JPH10214947A - Thin film dielectric element - Google Patents
Thin film dielectric elementInfo
- Publication number
- JPH10214947A JPH10214947A JP9017046A JP1704697A JPH10214947A JP H10214947 A JPH10214947 A JP H10214947A JP 9017046 A JP9017046 A JP 9017046A JP 1704697 A JP1704697 A JP 1704697A JP H10214947 A JPH10214947 A JP H10214947A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- dielectric
- lower electrode
- ratio
- oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ペロブスカイト型
酸化物からなる誘電体薄膜を用いた薄膜誘電体素子に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film dielectric element using a dielectric thin film made of a perovskite oxide.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化が進む
につれて、集積回路の主要な回路要素である容量素子
（キャパシタ）の小型化が強く望まれている。このよう
な要望に対して、従来から誘電体として多用されてきた
シリコン酸化物（ＳｉＯ2 ）、シリコン窒化物（Ｓｉ3
Ｎ4 ）等は比誘電率が 4〜 8と小さいことから、キャパ
シタの小型化に限界があった。そこで、これらの誘電体
に代えて、より誘電率が高い誘電体薄膜を使用する試み
が盛んに行われている。2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor integrated circuits have become more highly integrated, there has been a strong demand for miniaturization of capacitance elements (capacitors), which are main circuit elements of integrated circuits. In response to such demands, silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (Si 3
N 4 ) and the like have a small relative permittivity of 4 to 8, which limits the miniaturization of capacitors. Therefore, attempts to use a dielectric thin film having a higher dielectric constant in place of these dielectrics have been actively made.
【０００３】例えば、チタン酸バリウムストロンチウム
（Ｂａ1-x Ｓｒx ＴｉＯ3 （以下、ＢＳＴＯと記す））
は、ペロブスカイト型結晶構造をもつ酸化物誘電体であ
り、比誘電率が 200以上と高いことが知られている。こ
のような高誘電率を有するペロブスカイト型酸化物から
なる誘電体薄膜は、従来の誘電体に比べて、同じ容量の
薄膜キャパシタが占める面積を大幅に低減できることか
ら、ＤＲＡＭ等の集積回路の小型化に好適であるという
ことができる。For example, barium strontium titanate (Ba 1-x Sr x TiO 3 (hereinafter referred to as BSTO))
Is an oxide dielectric having a perovskite crystal structure, and is known to have a high relative dielectric constant of 200 or more. The dielectric thin film made of a perovskite-type oxide having such a high dielectric constant can greatly reduce the area occupied by a thin film capacitor having the same capacitance as that of a conventional dielectric. It can be said that it is suitable for.
【０００４】また、例えばジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 （以下、ＰＺＴと記す））等は強誘
電性を示すことから、不揮発性強誘電体メモリ（ＦＲＡ
Ｍ）への応用が期待されている。Further, for example, lead zirconate titanate (Pb
Since (Zr, Ti) O 3 (hereinafter, referred to as PZT) and the like exhibit ferroelectricity, the nonvolatile ferroelectric memory (FRA)
Application to M) is expected.
【０００５】ところで、上記したようなペロブスカイト
型酸化物からなる誘電体薄膜を形成する際には、できる
だけ酸素欠陥を少なくするために、酸素雰囲気中にて結
晶化熱処理を行うことが望ましいとされている。これ
は、酸素欠陥が導入されると漏れ電流が増加する原因に
なり、絶縁抵抗が低下するおそれがあるためである。When forming a dielectric thin film made of a perovskite-type oxide as described above, it is considered desirable to perform a crystallization heat treatment in an oxygen atmosphere in order to reduce oxygen defects as much as possible. I have. This is because the introduction of oxygen vacancies causes an increase in leakage current, which may lower insulation resistance.
【０００６】上述したような熱処理を施すことから、ペ
ロブスカイト型酸化物からなる誘電体薄膜の下部電極と
しては、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ等の金属、あるいはＲｕやＩ
ｒ等の酸化物が検討されている。これは、Ｐｔ、Ｒｕ、
Ｉｒ等の金属は高温の酸化雰囲気中熱処理に耐えること
ができ、またＲｕやＩｒ等の酸化物はそれ自体が導電性
を示し、電極として機能するためである。[0006] Because of the heat treatment as described above, the lower electrode of the dielectric thin film made of a perovskite oxide is made of a metal such as Pt, Ru, Ir, or Ru or Id.
Oxides such as r are being studied. This is Pt, Ru,
This is because metals such as Ir can withstand heat treatment in a high-temperature oxidizing atmosphere, and oxides such as Ru and Ir exhibit conductivity themselves and function as electrodes.
【０００７】しかし、上記したようなＰｔ、Ｒｕ、Ｉｒ
等の金属やＲｕやＩｒ等の酸化物を下部電極として用
い、その上にペロブスカイト型酸化物からなる誘電体薄
膜を形成した場合、誘電体薄膜の膜厚を薄くするにした
がって、比誘電率が低下するという問題がある。例え
ば、膜厚50nmのときには比誘電率が 350であった誘電体
薄膜が、膜厚を25nmと薄くすると比誘電率が 200程度ま
で低下してしまうことがある。これは下部電極とペロブ
スカイト型酸化物からなる誘電体薄膜との結晶構造が異
なるために、特に下部電極近傍の誘電体薄膜の結晶構造
に乱れが生じ、低誘電率化してしまうためである。However, as described above, Pt, Ru, Ir
When a dielectric thin film made of a perovskite oxide is formed on the lower electrode using a metal such as Ru or an oxide such as Ru or Ir as a lower electrode, the relative dielectric constant increases as the thickness of the dielectric thin film decreases. There is a problem of lowering. For example, a dielectric thin film having a relative dielectric constant of 350 when the film thickness is 50 nm may be reduced to about 200 when the film thickness is reduced to 25 nm. This is because the crystal structure of the lower electrode is different from that of the dielectric thin film made of a perovskite oxide, and the crystal structure of the dielectric thin film in the vicinity of the lower electrode is particularly disturbed, resulting in a lower dielectric constant.
【０００８】そこで、ペロブスカイト型酸化物からなる
誘電体薄膜と同じ結晶構造を有する導電性ペロブスカイ
ト型酸化物を下部電極として用いることが検討されてい
る。例えば、ＳｒＲｕＯ3 はペロブスカイト型酸化物で
あると共に、導電性を有しており、さらに格子定数も上
記したＢＳＴＯ等と比較的近いというような特徴を有し
ている。また、ＳｒＲｕＯ3 のＳｒの一部を、同じアル
カリ土類元素であるＣａやＢａで置換することによっ
て、導電性を保ったまま格子定数を調整することができ
る。従って、このような導電性ペロブスカイト型酸化物
を下部電極として使用すれば、例えば高誘電率薄膜キャ
パシタの性能を大幅に向上することができるものと期待
されている。Therefore, the use of a conductive perovskite oxide having the same crystal structure as a dielectric thin film made of a perovskite oxide as a lower electrode has been studied. For example, SrRuO 3 is a perovskite oxide, has conductivity, and has a characteristic that the lattice constant is relatively close to that of BSTO or the like. Also, by substituting part of Sr of SrRuO 3 with the same alkaline earth element, Ca or Ba, the lattice constant can be adjusted while maintaining the conductivity. Therefore, if such a conductive perovskite oxide is used as the lower electrode, it is expected that the performance of, for example, a high dielectric constant thin film capacitor can be greatly improved.
