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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-22
(45)【発行日】2024-12-02
(54)【発明の名称】薄膜構造体、及びそれを含む電子素子
(51)【国際特許分類】
H01L 21/316 20060101AFI20241125BHJP
【ＦＩ】
H01L21/316 M
【請求項の数】
26
(21)【出願番号】P 2020163497
(22)【出願日】2020-09-29
(65)【公開番号】P2021057595
(43)【公開日】2021-04-08
【審査請求日】2023-08-18
(31)【優先権主張番号】10-2019-0120539
(32)【優先日】2019-09-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100154922
【弁理士】
【氏名又は名称】崔 允辰
(72)【発明者】
【氏名】趙 常▲ヒョン▼
(72)【発明者】
【氏名】許 鎭盛
(72)【発明者】
【氏名】李 香淑
(72)【発明者】
【氏名】金 ▲尚▼▲ウク▼
(72)【発明者】
【氏名】李 潤姓
【審査官】長谷川 直也
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４０８０４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００８／０２０３５２９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００４－３３６０４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３１９５８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ２層とを含む複数の層を含み、ＨｆｘＡ１－ｘＯｚ（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）化合物をなし、前記複数の層において、最上部層の厚みが最も厚い誘電体層と、前記誘電体層上に、前記最上部層と接するように配置された第１伝導層と、を含み、
前記誘電体層は、
厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）であり、ＨｆＯ ２ を含む第１層と、
ドーパントＡを含み、厚みがｊ＊ｔ（ｊ＞ｉ、ｊは、３以上の整数である）である前記最上部層と、
前記第１層上に配置され、厚みがｊ＊ｔであり、ドーパントＡを含む第２層と、
前記第２層上に配置され、厚みがｉ＊ｔであり、ＨｆＯ ２ を含む第３層と、
を含む、薄膜構造体。
【請求項2】
前記最上部層の厚みは、０．２５ｎｍ以上である、請求項１に記載の薄膜構造体。
【請求項3】
前記第２層と前記第３層との対が、前記第１層と前記最上部層との間に複数回反復配置される、請求項１に記載の薄膜構造体。
【請求項4】
ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ
２
層とを含む複数の層を含み、Ｈｆ
ｘ
Ａ
１－ｘ
Ｏ
ｚ
（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）化合物をなし、前記複数の層において、最上部層の厚みが最も厚い誘電体層と、
前記誘電体層上に、前記最上部層と接するように配置された第１伝導層と、を含み、
前記誘電体層は、
厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）であり、ＨｆＯ ２ を含む第１層と、
ドーパントＡを含み、厚みがｊ＊ｔ（ｊ＞ｉ、ｊは、３以上の整数である）である前記最上部層と、
前記第１層上に配置され、厚みがｍ＊ｔ（ｉ＜ｍ＜ｊ、ｍは、整数である）であり、ドーパントＡを含む第２層と
前記第２層上に配置され、厚みがｎ＊ｔ（ｉ＜ｎ＜ｊ、ｎは、整数である）であり、ＨｆＯ２を含む第３層と、
を含む、薄膜構造体。
【請求項5】
前記誘電体層は、前記第１層と前記第２層との対が、前記第３層下部に複数回反復配置される、請求項４に記載の薄膜構造体。
【請求項6】
ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ
２
層とを含む複数の層を含み、Ｈｆ
ｘ
Ａ
１－ｘ
Ｏ
ｚ
（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）化合物をなし、前記複数の層において、最上部層の厚みが最も厚い誘電体層と、
前記誘電体層上に、前記最上部層と接するように配置された第１伝導層と、を含み、
前記誘電体層は、
厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）であり、ＨｆＯ ２ を含む第１層と、
ドーパントＡを含み、厚みがｊ＊ｔ（ｊ≧ｉ、ｊは、３以上の整数である）である前記最上部層と、
前記第１層上に配置され、厚みがｉ＊ｔであり、ドーパントＡを含む第２層と、
前記第２層上に配置され、厚みがｊ＊ｔであり、ＨｆＯ２を含む第３層と、
を含む、薄膜構造体。
【請求項7】
前記第１層と前記第２層との対が、前記第３層下部に複数回反復配置される、請求項６に記載の薄膜構造体。
【請求項8】
ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ
２
層とを含む複数の層を含み、Ｈｆ
ｘ
Ａ
１－ｘ
Ｏ
ｚ
（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）化合物をなし、前記複数の層において、最上部層の厚みが最も厚い誘電体層と、
前記誘電体層上に、前記最上部層と接するように配置された第１伝導層と、を含み、
前記誘電体層は、
厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）であり、ＨｆＯ ２ を含む第１層と、
ドーパントＡを含み、厚みがｊ＊ｔ（ｉ＝ｊ、ｊは、３以上の整数である）である前記最上部層と、
前記第１層上に配置され、厚みがｋ＊ｔ（ｋ＜ｉ、ｋは、整数である）であり、ドーパントＡを含む第２層と、
前記第２層上に配置され、厚みがｋ＊ｔであり、ＨｆＯ２を含む第３層と、
を含む、薄膜構造体。
【請求項9】
前記第２層と前記第３層との対が、前記第１層と前記最上部層との間に反復配置される、請求項８に記載の薄膜構造体。
【請求項10】
ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ
２
層とを含む複数の層を含み、Ｈｆ
ｘ
Ａ
１－ｘ
Ｏ
ｚ
（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）化合物をなし、前記複数の層において、最上部層の厚みが最も厚い誘電体層と、
前記誘電体層上に、前記最上部層と接するように配置された第１伝導層と、を含み、
前記誘電体層は、
ドーパントＡを含み、厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）である第１層と、
