JPH06112432A - 薄膜誘電材料用Ｐｂ置換ペロブスカイト材料形成方法及びこの材料を含む構造 - Google Patents
薄膜誘電材料用Ｐｂ置換ペロブスカイト材料形成方法及びこの材料を含む構造Info
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- JPH06112432A JPH06112432A JP5127339A JP12733993A JPH06112432A JP H06112432 A JPH06112432 A JP H06112432A JP 5127339 A JP5127339 A JP 5127339A JP 12733993 A JP12733993 A JP 12733993A JP H06112432 A JPH06112432 A JP H06112432A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 薄膜ペロブスカイト材料に鉛を添加すること
によって基板を高温に維持することなくこの材料の誘電
率を最高化する。 【構成】 ペロブスカイト材料は、結晶粒度が小さくな
るに従いそのキュー温度の下で誘電率が高まる。鉛は、
ペロブスイカイト材料の臨界結晶粒度を小さくする。そ
れゆえ、原臨界結晶粒度を有する原ペロブスカイト材料
に鉛を添加し、次いでこの原臨界結晶粒度より小さい平
均結晶粒度を有する鉛強化ペロブスカイト材料の層を形
成する結果、この層の誘電率をこの層の平均結晶粒度に
類似の平均結晶粒度を持つ原ペロブスカイト材料の誘電
率より高くし、好適には、更にアクセプタドーパントで
ドープしてこの鉛強化材料の抵抗を高めかつ／又はその
誘電正接を小さくする。基板表面上の構造は、導電層と
これに接触したこの鉛強化ペロブスカイト材料の層を含
む。
によって基板を高温に維持することなくこの材料の誘電
率を最高化する。 【構成】 ペロブスカイト材料は、結晶粒度が小さくな
るに従いそのキュー温度の下で誘電率が高まる。鉛は、
ペロブスイカイト材料の臨界結晶粒度を小さくする。そ
れゆえ、原臨界結晶粒度を有する原ペロブスカイト材料
に鉛を添加し、次いでこの原臨界結晶粒度より小さい平
均結晶粒度を有する鉛強化ペロブスカイト材料の層を形
成する結果、この層の誘電率をこの層の平均結晶粒度に
類似の平均結晶粒度を持つ原ペロブスカイト材料の誘電
率より高くし、好適には、更にアクセプタドーパントで
ドープしてこの鉛強化材料の抵抗を高めかつ／又はその
誘電正接を小さくする。基板表面上の構造は、導電層と
これに接触したこの鉛強化ペロブスカイト材料の層を含
む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、ダイナミック
ＲＡＭ（以下、ＤＲＡＭと称する）デバイス内のコンデ
ンサのような薄膜コンデンサの製造に関する。
ＲＡＭ（以下、ＤＲＡＭと称する）デバイス内のコンデ
ンサのような薄膜コンデンサの製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の範囲に限定することなく、本発
明の背景を、１例として、薄膜コンデンサを形成する現
行方法との関連において説明する。
明の背景を、１例として、薄膜コンデンサを形成する現
行方法との関連において説明する。
【０００３】いままで、この分野において、ＤＲＡＭ内
のコンデンサのような薄膜コンデンサは、誘電材料とし
てＳｉＯ2 又はＳｉＮ4 を使用している。集積回路の密
度（デバイス数毎平方センチメートル）が増大するに従
い、各ＤＲＡＭデバイス内に電荷を蓄積するコンデンサ
はその寸法を減少しなければならい、他方、ほぼ同じキ
ャパシタンスを維持しなければならない。次の式を参照
すると、Ｃはこの薄膜コンデンサのキャパシタンスであ
り、εはその誘電材料の誘電率、ε0 は自由空間の誘電
率、Ａはこのコンデンサの面積、ｄはこの誘電材料の厚
さである。
のコンデンサのような薄膜コンデンサは、誘電材料とし
てＳｉＯ2 又はＳｉＮ4 を使用している。集積回路の密
度（デバイス数毎平方センチメートル）が増大するに従
い、各ＤＲＡＭデバイス内に電荷を蓄積するコンデンサ
はその寸法を減少しなければならい、他方、ほぼ同じキ
ャパシタンスを維持しなければならない。次の式を参照
すると、Ｃはこの薄膜コンデンサのキャパシタンスであ
り、εはその誘電材料の誘電率、ε0 は自由空間の誘電
率、Ａはこのコンデンサの面積、ｄはこの誘電材料の厚
さである。
【０００４】
【数１】
【０００５】そのキャパシタンスはその誘電材料の誘電
率に正比例し、かつその厚さに逆比例することが判る。
したがって、一層小さいコンデンサを作り他方同じキャ
パシタンスを維持するためには、εを増大しかつ／又は
その誘電材料の厚さを減少しなければならない。
率に正比例し、かつその厚さに逆比例することが判る。
したがって、一層小さいコンデンサを作り他方同じキャ
パシタンスを維持するためには、εを増大しかつ／又は
その誘電材料の厚さを減少しなければならない。
【０００６】コンデンサの面積を縮小させる１つの方法
は、ＳｉＯ2 又はＳｉ3 Ｎ4 より遥かに高い誘電率を持
つ材料を使用することである。これらの材料は共に、そ
の誘電率が１０より低い。高誘電率材料の重要な種類
は、ペロブスカイト（例えば、ＢａＴｉＯ3 及びＳｒＴ
ｉＯ3 ）である。これらの材料の誘電率は、これらがバ
ルクセラミックとして製造された場合は１０、０００ほ
どの高さになることがある。ミニチュアコンデンサの製
造に有効であるためには、これらの材料は、ＳｉＯ2 の
誘電率に対してそれらの一層高い誘電率を確保する意味
で薄膜に形成されなければならない。
は、ＳｉＯ2 又はＳｉ3 Ｎ4 より遥かに高い誘電率を持
つ材料を使用することである。これらの材料は共に、そ