【０００９】しかしながら、本発明者らの実験によれ
ば、上述したような導電性ペロブスカイト型酸化物を、
ペロブスカイト型酸化物からなる誘電体薄膜の下部電極
として用いた際に、薄膜キャパシタの性能に問題が生じ
る場合があることが明らかとなった。具体的には、薄膜
キャパシタの漏れ電流が大きくなったり、直流電流を長
時間印加し続けた際に絶縁抵抗が劣化したり、さらには
高周波域で容量が低下する等の問題である。このような
問題は上部電極に導電性ペロブスカイト型酸化物を用い
た場合についても同様に生じるおそれがある。However, according to the experiments of the present inventors, the above-described conductive perovskite oxide is
It has been clarified that when used as a lower electrode of a dielectric thin film composed of a perovskite oxide, a problem may occur in the performance of a thin film capacitor. Specifically, there are problems such as an increase in leakage current of the thin film capacitor, deterioration of insulation resistance when a direct current is continuously applied for a long time, and further, reduction of capacitance in a high frequency range. Such a problem may occur similarly when a conductive perovskite oxide is used for the upper electrode.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ペロ
ブスカイト型酸化物からなる誘電体薄膜を用いた薄膜誘
電体素子においては、誘電体薄膜と同一結晶構造を有す
る導電性ペロブスカイト型酸化物が電極材料として期待
されているものの、このような導電性ペロブスカイト型
酸化物からなる下部電極や上部電極を用いた薄膜誘電体
素子では、本発明者らの実験により薄膜キャパシタの漏
れ電流が大きくなったり、直流電流を長時間印加し続け
た際に絶縁抵抗が劣化したり、さらには高周波域で容量
が低下する等の問題が生じる場合があることが明らかと
なった。As described above, in a thin film dielectric element using a dielectric thin film made of a perovskite oxide, a conductive perovskite oxide having the same crystal structure as the dielectric thin film is used as an electrode. Although expected as a material, in a thin-film dielectric element using a lower electrode or an upper electrode made of such a conductive perovskite-type oxide, the leakage current of the thin-film capacitor increases according to experiments performed by the present inventors, It has been clarified that when a direct current is continuously applied for a long time, problems such as deterioration of insulation resistance and further reduction of capacity in a high frequency range may occur.
【００１１】本発明は、上述したような導電性ペロブス
カイト型酸化物を下部電極や上部電極として用いた場合
に生じる問題を解決することを課題としてなされたもの
であり、漏れ電流を小さくし、また直流電流を長時間印
加し続けた際の絶縁抵抗の劣化や高周波域での容量の低
下を抑制することによって、性能および信頼性に優れる
薄膜誘電体素子を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems that occur when the above-described conductive perovskite oxide is used as a lower electrode or an upper electrode. It is an object of the present invention to provide a thin-film dielectric element having excellent performance and reliability by suppressing deterioration of insulation resistance when a direct current is continuously applied for a long time and reduction of capacitance in a high frequency range.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜誘電体素子
は、基板上に順に積層された下部電極、ペロブスカイト
型酸化物からなる誘電体薄膜および上部電極を具備する
薄膜誘電体素子において、前記下部電極および上部電極
の少なくとも一方は、Ｓｒ、ＢａおよびＣａから選ばれ
る少なくとも 1種のアルカリ土類元素ＡＥと、Ｒｕ、Ｉ
ｒおよびＲｈから選ばれる少なくとも 1種の遷移金属Ｔ
Ｍ元素とを主成分とし、かつ前記ＡＥ元素とＴＭ元素と
の比率が1.01＜ＡＥ／ＴＭ＜ 1.3を満足する導電性ペロ
ブスカイト型酸化物からなることを特徴としている。According to the present invention, there is provided a thin film dielectric element comprising a lower electrode, a dielectric thin film made of a perovskite oxide, and an upper electrode which are sequentially laminated on a substrate. At least one of the lower electrode and the upper electrode includes at least one alkaline earth element AE selected from Sr, Ba, and Ca;
at least one transition metal T selected from r and Rh
It is characterized by being made of a conductive perovskite oxide containing M element as a main component and a ratio of the AE element and the TM element satisfying 1.01 <AE / TM <1.3.
【００１３】本発明の薄膜誘電体素子においては、下部
電極および上部電極の少なくとも一方を、一般にＡＢＯ
3 で表されるペロブスカイト型結晶構造を有すると共
に、通常の 1:1組成に対してＡＥ元素量がＴＭ元素量よ
り僅かに多いＡＥ元素リッチ（もしくはＴＭ元素プア
ー）な組成、具体的にはＡＥ元素とＴＭ元素との比率が
1.01＜ＡＥ／ＴＭ＜ 1.3を満足する導電性ペロブスカイ
ト型酸化物で構成している。In the thin film dielectric element of the present invention, at least one of the lower electrode and the upper electrode is generally made of ABO.
AE element rich (or TM element poor) composition having a perovskite type crystal structure represented by 3 and an AE element amount slightly larger than a TM element amount with respect to a normal 1: 1 composition, specifically, AE The ratio between element and TM element is
It is made of a conductive perovskite oxide satisfying 1.01 <AE / TM <1.3.
