JP2001122698A - 酸化物電極薄膜 - Google Patents
酸化物電極薄膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＰＺＴなどを用いた強誘電体キャパシタ型メ
モリにおいて、残留分極特性を向上させるためには、
（１００）シリコン基板上にペロブスカイト構造を有す
る強誘電体および酸化物下電極を（１００）あるいは
（００１）方向にエピタキシャル成長させる必要がある
が、従来、（１００）シリコン基板上あるいは（１０
０）フルオライト構造バッファ層上に、ペロブスカイト
酸化物を（１００）あるいは（００１）配向させること
は不可能であった。 【解決手段】 （１００）シリコン基板１上、あるいは
（１００）フルオライト構造バッファ層２上に、ぺロブ
スカイト構造の一部であるＭＯ層からなるＮａＣｌ構造
のＭＯ層３（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を（１００）方向
でエピタキシャル成長させ、その後、ＳｒＲｕＯ3など
のぺロブスカイト酸化物電極薄膜４、強誘電体層５、酸
化物電極薄膜６を堆積することにより、（１００）ある
いは（００１）配向の強誘電体キャパシタを実現する。
モリにおいて、残留分極特性を向上させるためには、
（１００）シリコン基板上にペロブスカイト構造を有す
る強誘電体および酸化物下電極を（１００）あるいは
（００１）方向にエピタキシャル成長させる必要がある
が、従来、（１００）シリコン基板上あるいは（１０
０）フルオライト構造バッファ層上に、ペロブスカイト
酸化物を（１００）あるいは（００１）配向させること
は不可能であった。 【解決手段】 （１００）シリコン基板１上、あるいは
（１００）フルオライト構造バッファ層２上に、ぺロブ
スカイト構造の一部であるＭＯ層からなるＮａＣｌ構造
のＭＯ層３（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を（１００）方向
でエピタキシャル成長させ、その後、ＳｒＲｕＯ3など
のぺロブスカイト酸化物電極薄膜４、強誘電体層５、酸
化物電極薄膜６を堆積することにより、（１００）ある
いは（００１）配向の強誘電体キャパシタを実現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物電極薄膜に
関し、特に、この酸化物電極薄膜を用いた強誘電体メモ
リなどの酸化物デバイスに関する。
関し、特に、この酸化物電極薄膜を用いた強誘電体メモ
リなどの酸化物デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、強誘電体を用いた不揮発性メモリ
の開発が急速に進展している。強誘電体としては、Ｐｂ
Ｚｒ1-xＴｉxＯ3（ＰＺＴ）、Ｂａ1-xＳｒxＴｉＯ3（Ｂ
ＳＴ）、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）等の材料が注目
されているが、中でも菱面体−正方晶相境界（ＭＰＢ）
付近の組成のＰＺＴ材料が、その残留分極、抗電界特性
に優れており、最も実用化の進展している材料である。
の開発が急速に進展している。強誘電体としては、Ｐｂ
Ｚｒ1-xＴｉxＯ3（ＰＺＴ）、Ｂａ1-xＳｒxＴｉＯ3（Ｂ
ＳＴ）、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9（ＳＢＴ）等の材料が注目
されているが、中でも菱面体−正方晶相境界（ＭＰＢ）
付近の組成のＰＺＴ材料が、その残留分極、抗電界特性
に優れており、最も実用化の進展している材料である。
【０００３】強誘電体メモリは、強誘電体をキャパシタ
として用い１Ｔ／１Ｃ構造などを形成する強誘電体キャ
パシタ型と、強誘電体をＳｉＯ2の代わりにゲート絶縁
膜として用いるＭＦＳＦＥＴ型とに分類される。１Ｔ／
１Ｃ型の強誘電体キャパシタ構造においては、シリコン
（Ｓｉ）などの基板上に電極層を形成し、その上に強誘
電体層を形成することになるので、電極材料の選択が強
誘電体の特性に大きな影響を与える。強誘電体キャパシ
タの電極材料として要求される特性は、 （１）電気抵抗が十分低い。 （２）強誘電体材料との格子定数のミスマッチが小さ
い。 （３）耐熱性が高い。 （４）反応性が低い。 （５）拡散バリア性が高い。 （６）基板、強誘電体との密着性が良い。 などである。
として用い１Ｔ／１Ｃ構造などを形成する強誘電体キャ
パシタ型と、強誘電体をＳｉＯ2の代わりにゲート絶縁
膜として用いるＭＦＳＦＥＴ型とに分類される。１Ｔ／
１Ｃ型の強誘電体キャパシタ構造においては、シリコン
（Ｓｉ）などの基板上に電極層を形成し、その上に強誘
電体層を形成することになるので、電極材料の選択が強
誘電体の特性に大きな影響を与える。強誘電体キャパシ
タの電極材料として要求される特性は、 （１）電気抵抗が十分低い。 （２）強誘電体材料との格子定数のミスマッチが小さ
い。 （３）耐熱性が高い。 （４）反応性が低い。 （５）拡散バリア性が高い。 （６）基板、強誘電体との密着性が良い。 などである。
【０００４】従来、ＰＺＴ系強誘電体の電極材料として
用いられてきたのはＰｔである。Ｐｔは最密充填構造で
ある面心立方格子（ＦＣＣ）構造をとるため自己配向性
が強く、ＳｉＯ2のようなアモルファス上に成膜すると
（１１１）に強く配向し、その上の強誘電体膜も配向性
が良い。しかし、配向性が強いため柱状結晶が成長し、
粒界に沿ってＰｂなどが下地に拡散しやすくなるといっ
た問題があった。またＰｔとＳｉＯ2との密着性にも問
題があった。
