JP2001250923A - 誘電体薄膜コンデンサ - Google Patents
誘電体薄膜コンデンサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板上に下部電極を介してエピタキシャル成長
したペロブスカイド型のＡＴｉＯ3 （Ａ：Ｍｇ、Ｃａ、
Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｚｒ）化合物の誘電体薄膜を有する
誘電体薄膜コンデンサにおいて、比誘電率の増大を図
る。 【解決手段】基板に対して下部電極を完全エピタキシャ
ル成長させ、さらに誘電体薄膜をエピタキシャル成長さ
せる。その際、誘電体薄膜の格子定数ａd に対して、 １．００１≦ａd ／ａs ≦１．０２１ なる関係を満たすように基板の格子定数ａs を選び、薄
膜に望みのエピタキシャル応力を印加する。
したペロブスカイド型のＡＴｉＯ3 （Ａ：Ｍｇ、Ｃａ、
Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｚｒ）化合物の誘電体薄膜を有する
誘電体薄膜コンデンサにおいて、比誘電率の増大を図
る。 【解決手段】基板に対して下部電極を完全エピタキシャ
ル成長させ、さらに誘電体薄膜をエピタキシャル成長さ
せる。その際、誘電体薄膜の格子定数ａd に対して、 １．００１≦ａd ／ａs ≦１．０２１ なる関係を満たすように基板の格子定数ａs を選び、薄
膜に望みのエピタキシャル応力を印加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペロブスカイト型
構造をもつ酸化物を誘電体とする誘電体薄膜コンデンサ
に関する。
構造をもつ酸化物を誘電体とする誘電体薄膜コンデンサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】次世代の半導体メモリや電源駆動素子の
実現には、微小面積で大容量を持つ薄膜コンデンサが不
可欠である。従来、半導体メモリの分野では二酸化珪素
（ＳｉＯ2 ）を誘電体層として利用してきた。最近では
さらなる高密度化に対応するために、比誘電率の高い五
酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、チタン酸ストロンチウム
（ＳｒＴｉＯ3 以下ＳＴＯと記す）、チタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ3 以下ＢＴＯと記す）、チタン酸バリウム
ストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 以下ＢＳＴＯ
と記す）等の薄膜が利用されてきている。しかしこれら
の材料も比誘電率は、数１０〜５００程度であり、さら
なる高比誘電率材料の探索が行われている。
実現には、微小面積で大容量を持つ薄膜コンデンサが不
可欠である。従来、半導体メモリの分野では二酸化珪素
（ＳｉＯ2 ）を誘電体層として利用してきた。最近では
さらなる高密度化に対応するために、比誘電率の高い五
酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、チタン酸ストロンチウム
（ＳｒＴｉＯ3 以下ＳＴＯと記す）、チタン酸バリウム
（ＢａＴｉＯ3 以下ＢＴＯと記す）、チタン酸バリウム
ストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 以下ＢＳＴＯ
と記す）等の薄膜が利用されてきている。しかしこれら
の材料も比誘電率は、数１０〜５００程度であり、さら
なる高比誘電率材料の探索が行われている。
【０００３】一方、材料はＢＳＴＯ系を用いながらも薄
膜にエピタキシャル応力を掛け、歪み誘電体にすること
による比誘電率の向上を目指す研究が報告されている。
その一つは、田畑らは原子層分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法による[ （ＢａＴｉＯ3 ）n （ＳｒＴｉＯ3 ）m]
の強誘電体超格子薄膜を、ＳＴＯ基板上に作製して高比
誘電率を得た〔アプライドフィジックスレターズ、６５
巻、１５号、１９７０〜１９７２頁、１９９５年参
照〕。
膜にエピタキシャル応力を掛け、歪み誘電体にすること
による比誘電率の向上を目指す研究が報告されている。
その一つは、田畑らは原子層分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法による[ （ＢａＴｉＯ3 ）n （ＳｒＴｉＯ3 ）m]
