JP2703206B2 - 強誘電体キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
強誘電体キャパシタ及びその製造方法Info
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- JP2703206B2 JP2703206B2 JP7253838A JP25383895A JP2703206B2 JP 2703206 B2 JP2703206 B2 JP 2703206B2 JP 7253838 A JP7253838 A JP 7253838A JP 25383895 A JP25383895 A JP 25383895A JP 2703206 B2 JP2703206 B2 JP 2703206B2
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- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/55—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
- H01L28/56—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material the dielectric comprising two or more layers, e.g. comprising buffer layers, seed layers, gradient layers
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は強誘電体キャパシタ
の製造方法に関するもので、詳しくは、強誘電体と金属
電極との界面に酸化膜を被せて、強誘電体キャパシタの
膜疲労現象と漏洩電流特性（ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒ
ｅｎｔ）を改善し得る強誘電体キャパシタ及びその製造
方法に関するものである。
の製造方法に関するもので、詳しくは、強誘電体と金属
電極との界面に酸化膜を被せて、強誘電体キャパシタの
膜疲労現象と漏洩電流特性（ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒ
ｅｎｔ）を改善し得る強誘電体キャパシタ及びその製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体キャパシタは電荷の伝達のため
に伝導性のよい電極を必要とする。このような電極とし
ては、金属電極又は伝導性酸化物電極が一般に使用され
ている。
に伝導性のよい電極を必要とする。このような電極とし
ては、金属電極又は伝導性酸化物電極が一般に使用され
ている。
【０００３】金属電極の場合、一般に、Ｐｔ又はＰｔ／
Ｔｉを使用しているが、金属電極と強誘電体との界面に
蓄積される酸素空乏（ｏｘｙｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙ）
により空間電荷（ｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｅ）領域が界
面に形成される。このような空間電荷領域は線型キャパ
シタ特性を有するため、キャパシタの誘電特性が強誘電
体より線型キャパシタである空間電荷により決定され
る。これは強誘電体の分極反転による膜疲労を急激に招
来して電気的特性を低下させる問題点があった。
Ｔｉを使用しているが、金属電極と強誘電体との界面に
蓄積される酸素空乏（ｏｘｙｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙ）
により空間電荷（ｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｅ）領域が界