の誘電率が１０より低い。高誘電率材料の重要な種類
は、ペロブスカイト（例えば、ＢａＴｉＯ3 及びＳｒＴ
ｉＯ3 ）である。これらの材料の誘電率は、これらがバ
ルクセラミックとして製造された場合は１０、０００ほ
どの高さになることがある。ミニチュアコンデンサの製
造に有効であるためには、これらの材料は、ＳｉＯ2 の
誘電率に対してそれらの一層高い誘電率を確保する意味
で薄膜に形成されなければならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ペロブスカ
イト材料の誘電率を高める方法である。ペロブスカイト
材料は、（１）ＣａＴｉＯ3 によって代表される周知の
ペロブスカイト結晶構造を示すあらゆる材料、及び
（２）小さい格子ひずみ又はいくつかの原子の欠如によ
って理想的立体ペロブスカイト構造から導出されること
がある構造を持つ化合物である。多くのペロブスカイト
は化学式ＡＢＯ3 を有し、ここにＡは１つ以上の一価、
二価又は三価元素であり、Ｂは１つ以上の五価、四価、
三価又は二価元素である。
イト材料の誘電率を高める方法である。ペロブスカイト
材料は、（１）ＣａＴｉＯ3 によって代表される周知の
ペロブスカイト結晶構造を示すあらゆる材料、及び
（２）小さい格子ひずみ又はいくつかの原子の欠如によ
って理想的立体ペロブスカイト構造から導出されること
がある構造を持つ化合物である。多くのペロブスカイト
は化学式ＡＢＯ3 を有し、ここにＡは１つ以上の一価、
二価又は三価元素であり、Ｂは１つ以上の五価、四価、
三価又は二価元素である。
【０００８】ペロブスカイト材料の薄膜を形成する現行
方法はこれの材料がバルクセラミック形状において示す
有益な性質を一般に確保しないことが、発見されてい
る。特に、これの材料の現行薄膜の誘電率は、バルクセ
ラミックとして製造されたペロブスカイト材料の誘電率
に接近しない。加えて、もしこれらの材料がメモリデバ
イスを作り上げる薄膜コンデンサに使用されるのである
ならば、これらの材料は、高電界においても小さい漏れ
電流しか示さず、かつ小さい損失正接しか持たなようで
なければならない。その電気的、化学的、及び機械的性
質は、このデバイスの動作温度範囲にわたり全く均一で
なければならない。
方法はこれの材料がバルクセラミック形状において示す
有益な性質を一般に確保しないことが、発見されてい
る。特に、これの材料の現行薄膜の誘電率は、バルクセ
ラミックとして製造されたペロブスカイト材料の誘電率
に接近しない。加えて、もしこれらの材料がメモリデバ
イスを作り上げる薄膜コンデンサに使用されるのである
ならば、これらの材料は、高電界においても小さい漏れ
電流しか示さず、かつ小さい損失正接しか持たなようで
なければならない。その電気的、化学的、及び機械的性
質は、このデバイスの動作温度範囲にわたり全く均一で
なければならない。
【０００９】ペロブスカイト材料のバルクセラミック形
状によって示された高誘電率を薄膜形状においても確保
することは、困難である。これらの材料の誘電率は結晶
粒度を小さくするに従い一般に低下することが、発見さ
れている。バルクセラミック内の結晶粒度は一般に１か
ら２０μｍであるが、他方、薄膜内の結晶粒度は通常そ
の薄膜厚さに類似しており、一般に０．０２から０．２
０μｍである。例えば、バルクセラミックのチタン酸バ
リウム（ＢａＴｉＯ3 、以下ＢＴと称する）又はチタン
酸バリウム−ストロンチウム（（Ｂａ、Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 、以下ＢＳＴと称する）において観察された誘電率
の範囲は一般に１、０００から２０、０００であるが、
他方、これらの材料の薄膜において観察された誘電率の
範囲は僅かに１００から６００である。
状によって示された高誘電率を薄膜形状においても確保
することは、困難である。これらの材料の誘電率は結晶
粒度を小さくするに従い一般に低下することが、発見さ
れている。バルクセラミック内の結晶粒度は一般に１か
ら２０μｍであるが、他方、薄膜内の結晶粒度は通常そ
の薄膜厚さに類似しており、一般に０．０２から０．２
０μｍである。例えば、バルクセラミックのチタン酸バ
リウム（ＢａＴｉＯ3 、以下ＢＴと称する）又はチタン
酸バリウム−ストロンチウム（（Ｂａ、Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 、以下ＢＳＴと称する）において観察された誘電率
の範囲は一般に１、０００から２０、０００であるが、
他方、これらの材料の薄膜において観察された誘電率の
範囲は僅かに１００から６００である。
【００１０】この分野における過去の調査研究の多く
は、薄膜形状にあるＢＴ及びＢＳＴのようなペロブスカ
イトの高誘電率を確保することに努めてきた。薄膜内の
結晶粒度を最大化する意味でこの薄膜を堆積すると、こ
れがまたその誘電率を最高化するように働くことは、周
知である。これをそのペロブスカイト薄膜が堆積される
基板の温度を高温に維持することによって実施できる
が、それは高い堆積温度ほど通常その堆積薄膜内に大き
い結晶粒度を生じるからである。しかしながら、高い基
板温度ほどこの基板上に存在するデバイス及び基板上に
既に形成された構造に損傷を生じることがある。一般
に、温度は、可能な限り低く維持されなければならな
い。したがって、高誘電率を持つ薄膜ペロブスカイトを
堆積する方法は、その薄膜厚さと基板を高温へ上昇する
ことで起こされる潜在的損傷とによって限定される。
は、薄膜形状にあるＢＴ及びＢＳＴのようなペロブスカ
イトの高誘電率を確保することに努めてきた。薄膜内の
結晶粒度を最大化する意味でこの薄膜を堆積すると、こ
れがまたその誘電率を最高化するように働くことは、周
知である。これをそのペロブスカイト薄膜が堆積される
基板の温度を高温に維持することによって実施できる