の強誘電体超格子薄膜を、ＳＴＯ基板上に作製して高比
誘電率を得た〔アプライドフィジックスレターズ、６５
巻、１５号、１９７０〜１９７２頁、１９９５年参
照〕。
【０００４】また、阿部らは、白金（Ｐｔ）／酸化マグ
ネシウム（ＭｎＯ）基板上に種々の組成のＢＳＴＯ薄膜
を作製し、バルクでは通常常誘電性を示す組成領域（Ｂ
ａxＳｒ1-x ＴｉＯ3 のｘ≧０．４４）で強誘電性が誘
起されることを示した〔ジャーナルオブアプライドフィ
ジックス、７７巻、（１２号）６４６１〜６４６５頁、
１９９５年、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフ
ィジックス、３７巻、５１０５頁、１９９８年参照〕。
ネシウム（ＭｎＯ）基板上に種々の組成のＢＳＴＯ薄膜
を作製し、バルクでは通常常誘電性を示す組成領域（Ｂ
ａxＳｒ1-x ＴｉＯ3 のｘ≧０．４４）で強誘電性が誘
起されることを示した〔ジャーナルオブアプライドフィ
ジックス、７７巻、（１２号）６４６１〜６４６５頁、
１９９５年、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフ
ィジックス、３７巻、５１０５頁、１９９８年参照〕。
【０００５】これらの研究から、ＢＳＴＯ系材料を、薄
膜面内方向に圧縮応力を印加し、面に垂直方向に伸ばす
ことにより高比誘電性や強誘電性を得ることが可能であ
るということが、明らかになった。その機構として現在
考えられているのは、格子歪みによるＢサイト（ペロブ
スカイト化合物ＡＢＯ3 のＢ原子の位置）のポテンシャ
ルエネルギーの変化である。
膜面内方向に圧縮応力を印加し、面に垂直方向に伸ばす
ことにより高比誘電性や強誘電性を得ることが可能であ
るということが、明らかになった。その機構として現在
考えられているのは、格子歪みによるＢサイト（ペロブ
スカイト化合物ＡＢＯ3 のＢ原子の位置）のポテンシャ
ルエネルギーの変化である。
【０００６】前記の阿部らによると、Ｂサイトのポテン
シャルエネルギーは、第一近似的にはＢサイトイオンと
それらを囲む６配位の酸素の相対位置によって決まり、
双極子−双極子相互作用と、Ｂサイト原子と酸素原子の
持つ電子雲の重なりに由来する強い斥力とのバランスの
結果だという。格子が歪み、酸素原子がＢサイト原子か
ら離れることにより、Ｂサイトのポテンシャルエネルギ
ーは平坦化され、次第に二重井戸ポテンシャル（double
-well-potential）を形成すると考えられている。
シャルエネルギーは、第一近似的にはＢサイトイオンと
それらを囲む６配位の酸素の相対位置によって決まり、
双極子−双極子相互作用と、Ｂサイト原子と酸素原子の
持つ電子雲の重なりに由来する強い斥力とのバランスの
結果だという。格子が歪み、酸素原子がＢサイト原子か
ら離れることにより、Ｂサイトのポテンシャルエネルギ
ーは平坦化され、次第に二重井戸ポテンシャル（double
-well-potential）を形成すると考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】阿部らはまた、特開平
９−７４１６９号公報において、導電性基板と誘電体と
の格子定数の違いによる格子歪みを利用した不揮発性メ
モリ用薄膜キャパシタを開示し、その条件として例え
ば、導電性基板の格子定数をａs 、誘電体の格子定数を
ａd とするとき、１．００２≦ａd ／ａs ≦１．０１５
であり、ａs ≧０．３９３５nmであるとしている。
９−７４１６９号公報において、導電性基板と誘電体と
の格子定数の違いによる格子歪みを利用した不揮発性メ
モリ用薄膜キャパシタを開示し、その条件として例え
ば、導電性基板の格子定数をａs 、誘電体の格子定数を
ａd とするとき、１．００２≦ａd ／ａs ≦１．０１５
であり、ａs ≧０．３９３５nmであるとしている。
【０００８】その発明において、エピタキシャル応力を
コントロールするのに、ある格子定数を持った導電性基
板に対して、Ｂａx Ｓｒ1-x ＴｉＯ3 薄膜組成のＢａ量
ｘを調節することにより薄膜の体積を変化させている。
しかし、ｘの変化は薄膜の格子定数を変化させるだけで
なく、材料の特性自身も変化してしまう。例えば、ｘの
増大に伴い比誘電率が大きくなるが、同時にヒステリシ
スも増大する。このため、例えばヒステリシスの小さい
誘電体薄膜をもつ薄膜キャパシタを得たい場合には、望
ましい応力コントロール法とは言えない。