厚みがｊ＊ｔ（ｊ＞ｉ、ｊは、３以上の整数である）であり、ＨｆＯ２を含む前記最上部層と、を含む、薄膜構造体。
【請求項11】
前記誘電体層は、前記第１層上に配置され、厚みがｊ＊ｔであり、ＨｆＯ２を含む第２層と
前記第２層上に配置され、厚みがｉ＊ｔであり、ドーパントＡを含む第３層と、をさらに含む、請求項１０に記載の薄膜構造体。
【請求項12】
前記第２層と前記第３層との対が、前記第１層と前記最上部層との間に複数回反復配置される、請求項１１に記載の薄膜構造体。
【請求項13】
ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ
２
層とを含む複数の層を含み、Ｈｆ
ｘ
Ａ
１－ｘ
Ｏ
ｚ
（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）化合物をなし、前記複数の層において、最上部層の厚みが最も厚い誘電体層と、
前記誘電体層上に、前記最上部層と接するように配置された第１伝導層と、を含み、
前記誘電体層は、
厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）であり、ＨｆＯ２を含む第１層と、
前記第１層上に形成され、ドーパントＡを含み、厚みがｊ＊ｔ（ｊ＞ｉ）である第２層と、
厚みがｋ＊ｔ（ｋ＞ｉ，ｊ）であり、ＨｆＯ２を含む前記最上部層と、を含む、薄膜構造体。
【請求項14】
ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ
２
層とを含む複数の層を含み、Ｈｆ
ｘ
Ａ
１－ｘ
Ｏ
ｚ
（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）化合物をなし、前記複数の層において、最上部層の厚みが最も厚い誘電体層と、
前記誘電体層上に、前記最上部層と接するように配置された第１伝導層と、を含み、
前記誘電体層は、
ドーパントＡを含み、厚みがｊ＊ｔ（ｊは、整数であり、ｔは、実数である）である第１層と、
厚みがｉ＊ｔ（ｉ＞ｊ）であり、ＨｆＯ２を含む第２層と、
ドーパントＡを含み、厚みがｎ＊ｔ（ｎ＞ｉ，ｊ）である前記最上部層と、を含む、薄膜構造体。
【請求項15】
前記ｔは、０．０５ｎｍ以上である、請求項１に記載の薄膜構造体。
【請求項16】
前記誘電体層の厚みは、０．５～２０ｎｍである、請求項１から１５のいずれか一項に記載の薄膜構造体。
【請求項17】
前記Ａは、Ｚｒ、Ｌａ、Ｙ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎのうちいずれか一つを含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の薄膜構造体。
【請求項18】
前記第１伝導層は、金属、伝導性酸化物、グラフェンのうちいずれか一つを含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の薄膜構造体。
【請求項19】
基板を準備する段階と、前記基板上に、ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ２層とを含む複数の層を形成し、ＨｆａＡｂＯｚ（ａ、ｂ、ｚは、実数である）化合物からなる誘電体層を形成する段階であって、前記複数の層において、最上部層の厚みを最も厚く形成する段階と、
前記誘電体層上に、前記最上部層に接する伝導層を形成する段階と、を含み、
前記誘電体層を形成する段階が、
前記誘電体層のＨｆとＡとの含量比を設定する段階と、
前記含量比により、前記最上部層の種類と厚みとを設定する段階と、を含む、薄膜構造体の製造方法。
【請求項20】
前記含量比をａ：ｂとするとき、ａ≦ｂである場合、前記最上部層をＡドーパント層にし、
ａ＞ｂである場合、前記最上部層をＨｆＯ２層にする、請求項１９に記載の薄膜構造体の製造方法。
【請求項21】
熱処理する段階をさらに含み、前記熱処理する段階は、
前記誘電体層を形成した後、前記伝導層を形成する前、または前記伝導層を形成した後に行われる、請求項１９または２０に記載の薄膜構造体の製造方法。
【請求項22】
半導体層と、前記半導体層上に配置された、請求項１ないし１８のうちいずれか１項に記載の薄膜構造体と、を含む、電子素子。
【請求項23】
前記半導体層と前記薄膜構造体との間に配置された絶縁層をさらに含む、請求項２２に記載の電子素子。
【請求項24】
前記絶縁層と前記薄膜構造体との間に配置された第２伝導層をさらに含む、請求項２３に記載の電子素子。
【請求項25】
第２伝導層と、前記第２伝導層上に配置された、請求項１ないし１８のうちいずれか１項に記載の薄膜構造体と、を含む、電子素子。
【請求項26】
前記第２伝導層と前記薄膜構造体との間に配置された絶縁層をさらに含む、請求項２５に記載の電子素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、薄膜構造体、及びそれを含む電子素子に関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路素子のダウンスケーリング（ｄｏｗｎ－ｓｃａｌｉｎｇ）により、そこに具備されるトランジスタ、キャパシタのような電子素子が占める空間も急激に縮小されている。そのような空間的限界を克服し、良好な動作特性を示すことができる材料が必要になっている。
【0003】
ＨｆＯ２は、電子素子において、ｈｉｇｈ－ｋ誘電物質として使われる核心的な素材である。該物質の誘電率や安定性を高めるために、多様なドーピング物質、ドーピング方式などの研究が活発になされている。最近、Ｚｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｌａ、ＹなどがドーピングされたＨｆＯ２薄膜が一定厚み以下において、強誘電性（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）を示すことができるという結果が報告された。強誘電性は、ネガティブキャパシタンス（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）効果を示し、それにより、強誘電性物質を採用した電子素子の消費電力を画期的に低くすることができる。
【0004】
それにより、ＨｆＯ２系の誘電物質を活用した低電力ロジック素子、不揮発性メモリ（ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ ｍｅｍｏｒｙ）、キャパシタなどに対する研究が活発になされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、高い誘電率を示すドープされたＨｆＯ２薄膜、その製造方法、及びそれを活用する電子素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一類型によれば、ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ２層とを含む複数の層を含み、ＨｆｘＡ１－ｘＯｚ（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）化合物をなし、前記複数の層において、最上部層の厚みが最も厚い誘電体層；及び前記誘電体層上に、前記最上部層と接するように配置された第１伝導層；を含む薄膜構造体が提供される。
