JPH05343616A - 誘電体素子及びその製造方法 - Google Patents
誘電体素子及びその製造方法Info
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- JPH05343616A JPH05343616A JP14952192A JP14952192A JPH05343616A JP H05343616 A JPH05343616 A JP H05343616A JP 14952192 A JP14952192 A JP 14952192A JP 14952192 A JP14952192 A JP 14952192A JP H05343616 A JPH05343616 A JP H05343616A
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Abstract
素子において、繰り返し電圧、あるいは応力を印加した
後での、自発分極の減少やリーク電流の増大を防止す
る。 【構成】 少なくとも一方の電極の誘電体膜と接する領
域において、酸素を含有する。また金属酸化物誘電体が
ペロブスカイト型の結晶構造を有する、金属酸化物誘電
体であり、さらに前記電極が、白金族元素、及び金のう
ち1もしくは2種類以上を主成分とする。
Description
とする薄膜を用いた誘電体素子あるいは誘電体素子の製
造方法に関する。
個、もしくは複数個の電極を接触させた構造を有する誘
電体素子において、小面積の大容量誘電素子、あるいは
強誘電性容量素子を得るために、従来は例えばジャーナ
ル・オブ・アプライド・フィジックス(J.Appl.
Phys)、1991年、第70巻、第1号、382頁
〜388頁に記載されていたように、電極材料として白
金(Pt)、誘電体材料としてはペロブスカイト型の結晶
構造をもつ強誘電体であるPZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)を
用いていた。
電極を積層した構造の、誘電体素子の一例を示す。図3
において、301はシリコン基板であり、302は二酸
化シリコン(SiO2)の絶縁層である。304がPZTを
用いた強誘電体膜であり、白金を用いた下部電極303
と上部電極305により挟まれ、容量素子を構成してい
る。306は素子保護膜である。
03、強誘電体膜304、上部電極305を積層した構
造においては、強誘電体膜304の膜形成条件によっ
て、また、分極を反転させる印加電圧のサイクルを繰り
返したり、弾性限界内で繰り返し力を加えた場合、強誘
電体膜304の電極近傍においては、酸素空乏が生じて
強誘電性を示さなくなったり、絶縁不良を起こしてリー
ク電流が増大する。
で、その目的とするところは、金属酸化物誘電体の、電
極近傍での酸素空乏を防ぎ、膜疲労現象やリーク電流の
少ない誘電体素子を提供することにある。
とする薄膜に一個、もしくは複数個の電極を接触させた
構造を有する誘電体素子において、前記電極のうち少な
くとも一個の電極の、少なくとも前記金属酸化物誘電体
を基質とする薄膜に接触する領域に、酸素を含むことを
特徴とし、また、前記金属酸化物誘電体がペロブスカイ
ト型の結晶構造を有する、金属酸化物誘電体であること
を特徴とし、また、前記電極が、白金族元素、及び金の
うち1もしくは2種類以上を主成分とすることを特徴と
する。
に一個、もしくは複数個の電極を接触させた構造を有す
る誘電体素子の製造方法において、前記電極のうち少な
くとも一個の電極に、酸素イオンを打ち込む工程を含む
ことを特徴とし、あるいは、前記電極のうち少なくとも
一個の電極を、酸素プラズマ、もしくはオゾンプラズマ
中にさらす工程を含むことを特徴とし、また、前記電極
のうち少なくとも一個の電極を、加熱しながら酸素プラ
ズマ、もしくはオゾンプラズマ中にさらす工程を含むこ
とを特徴とする。
下、第1の実施例とする)を示す主要断面図である。図
2は本発明の誘電体素子の製造方法の一実施例(以下、
第2の実施例とする)を示す主要工程断面図である。
について、本発明による誘電体素子を用いた、強誘電性
容量素子を説明する。
る。102は誘電体素子の下地となる絶縁層であり、例
えば、シリコン基板101を熱酸化して1μmの二酸化
シリコン(SiO2)を形成する。
一方の電極(以下、下部電極とする)であり、例えば白
金を0.5μm、スパッタ法により形成した後、例えば
酸素プラズマ中にさらすことにより、下部電極103の
表面から酸素を注入し、酸素を含んだ領域104を形成
する。
強誘電体であるPLZT((Pb0.9La0.1)(Ti0.6Zr0.4)
O3)をゾル−ゲル法により0.5μm形成する。106
は容量素子のもう一方の電極(以下、上部電極とする)