コントロールするのに、ある格子定数を持った導電性基
板に対して、Ｂａx Ｓｒ1-x ＴｉＯ3 薄膜組成のＢａ量
ｘを調節することにより薄膜の体積を変化させている。
しかし、ｘの変化は薄膜の格子定数を変化させるだけで
なく、材料の特性自身も変化してしまう。例えば、ｘの
増大に伴い比誘電率が大きくなるが、同時にヒステリシ
スも増大する。このため、例えばヒステリシスの小さい
誘電体薄膜をもつ薄膜キャパシタを得たい場合には、望
ましい応力コントロール法とは言えない。
【０００９】このような問題に鑑み本発明の目的は、
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 系に代表される絶縁性ペロブス
カイト型酸化物材料を薄膜化し、エピタキシャル応力を
制御して、ヒステリシスの小さい誘電体薄膜をもつもの
等、比誘電率を制御した誘電体薄膜コンデンサを提供す
ることにある。
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 系に代表される絶縁性ペロブス
カイト型酸化物材料を薄膜化し、エピタキシャル応力を
制御して、ヒステリシスの小さい誘電体薄膜をもつもの
等、比誘電率を制御した誘電体薄膜コンデンサを提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】阿部らは前記の特開平９
−７４１６９号公報において、誘電体薄膜と基板との間
に介在する下部電極膜と、誘電体薄膜との格子定数の違
いによる格子歪みを利用した不揮発性メモリ用薄膜キャ
パシタを開示している。発明者らは様々な開発実験中
に、下部電極として基板と完全エピタキシャルする材料
を用いれば、誘電体薄膜の歪みが、誘電体薄膜と基板と
の間に介在する下部電極膜の格子定数より、むしろその
下の基板の格子定数に依存することを見いだした。
−７４１６９号公報において、誘電体薄膜と基板との間
に介在する下部電極膜と、誘電体薄膜との格子定数の違
いによる格子歪みを利用した不揮発性メモリ用薄膜キャ
パシタを開示している。発明者らは様々な開発実験中
に、下部電極として基板と完全エピタキシャルする材料
を用いれば、誘電体薄膜の歪みが、誘電体薄膜と基板と
の間に介在する下部電極膜の格子定数より、むしろその
下の基板の格子定数に依存することを見いだした。
【００１１】そこで、用いる基板の格子定数を適当に選
び、かつ下部電極として基板と完全エピタキシャルする
材料を用い、その上に絶縁性ペロブスカイト型酸化物材
料を完全エピタキシャル成長させるものとした。すなわ
ち本発明は、表面に立方晶系の（１００）面又は正方晶
系の（００１）が現れている基板と、この基板の上に導
電性の下部電極膜を介してエピタキシャル成長されたペ
ロブスカイト型結晶構造を有するキュリー温度が２００
℃以下の誘電体材料からなる誘電体膜と、この誘電体膜
の上に形成された上部電極とを備えた誘電体薄膜コンデ
ンサにおいて、前記基板表面の格子定数をａs とし、立
方晶系又は正方晶系に属するペロブスカイト型結晶構造
のａ軸長で表される前記誘電体材料本来の格子定数をａ
d とするとき、１．００１≦ａd ／ａs ≦１．０２１な
る関係を満たすものとする。
び、かつ下部電極として基板と完全エピタキシャルする
材料を用い、その上に絶縁性ペロブスカイト型酸化物材
料を完全エピタキシャル成長させるものとした。すなわ
ち本発明は、表面に立方晶系の（１００）面又は正方晶
系の（００１）が現れている基板と、この基板の上に導
電性の下部電極膜を介してエピタキシャル成長されたペ
ロブスカイト型結晶構造を有するキュリー温度が２００
℃以下の誘電体材料からなる誘電体膜と、この誘電体膜
の上に形成された上部電極とを備えた誘電体薄膜コンデ
ンサにおいて、前記基板表面の格子定数をａs とし、立
方晶系又は正方晶系に属するペロブスカイト型結晶構造
のａ軸長で表される前記誘電体材料本来の格子定数をａ
d とするとき、１．００１≦ａd ／ａs ≦１．０２１な
る関係を満たすものとする。
【００１２】そのような範囲に、基板の格子定数をコン
トロールし、誘電体薄膜に適当な応力を印加すれば、高
比誘電率、強誘電性が得られることを見いだした。ａd
／ａs ＜１．００１の範囲では、エピタキシャル膜にか
かる応力が小さく、比誘電率が大きくならない。また、
ａd ／ａs ＞１．０２１とすると、格子欠陥で応力が緩
和されてしまい、やはり応力が小さく、比誘電率が大き
くならない。
トロールし、誘電体薄膜に適当な応力を印加すれば、高