前記最上部層の厚みは、０．２５ｎｍ以上でもある。
前記最上部層の厚みは、０．２５ｎｍ以上でもある。
【0007】
前記誘電体層は、厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）であり、ＨｆＯ２を含む第１層と、ドーパントＡを含み、厚みがｊ＊ｔ（ｊ≧ｉ、ｊは、３以上の整数である）である前記最上部層と、を含んでもよい。
【0008】
前記誘電体層は、ｊ＞ｉであり、前記第１層上に配置され、厚みがｊ＊ｔであり、ドーパントＡを含む第２層と、前記第２層上に配置され、厚みがｉ＊ｔであり、ＨｆＯ２を含む第３層と、をさらに含んでもよく、前記第２層と前記第３層との対が、前記第１層と前記最上部層との間に複数回反復配置されうる。
【0009】
または、前記誘電体層は、ｊ＞ｉであり、前記第１層上に配置され、厚みがｍ＊ｔ（ｉ＜ｍ＜ｊ、ｍは、整数である）であり、ドーパントＡを含む第２層と、前記第２層上に配置され、厚みがｎ＊ｔ（ｉ＜ｎ＜ｊ、ｎは、整数である）であり、ＨｆＯ２を含む第３層と、をさらに含んでもよく、前記第１層と前記第２層との対が、前記第３層下部に複数回反復配置されうる。
【0010】
または、前記誘電体層は、前記第１層上に配置され、厚みがｉ＊ｔであり、ドーパントＡを含む第２層と、前記第２層上に配置され、厚みがｊ＊ｔであり、ＨｆＯ２を含む第３層と、をさらに含んでもよく、前記第１層と前記第２層との対が、前記第３層下部に複数回反復配置されうる。
【0011】
または、前記誘電体層は、ｉ＝ｊであり、前記第１層上に配置され、厚みがｋ＊ｔ（ｋ＜ｉ、ｋは、整数である）であり、ドーパントＡを含む第２層と、前記第２層上に配置され、厚みがｋ＊ｔであり、ＨｆＯ２を含む第３層と、をさらに含んでもよく、前記第２層と前記第３層との対が、前記第１層と前記最上部層との間に反復配置されうる。
【0012】
前記誘電体層は、ドーパントＡを含み、厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）である第１層と、厚みがｊ＊ｔ（ｊ＞ｉ、ｊは、３以上の整数である）であり、ＨｆＯ２を含む前記最上部層と、を含んでもよい。
【0013】
前記誘電体層は、前記第１層上に配置され、厚みがｊ＊ｔであり、ＨｆＯ２を含む第２層と、前記第２層上に配置され、厚みがｉ＊ｔであり、ドーパントＡを含む第３層と、をさらに含んでもよく、前記第２層と前記第３層との対が、前記第１層と前記最上部層との間に複数回反復配置されうる。
【0014】
前記誘電体層は、厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）であり、ＨｆＯ２を含む第１層と、前記第１層上に形成され、ドーパントＡを含み、厚みがｊ＊ｔ（ｊ＞ｉ）である第２層と、厚みがｋ＊ｔ（ｋ＞ｉ，ｊ）であり、ＨｆＯ２を含む前記最上部層と、を含んでもよい。
【0015】
前記誘電体層は、ドーパントＡを含み、厚みがｊ＊ｔ（ｊは、整数であり、ｔは、実数である）である第１層と、厚みがｉ＊ｔ（ｉ＞ｊ）であり、ＨｆＯ２を含む第２層と、ドーパントＡを含み、厚みがｎ＊ｔ（ｎ＞ｉ，ｊ）である前記最上部層と、を含んでもよい。
【0016】
前記ｔは、０．０５ｎｍ以上でもある。
前記誘電体層の厚みは、０．５～２０ｎｍでもある。
前記Ａは、Ｚｒ、Ｌａ、Ｙ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎのうちいずれか一つを含んでもよい。
前記誘電体層の厚みは、０．５～２０ｎｍでもある。
前記Ａは、Ｚｒ、Ｌａ、Ｙ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎのうちいずれか一つを含んでもよい。
【0017】
前記第１伝導層は、金属、伝導性酸化物、グラフェンのうちいずれか一つを含んでもよい。
【0018】
一類型によれば、基板を準備する段階と、前記基板上に、ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ２層とを含む複数の層を形成し、ＨｆｘＡ１－ｘＯｚ（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）化合物からなる誘電体層を形成するものの、前記複数の層において、最上部層の厚みを最も厚く形成する段階と、前記誘電体層上に、前記最上部層に接する伝導層を形成する段階と、を含む、薄膜構造体の製造方法が提供される。
【0019】
前記製造方法は、前記誘電体層のＨｆとＡとの含量比を設定する段階と、前記含量比により、前記最上部層の種類と厚みとを設定する段階と、をさらに含んでもよい。
【0020】
前記含量比をａ：ｂとするとき、ａ≦ｂである場合、前記最上部層をＡドーパント層にし、ａ＞ｂである場合、前記最上部層をＨｆＯ２層にすることができる。
【0021】
前記方法は、熱処理する段階をさらに含み、前記熱処理する段階は、前記誘電体層を形成した後、前記伝導層を形成する前、または前記伝導層を形成した後にも行われる。
【0022】
一類型によれば、半導体層と、前記半導体層上に形成された前述のいずれか１つの薄膜構造体と、を含む電子素子が提供される。
【0023】
前記電子素子は、前記半導体層と前記薄膜構造体との間に配置された絶縁層をさらに含んでもよい。
【0024】
前記電子素子は、前記絶縁層と前記薄膜構造体との間に配置された第２伝導層をさらに含んでもよい。
【0025】
一類型によれば、第２伝導層と、前記第２伝導層上に配置された前述のいずれか１つの薄膜構造体と、を含む電子素子が提供される。
【0026】
前記電子素子は、前記第２伝導層と前記薄膜構造体との間に配置された絶縁層をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【0027】
本発明の薄膜構造体及び製造方法によれば、結晶性に優れ、かつ高い誘電率を示す誘電体層が提供される。
【0028】
前述の薄膜構造体は、トランジスタ、キャパシタ、集積回路素子など多様な電子素子に採用され、そのような電子素子は、良好な動作性能を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】一実施形態による薄膜構造体の概略的な構造を示す断面図である。
【図2】一実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の構造を概念的に示す断面図である。
【図3A】一実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の例示的な構造を示す断面図である。