面に形成される。このような空間電荷領域は線型キャパ
シタ特性を有するため、キャパシタの誘電特性が強誘電
体より線型キャパシタである空間電荷により決定され
る。これは強誘電体の分極反転による膜疲労を急激に招
来して電気的特性を低下させる問題点があった。
【０００４】一方、金属電極の問題点として指摘された
酸素空乏による空間電荷領域の形成を防止するために提
示されたＲｕＯ２のような伝導性酸化物電極の場合に
は、膜疲労現象はいくらか改善させることができた。
酸素空乏による空間電荷領域の形成を防止するために提
示されたＲｕＯ２のような伝導性酸化物電極の場合に
は、膜疲労現象はいくらか改善させることができた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、伝導性
酸化物電極と強誘電体との界面に存在する欠陥状態（ｄ
ｅｆｅｃｔ ｓｔａｔｅ）により電子の障壁高さ（ｂａ
ｒｒｉｅｒ ｈｅｉｇｈｔ）が小さくて漏洩電流が増加
し、これによる情報貯蔵時間が短縮されるため、記憶素
子に応用しにくい問題点があった。
酸化物電極と強誘電体との界面に存在する欠陥状態（ｄ
ｅｆｅｃｔ ｓｔａｔｅ）により電子の障壁高さ（ｂａ
ｒｒｉｅｒ ｈｅｉｇｈｔ）が小さくて漏洩電流が増加
し、これによる情報貯蔵時間が短縮されるため、記憶素
子に応用しにくい問題点があった。
【０００６】
【発明の目的】従って、本発明の目的は前記問題点を改
善するために薄い酸化膜を強誘電体と金属電極との間に
形成して膜疲労現象を改善させ、白金電極の利点である
漏洩電流特性をそのまま維持し得る多層構造電極の製造
方式を採択している強誘電体キャパシタの製造方法を提
供することにある。
善するために薄い酸化膜を強誘電体と金属電極との間に
形成して膜疲労現象を改善させ、白金電極の利点である
漏洩電流特性をそのまま維持し得る多層構造電極の製造
方式を採択している強誘電体キャパシタの製造方法を提
供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は多層構造の強誘電体キ
ャパシタを提供することにある。
ャパシタを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の強誘電体キャパシタの製造方法は、強誘電体
キャパシタの製造に際して、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に形
成された金属電極と強誘電体層との界面に、強誘電体キ
ャパシタの膜疲労及び漏洩電流特性を改善し得るように
ＲｕＯ ２−ｘ 、ＩｒＯ ２−ｘ 及びＲｈＯ ２−ｘ で構成さ
れた群から選択された一つからなる酸化膜を形成するこ
とにより構成される。
の本発明の強誘電体キャパシタの製造方法は、強誘電体
キャパシタの製造に際して、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に形
成された金属電極と強誘電体層との界面に、強誘電体キ
ャパシタの膜疲労及び漏洩電流特性を改善し得るように
ＲｕＯ ２−ｘ 、ＩｒＯ ２−ｘ 及びＲｈＯ ２−ｘ で構成さ
れた群から選択された一つからなる酸化膜を形成するこ
とにより構成される。
【０００９】また、本発明の強誘電体キャパシタは、前
記製造方法により製造されるものである。
記製造方法により製造されるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を添付図面に
基づいてより詳細に説明する。
基づいてより詳細に説明する。
【００１１】本発明では、既存の金属電極が有している
膜疲労現象の問題点とＲｕＯ２等の伝導性酸化物電極が
有している漏洩電流特性の問題点を改善させ得るよう
に、ＲｕＯ２−ｘ、ＩｒＯ２−ｘ及びＲｈＯ２−ｘ等の
物質でなった酸化膜を金属電極と強誘電体間の界面に薄