【００１４】このように、ＡＥ元素量が僅かに多い組成
を有する導電性ペロブスカイト型酸化物で下部電極や上
部電極を構成することによって、ペロブスカイト型結晶
構造を維持した上で、漏れ電流の増加や直流電流を長時
間印加し続けた際の絶縁抵抗の劣化を抑制することがで
きる。これは、ＴＭ元素は酸素との親和力が強く、誘電
体薄膜を構成するペロブスカイト型酸化物から酸素を奪
いやすく、誘電体薄膜に酸素欠損が生じやすいことか
ら、上記した漏れ電流の増加原因や絶縁抵抗の劣化原因
になるものと考えられるためである。また、ＡＥ／ＴＭ
元素比率を 1.3未満とすることによって、ＡＥ元素の酸
化物の析出を抑制することができると共に、例えば1MHz
以上の高周波数域での誘電体薄膜の容量の低下を抑制す
ることが可能となる。As described above, by forming the lower electrode and the upper electrode with a conductive perovskite oxide having a composition in which the amount of the AE element is slightly larger, the leakage current can be increased while maintaining the perovskite crystal structure. Deterioration of insulation resistance when a direct current is continuously applied for a long time can be suppressed. This is because the TM element has a strong affinity for oxygen, easily removes oxygen from the perovskite oxide forming the dielectric thin film, and easily causes oxygen deficiency in the dielectric thin film. This is because it is considered to be a cause of deterioration of the resistance. AE / TM
By setting the element ratio to less than 1.3, the precipitation of the oxide of the AE element can be suppressed, and for example, 1 MHz
It is possible to suppress a decrease in the capacitance of the dielectric thin film in the above high frequency range.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１６】図１は、本発明の薄膜誘電体素子の一実施
形態の構成を示す図である。同図において、１は基板で
あり、この基板１としてはＳｉやＧａＡｓ等の単結晶半
導体基板、あるいはその表面にＳｉＯ2 等からなる絶縁
層を形成したもの、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｒＴｉＯ3
等の単結晶酸化物基板、アルミナ等のセラミックス基板
等が挙げられる。この基板１が単結晶半導体基板からな
る場合、ポリシリコン(poly-Ｓｉ）やタングステン
（Ｗ）等からなるプラグを有していてもよい。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the thin-film dielectric element of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a substrate, which is a single crystal semiconductor substrate such as Si or GaAs, or a substrate on which an insulating layer made of SiO 2 or the like is formed, MgO, Al 2 O 3 , SrTiO 3
And a ceramic substrate such as alumina. When the substrate 1 is made of a single crystal semiconductor substrate, the substrate 1 may have a plug made of polysilicon (poly-Si), tungsten (W), or the like.
【００１７】上記したような基板１上に薄膜誘電体素子
２が形成されている。この薄膜誘電体素子２は、例えば
ＤＲＡＭやＦＲＡＭ等の半導体記憶装置の電荷蓄積部等
として使用されるものである。この薄膜誘電体素子２に
おいて、３は下部電極であり、この下部電極３上にペロ
ブスカイト型酸化物からなる誘電体薄膜４が形成されて
おり、さらにその上に上部電極５が設けられている。A thin-film dielectric element 2 is formed on a substrate 1 as described above. The thin-film dielectric element 2 is used as a charge storage unit of a semiconductor storage device such as a DRAM or an FRAM. In this thin-film dielectric element 2, reference numeral 3 denotes a lower electrode, on which a dielectric thin film 4 made of a perovskite oxide is formed, and an upper electrode 5 is further provided thereon.
【００１８】なお、薄膜誘電体素子２の具体的なデバイ
ス構造は、特に限定されるものではなく、平面型、スタ
ック型、内堀り式トレンチ型等、いかなる構造の薄膜キ
ャパシタであってもよい。また、基板１と下部電極３と
の間には、必要に応じて下部電極３とＳｉ等との反応や
酸化を防止すると共に、Ｓｉ等の拡散を防止するＰｔや
ＲｕあるいはＲｕの酸化物等からなるバリヤ層や、密着
性を向上させるＴａ、ＴｉＮ、Ｔｉ1-x Ａｌx Ｎ等から
なるアドヒージョン層等を設けてもよい。The specific device structure of the thin-film dielectric element 2 is not particularly limited, and may be a thin-film capacitor having any structure such as a planar type, a stack type, and an internal trench type. Further, between the substrate 1 and the lower electrode 3, Pt, Ru, an oxide of Ru, or the like for preventing the reaction and oxidation of the lower electrode 3 with Si or the like and for preventing the diffusion of Si or the like as necessary. Or an adhesion layer made of Ta, TiN, Ti 1-x Al x N or the like for improving adhesion.
【００１９】誘電体薄膜４としてのペロブスカイト型酸
化物には、薄膜誘電体素子２の使用目的に応じて、誘電
体としての機能を有する種々のぺロブスカイト型酸化物
を用いることができる。例えば、ＤＲＡＭ等のキャパシ
タに適用する場合には、前述したＢａ1-x Ｓｒx ＴｉＯ
3 （ＢＳＴＯ）や、ＳｒＴｉＯ3 （ＳＴＯ）、ＢａＴｉ
Ｏ3 、ＣａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＢａＺｒＯ3 、Ｂ
ａＳｎＯ3 、ＰｂＺｒＯ3 等の高誘電性ペロブスカイト
型酸化物が、またＦＲＡＭに適用する場合には、Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 （ＰＺＴ）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3（ＰＬＺＴ）、（Ｂｉ，Ｓｒ）Ｔａ
Ｏ3 、（ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 ）、（Ｂｉ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 （ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15）等の強誘電性ペロブスカ
イト型酸化物が用いられる。また、誘電体薄膜４にＢＳ
ＴＯ等を用いると共に、下部電極３との格子ミスマッチ
に起因する歪誘起強誘電性を利用して、ＦＲＡＭの電荷
蓄積部を構成することも可能である。As the perovskite-type oxide as the dielectric thin film 4, various perovskite-type oxides having a function as a dielectric can be used according to the purpose of use of the thin-film dielectric element 2. For example, when applied to a capacitor such as a DRAM, the above-described Ba 1-x Sr x TiO
3 (BSTO), SrTiO 3 (STO), BaTi
O 3 , CaTiO 3 , PbTiO 3 , BaZrO 3 , B
A highly dielectric perovskite oxide such as aSnO 3 or PbZrO 3 is used.
(Zr, Ti) O 3 (PZT), (Pb, La) (Z
r, Ti) O 3 (PLZT), (Bi, Sr) Ta
O 3 , (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), (Bi, Sr) Ti
A ferroelectric perovskite oxide such as O 3 (SrBi 4 Ti 4 O 15 ) is used. Also, the dielectric thin film 4 has a BS
In addition to using TO or the like, it is also possible to configure the charge storage portion of the FRAM by utilizing the strain-induced ferroelectricity caused by the lattice mismatch with the lower electrode 3.
【００２０】上記したようなペロブスカイト型酸化物か
らなる誘電体薄膜４の膜厚は特に限定されるものではな
く、通常の薄膜キャパシタと同様に10〜 100nm程度とす
ることができるが、誘電体薄膜４の膜厚が50nm以下と薄
い場合に、本発明は特に著しい効果が期待できるもので
ある。The thickness of the dielectric thin film 4 made of a perovskite-type oxide as described above is not particularly limited, and can be about 10 to 100 nm as in a normal thin film capacitor. When the film thickness of No. 4 is as thin as 50 nm or less, the present invention can be expected to have a particularly remarkable effect.
【００２１】そして、上述した薄膜誘電体素子２の下部
電極３は、Ｓｒ、ＢａおよびＣａから選ばれる少なくと
も 1種のアルカリ土類元素ＡＥと、Ｒｕ、ＩｒおよびＲ
ｈから選ばれる少なくとも 1種の遷移金属元素ＴＭとを
主成分とし、かつＡＥ元素とＴＭ元素との比率が1.01＜
ＡＥ／ＴＭ＜ 1.3を満足する導電性ペロブスカイト型酸
化物からなるものである。The lower electrode 3 of the above-mentioned thin-film dielectric element 2 comprises at least one alkaline earth element AE selected from Sr, Ba and Ca, and Ru, Ir and R
h and at least one transition metal element TM as a main component, and the ratio of the AE element to the TM element is 1.01 <
It is made of a conductive perovskite oxide satisfying AE / TM <1.3.
