(57)【要約】      （修正有）【課題】経時変化と共に圧電体特性の劣化、即ち疲労を抑制することが可能な鉛、ジルコニウム、及びチタンを含む酸化物圧電体材料と、それを用いた圧電体素子及び半導体装置を提供する。【解決手段】圧電体材料PZTにおいて、鉛の一部がランタンにより置換され、且つジルコニウムまたはチタンの一部がリチウム、ベリリウム、マグネシウム及びホウ素のうち少なくとも一種類以上の元素により置換されている元素組成を有する。この圧電体材料は、酸素欠損が発生しても、疲労特性を大幅に改善することが可能である。圧電体素子は、２つの電極１３，１５間に圧電体１４を配置した圧電体素子において、圧電体１４が、上記の圧電体材料を含む。キャパシタを有する半導体装置においては、キャパシタの有する誘電体膜及びゲート絶縁膜のうち少なくとも一方が、上記の圧電体材料を含む。【選択図】図６
2009088451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛、ジルコニウム及びチタンを含む酸化物からなる圧電体材料において、
鉛、ジルコニウム及びチタンを主体とする酸化物からなる圧電体材料の鉛の一部がランタンに置換され、且つジルコニウム及びチタンの少なくとも一方の一部が、リチウム、ベリリウム、ホウ素及びマグネシウムの少なくとも一種の元素により置換された元素組成を有することを特徴とする圧電体材料。
【請求項２】
前記元素組成が、（Ｐｂ0.90Ａ0.10）（（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）0.90Ｂ0.10）Ｏ2.70
（ここで、ＡはＰｂ原子の一部を、ＢはＺｒ原子及びＴｉ原子の少なくとも一方の一部を置換している原子を表している。）
である請求項１に記載の圧電体材料。
【請求項３】
２つの電極の間に圧電体を配置した圧電体素子において、
前記圧電体が、請求項１または２に記載の圧電体材料を含むことを特徴とする圧電体素子。
【請求項４】
キャパシタを有する半導体装置において、
前記キャパシタの有する誘電体膜及びゲート絶縁膜のうち少なくとも一方が、請求項１または２に記載の圧電体材料を含むことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体材料用としての酸化物、かかる圧電体材料を用いた圧電体素子及び前記圧電体材料を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体材料は、かかる圧電体材料を用いた圧電アクチュエータとも呼ばれる圧電体素子、及び前記圧電体材料を用いた半導体装置などにおいて応用されている。更に、かかる圧電体素子を用いた液体吐出ヘッド、かかる液体吐出ヘッドを備えた記録装置、など幅広い分野で応用されている材料である。
【０００３】
圧電体材料を用いた圧電体素子を長時間駆動させると、その変位性能が低下するという現象がしばしば出現することは、一般によく知られている。圧電体材料として強誘電体材料を用いる場合が多く、この場合、変位性能の低下は強誘電体の分極特性の劣化によるものであるという事実も、一般によく知られている。
【０００４】
強誘電体の分極特性における残留分極の劣化（残留分極の絶対値が経時変化とともに小さくなってゆく現象）は、一般に分極疲労あるいは単に疲労と呼ばれている。疲労の原因については、今日でも明確な究明はなされていない。しかしながら、酸化物強誘電体材料においては、疲労と酸素欠損との間に何らかの関係がある、という事実は、多くの実験結果から明らかになっている。
【０００５】
強誘電体材料の一つとして、鉛、ジルコニウム、チタンを含む酸化物、いわゆるPZTがある。PZTも疲労を起こす強誘電体材料であり、疲労した状態のPZTでは酸素欠損が発生しているということは、多くの実験結果から明らかになっている。
【０００６】
このような諸事実を鑑みると、疲労を抑制する方法の一つとして、酸素欠損を抑制するという方法が、容易に推察される。
【０００７】