く蒸着して強誘電体キャパシタの電気的性質を調節して
いる。ここで、酸化膜は強誘電体からの酸素空乏拡散を
吸収し、強誘電体に貯蔵された電荷を帯電でないトンネ
リング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）現象により金属電極に伝
達し得るように容量性を有しない物質が選択される。
膜疲労現象の問題点とＲｕＯ２等の伝導性酸化物電極が
有している漏洩電流特性の問題点を改善させ得るよう
に、ＲｕＯ２−ｘ、ＩｒＯ２−ｘ及びＲｈＯ２−ｘ等の
物質でなった酸化膜を金属電極と強誘電体間の界面に薄
く蒸着して強誘電体キャパシタの電気的性質を調節して
いる。ここで、酸化膜は強誘電体からの酸素空乏拡散を
吸収し、強誘電体に貯蔵された電荷を帯電でないトンネ
リング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）現象により金属電極に伝
達し得るように容量性を有しない物質が選択される。
【００１２】一方、本発明で適用している構造は現在研
究中である電極の構造を少し変更して、各々の有する利
点を取り合わせた形態を有する。従って、基本的な電極
構造は多層構造で、現在のＳｉ工程に大きい困難なしで
適用できる。酸化膜の蒸着方法はスパッタリング又はＭ
ＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が使用さ
れるが、望ましくはスパッタリング法が優先的に使用さ
れる。
究中である電極の構造を少し変更して、各々の有する利
点を取り合わせた形態を有する。従って、基本的な電極
構造は多層構造で、現在のＳｉ工程に大きい困難なしで
適用できる。酸化膜の蒸着方法はスパッタリング又はＭ
ＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が使用さ
れるが、望ましくはスパッタリング法が優先的に使用さ
れる。
【００１３】図１は本発明による多層構造の強誘電体キ
ャパシタの概略断面図、図２（Ａ）〜図２（Ｅ）は本発
明の強誘電体キャパシタの製造工程図であって、図面符
号１はＳｉ基板、２はＳｉＯ２層、３はＴｉ層、４，８
はＰｔ層，５，７は酸化膜、６は強誘電体層であり、１
０は強誘電体キャパシタである。
ャパシタの概略断面図、図２（Ａ）〜図２（Ｅ）は本発
明の強誘電体キャパシタの製造工程図であって、図面符
号１はＳｉ基板、２はＳｉＯ２層、３はＴｉ層、４，８
はＰｔ層，５，７は酸化膜、６は強誘電体層であり、１
０は強誘電体キャパシタである。
【００１４】以下、前記図面に基づいて本発明の強誘電
体キャパシタの製造方法を工程順に説明する。
体キャパシタの製造方法を工程順に説明する。
【００１５】Ｓｉ基板１上に分離されたＳｉＯ２層２を
薄膜で形成させた後、その上にＴｉとＰｔを蒸着してＴ
ｉ層３とＰｔ層４を形成する（図２（Ａ）参照）。ここ
で、Ｐｔ層４の形成時、通常に熱処理をしてもよい。し
かし、熱処理しないことが後続工程で酸化膜とともに熱
処理する場合に下部の金属電極と酸化膜の接触性を向上
させ得るのでより望ましい。
薄膜で形成させた後、その上にＴｉとＰｔを蒸着してＴ
ｉ層３とＰｔ層４を形成する（図２（Ａ）参照）。ここ
で、Ｐｔ層４の形成時、通常に熱処理をしてもよい。し
かし、熱処理しないことが後続工程で酸化膜とともに熱
処理する場合に下部の金属電極と酸化膜の接触性を向上
させ得るのでより望ましい。
【００１６】Ｔｉ層３とＰｔ層４のような金属膜を形成
した後、スパッタリング又はＭＯＣＶＤ法を用いて約３
０ｎｍ〜７０ｎｍ厚さの薄い酸化膜５を形成させる（図
２（Ｂ）参照）。又、酸化膜物質としては、ＲｕＯ
２−ｘ、ＩｒＯ２−ｘ及びＲｈＯ２−ｘで構成された群
から選択され、望ましくはＲｕＯ２、ＩｒＯ２又はＲｈ
Ｏ２が選択される。
した後、スパッタリング又はＭＯＣＶＤ法を用いて約３
０ｎｍ〜７０ｎｍ厚さの薄い酸化膜５を形成させる（図
