JPWO2004077561A1 - 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット - Google Patents

電極層および誘電体層を含む積層体ユニット Download PDF

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Abstract

本発明にかかる積層体ユニットは、シリコン単結晶によって形成された支持基板と、支持基板上に、酸化シリコンによって形成されたバリア層と、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができるＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８で表わされる化学量論組成を有するＢＳＣＣＯによって形成され、ｃ軸方向に配向された電極層と、電極層上で、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされる組成を有するビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて形成され、ｃ軸方向に配向された誘電体層を備えている。

Description

本発明は、電極層および誘電体層を含む積層体ユニットに関するものであり、さらに詳細には、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの他のデバイスとともに、半導体ウェハに組み込むのに適した小型で、かつ、大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサを構成することができる電極層および誘電体層を含む積層体ユニットに関するものである。
電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの他のデバイスとともに、コンデンサを、半導体ウェハに組み込んで、形成された半導体デバイスが知られている。
このような半導体デバイスにあっては、コンデンサを、他のデバイスとともに、半導体プロセスを用いて、形成することが、工程上、有利であるため、従来は、半導体プロセスによって形成することができるシリコン系材料などよりなるコンデンサが、半導体デバイスに形成されていた。
しかしながら、半導体プロセスによって形成することができるシリコン系材料などは、誘電率が低いため、容量の大きいコンデンサを形成しようとすると、その面積が必然的に大きくなり、半導体デバイスが大型化するという問題があった。
かかる問題を解決するために、小型で、容量の大きい薄膜コンデンサを半導体ウエハに組み込んで、半導体デバイスを作製することが考えられる。
日本国公開特許公報第２００１−１５３８２号は、誘電体の材料として、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）、Ｔａ２Ｏ５などを用いた小型で、容量の大きい薄膜コンデンサを開示している。
しかしながら、これらの材料によって、形成された誘電体薄膜は、その厚みが薄くなると、誘電率が低下するだけでなく、たとえば、１００ｋＶ／ｃｍの電界を加えた場合に、静電容量が大きく低下するという問題があり、これらの材料を、薄膜コンデンサの誘電体材料として、用いた場合には、小型で、かつ、大容量の薄膜コンデンサを得ることは困難である。さらに、これらの材料によって、形成された誘電体薄膜は、表面平滑性が低いため、その厚みを薄くすると、絶縁不良などが生じやすくなるという問題もある。
このような問題を解決するためには、薄膜コンデンサの誘電体として、ビスマス層状化合物を用いることが考えられる。ビスマス層状化合物については、竹中正著「ビスマス層状構造強誘電体セラミックスの粒子配向とその圧電・焦電材料への応用」、京都大学工学博士論文（１９８４）の第３章の第２３〜３６頁に記載されている。
ビスマス層状化合物は結晶構造に異方性を有しており、基本的に、強誘電体としての性質を示すが、ある配向軸方向については、強誘電体としての性質が小さく、常誘電体としての性質を示すことが知られている。
ビスマス層状化合物が持つ強誘電体としての性質は、ビスマス層状化合物を、薄膜コンデンサの誘電体として利用する場合には、誘電率の変動をもたらすため、好ましくなく、ビスマス層状化合物の常誘電体としての性質が十分に発揮されることが好ましい。
よって、ビスマス層状化合物の強誘電体としての性質が小さく、常誘電体としての性質を示す配向軸方向に、ビスマス層状化合物が配向された誘電体層を備え、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの他のデバイスとともに、半導体ウェハに組み込むのに適した大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサの開発が望まれている。
したがって、本発明は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの他のデバイスとともに、半導体ウェハに組み込むのに適した小型で、かつ、大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサを構成することができる電極層および誘電体層を含む積層体ユニットを提供することを目的とするものである。
本発明のかかる目的およびその他の目的は、半導体ウェハ上に、バリア層と、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料により、形成され、［００１］方位に配向された電極層と、前記電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、形成され、［００１］方位に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層とが、この順に、積層された積層体ユニットによって達成される。
ここに、［００１］方位とは、立方晶、正方晶、単斜晶および斜方晶における［００１］方位のことをいう。
本発明によれば、半導体ウェハ上に、バリア層が形成されているから、電極層の成分が、半導体ウェハ中に拡散するなど、半導体ウェハが、電極層の影響を受けることが防止され、したがって、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料により、所望のように、電極層を形成し、［００１］方位に配向させることができる。
また、本発明によれば、電極層は、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料によって形成され、［００１］方位に配向されているから、バッファ層としても機能し、したがって、電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、確実に、［００１］方位に配向したビスマス層状化合物を含む誘電体層を形成することが可能になる。