用いられてきたのはＰｔである。Ｐｔは最密充填構造で
ある面心立方格子（ＦＣＣ）構造をとるため自己配向性
が強く、ＳｉＯ2のようなアモルファス上に成膜すると
（１１１）に強く配向し、その上の強誘電体膜も配向性
が良い。しかし、配向性が強いため柱状結晶が成長し、
粒界に沿ってＰｂなどが下地に拡散しやすくなるといっ
た問題があった。またＰｔとＳｉＯ2との密着性にも問
題があった。
【０００５】ここでＰｔとＳｉＯ2との密着性の改善の
ためにＴｉ、さらにＰｂなどの拡散バリア層としてＴｉ
Ｎなどを用いても、複雑な電極構造になる上、Ｔｉの酸
化、ＴｉのＰｔ中への拡散、それに伴うＰＺＴの結晶性
の低下が起こり、Ｐ−Ｅヒステリシス特性、リーク電流
特性、ファティーグ特性などの電気特性が劣化する。
ためにＴｉ、さらにＰｂなどの拡散バリア層としてＴｉ
Ｎなどを用いても、複雑な電極構造になる上、Ｔｉの酸
化、ＴｉのＰｔ中への拡散、それに伴うＰＺＴの結晶性
の低下が起こり、Ｐ−Ｅヒステリシス特性、リーク電流
特性、ファティーグ特性などの電気特性が劣化する。
【０００６】このようにＰｔ電極には多くの問題がある
ため、ＲｕＯxやＩｒＯ2をはじめ、導電性酸化物電極材
料が研究されている。中でも、ペロブスカイト構造を有
するＳｒＲｕＯ3は、ＰＺＴと同じ結晶構造を有してい
るので、界面での接合性に優れ、ＰＺＴのエピタキシャ
ル成長を実現しやすく、Ｐｂの拡散バリア層としての特
性にも優れている。従って、ＳｒＲｕＯ3を電極として
用いた強誘電体キャパシタの研究が盛んに行われてい
る。
ため、ＲｕＯxやＩｒＯ2をはじめ、導電性酸化物電極材
料が研究されている。中でも、ペロブスカイト構造を有
するＳｒＲｕＯ3は、ＰＺＴと同じ結晶構造を有してい
るので、界面での接合性に優れ、ＰＺＴのエピタキシャ
ル成長を実現しやすく、Ｐｂの拡散バリア層としての特
性にも優れている。従って、ＳｒＲｕＯ3を電極として
用いた強誘電体キャパシタの研究が盛んに行われてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳｒＲｕＯ3
電極を酸化物電極薄膜、ＰＺＴを強誘電体として強誘電
体キャパシタを構築する場合、以下のような問題があっ
た。
電極を酸化物電極薄膜、ＰＺＴを強誘電体として強誘電
体キャパシタを構築する場合、以下のような問題があっ
た。
【０００８】ＰＺＴは、Ｚｒ：Ｔｉ＝０．４８：０．５
２のＭＰＢよりＴｉ過剰側の例えばＺｒ：Ｔｉ＝０．
３：０．７、０．２：０．８の組成が、残留分極Ｐrの
増大、抗電界Ｅcの低減の点から重要である。またこの
組成領域でのＰＺＴは正方晶を示し、その分極方向はｃ
軸に平行である。従って、上部電極／強誘電体／下部電
極／基板の構造を有する強誘電体キャパシタでは、強誘
電体層ＰＺＴの（００１）配向膜を得るため、下部電極
であるＳｒＲｕＯ3電極自体を（１００）方向（擬立方
晶）に配向成長させる必要がある。
２のＭＰＢよりＴｉ過剰側の例えばＺｒ：Ｔｉ＝０．
３：０．７、０．２：０．８の組成が、残留分極Ｐrの
増大、抗電界Ｅcの低減の点から重要である。またこの
組成領域でのＰＺＴは正方晶を示し、その分極方向はｃ
軸に平行である。従って、上部電極／強誘電体／下部電
極／基板の構造を有する強誘電体キャパシタでは、強誘
電体層ＰＺＴの（００１）配向膜を得るため、下部電極
であるＳｒＲｕＯ3電極自体を（１００）方向（擬立方
晶）に配向成長させる必要がある。
【０００９】ところが、Ｓｉ上にペロブスカイト型酸化
物であるＳｒＲｕＯ3電極を直接エピタキシャル成長さ
せることは、困難である。そこで、Ｓｉ上に何らかのバ
ッファ層をエピタキシャル成長させ、その上にＳｒＲｕ
Ｏ3電極をエピタキシャル成長させる必要がある。
物であるＳｒＲｕＯ3電極を直接エピタキシャル成長さ
せることは、困難である。そこで、Ｓｉ上に何らかのバ
ッファ層をエピタキシャル成長させ、その上にＳｒＲｕ
Ｏ3電極をエピタキシャル成長させる必要がある。
【００１０】ここで、Ｓｉ上にぺロブスカイトと類似の
構造を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏxをエピタキシャル成長さ
せるためのバッファ層としては、イットリア安定化ジル
コニアＺｒ1-xＹxＯ2-0.5x（ＹＳＺ）、ＣｅＯ2、Ｙ2Ｏ
3などフルオライト構造を有する酸化物が用いられてき
た。また、Ｙ2Ｏ3／ＹＳＺ（(1) Appl. Phys. Lett.,61
1240 (1992)）、ＣｅＯ2／ＹＳＺ（(2) Appl. Phys. L
ett., 64 1573 (1994)）の二重バッファ層もＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏxをエピタキシャル成長させることが確かめられて
いる。この場合ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏxは容易に（００１）配
向する。
構造を有するＹＢａ2Ｃｕ3Ｏxをエピタキシャル成長さ
せるためのバッファ層としては、イットリア安定化ジル
コニアＺｒ1-xＹxＯ2-0.5x（ＹＳＺ）、ＣｅＯ2、Ｙ2Ｏ
3などフルオライト構造を有する酸化物が用いられてき
た。また、Ｙ2Ｏ3／ＹＳＺ（(1) Appl. Phys. Lett.,61
1240 (1992)）、ＣｅＯ2／ＹＳＺ（(2) Appl. Phys. L
ett., 64 1573 (1994)）の二重バッファ層もＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏxをエピタキシャル成長させることが確かめられて