２（Ｂ）参照）。又、酸化膜物質としては、ＲｕＯ
２−ｘ、ＩｒＯ２−ｘ及びＲｈＯ２−ｘで構成された群
から選択され、望ましくはＲｕＯ２、ＩｒＯ２又はＲｈ
Ｏ２が選択される。
【００１７】その上に約２００ｎｍ〜３００ｎｍ厚さの
強誘電体物質を形成して強誘電体層６を製作する（図２
（Ｃ）参照）。その上に再びスパッタリング又はＭＯＣ
ＶＤ法を用い、ＲｕＯ２−ｘ、ＩｒＯ２−ｘ及びＲｈＯ
２−ｘで構成された群から選択された酸化膜物質を使用
して約３０ｎｍ〜７０ｎｍ厚さの酸化膜７を形成する
（図２（Ｄ）参照）。
強誘電体物質を形成して強誘電体層６を製作する（図２
（Ｃ）参照）。その上に再びスパッタリング又はＭＯＣ
ＶＤ法を用い、ＲｕＯ２−ｘ、ＩｒＯ２−ｘ及びＲｈＯ
２−ｘで構成された群から選択された酸化膜物質を使用
して約３０ｎｍ〜７０ｎｍ厚さの酸化膜７を形成する
（図２（Ｄ）参照）。
【００１８】最終的に、金属膜としてＰｔ層８を形成し
て、本発明による強誘電体キャパシタ１０の製作工程を
完了する。
て、本発明による強誘電体キャパシタ１０の製作工程を
完了する。
【００１９】一方、本発明では金属電極と強誘電体間の
界面に薄い酸化膜を被せる。これは強誘電体から拡散し
てくる酸素空乏を吸収して、界面に線型誘電物質特性を
現す空間電荷領域形成を抑制する。又、金属電極が有し
ている漏洩電流特性を維持し得るように多層構造の電極
を適用している。
界面に薄い酸化膜を被せる。これは強誘電体から拡散し
てくる酸素空乏を吸収して、界面に線型誘電物質特性を
現す空間電荷領域形成を抑制する。又、金属電極が有し
ている漏洩電流特性を維持し得るように多層構造の電極
を適用している。
【００２０】電極工程順序は、Ｐｔの接着性を増進させ
るため接着用としてＴｉ層を薄く蒸着した後、電気伝導
性がよく漏洩電流特性の優れたＰｔ層を蒸着させる。そ
の後、酸素空乏吸収用の薄い酸化膜を蒸着させる。この
際、薄い酸化膜として必要な条件は先ず酸素空乏吸収効
果が優れていなければならず、容量性を有しなければな
らない。電気伝導性を考慮して、酸化膜の厚さはトンネ
リングにより電子伝達できるように薄くなければならな
い。しかし、表面に欠陥ができるだけ少なく生じるよう
に最小限の厚さが維持されるべきである。従って、トン
ネリングが可能であり表面欠陥を最小化し得る酸化膜の
厚さは３０ｎｍ〜７０ｎｍが望ましく、４０ｎｍ〜６０
ｎｍがより望ましい。
るため接着用としてＴｉ層を薄く蒸着した後、電気伝導
性がよく漏洩電流特性の優れたＰｔ層を蒸着させる。そ
の後、酸素空乏吸収用の薄い酸化膜を蒸着させる。この
際、薄い酸化膜として必要な条件は先ず酸素空乏吸収効
果が優れていなければならず、容量性を有しなければな
らない。電気伝導性を考慮して、酸化膜の厚さはトンネ
リングにより電子伝達できるように薄くなければならな
い。しかし、表面に欠陥ができるだけ少なく生じるよう
に最小限の厚さが維持されるべきである。従って、トン
ネリングが可能であり表面欠陥を最小化し得る酸化膜の
厚さは３０ｎｍ〜７０ｎｍが望ましく、４０ｎｍ〜６０
ｎｍがより望ましい。
【００２１】表面欠陥を減らす方法としては、酸化膜の
熱処理時に酸素雰囲気又は酸素とアルゴンを適切な配合
比で混合した雰囲気でし得る。しかし、下部に積層され
た金属電極膜を熱処理させない時は、約２０％〜４０％
の酸素雰囲気を使用するのがより望ましい。これは酸化
膜上に形成される強誘電体の培養性には大きい影響を及
ぼさないが、分圧が４０％を超過すると膜の亀裂が発生
する問題点があり、２０％より小さくなると酸化膜組成
比に影響を及ぼして、酸素空乏を吸収し得る酸化膜の組
成比が得られない問題点があるから望ましくない。より
望ましくは２０％〜３０％が適当である。現在考慮して
いる酸化膜材料としては、酸素空乏効果が大きいＲｕＯ
２−ｘ、伝導性のよいＴｉＯ２−ｘ、酸化雰囲気で安定
し電子のトンネリング材料として多く使われるＡｌ２Ｏ