ＰＺＴの酸素欠損を抑制するには、正イオンの一部をより大きな価数の正イオンで置換することが効果的である。結晶全体の電荷の中性を保つために、負イオンの酸素イオン（形式電荷を用いて、Ｏ2-と記述される）が欠損し難くなるためである。実際、ＰＺＴのＰｂ2+イオンの一部をランタン（Ｌａ3+）で置換したいわゆるＰＬＺＴはＰＺＴに比べて疲労特性が改善される、という多くの実験結果が報告されている。
【０００８】
また、ＰＬＺＴや、ＰＺＴのＺｒまたはＴｉの一部をニオブ（Ｎｂ5+）で置換したＰＺＴＮ等は、仮に酸素欠損が発生してもＰＺＴよりも疲労を抑制出来る、という電子論的な見地に基づいた報告がある（特開平１０−０２２４６５号公報：特許文献１）。何故なら、Ｌａ3+の４ｆ準位やＮｂ5+の４ｄ準位が、Ｏ2-の２ｐ準位とＴｉ4+の３ｄ準位（及びＺｒ4+の４ｄ準位）との間に存在するため、酸素欠損により結晶内に残された電子はＬａ3+の４ｆ準位やＮｂ5+の４ｄ準位に入るためである。その結果、Ｔｉ4+の３ｄ準位（及びＺｒ4+の４ｄ準位）とＯ2-の２ｐ準位との間の共有結合が安定化され、疲労は出現し難くなる（図１１参照）。
【特許文献１】特開平１０−０２２４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＰＺＴにおける酸素欠損のサイトと疲労との関係及びそのメカニズムについては、これまで明確に議論されたことはなかった。従って、疲労を抑制するためには酸素欠損を抑制することが必須である、という視点においてのみ、強誘電体材料の設計や探索がなされてきた。
【００１０】
本発明の目的は、疲労を抑制することが可能な強誘電体材料、即ち圧電体材料として好適な酸化物、並びに、それを用いた圧電体素子及び半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる圧電体材料は、鉛、ジルコニウム及びチタンを含む酸化物からなる圧電体材料において、鉛、ジルコニウム及びチタンを主体とする酸化物からなる圧電体材料の鉛の一部がランタンに置換され、且つジルコニウム及びチタンの少なくとも一方の一部が、リチウム、ベリリウム、ホウ素及びマグネシウムの少なくとも一種の元素により置換された元素組成を有することを特徴とする圧電体材料である。
【００１２】
また、本発明にかかる圧電体素子は、２つの電極間に圧電体を配置した圧電体素子において、前記圧電体が、上記の圧電体材料を含むことを特徴とする圧電体素子である。
【００１３】
本発明に半導体装置は、キャパシタを有する半導体装置において、前記キャパシタの有する誘電体膜及びゲート絶縁膜のうち少なくとも一方が、上記の圧電体材料を含むことを特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧電体材料用の酸化物によれば、圧電体素子とした際に、経時変化と共に圧電体特性が劣化するといういわゆる疲労を、大幅に改善することが可能である。疲労を大幅に改善出来ることで、本発明の酸化物を圧電体材料として用いた圧電アクチュエータ及び半導体装置等においては、信頼性の高い安定した動作を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者は、ＰＺＴの酸素欠損のサイトと疲労との関係に関するメカニズムを鋭意検討した結果、特定のサイトではそこに酸素欠陥が発生しても、疲労がほとんどみられないことを見出した。本発明は、この究明に基づいてなされたものであり、本発明により、疲労を抑制することが可能な強誘電体材料、即ち圧電体材料として好適な酸化物を提供することができる。好ましくは、圧電体材料としてのＰＺＴの正イオンの一部を複数の元素で置換することで、疲労を抑制することが可能な圧電体材料を得る。かかる圧電体材料によれば、圧電体材料は経時変化と共に圧電体特性が劣化するといういわゆる疲労を、大幅に改善することが可能である。また、圧電アクチュエータとも呼ばれる２つの電極の間に圧電体を配置した圧電体素子の圧電体の形成に本発明にかかる圧電体材料を用いることにより、疲労が少なく、動作の安定した圧電体素子を得ることができる。更に、本発明にかかる圧電体材料は、半導体装置に設けるキャパシタの誘電体膜及びゲート絶縁膜のうち少なくとも一方の構成材料として利用でき、疲労の少ない安定した動作を特徴とするキャパシタを有する半導体装置を得ることができる。本発明の圧電体材料は、鉛、ジルコニウム及びチタンを含む酸化物を主体とする。すなわち、この酸化物が、酸素以外の元素として、鉛、ジルコニウム及びチタンに加えて、リチウム、ベリリウム、ホウ素及びマグネシウムの少なくとも１種と、ランタンとからなる。
