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(In Japanese)誘電体層及び誘電体層の製造方法、並びに固体電子装置及び固体電子装置の製造方法

Patent code P180014846
File No. (E086P56)
Posted date Apr 17, 2018
Application number P2015-506721
Patent number P6247684
Date of filing Mar 12, 2014
Date of registration Nov 24, 2017
International application number JP2014056507
International publication number WO2014148336
Date of international filing Mar 12, 2014
Date of international publication Sep 25, 2014
Priority data
  • P2013-059219 (Mar 22, 2013) JP
Inventor
  • (In Japanese)下田 達也
  • (In Japanese)徳光 永輔
  • (In Japanese)尾上 允敏
  • (In Japanese)宮迫 毅明
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title (In Japanese)誘電体層及び誘電体層の製造方法、並びに固体電子装置及び固体電子装置の製造方法
Abstract (In Japanese)
【課題】
 リーク電流を低く抑えるとともに平坦性が優れた、比誘電率が高い誘電体層を提供する。
【解決手段】
 本発明の誘電体層30aは、ビスマス(Bi)とニオブ(Nb)とからなる酸化物、又はビスマス(Bi)と亜鉛(Zn)とニオブ(Nb)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)によって構成される第1酸化物層31と、ランタン(La)とタンタル(Ta)とからなる酸化物、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物、及びストロンチウム(Sr)とタンタル(Ta)とからなる酸化物の群から選択される1種の酸化物(不可避不純物を含み得る)によって構成される第2酸化物層32との積層酸化物からなる。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来から、固体電子装置においては、高速動作の期待できる強誘電体薄膜を備えた装置が開発されている。固体電子装置に用いる誘電体材料として、金属酸化物が現在盛んに開発されているが、Pbを含まず、比較的低温で焼成可能な誘電セラミックスとして、BiNbO4が挙げられる。このBiNbO4については、固相成長法によって形成されたBiNbO4の誘電特性が報告されている(非特許文献1)。また、未だ出願公開はされていないが、本願出願人は、製造工程の簡素化がより図れるとともに、比較的高い絶縁性と比誘電率を備えた、ある特殊な結晶構造を有する結晶相を備えたビスマス(Bi)とニオブ(Nb)とからなる酸化物層(不可避不純物を含み得る)とその製造方法に関する発明を出願している(特許文献1及び2)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、誘電体層及び誘電体層の製造方法、並びに固体電子装置及び固体電子装置の製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
ビスマス(Bi)とニオブ(Nb)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)によって構成される第1酸化物層と、ランタン(La)とタンタル(Ta)とからなる酸化物、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物、及びストロンチウム(Sr)とタンタル(Ta)とからなる酸化物の群から選択される1種の酸化物(不可避不純物を含み得る)によって構成される第2酸化物層との積層酸化物からなり、かつ
前記第1酸化物層がパイロクロア型結晶構造の結晶相を有するとともに、前記ビスマス(Bi)を1としたときに前記ニオブ(Nb)の原子組成比が、0.33以上3以下であ
誘電体層。

【請求項2】
 
記第2酸化物層が、ランタン(La)とタンタル(Ta)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)からなり、かつ前記ランタン(La)を1としたときの前記タンタル(Ta)の原子組成比が、0.11以上9以下である、
請求項1に記載の誘電体層。

【請求項3】
 
前記第2酸化物層が、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)からなり、かつ前記ランタン(La)を1としたときに前記ジルコニウム(Zr)が0.11以上9以下である、
請求項1に記載の誘電体層。

【請求項4】
 
前記第1酸化物層が、結晶相及びアモルファス相を含む、
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の誘電体層。

【請求項5】
 
前記第2酸化物層が、実質的にアモルファス相である、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の誘電体層。

【請求項6】
 
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の誘電体層を備える、
固体電子装置。

【請求項7】
 
電極層と前記誘電体層とが、それぞれ一層積み重ねられた構造を一部に備える、
請求項6に記載の固体電子装置。

【請求項8】
 
前記電極層が、ランタン(La)とニッケル(Ni)とからなる酸化物、アンチモン(Sb)と錫(Sn)とからなる酸化物、及びインジウム(In)と錫(Sn)とからなる酸化物の群から選択される1種の電極用酸化物(不可避不純物を含み得る)によって構成される、
請求項7に記載の固体電子装置。

【請求項9】
 
前記固体電子装置が、キャパシター、金属酸化物半導体接合電界効果トランジスタ、半導体装置、及び微小電気機械システムの群から選択される1種である、
請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載の固体電子装置。

【請求項10】
 
ビスマス(Bi)を含む前駆体及びニオブ(Nb)を含む前駆体を溶質とする前駆体溶液を溶質とする前駆体溶液である第1前駆体溶液を出発材とする第1前駆体層を、酸素含有雰囲気中において加熱することにより、前記ビスマス(Bi)と前記ニオブ(Nb)からなる第1酸化物層(不可避不純物を含み得る)を形成する第1酸化物層形成工程と、
ランタン(La)を含む前駆体及びタンタル(Ta)を含む前駆体を溶質とする前駆体溶液、ランタン(La)を含む前駆体及びジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とする前駆体溶液、及びストロンチウム(Sr)を含む前駆体及びタンタル(Ta)を含む前駆体を溶質とする前駆体溶液の群から選択される1種の第2前駆体溶液を出発材とする第2前駆体層を、酸素含有雰囲気中において加熱することにより、前記ランタン(La)と前記タンタル(Ta)、前記ランタン(La)と前記ジルコニウム(Zr)、又は前記ストロンチウム(Sr)と前記タンタル(Ta)とからなる第2酸化物層(不可避不純物を含み得る)を、前記第1酸化物層上又は下に形成する第2酸化物層形成工程とを含み、か
前記第1酸化物層がパイロクロア型結晶構造の結晶相を有するとともに、前記ビスマス(Bi)を1としたときに前記ニオブ(Nb)の原子組成比が、0.33以上3以下であ
誘電体層の製造方法。