したがって、本発明によれば、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物のｃ軸を、電極層に対して、垂直に配向させることが可能になるから、たとえば、誘電体層上に、上部電極を設け、電極層と上部電極との間に電圧を印加した場合に、電界の方向が、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物のｃ軸とほぼ一致し、したがって、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物の強誘電体としての性質を抑制して、常誘電体としての性質を十分に発揮させることが可能になるから、小型で、かつ、大容量の薄膜コンデンサを、他のデバイスとともに、半導体ウェハに組み込んで、半導体との一体化デバイスを作製することが可能になる。
さらに、ｃ軸配向性が向上されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層は高い絶縁性を有しているから、誘電体層を薄膜化することができ、したがって、本発明によれば、薄膜コンデンサを、より一層小型化することが可能になり、薄膜コンデンサが組み込まれた半導体との一体化デバイスを、より一層小型化することが可能になる。
また、本発明によれば、誘電体層上に、上部電極を形成して、作製された薄膜コンデンサ上に、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの他の半導体デバイスを実装する場合に、他の半導体デバイスは、半導体ウェハ上に形成されているのが一般であるから、他の半導体デバイスの半導体ウェハが、積層体ユニットの半導体ウェハと同じ材料を形成されていれば、薄膜コンデンサの熱膨張率と、その上に実装された他の半導体デバイスの熱膨張率とが合致し、実装されたデバイス間の熱膨張率の相違に起因して、両デバイスの接合部が破損されることを効果的に防止することが可能になる。
本発明において、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料は、不可避的な不純物を含んでいてもよい。
本発明において、半導体ウェハを形成するための材料としては、種々のデバイスを組み込んだ半導体デバイスを作製するのに用いられる材料であれば、とくに限定されるものではなく、たとえば、シリコン単結晶、砒化ガリウム結晶などを用いることができる。
本発明において、積層体ユニットは、半導体ウェハ上に、バリア層を備えている。バリア層は、バリア層上に形成される電極層の構成成分が、半導体ウェハ中に拡散するなど、半導体ウェハが、電極層の影響を受けることを防止する機能を有している。
本発明において、バリア層を形成するための材料は、半導体ウェハが、電極層の影響を受けることを防止することができる材料であれば、とくに限定されるものではない。半導体ウェハとして、シリコン単結晶が用いられる場合には、コスト面から、バリア層を形成するために、酸化シリコンが好ましく用いられ、半導体ウェハとして、砒化ガリウム結晶が用いられる場合には、安定性の観点から、バリア層を形成するために、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が好ましく用いられる。
また、バリア層は、その上に形成された電極層が、半導体ウェハに影響を与えない程度の厚さあるいはそれ以上の厚さに形成される。
本発明において、積層体ユニットは、バリア層上に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された電極層を備えている。
本発明において、電極層は、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料によって形成され、［００１］方位に配向されている。したがって、電極層は、電極としての機能と、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体層を確実に形成できるように保証するバッファ層としての機能を有している。
酸化シリコンなどによって形成されたバリア層上に、白金などからなる電極層を直接形成する場合には、電極層が、［１１１］方位に配向しやすいため、電極層上に、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層をエピタキシャル成長させて、ビスマス層状化合物を［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることが困難になる。しかしながら、本発明においては、電極層は、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料によって形成されているから、電極層を［００１］方位に配向することができ、したがって、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、誘電体層を形成し、誘電体層に含まれたビスマス層状化合物を、確実に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることが可能になる。
本発明において、電極層を形成するための材料は、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料であれば、とくに限定されるものではないが、酸化物超伝導体が、電極層を形成するために、好ましく使用される。
酸化物超伝導体の中でも、ＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体が、電極層を形成するために、とくに好ましく使用される。
本発明において、電極層を形成するために、とくに好ましく使用されるＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体の例としては、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ２ｎ＋４で示されるＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）、化学量論的組成式：ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δで示されるＹＢＣＯ（イットリウム・ビスマス・カッパー・オキサイド）が挙げられる。
本発明において、電極層に含まれている異方性および導電性を有する材料の［００１］方位の配向度、すなわち、ｃ軸配向度Ｆが１００％であることは必ずしも必要でなく、ｃ軸配向度Ｆが８０％以上であればよい。ｃ軸配向度Ｆが９０％であることが好ましく、ｃ軸配向度Ｆが９５％以上であると、より好ましい。
ここに、異方性および導電性を有する材料のｃ軸配向度Ｆは、次式（１）によって定義される。