【００１６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
第１の実施形態である圧電体材料について図１乃至図５を参考にして説明を行う。
【００１８】
本実施形態に係る圧電体材料は、いわゆるＰＺＴにおいて、Ｐｂの一部がＬａにより置換されており、且つＺｒまたはＴｉの一部が、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ及びＭｇの少なくとも一種類の元素により置換されていることを特徴とする圧電体材料である。この置換による元素組成によれば、ＯｘＯｙに酸素欠損を集中させることができる。
この結果は、以下に示す電子状態のシミュレーション結果に基づくものである。
【００１９】
まず、本実施形態における圧電体材料の組成式は、式１のように表される。
（化学式１）
（Ｐｂ0.90Ａ0.10）（（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）0.90Ｂ0.10）Ｏ2.70
ここで、Ａ及びＢは、それぞれＰｂ原子、並びに、Ｚｒ原子及びＴｉ原子の少なくとも１つの一部を置換している原子を表している。また酸素原子Ｏの組成比はＯ(3-δ)で記述され、δは酸素欠損の量を表している。本実施形態ではδ＝０．３０という酸素欠損が生じている圧電体材料を考える。
【００２０】
化学式１のような任意の原子欠損あるいは任意の組成比を含む組成式の電子状態計算は、コヒーレントポテンシャル近似（Coherent Potential Approximation：CPA）と呼ばれる手法により、比較的簡単に且つ高精度に求めることが出来る。
【００２１】
このCPAを用いた電子状態計算手法の一つとして、KKR-CPA（Korringa-Kohn-Rostoker Coherent Potential Approximation）法と呼ばれる計算手法がある。このKKR-CPA法のプログラムの一つが、大阪大学  赤井久純教授が開発した、以下のプログラムである。
プログラム名：「MACHIKANEYAMA2002」
文献：H & M. Akai, Korringa-Kohn-Rostoker Coherent Potential Approximation Package（H. Akai, Osaka University, 2000）
この「MACHIKANEYAMA2002」を用いて、上記化学式1の電子状態計算から全エネルギーを求めることが出来る。
【００２２】
次に、化学式１におけるＡ及びＢの組み合わせについて、電子状態計算から評価した結果について説明を行う。
【００２３】
本実施形態における電子状態計算においては、次の２種類の酸素欠損を含む系の電子状態をそれぞれ計算し、全エネルギーを求めた。
ケース１：化学式１において、Ｏｘ及びＯｙにのみ酸素欠損が存在するとき。
ケース２：化学式１において、Ｏｚにのみ酸素欠損が存在するとき。
【００２４】
ここで、Ｏｘ及びＯｙは、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂ）及びＯ原子を含む面内のＯ原子を表し、Ｏｚは（Ｐｂ、Ａ）及びＯ原子を含む面内のＯ原子を表す。
【００２５】
図１に、電子状態計算に用いられた結晶ユニットセルの構造を示す。但し、図１（ａ）はＯｘ及びＯｙにのみ酸素欠損が存在するときの構造、図１（ｂ）はＯｚにのみ酸素欠損が存在するときの構造を、それぞれ示している。これらの図において酸素欠損部を○として模式的に示している。
【００２６】