が、それは高い堆積温度ほど通常その堆積薄膜内に大き
い結晶粒度を生じるからである。しかしながら、高い基
板温度ほどこの基板上に存在するデバイス及び基板上に
既に形成された構造に損傷を生じることがある。一般
に、温度は、可能な限り低く維持されなければならな
い。したがって、高誘電率を持つ薄膜ペロブスカイトを
堆積する方法は、その薄膜厚さと基板を高温へ上昇する
ことで起こされる潜在的損傷とによって限定される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】説明される本発明は、鉛
強化ペロブスカイト材料を形成するために原臨界結晶粒
度を有する原ペロブスカイト材料に鉛を添加することに
よって、次いでこの原臨界結晶粒度より小さい平均結晶
粒度を有する鉛強化ペロブスカイト材料の層を形成する
ことによって改善された誘電材料を形成する方法であ
り、この層を形成する結果、この層の誘電率は、この層
の平均結晶粒度に類似の平均結晶粒度を持つ原ペロブス
カイト材料の誘電率より実質的に高い。ここに使用され
るような臨界結晶粒度は、その誘電率が結晶粒度を小さ
くするに伴って急速に低下することを開始するような最
大結晶粒度を意味する。好適には、この鉛強化ペロブス
カイト材料は、１種類以上のアクセプタドーパントで以
て更にドープされ、これによってその抵抗が実質的に高
められかつ／又はその損失正接が実質的に小さくされ
る。好適には、その原ペロブスカイト材料は化学的組成
ＡＢＯ3 を有し、ここにＡは１つ以上の一価、二価、又
は三価元素であり、Ｂは１つ以上の五価、四価、三価、
又は二価元素である。
強化ペロブスカイト材料を形成するために原臨界結晶粒
度を有する原ペロブスカイト材料に鉛を添加することに
よって、次いでこの原臨界結晶粒度より小さい平均結晶
粒度を有する鉛強化ペロブスカイト材料の層を形成する
ことによって改善された誘電材料を形成する方法であ
り、この層を形成する結果、この層の誘電率は、この層
の平均結晶粒度に類似の平均結晶粒度を持つ原ペロブス
カイト材料の誘電率より実質的に高い。ここに使用され
るような臨界結晶粒度は、その誘電率が結晶粒度を小さ
くするに伴って急速に低下することを開始するような最
大結晶粒度を意味する。好適には、この鉛強化ペロブス
カイト材料は、１種類以上のアクセプタドーパントで以
て更にドープされ、これによってその抵抗が実質的に高
められかつ／又はその損失正接が実質的に小さくされ
る。好適には、その原ペロブスカイト材料は化学的組成
ＡＢＯ3 を有し、ここにＡは１つ以上の一価、二価、又
は三価元素であり、Ｂは１つ以上の五価、四価、三価、
又は二価元素である。
【００１２】この改善された誘電材料を含む構造は、基
板表面に形成された原臨界結晶粒度より小さい平均結晶
粒度を持つ鉛強化ペロブスカイト材料の層を含む。他の
構造は、２つの導電層間に挟まれた鉛強化ペロブスカイ
ト材料の層を含む。
板表面に形成された原臨界結晶粒度より小さい平均結晶
粒度を持つ鉛強化ペロブスカイト材料の層を含む。他の
構造は、２つの導電層間に挟まれた鉛強化ペロブスカイ
ト材料の層を含む。
【００１３】本発明の応用は多岐にわたる。提示された
これらの材料は、コンデンサ、ＭＯＳトランジスタのよ
うな、半導体回路に使用される多くの構造、電磁放射検
出アレイ用画素、及び電気光学応用に用途を見付けるこ
とができる。これらの材料の多くの圧電性質を利用する
デバイスも、本発明から受益するであろう。
これらの材料は、コンデンサ、ＭＯＳトランジスタのよ
うな、半導体回路に使用される多くの構造、電磁放射検
出アレイ用画素、及び電気光学応用に用途を見付けるこ
とができる。これらの材料の多くの圧電性質を利用する
デバイスも、本発明から受益するであろう。
【００１４】本発明の利点は、薄膜に典型的に見られる
結晶粒度を持ち形成されたペロブスカイト材料に対する
実質的に高められた誘電率を含む。加えて、提示された
方法によって、その抵抗は一般に高められかつその損失
正接は一般に小さくされる。本発明は、また、薄膜形式
におけるペロブスカイト材料の温度に対する誘電率の改
善された均一性を提供する。
結晶粒度を持ち形成されたペロブスカイト材料に対する
実質的に高められた誘電率を含む。加えて、提示された
方法によって、その抵抗は一般に高められかつその損失
正接は一般に小さくされる。本発明は、また、薄膜形式
におけるペロブスカイト材料の温度に対する誘電率の改
善された均一性を提供する。
【００１５】
【実施例】本発明の新規な特徴と信じられる特性は、添
付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、
本発明自体ばかりでなく本発明のその他の特徴及び利点
は、付図との関連において読まれる、実施例についての
次の説明を参照することによって最も良く理解される。
図１は種々な結晶粒度のＢＴについての温度に対する誘
電率の変動を示すグラフ図、図２は種々な結晶粒度のＢ
Ｔについての温度に対する誘電率の変動を示すグラフ
図、図３はＢＴについての結晶粒度に対する誘電率の変
動を示すグラフ図、及び図４は種々な結晶粒度のＢＳＴ
についての温度に対する誘電率の変動を示すグラフ図で
ある。
付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、
本発明自体ばかりでなく本発明のその他の特徴及び利点
は、付図との関連において読まれる、実施例についての
次の説明を参照することによって最も良く理解される。
図１は種々な結晶粒度のＢＴについての温度に対する誘
電率の変動を示すグラフ図、図２は種々な結晶粒度のＢ
Ｔについての温度に対する誘電率の変動を示すグラフ
図、図３はＢＴについての結晶粒度に対する誘電率の変
動を示すグラフ図、及び図４は種々な結晶粒度のＢＳＴ