いる。この場合ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏxは容易に（００１）配
向する。
【００１１】ところが、単純ぺロブスカイト構造である
ＳｒＲｕＯ3（擬立方晶においてａ＝０．３９３ｎｍ、
２1/2ａ＝０．５５６ｎｍ）の場合は、フルオライト型
構造のＹＳＺ（ａ＝０．５１４ｎｍ）あるいはＣｅＯ2
（ａ＝０．５４１ｎｍ）の（１００）面上には、格子の
不整合はＣｅＯ2の場合で３％程度と小さいにも関わら
ず、（１００）方向にエピタキシャル成長しない。これ
は、（１００）配向のフルオライト構造においては、最
表面がＣｅイオンのみまたは酸素イオンのみの電荷が中
和されない面であるのに対し、（１００）配向のぺロブ
スカイト型構造では、各ＡＯ、ＢＯ2層ともに陽イオ
ン、陰イオンからなる電荷の中和された面であり、下地
の最表面と堆積層の第一層との静電相互作用によって、
反発力が生ずるためである。
ＳｒＲｕＯ3（擬立方晶においてａ＝０．３９３ｎｍ、
２1/2ａ＝０．５５６ｎｍ）の場合は、フルオライト型
構造のＹＳＺ（ａ＝０．５１４ｎｍ）あるいはＣｅＯ2
（ａ＝０．５４１ｎｍ）の（１００）面上には、格子の
不整合はＣｅＯ2の場合で３％程度と小さいにも関わら
ず、（１００）方向にエピタキシャル成長しない。これ
は、（１００）配向のフルオライト構造においては、最
表面がＣｅイオンのみまたは酸素イオンのみの電荷が中
和されない面であるのに対し、（１００）配向のぺロブ
スカイト型構造では、各ＡＯ、ＢＯ2層ともに陽イオ
ン、陰イオンからなる電荷の中和された面であり、下地
の最表面と堆積層の第一層との静電相互作用によって、
反発力が生ずるためである。
【００１２】例えば、（１００）ＹＳＺ基板上には（１
１０）配向（擬立方晶）することが知られている（(3)
Appl. Phys. Lett., 67 1387-1389 (1995)）。これは、
（１００）配向のフルオライト構造の最表面に（１１
０）配向のぺロブスカイト構造が積層する場合、（１１
０）面方向にＡＢＯ面、Ｏ2面が積層する構造であり、
各面の電荷が中和しておらず静電相互作用の観点で安定
であるために、（１００）配向のフルオライト構造の上
に容易に配向するものと考えられる。
１０）配向（擬立方晶）することが知られている（(3)
Appl. Phys. Lett., 67 1387-1389 (1995)）。これは、
（１００）配向のフルオライト構造の最表面に（１１
０）配向のぺロブスカイト構造が積層する場合、（１１
０）面方向にＡＢＯ面、Ｏ2面が積層する構造であり、
各面の電荷が中和しておらず静電相互作用の観点で安定
であるために、（１００）配向のフルオライト構造の上
に容易に配向するものと考えられる。
【００１３】さらに、（１００）ＳｒＲｕＯ3／（１０
０）ＣｅＯ2／（１００）Ｓｉの酸化物積層構造および
製造方法が提案されている（(4)特開平１０−１８２２
９２）。しかしながら実際には（１００）ＣｅＯ2／
（１００）Ｓｉのエピタキシャル成長は、６００℃以上
の高温かつ１０-8Torr以下の高真空雰囲気下でしか可能
でなく、しかも単一配向膜にはならず、（１１０）Ｃｅ
Ｏ2／（１００）Ｓｉの領域と共存する（(5)Jpn. J. Ap
pl. Phys., 29, L1199 (1990)）。また（１００）Ｓｒ
ＲｕＯ3／（１００）ＣｅＯ2／（１００）ＹＳＺ／（１
００）ＳｉのＳｒＲｕＯ3にも（１１０）方向と（１０
０）方向とが共存している。
０）ＣｅＯ2／（１００）Ｓｉの酸化物積層構造および
製造方法が提案されている（(4)特開平１０−１８２２
９２）。しかしながら実際には（１００）ＣｅＯ2／
（１００）Ｓｉのエピタキシャル成長は、６００℃以上
の高温かつ１０-8Torr以下の高真空雰囲気下でしか可能
でなく、しかも単一配向膜にはならず、（１１０）Ｃｅ
Ｏ2／（１００）Ｓｉの領域と共存する（(5)Jpn. J. Ap
pl. Phys., 29, L1199 (1990)）。また（１００）Ｓｒ
ＲｕＯ3／（１００）ＣｅＯ2／（１００）ＹＳＺ／（１
００）ＳｉのＳｒＲｕＯ3にも（１１０）方向と（１０
０）方向とが共存している。
【００１４】以上のように、ＳｒとＲｕが同時供給され
て成長する限りは、Ｓｉ基板上あるいはフルオライト構
造のバッファ層上に、（１００）配向のペロブスカイト
構造ＳｒＲｕＯ3は得られない。これは、ＳｒＲｕＯ3の
みならず、ＣａＲｕＯ3、ＢａＲｕＯ3、その他のぺロブ
スカイト酸化物の場合でも同様である。
て成長する限りは、Ｓｉ基板上あるいはフルオライト構
造のバッファ層上に、（１００）配向のペロブスカイト
構造ＳｒＲｕＯ3は得られない。これは、ＳｒＲｕＯ3の
みならず、ＣａＲｕＯ3、ＢａＲｕＯ3、その他のぺロブ
スカイト酸化物の場合でも同様である。
【００１５】そこで、本発明は、Ｓｉ基板上あるいはＳ
ｉ基板上のフルオライト構造を有するバッファ層の上
に、（１００）配向したペロブスカイト構造の酸化物電
極薄膜を提供することを目的としている。
ｉ基板上のフルオライト構造を有するバッファ層の上
に、（１００）配向したペロブスカイト構造の酸化物電
極薄膜を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の酸化物電
極薄膜は、（１００）Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上に少
なくともＮａＣｌ構造の（１００）配向した金属酸化物