上記ケース１及びケース２の電子状態計算は、それぞれ図１（ａ）及び図１（ｂ）の構造を用いて行われた。それぞれの全エネルギーを比較し、全エネルギーの値が小さい方がエネルギー的に安定な状態と評価している。Ａ及びＢの組み合わせで、ケース１の全エネルギーが小さい場合を、疲労が起き難い状態と判断した。その結果、次の組み合わせが、結果として得られた。
Ａ：Ｌａ
Ｂ：Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｍｇ
上記のＡ及びＢの個々の組み合わせに対して、電子状態計算から得られたケース１の単位組成式当たりの全エネルギー（Ｅ1；単位は電子ボルト（ｅＶ））、及びケース２の単位組成式当たりの全エネルギー（Ｅ2）の差は、次の表１のようになった。
【００２７】
【表１】
2009088451.tif 000003
【００２８】
次に、上記の判断が正当な判断である理由について、以下に説明を行う。
【００２９】
図２は、上記判断の正当性を検証するために行われたＰＺＴの電子状態計算において、用いられた結晶ユニットセルの構造を示している。この結晶ユニットセルの化学式（元素組成式）は、ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ(3-δ)と表される。但し、図２（ａ）はＯｘ及びＯｙにのみ酸素欠損が存在するとき（δ≠０）の構造を、図２（ｂ）はＯｚにのみ酸素欠損が存在するとき（δ≠０）の構造を示している。なお、これらの図２（ａ）及び図２（ｂ）において、酸素欠損部を○として模式的に示している。図２（ｃ）は酸素欠損が存在しないとき（δ＝０）の構造を示している。
【００３０】
Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48の変位に対する全エネルギーの変化を図３に示す。但し、各図の縦軸の単位はリドベルグ（Ｒｙ）であり、１Ｒｙ＝１３．６ｅＶである。
【００３１】
図３（ａ）は酸素欠損が存在しないとき（δ＝０：ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ3）、図３（ｂ）は酸素欠損が１０％存在するとき（δ＝０．３：ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ2.70）の計算結果をそれぞれ示している。図３（ｃ）は酸素欠損が２０％存在するとき（δ＝０．６：ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ2.40）の計算結果を示している。但し後述のように、それぞれの場合についてＰｂの変位は０．０４６ｎｍで固定している。δの値に対するＺｒ0.52Ｔｉ0.48の変化をまとめた結果を、図５（ａ）に示す。
【００３２】
図３及び図５（ａ）の結果より以下の結論が容易に得られる。即ち、Ｏｚにのみ酸素欠損が存在するときは、δの増加とともにＺｒ0.52Ｔｉ0.48の変位に対する復元力が減少し、外部電界の反転に伴う分極反転の効果が消失されてゆく。これが即ち疲労の出現である。一方、Ｏｘ及びＯｙにのみ酸素欠損が存在するときは、δの値には関係なくＺｒ0.52Ｔｉ0.48の変位はほぼ一定の値（約０．０２３ｎｍ）を示す。即ち疲労は出現しない。
【００３３】
また、Ｐｂの変位に対する全エネルギーの変化を図４に示す。図４（ａ）は酸素欠損が存在しないとき（δ＝０：ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ3）、図４（ｂ）は酸素欠損が１０％存在するとき（δ＝０．３：ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ2.70）の計算結果を、それぞれ示している。図４（ｃ）は酸素欠損が２０％存在するとき（δ＝０．６：ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ2.40）の計算結果を示している。但し後述のように、それぞれの場合についてＺｒ0.52Ｔｉ0.48の変位は０．０２３ｎｍで固定している。δの値に対するＰｂの変化をまとめた結果を、図５（ｂ）に示す。
【００３４】