【００２２】この下部電極３を構成する導電性ペロブス
カイト型酸化物の薄膜は、その単結晶膜および多結晶膜
のいずれであってもよい。また、その厚さは特に限定さ
れるものではないが、10〜 100nm程度とすることが好ま
しい。さらに、導電性ペロブスカイト型酸化物薄膜の成
膜方法としては、スパッタリング法、ＭＯＤ法、ＭＯ−
ＣＶＤ法、レーザアブレーション法、ゾルゲル法等が挙
げられ、本発明は特定の成膜方法に依存するものではな
い。The conductive perovskite oxide thin film constituting the lower electrode 3 may be either a single crystal film or a polycrystalline film. The thickness is not particularly limited, but is preferably about 10 to 100 nm. Further, as a method for forming a conductive perovskite oxide thin film, sputtering, MOD, MO-
Examples include a CVD method, a laser ablation method, and a sol-gel method, and the present invention does not depend on a specific film forming method.
【００２３】上述した導電性ペロブスカイト型酸化物を
構成する元素のうち、ＡＥ元素はペロブスカイト型結晶
構造をもつ材料の組成を、化学式によりＡＢＯ3 と表し
たとき、Ａで表される部分を占める元素であり、通常Ａ
サイト元素と呼ばれる元素である。一方、ＴＭ元素はＢ
で表される部分を占める元素であり、通常Ｂサイト元素
と呼ばれる元素である。Among the elements constituting the above-mentioned conductive perovskite oxide, the AE element occupies a portion represented by A when the composition of a material having a perovskite crystal structure is represented by ABO 3 by a chemical formula. And usually A
It is an element called site element. On the other hand, the TM element is B
Is an element that occupies the portion represented by, and is an element usually called a B-site element.
【００２４】そして、下部電極３として用いる導電性ペ
ロブスカイト型酸化物は、基本結晶構造はＡＢＯ3 で示
されるペロブスカイト型結晶構造を有し、その上で通常
の1:1組成に対してＡサイト元素の量がＢサイト元素の
量より僅かに多いＡサイトリッチ（もしくはＢサイトプ
アー）な組成を有するものである。ここで、下部電極４
がペロブスカイト型結晶構造を持つかどうかは、Ｘ線回
折や電子線回折で容易に判断することができる。The conductive perovskite-type oxide used as the lower electrode 3 has a perovskite-type crystal structure represented by ABO 3 , and further has an A-site element with respect to a normal 1: 1 composition. Has an A-site rich (or B-site poor) composition in which the amount is slightly larger than the amount of the B-site element. Here, the lower electrode 4
Whether or not has a perovskite type crystal structure can be easily determined by X-ray diffraction or electron beam diffraction.
【００２５】Ｂサイト元素であるＴＭ元素は、酸素との
親和力が強く、誘電体薄膜４を構成するペロブスカイト
型酸化物から酸素を奪いやすく、誘電体薄膜４に酸素欠
損が生ずることから、漏れ電流の増加原因や直流電流を
長時間印加し続けた際の絶縁抵抗の劣化原因になるもの
と考えられる。これは特に誘電体薄膜４の膜厚が50nm以
下というように薄い場合に顕著となる。The TM element, which is a B-site element, has a strong affinity for oxygen, easily deprives the perovskite-type oxide constituting the dielectric thin film 4 of oxygen, and causes oxygen deficiency in the dielectric thin film 4, thereby causing leakage current. This is considered to be a cause of increase of the resistance and a cause of deterioration of the insulation resistance when the direct current is continuously applied for a long time. This is particularly noticeable when the dielectric thin film 4 is as thin as 50 nm or less.
【００２６】これに対して、ＡＢＯ3 で示されるペロブ
スカイト型結晶構造を維持し得る範囲で、絶縁性酸化物
を形成するＡＥ元素量がＴＭ元素量より僅かに多い組成
とすることによって、上述した漏れ電流の増加や絶縁抵
抗の劣化を抑制することが可能となる。ただし、ＡＥ元
素量をあまり増やしすぎると、ＡＥ元素の酸化物が析出
する等して、ペロブスカイト型結晶構造を維持すること
が困難となるおそれがあると共に、誘電体薄膜４の容量
が例えば1MHz以上の高周波数域で低下するおそれがあ
る。On the other hand, as long as the perovskite crystal structure represented by ABO 3 can be maintained, the composition is such that the amount of the AE element forming the insulating oxide is slightly larger than the amount of the TM element. It is possible to suppress an increase in leakage current and deterioration of insulation resistance. However, if the amount of the AE element is excessively increased, it may be difficult to maintain the perovskite-type crystal structure due to precipitation of an oxide of the AE element, and the capacity of the dielectric thin film 4 may be, for example, 1 MHz or more. May be reduced in the high frequency range.
【００２７】そこで、下部電極３を構成する導電性ペロ
ブスカイト型酸化物中のＡＥ元素とＴＭ元素との元素比
率を1.01＜ＡＥ／ＴＭ＜ 1.3の範囲としている。なお、
この元素比率は下部電極３に対してＩＣＰ発光分析法等
による組成分析を行い、その結果として上記した範囲を
満足していればよいものとする。ＡＥ／ＴＭ比が1.01以
下であると漏れ電流の増加や絶縁抵抗の劣化を十分に抑
制することができず、一方ＡＥ／ＴＭの比率が 1.3以上
になるとＡＥ元素の酸化物が析出したり、また誘電体薄
膜４の容量が例えば1MHz以上の高周波数域で低下してし
まう。ＡＥ／ＴＭの比率は1.01＜ＡＥ／ＴＭ≦ 1.2とす
ることがより好ましく、さらに好ましくは1.01＜ＡＥ／
ＴＭ≦ 1.1の範囲である。Therefore, the element ratio between the AE element and the TM element in the conductive perovskite oxide constituting the lower electrode 3 is set to be in a range of 1.01 <AE / TM <1.3. In addition,
It is assumed that the element ratio should satisfy the above range as a result of performing composition analysis on the lower electrode 3 by ICP emission spectrometry or the like, and as a result. If the AE / TM ratio is 1.01 or less, it is not possible to sufficiently suppress the increase in leakage current and the deterioration of insulation resistance. On the other hand, if the AE / TM ratio is 1.3 or more, oxides of the AE element may precipitate, Further, the capacitance of the dielectric thin film 4 decreases in a high frequency range of, for example, 1 MHz or more. The ratio of AE / TM is more preferably 1.01 <AE / TM ≦ 1.2, and still more preferably 1.01 <AE / TM.
The range is TM ≦ 1.1.
