(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に、この順で積層された下部電極と強誘電体薄膜と上部電極とを備える強誘電体素子において、
上記下部電極は、この順で上記半導体基板の上に積層された金属層と第２の導電性金属酸化物層と第１の導電性酸化物層とを備え、
上記第２の導電性酸化物層は、単一の金属元素の酸化物からなり、
上記第１の導電性酸化物層は、ペロブスカイト構造であって、上記強誘電体薄膜に接する面を構成する結晶が、（１１１）面で配向しており、
上記強誘電体薄膜は、強誘電体材料からなる複数の単位結晶胞が積層して一つの結晶相を形成した層状構造を有する複数の結晶粒を含み、
上記結晶粒のうち８０％（体積／体積）以上は、
上記単位結晶胞の積層方向に沿った結晶軸が、上記下部電極と上記強誘電体薄膜との界面に対して、５０．７°以上５８．７°以下の角度で配向し、
上記強誘電体材料は、下記一般式（化１）により表されることを特徴とする強誘電体素子。
（ＡＯ）２＋（Ｂｙ−１ＣｙＯ３ｙ＋１）２−    …（化１）
（ただし、ＡはＴｌ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｂｉおよび希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素であり、ＢはＢｉ、Ｐｂ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ＣはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＣｒおよびＺｒから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｙは２〜５の整数である）
【請求項２】
請求項１に記載の強誘電体素子において、
上記配向の角度は、５４．７°であることを特徴とする強誘電体素子。
【請求項３】
半導体基板の上に、この順で積層された下部電極と強誘電体薄膜と上部電極とを備える強誘電体素子において、
上記下部電極は、この順で上記半導体基板の上に積層された金属層と第２の導電性金属酸化物層と第１の導電性酸化物層とを備え、
上記第２の導電性酸化物層は、単一の金属元素の酸化物からなり、
上記第１の導電性酸化物層は、ペロブスカイト構造であって、上記強誘電体薄膜に接する面を構成する結晶が、（１１１）面で配向しており、
上記強誘電体薄膜は、強誘電体材料からなる複数の単位結晶胞が積層して一つの結晶相を形成した層状構造を有する複数の結晶粒を含み、
上記結晶粒のうち８０％（体積／体積）以上は、
上記単位結晶胞の積層方向に沿った結晶軸が、上記下部電極と上記強誘電体薄膜との界面に対して、３１．３°以上３９．３°以下の角度で配向し、
上記強誘電体材料は、下記一般式（化１）により表されることを特徴とする強誘電体素子。
（ＡＯ）２＋（Ｂｙ−１ＣｙＯ３ｙ＋１）２−    …（化１）
（ただし、ＡはＴｌ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｂｉおよび希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素であり、ＢはＢｉ、Ｐｂ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ＣはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＣｒおよびＺｒから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｙは２〜５の整数である）
【請求項４】
請求項３に記載の強誘電体素子において、
上記配向の角度は、３５．３°であることを特徴とする強誘電体素子。
【請求項５】
請求項１または３記載の強誘電体素子において、
上記層状構造は、層状ペロブスカイト構造であることを特徴とする強誘電体素子。
【請求項６】
シリコン基板の上に形成した、請求項１または３記載の強誘電体素子を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置において、
上記強誘電体素子は、電界効果型トランジスタ構造のキャパシタであることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体の不揮発性を利用したＦｅＲＡＭ（Ferroelectonic Random Access Memory）等の強誘電体素子と、それを用いた半導体装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、キャパシタ材料に強誘電体を用いた不揮発性半導体メモリＦｅＲＡＭが注目されている。ＦｅＲＡＭは、極性の異なる二つの残留分極を利用しているため、電源オフでも記憶を保持できるという特性を有している。さらに、書き換えのスピードもμ秒以下と非常に高速であり、次世代の理想的メモリとして研究が進められている。