【図6】他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【図7】さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【図8A】さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【図9A】さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【図10A】さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【図11】さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【図12A】さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【図15】さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【図16】一実施形態による、薄膜構造体の製造方法の段階を概略的に示すフローチャートである。
【図17】一実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
【図18】他の実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
【図19】さらに他の実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
【図20】さらに他の実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
【図21】さらに他の実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、添付された図面を参照し、本実施形態について詳細に説明する。説明される実施形態は、ただ例示的なものに過ぎず、そのような実施形態から多様な変形が可能である。以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を指し、図面上において、各構成要素の大きさは、説明の明瞭性と便宜さとのために誇張されてもいる。
【0031】
以下において、「上部」や「上」と記載されたところは、接触して真上にあるものことだけではなく、非接触で上にあるものを含んでもよい。
【0032】
第１、第２のような用語は、多様な構成要素の説明にも使用されるが、１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的のみに使用される。そのような用語は、構成要素の物質または構造が異なることを限定するものではない。
【0033】
単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。
【0034】
また、明細書に記載された「…部」、「モジュール」というような用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、あるいはハードウェアとソフトウェアとの結合によっても具現される。
【0035】
「前記」の用語、及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数のいずれにも該当するものである。
【0036】
方法を構成する段階は、説明された順に行わなければならないという明白な言及がなければ、適切な順序によっても行われる。また、全ての例示的な用語（例えば、など）の使用は、単に技術的思想について詳細に説明するためのものであり、特許請求の範囲によって限定されない以上、そのような用語によって権利範囲が限定されるものではない。
【0037】
【0038】
薄膜構造体１０００は、誘電体層５００と、誘電体層５００上部に配置された第１伝導層７００と、を含む。
【0039】
誘電体層５００は、ＨｆｘＡ１－ｘＯｚの化合物を含む。そのような化合物は、ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ２層とを含む複数の層構造によっても具現される。
【0040】
ドーパントＡは、Ｚｒ・Ｌａ・Ｙのような遷移金属、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎのうちいずれか一つを含んでもよく、二元系または三元系以上によってもなる。ドーパント層は、ＺｒＯ２・ＬａＯ２・ＹＯ２を含む遷移金属系酸化物、及びＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２のうちいずれか一つを含んでもよい。
【0041】
第１伝導層７００には、ＴｉＮ；Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉなどを含む金属；ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、ＩＴＯなどを含む伝導性酸化物；またはグラフェンを含む２Ｄ物質のうちいずれか一つが含まれてもよい。
【0042】
誘電体層５００を構成する複数の層それぞれの層数、厚み、反復される形態などは、ＨｆｘＡ１－ｘＯｚ（０＜ｘ＜１、ｚは、実数である）の組成比、すなわち、ＨｆとＡとの含量比、及び誘電体層５００の全体厚を考慮しても設定される。前記複数の層の設定形態は、与えられたＨｆとＡとの含量比について、さらに高い誘電率を具現するようにも定められる。
【0043】
一実施形態の薄膜構造体１０００は、結晶性に優れ、高い誘電率を示す誘電体層５００を具現するため、第１伝導層７００と接する最上部層ＵＰの厚み、組成を適切に設定している。
【0044】
誘電体層５００を構成する複数の層において、最上部層ＵＰの厚みＴＨが最も厚く設定されうる。複数の層において、少なくとも１層の厚みが、最上部層ＵＰの厚みＴＨと同じでもある。言い換えれば、複数の層それぞれの厚みは、最上部層ＵＰの厚みＴＨと同じであるか、あるいはそれよりも薄い。最上部層ＵＰは、ＨｆＯ２層でもあり、またはドーパントＡを含むドーパント層（Ａ－ｄｏｐａｎｔ ｌａｙｅｒ）でもある。最上部層ＵＰが、ＨｆＯ２層であるか、あるいはＡドーパント層であるかということは、誘電体層５００をなす化合物ＨｆｘＡ１－ｘＯｚ内において、ＨｆとＡとの含量比を考慮しても定められる。
【0045】
また、最上部層ＵＰの厚みは、誘電体層５００の組成が同一である場合において、最上部層ＵＰの厚みにより、誘電体層５００の電気的性質が異なりうることを考慮しても定められる。最上部層ＵＰの厚みは、約０．２５ｎｍ以上でもある。
【0046】
誘電体層５００の厚みは、誘電体層５００の誘電率など、その他電気的性質に影響を及ぼす要素であり、誘電体層５００の厚みは、所望する性能に適しても設定される。誘電体層５００の総厚は、約０．５～２０ｎｍでもある。ただし、最上部層ＵＰ、誘電体層５００の厚みがそのような例示に限定されるものではない。
【0047】
誘電体層５００は、所定の基板ＳＵ上にも形成される。基板ＳＵの種類は、特別に限定されるものではなく、例えば、誘電体層５００が活用される電子素子の構造によっても定められる。
【0048】
以下、誘電体層の多様な実施形態について説明する。一実施形態は、向上された誘電率を示すことができる多様な構造を含んでいる。そのような実施形態は、誘電体層の組成が同一である場合においても、最上部層の厚みや種類により、製造された誘電体層の結晶性が異なり、それにより、誘電率も異なることを考慮して導き出されている。
【0049】