図４及び図５（ｂ）の結果をまとめると、以下の結論が得られる。即ち、Ｐｂの変位の大きさは、酸素欠損のサイトやδの値には関係なく、ほぼ一定の値（約０．０４６ｎｍ）を示す。即ち酸素欠損によるＰｂからの疲労への寄与はほぼ皆無である。
【００３５】
以上より、ＰＺＴに酸素欠損が発生しても、Ｏｘ及びＯｙに酸素欠損を集中させれば疲労には影響しない、という重要な知見が得られる。同様の理由により、化学式１においても、Ｏｘ及びＯｙにのみ酸素欠損が存在する場合（ケース１）と、Ｏｚにのみ酸素欠損が存在する場合（ケース２）の電子状態を比較し、前者の全エネルギーの値が小さい方が疲労が起き難いと結論づけることが出来る。
【００３６】
以上の説明より、本実施形態に至る判断の正当性が証明された。
【００３７】
本実施形態の圧電体材料の膜は、スパッタリング、レーザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法など公知の方法を用いて、容易に成膜が可能である。例えばスパッタ装置による成膜の場合、真空ポンプにより高真空度に保持されているチャンバー内に、例えばＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ及びＬｉの金属ホルダーを用意し、それらのホルダー上にイオン源となるＡｒビームを照射する。所望とする元素組成が得られるように成膜条件を設定し、Ａｒビームにより叩き出された各金属をチャンバー内に備えた基板上に飛翔させることにより、目的とする圧電体膜を形成することが出来る。
【００３８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態としての圧電体素子について、図６乃至図８を参考にして説明を行う。図６は、本実施形態の圧電体素子の断面を示した図である。以下、本実施形態の圧電体素子の製造方法を説明する。
【００３９】
まず、基板１を用意する。基板１としては、例えばＳｉ基板あるいはＳＯＩ基板等を用いるが、本実施形態ではＳＯＩ基板を用いる。また、基板１の厚さについては、厚さ２００μｍのＳＯＩ基板でシリコン（Ｓｉ）厚が１９９．５μｍ、酸化シリコン（ＳｉＯ2）厚が０．５μｍとする。ＳＯＩ基板の裏面を、必要に応じてパターニングすることで、シリコン（Ｓｉ）の振動板２２が形成される。本実施例では、例えば厚さ６μｍとする。この後、例えば、膜厚０．３μｍの白金（Ｐｔ）下部電極１３、膜厚３．０μｍの圧電膜１４、膜厚０．３μｍの白金（Ｐｔ）上部電極１５などを定法により形成する。下部電極１３及び上部電極１４の成膜方法としては、例えばスパッタリング、レーザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法など公知の成膜方法を用いる。また、圧電体膜１４は、例えば第１の実施形態で示した成膜方法によって形成する。以上の工程により、圧電体素子が形成される。
図７は、本実施形態における圧電体素子を搭載した液体吐出ヘッドの立体構成を示す断面を示した図である。
【００４０】
また、図８（ａ）乃至（ｆ）は図７に示す構造の製造方法を示した図である。以下、図８（ａ）乃至（ｆ）を参照しながら、本実施形態の圧電体素子を用いた液体吐出ヘッド全体の製造方法を説明する。
【００４１】
まず、図８（ａ）に示すように、既に圧電体素子が形成されている基板１を用意し、個別液室１６のパターニングを行う。パターニングは、例えば化学エッチングまたはイオンミリングによって行い、この後平坦化を行う。次に、図８（ｂ）に示すように、前記工程で圧電体素子が形成され且つパターニングが既に施された基板１、及びパターニング用の基板２及び基板３を用意する。基板２及び基板３は、例えばＳｉ基板あるいはＳＯＩ基板等を用いるが、下記のパターニングの工程を鑑みると、ＳＯＩ基板を用いることが望ましい。また、基板の厚さについては、例えば基板２は、厚さ２００μｍのＳＯＩ基板でシリコン（Ｓｉ）厚が１９９．５μｍ、酸化シリコン（ＳｉＯ2）厚が０．５μｍとする。基板３は、厚さ４００μｍのＳＯＩ基板でシリコン（Ｓｉ）厚が３９９．５μｍ、酸化シリコン（ＳｉＯ2）厚が０．５μｍとする。