Ｆ（％）＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）×１００ …（１）
式（１）において、Ｐ０は、完全にランダムな配向をしている異方性および導電性を有する材料のｃ軸配向比、すなわち、完全にランダムな配向をしている異方性および導電性を有する材料の（００１）面からの反射強度Ｉ０（００１）の合計ΣＩ０（００１）と、その異方性および導電性を有する材料の各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ０（ｈｋｌ）の合計ΣＩ０（ｈｋｌ）との比（｛ΣＩ０（００１）／ΣＩ０（ｈｋｌ）｝）であり、Ｐは、Ｘ線回折強度を用いて算出された異方性および導電性を有する材料のｃ軸配向比、すなわち、ビスマス層状化合物の（００１）面からの反射強度Ｉ（００１）の合計ΣＩ（００１）と、異方性および導電性を有する材料の各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ（ｈｋｌ）の合計ΣＩ（ｈｋｌ）との比（｛ΣＩ（００１）／ΣＩ（ｈｋｌ）｝）である。ここに、ｈ、ｋ、ｌは、それぞれ、０以上の任意の整数値を取ることができる。
ここに、Ｐ０は既知の定数であるから、（００１）面からの反射強度Ｉ（００１）の合計ΣＩ（００１）と、各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ（ｈｋｌ）の合計ΣＩ（ｈｋｌ）が等しいとき、すなわち、Ｐ＝１のときに、異方性および導電性を有する材料のｃ軸配向度Ｆは１００％となる。
本発明において、電極層は、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、有機金属分解法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）やゾル・ゲル法などの液相法（ＣＳＤ法）などの各種薄膜形成法を用いて、形成することができる。
本発明において、積層体ユニットは、電極層上に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層を備えている。
本発明において、誘電体層は、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料を、電極層上で、エピタキシャル成長させることによって形成される。
誘電体層は、［００１］方位に配向されている電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、形成されるから、誘電体層に含まれているビスマス層状化合物を、確実に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることができ、したがって、本発明にかかる積層体ユニットを用いて、薄膜コンデンサを構成したときに、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物は、強誘電体としてではなく、常誘電体として機能するから、小型で、かつ、大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサを、他のデバイスとともに、半導体ウェハに組み込むことが可能になる。
誘電体層を形成するビスマス層状化合物としては、コンデンサ材料としての特性に優れたビスマス層状化合物が選ばれる。
ビスマス層状化合物は、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ− １ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有している。ここに、化学量論的組成式中の記号ｍは正の整数であり、記号Ａは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。
第１図に示されるように、ビスマス層状化合物は、それぞれがＡＢＯ３１ａで構成される（ｍ−１）個のペロブスカイト格子が連なった層状ペロブスカイト層１と、（Ｂｉ２Ｏ２）２＋層２とが、交互に積層された層状構造を有している。
層状ペロブスカイト層１と（Ｂｉ２Ｏ２）２＋層２の積層数は、とくに限定されるものではなく、少なくとも一対の（Ｂｉ２Ｏ２）２＋層２と、これらに挟まれた一つの層状ペロブスカイト層１を備えていれば十分である。
ビスマス層状化合物のｃ軸とは、一対の（Ｂｉ２Ｏ２）２＋層２同士を結ぶ方向、すなわち、［００１］方位を意味する。
これらのビスマス層状化合物のうち、コンデンサ材料としての特性に優れたビスマス層状化合物が、誘電体層を形成するために用いられる。
本発明において、誘電体層を形成するために用いられるビスマス層状化合物は、コンデンサ材料としての特性に優れたビスマス層状化合物であれば、とくに限定されるものではないが、化学量論組成式において、ｍ＝４の化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａ３Ｂ４Ｏ１３）２ −、あるいは、Ｂｉ２Ａ３Ｂ４Ｏ１５で表わされるビスマス層状化合物がコンデンサ材料としての特性に優れ、好ましく使用される。
本発明において、バッファ層に含まれているビスマス層状化合物の［００１］方位の配向度、すなわち、ｃ軸配向度Ｆが１００％であることは必ずしも必要でなく、ｃ軸配向度Ｆが８０％以上であればよい。ｃ軸配向度Ｆが９０％であることが好ましく、ｃ軸配向度Ｆが９５％以上であると、より好ましい。
ビスマス層状化合物のｃ軸配向度Ｆは、式（１）によって定義される。
このように、ビスマス層状化合物を、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることによって、誘電体層の誘電特性を大幅に向上させることが可能になる。
すなわち、本発明にかかる積層体ユニットの誘電体層上に、たとえば、上部電極を形成して、薄膜コンデンサを作製した場合、誘電体層の膜厚をたとえば１００ｎｍ以下にしても、比較的高い誘電率と低い損失（ｔａｎδ）を有する薄膜コンデンサを得ることができ、リーク特性に優れ、耐圧が向上し、誘電率の温度特性に優れ、表面平滑性にも優れた薄膜コンデンサを得ることが可能になる。
本発明において、とくに好ましくは、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物が、化学量論的組成式：ＣａｘＳｒ（１−ｘ）Ｂｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされる組成を有している。ここに、０≦ｘ≦１である。このような組成を有するビスマス層状化合物を用いると、比較的大きな誘電率を有する誘電体層が得られるとともに、その温度特性がさらに向上する。
本発明において、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物の化学量論的組成式中の記号ＡまたはＢで表わされる元素の一部が、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素Ｒｅ（イットリウム（Ｙ）または希土類元素）によって置換されていることが好ましい。