ＭＯ（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を含むバッファ層と、前
記バッファ層上にペロブスカイト構造の擬立方晶で（１
００）配向に相当する金属酸化物層ＡＢＯ3とを有する
ことを特徴とする。
極薄膜は、（１００）Ｓｉ基板と、前記Ｓｉ基板上に少
なくともＮａＣｌ構造の（１００）配向した金属酸化物
ＭＯ（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を含むバッファ層と、前
記バッファ層上にペロブスカイト構造の擬立方晶で（１
００）配向に相当する金属酸化物層ＡＢＯ3とを有する
ことを特徴とする。
【００１７】請求項２記載の酸化物電極薄膜は、フルオ
ライト構造の（１００）配向した金属酸化物からなる第
１バッファ層と、前記第１バッファ層上にＮａＣｌ構造
の（１００）配向した金属酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ）からなる第２バッファ層とからなるバッファ
層を有することを特徴とする。ただし、フルオライト構
造の第１バッファ層は省略し、ＮａＣｌ構造のバッファ
層だけにすることも可能である。
ライト構造の（１００）配向した金属酸化物からなる第
１バッファ層と、前記第１バッファ層上にＮａＣｌ構造
の（１００）配向した金属酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ）からなる第２バッファ層とからなるバッファ
層を有することを特徴とする。ただし、フルオライト構
造の第１バッファ層は省略し、ＮａＣｌ構造のバッファ
層だけにすることも可能である。
【００１８】請求項３記載の酸化物電極薄膜は、第１バ
ッファ層において、（１００）配向したイットリア安定
化ジルコニアＺｒ1-xＹxＯ2-0.5x（０ｘ０．４５）と
（１００）配向した酸化セリウムＣｅＯ2からなること
を特徴とする。
ッファ層において、（１００）配向したイットリア安定
化ジルコニアＺｒ1-xＹxＯ2-0.5x（０ｘ０．４５）と
（１００）配向した酸化セリウムＣｅＯ2からなること
を特徴とする。
【００１９】請求項４記載の酸化物電極薄膜は、金属酸
化物層ＡＢＯ3において、ＭＲｕＯ3（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、
Ｂａ）からなることを特徴とする。
化物層ＡＢＯ3において、ＭＲｕＯ3（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、
Ｂａ）からなることを特徴とする。
【００２０】請求項５記載の酸化物電極薄膜は、金属酸
化物層ＡＢＯ3において、Ｌａ1-xＳｒxＶＯ3（０．２３
ｘ１）からなることを特徴とする。
化物層ＡＢＯ3において、Ｌａ1-xＳｒxＶＯ3（０．２３
ｘ１）からなることを特徴とする。
【００２１】請求項６記載の酸化物電極薄膜は、金属酸
化物層ＡＢＯ3において、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3（０．２
ｘ０．４）からなることを特徴とする。
化物層ＡＢＯ3において、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3（０．２
ｘ０．４）からなることを特徴とする。
【００２２】請求項７記載の酸化物電極薄膜は、金属酸
化物層ＡＢＯ3において、Ｌａ1-xＳｒxＣｏＯ3（０．４
ｘ０．６）からなることを特徴とする。
化物層ＡＢＯ3において、Ｌａ1-xＳｒxＣｏＯ3（０．４
ｘ０．６）からなることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００２４】（実施例１）図１は本発明の酸化物電極薄
膜の第１の実施例を示す図である。
膜の第１の実施例を示す図である。
【００２５】ＹＳＺターゲットを用いたレーザーアブレ
ーション法により、基板温度７００℃、酸素分圧１×１
０-6Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板１上にフルオライト構
造のＹＳＺバッファ層２を５０ｎｍ堆積した。ただし、
基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
ーション法により、基板温度７００℃、酸素分圧１×１
０-6Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板１上にフルオライト構
造のＹＳＺバッファ層２を５０ｎｍ堆積した。ただし、
基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００２６】次に、ＳｒＯターゲットを用いたレーザー
アブレーション法により、基板温度７００℃、酸素分圧
３ｍＴｏｒｒの条件で、ＮａＣｌ構造のＳｒＯバッファ
層３を１０ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧
は、これに限るものではない。
アブレーション法により、基板温度７００℃、酸素分圧
３ｍＴｏｒｒの条件で、ＮａＣｌ構造のＳｒＯバッファ
層３を１０ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧
は、これに限るものではない。
【００２７】さらに、ＳｒＲｕＯ3ターゲットを用いた
レーザーアブレーション法により、基板温度７００℃、
酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカイト構造の