【００４２】
次に、基板２及び基板３のパターニングを行う。直径６０μｍのオリフィス連通部１７、及び直径１０μｍの共通液室連通部１８のパターニングを行う。基板２及び基板３のパターニングは、例えば化学エッチングまたはイオンミリングによって行う。これらのパターニングの後、それぞれの基板に対し平坦化を行う。
【００４３】
次に、図８（ｃ）に示すように、基板１、基板２及び基板３の貼り合わせを行う。基板１、基板２及び基板３の貼り合わせには、例えば金（Ａｕ）−金（Ａｕ）接合を用いる。
【００４４】
次に、図８（ｄ）に示すように、共通液室１９のパターニングを行う。オリフィス連通部１７以外の領域で、共通液室１９ターニングを行う。このパターニングは、例えば化学エッチングまたはイオンミリングによって行う。図８（ｃ）は化学エッチングでパターニングを行う過程の図を示しており、レジスト５１を塗布し、化学エッチングを行った直後の図である。この後、レジスト５１の除去を行う。
【００４５】
次に、図８（ｅ）に示すように、パターニング用の基板４を用意する。基板４は、例えばＳｉ基板あるいはＳＯＩ基板等を用いるが、パターニングの観点から、ＳＯＩ基板を用いることが望ましい。また、基板の厚さについては、例えば厚さ２００μｍのＳＯＩ基板においてＳｉ厚が１９９．５μｍ、ＳｉＯ2厚が０．５μｍとする。次に基板４に、オリフィス連通部１７、共通液室１９、及び、例えば直径３０μｍ、高さ５０μｍの吐出口２１のパターニングを行う。これらのパターニングは、例えば化学エッチングまたはイオンミリングによって行う。前記パターニングの後、基板４に対し平坦化を行う。
【００４６】
最後に、図８（ｆ）に示すように、基板３及び基板４の貼り合わせを行う。貼り合わせには、例えば金（Ａｕ）−金（Ａｕ）接合を用いる。この工程により、基板１、基板２、基板３及び基板４が一体化される。
【００４７】
以上の工程を経て図７に示した液体吐出ヘッドが形成される。本ヘッドは、経時変化と共に圧電体特性が劣化（疲労）することによる吐出性能の経時変化が抑制され、安定した性能を提供できた。
【００４８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態としての半導体装置について図９及び図１０を参考にして説明を行う。
【００４９】
図９は、圧電体１４の膜を強誘電体膜としてキャパシタ部分に使用した際の強誘電体メモリの断面図である。圧電体膜１４は、例えば第１の実施形態で示した成膜方法によって形成する。この例においては、半導体基板２０１において、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）によって形成した素子分離絶縁層２０２によって分離された領域に、ソース領域２０５とドレイン領域２０６が形成される。次にゲート絶縁膜２０３を介してゲート電極２０４が設けられ、ＭＩＳ（絶縁ゲート型電界効果）トランジスタが形成される。この上に層間絶縁層２０７を介して下部電極２０８が形成され、これの上に圧電体層１４を挟んで上部電極２１０が形成される。図９の例では、さらにコンタクトホール２１２を通じてドレイン領域２０６と上部電極２１０との間に配線２１３が接続された構造を有する。
【００５０】
この構造において下部電極２０８と上部電極２１０との間に電位差により電界を印加することにより、強誘電体として機能する圧電体層１４に自発分極Ｐｓを生じさせ、電界をゼロにしたときの残留分極Ｐｒの向きによって“０”、“１”の情報をメモリする。
【００５１】
次に、図９に示す強誘電体メモリの製造方法を、以下、図１０（ａ）乃至図１０（ｆ）に示す。
【００５２】
図１０（ａ）はシリコンからなる半導体基板２０１に、ＳＴＩにより素子分離絶縁層２０２を形成する。ＳＴＩは半導体基板２０１の該当部分にエッチングにより溝を形成し、ＣＶＤなどによりＳｉＯ2などを溝に埋め込み、その後平坦化プロセスを経て形成される。ＳＴＩのサイズは、例えば幅２００ｎｍ、深さ１０００ｎｍ（１μｍ）程度とする。
【００５３】