【００２８】本発明の下部電極３を構成する導電性ペロ
ブスカイト型酸化物は、ＡＥ元素とＴＭ元素とが上記し
た元素比率を満足するものであればよいが、例えば 一般式：ＡＥx ＴＭy Ｏ3-δ ……(1) （式中、ＡＥはＳｒ、ＢａおよびＣａから選ばれる少な
くとも 1種のアルカリ土類元素を、ＴＭはＲｕ、Ｉｒお
よびＲｈから選ばれる少なくとも 1種の遷移金属元素
を、 xは 1、 yは0.77〜0.99の範囲の数を示し、δは酸
素欠陥を表し、通常0≦δ≦0.3 である）と表されるも
のである。ただし、上記 (1)式は組成の一例として挙げ
たものであり、ＡＥ元素の比率x が1.01＜ x＜ 1.3であ
って、ＴＭ元素の比率y が 1の組成であってもよい。The conductive perovskite oxide constituting the lower electrode 3 of the present invention may be any one as long as the AE element and the TM element satisfy the above element ratio. For example, the general formula: AE x TM y O 3-δ (1) (wherein, AE represents at least one alkaline earth element selected from Sr, Ba and Ca, and TM represents at least one transition metal element selected from Ru, Ir and Rh. , X represents 1, y represents a number in the range of 0.77 to 0.99, and δ represents an oxygen vacancy, usually 0 ≦ δ ≦ 0.3). However, the above formula (1) is given as an example of the composition, and the composition may be such that the ratio x of the AE element is 1.01 <x <1.3 and the ratio y of the TM element is 1.
【００２９】ＡＥ元素はＳｒ、ＢａおよびＣａから選ば
れる少なくとも 1種のアルカリ土類元素であればよい
が、誘電体として多用されるＢＳＴＯ等との整合性を考
慮してＳｒを使用することが好ましい。また、ＴＭ元素
はＲｕ、ＩｒおよびＲｈから選ばれる少なくとも 1種の
遷移金属元素であればよいが、安定性や誘電体薄膜４と
の格子整合性等に優れることからＲｕが好ましく用いら
れる。The AE element may be at least one kind of alkaline earth element selected from Sr, Ba and Ca, but Sr may be used in consideration of compatibility with BSTO or the like which is frequently used as a dielectric. preferable. The TM element may be at least one transition metal element selected from Ru, Ir, and Rh. However, Ru is preferably used because of its excellent stability and lattice matching with the dielectric thin film 4.
【００３０】また、上記したＳｒとＲｕを用いた導電性
ペロブスカイト型酸化物において、ＢＳＴＯ等との格子
整合性を高めるために、Ｓｒの一部をＢａまたはＣａの
一方の元素、もしくはＢａおよびＣａの両元素で置換し
て、面内（ａ，ｂ軸）格子定数を調整することも有効で
ある。さらに、これらのアルカリ土類金属の一部をＬａ
やＮｄ等の希土類元素で置換することもできる。In the above-mentioned conductive perovskite oxide using Sr and Ru, in order to improve lattice matching with BSTO or the like, part of Sr is replaced with one element of Ba or Ca, or Ba and Ca. It is also effective to adjust the in-plane (a, b axis) lattice constant by substituting both elements. Further, some of these alkaline earth metals are La
And Nd and other rare earth elements.
【００３１】上部電極５には、下部電極３と同様な組成
を有する導電性ペロブスカイト型酸化物を用いることが
できる。これによって、漏れ電流の発生や絶縁抵抗の劣
化、さらには高周波域での容量の低下をより一層有効に
抑制することができる。また上部電極５のみにＡＥ元素
とＴＭ元素との比率が1.01＜ＡＥ／ＴＭ＜ 1.3を満足す
る導電性ペロブスカイト型酸化物を用いた場合において
も、同様な効果を得ることができる。For the upper electrode 5, a conductive perovskite oxide having a composition similar to that of the lower electrode 3 can be used. As a result, generation of leakage current, deterioration of insulation resistance, and reduction of capacity in a high-frequency range can be more effectively suppressed. Similar effects can be obtained even when a conductive perovskite oxide in which the ratio of the AE element to the TM element satisfies 1.01 <AE / TM <1.3 is used only for the upper electrode 5.
【００３２】なお、上部電極５および下部電極３の一方
のみにＡＥ／ＴＭ比が1.01＜ＡＥ／ＴＭ＜ 1.3の導電性
ペロブスカイト型酸化物を用いる場合、他方の電極には
通常の導電性ペロブスカイト型酸化物、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉ
ｒ等の金属、ＲｕＯ2 、ＩｒＯ2 等の導電性酸化物を使
用することも可能である。When a conductive perovskite oxide having an AE / TM ratio of 1.01 <AE / TM <1.3 is used for only one of the upper electrode 5 and the lower electrode 3, a normal conductive perovskite oxide is used for the other electrode. Oxide, Pt, Ru, I
Metals such as r and conductive oxides such as RuO 2 and IrO 2 can also be used.
【００３３】上述したように、この実施形態の薄膜誘電
体素子２において、下部電極３をＡＥ元素リッチ（もし
くはＴＭ元素プアー）な組成を有する導電性ペロブスカ
イト型酸化物で構成しているため、この導電性ペロブス
カイト型酸化物中のＡＥ／ＴＭ元素比率に基いて、漏れ
電流の増加や直流電流を長時間印加し続けた際の絶縁抵
抗の劣化を抑制することができる。また、例えば1MHz以
上の高周波数域において、誘電体薄膜４の容量が低下す
ることも抑制することができる。従って、薄膜誘電体素
子２の性能および信頼性を大幅に高めることが可能とな
る。As described above, in the thin-film dielectric element 2 of this embodiment, the lower electrode 3 is made of a conductive perovskite oxide having an AE element rich (or TM element poor) composition. Based on the AE / TM element ratio in the conductive perovskite oxide, it is possible to suppress an increase in leakage current and a deterioration in insulation resistance when a direct current is continuously applied for a long time. Further, for example, in a high frequency range of 1 MHz or more, a decrease in the capacity of the dielectric thin film 4 can be suppressed. Therefore, the performance and reliability of the thin-film dielectric element 2 can be greatly improved.
【００３４】なお、本発明の薄膜誘電体素子は、前述し
たＤＲＡＭやＦＲＡＭ等の半導体記憶装置に限らず、Ｇ
ａＡｓ基板上に形成してマイクロ波用キャパシタとして
使用したり、また強誘電性を利用した低消費電力用の液
晶表示装置等、各種デバイスの薄膜キャパシタに適用す
ることが可能である。It should be noted that the thin film dielectric element of the present invention is not limited to a semiconductor memory device such as a DRAM or an FRAM as described above.
It can be formed on an aAs substrate and used as a microwave capacitor, or can be applied to thin film capacitors for various devices such as a liquid crystal display device for low power consumption utilizing ferroelectricity.