元素Ｒｅによって、置換する場合には、好ましい置換量は、ｍの値により異なるが、たとえば、ｍ＝３のときは、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ａ２−ｘＲｅｘＢ３Ｏ１２において、好ましくは、０．４≦ｘ≦１．８であり、より好ましくは、１．０≦ｘ≦１．４である。元素Ｒｅによる置換量をこの範囲に設定すれば、誘電体層のキュリー温度（強誘電体から常誘電体への相転移温度）を、好ましくは、−１００℃以上、１００℃以下、より好ましくは、−５０℃以上、５０℃以下に収めることが可能となる。キュリー点が−１００℃ないし＋１００℃であると、誘電体層の誘電率が向上する。キュリー温度は、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）などによって測定することができる。なお、キュリー点が室温（２５℃）未満になると、ｔａｎδがさらに減少し、その結果、損失Ｑ値がさらに上昇する。
また、ｍ＝４の場合には、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ａ３−ｘＲｅｘＢ４Ｏ１５において、好ましくは、０．０１≦ｘ≦２．０であり、より好ましくは、０．１≦ｘ≦１．０である。
本発明にかかる積層体ユニットの誘電体層は、優れたリーク特性を有しているが、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式中の記号ＡまたはＢで表わされる元素の一部が、元素Ｒｅによって、置換されている場合には、誘電体層のリーク特性を一層向上させることができ、好ましい。
たとえば、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式中の記号ＡまたはＢで表わされる元素の一部が、元素Ｒｅによって、置換されていない場合においても、本発明にかかる積層体ユニットの誘電体層は、電界強度５０ｋＶ／ｃｍで測定したときのリーク電流を、好ましくは、１×１０−７Ａ／ｃｍ２以下、より好ましくは、５×１０−８Ａ／ｃｍ２以下に抑制することができ、しかも、ショート率を、好ましくは、１０％以下、より好ましくは、５％以下にすることができるが、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式中の記号ＡまたはＢで表わされる元素の一部が、元素Ｒｅによって、置換されている場合には、同条件で測定したときのリーク電流を、好ましくは、５×１０−８Ａ／ｃｍ２以下、より好ましくは、１×１０−８Ａ／ｃｍ２以下にすることができ、ショート率を、好ましくは、５％以下、より好ましくは、３％以下にすることができる。
本発明において、誘電体層は、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、有機金属分解法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）やゾル・ゲル法などの液相法（ＣＳＤ法）などの各種薄膜形成法を用いて、形成することができる。とくに低温で、誘電体層を形成する必要がある場合には、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ、レーザーＣＶＤ、光ＣＳＤ、レーザーＣＳＤ法を用いることが好ましい。
本発明にかかる電極層および誘電体層を含む積層体ユニットは、薄膜コンデンサの構成部品としてだけでなく、無機ＥＬ素子を発光させるための積層体ユニットとして用いることもできる。すなわち、無機ＥＬ素子を発光させるためには、電極層と、無機ＥＬ素子との間に、絶縁層が必要であるが、ｃ軸配向性が向上されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層は高い絶縁性を有しており、したがって、誘電体層上に、無機ＥＬ素子を配置するとともに、無機ＥＬ素子上に、別の電極を配置し、電極層と別の電極との間に電圧を加えることによって、無機ＥＬ素子を、所望のように、発光させることが可能になる。
本発明の前記およびその他の目的や特徴は、添付図面に基づいた以下の説明から明らかになるであろう。
第１図は、ビスマス層状化合物の構造を模式的に示す図である。
第２図は、本発明の好ましい実施態様にかかる積層体ユニットの略一部断面図である。
発明の好ましい実施態様の説明
以下、添付図面に基づき、本発明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。
第２図は、本発明の好ましい実施態様にかかる積層体ユニットの略一部断面図である。
第２図に示されるように、本実施態様にかかる積層体ユニット１は、支持基板２上に、バリア層３、電極層４および誘電体層５が、この順に、積層されて、形成されている。
本実施態様において、積層体ユニット１の支持基板２は、シリコン単結晶によって形成されている。
本実施態様にかかる積層体ユニット１は、支持基板２上に、酸化シリコンによって形成されたバリア層３を備えている。
酸化シリコンよりなるバリア層３は、たとえば、シリコンの熱酸化によって形成される。
第２図に示されるように、バリア層３上には、電極層４が形成されており、本実施態様においては、電極層４は、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８によって表わされる組成を有するＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）によって、形成され、［００１］方位に配向されている。
シリコン単結晶によって形成された支持基板２上に、ＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）よりなる電極層４を直接形成する場合には、ＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）の構成成分が、支持基板２を構成するシリコン単結晶中に拡散し、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された電極層４を形成することはできないが、本実施態様においては、電極層４は、シリコン単結晶によって形成された支持基板２上に形成されているバリア層３上に形成されるから、ＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）の構成成分が、支持基板２を構成するシリコン単結晶中に拡散することを効果的に防止し、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）よりなる電極層４を、所望のように、形成することが可能になる。