３−ｘ等がある。その他、相違した強誘電体（ＰｂＴｉ
Ｏ３）を薄く蒸着して、酸素空乏吸収とトンネリングに
よる電荷伝達を可能にする方法もできる。
熱処理時に酸素雰囲気又は酸素とアルゴンを適切な配合
比で混合した雰囲気でし得る。しかし、下部に積層され
た金属電極膜を熱処理させない時は、約２０％〜４０％
の酸素雰囲気を使用するのがより望ましい。これは酸化
膜上に形成される強誘電体の培養性には大きい影響を及
ぼさないが、分圧が４０％を超過すると膜の亀裂が発生
する問題点があり、２０％より小さくなると酸化膜組成
比に影響を及ぼして、酸素空乏を吸収し得る酸化膜の組
成比が得られない問題点があるから望ましくない。より
望ましくは２０％〜３０％が適当である。現在考慮して
いる酸化膜材料としては、酸素空乏効果が大きいＲｕＯ
２−ｘ、伝導性のよいＴｉＯ２−ｘ、酸化雰囲気で安定
し電子のトンネリング材料として多く使われるＡｌ２Ｏ
３−ｘ等がある。その他、相違した強誘電体（ＰｂＴｉ
Ｏ３）を薄く蒸着して、酸素空乏吸収とトンネリングに
よる電荷伝達を可能にする方法もできる。
【００２２】以下、実施例１〜３に基づいて本発明を詳
細に説明するが、これが本発明の範疇を限定するもので
はない。
細に説明するが、これが本発明の範疇を限定するもので
はない。
【００２３】
【実施例】実施例１ 本実施例を図２（Ａ）〜図２（Ｅ）を参照して説明す
る。
る。
【００２４】Ｓｉ基板１上にＳｉＯ２を約２００ｎｍの
厚さにＣＶＤ方法で蒸着してＳｉＯ２層２を形成した。
厚さにＣＶＤ方法で蒸着してＳｉＯ２層２を形成した。
【００２５】その上に約３００Ｗの出力、約１０ｍＴｏ
ｒｒの圧力、約１００ｍｍの基板距離で、蒸着時温度
（Ｔｓ）と蒸着後加熱温度（Ｔａ）を主変数としてＴｉ
とＰｔをそれぞれ２０ｎｍ及び２００ｎｍ厚さに蒸着し
て、Ｔｉ層３とＰｔ層４でなった金属電極を製作した。
ｒｒの圧力、約１００ｍｍの基板距離で、蒸着時温度
（Ｔｓ）と蒸着後加熱温度（Ｔａ）を主変数としてＴｉ
とＰｔをそれぞれ２０ｎｍ及び２００ｎｍ厚さに蒸着し
て、Ｔｉ層３とＰｔ層４でなった金属電極を製作した。
【００２６】Ｔｉ層３とＰｔ層４でなった金属電極を製
作した後、Ｏ２ガスとＡｒガスを約４：１の比率で配合
し約３００℃に加熱した状態で反応性スパッタリングを
用いてＲｕＯ２を蒸着して約３０ｎｍ厚さの薄い酸化膜
５を形成した。酸化膜を形成した後、望む組成を造るた
めに酸素雰囲気下の約６００℃で１時間熱処理した。
作した後、Ｏ２ガスとＡｒガスを約４：１の比率で配合
し約３００℃に加熱した状態で反応性スパッタリングを
用いてＲｕＯ２を蒸着して約３０ｎｍ厚さの薄い酸化膜
５を形成した。酸化膜を形成した後、望む組成を造るた
めに酸素雰囲気下の約６００℃で１時間熱処理した。
【００２７】その後、約２５０ｎｍ厚さの強誘電体物質
であるＰＺＴをＭＯＣＶＤ法を用いて蒸着して強誘電体
層６を製作した。その上に再び前記酸化膜形成工程と同
様に約３０ｎｍ厚さの酸化膜７を形成した。
であるＰＺＴをＭＯＣＶＤ法を用いて蒸着して強誘電体
層６を製作した。その上に再び前記酸化膜形成工程と同
様に約３０ｎｍ厚さの酸化膜７を形成した。
【００２８】最終的に、金属膜として、前記金属工程と
同様にＰｔ層８を形成して強誘電体キャパシタ１０を製
作した。
同様にＰｔ層８を形成して強誘電体キャパシタ１０を製
作した。
【００２９】実施例２ 前記酸化膜をＲｕＯ２とし、金属電極を白金としてスパ
ッタリング法で実験した。白金金属電極の工程条件もＲ
ｕＯ２酸化物結晶及び培養性に影響を及ぼし得るが、優
先的に一つの場合について考慮する。下部電極として白
金を直流マグネトロンスパッタリング方法で蒸着した。
工程条件は、出力３００Ｗ、圧力１０ｍＴｏｒｒ、基板
距離１００ｍｍで、蒸着時温度（Ｔｓ）は約２００℃で
あった。厚さ約２００ｎｍに蒸着した後、熱処理はしな
かった。以後、約２００ｎｍの白金膜上にＲｕＯ２酸化