【００３５】また、上記実施形態では主として下部電極
３にＡＥ／ＴＭ比が1.01＜ＡＥ／ＴＭ＜ 1.3の導電性ペ
ロブスカイト型酸化物を用いる場合について説明した
が、上部電極５にのみに適用した場合、あるいは下部電
極３と上部電極５の双方に適用した場合も同様である。Further, in the above embodiment, the case where the conductive perovskite oxide having an AE / TM ratio of 1.01 <AE / TM <1.3 is mainly used for the lower electrode 3 has been described. The same applies to the case where the present invention is applied to both the lower electrode 3 and the upper electrode 5.
【００３６】[0036]
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について述べ
る。Next, specific examples of the present invention will be described.
【００３７】実施例１ まず、表面が平滑なＳｉ(100) 単結晶基板上に、組成比
率が異なる 7種類のＳｒＲｕＯ3 薄膜を形成し、導電性
ぺロブスカイド型酸化物からなる下部電極とした。Ｓｒ
ＲｕＯ3 薄膜の成膜は、ＲＦマグネトロンスパッタリン
グ法により、基板温度873K、ＡｒとＯ2 の混合ガス（Ａ
ｒ：Ｏ2 =80:20，ガス圧力0.6Pa)という条件により実施
した。ターゲットとしては、組成の異なる 2種類のＳｒ
x Ｒｕy Ｏ3 ターゲットを使用し、これら 2つのターゲ
ットに投入する高周波電力を調節することにより、異な
る組成のＳｒＲｕＯ3 膜を得た。膜厚はいずれの組成に
おいても約 100nmとした。Example 1 First, seven types of SrRuO 3 thin films having different composition ratios were formed on a Si (100) single crystal substrate having a smooth surface to form a lower electrode made of a conductive perovskite oxide. Sr
The RuO 3 thin film is formed by RF magnetron sputtering at a substrate temperature of 873 K and a mixed gas of Ar and O 2 (A
r: O 2 = 80: 20, gas pressure 0.6 Pa). As targets, two types of Sr with different compositions
Use the x Ru y O 3 target, by adjusting the high-frequency electric power applied to these two targets, to obtain a SrRuO 3 film of different composition. The film thickness was about 100 nm for each composition.
【００３８】このようにして作製した組成が異なる 7種
類のＳｒＲｕΟ3 薄膜は、Ｘ線回折により、いずれもぺ
ロブスカイト型結晶構造を持つことを確認した。また、
それぞれの膜の組成比率をΙＣＰ発光分光法により分析
した。組成分析の結果、Ｓｒ／Ｒｕの比率が0.75から1.
05の間にあることが確認された。[0038] SrRuomikuron 3 thin film of the thus seven different composition was manufactured by X-ray diffraction, both were confirmed to have a perovskite type crystal structure. Also,
The composition ratio of each film was analyzed by ΔCP emission spectroscopy. As a result of composition analysis, the ratio of Sr / Ru was 0.75 to 1.
It was confirmed that it was between 05.
【００３９】次に、このようにして作製した 7種類のＳ
ｒＲｕＯ3 膜の上に、高誘電率薄膜としてＢａ0.5 Ｓｒ
0.5 ＴｉＯ3 薄膜を形成した。Ｂａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ
3 薄膜の作製は、いずれのＳｒＲｕＯ3 膜上についても
同一の条件とし、具体的にはＲＦマグネトロンスパッタ
リング法により、基板温度873K、ＡｒとＯ2 の混合ガス
（Ａｒ：Ｏ2 =80:20，ガス圧力0.6Pa)という条件により
実施した。ターゲットには、緻密に焼結した直径 4イン
チのＢａ0.5 Ｓｒ0.5 ＴｉＯ3 セラミックスを使用し、
このターゲットに高周波電力50OWを投入した。誘電体薄
膜の膜厚は、段差を利用して測定した結果、約30nmであ
った。またＸ線回折により、この誘電体薄膜もペロブス
カイト型結晶構造を持つことを確認した。さらに、この
誘電体薄膜の組成比率をＩＣＰ発光分光法により分析し
た結果、膜組成とターゲット組成が−致することが確認
された。Next, the seven types of S
Ba 0.5 Sr as a high dielectric constant thin film on the rRuO 3 film
A 0.5 TiO 3 thin film was formed. Ba 0.5 Sr 0.5 TiO
The preparation of the three thin films was performed under the same conditions on any of the SrRuO 3 films. Specifically, by a RF magnetron sputtering method, a substrate temperature of 873 K, a mixed gas of Ar and O 2 (Ar: O 2 = 80: 20, The gas pressure was 0.6 Pa). For the target, densely sintered 4 inch diameter Ba 0.5 Sr 0.5 TiO 3 ceramic was used.
High frequency power of 50OW was applied to this target. The thickness of the dielectric thin film was measured using a step, and was about 30 nm. X-ray diffraction confirmed that this dielectric thin film also had a perovskite crystal structure. Furthermore, as a result of analyzing the composition ratio of this dielectric thin film by ICP emission spectroscopy, it was confirmed that the film composition and the target composition matched.
【００４０】次に、このようにして形成した各誘電体薄
膜上に、それぞれ膜厚約 100nmのＰｔ薄膜を上部電極と
して形成した。Ｐｔ薄膜はＲＦマグネトロンスパッタリ
ング法により、室温にて成膜した。Ｐｔ薄膜はリフトオ
フ法により、 100× 100nmの形状に加工した。Next, a Pt thin film having a thickness of about 100 nm was formed as an upper electrode on each of the dielectric thin films thus formed. The Pt thin film was formed at room temperature by RF magnetron sputtering. The Pt thin film was processed into a 100 × 100 nm shape by a lift-off method.
【００４１】このようにして作製した各薄膜キャパシタ
は、下部電極として用いたＳｒＲｕΟ3 膜の組成が異な
る以外、同一構成を有するものである。このような各薄
膜キャパシタの電気的特性を測定したところ、その誘電
率についてはわずかな違いしか見られなかった。一方、
漏れ電流、直流電圧の長時間印加による絶縁抵抗の劣
化、容量の周波数依存性については、下部電極として使
用した導電性ペロブスカイト型酸化物ＳｒＲｕＯ3 の組
成によって次のような違いが見られた。[0041] Each thin film capacitor fabricated in this manner, except that the composition of the SrRuomikuron 3 film used as the lower electrode are different, those having the same configuration. When the electrical characteristics of each such thin film capacitor were measured, only a slight difference was found in the dielectric constant. on the other hand,
With respect to the leakage current, the deterioration of the insulation resistance due to the long-term application of the DC voltage, and the frequency dependence of the capacitance, the following differences were found depending on the composition of the conductive perovskite oxide SrRuO 3 used as the lower electrode.