以下の実施形態は、図２の誘電体層５００を、ＨｆとＡとの含量比により、多様に具現した例示を示すものであるが、誘電体層５００の具現形態は、後述の例示的な説明だけに制限されるものではない。すなわち、最上部層ＵＰの厚みと種類との要件を満足する限り、最上部層ＵＰ下部に配置されるＨｆＯ２層、Ａドーパント層の位置、層数、厚みなどは、多様にも変更される。
【0050】
以下において、ドーパントＡは、Ｚｒと例示し、ドーパント層としてＺｒＯ２層を例示して説明するが、それらに限定されるものではなく、前述の多様なドーパント物質が誘電体層にも採用される。
【0051】
【0052】
誘電体層５０１は、ｉ－ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２を含む第１層１１と、ｊ－ｃｙｃｌｅ（ｊ＞ｉ）で製造されたＺｒＯ２を含む最上部層ＵＰ１と、を含む。
【0053】
誘電体層５０１の形成のために、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＡＬＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの蒸着方法が使用されうる。前記方法は、チャンバ内にターゲット基板を位置させ、チャンバを所定温度に加熱し、ソースを供給する過程を含み、そのような過程により、ソース物質がターゲット基板上に蒸着される。ここで、該ｃｙｃｌｅは、温度、時間を含んで設定される所定の工程条件で定められる蒸着単位である。１ｃｙｃｌｅで形成される厚みをｔとするとき、第１層１１の厚みは、ｉ＊ｔ、最上層ＵＰ１の厚みは、ｊ＊ｔになる。１ｃｙｃｌｅが形成する厚みをｔで表現しており、ｔは、０．０５ｎｍ以上でもある。ｔは、例えば、０．１～０．９ｎｍでもあるが、ただし、それに限定されるものではない。以下において、「ｉ－ｃｙｃｌｅ」のような表現は、「厚みｉ＊ｔ」という表現と類似した意味にも混用される。
【0054】
誘電体層５０１は、また、第１層１１上に配置され、厚みがｊ＊ｔであり、ＺｒＯ２を含む第２層１２、第２層上に配置され、厚みがｉ＊ｔであり、ＨｆＯ２を含む第３層１３をさらに含んでもよい。第２層１２と第３層１３との対が、第１層１１と最上部層ＵＰ１との間に複数回反復配置されうる。反復される回数は、形成しようとする誘電体層５０１の全体厚を考慮して決めることができる。
【0055】
誘電体層５０１は、ＨｆとＺｒとの含量比をａ：ｂとするとき、ａ＜ｂである場合であり、すなわち、ｉ＜ｊの場合である。ｊは、例えば、３以上でもある。ＺｒＯ２を含む層が、ＨｆＯ２を含む層より厚く形成されており、最上部層ＵＰ１も、ＺｒＯ２層で構成されている。
【0056】
【0057】
図３Ｂに示された薄膜は、Ｓｉ層／ＳｉＯ２層／誘電体層５０１／メタル層Ｍの順序に形成されている。誘電体層５０１は、Ｈｆ０．２Ｚｒ０．８Ｏ２をなす。誘電体層５０１は、図面に示されるように、良好な結晶性を示している。
【0058】
【0059】
誘電体層５０は、図３Ａの誘電体層５０１と同一組成のＨｆ０．２Ｚｒ０．８Ｏ２をなし、ただし、ＺｒＯ２ ４ｃｙｃｌｅによってなる第１層１、ＨｆＯ２ １ｃｙｃｌｅによってなる第２層２の順序に配置された点において、誘電体層５０１と違いがある。
【0060】
【0061】
一実施形態による誘電体層５０１の場合、比較例の誘電体層５０より高い誘電率を示す。それは、同一組成である場合においても、伝導層と接する最上部層の形態（種類、厚み）により、結晶性が異なって示されるためであると分析される。すなわち、最上部層が、１＊ｔ厚のＨｆＯ２層である場合、最上部層が４＊ｔ厚のＺｒＯ２である実施形態の場合より低い結晶性を示し、それにより、低い誘電率特性を示している。
【0062】
図６は、他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【0063】
誘電体層５０２は、ｉ－ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２を含む第１層２１と、ｊ－ｃｙｃｌｅ（ｊ＞ｉ）で製造されたＺｒＯ２を含む最上部層ＵＰ２と、を含む。すなわち、第１層２１は、ｉ＊ｔ厚のＨｆＯ２層、最上部層ＵＰ２は、ｊ＊ｔ厚のＺｒＯ２層になる。ｊは、３以上でもある。
【0064】
誘電体層５０２は、また、第１層２１上に配置され、ｍ－ｃｙｃｌｅで製造され、厚みがｍ＊ｔ（ｉ＜ｍ＜ｊ）であり、ドーパントＡを含む第２層２２、第２層上に配置され、ｎ－ｃｙｃｌｅで製造され、厚みがｎ＊ｔ（ｉ＜ｎ＜ｊ）であり、ＨｆＯ２を含む第３層２３をさらに含んでもよい。第１層２１と第２層２２との対が、第３層２３下部に反復配置されうる。
【0065】
本実施形態の誘電体層５０２も、前述の誘電体層５０１と類似し、ＨｆとＺｒとの含量比をａ：ｂとするとき、ａ＜ｂである場合に該当する。本実施形態の誘電体層５０２は、そのような含量条件により、隣接形成される第１層２１、第２層２２の厚みを設定するが、最上部層ＵＰ２、それにすぐ隣接した第３層２３の厚みは、それぞれ第２層２２、第１層１１より厚く設定した例示を示す。ｊは、例えば、３以上でもあり、また、ｉ：ｍ＝ｎ：ｊでもある。ただし、それに限定されるものではない。
【0066】
図３Ａ、図５の実施形態は、誘電体層５０１，５０２において、Ｈｆの含量がＺｒ含量より少ない場合、最上部層をＺｒＯ２で設定したことを例示したが、他の実施形態において、そのような場合にも、最上部層をＨｆＯ２にしながら、最も厚く設定することも可能である。
【0067】
図７は、さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【0068】
誘電体層５０７は、ｉ－ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２を含む第１層７１、ｊ－ｃｙｃｌｅ（ｊ＞ｉ）で製造されたＺｒＯ２を含む第２層７２、及びｋ－ｃｙｃｌｅ（ｋ＞ｉ，ｊ）で製造されたＨｆＯ２を含む最上層部層ＵＰ７を含む。すなわち、第１層７１は、ｉ＊ｔ厚のＨｆＯ２層、第２層７２は、ｊ＊ｔ厚のＺｒＯ２層、最上部層ＵＰ７は、ｋ＊ｔ（ｋ＞ｉ，ｊ）厚のＨｆＯ２層であり、最上部層ＵＰ７の厚みが最も厚い。
【0069】
第１層７１と第２層７２は、複数回反復されうる。第１層７１と第２層７２は、例えば、Ｒ回反復されうる。誘電体層５０７において、Ｈｆの含量がＺｒより少ない場合であり、ｋ＜Ｒ＊（ｊ－ｉ）でもある。例えば、ｋ＝５、Ｒ＝３、ｊ＝３、ｉ＝１でもあるが、それら以外にも、多様な形態で誘電体層５０７を構成することができる。
【0070】
【0071】
誘電体層５０３は、ｉ－ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２を含む第１層２１と、ｊ－ｃｙｃｌｅ（ｊ＞ｉ）で製造されたＺｒＯ２を含む最上部層ＵＰ３と、を含む。第１層２１と最上部層ＵＰ３との厚みは、それぞれｉ＊ｔ、ｊ＊ｔでもある。ｔは、０．３～０．８ｎｍでもある。ｊは、３以上でもある。最上部層ＵＰ３の厚みは、約２５ｎｍ以上でもある。
【0072】