【０００３】
このような不揮発性メモリでは、書き込みによる特性劣化が小さい強誘電体が要求される。この要求を満たす強誘電体材料としては、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴと略す）を含むＢｉ層状強誘電体材料が挙げられる。この強誘電体材料は、層状構造、すなわち、強誘電体材料からなる複数の単位結晶胞が積層して一つの結晶相を形成した構造を有している。一般に、強誘電体材料の３つの結晶軸のうち、この層状構造における単位結晶胞の積層方向に沿った結晶軸をｃ軸と呼び、このｃ軸に直交する２つの結晶軸のうちの一方をａ軸、他方をｂ軸と呼ぶ。
【０００４】
このＢｉ層状強誘電体材料は結晶の異方性が大きく、ｃ軸と並行方向には分極を有しないことが知られている。この材料からなる強誘電体薄膜を用いたメモリでは、強誘電体薄膜が無配向またはｃ軸配向（すなわち、ｃ軸が基板面に対して垂直方向に向いた配向）になるため、高い分極量を得ることができない。
【０００５】
そこで、キャパシタの大容量化のため、強誘電体材料の結晶を一方向に並べる配向化が試みられている。例えば、強誘電体薄膜のｃ軸が１対の電極に印加される電場に垂直な方向に対して±３０度以内に配向している強誘電体素子が、特開平７−５４００７号公報で開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのＢｉ層状構造の強誘電体薄膜は、実際にはｃ軸が電極に対して並行に成長しづらく、結晶の安定した成長が得られないという問題があった。そこで、本発明は、安定な結晶成長により高配向の強誘電体薄膜を形成することのできる強誘電体素子と、それを用いた半導体装置とを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の問題点は、電極と強誘電体材料との格子定数の不一致によるものである。上述のＢｉ層状構造の強誘電体薄膜は、半周期ずれた二層のＢｉ−Ｏ層を有する結晶構造であるため、二層のＢｉ−Ｏ層の層間距離と、Ｂｉ−Ｏ層およびＳｒ−Ｏ層の間の距離とが異なっている。このため、有効な配向制御を行うことが非常に困難であった。
【０００８】
本発明者らは、電極と強誘電体材料との格子定数に着目して鋭意検討した結果、下部電極の少なくとも強誘電体薄膜に接する面を構成する結晶が（１１１）面配向の場合、強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させることで、ｃ軸の角度が、下部電極と強誘電体薄膜との界面に対して、５０．７°以上５８．７°以下（好ましくは５４．７°）、または、３１．３°以上３９．３°以下（好ましくは３５．３°）の強誘電体薄膜の結晶を安定して成長させることができ、得られた強誘電体素子において高い分極量を実現できることを見出した。
【０００９】
ここで、この原理について上述のＳＢＴの場合を例にとって、説明する。この化合物は、ＡサイトをＢｉ元素、ＢサイトをＳｒ元素、ＣサイトをＴａ元素とし、ｙを２とするとき、下記一般式（化１）により表される（Ｂｉ2Ｏ2）2+（Ｓｒ1Ｔａ2Ｏ7）2-である。このＳＢＴの結晶構造は二層のＢｉ−Ｏ層を有したＢｉ層状構造であり、ａ軸＝ｂ軸＝３．８９オングストローム、ｃ軸＝２５．１０オングストロームである。
【００１０】
（ＡＯ）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-    …（化１）
下部電極にＰｔ金属を用いた場合、Ｐｔ金属は立方晶（Ｃubic）構造であるため、優先成長より下部電極１３は（１１１）面配向となる。このＰｔ金属の格子定数は結晶解析よりａ軸＝ｂ軸＝ｃ軸＝３．９２３１オングストロームであった。
【００１１】
ＳＢＴの格子定数（ａ軸＝ｂ軸＝３．８９オングストローム）と、Ｐｔの格子定数（ａ軸＝ｂ軸＝ｃ軸＝３．９２３１オングストローム）とのミスマッチは、０．８５％と非常に小さい。このため、Ｐｔ金属上でのＳＢＴ薄膜のエピタキシャル成長は非常に安定であると考えられる。Ｐｔ（１１１）面上での、結晶軸の三辺を共有したＳＢＴのエピタキシャル成長によれば、図１に示すように、ＳＢＴ薄膜１２の結晶構造のｃ軸が下部電極１３との界面に対して５４．７°傾いた配向を安定して形成することができる。また、Ｐｔ（１１１）面上での、結晶軸の一辺のみを共有したＳＢＴのエピタキシャル成長によれば、図３に示すように、ＳＢＴ薄膜１２の結晶構造のｃ軸が下部電極１３との界面に対して３５．３°傾くように配向した強誘電体薄膜１２を安定して形成することができる。なお、図を見やすくするため、強誘電体薄膜１２のハッチングは省略した。