についての温度に対する誘電率の変動を示すグラフ図で
ある。
【００１６】図１に示されたように、無ドープＢＴの誘
電率は、温度及び結晶粒度に伴って変動する。６．８μ
ｍの結晶粒度の場合、その誘電率はそのキュリー温度に
おいて鋭いピークを有するが、しかし他の温度において
は遥かに低い。結晶粒度が０．７μｍに減少するに従
い、その誘電率のピークは鋭さを弱め、そのキュリー温
度より下でのその誘電率は高まり、かつ温度に伴なって
余り変動しない。なお一層小さい結晶粒度においては、
その誘電率は全温度にわたり低下する。
電率は、温度及び結晶粒度に伴って変動する。６．８μ
ｍの結晶粒度の場合、その誘電率はそのキュリー温度に
おいて鋭いピークを有するが、しかし他の温度において
は遥かに低い。結晶粒度が０．７μｍに減少するに従
い、その誘電率のピークは鋭さを弱め、そのキュリー温
度より下でのその誘電率は高まり、かつ温度に伴なって
余り変動しない。なお一層小さい結晶粒度においては、
その誘電率は全温度にわたり低下する。
【００１７】図２を参照すると、これと同じ傾向が見ら
れる。大きい結晶粒度（すなわち、５３μｍ）において
は、その誘電率はそのキュリー温度において鋭いピーク
を有する。結晶粒度が小さくなるに従い、そのキュリー
温度より下でのその誘電率は高まる。例えば、１．１μ
ｍにおいては、その誘電率は、０℃とキュリー温度との
間の温度において約３倍高い。
れる。大きい結晶粒度（すなわち、５３μｍ）において
は、その誘電率はそのキュリー温度において鋭いピーク
を有する。結晶粒度が小さくなるに従い、そのキュリー
温度より下でのその誘電率は高まる。例えば、１．１μ
ｍにおいては、その誘電率は、０℃とキュリー温度との
間の温度において約３倍高い。
【００１８】図３を参照すると、或る結晶粒度において
そのキュリー温度より下でその誘電率が最大であること
が判る。図３は、温度２５℃及び７０℃の各々（これら
の両方共その材料に対するキュリー温度より下にある）
におけるＢＴの誘電率の測定値を示す。この場合も、こ
こに使用される臨界結晶粒度は、その誘電率が結晶粒度
を小さくするに伴って急速に低下することを開始するよ
うな最大結晶粒度を意味する。ＢＴに対する臨界結晶粒
度は、図３によって提示されるデータにより約０．７μ
ｍである。
そのキュリー温度より下でその誘電率が最大であること
が判る。図３は、温度２５℃及び７０℃の各々（これら
の両方共その材料に対するキュリー温度より下にある）
におけるＢＴの誘電率の測定値を示す。この場合も、こ
こに使用される臨界結晶粒度は、その誘電率が結晶粒度
を小さくするに伴って急速に低下することを開始するよ
うな最大結晶粒度を意味する。ＢＴに対する臨界結晶粒
度は、図３によって提示されるデータにより約０．７μ
ｍである。
【００１９】この分野における過去の努力は、その結晶
粒度をその臨界結晶粒度に接近させる意味で薄膜を形成
することによってその薄膜の誘電率を最高化することを
企図してきた。本発明は、その臨界結晶粒度を小さくす
ることによってその薄膜の誘電率を高める。その臨界結
晶粒度を小さくする技術ならばどれも、そのキュリー温
度より低い温度に対してなお一層小さい結晶粒度におい
てその誘電率を改善する。
粒度をその臨界結晶粒度に接近させる意味で薄膜を形成
することによってその薄膜の誘電率を最高化することを
企図してきた。本発明は、その臨界結晶粒度を小さくす
ることによってその薄膜の誘電率を高める。その臨界結
晶粒度を小さくする技術ならばどれも、そのキュリー温
度より低い温度に対してなお一層小さい結晶粒度におい
てその誘電率を改善する。
【００２０】鉛は一般にペロブスカイト材料の結晶粒度
を小さくすることが、発見されている。鉛が、本質的に
鉛を含まないペロブスカイト材料に添加されることがあ
る。代替的に、鉛が、或る程度の鉛を初期的に含むペロ
ブスカイト材料に添加されることもある。いずれの場合
においても、その鉛強化材料の臨界結晶粒度は原材料の
臨界結晶粒度より小さい。
を小さくすることが、発見されている。鉛が、本質的に
鉛を含まないペロブスカイト材料に添加されることがあ
る。代替的に、鉛が、或る程度の鉛を初期的に含むペロ
ブスカイト材料に添加されることもある。いずれの場合
においても、その鉛強化材料の臨界結晶粒度は原材料の
臨界結晶粒度より小さい。
【００２１】アクセプタドーパントは鉛強化ペロブスカ
イト材料の抵抗を高めることが、また、発見されてい
る。なおまた、アクセプタドーオパントは鉛強化ペロブ
スカイト材料の損失正接を小さくすることも、発見され
ている。したがって、本発明の他の態様は、鉛強化ペロ
ブスカイト材料のアクセプタ共ドーピングである。一般
に、元素又はイオンは、次の場合アクセプタドーパント
である。（１）それが結晶格子内の原子を置換しかつそ
れが置換する原子よりも小さい数の価電子を有する場
合、又は（２）それが格子間に存在しかつその最外電子
殻すなわち価電子殻が半分より多く満されている場合、
中間の場合は、不確であり、経験的に決定されることが
ある。例えば、或る元素は、次のようなときにアクセプ
タドーパントとして振る舞う。すなわち、（１）それら
の原子価が置換される原子のそれと同じとき、（２）そ
れらの価電子殻が正確に半分満たされているとき。
イト材料の抵抗を高めることが、また、発見されてい
る。なおまた、アクセプタドーオパントは鉛強化ペロブ
スカイト材料の損失正接を小さくすることも、発見され
ている。したがって、本発明の他の態様は、鉛強化ペロ
ブスカイト材料のアクセプタ共ドーピングである。一般
に、元素又はイオンは、次の場合アクセプタドーパント
である。（１）それが結晶格子内の原子を置換しかつそ
れが置換する原子よりも小さい数の価電子を有する場
合、又は（２）それが格子間に存在しかつその最外電子
殻すなわち価電子殻が半分より多く満されている場合、