膜を酸素ガスの分圧が約２０％である状態で５０ｎｍ厚
さに蒸着した。蒸着後、ＰＺＴ膜を蒸着する前にＲｕＯ
２の組成を安定化させ、ルテニウム金属を減らすために
約５５０℃で約３０分間熱処理した。ＰＺＴはスピンコ
ーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）方法を用いて
約３００ｎｍ厚さに蒸着し、蒸着後約６５０℃で約６０
分間熱処理し、その上に薄い酸化膜を前記酸化膜と同様
な条件及び方法で蒸着した。最終的に、上部電極である
白金を前記下部電極と同様な条件及び方法で蒸着して強
誘電体キャパシタを製造した。
ッタリング法で実験した。白金金属電極の工程条件もＲ
ｕＯ２酸化物結晶及び培養性に影響を及ぼし得るが、優
先的に一つの場合について考慮する。下部電極として白
金を直流マグネトロンスパッタリング方法で蒸着した。
工程条件は、出力３００Ｗ、圧力１０ｍＴｏｒｒ、基板
距離１００ｍｍで、蒸着時温度（Ｔｓ）は約２００℃で
あった。厚さ約２００ｎｍに蒸着した後、熱処理はしな
かった。以後、約２００ｎｍの白金膜上にＲｕＯ２酸化
膜を酸素ガスの分圧が約２０％である状態で５０ｎｍ厚
さに蒸着した。蒸着後、ＰＺＴ膜を蒸着する前にＲｕＯ
２の組成を安定化させ、ルテニウム金属を減らすために
約５５０℃で約３０分間熱処理した。ＰＺＴはスピンコ
ーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）方法を用いて
約３００ｎｍ厚さに蒸着し、蒸着後約６５０℃で約６０
分間熱処理し、その上に薄い酸化膜を前記酸化膜と同様
な条件及び方法で蒸着した。最終的に、上部電極である
白金を前記下部電極と同様な条件及び方法で蒸着して強
誘電体キャパシタを製造した。
【００３０】実施例３ 酸素分圧が約４０％であることと白金金属電極を蒸着し
なかったことを除き実施例２と同じに製造した。
なかったことを除き実施例２と同じに製造した。
【００３１】実施例１のような方法で製作した強誘電体
キャパシタを使用してみた結果、従来の方法で製作され
た強誘電体キャパシタに比べて膜疲労現象を改善するこ
とができた。又、漏洩電流特性をそのまま維持すること
ができた。
キャパシタを使用してみた結果、従来の方法で製作され
た強誘電体キャパシタに比べて膜疲労現象を改善するこ
とができた。又、漏洩電流特性をそのまま維持すること
ができた。
【００３２】一方、本発明を使用して測定した膜疲労デ
ータは１ＭＨｚのパルスで測定した結果、約１０１１サ
イクルまで膜疲労低下現象が観察されなかった。また、
漏洩電流は約７×１０−１０［Ａ］で、ＲｕＯ２電極を
使用した時（１×１０−８［Ａ］）に比べて向上された
漏洩電流特性を現した。
ータは１ＭＨｚのパルスで測定した結果、約１０１１サ
イクルまで膜疲労低下現象が観察されなかった。また、
漏洩電流は約７×１０−１０［Ａ］で、ＲｕＯ２電極を
使用した時（１×１０−８［Ａ］）に比べて向上された
漏洩電流特性を現した。
【００３３】従って、本発明によると、既存のＰｔ電極
の有していた膜疲労現象の問題点が改善でき、ＲｕＯ２
電極が有していた漏洩電流特性の問題点が改善できる利
点がある。
の有していた膜疲労現象の問題点が改善でき、ＲｕＯ２
電極が有していた漏洩電流特性の問題点が改善できる利
点がある。
【００３４】実施例２のように製造された強誘電体キャ
パシタから得た履歴曲線特性を図３に、疲労寿命を図４
に示した。先ず、履歴曲線の場合、図３に示したように
Ｐｔ及びＲｕＯ２電極で構成されたキャパシタから得ら
れたものに比べて形状が正方形を現して、残留分極（Ｐ
ｒ）値が大きく抗電界（Ｅｃ）が小さい特性が観察され
た。また、図４に示すように、疲労特性も１０１１回ま
で分極値が大きく変わらなく維持された。電流−電圧測
定から得られた漏洩電流値は５Ｖ入力電圧で１０
−９Ａ、単位面積当たり漏洩電流は４×１０−６Ａ／ｃ