【００１２】
これらのエピタキシャル成長を用いた強誘電体薄膜１２の形成により、従来の無配向なＳＢＴ薄膜で認められたリーク電流による耐圧特性の低下、ランダムな分極方向による分極値の低下を抑制でき、メモリ動作で不可欠な動作電圧、キャパシタ容量を得ることが可能となる。また、分極軸の揃った分極量の大きい残留分極が得られ、高耐圧特性を有する強誘電体素子を安定的に作製することができる。
【００１３】
なお、強誘電体薄膜のすべての結晶粒のｃ軸が５４．７°または３５．３°になっていなくてもよい。強誘電体薄膜中の各結晶粒のｃ軸は、図４（ａ）および（ｂ）にその分布を示すように、ある程度のばらつきがあるのが普通である。しかし、８０％（体積／体積）以上の結晶粒のｃ軸が５４．７°±４°または３５．３°±４°にあれば、良好なメモリ動作が得られる。
【００１４】
以上の新たな知見を基に、本発明では、この順で積層された下部電極と強誘電体薄膜と上部電極とを備え、下部電極の少なくとも強誘電体薄膜に接する面を構成する結晶が（１１１）面配向である強誘電体素子であって、強誘電体薄膜が、強誘電体材料からなる複数の単位結晶胞が積層して一つの結晶相を形成した層状構造を有する結晶粒を含み、その結晶粒のうち８０％（体積／体積）以上１００％（体積／体積）以下の結晶粒のｃ軸（すなわち単位結晶胞の積層方向）が、下部電極と強誘電体薄膜との界面に対して、
（１）５０．７°以上５８．７°以下（好ましくは５４．７°）の角度で配向している強誘電体素子、および、
（２）３１．３°以上３９．３°以下（好ましくは３５．３°）の角度で配向している強誘電体素子、
の２種類の素子が提供される。なお、強誘電体薄膜は層状ペロブスカイト構造であることが望ましい。
【００１５】
さらに、本発明では、本発明の強誘電体素子を備える半導体装置が提供される。本発明の強誘電体素子は、半導体装置における電界効果型トランジスタ構造のキャパシタとして、特に適している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の素子に用いられる強誘電体材料としては、下記一般式（化１）により表される化合物が適している。これらの化合物は、いずれも、格子定数がａ軸＝ｂ軸＝３．９オングストローム前後の層状ペロブスカイト構造であるため、上述のＳＢＴの場合と同様、エピタキシャル成長により、高い分極量が得られる配向を有する結晶を安定して成長させることができる。
【００１７】
（ＡＯ）2+（Ｂy-1ＣyＯ3y+1）2-    …（化１）
ただし、上記式（化１）において、ＡサイトはＴｌ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｂｉおよび希土類元素（Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）のいずれかである。また、ＢサイトはＢｉ、Ｐｂ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種であり、Ｂサイトを複数の元素とする場合、その比率は任意に選択できる。ＣサイトはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＣｒおよびＺｒからなる少なくとも１種であり、Ｃサイトを複数の元素とする場合も、その比率は任意に選択できる。ｙは２〜５の整数である。
【００１８】
なお、強誘電体薄膜を形成する際の安定性が高いため、ＡはＰｂまたはＢｉ、ＢはＢｉ、Ｐｂおよび／またはＳｒ、ＣはＮｂおよび／またはＴａとすることが好ましい。
【００１９】
本発明の強誘電体素子の下部電極の材料としては、耐酸化性に優れた材料であれば、どのような電極材料でもよいが、白金族元素またはその合金もしくは酸化物などを用いることができる。特に白金は、これを用いることで強誘電体素子を量産性よく生産できるため、本発明の素子に適している。
【００２０】
また、本発明の強誘電体素子の下部電極の材料として、ペロブスカイト構造の第１の導電性酸化物を用いてもよい。下部電極の、少なくとも強誘電体薄膜と接触する部分に導電性酸化物を用いると、強誘電体薄膜と電極との界面を２つの酸化物層が形成することになるため、遷移層（酸素欠損層）の形成を抑制することができる。
【００２１】