誘電体層５０３は、また、第１層３１上に配置され、ｉ－ｃｙｃｌｅで製造されたＺｒＯ２を含む第２層３２と、第２層３２上に配置され、ｊ－ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２を含む第３層３３をさらに含む。第１層３１と第２層３２との対が、第３層３３下部に複数回反復配置されうる。反復される回数は、誘電体層５０３の全体厚を考慮しても定められる。
【0073】
本実施形態の誘電体層５０３は、ＨｆとＺｒとの含量比が１：１である場合であり、Ｈｆ０．５Ｚｒ０．５Ｏ２をなす。そのような組成により、隣接配置される第１層３１、第２層３２を同一厚に設定するが、最上部層ＵＰ３、及びそれにすぐ隣接した第３層３３は、第１層３１、第２層３２より厚く設定している。
【0074】
図８Ｂに示された薄膜は、Ｓｉ層／ＳｉＯ２層／誘電体層５０３／メタル層Ｍの順序に形成されている。誘電体層５０３は、図７Ａにおいて、１ｃｙｃｌｅで製造された第１層３１、１ｃｙｃｌｅで製造された第２層３２が６回反復され、第３層３３、最上部層ＵＰ３は、それぞれ６ｃｙｃｌｅで製造し、Ｈｆ０．５Ｚｒ０．５Ｏ２を形成した場合である。誘電体層５０３は、図面に示されるように、良好な結晶性を示している。
【0075】
【0076】
誘電体層５０４は、ｊ－ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２を含む第１層４１と、ｊ－ｃｙｃｌｅで製造されたＺｒＯ２を含む最上部層ＵＰ４と、を含む。ｊは、３以上でもある。最上部層ＵＰ４の厚みは、２５ｎｍ以上でもある。
【0077】
誘電体層５０４は、また、第１層４１上に配置され、ｊ－ｃｙｃｌｅで製造されたＺｒＯ２を含む第２層４２と、第２層４２上に配置され、ｊ－ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２を含む第３層４３と、をさらに含む。第１層４１と第２層４２との対が、第３層４３下部に複数回反復配置されうる。反復される回数は、誘電体層５０３の全体厚を考慮しても定められる。
【0078】
本実施形態の誘電体層５０３は、ＨｆとＺｒとの含量比が１：１と同じであり、Ｈｆ０．５Ｚｒ０．５Ｏ２を形成した場合であり、複数の層がいずれも同厚に設定されている。
【0079】
図９Ｂは、図９Ａにおいて、ｊを４にし、第１層４１と第２層４２とを２回反復し、第３層４３、最上部層ＵＰ３を形成した場合の電子顕微鏡写真である。すなわち、ＨｆＯ２層とＺｒＯ２層とがそれぞれ４ｃｙｃｌｅで３回反復積層された形態の誘電体層５０３であり、厚み１２ｔであるＨｆ０．５Ｚｒ０．５Ｏ２を製造した電子顕微鏡写真である。図面に示されるように、良好な結晶性を示している。
【0080】
【0081】
誘電体層５０５は、ｊ－ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２を含む第１層５１と、ｊ－ｃｙｃｌｅで製造されたＺｒＯ２を含む最上部層ＵＰ５と、を含む。
【0082】
誘電体層５０５は、また、第１層５１上に配置され、ｋ－ｃｙｃｌｅ（ｋ＜ｊ）で製造されたＺｒＯ２を含む第２層５２と、第２層５２上に配置され、ｋ－ｃｙｃｌｅ（ｋ＜ｊ）で製造されたＨｆＯ２を含む第３層５３と、をさらに含み、第２層５２と第３層５３との対が、第１層５１と最上部層ＵＰ５との間に反復配置されうる。反復される回数は、誘電体層５０５全体厚を考慮しても定められる。
【0083】
本実施形態の誘電体層５０５も、誘電体層５０３，５０４と同様に、ＨｆとＺｒとの含量比が１：１と同じであり、Ｈｆ０．５Ｚｒ０．５Ｏ２を形成した例である。本実施形態の誘電体層５０５は、第１層５１と最上部層ＵＰ５とを同厚にし、それら間に、最上部層ＵＰ５の厚みより薄い厚みの第２層５２、第３層５３を反復配置した例である。
【0084】
図１０Ｂの電子顕微鏡写真は、５ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２層と、５ｃｙｃｌｅで製造されたＺｒＯ２層（最上部層）との間に、１ｃｙｃｌｅで製造されたＺｒＯ２層と、１ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２層とが５回反復積層され、Ｈｆ０．５Ｚｒ０．５Ｏ２を形成した誘電体層５０５に係わるものである。誘電体層５０５は、図面に示されるように、良好な結晶性を示している。
【0085】
図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａの実施形態は、誘電体層５０３，５０４，５０５において、Ｈｆ含量がＺｒ含量と同じである場合、最上部層を、ＺｒＯ２で設定したところを例示したが、他の実施形態において、そのような場合にも、最上部層をＨｆＯ２にしながら、最も厚く設定することも可能である。
【0086】
図１１は、さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【0087】
誘電体層５０８は、ｉ－ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２を含む第１層８１、ｊ－ｃｙｃｌｅ（ｊ＞ｉ）で製造されたＺｒＯ２を含む第２層８２、及びｍ－ｃｙｃｌｅ（ｍ＞ｉ，ｊ）で製造されたＨｆＯ２を含む最上層部層ＵＰ８を含む。すなわち、第１層８１は、ｉ＊ｔ厚のＨｆＯ２層、第２層８２は、ｊ＊ｔ厚のＺｒＯ２層、最上部層ＵＰ８は、ｍ＊ｔ（ｍ＞ｉ，ｊ）厚のＨｆＯ２層であり、最上部層ＵＰ８の厚みが最も厚い。
【0088】
第１層８１と第２層８２は、複数回反復されうる。第１層８１と第２層８２は、例えば、Ｒ回反復されうる。誘電体層５０８において、Ｈｆ含量がＺｒ含量と同じである場合であり、ｍ＝Ｒ＊（ｊ－ｉ）でもある。例えば、ｍ＝６、Ｒ＝３、ｊ＝３、ｉ＝１でもあるが、それら以外にも、多様な形態に誘電体層５０８を構成することができる。
【0089】
【0090】
本実施形態の誘電体層５０６は、ＨｆとＺｒとの含量比をａ：ｂとするとき、ａ＞ｂである場合である点において、前述の実施形態と違いがある。
【0091】
誘電体層５０６は、ｉ－ｃｙｃｌｅで製造された、厚みがｉ＊ｔ（ｉは、整数であり、ｔは、実数である）であるＺｒＯ２を含む第１層６１と、ｊ－ｃｙｃｌｅで製造された、厚みがｊ＊ｔ（ｊ＞ｉ、ｊは、３以上の整数である）であり、ＨｆＯ２を含む最上部層ＵＰ６と、を含む。
【0092】
誘電体層５０６は、また、第１層６１上に配置され、厚みがｊ＊ｔであり、ＨｆＯ２を含む第２層６２と、第２層６２上に配置され、厚みがｉ＊ｔであり、ＺｒＯ２を含む第３層６３と、をさらに含んでもよい。第２層６２と第３層６３との対が、第１層６１と最上部層ＵＰ６との間に複数回反復配置されうる。
【0093】
図１２Ｂは、製造された図１２Ａの誘電体層５０６に係わる電子顕微鏡写真であり、ｉ＝１、ｊ＝４であり、ＺｒＯ２ １ｃｙｃｌｅとＨｆＯ２ ４ｃｙｃｌｅとの対が、５回反復された場合に係わるものである。図１２Ｂに示された薄膜は、Ｓｉ層／ＳｉＯ２層／誘電体層５０６／メタル層Ｍの順序に形成されている。誘電体層５０６は、Ｈｆ０．８Ｚｒ０．２Ｏ２をなす。誘電体層５０６は、図面に示されるように、良好な結晶性を示している。
【0094】
【0095】