ＳｒＲｕＯ3電極層４を５０ｎｍ堆積した。ただし、基
板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
レーザーアブレーション法により、基板温度７００℃、
酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカイト構造の
ＳｒＲｕＯ3電極層４を５０ｎｍ堆積した。ただし、基
板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００２８】その後、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3ターゲッ
トを用いたレーザーアブレーション法により、基板温度
７００℃、酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカ
イト構造のＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3強誘電体層５を１０
０ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これ
に限るものではない。
トを用いたレーザーアブレーション法により、基板温度
７００℃、酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカ
イト構造のＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3強誘電体層５を１０
０ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これ
に限るものではない。
【００２９】最後に、ＳｒＲｕＯ3ターゲットを用いた
レーザーアブレーション法により、基板温度７００℃、
酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカイト構造の
ＳｒＲｕＯ3上電極層６を５０ｎｍ堆積した。ただし、
基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
レーザーアブレーション法により、基板温度７００℃、
酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカイト構造の
ＳｒＲｕＯ3上電極層６を５０ｎｍ堆積した。ただし、
基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００３０】得られた薄膜キャパシタは、膜面に垂直方
向で（１００）ＳｒＲｕＯ3／（００１）ＰＺＴ／（１
００）ＳｒＲｕＯ3／（１００）ＳｒＯ／（１００）Ｙ
ＳＺ／（１００）Ｓｉ、面内で［１１０］ＳｒＲｕＯ3
／／［１１０］ＰＺＴ／／［１１０］ＳｒＲｕＯ3／／
［１００］ＳｒＯ／／［１００］ＹＳＺ／／［１００］
Ｓｉであった。
向で（１００）ＳｒＲｕＯ3／（００１）ＰＺＴ／（１
００）ＳｒＲｕＯ3／（１００）ＳｒＯ／（１００）Ｙ
ＳＺ／（１００）Ｓｉ、面内で［１１０］ＳｒＲｕＯ3
／／［１１０］ＰＺＴ／／［１１０］ＳｒＲｕＯ3／／
［１００］ＳｒＯ／／［１００］ＹＳＺ／／［１００］
Ｓｉであった。
【００３１】上電極表面での電気抵抗率を４端子法によ
って測定したところ、＝２００μｃｍの値が得られ、５
０Ｋから室温までの広い温度範囲にわたって金属的な温
度依存性を示した。
って測定したところ、＝２００μｃｍの値が得られ、５
０Ｋから室温までの広い温度範囲にわたって金属的な温
度依存性を示した。
【００３２】得られた強誘電体キャパシタについて、周
波数１ｋＨｚ、振幅１００ｋＶ／ｃｍの電界を印加して
ヒステリシス測定を行った結果、Ｐr＝５０Ｃ／ｃｍ2、
Ｅc＝３０ｋＶ／ｃｍの特性が得られ、分極反転１０12
回までファティーグによるＰ rの劣化は起こらなかっ
た。これは、（１００）Ｓｉ基板上に（１００）ＹＳＺ
バッファ層を介してエピタキシャル成長させた（１１
０）ＰＺＴ薄膜を有する強誘電体キャパシタの場合のＰ
r＝３０Ｃ／ｃｍ2、Ｅc＝５０ｋＶ／ｃｍ、ファティー
グ特性１０11回と比較して、強誘電体メモリとしてのよ
り高い電気特性を有している。
波数１ｋＨｚ、振幅１００ｋＶ／ｃｍの電界を印加して
ヒステリシス測定を行った結果、Ｐr＝５０Ｃ／ｃｍ2、
Ｅc＝３０ｋＶ／ｃｍの特性が得られ、分極反転１０12
回までファティーグによるＰ rの劣化は起こらなかっ
た。これは、（１００）Ｓｉ基板上に（１００）ＹＳＺ
バッファ層を介してエピタキシャル成長させた（１１
０）ＰＺＴ薄膜を有する強誘電体キャパシタの場合のＰ
r＝３０Ｃ／ｃｍ2、Ｅc＝５０ｋＶ／ｃｍ、ファティー
グ特性１０11回と比較して、強誘電体メモリとしてのよ
り高い電気特性を有している。
【００３３】上述のように、フルオライト構造のＹＳＺ
およびＮａＣｌ構造のＳｒＯからなる二重バッファ層を
用いてＳｉ基板上に（１００）配向ぺロブスカイト酸化
物電極薄膜を堆積することにより、強誘電体キャパシタ
のＰr、Ｅc、ファティーグ特性を向上させることが可能
となる。
およびＮａＣｌ構造のＳｒＯからなる二重バッファ層を
用いてＳｉ基板上に（１００）配向ぺロブスカイト酸化
物電極薄膜を堆積することにより、強誘電体キャパシタ
のＰr、Ｅc、ファティーグ特性を向上させることが可能
となる。
【００３４】（実施例２）図２は本発明の酸化物電極薄
膜の第２の実施例を示す図である。
膜の第２の実施例を示す図である。
【００３５】ＳｒＯターゲットを用いたレーザーアブレ
ーション法により、基板温度７００℃、酸素分圧１×１