この第１の導電性酸化物には、ＲｅＯ3、ＳｒＲｅＯ3、ＢａＲｅＯ3、ＬａＴｉＯ3、ＳｒＶＯ3、ＣａＣｒＯ3、ＳｒＣｒＯ3、ＳｒＦｅＯ3、Ｌａ1-xＳｒxＣｏＯ3（０＜ｘ＜０．５）、ＬａＮｉＯ3、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＳｒＴｉＯ3、または、ＢａＰｂＯ3のうちのいずれかのペロブスカイトが挙げられる。第１の導電性酸化物の抵抗率は１ｍΩ・ｃｍ以下であることが望ましい。これらのうち、ＳｒＲｕＯ3は、安定して合成することができるため特に好ましい。
【００２２】
また、本発明の強誘電体素子の下部電極として、複数種の材料からなる積層膜を用いてもよい。特に、この順で積層された、金属からなる第１層、単一元素の酸化物である第２の導電性酸化物からなる第２層、および、上述の第１の導電性酸化物からなる第３層を備える積層膜を下部電極として用いると、各層間の密着性が良好になるため、好ましい。このようにする場合、第３層すなわち第１の導電性酸化物が、強誘電体薄膜との界面を形成するようにする。
【００２３】
なお、第１層の材料としては、Ｐｔ、Ａu、Ａl、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの金属を用いることができる。
【００２４】
また、第２の導電性酸化物としては、ＴｉＯｘ、ＶＯｘ、ＥｕＯ、ＣｒＯ２、ＭｏＯ２、ＷＯ２、ＲｈＯ、ＯｓＯ、ＩｒＯ、ＰｔＯ、ＲｅＯ２、ＲｕＯ２、ＳｎＯ２などを用いることができる。これらの酸化物のうち、酸化チタン、酸化イリジウム、酸化ルテニウムは、安定して合成することができるため、特に好ましい。この第２の導電性酸化物の抵抗率も、１ｍΩ・ｃｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
下部電極または上部電極の成膜方法としては、スピンコート法、有機金属または酢酸塩などを用いる塗布法、スプレー法もしくはミスト法、ＭＯＣＶＤ（metal-organic chemical vapor diposition）法、スパッタ法、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法、または、レーザ蒸着法など、適宜用いることができる。また、下地基板と下部電極との間には、バリア層などを適宜設けてもよい。
【００２６】
強誘電体薄膜の成膜方法としても、電極の場合と同様、スピンコート法、有機金属または酢酸塩などを用いる塗布法、スプレー法もしくはミスト法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタ法、ＭＢＥ法、または、レーザ蒸着法など、適宜用いることができるが、その成膜条件は、結晶をエピタキシャル成長させる緩和な条件にする。また、強誘電体原料組成物を上述のような方法により成膜した後、結晶をエピタキシャル成長させるための低温加熱処理を行うなどにより強誘電体薄膜を形成してもよい。
【００２７】
結晶をエピタキシャル成長させるための条件は、成膜する強誘電体材料や下地電極の種類などに応じて決定されるが、例えば、前駆体膜を上述のように通常の成膜方法により形成したのち、結晶化温度（上述のＳＢＴの場合、５８０℃）近傍の温度で加熱してアニーリングすることにより、結晶をエピタキシャル成長させることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。
【００２９】
＜実施例１＞
本実施例では、強誘電体材料としてＳＢＴを用い、図２に示すように、下地基板２４上に下部電極１３と、強誘電体層１２と、上部電極１１とが積層された構造の強誘電体素子１４を、つぎのようにして作製した。
【００３０】
まず、下地基板２４として、表面に、３００℃に加熱しながらのスパッタリングにより厚み２００オングストロームのＴｉからなる所定のパターンのバリア層（図示せず）を形成し、さらに、熱酸化により所定のパターンのＳｉＯ2層（図示せず）を形成したＳｉウエハを用意した。この下地基板２４のバリア層表面に、下部電極１３として、３５０℃に加熱しながらスパッタリング法により厚さ１０００オングストロームのＰｔ薄膜を形成した。このＰｔ薄膜はＸ線回折解析により（１１１）面の高配向膜であった。
【００３１】
得られた下部電極１３表面に、強誘電体薄膜１２を形成した。強誘電体薄膜１２は、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｔａ元素を含む酸化物ターゲットを用いてスパッタ法（Ｏ2／Ａｒ＋Ｏ2：５〜５０％、ＲＦパワー：１．０〜１．６ｋＷ、基板温度３５０℃〜４９０℃）により、厚さ１０００オングストロームの前駆体薄膜を形成した後、５８０℃〜６５０℃で１０〜６０分間熱処理をすることにより形成した。