【００４２】図２は、これら各薄膜キャパシタの上部電
極に +3Vかけたときの、誘電体薄膜に流れる漏れ電流を
単位電極面積あたりに換算した電流密度である。この図
２から、下部電極である導電性ペロブスカイト型酸化物
のＡＥ／ＴＭ元素比率、すなわちＳｒ／Ｒｕ比率が 1よ
り小さい場合には 1×10-8A/cm2 以上の大きなリーク電
流が流れているのに対して、Ｓｒ／Ｒｕ比率が 1を超え
る場合には 1×10A/cm2 以下と漏れ電流が小さいことが
分かる。すなわち、Ｓｒ／Ｒｕ比率を 1より大きくする
ことは、その上に形成した誘電体薄膜に流れる漏れ電流
を小さくするという効果が認められた。FIG. 2 shows the current density obtained by converting the leakage current flowing through the dielectric thin film per unit electrode area when +3 V is applied to the upper electrode of each of these thin film capacitors. From FIG. 2, when the AE / TM element ratio of the conductive perovskite oxide, which is the lower electrode, that is, the Sr / Ru ratio is smaller than 1, a large leak current of 1 × 10 −8 A / cm 2 or more flows. On the other hand, when the Sr / Ru ratio exceeds 1, it can be seen that the leakage current is as small as 1 × 10 A / cm 2 or less. That is, it was recognized that setting the Sr / Ru ratio to be larger than 1 was effective in reducing the leakage current flowing through the dielectric thin film formed thereon.
【００４３】図３は、これら各薄膜キャパシタの上部電
極に +3Vの直流電圧を、30分間かけ続けたときの漏れ電
流密度の時間変化を調べた結果である。この図３から
は、電圧をかけ初めて10分以内の領域では、いずれの薄
膜キャパシタも時間と共に漏れ電流密度が減少するが、
Ｓｒ／Ｒｕ比率が 0.9の場合には約15分経過したあたり
から、またＳｒ／Ｒｕ比率が 1の場合には約25分経過し
たあたりから、漏れ電流の増加がはじまり、ついには絶
縁破壊に至ることが分かる。−方、Ｓｒ／Ｒｕ比率が 1
より大きい場合には、この試験の測定時問の範囲内では
漏れ電流の増加は見られなかった。すなわち、絶縁抵抗
の劣化が少ないことを示している。FIG. 3 shows the result of examining the change over time of the leakage current density when a DC voltage of +3 V is continuously applied to the upper electrode of each of these thin film capacitors for 30 minutes. From FIG. 3, it can be seen from FIG. 3 that the leakage current density of any of the thin film capacitors decreases with time in a region within 10 minutes for the first time when a voltage is applied.
When the Sr / Ru ratio is 0.9, the leakage current starts to increase after about 15 minutes, and when the Sr / Ru ratio is 1, about 25 minutes, and eventually causes dielectric breakdown. You can see that. -, Sr / Ru ratio is 1
Above this, no increase in leakage current was seen within the measurement time of this test. That is, it indicates that the insulation resistance is less deteriorated.
【００４４】図４はこれら各薄膜キャパシタにおけるキ
ャパシタンスの周波数依存性を測定した結果である。こ
の図４からは、下部電極として用いた導電性ペロブスカ
イト型酸化物のＡＥ元素とＴＭ元素の比率、すなわちＳ
ｒ／Ｒ比率が 1.3以上の場合には1MHzで比誘電率が著し
く低下することが分かる。一方、Ｓｒ／Ｒｕ比率が1.3
未満の場合には1MHzまでほとんどキャパシタンスの低下
は見られなかった。すなわち、キャパシタンスの周波数
依存性が小さいことを示している。また、このキャパシ
タンスの周波数依存性をより小さくする上で、ＡＥ／Ｔ
Ｍ比率は 1.2以下、特に 1.1以下とすることが好ましい
ことが分かる。FIG. 4 shows the results of measuring the frequency dependence of the capacitance of each of these thin film capacitors. FIG. 4 shows that the ratio of the AE element to the TM element of the conductive perovskite oxide used as the lower electrode, that is, S
It can be seen that when the r / R ratio is 1.3 or more, the relative dielectric constant decreases significantly at 1 MHz. On the other hand, when the Sr / Ru ratio is 1.3
At less than 1 MHz, the capacitance was hardly reduced to 1 MHz. That is, it indicates that the frequency dependence of the capacitance is small. In order to further reduce the frequency dependence of the capacitance, AE / T
It is understood that the M ratio is preferably 1.2 or less, particularly preferably 1.1 or less.
【００４５】これらの電気的特性に関する測定結果は、
下部電極として用いる導電性ペロブスカイト型酸化物の
ＡＥ元素とＴＭ元素との比率が1.01より大きく、かつ
1.3より小さいときに、漏れ電流が小さく、直流電庄の
長時問印加による絶縁抵抗の劣化が小さく、かつキャパ
シタンスの周波数依存性に優れた薄膜キャパシタが得ら
れることを示している。The measurement results regarding these electrical characteristics are as follows:
The ratio of the AE element to the TM element of the conductive perovskite oxide used as the lower electrode is greater than 1.01, and
When the ratio is smaller than 1.3, it is shown that a thin film capacitor having a small leakage current, a small deterioration of insulation resistance due to a long-term application of a DC voltage, and an excellent frequency dependence of capacitance can be obtained.
【００４６】実施例２ 上記実施例１において、下部電極を構成する導電性ペロ
ブスカイト型酸化物として、Ｂａ0.1 Ｓｒ0.9 ＲｕＯ3
およびＣａ0.1 Ｓｒ0.9 ＲｕＯ3 をそれぞれ使用する以
外は、実施例１と同一条件で薄膜キャパシタを作製し
た。この薄膜キャパシタの電気的特性を、下部電極にお
けるＡＥ元素とＴＭ元素との比率、すなわち（Ｂａ＋Ｓ
ｒ）／Ｒｕ比率、あるいは（Ｃａ＋Ｓｒ）／Ｒｕ比率を
変えて、実施例１と同様にして調べた。Example 2 In Example 1, Ba 0.1 Sr 0.9 RuO 3 was used as the conductive perovskite oxide constituting the lower electrode.
A thin film capacitor was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that Ca 0.1 Sr 0.9 RuO 3 was used. The electrical characteristics of this thin-film capacitor were calculated using the ratio of the AE element and the TM element in the lower electrode, ie, (Ba + S
r) / Ru ratio or (Ca + Sr) / Ru ratio was changed and examined in the same manner as in Example 1.
【００４７】その結果、実施例１と同様に、上記したＡ
Ｅ／ＴＭ比率が1.01より大きく、かつ 1.3より小さいと
きに、漏れ電流が小さく、また直流電圧の長時問印加に
よる絶縁抵抗の劣化が小さく、かつキャパシタンスの周
波数依存性に優れた薄膜キャパシタが得られることを確
認した。As a result, similar to the first embodiment,
When the E / TM ratio is larger than 1.01 and smaller than 1.3, a thin-film capacitor having a small leakage current, a small deterioration of insulation resistance due to a long-term application of a DC voltage, and an excellent frequency dependence of capacitance can be obtained. I confirmed that
【００４８】なお、上記した実施例１および実施例２で
用いた導電性ペロブスカイト型酸化物以外についても、
Ｓｒ、ＢａおよびＣａから選ばれる少なくとも 1種のア
ルカリ土類元素ＡＥと、Ｒｕ、ＩｒおよびＲｈから選ば
れる少なくとも 1種の遷移金属元素ＴＭとを主成分とす
る導電性ペロブスカイト型酸化物は、同様な傾向を示し
た。It should be noted that other than the conductive perovskite oxide used in Examples 1 and 2 described above,
The conductive perovskite oxide mainly composed of at least one alkaline earth element AE selected from Sr, Ba and Ca and at least one transition metal element TM selected from Ru, Ir and Rh is the same Showed a tendency.