中間の場合は、不確であり、経験的に決定されることが
ある。例えば、或る元素は、次のようなときにアクセプ
タドーパントとして振る舞う。すなわち、（１）それら
の原子価が置換される原子のそれと同じとき、（２）そ
れらの価電子殻が正確に半分満たされているとき。
【００２２】ドーパントは、或る効果を発生するために
真性材料に意図的に導入される種である。約０．１モル
百分率より低い濃度で存在する非意図的不純物は、一般
に、ドーパントとは考えられない。しががって、本発明
の文脈において、真性ペロブスカイト材料は、この中に
ドナー又はアクセプタドーパントとして振る舞う不純物
が、もしあっても、約０．１モル百分率より低い濃度で
存在するペロブスカイト材料である。同様に、真性臨界
結晶粒度は、真性ペロブスカイト材料の臨界結晶粒度で
ある。
真性材料に意図的に導入される種である。約０．１モル
百分率より低い濃度で存在する非意図的不純物は、一般
に、ドーパントとは考えられない。しががって、本発明
の文脈において、真性ペロブスカイト材料は、この中に
ドナー又はアクセプタドーパントとして振る舞う不純物
が、もしあっても、約０．１モル百分率より低い濃度で
存在するペロブスカイト材料である。同様に、真性臨界
結晶粒度は、真性ペロブスカイト材料の臨界結晶粒度で
ある。
【００２３】本発明の好適実施例においては、公称組成
【００２４】
【化１】（Ｓｒ0.65，Ｐｂ0.35）ＴｉＯ3
【００２５】を持つ材料が、溶液内で成分を化合させる
ことによって、次いでこの溶液を焼成してバルクにする
ことによって調整される。このバルクセラミックが、次
いで研磨され、加圧され、焼結されて理論密度の少なく
とも９５％の密度を持つセラミック材料を生成する。
ことによって、次いでこの溶液を焼成してバルクにする
ことによって調整される。このバルクセラミックが、次
いで研磨され、加圧され、焼結されて理論密度の少なく
とも９５％の密度を持つセラミック材料を生成する。
【００２６】この好適実施例の性質を測定するために、
このセラミックが、機械的に研磨され０．２５ｍｍ（１
０ミル）の厚さになるまで薄くされる。これに金属めっ
きが施されて試験コンデンサを形成する。
このセラミックが、機械的に研磨され０．２５ｍｍ（１
０ミル）の厚さになるまで薄くされる。これに金属めっ
きが施されて試験コンデンサを形成する。
【００２７】この材料の平均結晶粒度は、線切取り（ｌ
ｉｎｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）法による測定で０．８μ
ｍであった。そのピーク誘電率（そのキュリー温度にお
ける誘電率）は１０、０００より高く、かつ温度に対し
て急速に変動した。この振る舞いは、この材料臨界結晶
粒度が０．８μｍより小さいことを示す。
ｉｎｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）法による測定で０．８μ
ｍであった。そのピーク誘電率（そのキュリー温度にお
ける誘電率）は１０、０００より高く、かつ温度に対し
て急速に変動した。この振る舞いは、この材料臨界結晶
粒度が０．８μｍより小さいことを示す。
【００２８】上文に好適実施例が詳細に説明された。云
うまでもなく、本発明の範囲は、ここに説明された実施
例と異なるがしかしなお本発明の特許請求の範囲内にあ
る実施例も含む。この改善された誘電材料で以て製造さ
れたデバイスとの内部及び外部接続は、オーミック、容
量性、直接、もしくは介在回路又は他の手段を経由する
間接であってもよい。実現は、シリコン、ガリウム−ひ
素又は他の電子材料系列内の離散構成要素又は全面的集
積回路において、企図される。
うまでもなく、本発明の範囲は、ここに説明された実施
例と異なるがしかしなお本発明の特許請求の範囲内にあ
る実施例も含む。この改善された誘電材料で以て製造さ
れたデバイスとの内部及び外部接続は、オーミック、容
量性、直接、もしくは介在回路又は他の手段を経由する
間接であってもよい。実現は、シリコン、ガリウム−ひ
素又は他の電子材料系列内の離散構成要素又は全面的集
積回路において、企図される。
【００２９】本発明は説明用の実施例を参照して説明さ
れたが、本説明が限定的な意味に解釈されることを意図
しているのではない。これら説明用の実施例の種々の変
形及び組合わせばかりでなく本発明の他の実施例も、本
説明を参照すればこの技術の分野の習熟者にとって明白
である。したがって、添付の特許請求の範囲はあらゆる
これらの変形及び組合わせを包含することを、意図す
る。
れたが、本説明が限定的な意味に解釈されることを意図
しているのではない。これら説明用の実施例の種々の変
形及び組合わせばかりでなく本発明の他の実施例も、本
説明を参照すればこの技術の分野の習熟者にとって明白
である。したがって、添付の特許請求の範囲はあらゆる
これらの変形及び組合わせを包含することを、意図す
る。
【００３０】以上の説明に関して更に次の項を開示す
る。
る。
【００３１】（１） 改善された誘電材料を形成する方
法であって、（ａ） 第２ペロブスカイト材料を形成す
るために第１臨界結晶粒度を有する第１ペロブスカイト
材料に鉛を添加するステップと、（ｂ） 前記第１臨界
結晶粒度より小さい平均結晶粒度を有する前記第２ペロ
ブスカイト材料の層を形成するステップとを含み、前記
ステップの結果、前記層の誘電率は前記層の平均結晶粒
度に類似の平均結晶粒度を持つ前記第１ペロブスカイト
材料の誘電率より実質的に高い、方法。
法であって、（ａ） 第２ペロブスカイト材料を形成す
るために第１臨界結晶粒度を有する第１ペロブスカイト
材料に鉛を添加するステップと、（ｂ） 前記第１臨界
結晶粒度より小さい平均結晶粒度を有する前記第２ペロ
ブスカイト材料の層を形成するステップとを含み、前記