【００３２】
得られた強誘電体層の組成比をＩＣＰ（inductively coupled plasma）発光分光分析した結果を、表１に示す。この分析結果から、熱処理温度が５８０℃〜６５０℃の範囲内であれば、化学量論組成（Ｓｒ：Ｂｉ：Ｔａ＝１：２：２）とほぼ一致する組成比が得られることがわかった。
【００３３】
【表１】
0003732631.tif 000002
【００３４】
また、得られた強誘電体層１２に対してθ−２θのＸ線回折測定を行ったところ、図７に示すように、α角を０°とする通常の測定では４０°のＰｔ（１１１）面のピーク以外検出できなかったが、α角を５４．７°にした測定では、ＳＢＴ薄膜の（００ｎ）面に起因するピークが検出された。これにより、得られた強誘電体層１２は、そのｃ軸が５４．７°傾いた配向膜であることが確認された。また、ポールフィギュア測定より、強誘電体全体のほぼ１００％（体積／体積）の結晶粒のｃ軸が、５０．７°以上５８．７°以下であることが分かった。
【００３５】
最後に、強誘電体層１２表面にスパッタリングによりＰｔからなる上部電極１１を形成し、目的とする強誘電体素子１４を得た。本実施例により作製された強誘電体素子１４は、印加電場に対して一定の方向に向くように配向制御されている。従って、抗電界（Ｅｃ）が低減し、かつ大きな残留分極（Ｐｒ）が得られた。本実施例の素子１４の特性を測定したところ、３Ｖにおける２Ｐｒは１６μＣ／ｃｍ2、Ｅｃは４０ｋＶ／ｃｍであり、また、電圧３Ｖの±反転による書き込みを１０15回繰り返した場合の特性劣化は約３％と、優れた強誘電体特性を示した。また、強誘電体薄膜１２が同一方向に配向した結晶粒の集合体により構成されているため、粒界を介して流れるリーク電流も５Ｖで１×１０-7Ａ／ｃｍ2以下と小さくなり、非常に優れた耐圧特性が得られた。
【００３６】
＜実施例２＞
実施例１と同様にして下地基板２４表面に下部電極１３を形成し、さらにその表面に、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｔａ元素を含む酸化物ターゲットを用いてスパッタ法（Ｏ2／Ａｒ＋Ｏ2：５〜２０％、ＲＦパワー：１．０〜１．３ｋＷ、基板温度４６０℃〜４９０℃）により、厚さ１０００オングストロームの前駆体薄膜を形成した後、６６０℃〜８００℃で１０〜６０分間熱処理をすることにより、強誘電体薄膜１２を形成した。
【００３７】
得られた強誘電体層１２に対してθ−２θのＸ線回折測定を行ったところ、α角を３５．３°にした測定で、ＳＢＴ薄膜の（００ｎ）面に起因するピークが検出された。これにより、得られた強誘電体層１２は、そのｃ軸が３５．３°傾いた配向膜であることが確認された。また、ポールフィギュア測定より、強誘電体全体のほぼ１００％（体積／体積）の結晶粒のｃ軸が、３１．３°以上３９．３°以下であることが分かった。
【００３８】
最後に実施例１と同様にして上部電極１１を形成して強誘電体素子１４を作製した。得られた強誘電体素子１４は、印加電場に対して一定の方向に向くように配向制御されている。従って、３Ｖにおける２Ｐｒは１６μＣ／ｃｍ2、Ｅｃは３５ｋＶ／ｃｍであり、また、電圧３Ｖの±反転による書き込みを１０15回繰り返した場合の特性劣化は約３％と、優れた強誘電体特性を示した。
【００３９】
＜実施例３＞
実施例１では、下地電極１３としてＰｔからなる単層の膜を形成したが、本実施例では、図５に示すように、金属層５４、第２の導電性酸化物層５３および第１の導電性酸化物層５２からなる積層膜を下地電極１３として形成した。以下に、その製造工程を説明する。
【００４０】
まず、実施例１と同様の下地基板２４表面に、６００℃に加熱しながらスパッタリング法により厚み１０００オングストロームのＲｕからなる金属層５４を形成し、その表面に、酸素ガス雰囲気中で４５０℃に加熱しながらスパッタリング法により厚み１０００オングストロームの第２の導電性酸化物（ＲｕＯ）層５３を形成した後、６５０℃でスパッタリング法により厚み１０００オングストロームの第１の導電性酸化物（ＳｒＲｕＯ３）層５２を形成した。以上により、３層構造の積層膜からなる下部電極２３が形成された。
【００４１】
この下部電極２３表面に、実施例１と同様にしてＳＢＴからなる強誘電体層１２を形成した。得られた強誘電体薄膜１２は、実施例１と同様のＸ線回折の結果、ｃ軸が５４．７°傾いた配向であることが分かった。また、ポールフィギュア測定より５０．７°以上５８．７°以下の角度で配向している結晶粒の割合は、強誘電体全体の９０％（体積／体積）であることが分かった。
【００４２】
最後に、実施例１と同様にして強誘電体薄膜１２表面に上部電極１１を形成し、図５に示す強誘電体素子５０を得た。