０-6Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板上２１上にＮａＣｌ構
造のＳｒＯバッファ層２２を１０ｎｍ堆積した。ただ
し、基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
ーション法により、基板温度７００℃、酸素分圧１×１
０-6Ｔｏｒｒの条件で、Ｓｉ基板上２１上にＮａＣｌ構
造のＳｒＯバッファ層２２を１０ｎｍ堆積した。ただ
し、基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００３６】さらに、Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3ターゲッ
トを用いたレーザーアブレーション法により、基板温度
７００℃、酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカ
イト構造のＬａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3下電極層２３を５０
ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに
限るものではない。
トを用いたレーザーアブレーション法により、基板温度
７００℃、酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカ
イト構造のＬａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3下電極層２３を５０
ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに
限るものではない。
【００３７】その後、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3ターゲッ
トを用いたレーザーアブレーション法により、基板温度
７００℃、酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカ
イト構造のＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3強誘電体層２４を１
００ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、こ
れに限るものではない。
トを用いたレーザーアブレーション法により、基板温度
７００℃、酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカ
イト構造のＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3強誘電体層２４を１
００ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、こ
れに限るものではない。
【００３８】最後に、Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3ターゲッ
トを用いたレーザーアブレーション法により、基板温度
７００℃、酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカ
イト構造のＬａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3上電極層２５を５０
ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに
限るものではない。
トを用いたレーザーアブレーション法により、基板温度
７００℃、酸素分圧３ｍＴｏｒｒの条件で、ペロブスカ
イト構造のＬａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3上電極層２５を５０
ｎｍ堆積した。ただし、基板温度、酸素分圧は、これに
限るものではない。
【００３９】得られた薄膜キャパシタは、膜面に垂直方
向で（１００）Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3／（００１）Ｐ
ＺＴ／（１００）Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3／（１００）
ＳｒＯ／（１００）ＹＳＺ／（１００）Ｓｉ、面内で
［１１０］Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3／／［１１０］ＰＺＴ
／／［１１０］Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3／／［１００］Ｓ
ｒＯ／／［１００］ＹＳＺ／／［１００］Ｓｉであっ
た。
向で（１００）Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3／（００１）Ｐ
ＺＴ／（１００）Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3／（１００）
ＳｒＯ／（１００）ＹＳＺ／（１００）Ｓｉ、面内で
［１１０］Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3／／［１１０］ＰＺＴ
／／［１１０］Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3／／［１００］Ｓ
ｒＯ／／［１００］ＹＳＺ／／［１００］Ｓｉであっ