次に図１０（ｂ）に示すように、半導体基板２０１表面を熱酸化して、膜厚２０ｎｍ程度のＳｉＯ2によるゲート絶縁膜２０３を形成する。このゲート絶縁膜２０３上に多結晶シリコンを膜厚２００ｎｍ程度製膜した後、パターンエッチングを施し、幅１００ｎｍ程度のゲート電極２０４を形成する。さらに、半導体基板２０１に不純物のイオン注入を行い、ソース領域２０５及びドレイン領域２０６を形成する。イオン注入に用いる不純物は、例えば砒素（Ａｓ）を用い、注入濃度は、例えば１．０×１０20原子数／ｃｍ2程度とする。
【００５４】
次に図１０（ｃ）に示すように、半導体基板２０１表面全体を覆う形で膜厚２００ｎｍ程度のＳｉＯ2等による層間絶縁層２０７を形成する。この後、白金等よりなる金属層を、スパッタ法などにより５０ｎｍ程度の膜厚で製膜する。製膜後パターンエッチングを施し、幅１５０ｎｍ程度の下部電極２０８を形成する。
【００５５】
次に図１０（ｄ）に示すように、請求項１でクレームしている圧電体材料層及び白金等よりなる金属層を、スパッタ法などによりそれぞれ２００ｎｍ及び５０ｎｍ程度の膜厚で製膜する。その後パターンエッチングを施し、幅１００ｎｍ程度の圧電体層１４及び上部電極２１０を形成する。
【００５６】
次に図１０（ｅ）に示すように、前工程までに形成された構造の表面全体を覆う形で、膜厚２００ｎｍ程度のＳｉＯ2等による層間絶縁層２１１を形成する。
【００５７】
最後に図１０（ｆ）に示すように、ドレイン領域２０６上の層間絶縁層２０７と、上部電極２１０上の層間絶縁層２１１にそれぞれ直径１００ｎｍ程度のコンタクトホールを形成する。さらにスパッタ法などにより、例えば膜厚１００ｎｍ程度のＣｕ金属層を被着形成し、パターンエッチングにより必要な部分のみを残し、配線２１３を形成する。
【００５８】
以上の工程を経て、図９に示した強誘電体メモリが形成される。本メモリは、経時変化と共に圧電体特性が劣化（疲労）することによる性能の経時変化が抑制され、安定した性能を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１実施形態の結晶ユニットセル図である。
【図２】ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ(3-δ)の結晶ユニットセル図である。
【図３】図２の結晶ユニットセルにおけるＺｒ0.52Ｔｉ0.48の変位と全エネルギーとの関係を示す図である。
【図４】図２の結晶ユニットセルにおけるＰｂの変位と全エネルギーとの関係を示す図である。
【図５】Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48の変位及びＰｂの変位と、酸素欠損δとの関係示す図である。
【図６】第２実施形態の構造の模式的断面図である。
【図７】第２実施形態を適用した液体吐出ヘッドの構造の模式的断面図である。
【図８】第２実施形態を適用した液体吐出ヘッドの製造方法の説明図である。
【図９】第３実施形態の構造の模式的断面図である。
【図１０】第３実施形態の製造方法の説明図である。
【図１１】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  基板１
２  基板２
３  基板３
４  基板４
１３    下部電極
１４    圧電体膜
１５    上部電極
１６    個別液室
１７    オリフィス連通部
１８  共通液室連通部
１９  共通液室
２０  供給口
２１  吐出口
２２  振動板
５１  レジスト
２０１  半導体基板
２０２  素子分離絶縁層
２０３  ゲート絶縁膜
２０４  ゲート電極
２０５  ソース領域
２０６  ドレイン領域
２０７、２１１  層間絶縁層
２０８  下部電極
２１０  上部電極
２１２  コンタクトホール
２１３  配線
【図１】
2009088451.tif 000004
【図２】
2009088451.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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