【００４３】
本実施例では、下部電極２３の強誘電体１２と接する箇所にペロブスカイト構造の第１の導電性酸化物を用いたが、Ｐｔを用いた実施例１の場合と同様、強誘電体１２とその下地（本実施例では第１の導電性酸化物）との格子定数の整合性が良いため、エピタキシャル成長により、高配向した強誘電体薄膜１２を作成できた。
【００４４】
また、強誘電体１２と下部電極２３とが共に酸化物であるため、強誘電体と金属電極との界面で一般に認められる酸素欠損層の形成が、本実施例では抑制された。これにより、本実施例では、低Ｅｃ、高Ｐｒという優れた特性が得られ、電圧反転によるＰｒの低下も抑制できた。
【００４５】
さらに、本実施例では、下地基板２４表面に金属層５４、第２の導電性酸化物５３および第１の導電性酸化物層５２を、この順で積層することにより、各層間の良好な密着性が得られた。また、第１の導電性酸化物層５２を第２の導電性酸化物層５３表面に形成しているため、この第２の導電性酸化物層５３の配向性を利用することにより、その表面に形成する第１の導電性酸化物層５２の配向性を（１１１）面配向に制御することができる。従って、本実施例によれば、Ｐｔを用いた実施例１とほぼ同様に、第１の導電性酸化物層５２表面に、高配向性の強誘電体薄膜を安定して形成することができた。
【００４６】
＜実施例４＞
本実施例では、電界効果型トランジスタ構造のキャパシタとして、実施例１と同様の構造の強誘電体素子を備える半導体装置を作製した。本実施例により得られた半導体装置の構造を、図６に示す。
【００４７】
まず、Ｓｉウエハ６５にイオン打ち込みと熱処理により拡散層６７を形成した後、スパッタリングによりＴｉバリア層６２を、表面酸化によりＳｉＯ2ゲート膜６９を、さらにその上にゲート電極６８を、それぞれ形成した。次に、トランジスタとキャパシタとの素子分離としてＳｉＯ2膜６６を形成した後、このＳｉＯ2膜６６表面に、実施例１と同様にしてＰｔからなる下部電極１３と、ＳＢＴからなる強誘電体薄膜１２と、Ｐｔからなる上部電極１１をこの順で形成した。続いて、素子分離のためのＳｉＯ2膜６４を形成し、上部電極１１と拡散層６７との接続のためのアルミニウム配線６１を形成した。以上により、強誘電体素子の半導体装置６０が得られた。
【００４８】
本実施例により得られた半導体装置６０においても、実施例１と同様、その強誘電体薄膜は、そのｃ軸の傾きが、下地電極との界面に対して５４．７°の高配向膜であり、その強誘電体特性も、実施例１と同様に良好であった。本実施例により得られた半導体装置６０は、３Ｖの電圧により得られた蓄積電化容量の変化で信号「０」および「１」を検出できる半導体装置である。
【００４９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の強誘電体素子および半導体装置では、下部電極からのエピタキシャル成長による強誘電体薄膜結晶の安定した成長により、高配向の高いＰｒ、低いＥｃを有する優れた強誘電体層を容易に形成することができることから、優れた強誘電体特性が安定して実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の強誘電体薄膜を示す模式図である。
【図２】  実施例１の強誘電体素子の構造を示す部分断面図である。
【図３】  本発明の強誘電体薄膜を示す模式図である。
【図４】  強誘電体薄膜の配向の分布を示すグラフである。
【図５】  実施例３の強誘電体素子の構造を示す部分断面図である。
【図６】  実施例４の半導体装置の構造を示す部分断面図である。
【図７】  実施例１において形成した強誘電体薄膜のＸ線回折の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１１…上部電極、１２…強誘電体薄膜、１３…下部電極、１４…強誘電体素子、２３…下部電極、２４…下地基板、５０…強誘電体素子、５２…第１の導電性酸化物層、５３…第２の導電性酸化物層、５４…金属層、６０…半導体装置、６１…アルミニウム配線、６２…バリア層、６４…ＳｉＯ2膜、６５…Ｓｉウエハ、６６…ＳｉＯ2膜、６７…拡散層、６８…ゲート電極、６９…ＳｉＯ2ゲート膜。
【図１】
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【図２】
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【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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