た。
【００４０】ここでＬａ1-xＳｒxＭｎＯ3においてｘ＝
０．３としたが、０．２ｘ０．４であれば、同様の効果
が得られる。
０．３としたが、０．２ｘ０．４であれば、同様の効果
が得られる。
【００４１】得られた強誘電体キャパシタについて、周
波数１ｋＨｚ、振幅１００ｋＶ／ｃｍの電界を印加して
ヒステリシス測定を行った結果、Ｐr＝４５Ｃ／ｃｍ2、
Ｅc＝３０ｋＶ／ｃｍの高い電気特性が得られ、分極反
転１０12回までファティーグによるＰrの劣化は起こら
なかった。これは、（１００）Ｓｉ基板上に直接堆積さ
せたＰＺＴ多結晶薄膜を有する強誘電体キャパシタの場
合のＰr＝１０Ｃ／ｃｍ2、Ｅc＝１００ｋＶ／ｃｍ、フ
ァティーグ特性１０8回と比較して、強誘電体メモリと
してのより高い電気特性を有している。
波数１ｋＨｚ、振幅１００ｋＶ／ｃｍの電界を印加して
ヒステリシス測定を行った結果、Ｐr＝４５Ｃ／ｃｍ2、
Ｅc＝３０ｋＶ／ｃｍの高い電気特性が得られ、分極反
転１０12回までファティーグによるＰrの劣化は起こら
なかった。これは、（１００）Ｓｉ基板上に直接堆積さ
せたＰＺＴ多結晶薄膜を有する強誘電体キャパシタの場
合のＰr＝１０Ｃ／ｃｍ2、Ｅc＝１００ｋＶ／ｃｍ、フ
ァティーグ特性１０8回と比較して、強誘電体メモリと
してのより高い電気特性を有している。
【００４２】また、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3の代わりにＬ
ａ1-xＳｒxＶＯ3（０．２３ｘ１）、Ｌａ1-xＳｒxＣｏ
Ｏ3（０．４ｘ０．６）を電極薄膜に用いた場合も同様
の効果が得られる。
ａ1-xＳｒxＶＯ3（０．２３ｘ１）、Ｌａ1-xＳｒxＣｏ
Ｏ3（０．４ｘ０．６）を電極薄膜に用いた場合も同様
の効果が得られる。
【００４３】上述のように、ＮａＣｌ構造のＳｒＯバッ
ファ層を用いてＳｉ基板上に（１００）配向ぺロブスカ
イト酸化物電極薄膜を堆積することにより、強誘電体キ
ャパシタのＰr、Ｅc、ファティーグ特性を向上させるこ
とが可能となる。
ファ層を用いてＳｉ基板上に（１００）配向ぺロブスカ
イト酸化物電極薄膜を堆積することにより、強誘電体キ
ャパシタのＰr、Ｅc、ファティーグ特性を向上させるこ
とが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の酸化物電極
薄膜によれば、シリコン基板上に、少なくとも最上面に
ＮａＣｌ構造を有するバッファ層を形成することによ
り、そのバッファ層上にペロブスカイト構造の酸化物電
極薄膜を（１００）あるいは（００１）配向で成長させ
ることができ、誘電体キャパシタメモリ、強誘電体キャ
パシタメモリ、ＭＦＳＦＥＴなどの電子デバイスを最適
な構造で実現することができる。
薄膜によれば、シリコン基板上に、少なくとも最上面に
ＮａＣｌ構造を有するバッファ層を形成することによ
り、そのバッファ層上にペロブスカイト構造の酸化物電
極薄膜を（１００）あるいは（００１）配向で成長させ
ることができ、誘電体キャパシタメモリ、強誘電体キャ
パシタメモリ、ＭＦＳＦＥＴなどの電子デバイスを最適
な構造で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示すＳｒＲｕＯ3酸化物
電極薄膜を含んだ強誘電体キャパシタの断面図である。
電極薄膜を含んだ強誘電体キャパシタの断面図である。
【図２】 本発明の一実施例を示すＬａ0.7Ｓｒ0.3Ｍｎ
Ｏ3酸化物電極薄膜を含んだ強誘電体キャパシタの断面
図である。
Ｏ3酸化物電極薄膜を含んだ強誘電体キャパシタの断面
図である。
１．Ｓｉ基板 ２．ＹＳＺバッファ層 ３．ＳｒＯバッファ層 ４．ＳｒＲｕＯ3下電極層 ５．ＰＺＴ強誘電体層 ６．ＳｒＲｕＯ3上電極層 ２１．Ｓｉ基板 ２２．ＳｒＯバッファ層 ２３．Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3下電極層 ２４．ＰＺＴ強誘電体層 ２５．Ｌａ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3上電極層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 宮澤 弘 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA07 AB02 BB10 BC11 DA11 EF03 HA05 SB01 4M104 BB36 BB37 DD33 EE02 GG16 5F001 AA17 AG17 5F083 FR00 JA15 JA45 PR22 5F101 BA62 BH30
Claims (7)
- 【請求項１】 （１００）シリコン基板と、前記シリコ
ン基板上に少なくともＮａＣｌ構造の（１００）配向し
た金属酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を含むバッ
ファ層と、前記バッファ層上にペロブスカイト構造の擬
立方晶で（１００）配向に相当する金属酸化物層ＡＢＯ
3とを有することを特徴とする酸化物電極薄膜。 - 【請求項２】 前記バッファ層は、フルオライト構造の
（１００）配向した金属酸化物からなる第１バッファ層
と、前記第１バッファ層上にＮａＣｌ構造の（１００）
配向した金属酸化物ＭＯ（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）から
なる第２バッファ層とからなることを特徴とする請求項
１記載の酸化物電極薄膜。 - 【請求項３】 前記第１バッファ層は、（１００）配向