比誘電率、強誘電性が得られることを見いだした。ａd
／ａs ＜１．００１の範囲では、エピタキシャル膜にか
かる応力が小さく、比誘電率が大きくならない。また、
ａd ／ａs ＞１．０２１とすると、格子欠陥で応力が緩
和されてしまい、やはり応力が小さく、比誘電率が大き
くならない。
【００１３】このような効果が得られる絶縁性ペロブス
カイト型酸化物材料としては、誘電体として一般式ＡＴ
ｉＯ3 （Ａはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウム、鉛、ジルコニウムの内の一つまたは複数
の元素）で表される単純ペロブスカイト型チタン酸塩、
または層状ペロブスカイト型チタン酸塩を用いるとき、
基板にＳＴＯ、ガリウム酸ランタンストロンチウム（Ｌ
ａＳｒＧａＯ4 以下ＬＳＧＯと記す）、ガリウム酸ネオ
ジウム（ＮｄＧａＯ3 以下ＮＧＯと記す）、アルミニウ
ム酸ランタン（ＬａＡｌＯ3 以下ＬＡＯと記す）、アル
ミニウム酸ネオジウム（ＮｄＡｌＯ3 以下ＮＡＯと記
す）、アルミニウム酸イットリウム（ＹＡｌＯ3 以下Ｙ
ＡＯと記す）、アルミニウム酸タンタル酸ストロンチウ
ム（ＳｒＡｌ0.5 Ｔａ0.5 Ｏ3 以下ＳＡＴＯと記す）の
いずれか、またはそれらの混合物の単結晶を用いる。
カイト型酸化物材料としては、誘電体として一般式ＡＴ
ｉＯ3 （Ａはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウム、鉛、ジルコニウムの内の一つまたは複数
の元素）で表される単純ペロブスカイト型チタン酸塩、
または層状ペロブスカイト型チタン酸塩を用いるとき、
基板にＳＴＯ、ガリウム酸ランタンストロンチウム（Ｌ
ａＳｒＧａＯ4 以下ＬＳＧＯと記す）、ガリウム酸ネオ
ジウム（ＮｄＧａＯ3 以下ＮＧＯと記す）、アルミニウ
ム酸ランタン（ＬａＡｌＯ3 以下ＬＡＯと記す）、アル
ミニウム酸ネオジウム（ＮｄＡｌＯ3 以下ＮＡＯと記
す）、アルミニウム酸イットリウム（ＹＡｌＯ3 以下Ｙ
ＡＯと記す）、アルミニウム酸タンタル酸ストロンチウ
ム（ＳｒＡｌ0.5 Ｔａ0.5 Ｏ3 以下ＳＡＴＯと記す）の
いずれか、またはそれらの混合物の単結晶を用いる。
【００１４】ＬＳＧＯは正方晶系であり、ａ＝ｂ＝０．
３８４nmである。ＮＧＯ、ＹＡＯは斜方晶系であるが擬
ペロブスカイト立方晶とすると、それぞれａ＝０．３８
６１nm、０．３７０５nmである。また、ＬＡＯは、菱面
体系であるが擬ペロブスカイト立方晶とすると、ａ＝
０．３７９２nmである。ＬＡＯとＳＡＴＯの混合物
［（ＬａＡｌＯ3 ）0.3 （ＳｒＡｌ0.5 Ｔａ0.5 Ｏ3 ）
0.7 以下ＬＳＡＴと記す］は立方晶系であり、ａ＝０．
３８７０nmである。またこれらに不純物元素を添加し、
格子定数をコントロールすることができる。
３８４nmである。ＮＧＯ、ＹＡＯは斜方晶系であるが擬
ペロブスカイト立方晶とすると、それぞれａ＝０．３８
６１nm、０．３７０５nmである。また、ＬＡＯは、菱面
体系であるが擬ペロブスカイト立方晶とすると、ａ＝
０．３７９２nmである。ＬＡＯとＳＡＴＯの混合物
［（ＬａＡｌＯ3 ）0.3 （ＳｒＡｌ0.5 Ｔａ0.5 Ｏ3 ）
0.7 以下ＬＳＡＴと記す］は立方晶系であり、ａ＝０．
３８７０nmである。またこれらに不純物元素を添加し、
格子定数をコントロールすることができる。
【００１５】例えば、誘電体薄膜がＳＴＯであれば、ａ
d ＝０．３９０５nmであるので、ａ d ／ａs を前述の範
囲とするには、ａs は、０．３８４〜０．３８９の範囲
内にあれば良い。また、誘電体薄膜がｘが、０．２〜
０．６の範囲内のＢＳＴＯであるものとすれば、約ａd
＝０．３９３〜０．３９５nmであるので、ａd ／ａs を
前述の範囲とするには、ａs は、０．３８５〜０．３９
４の範囲内にあれば良い。ＬＳＡＴを基板とし、誘電体
薄膜のＢＳＴＯのｘを０．６としたときの、歪み量ａd
／ａ s ＝１．０２１を実績のある上限とした。
d ＝０．３９０５nmであるので、ａ d ／ａs を前述の範
囲とするには、ａs は、０．３８４〜０．３８９の範囲
内にあれば良い。また、誘電体薄膜がｘが、０．２〜
０．６の範囲内のＢＳＴＯであるものとすれば、約ａd
＝０．３９３〜０．３９５nmであるので、ａd ／ａs を
前述の範囲とするには、ａs は、０．３８５〜０．３９
４の範囲内にあれば良い。ＬＳＡＴを基板とし、誘電体
薄膜のＢＳＴＯのｘを０．６としたときの、歪み量ａd