したがって、バリア層３は、ＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）の構成成分が、支持基板２を構成するシリコン単結晶中に拡散することを防止するのに十分な厚さ、たとえば、１０μｍ以上の厚さを有している。
第２図に示されるように、本実施態様にかかる積層体ユニット１は、バリア層３上に、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８によって表わされる組成を有するＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）によって、形成され、［００１］方位に配向された電極層４を備えている。
化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８によって表わされる組成を有するＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）は、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる性質を有している。
したがって、電極層４は、電極としての機能と、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体層５を確実に形成できるように保証するバッファ層としての機能を有している。
酸化シリコンなどによって形成されたバリア層３上に、白金などからなる電極層を直接形成する場合には、電極層が、［１１１］方位に配向しやすいため、電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層をエピタキシャル成長させて、ビスマス層状化合物を［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることは困難になる。しかしながら、本実施態様においては、電極層４は、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８によって表わされる組成を有するＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）によって形成され、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料によって形成されているから、電極層４を［００１］方位に配向することができ、したがって、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、誘電体層５を形成し、誘電体層５に含まれたビスマス層状化合物を、確実に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることが可能になる。
本実施態様において、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８によって表わされる組成を有するＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）よりなる電極層４は、たとえば、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）によって形成される。
パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）を用いて、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８によって表わされる組成を有するＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）よりなる電極層４を形成する場合には、たとえば、原料として、Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８によって表わされる組成を有するＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）をターゲットとして用い、酸化シリコンよりなるバリア層３の温度を６５０℃に保持して、１００ｎｍの厚さを有し、［００１］方位に配向された電極層４が形成される。
第２図に示されるように、本実施態様にかかる積層体ユニット１は、電極層４上に形成された誘電体層５を備えている。
本実施態様において、誘電体層５は、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式において、ｍ＝４、Ａ３＝Ｂｉ２＋Ｓｒとした化学量論的組成式：ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされ、コンデンサ材料としての特性に優れたビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成されている。
本実施態様においては、誘電体層５は、有機金属分解法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）によって、電極層４上に形成される。
具体的には、２−エチルヘキサン酸Ｓｒのトルエン溶液と、２−エチルヘキサン酸Ｂｉの２−エチルヘキサン酸溶液と、２−エチルヘキサン酸Ｔｉのトルエン溶液を、２−エチルヘキサン酸Ｓｒが１モル、２−エチルヘキサン酸Ｂｉが４モル、２−エチルヘキサン酸Ｔｉが４モルとなるように、化学量論比で混合し、トルエンで希釈して、得た原料溶液を、スピンコーティング法によって、電極層４上に塗布し、乾燥後、得られた誘電体層５を結晶化させない温度条件で、仮焼成する。
次いで、仮焼成した誘電体層５上に、スピンコーティング法によって、同じ原料溶液を塗布して、乾燥し、仮焼成し、この操作を繰り返す。
仮焼成が完了すると、誘電体層５が本焼成され、必要な厚さの誘電体層５、たとえば、１００ｎｍの厚さの誘電体層５が得られるまで、塗布、乾燥、仮焼成、塗布、乾燥、仮焼成および本焼成よりなる一連の操作が繰り返される。
この過程で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料はエピタキシャル成長し、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された誘電体層５が形成される。
本実施態様によれば、積層体ユニット１は、シリコン単結晶よりなる支持基板２上に、バリア層３、電極層４および誘電体層５が積層された構造を有しているから、たとえば、誘電体層５上に、上部電極を設けることによって、シリコン単結晶よりなる支持基板２に、電界効果型トランジスタやＣＰＵなどの他のデバイスとともに、薄膜コンデンサを容易に組み込んで、半導体との一体化デバイスを作製することが可能になる。