ステップの結果、前記層の誘電率は前記層の平均結晶粒
度に類似の平均結晶粒度を持つ前記第１ペロブスカイト
材料の誘電率より実質的に高い、方法。
【００３２】（２） 第１項記載の方法において、前記
層は前記鉛が前記第１ペロブスカイト材料に添加された
後に形成される、方法。
層は前記鉛が前記第１ペロブスカイト材料に添加された
後に形成される、方法。
【００３３】（３） 第１項記載の方法において、前記
層の前記平均結晶粒度は前記第１臨界結晶粒度の半分よ
り小さい、方法。
層の前記平均結晶粒度は前記第１臨界結晶粒度の半分よ
り小さい、方法。
【００３４】（４） 第１項記載の方法において、前記
層の前記平均結晶粒度は前記第１臨界結晶粒度の５分の
１より小さい、方法。
層の前記平均結晶粒度は前記第１臨界結晶粒度の５分の
１より小さい、方法。
【００３５】（５） 第１項記載の方法において、前記
第２ペロブスカイト材料は
第２ペロブスカイト材料は
【００３６】
【化２】（Ａ1-X ，ＰｂX ）ＢＯ3
【００３７】を含み、ここにＡは１つ以上の一価元素又
は二価元素又は三価元素を含み、Ｂは１つ以上の五価元
素又は四価元素又は三価元素又は二価元素を含み、
は二価元素又は三価元素を含み、Ｂは１つ以上の五価元
素又は四価元素又は三価元素又は二価元素を含み、
【００３８】
【数２】
【００３９】である、方法。
【００４０】（６） 第５項記載の方法において、Ａは
ストロンチウムとを含み、Ｂはチタンを含み、かつｘは
約０．３５である、方法。
ストロンチウムとを含み、Ｂはチタンを含み、かつｘは
約０．３５である、方法。
【００４１】（７） 第１項記載の方法において、前記
第２ペロブスカイト材料は１種類以上のアクセプタドー
パントで以て更にドープされ、前記ドープされることに
よって前記層の抵抗が実質的に高められかつ／又は前記
層の損失正接が実質的に小さくされる、方法。
第２ペロブスカイト材料は１種類以上のアクセプタドー
パントで以て更にドープされ、前記ドープされることに
よって前記層の抵抗が実質的に高められかつ／又は前記
層の損失正接が実質的に小さくされる、方法。
【００４２】（８） 改善された誘電材料を形成する方
法であって、（ａ） 第２ペロブスカイト材料を形成す
るために第１臨界結晶粒度を有する第１ペロブスカイト
材料に鉛又は１種類以上のアクセプタドーパントを添加
するステップと、（ｂ） 前記第１臨界結晶粒度より小
さい平均結晶粒度を有する前記第２ペロブスカイト材料
の層を形成するステップとを含む方法。
法であって、（ａ） 第２ペロブスカイト材料を形成す
るために第１臨界結晶粒度を有する第１ペロブスカイト
材料に鉛又は１種類以上のアクセプタドーパントを添加
するステップと、（ｂ） 前記第１臨界結晶粒度より小
さい平均結晶粒度を有する前記第２ペロブスカイト材料
の層を形成するステップとを含む方法。
【００４３】（９） 基板表面に形成された構造であっ
て、前記構造は鉛含有ペロブスカイト材料の層を含み、
前記鉛含有ペロブスカイト材料は鉛を含まない本質的に
同等のペロブスカイト材料の臨界結晶粒度より小さい平
均結晶粒度を持つ、構造。
て、前記構造は鉛含有ペロブスカイト材料の層を含み、
前記鉛含有ペロブスカイト材料は鉛を含まない本質的に
同等のペロブスカイト材料の臨界結晶粒度より小さい平
均結晶粒度を持つ、構造。
【００４４】（１０） 基板表面に形成された構造であ
って、前記構造は鉛含有ペロブスカイト材料の層を含
み、前記鉛含有ペロブスカイト材料は該鉛含有ペロブス
カイト材料の鉛の半分を含む本質的に同等のペロブスカ
イト材料の臨界結晶粒度より小さい平均結晶粒度を持
つ、構造。
って、前記構造は鉛含有ペロブスカイト材料の層を含
み、前記鉛含有ペロブスカイト材料は該鉛含有ペロブス
カイト材料の鉛の半分を含む本質的に同等のペロブスカ
イト材料の臨界結晶粒度より小さい平均結晶粒度を持
つ、構造。
【００４５】（１１） （ａ） 第１導電層と、（ｂ）
前記第１導電層と接触し真性臨界結晶粒度より小さい
平均結晶粒度を有する鉛ドープペロブスカイト材料の層
と、を含む構造。
前記第１導電層と接触し真性臨界結晶粒度より小さい
平均結晶粒度を有する鉛ドープペロブスカイト材料の層
と、を含む構造。
【００４６】（１２） 第１１項記載の構造において、
前記鉛ドープペロブスカイト材料の層は第１導電層と第
２導電層との間に挾まれる、構造。
前記鉛ドープペロブスカイト材料の層は第１導電層と第
２導電層との間に挾まれる、構造。
【００４７】（１３） 説明される本発明は、鉛強化ペ
ロブスカイト材料を形成するために原臨界結晶粒度を有
する原ペロブスカイト材料に鉛を添加することによっ
て、次いで前記原臨界結晶粒度より小さい平均結晶粒度
を有する鉛強化ペロブスカイト材料の層を形成すること
によって改善された誘電材料を形成する方法であり、前
記層を形成する結果、前記層の誘電率は前記層の平均結
晶粒度に類似の平均結晶粒度を持つ原ペロブスカイト材
料の誘電率より実質的に高い。ここに使用されるような
臨界結晶粒度は、その誘電率が結晶粒度を小さくするに
伴って急速に低下することを開始するような最大結晶粒
度を意味する。好適には、前記鉛強化ペロブスカイト材
料は、１種類以上のアクセプタドーパントで以て更にド
ープされ、該ドープされることによって前記鉛強化ペロ
ブスカイト材料の抵抗が実質的に高められかつ／又は前
記鉛強化ペロブスカイト材料の誘電正接が実質的に小さ
くされる。好適には、前記原ペロブスカイト材料は化学
的組成ＡＢＯ3 を有し、ここにＡは１つ以上の一価元素
又は二価元素又は三価元素であり、Ｂは１つ以上の五価
元素又は四価元素又は三価元素又は二価元素である。こ
の改善された誘電材料を含む構造は、基板表面に形成さ
れた前記原臨界結晶粒度より小さい平均結晶粒度を持つ
鉛強化ペロブスカイト材料の層を含む。他の構造は、２