であり、例えば金を0.5μm、スパッタ法により形成
する。107は素子保護膜であり、例えば1μmの二酸
化シリコンを化学気相成長法によって形成する。
る。
04が無い場合においては、初期の自発分極が10μC
/cm2であったものが、下部電極を接地し上部電極に
+5Vと−5Vを交互にかけるサイクルを105回繰り
返すと5μC/cm2となり、自発分極の減少が50%
あった。ところが、本発明の第1の実施例のように、下
部電極103の表面に、酸素を含んだ領域104を形成
したことにより、同様な電圧サイクルをかけた後でも、
その自発分極は8μC/cm2であり、自発分極の減少
は20%であった。
いて、本発明による誘電体素子、及びその製造方法を用
いた、強誘電性容量素子を説明する。
る。202は誘電体素子の下地となる絶縁層であり、例
えば、シリコン基板201を熱酸化して1μmの二酸化
シリコン(SiO2)を形成する。203は本発明の趣旨に
よる、容量素子の一方の電極(以下、下部電極とする)
であり、例えば白金を0.5μm、スパッタ法により形
成する(以上、図2(a))。
keVで加速した酸素イオン(O2 +)を、注入量1012
cm-2で下部電極203に注入し、下部電極表面に酸素
を含んだ領域204を形成する(以上、図2(b))。
ブスカイト型結晶構造を持つ強誘電性の金属酸化物誘電
体であるPZT(Pb(Ti0.55Zr0.45)O3)をスパッタ法に
より、0.5μm形成し、容量素子のもう一方の電極
(以下、上部電極とする)206として、例えば白金を
0.4μm、スパッタ法により形成する(以上、図2
(c))。
をしないイオン注入法)により、例えば100keVで
加速した酸素イオン(O+、O2 +、O3 +等)を上部電極20
6表面から注入する。この時、注入された酸素が、上部
電極206と誘電体膜205との界面近傍まで到達する
よう、60keV以上のエネルギーに加速された酸素イ
オンを用いることが望ましい(以上、図2(d))。
る。
極206と、誘電体膜205との接する領域に、酸素を
含む領域を形成した場合、初期の自発分極は20μC/
cm2であり、+5V、−5Vの電圧サイクルを105回
印加した後は16μC/cm2であったが、下部電極2
03、及び上部電極206ともに酸素を含む領域を形成
しなかった場合は、自発分極は初期で20μC/c
m2、同様な電圧サイクル後で8μC/cm2であった。
子、及びその製造方法によれば、前記誘電体素子に、繰
り返し電圧、あるいは応力を印加した後での、自発分極
の減少やリーク電流の増大を防止し、高い信頼性をもっ
た強誘電体素子を実現することができる。
図。
Claims (6)
- 【請求項1】 金属酸化物誘電体を基質とする薄膜に一
個、もしくは複数個の電極を接触させた構造を有する誘
電体素子において、前記電極のうち少なくとも一個の電
極の、少なくとも前記金属酸化物誘電体を基質とする薄
膜に接触する領域に、酸素を含むことを特徴とする誘電
体素子。 - 【請求項2】 前記金属酸化物誘電体がペロブスカイト
型の結晶構造を有する、金属酸化物誘電体であることを
特徴とする請求項1記載の誘電体素子。 - 【請求項3】 前記電極が、白金族元素、及び金のうち
1もしくは2種類以上を主成分とすることを特徴とする
請求項1記載の誘電体素子。 - 【請求項4】 金属酸化物誘電体を基質とする薄膜に一
個、もしくは複数個の電極を接触させた構造を有する誘
電体素子の製造方法において、前記電極のうち少なくと
も一個の電極に、酸素イオンを打ち込む工程を含むこと
を特徴とする請求項1記載の誘電体素子の製造方法。 - 【請求項5】 金属酸化物誘電体を基質とする薄膜に一
個、もしくは複数個の電極を接触させた構造を有する誘
電体素子の製造方法において、前記電極のうち少なくと
も一個の電極を、酸素プラズマ、もしくはオゾンプラズ
マ中にさらす工程を含むことを特徴とする請求項1記載
の誘電体素子の製造方法。 - 【請求項6】 金属酸化物誘電体を基質とする薄膜に一
個、もしくは複数個の電極を接触させた構造を有する誘
電体素子の製造方法において、前記電極のうち少なくと
も一個の電極を、加熱しながら酸素プラズマ、もしくは
オゾンプラズマ中にさらす工程を含むことを特徴とする
請求項1記載の誘電体素子の製造方法。
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1992
- 1992-06-09 JP JP14952192A patent/JP3239445B2/ja not_active Expired - Lifetime
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