ｍ２であった。
パシタから得た履歴曲線特性を図３に、疲労寿命を図４
に示した。先ず、履歴曲線の場合、図３に示したように
Ｐｔ及びＲｕＯ２電極で構成されたキャパシタから得ら
れたものに比べて形状が正方形を現して、残留分極（Ｐ
ｒ）値が大きく抗電界（Ｅｃ）が小さい特性が観察され
た。また、図４に示すように、疲労特性も１０１１回ま
で分極値が大きく変わらなく維持された。電流−電圧測
定から得られた漏洩電流値は５Ｖ入力電圧で１０
−９Ａ、単位面積当たり漏洩電流は４×１０−６Ａ／ｃ
ｍ２であった。
【００３５】又、酸化膜の生成及び成長条件による誘電
膜の培養性はＸ−線回折実験で測定して比較した。実施
例２についてのものを図５に、実施例３についてのもの
を図６に示した。
膜の培養性はＸ−線回折実験で測定して比較した。実施
例２についてのものを図５に、実施例３についてのもの
を図６に示した。
【００３６】図６で、Ｐｔ層のないＲｕＯ２上に生成さ
れたＰＺＴは（１１０）面が主成長面であるが、ＲｕＯ
２／Ｐｔ上に生成されたＰＺＴは（１００）面成分が大
部分であり、（１１０）面は少ないことが分かる。又、
ＲｕＯ２生成時、酸素の分圧はＰＺＴ膜の培養性に大き
い影響を及ぼさないと判明される。しかし、酸素の量が
過多すぎる時（４０％以上）、ＲｕＯ２膜が亀裂され、
それによりＰＺＴ膜形成の困難があるため２０〜３０％
の酸素量がより望ましい。
れたＰＺＴは（１１０）面が主成長面であるが、ＲｕＯ
２／Ｐｔ上に生成されたＰＺＴは（１００）面成分が大
部分であり、（１１０）面は少ないことが分かる。又、
ＲｕＯ２生成時、酸素の分圧はＰＺＴ膜の培養性に大き
い影響を及ぼさないと判明される。しかし、酸素の量が
過多すぎる時（４０％以上）、ＲｕＯ２膜が亀裂され、
それによりＰＺＴ膜形成の困難があるため２０〜３０％
の酸素量がより望ましい。
【００３７】
【発明の効果】従って、本発明による多層構造電極膜強
誘電体キャパシタの製造技術は従来の白金電極が有して
いた膜疲労現象を改善し、ＲｕＯ２電極が有していた漏
洩電流特性を向上させる。又、従来のＲｕＯ２又は白金
電極より履歴特性、残留分極（Ｐｒ）、金属電極と伝導
性酸化膜の接触性、抗電界（Ｅｃ）及び履歴曲線形態が
優れている効果がある。
誘電体キャパシタの製造技術は従来の白金電極が有して
いた膜疲労現象を改善し、ＲｕＯ２電極が有していた漏
洩電流特性を向上させる。又、従来のＲｕＯ２又は白金
電極より履歴特性、残留分極（Ｐｒ）、金属電極と伝導
性酸化膜の接触性、抗電界（Ｅｃ）及び履歴曲線形態が
優れている効果がある。
【図１】本発明による多層構造の強誘電体キャパシタの
概略断面図である。
概略断面図である。
【図２】本発明の強誘電体キャパシタの製造工程を図２
（Ａ）〜図２（Ｅ）に分けて示す説明図である。
（Ａ）〜図２（Ｅ）に分けて示す説明図である。
【図３】本発明による強誘電体キャパシタの履歴曲線の
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
【図４】本発明による強誘電体キャパシタの疲労寿命を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図５】本発明による強誘電体キャパシタのＸ−線回析
パターン（２０％Ｏ２）を示すグラフである。
パターン（２０％Ｏ２）を示すグラフである。
【図６】本発明による強誘電体キャパシタのＸ−線回析
パターン（４０％Ｏ２）を示すグラフである。
パターン（４０％Ｏ２）を示すグラフである。
１ Ｓｉ基板 ２ ＳｉＯ２層 ３ Ｔｉ層 ４，８ Ｐｔ層 ５，７ 酸化膜 ６ 強誘電体層 １０ 強誘電体キャパシタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/108 29/788 29/792 (72)発明者 セシュ ビー．デス アメリカ合衆国，24060 バージニア州 ブラックスバーグ，マクリーン コー ト，3006 (56)参考文献 特開 平６−13542（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】 強誘電体キャパシタの製造に際して、Ｓ