したイットリア安定化ジルコニアＺｒ1-xＹxＯ
2-0.5x（０ｘ０．４５）と（１００）配向した酸化セリ
ウムＣｅＯ2からなることを特徴とする請求項２記載の
酸化物電極薄膜。 - 【請求項４】 前記金属酸化物層ＡＢＯ3は、ＭＲｕＯ3
（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）からなることを特徴とする請
求項１記載の酸化物電極薄膜。 - 【請求項５】 前記記金属酸化物層ＡＢＯ3は、Ｌａ1-x
ＳｒxＶＯ3（０．２３ｘ１）からなることを特徴とする
請求項１記載の酸化物電極薄膜。 - 【請求項６】 前記金属酸化物層ＡＢＯ3は、Ｌａ1-xＳ
ｒxＭｎＯ3（０．２ｘ０．４）からなることを特徴とす
る請求項１記載の酸化物電極薄膜。 - 【請求項７】 前記記金属酸化物層ＡＢＯ3は、Ｌａ1-x
ＳｒxＣｏＯ3（０．４ｘ０．６）からなることを特徴と
する請求項１記載の酸化物電極薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30403699A JP2001122698A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 酸化物電極薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30403699A JP2001122698A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 酸化物電極薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001122698A true JP2001122698A (ja) | 2001-05-08 |
| JP2001122698A5 JP2001122698A5 (ja) | 2004-10-14 |
Family
ID=17928292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30403699A Withdrawn JP2001122698A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 酸化物電極薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001122698A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003041172A1 (fr) * | 2001-11-05 | 2003-05-15 | Sony Corporation | Memoire non volatile ferroelectrique a semi-conducteurs |
| JP2003243736A (ja) * | 2002-02-19 | 2003-08-29 | Seiko Epson Corp | 圧電アクチュエータ、液滴噴射ヘッド、およびそれを用いた液滴噴射装置 |
| JP2004179642A (ja) * | 2002-11-11 | 2004-06-24 | Seiko Epson Corp | 圧電体デバイス、液体吐出ヘッド、強誘電体デバイス及び電子機器並びにこれらの製造方法 |
| US6822302B2 (en) | 2001-11-28 | 2004-11-23 | Seiko Epson Corporation | Substrate for electronic device, method for manufacturing substrate for electronic device, and electronic device |
| JP2005005450A (ja) * | 2003-06-11 | 2005-01-06 | Fujitsu Ltd | 膜多層構造体及びこれを用いるアクチュエータ素子、容量素子、フィルタ素子 |
| US6960539B2 (en) | 2002-09-05 | 2005-11-01 | Seiko Epson Corporation | Substrate for electronic devices, manufacturing method therefor, and electronic device |
| EP1600530A1 (en) * | 2003-03-04 | 2005-11-30 | Fujitsu Limited | (001)-orientated perovskite film formation method and device having perovskite film |
| JP2007243200A (ja) * | 2002-11-11 | 2007-09-20 | Seiko Epson Corp | 圧電体デバイス、液体吐出ヘッド、強誘電体デバイス及び電子機器並びにこれらの製造方法 |
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| WO2012077517A1 (ja) * | 2010-12-09 | 2012-06-14 | 富士電機株式会社 | ペロフスカイト型マンガン酸化物薄膜 |
-
1999
- 1999-10-26 JP JP30403699A patent/JP2001122698A/ja not_active Withdrawn
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