９】 上記導電性酸化物薄膜はＳｒＲｕＯ3
からなることを特徴とする請求項２８記載の強誘電体不
揮発性メモリ。 - 【請求項３０】 上記導電性酸化物薄膜は層状ペロブス
カイト型結晶構造を有することを特徴とする請求項２０
記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項３１】 上記導電性酸化物薄膜はＳｒ2 ＲｕＯ
4 からなることを特徴とする請求項３０記載の強誘電体
不揮発性メモリ。 - 【請求項３２】 上記バッファ層はマグネシウム・アル
ミニウム・スピネルからなることを特徴とする請求項２
８記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項３３】 上記バッファ層はマグネシウム・アル
ミニウム・スピネルからなることを特徴とする請求項３
０記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項３４】 上記シリコン基板、上記バッファ層お
よび上記導電性酸化物薄膜は（１００）面方位を有する
ことを特徴とする請求項３２記載の強誘電体不揮発性メ
モリ。 - 【請求項３５】 上記シリコン基板および上記バッファ
層は（１００）面方位を有し、上記導電性酸化物薄膜は
（００１）面方位を有することを特徴とする請求項３３
記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項３６】 上記酸化物超格子はペロブスカイト型
結晶構造を有する酸化物薄膜からなり、かつ、上記酸化
物薄膜は（００１）面方位を有することを特徴とする請
求項３４記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項３７】 上記酸化物超格子はペロブスカイト型
結晶構造を有する酸化物薄膜からなり、かつ、上記酸化
物薄膜は（００１）面方位を有することを特徴とする請
求項３５記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項３８】 上記酸化物超格子はビスマス系層状強
誘電体酸化物薄膜を含み、かつ、上記ビスマス系層状強
誘電体酸化物薄膜は（００１）面方位を有することを特
徴とする請求項３４記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項３９】 上記酸化物超格子はビスマス系層状強
誘電体酸化物薄膜を含み、かつ、上記ビスマス系層状強
誘電体酸化物薄膜は（００１）面方位を有することを特
徴とする請求項３５記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項４０】 上記バッファ層は酸化セリウムからな
ることを特徴とする請求項２８記載の強誘電体不揮発性
メモリ。 - 【請求項４１】 上記バッファ層は酸化セリウムからな
ることを特徴とする請求項３０記載の強誘電体不揮発性
メモリ。 - 【請求項４２】 上記シリコン基板は（１００）面方位
を有し、上記バッファ層は（１１０）面方位を有し、上
記導電性酸化物薄膜は（１００）面方位を有することを
特徴とする請求項４０記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項４３】 上記シリコン基板は（１００）面方位
を有し、上記バッファ層は（１１０）面方位を有し、上
記導電性酸化物薄膜は（００１）面方位を有することを
特徴とする請求項４１記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項４４】 上記酸化物超格子はペロブスカイト型
結晶構造を有する酸化物薄膜からなり、かつ、上記酸化
物薄膜は（００１）面方位を有することを特徴とする請
求項４２記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項４５】 上記酸化物超格子はペロブスカイト型
結晶構造を有する酸化物薄膜からなり、かつ、上記酸化
物薄膜は（００１）面方位を有することを特徴とする請
求項４３記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項４６】 上記酸化物超格子はビスマス系層状強
誘電体酸化物薄膜を含み、かつ、上記ビスマス系層状強
誘電体酸化物薄膜は（００１）面方位を有することを特
徴とする請求項４２記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項４７】 上記酸化物超格子はビスマス系層状強
誘電体酸化物薄膜を含み、かつ、上記ビスマス系層状強
誘電体酸化物薄膜は（００１）面方位を有することを特
徴とする請求項４３記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項４８】 上記導電層は導電性酸化物薄膜である
ことを特徴とする請求項２０記載の強誘電体不揮発性メ
モリ。 - 【請求項４９】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜は上記酸化物超格子とほぼ格子整合していること
を特徴とする請求項４８記載の強誘電体不揮発性メモ
リ。 - 【請求項５０】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜はペロブスカイト型結晶構造を有することを特徴
とする請求項４８記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項５１】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜はＳｒＲｕＯ3 からなることを特徴とする請求項
５０記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項５２】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜は層状ペロブスカイト型結晶構造を有することを
特徴とする請求項４８記載の強誘電体不揮発性メモリ。 - 【請求項５３】 上記導電層を構成する上記導電性酸化
物薄膜はＳｒ2 ＲｕＯ4 からなることを特徴とする請求
項５２記載の強誘電体不揮発性メモリ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7161422A JPH08335672A (ja) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | 強誘電体不揮発性メモリ |
| US08/655,943 US6151240A (en) | 1995-06-01 | 1996-05-31 | Ferroelectric nonvolatile memory and oxide multi-layered structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7161422A JPH08335672A (ja) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | 強誘電体不揮発性メモリ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08335672A true JPH08335672A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15734808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7161422A Pending JPH08335672A (ja) | 1995-06-01 | 1995-06-05 | 強誘電体不揮発性メモリ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08335672A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6351006B1 (en) | 1998-11-10 | 2002-02-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ferroelectric capacitor with means to prevent deterioration |
| US6555864B1 (en) | 1999-03-04 | 2003-04-29 | Fujitsu Limited | Ferroelectric capacitor having a PZT layer with an excess of Pb |
| JP2004511909A (ja) * | 2000-10-10 | 2004-04-15 | エーエスエム インターナショナル エヌ．ヴェー． | 誘電体界面被膜およびその方法 |
| WO2004061881A1 (ja) * | 2002-12-27 | 2004-07-22 | Tdk Corporation | 薄膜コンデンサおよびその製造方法 |
| WO2004077461A1 (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-10 | Tdk Corporation | 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット |
| WO2004077463A1 (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-10 | Tdk Corporation | 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット |
| WO2004077464A1 (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-10 | Tdk Corporation | 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット |
| WO2004077562A1 (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-10 | Tdk Corporation | 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット |
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| US8183594B2 (en) | 2007-03-15 | 2012-05-22 | National University Corporation Toyohashi University Of Technology | Laminar structure on a semiconductor substrate |
-
1995
- 1995-06-05 JP JP7161422A patent/JPH08335672A/ja active Pending
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| WO2004077562A1 (ja) * | 2003-02-26 | 2004-09-10 | Tdk Corporation | 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット |
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