誘電体層５５は、４ｃｙｃｌｅで製造されたＨｆＯ２層３と、１ｃｙｃｌｅで製造されたＺｒＯ２層４との対が、反復配置された形態であり、前記対の配置順序において、一実施形態の誘電体層５０６と違いがある。一実施形態の誘電体層５０６と異なり、比較例の誘電体層５５は、最上部層が、ＨｆＯ２層３より厚みが薄いＺｒＯ２層４で構成される。
【0096】
【0097】
図１４を参照すれば、同一組成のＨｆ０．８Ｚｒ０．２Ｏ２であっても、製造された方法、及び結果としてなった構造により、誘電率が異なって示されるということが分かる。最上部層ＵＰ６に、厚みが厚いＨｆＯ２層を配置した一実施形態の誘電体層５０６の誘電率が、比較例より高く示されるということが分かる。
【0098】
それは、誘電体層５０６上部に配置される伝導性物質と接する最上部層ＵＰ６の層の種類、厚みを適切に設定することによって製造されたＨｆ０．８Ｚｒ０．２Ｏ２の結晶性が、さらに良好に形成された結果であると分析される。
【0099】
図１２Ａの実施形態は、誘電体層５０６において、Ｈｆの含量がＺｒ含量より多い場合、最上部層をＨｆＯ２に設定したところを例示したが、他の実施形態において、そのような場合にも、最上部層をＺｒＯ２にしながら、最も厚く設定することも可能である。
【0100】
図１５は、さらに他の実施形態による薄膜構造体に採用される誘電体層の他の例示的な構造を示す断面図である。
【0101】
誘電体層５０９は、ｊ－ｃｙｃｌｅで製造されたＺｒＯ２を含む第１層９１、ｉ－ｃｙｃｌｅ（ｉ＞ｊ）で製造されたＨｆＯ２を含む第２層９２、及びｎ－ｃｙｃｌｅ（ｎ＞ｉ，ｊ）で製造されたＺｒＯ２を含む最上層部層ＵＰ９を含む。すなわち、第１層９１は、ｊ＊ｔ厚のＺｒＯ２層、第２層７２は、ｉ＊ｔ厚のＨｆＯ２層、最上部層ＵＰ９は、ｎ＊ｔ（ｎ＞ｉ，ｊ）厚のＺｒＯ２層であり、最上部層ＵＰ９の厚みが最も厚い。
【0102】
第１層９１と第２層９２は、複数回反復されうる。第１層９１と第２層９２は、例えば、Ｒ回反復されうる。誘電体層５０９において、Ｈｆの含量がＺｒより多い場合であり、ｎ＜Ｒ＊（ｉ－ｊ）でもある。例えば、ｎ＝５、Ｒ＝３、ｉ＝３、ｊ＝１でもあるが、それら以外にも、多様な形態に誘電体層５０９を構成することができる。
【0103】
図１６は、一実施形態による、薄膜構造体の製造方法の段階を概略的に示すフローチャートである。
【0104】
一実施形態による製造方法は、基板を準備する段階（Ｓ１００）、基板上に誘電体層を形成する段階（Ｓ２００）、及び誘電体層上に伝導層を形成する段階（Ｓ５００）を含む。
【0105】
該基板は、誘電体層が形成されるターゲット基板であり、特別に種類が限定されるものではない。
【0106】
該誘電体層は、ＨｆａＡｂＯｚ化合物であり、それを形成するために、ドーパントＡを具備するドーパント層と、ＨｆＯ２層とを含む複数の層を形成するものの、前記複数の層において、最上部層の厚みを最も厚く形成する。
【0107】
該ドーパントＡは、Ｚｒ・Ｌａ・Ｙのような遷移金属、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎのうちいずれか一つを含んでもよく、二元系または三元系以上にもなる。該ドーパント層は、ＺｒＯ２・ＬａＯ２・ＹＯ２を含む遷移金属系酸化物、及びＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２のうちいずれか一つを含んでもよい。
【0108】
該伝導層は、ＴｉＮ；Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉなどを含む金属；ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、ＩＴＯなどを含む伝導性酸化物；またはグラフェンを含む２Ｄ物質などのうちいずれか一つを含んでもよい。該伝導層は、また、窒化金属または酸窒化金属を含んでもよい。
【0109】
該誘電体層、該伝導層の形成のために、ＡＬＤ、ＭＯＡＬＤ、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＰＶＤのような蒸着方法が使用されうる。
【0110】
該誘電体層形成のために、まず、ＨｆとＡとの組成比ａ：ｂを決定し、総厚を決定し（Ｓ２１０）、次に、最上部層を設定し（Ｓ２３０）、ＨｆＯ２層及びＡドーパント層のｃｙｃｌｅを反復する段階（Ｓ２５０）が遂行されうる。
【0111】
最上部層の設定（Ｓ２３０）は、決定されたａ：ｂ値、及び総厚を考慮して定められた組成比及び厚みにおいて、最適の誘電率を具現するように、最上部層の種類と厚みとを定める過程である。前述の誘電体層５００～５０９の説明でのように、良好な結晶性のＨｆａＡｂＯｚ化合物が製造されるように、最上部層を決定することができる。
【0112】
例えば、前記含量比をａ：ｂとするとき、ａ≦ｂである場合、最上部層をＡドーパント層にし、ａ＞ｂである場合、最上部層をＨｆＯ２層に設定することができる。または、ａ≦ｂである場合にも、最上部層をＨｆＯ２層にし、ａ＞ｂである場合にも、最上部層をＡドーパント層に設定することができる。次に、最上部層の厚みが最大になるように、残り層、すなわち、ＨｆＯ２層及びＡドーパント層の厚み、反復回数、位置などを、全体含量比や工程条件などを考慮して設定することができる。
【0113】
誘電体層を形成した後、熱処理が遂行されうる（Ｓ３００）。ただし、該段階は、省略されてもよい。
【0114】
次に、該誘電体層上に伝導層を形成した後、熱処理が遂行されうる（Ｓ５００）。そのような熱処理は、誘電体層の結晶化を促進するためのものであり、２つの段階がいずれも遂行されるか、あるいはいずれか１段階だけ選択的にも遂行される。
【0115】
図１７は、一実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
電子素子２０００は、半導体層１００、半導体層１００上に形成された絶縁層２００、前記絶縁層２００上に形成された誘電体層５００、誘電体層５００上に形成された第１伝導層７００を含む。
電子素子２０００は、半導体層１００、半導体層１００上に形成された絶縁層２００、前記絶縁層２００上に形成された誘電体層５００、誘電体層５００上に形成された第１伝導層７００を含む。
【0116】
半導体層１００は、半導体基板を含んでもよい。該半導体基板は、シリコン基板、ゲルマニウム基板、またはシリコン・ゲルマニウム基板を含んでもよい。半導体層１００は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕなどを含むグループのうちから選択された少なくとも１つの物質を含むか、あるいは少なくとも１つの物質の窒化物または酸化物を含む物質を含んでもよい。
【0117】
絶縁層２００は、電気的漏れ（ｌｅａｋａｇｅ）を抑制または防止するための層でもある。絶縁層２００として、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ）、Ａｌ酸化物（ＡｌＯ）、Ｈｆ酸化物（ＨｆＯ）、Ｚｒ酸化物（ＺｒＯ）、または二次元絶縁体（２Ｄ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）などが使用されうる。二次元絶縁体として、ｈ－ＢＮ（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）のような物質が使用されうる。ただし、絶縁層２００の物質は、それらに限定されるものではない。