つの導電層間に挿入された鉛強化ペロブスカイト材料の
層を含む。他の方法及び構造の説明される。
ロブスカイト材料を形成するために原臨界結晶粒度を有
する原ペロブスカイト材料に鉛を添加することによっ
て、次いで前記原臨界結晶粒度より小さい平均結晶粒度
を有する鉛強化ペロブスカイト材料の層を形成すること
によって改善された誘電材料を形成する方法であり、前
記層を形成する結果、前記層の誘電率は前記層の平均結
晶粒度に類似の平均結晶粒度を持つ原ペロブスカイト材
料の誘電率より実質的に高い。ここに使用されるような
臨界結晶粒度は、その誘電率が結晶粒度を小さくするに
伴って急速に低下することを開始するような最大結晶粒
度を意味する。好適には、前記鉛強化ペロブスカイト材
料は、１種類以上のアクセプタドーパントで以て更にド
ープされ、該ドープされることによって前記鉛強化ペロ
ブスカイト材料の抵抗が実質的に高められかつ／又は前
記鉛強化ペロブスカイト材料の誘電正接が実質的に小さ
くされる。好適には、前記原ペロブスカイト材料は化学
的組成ＡＢＯ3 を有し、ここにＡは１つ以上の一価元素
又は二価元素又は三価元素であり、Ｂは１つ以上の五価
元素又は四価元素又は三価元素又は二価元素である。こ
の改善された誘電材料を含む構造は、基板表面に形成さ
れた前記原臨界結晶粒度より小さい平均結晶粒度を持つ
鉛強化ペロブスカイト材料の層を含む。他の構造は、２
つの導電層間に挿入された鉛強化ペロブスカイト材料の
層を含む。他の方法及び構造の説明される。
【００４８】関連出願とのクロス・リファレンス次の出
願は本願と同時に提出された。 名称 発明者 事件／出願番号 微細粒子パイロ電気検出器材 カルビッキ− Ａ−１９６２８ 料及び方法 （Ｋｕｌｗｉｃｋｉ） 薄膜誘電材料用ドナードープ ザンメルフェルト、 ＴＩ−１７１０５ ペロブスカイト材料形成方法 （Ｓｕｍｍｅｒｆｅｌｔ） 及びこの材料を含む構造 ベラタン、 （Ｂｅｒａｔａｎ） カルビッキ−
願は本願と同時に提出された。 名称 発明者 事件／出願番号 微細粒子パイロ電気検出器材 カルビッキ− Ａ−１９６２８ 料及び方法 （Ｋｕｌｗｉｃｋｉ） 薄膜誘電材料用ドナードープ ザンメルフェルト、 ＴＩ−１７１０５ ペロブスカイト材料形成方法 （Ｓｕｍｍｅｒｆｅｌｔ） 及びこの材料を含む構造 ベラタン、 （Ｂｅｒａｔａｎ） カルビッキ−
【図１】種々な結晶粒度のＢＴについての温度に対する
誘電率の変動を示すグラフ図。
誘電率の変動を示すグラフ図。
【図２】種々な結晶粒度のＢＴについての温度に対する
誘電率の変動を示すグラフ図。
誘電率の変動を示すグラフ図。
【図３】ＢＴについての結晶粒度に対する誘電率の変動
を示すグラフ図。
を示すグラフ図。
【図４】種々な結晶粒度のＢＳＴについての温度に対す
る誘電率の変動を示すグラフ図。
る誘電率の変動を示すグラフ図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハワード アール．ベラタン アメリカ合衆国テキサス州リチャードソ ン，イー．ベルトライン 2111，アパート メント ナンバー 106ビー (72)発明者 バーナード エム．クルウィッキ アメリカ合衆国マサチューセッツ州アトル ボロ フォールズ，ピー．オー．ボックス 1407
Claims (2)
- 【請求項１】 改善された誘電材料を形成する方法であ
って、 （ａ） 第２ペロブスカイト材料を形成するために第１
臨界結晶粒度を有する第１ペロブスカイト材料に鉛を添
加するステップと、 （ｂ） 前記第１臨界結晶粒度より小さい平均結晶粒度
を有する前記第２ペロブスカイト材料の層を形成するス
テップとを含み、前記ステップの結果、前記層の誘電率
は前記層の平均結晶粒度に類似の平均結晶粒度を持つ前
記第１ペロブスカイト材料の誘電率より実質的に高い、
方法。 - 【請求項２】 基板表面に形成された構造であって、前
記構造は鉛含有ペロブスカイト材料の層を含み、前記鉛
含有ペロブスカイト材料は鉛を含まない本質的に同等の
ペロブスカイト材料の臨界結晶粒度より小さい平均結晶
粒度を持つ、構造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US89150892A | 1992-05-29 | 1992-05-29 | |
| US891508 | 1992-05-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112432A true JPH06112432A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=25398315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5127339A Pending JPH06112432A (ja) | 1992-05-29 | 1993-05-28 | 薄膜誘電材料用Ｐｂ置換ペロブスカイト材料形成方法及びこの材料を含む構造 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6432473B1 (ja) |
| EP (1) | EP0571949A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06112432A (ja) |
| KR (1) | KR930024168A (ja) |
| TW (1) | TW279992B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020079045A (ko) * | 2001-04-12 | 2002-10-19 | 김상섭 | 누설전류 억제 구조의 메모리 소자 |