また、本実施態様によれば、シリコン単結晶によって形成された支持基板２上に、酸化シリコンによって、バリア層３が形成されるから、電極層４の構成成分が、支持基板２を構成するシリコン単結晶中に拡散するなど、その上に形成される電極層４が、シリコン単結晶に影響を与えることを防止することができ、したがって、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料によって、所望のように、電極層４を形成し、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることが可能になる。
さらに、本実施態様によれば、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層５は、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された電極層４上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、形成されるから、誘電体層５を、確実に、［００１］方位に配向させ、ｃ軸配向性を向上させることが可能になる。
したがって、本実施態様によれば、積層体ユニット１は、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成された誘電体層５を有しているから、たとえば、本実施態様にかかる積層体ユニット１の誘電体層５上に、上部電極を設けて、薄膜コンデンサを作製し、電極層５と上部電極との間に電圧を印加したときに、電界の方向が誘電体層５に含まれているビスマス層状化合物のｃ軸とほぼ一致し、したがって、誘電体層５に含まれているビスマス層状化合物の強誘電体としての性質を抑制して、常誘電体としての性質を十分に発揮させることが可能になるから、小型で、かつ、大容量の薄膜コンデンサを、電界効果型トランジスタやＣＰＵなどの他のデバイスとともに、シリコン単結晶よりなる支持基板２に組み込んで、半導体との一体化デバイスを作製することが可能になる。
さらに、本実施態様によれば、積層体ユニット１は、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成された誘電体層５を有し、ｃ軸配向性が向上されたビスマス層状化合物を含む誘電体層５は高い絶縁性を有しているから、誘電体層５を薄膜化することができ、したがって、薄膜コンデンサを、より一層小型化することが可能になり、薄膜コンデンサが組み込まれた半導体との一体化デバイスを、より一層小型化することが可能になる。
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
たとえば、前記実施態様においては、積層体ユニット１は、支持基板２上に、バリア層３、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８によって表わされる組成を有するＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）によって形成された電極層４および化学量論的組成式：ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされ、コンデンサ材料としての特性に優れたビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成された誘電体層５が、この順に、積層されて、形成されているが、積層体ユニット１は、誘電体層５上に、さらに、それぞれが、少なくとも、電極層４および誘電体層５を含む複数の単位積層体が、積層されて形成されていてもよく、最上の単位積層体の誘電体層５上に、上部電極を形成することによって、薄膜コンデンサを形成するようにしてもよい。ただし、積層体ユニット１が、誘電体層５上に、さらに、複数の単位積層体が積層されて形成されている場合に、単位積層体に含まれる電極層が、誘電体層５上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、形成されていないときは、電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させても、ビスマス層状化合物を［００１］方位に配向させることが困難で、［００１］方位に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層５を形成することが困難であるから、単位積層体を、電極層、電極層上に形成され、［００１］方位に配向されたバッファ層およびビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成され、バッファ層上に形成された誘電体層５によって構成することが要求される。さらに、電極層４および誘電体層５によって構成された１または２以上の単位積層体と、電極層、電極層上に形成され、［００１］方位に配向されたバッファ層およびビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成され、バッファ層上に形成された誘電体層５によって構成された１または２以上の単位積層体を、誘電体層５上に、任意の順序で、積層し、最上の単位積層体の誘電体層５上に、上部電極を形成することによって、薄膜コンデンサを形成するようにしてもよい。
また、前記実施態様においては、積層体ユニット１の支持基板２は、シリコン単結晶によって形成されているが、シリコン単結晶によって形成された支持基板２を用いることは必ずしも必要でなく、支持基板２を形成するための材料としては、種々のデバイスを組み込んだ半導体デバイスを作製するのに用いられる材料であれば、とくに限定されるものではなく、たとえば、シリコン単結晶に代えて、砒化ガリウム結晶などによって、支持基板２を形成することもできる。
さらに、前記実施態様においては、積層体ユニット１は、支持基板２上に、酸化シリコンによって形成されたバリア層３を備えているが、支持基板２上に形成されるバリア層３を、酸化シリコンによって形成することは必ずしも必要でなく、その上に形成される電極層４の構成成分が、支持基板２中に拡散するなど、支持基板２が電極層４の影響を受けることを防止することができる材料であれば、いかなる材料で、バリア層３を形成してもよい。たとえば、支持基板２として、砒化ガリウム結晶が用いられる場合には、安定性の観点から、バリア層を形成するために、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が好ましく用いられる。