【0118】
誘電体層５００は、前述の誘電体層５００，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６のうちいずれか１層でもある。誘電体層５００は、強誘電性のドメインスイッチング層として機能することができる。
【0119】
第１伝導層７００は、ＴｉＮ；Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉなどを含む金属；ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、ＩＴＯなどを含む伝導性酸化物；またはグラフェンを含む２Ｄ物質などのうちいずれか一つを含んでもよい。該伝導層は、また、窒化金属または酸窒化金属を含んでもよい。
【0120】
第１伝導層７００は、ゲート電極でもある。半導体層１００に、ソース電極（図示せず）、ドレイン電極（図示せず）が連結されうる。半導体層１００上に、ソース領域（図示せず）、ドレイン領域（図示せず）が具備され、それぞれに、ソース電極、ドレイン電極が連結されうる。該ソース領域、該ドレイン領域の間の半導体層１００領域がチャンネル領域にもなる。
前述の電子素子２０００は、ロジックトランジスタでもある。
前述の電子素子２０００は、ロジックトランジスタでもある。
【0121】
図１８は、他の実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
本実施形態の電子素子３０００は、絶縁層が具備されていない形態であるという点において、図１７の電子素子２０００と違いがあり、残りの構成は、図１７の電子素子２０００と実質的に同一でもある。
本実施形態の電子素子３０００は、絶縁層が具備されていない形態であるという点において、図１７の電子素子２０００と違いがあり、残りの構成は、図１７の電子素子２０００と実質的に同一でもある。
【0122】
図１９は、さらに他の実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
本実施形態の電子素子４０００は、絶縁層２００と誘電体層５００との間に、第２伝導層３００がさらに具備されたという点において、図１７の電子素子と違いがあり、残りの構成は、実質的に同一である。
図１７ないし図１９の電子素子は、トランジスタ素子として機能することができる。
本実施形態の電子素子４０００は、絶縁層２００と誘電体層５００との間に、第２伝導層３００がさらに具備されたという点において、図１７の電子素子と違いがあり、残りの構成は、実質的に同一である。
図１７ないし図１９の電子素子は、トランジスタ素子として機能することができる。
【0123】
図２０は、さらに他の実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
電子素子５０００は、第２伝導層９００、第２伝導層９００上に形成された誘電体層５００、誘電体層５００上に形成された第１伝導層７００を含む。誘電体層５００は、前述の誘電体層５００，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６のうちいずれか１層でもある。
電子素子５０００は、第２伝導層９００、第２伝導層９００上に形成された誘電体層５００、誘電体層５００上に形成された第１伝導層７００を含む。誘電体層５００は、前述の誘電体層５００，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６のうちいずれか１層でもある。
【0124】
図２１は、さらに他の実施形態による電子素子の概略的な構造を示す断面図である。
本実施形態の電子素子６０００は、第２伝導層９００と誘電体層５００との間に、絶縁層２００がさらに具備されたという点において、図２０の電子素子５０００と違いがあり、残りの構成は、実質的に同一である。
本実施形態の電子素子６０００は、第２伝導層９００と誘電体層５００との間に、絶縁層２００がさらに具備されたという点において、図２０の電子素子５０００と違いがあり、残りの構成は、実質的に同一である。
【0125】
【0126】
前述の電子素子２０００，０００，４０００，５０００，６０００は、また、集積素子をなすことができる。該集積素子は、シリコン基盤で形成される集積回路の一部をなすことができ、そのような集積回路は、多数のキャパシタ、トランジスタ、メモリ素子などを含んでもよい。そのような素子に、高誘電率または強誘電性を有する誘電体層が具備されることにより、所望する高性能、小型化を具現することができる。
【0127】
前述の薄膜構造体、その製造方法、電子素子は、図面に図示された実施形態を参照して説明されたが、それらは、例示的なものに過ぎず、当該分野で当業者であるならば、それらから多様な変形、及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。前述の説明において、多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものであるとするより、具体的な実施形態の例示として解釈されなければならない。本発明の範囲は、従って、説明された実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって定められるものである。
【符号の説明】
【0128】
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１ 第１層
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２ 第２層
１３，２３，３３，４３，５３，６３ 第３層
１００ 半導体層
２００ 絶縁層
３００，９００ 第２伝導層
５００，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６，５０７，５０８，５０９ 誘電体層
７００ 第１伝導層
１０００ 薄膜構造体
２０００，３０００，４０００，５０００，６０００ 電子素子
ＳＵ 基板
ＵＰ，ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，ＵＰ４，ＵＰ５，ＵＰ６，ＵＰ７，ＵＰ８，ＵＰ９ 最上部層
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２ 第２層
１３，２３，３３，４３，５３，６３ 第３層
１００ 半導体層
２００ 絶縁層
３００，９００ 第２伝導層
５００，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６，５０７，５０８，５０９ 誘電体層
７００ 第１伝導層
１０００ 薄膜構造体
２０００，３０００，４０００，５０００，６０００ 電子素子
ＳＵ 基板
ＵＰ，ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，ＵＰ４，ＵＰ５，ＵＰ６，ＵＰ７，ＵＰ８，ＵＰ９ 最上部層
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】