／ａ s ＝１．０２１を実績のある上限とした。
【００１６】そのようにすれば、比誘電率が大きくか
つ、ヒステリシスの小さい誘電体薄膜コンデンサが得ら
れる。下部電極膜としては、ルテニウム酸ストロンチウ
ム（ＳｒＲｕＯ3 以下ＳＲＯと記す）、バナジウム酸ス
トロンチウム（ＳｒＶＯ3 以下ＳＶＯと記す）、モリブ
デン酸ストロンチウム（ＳｒＭｏＯ3 以下ＳＭＯと記
す）のいずれかからなるものとする。
つ、ヒステリシスの小さい誘電体薄膜コンデンサが得ら
れる。下部電極膜としては、ルテニウム酸ストロンチウ
ム（ＳｒＲｕＯ3 以下ＳＲＯと記す）、バナジウム酸ス
トロンチウム（ＳｒＶＯ3 以下ＳＶＯと記す）、モリブ
デン酸ストロンチウム（ＳｒＭｏＯ3 以下ＳＭＯと記
す）のいずれかからなるものとする。
【００１７】これらの材料であれば、上記の基板と完全
エピタキシャル成長する。なお、ＳＲＯは斜方晶系であ
るが擬ペロブスカイト立方晶とすると、ａ＝０．３９２
８nmである。ＳＶＯ、ＳＭＯは立方晶系であり、それぞ
れａ＝０．３８４０nm、ａ＝０．３９７４nmである。
エピタキシャル成長する。なお、ＳＲＯは斜方晶系であ
るが擬ペロブスカイト立方晶とすると、ａ＝０．３９２
８nmである。ＳＶＯ、ＳＭＯは立方晶系であり、それぞ
れａ＝０．３８４０nm、ａ＝０．３９７４nmである。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下実施例において本発明を具体
的に説明する。 〔実施例１〕図２は、本発明第一の実施例の強誘電体薄
膜コンデンサの断面図である。ＬＳＡＴ単結晶の基板１
上に、ＳＲＯの下部電極２、ＳＴＯの誘電体薄膜３、Ｓ
ＲＯの上部電極４が積層されて誘電体薄膜コンデンサが
構成されている。
的に説明する。 〔実施例１〕図２は、本発明第一の実施例の強誘電体薄
膜コンデンサの断面図である。ＬＳＡＴ単結晶の基板１
上に、ＳＲＯの下部電極２、ＳＴＯの誘電体薄膜３、Ｓ
ＲＯの上部電極４が積層されて誘電体薄膜コンデンサが
構成されている。
【００１９】以下に製造方法を説明する。ＬＳＡＴ単結
晶を基板として、スパッタ法にてＳＲＯを膜厚１００n
m、完全エピタキシャル成長させる。次に、スパッタ法
にてＳＴＯを膜厚１００nm積層する。更にその上に、ス
パッタ法にてＳＴＯを１００nm 堆積する。この際、金
属マスクを用いてパターニングし、上部電極は直径１mm
の円形とした。製膜温度はいずれも約６００℃である。
晶を基板として、スパッタ法にてＳＲＯを膜厚１００n
m、完全エピタキシャル成長させる。次に、スパッタ法
にてＳＴＯを膜厚１００nm積層する。更にその上に、ス
パッタ法にてＳＴＯを１００nm 堆積する。この際、金
属マスクを用いてパターニングし、上部電極は直径１mm
の円形とした。製膜温度はいずれも約６００℃である。
【００２０】同様にして、ＳＴＯ単結晶、ＬＡＯ単結晶
を基板とするコンデンサも試作した。図３は、各基板を
用いて試作したコンデンサの誘電率と薄膜の厚さ方向の
格子定数を比較した比較図である。横軸は、基板の格子
定数である。尚それぞれの基板の格子定数は、ＬＳＡ
Ｔ：０．３８７０nm、ＳＴＯ：０．３９０５nm、ＬＡ
Ｏ：０．３７９２nmである。また間のＳＲＯの格子定数
は、０．３９２８nmである。
を基板とするコンデンサも試作した。図３は、各基板を
用いて試作したコンデンサの誘電率と薄膜の厚さ方向の
格子定数を比較した比較図である。横軸は、基板の格子
定数である。尚それぞれの基板の格子定数は、ＬＳＡ
Ｔ：０．３８７０nm、ＳＴＯ：０．３９０５nm、ＬＡ
Ｏ：０．３７９２nmである。また間のＳＲＯの格子定数
は、０．３９２８nmである。
【００２１】各薄膜は、スパッタ法で作製され、単結晶
より大きい格子の体積を示した。この結果は、誘電体薄
膜の歪みが、介在する導電性膜の格子定数よりむしろそ
の下の基板の格子定数に依存することを示している。Ｓ
ＴＯ基板上の薄膜は、歪みが小さく、比誘電率は約２５
０である。次に、ＳＴＯより格子定数の約０．９% 小さ
いＬＳＡＴ基板上に作製したコンデンサでは、ＳＴＯ薄
膜に応力がかかり、格子定数が大きくなって、比誘電率
が約４００まで大きくなっている。
より大きい格子の体積を示した。この結果は、誘電体薄
膜の歪みが、介在する導電性膜の格子定数よりむしろそ
の下の基板の格子定数に依存することを示している。Ｓ
ＴＯ基板上の薄膜は、歪みが小さく、比誘電率は約２５
０である。次に、ＳＴＯより格子定数の約０．９% 小さ
いＬＳＡＴ基板上に作製したコンデンサでは、ＳＴＯ薄