【請求項11】
 
前記第1酸化物層を形成するための加熱温度が、450℃以上700℃以下である、
請求項10に記載の誘電体層の製造方法。

【請求項12】
 
前記第2酸化物層を形成するための加熱温度が、250℃以上700℃以下である、
請求項10又は請求項11に記載の誘電体層の製造方法。

【請求項13】
 
前記第1酸化物層が、結晶相及びアモルファス相を含む、
請求項10乃至請求項12のいずれか1項に記載の誘電体層の製造方法。

【請求項14】
 
前記第2酸化物層が、実質的にアモルファス相である、
請求項10乃至請求項13のいずれか1項に記載の誘電体層の製造方法

【請求項15】
 
請求項10乃至請求項14のいずれか1項に記載の誘電体層の製造工程を含む、
固体電子装置の製造方法。

【請求項16】
 
前記第1酸化物層形成工程と前記第2酸化物層形成工程とを、
第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、前記第1電極層との間に前記第1酸化物層と前記第2酸化物層とを挟むように形成される第2電極層を形成する第2電極層形成工程との間に行い、かつ
前記第1電極層形成工程、前記第1酸化物層形成工程、前記第2酸化物層形成工程、及び前記第2電極層形成工程が、それぞれ1回行われる、
請求項15に記載の固体電子装置の製造方法。

【請求項17】
 
前記第1電極層を形成する工程及び/又は前記第2電極層を形成する工程が、
ランタン(La)を含む前駆体及びニッケル(Ni)を含む前駆体を溶質とする前駆体溶液、アンチモン(Sb)を含む前駆体及び錫(Sn)を含む前駆体を溶質とする前駆体溶液、又はインジウム(In)を含む前駆体と錫(Sn)を含む前駆体を溶質とする前駆体溶液である電極層用前駆体溶液を出発材とする電極層用前駆体層を、酸素含有雰囲気中において加熱することにより、前記ランタン(La)と前記ニッケル(Ni)とからなる酸化物、前記アンチモン(Sb)と前記錫(Sn)とからなる酸化物、又は前記インジウム(In)と前記錫(Sn)とからなる酸化物である電極層用酸化物(不可避不純物を含み得る)を形成する工程である、
請求項16に記載の固体電子装置の製造方法。

【請求項18】
 
前記電極層用酸化物を形成するための加熱温度が、500℃以上900℃以下である、
請求項16又は請求項17に記載の固体電子装置の製造方法。

【請求項19】
 
前記第1酸化物層形成工程及び/又は前記第2酸化物層形成工程において、
前記第1前駆体溶液を出発材とする第1前駆体層又は前記第2前駆体溶液を出発材とする第2前駆体層を、前記第1酸化物層又は前記第2酸化物層を形成する前に、酸素含有雰囲気中において、80℃以上300℃以下で加熱した状態で型押し加工を施すことにより、前記第1前駆体層又は前記第2前駆体層に対して型押し構造を形成する型押し工程をさらに含む、
請求項15乃至請求項18のいずれか1項に記載の固体電子装置の製造方法。

【請求項20】
 
前記第1電極層及び/又は前記第2電極層の形成工程において、
前記電極層用前駆体溶液を出発材とする電極層用前駆体層を、前記電極層用酸化物を形成する前に、酸素含有雰囲気中において、80℃以上300℃以下で加熱した状態で型押し加工を施すことにより、前記電極層用前駆体層に対して型押し構造を形成する型押し工程をさらに含む、
請求項17に記載の固体電子装置の製造方法。

【請求項21】
 
前記型押し工程において、1MPa以上20MPa以下の範囲内の圧力で前記型押し加工を施す、
請求項19又は請求項20に記載の固体電子装置の製造方法。

【請求項22】
 
前記型押し工程において、予め、80℃以上300℃以下の範囲内の温度に加熱した型を用いて前記型押し加工を施す、
請求項19又は請求項20に記載の固体電子装置の製造方法。

【請求項23】
 
前記固体電子装置が、キャパシター、金属酸化物半導体接合電界効果トランジスタ、半導体装置、及び微小電気機械システムの群から選択される1種である、
請求項15乃至請求項22のいずれか1項に記載の固体電子装置の製造方法。

【請求項24】
 
ビスマス(Bi)とニオブ(Nb)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)によって構成される第1酸化物層と、ストロンチウム(Sr)とタンタル(Ta)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)によって構成される第2酸化物層との積層酸化物からなり、かつ
前記第1酸化物層がパイロクロア型結晶構造の結晶相を有する
誘電体層。

【請求項25】
 
前記ストロンチウム(Sr)を1としたときにタンタル(Ta)が0.11以上9以下である、
請求項24に記載の誘電体層。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015506721thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO SHIMODA Nano-Liquid Process AREA
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