また、前記実施態様においては、積層体ユニット１は、バリア層３上に、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８で表わされるＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）によって形成され、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させるためのバッファ層としても機能する電極層４を備えているが、電極層４を、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８で表わされるＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）によって形成することは必ずしも必要でなく、電極層４を形成する材料は、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料であれば、とくに限定されるものではない。異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料としては、酸化物超伝導体が好ましく用いられ、ＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体がとくに好ましく用いられる。ＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体の例としては、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ２ｎ＋４で示されるＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）の他に、化学量論的組成式：ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δで表わされるＹＢＣＯ（イットリウム・ビスマス・カッパー・オキサイド）が挙げられる。
さらに、前記実施態様においては、積層体ユニット１の電極層４は、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）によって形成されているが、電極層４を、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）によって形成することは必ずしも必要でなく、電極層４を、真空蒸着法、スパッタリング法、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、有機金属分解法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）やゾル・ゲル法などの液相法（ＣＳＤ法）などの他の薄膜形成法を用いて、形成することもできる。
また、前記実施態様においては、積層体ユニット１は、電極層４上に、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式において、ｍ＝４、Ａ３＝Ｂｉ２＋Ｓｒとした化学量論的組成式：ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされる組成を有するビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成された誘電体層５を備えているが、電極層４上に、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式において、ｍ＝４、Ａ３＝Ｂｉ２＋Ｓｒとした化学量論的組成式：ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされる組成を有するビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって、誘電体層５を形成することは必ずしも必要でなく、ｍが４以外のビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって、誘電体層５を形成することもでき、さらに、構成元素を異にする他のビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって、誘電体層５を形成することもできる。
さらに、前記実施態様においては、積層体ユニット１の誘電体層５は、有機金属分解法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）によって形成されているが、誘電体層５を、有機金属分解法によって形成することは必ずしも必要でなく、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、ゾル・ゲル法などの他の液相法（ＣＳＤ法）などの他の薄膜形成法によって、誘電体層５を形成することもできる。
また、前記実施態様においては、積層体ユニット１は、薄膜コンデンサの構成部品として、用いられているが、積層体ユニット１は、薄膜コンデンサの構成部品としてだけでなく、無機ＥＬ素子を発光させるための積層体ユニットとして用いることもできる。すなわち、無機ＥＬ素子を発光させるためには、電極層４と、無機ＥＬ素子との間に、絶縁層が必要であるが、ｃ軸配向性が向上されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層５は高い絶縁性を有しており、したがって、誘電体層５上に、無機ＥＬ素子を配置するとともに、無機ＥＬ素子上に、別の電極を配置し、無機ＥＬ素子に電圧を加えることによって、無機ＥＬ素子を、所望のように、発光させることが可能になる。
本発明によれば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの他のデバイスとともに、半導体ウェハに組み込むのに適した小型で、かつ、大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサを構成することができる電極層および誘電体層を含む積層体ユニットを提供することが可能になる。

Claims (24)

  1. 半導体ウェハ上に、バリア層と、異方性および導電性を有し、かつ、その上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させることができる材料により、形成され、［００１］方位に配向された電極層と、前記電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、形成され、［００１］方位に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層とが、この順に、積層されたことを特徴とする積層体ユニット。
  2. 前記支持基板が、シリコン単結晶によって形成され、前記バリア層が、酸化シリコンによって形成されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層体ユニット。
  3. 前記電極層が、酸化物超伝導体によって形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層体ユニット。
  4. 前記電極層が、酸化物超伝導体によって形成されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の積層体ユニット。
  5. 前記電極層が、ＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体によって形成されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の積層体ユニット。