膜に応力がかかり、格子定数が大きくなって、比誘電率
が約４００まで大きくなっている。
【００２２】一方、ＬＡＯ基板上のコンデンサでは、Ｓ
ＴＯ薄膜は格子定数がＬＳＡＴ基板を用いた場合ほどは
伸びなかった。ＬＡＯ基板は、格子定数がＳＴＯに比べ
約２．９% 小さいために、完全エピタキシャル成長せ
ず、格子欠陥で応力を緩和した膜が作製されたためと考
えられる。その場合の比誘電率は約３００とＳＴＯ基板
上の薄膜に近い値を示した。
ＴＯ薄膜は格子定数がＬＳＡＴ基板を用いた場合ほどは
伸びなかった。ＬＡＯ基板は、格子定数がＳＴＯに比べ
約２．９% 小さいために、完全エピタキシャル成長せ
ず、格子欠陥で応力を緩和した膜が作製されたためと考
えられる。その場合の比誘電率は約３００とＳＴＯ基板
上の薄膜に近い値を示した。
【００２３】すなわち、誘電体薄膜の格子定数よりやや
小さい格子定数の基板を用いることにより、高い比誘電
率を得ることができる。なお、導電膜の格子定数と、誘
電体薄膜の格子定数との比は、０．９９４であり、先に
記した特開平９−７４１６９号公報の発明の範囲に含ま
れない。 〔実施例２〕図１は、本発明第二の実施例の強誘電体薄
膜コンデンサの断面図である。
小さい格子定数の基板を用いることにより、高い比誘電
率を得ることができる。なお、導電膜の格子定数と、誘
電体薄膜の格子定数との比は、０．９９４であり、先に
記した特開平９−７４１６９号公報の発明の範囲に含ま
れない。 〔実施例２〕図１は、本発明第二の実施例の強誘電体薄
膜コンデンサの断面図である。
【００２４】ＬＳＡＴ単結晶を基板１１とし、その上に
スパッタ法により、各膜厚１００nmのＳＲＯの下部電極
１２、ＢＳＴＯの強誘電体１２、ＳＲＯの上部電極１４
をを完全エピタキシャル成長させた。上部電極１４は金
属マスクを用いてパターニングし、直径約１mmとした。
なお、ＢＳＴＯ薄膜の組成はＢａx Ｓｒ1-x ＴｉＯ3の
ｘ＝０．２とした。
スパッタ法により、各膜厚１００nmのＳＲＯの下部電極
１２、ＢＳＴＯの強誘電体１２、ＳＲＯの上部電極１４
をを完全エピタキシャル成長させた。上部電極１４は金
属マスクを用いてパターニングし、直径約１mmとした。
なお、ＢＳＴＯ薄膜の組成はＢａx Ｓｒ1-x ＴｉＯ3の
ｘ＝０．２とした。
【００２５】作製されたＢＳＴＯ薄膜コンデンサの誘電
率を測定した結果、約８００であった。ＬＳＡＴ基板と
ＢＳＴＯ薄膜との格子定数の違いは、約１．６% であ
り、この程度であれば、格子欠陥で応力を緩和せず歪み
が保たれる。また、電界−容量曲線のヒステリシスも小
さかった。なお、この場合も導電膜の格子定数と、誘電
体薄膜の格子定数との比は、１．０００５であり、先に
記した特開平９−７４１６９号公報の発明の範囲に含ま
れない。
率を測定した結果、約８００であった。ＬＳＡＴ基板と
ＢＳＴＯ薄膜との格子定数の違いは、約１．６% であ
り、この程度であれば、格子欠陥で応力を緩和せず歪み
が保たれる。また、電界−容量曲線のヒステリシスも小
さかった。なお、この場合も導電膜の格子定数と、誘電
体薄膜の格子定数との比は、１．０００５であり、先に
記した特開平９−７４１６９号公報の発明の範囲に含ま
れない。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板との
格子定数を変えることにより下部電極膜を介してエピタ
キシャル成長する誘電体薄膜内の応力をコントロール
し、比誘電率を向上させることが可能であることを示し
た。基板としてＬＳＡＴを、下部電極としてＳＲＯを、
強誘電体薄膜材料としてＳＴＯやＢＳＴＯを用いた例
で、比誘電率が約２倍になり、特にヒステリシスの少な
い誘電体薄膜等に有効であることを示した。
格子定数を変えることにより下部電極膜を介してエピタ
キシャル成長する誘電体薄膜内の応力をコントロール
し、比誘電率を向上させることが可能であることを示し
た。基板としてＬＳＡＴを、下部電極としてＳＲＯを、
強誘電体薄膜材料としてＳＴＯやＢＳＴＯを用いた例
で、比誘電率が約２倍になり、特にヒステリシスの少な
い誘電体薄膜等に有効であることを示した。
【００２７】従って、本発明は、不揮発性メモリの発展
および普及に大きな貢献をなすものである。
および普及に大きな貢献をなすものである。
【図１】本発明実施例２の強誘電体コンデンサの構成を
示す断面図
示す断面図
【図２】本発明実施例１の強誘電体コンデンサの構成を
示す断面図
示す断面図
【図３】本発明実施例１と比較例との比誘電率と厚さ方
向の格子定数を示す比較図