ｉＯ２／Ｓｉ基板上に形成された金属電極と強誘電体層
との界面に、強誘電体キャパシタの膜疲労及び漏洩電流
特性を改善するために、ＲｕＯ ２−ｘ 、ＩｒＯ ２−ｘ 及
びＲｈＯ ２−ｘ で構成された群から選択された一つから
なる酸化膜を形成することを特徴とする強誘電体キャパ
シタの製造方法。 - 【請求項２】 前記酸化膜が下部金属電極膜を蒸着した
後に熱処理しなく、前記酸化膜を蒸着して下部金属電極
とともに熱処理されることを特徴とする請求項１記載の
強誘電体キャパシタの製造方法。 - 【請求項３】 前記熱処理工程が酸素雰囲気で遂行され
ることを特徴とする請求項２記載の強誘電体キャパシタ
の製造方法。 - 【請求項４】 前記酸素雰囲気の酸素分圧が２０％〜４
０％であることを特徴とする請求項３記載の強誘電体キ
ャパシタの製造方法。 - 【請求項５】 前記酸素雰囲気の酸素分圧が２０％〜３
０％であることを特徴とする請求項３記載の強誘電体キ
ャパシタの製造方法。 - 【請求項６】 強誘電体キャパシタにおいて、ＳｉＯ２
／Ｓｉ基板上に形成された金属電極との界面に、強誘電
体キャパシタの膜疲労及び漏洩電流特性を改善するため
に、ＲｕＯ ２−ｘ 、ＩｒＯ ２−ｘ 及びＲｈＯ ２−ｘ で構
成された群から選択された一つからなる酸化膜が形成さ
れたことを特徴とする強誘電体キャパシタ。
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|---|---|---|---|
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| KR19951804 | 1995-01-28 | ||
| KR1019950001804A KR100326585B1 (ko) | 1995-01-28 | 1995-01-28 | 강유전체캐패시터의제조방법 |
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| JP2703206B2 true JP2703206B2 (ja) | 1998-01-26 |
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| CN106590080B (zh) * | 2016-12-20 | 2019-11-22 | 中国人民解放军63810部队 | 一种用于不锈钢表面耐盐雾腐蚀的涂料、制备方法及耐盐雾腐蚀的不锈钢产品 |
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| US5555486A (en) * | 1994-12-29 | 1996-09-10 | North Carolina State University | Hybrid metal/metal oxide electrodes for ferroelectric capacitors |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP7253838A patent/JP2703206B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-09-03 US US08/707,033 patent/US6048737A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| JPH08213560A (ja) | 1996-08-20 |
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