| JP2014520404A (ja) * | 2011-06-20 | 2014-08-21 | アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド | 高誘電率ペロブスカイト材料ならびにその作製および使用方法 |
| KR20230086507A (ko) * | 2021-12-08 | 2023-06-15 | 삼성전자주식회사 | 고유전체 및 그 제조방법, 고유전체 제조에 사용되는 타겟 물질, 고유전체를 포함하는 전자소자 및 이를 포함하는 전자장치 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0661244A3 (en) * | 1993-09-28 | 1996-09-11 | Texas Instruments Inc | Manufacture of thin film materials. |
| JPH1050960A (ja) * | 1996-07-26 | 1998-02-20 | Texas Instr Japan Ltd | 強誘電体キャパシタ及び強誘電体メモリ装置と、これらの製造方法 |
| TW531803B (en) * | 2000-08-31 | 2003-05-11 | Agere Syst Guardian Corp | Electronic circuit structure with improved dielectric properties |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859403A (en) * | 1970-04-13 | 1975-01-07 | Sprague Electric Co | Process for semiconductive ceramic body |
| JPS56103532A (en) * | 1980-01-11 | 1981-08-18 | Tdk Corp | Power supply device |
| JPS60138730A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-23 | Kyocera Corp | 磁気デイスク用基板 |
| EP0205137A3 (en) * | 1985-06-14 | 1987-11-04 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Dielectric compositions |
| DE3782470T2 (de) * | 1986-08-28 | 1993-04-15 | Toshiba Kawasaki Kk | Keramikwerkstoff mit hoher dielektrischer konstante, sowie verfahren zu seiner herstellung. |
| DE3924803A1 (de) * | 1988-07-28 | 1990-02-01 | Murata Manufacturing Co | Dielektrische keramische zusammensetzung |
| KR940006708B1 (ko) * | 1989-01-26 | 1994-07-25 | 세이꼬 엡슨 가부시끼가이샤 | 반도체 장치의 제조 방법 |
| US5258338A (en) * | 1990-01-11 | 1993-11-02 | Mra Laboratories | Fine grained BaTiO3 powder mixture and method for making |
-
1993
- 1993-05-25 EP EP93108424A patent/EP0571949A1/en not_active Withdrawn
- 1993-05-27 KR KR1019930009304A patent/KR930024168A/ko not_active Ceased
- 1993-05-28 JP JP5127339A patent/JPH06112432A/ja active Pending
- 1993-08-26 TW TW082106906A patent/TW279992B/zh active
-
1995
- 1995-06-01 US US08/458,999 patent/US6432473B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020079045A (ko) * | 2001-04-12 | 2002-10-19 | 김상섭 | 누설전류 억제 구조의 메모리 소자 |
| JP2014520404A (ja) * | 2011-06-20 | 2014-08-21 | アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド | 高誘電率ペロブスカイト材料ならびにその作製および使用方法 |
| KR20230086507A (ko) * | 2021-12-08 | 2023-06-15 | 삼성전자주식회사 | 고유전체 및 그 제조방법, 고유전체 제조에 사용되는 타겟 물질, 고유전체를 포함하는 전자소자 및 이를 포함하는 전자장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6432473B1 (en) | 2002-08-13 |
| TW279992B (ja) | 1996-07-01 |
| EP0571949A1 (en) | 1993-12-01 |
| KR930024168A (ko) | 1993-12-22 |
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