向の格子定数を示す比較図
１ 基板 ２ 下部電極 ３ 誘電体膜 ４ 上部電極
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｇ 4/33 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｊ ５Ｇ３０３ 4/12 ３９７ Ｈ０１Ｇ 4/06 １０２ Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｃ 21/822 27/10 ６５１ 27/108 21/8242 Ｆターム(参考） 4G030 AA07 AA08 AA09 AA10 AA11 AA12 AA13 AA16 AA17 AA19 AA21 AA23 AA26 AA34 AA36 AA40 BA09 CA01 CA08 5E001 AB06 AE01 AE02 AE03 AH03 AH08 AJ01 AJ02 5E082 AB01 BB10 BC39 EE05 FF05 FG03 FG26 FG27 FG42 PP03 PP06 PP10 5F038 AC02 AC15 AC18 EZ04 EZ14 EZ20 5F083 HA10 JA06 JA13 JA14 JA38 JA42 JA45 5G303 AA01 AA05 AA10 AB06 AB20 BA03 CA01 CB01 CB03 CB06 CB15 CB17 CB22 CB25 CB32 CB33 CB35 CB39 CB40 CB42
Claims (4)
- 【請求項１】表面に立方晶系の（１００）面又は正方晶
系の（００１）が現れている基板と、この基板の上に基
板と完全エピタキシャルする導電性材料の下部電極膜を
介してエピタキシャル成長されたペロブスカイト型結晶
構造を有するキュリー温度が２００℃以下の誘電体材料
からなる誘電体膜と、この誘電体膜の上に形成された上
部電極とを備える誘電体薄膜コンデンサにおいて、前記
基板表面の格子定数をａs とし、立方晶系又は正方晶系
に属するペロブスカイト型結晶構造のａ軸長で表される
前記誘電体材料本来の格子定数をａd とするとき、１．
００１≦ａd ／ａs ≦１．０２１なる関係を満たすこと
を特徴とする誘電体薄膜コンデンサ。 - 【請求項２】誘電体として一般式ＡＴｉＯ3 （Ａはマグ
ネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、
鉛、ジルコニウムの内の一つの元素またはそれらの混合
物）で表される単純ペロブスカイト型チタン酸塩、また
は層状ペロブスカイト型酸化物を用い、基板にチタン酸
ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）、アルミニウム酸ラン
タン（ＬａＡｌＯ3 ）、アルミニウム酸タンタル酸スト
ロンチウム（ＳｒＡｌ0.5 Ｔａ0.5 Ｏ3 ）、ガリウム酸
ランタンストロンチウム（ＬａＳｒＧａＯ4 ）、ガリウ
ム酸ネオジウム（ＮｄＧａＯ3 ）、アルミニウム酸ラン
タン（ＬａＡｌＯ3 ）、アルミニウム酸ネオジウム（Ｎ
ｄＡｌＯ3 ）、アルミニウム酸アルミネート（ＹＡｌＯ
3 ）のいずれか、またはそれらの混合物を用いることを
特徴とする請求項１に記載の誘電体薄膜コンデンサ。 - 【請求項３】基板が、アルミニウム酸ランタン（ＬａＡ
ｌＯ3 ）とアルミニウム酸タンタル酸ストロンチウム
（ＳｒＡｌ0.5 Ｔａ0.5 Ｏ3 ）との比が３対７の混合物
であり、誘電体膜のチタン酸バリウムストロンチウムの
ｘが、０．２〜０．４の範囲内にあることを特徴とする
請求項１記載の誘電体薄膜コンデンサ。 - 【請求項４】下部電極膜が、ルテニウム酸ストロンチウ
ム（ＳｒＲｕＯ3 ）、バナジウム酸ストロンチウム（Ｓ
ｒＶＯ3 ）、モリブデン酸ストロンチウム（ＳｒＭｏＯ
3 ）のいずれかからなることを特徴とする請求項２また
は３に記載の誘電体薄膜コンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000063233A JP2001250923A (ja) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | 誘電体薄膜コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000063233A JP2001250923A (ja) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | 誘電体薄膜コンデンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001250923A true JP2001250923A (ja) | 2001-09-14 |