  6. 前記電極層が、ＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体によって形成されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の積層体ユニット。
  7. 前記電極層が、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ２ ｎ＋４で表わされるＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）および化学量論的組成式：ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δで表わされるＹＢＣＯ（イットリウム・ビスマス・カッパー・オキサイド）よりなる群から選ばれたＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体によって形成されていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の積層体ユニット。
  8. 前記電極層が、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ２ ｎ＋４で表わされるＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・カッパー・オキサイド）および化学量論的組成式：ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δで表わされるＹＢＣＯ（イットリウム・ビスマス・カッパー・オキサイド）よりなる群から選ばれたＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体によって形成されていることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の積層体ユニット。
  9. 前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層体ユニット。
  10. 前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の積層体ユニット。
  11. 前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の積層体ユニット。
  12. 前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の積層体ユニット。
  13. 前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の積層体ユニット。
  14. 前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の積層体ユニット。
  15. 前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の積層体ユニット。
  16. 前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａは、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の積層体ユニット。
  17. 前記誘電体層が、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法、有機金属化学気相成長法および有機金属分解法を含む液相法よりなる群から選ばれた薄膜形成法によって形成されたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の積層体ユニット。
  18. 前記誘電体層が、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法、有機金属化学気相成長法および有機金属分解法を含む液相法よりなる群から選ばれた薄膜形成法によって形成されたことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の積層体ユニット。
  19. 前記誘電体層が、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法、有機金属化学気相成長法および有機金属分解法を含む液相法よりなる群から選ばれた薄膜形成法によって形成されたことを特徴とする請求の範囲第１１に記載の積層体ユニット。
  20. 前記誘電体層が、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法、有機金属化学気相成長法および有機金属分解法を含む液相法よりなる群から選ばれた薄膜形成法によって形成されたことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の積層体ユニット。
  21. 前記誘電体層が、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法、有機金属化学気相成長法および有機金属分解法を含む液相法よりなる群から選ばれた薄膜形成法によって形成されたことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の積層体ユニット。
  22. 前記誘電体層が、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法、有機金属化学気相成長法および有機金属分解法を含む液相法よりなる群から選ばれた薄膜形成法によって形成されたことを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の積層体ユニット。
  23. 前記誘電体層が、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法、有機金属化学気相成長法および有機金属分解法を含む液相法よりなる群から選ばれた薄膜形成法によって形成されたことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の積層体ユニット。
  24. 前記誘電体層が、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法、有機金属化学気相成長法および有機金属分解法を含む液相法よりなる群から選ばれた薄膜形成法によって形成されたことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の積層体ユニット。
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