Family
ID=18583131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000063233A Withdrawn JP2001250923A (ja) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | 誘電体薄膜コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001250923A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7057244B2 (en) | 2002-07-19 | 2006-06-06 | International Business Machines Corporation | Dielectric materials |
| JP2006179891A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Korea Advanced Inst Of Science & Technol | 電圧制御磁化反転記録方式のｍｒａｍ素子及びそれを利用した情報の記録及び判読方法 |
| JP2009280416A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Taiyo Yuden Co Ltd | 誘電体薄膜の製造方法及び薄膜電子部品 |
| CN113690050A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-23 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 可同时提高储能密度与储能效率的层状复合弛豫铁电材料及其制备方法 |
| WO2022230431A1 (ja) * | 2021-04-28 | 2022-11-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 誘電体、キャパシタ、電気回路、回路基板、及び機器 |
-
2000
- 2000-03-08 JP JP2000063233A patent/JP2001250923A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7057244B2 (en) | 2002-07-19 | 2006-06-06 | International Business Machines Corporation | Dielectric materials |
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| JP4533837B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2010-09-01 | コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー | 電圧制御磁化反転記録方式のｍｒａｍ素子及びそれを利用した情報の記録及び読み出し方法 |
| JP2009280416A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Taiyo Yuden Co Ltd | 誘電体薄膜の製造方法及び薄膜電子部品 |
| WO2022230431A1 (ja) * | 2021-04-28 | 2022-11-03 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 誘電体、キャパシタ、電気回路、回路基板、及び機器 |
| CN113690050A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-23 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 可同时提高储能密度与储能效率的层状复合弛豫铁电材料及其制备方法 |
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