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極と誘電体薄膜との界面整合性を高めた上で、漏れ電流
や直流電流を長時間印加し続けた際の絶縁抵抗の劣化が
少なく、かつ容量の周波数特性が平坦な薄膜誘電体素子
を提供することが可能となる。これにより、ペロブスカ
イト型酸化物からなる誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシ
タ等の性能および信頼性を大幅に高めることができるこ
とから、例えば半導体集積回路の高集積化に大きく貢献
するものである。As described above, according to the present invention, deterioration of insulation resistance when leakage current or DC current is continuously applied for a long period of time after enhancing the interface matching between the electrode and the dielectric thin film is improved. It is possible to provide a thin-film dielectric element with less frequency characteristics and a flat capacitance frequency characteristic. As a result, the performance and reliability of a thin film capacitor or the like using a dielectric thin film made of a perovskite oxide can be greatly improved, and this greatly contributes to, for example, high integration of a semiconductor integrated circuit.
【図１】 本発明の薄膜誘電体素子の一実施形態の概略
構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an embodiment of a thin-film dielectric element of the present invention.
【図２】 下部電極としての導電性ペロブスカイト型酸
化物中のＡＥ／ＴＭ元素比率と漏れ電流との関係の一例
を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a relationship between an AE / TM element ratio and a leakage current in a conductive perovskite oxide serving as a lower electrode.
【図３】 下部電極としての導電性ペロブスカイト型酸
化物中のＡＥ／ＴＭ元素比率を変化させた際の電圧印加
時間の経過に伴う漏れ電流の変化の一例を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing an example of a change in leakage current with the passage of voltage application time when the AE / TM element ratio in a conductive perovskite oxide as a lower electrode is changed.
【図４】 下部電極としての導電性ペロブスカイト型酸
化物中のＡＥ／ＴＭ元素比率を変化させた際の周波数に
対する比誘電率の変化の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a change in relative dielectric constant with respect to frequency when an AE / TM element ratio in a conductive perovskite oxide serving as a lower electrode is changed.
１……基板 ２……薄膜誘電体素子 ３……下部電極 ４……誘電体薄膜 ５……上部電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Thin film dielectric element 3 ... Lower electrode 4 ... Dielectric thin film 5 ... Upper electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/10 ４５１ Ｈ０１Ｌ 29/78 ３７１ 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 福島 伸 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 川久保 隆 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 27/10 451 H01L 29/78 371 21/8247 29/788 29/792 (72) Inventor Shin Fukushima Shinsaiku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1, Komukai Toshiba, Toshiba R & D Center (72) Inventor Takashi Kawakubo No. 1, Komukai Toshiba, Kochi, Kawasaki, Kanagawa Prefecture, Toshiba R & D Center
Claims (1)
ブスカイト型酸化物からなる誘電体薄膜および上部電極
を具備する薄膜誘電体素子において、 前記下部電極および上部電極の少なくとも一方は、Ｓ
ｒ、ＢａおよびＣａから選ばれる少なくとも 1種のアル
カリ土類元素ＡＥと、Ｒｕ、ＩｒおよびＲｈから選ばれ
る少なくとも 1種の遷移金属元素ＴＭとを主成分とし、
かつ前記ＡＥ元素とＴＭ元素との比率が1.01＜ＡＥ／Ｔ
Ｍ＜ 1.3を満足する導電性ペロブスカイト型酸化物から
なることを特徴とする薄膜誘電体素子。1. A thin-film dielectric device comprising a lower electrode, a dielectric thin film made of perovskite oxide, and an upper electrode, which are sequentially stacked on a substrate, wherein at least one of the lower electrode and the upper electrode is
at least one alkaline earth element AE selected from r, Ba and Ca, and at least one transition metal element TM selected from Ru, Ir and Rh as main components;
And the ratio of the AE element to the TM element is 1.01 <AE / T
A thin-film dielectric element comprising a conductive perovskite oxide satisfying M <1.3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9017046A JPH10214947A (en) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | Thin film dielectric element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9017046A JPH10214947A (en) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | Thin film dielectric element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10214947A true JPH10214947A (en) | 1998-08-11 |
Family
ID=11933060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9017046A Withdrawn JPH10214947A (en) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | Thin film dielectric element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10214947A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6392265B2 (en) | 2000-01-12 | 2002-05-21 | Fujitsu Limited | Semiconductor device |
| JP2002542609A (en) * | 1999-04-13 | 2002-12-10 | テレフオンアクチーボラゲツト エル エム エリクソン（パブル） | Tunable microwave device |
| WO2005093118A1 (en) * | 2004-03-29 | 2005-10-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Method for producing high heat resistant conductive thin film, high heat resistant conductive thin film produced by that method, multilayer film, and device having multilayer film |
| KR100773670B1 (en) * | 2006-12-14 | 2007-11-05 | 이해영 | Flexible cable for high-frequency transmission |
| KR20100005617A (en) * | 2008-07-07 | 2010-01-15 | (주)에이스안테나 | Single transmission line for plurality of antenna |
| JP2012129382A (en) * | 2010-12-16 | 2012-07-05 | Ricoh Co Ltd | Piezoelectric element and printer head and ink jet printer |
| JP2012199334A (en) * | 2011-03-18 | 2012-10-18 | Ricoh Co Ltd | Electromechanical conversion element, electromechanical conversion element manufacturing method, droplet discharge head and droplet discharge device |
| KR101867378B1 (en) * | 2016-08-05 | 2018-06-15 | 한국과학기술연구원 | Manufacturing method of capasitor having bsto dielectric material |
-
1997
- 1997-01-30 JP JP9017046A patent/JPH10214947A/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002542609A (en) * | 1999-04-13 | 2002-12-10 | テレフオンアクチーボラゲツト エル エム エリクソン（パブル） | Tunable microwave device |
| US6392265B2 (en) | 2000-01-12 | 2002-05-21 | Fujitsu Limited | Semiconductor device |
| WO2005093118A1 (en) * | 2004-03-29 | 2005-10-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Method for producing high heat resistant conductive thin film, high heat resistant conductive thin film produced by that method, multilayer film, and device having multilayer film |
| KR100773670B1 (en) * | 2006-12-14 | 2007-11-05 | 이해영 | Flexible cable for high-frequency transmission |
| KR20100005617A (en) * | 2008-07-07 | 2010-01-15 | (주)에이스안테나 | Single transmission line for plurality of antenna |
| JP2012129382A (en) * | 2010-12-16 | 2012-07-05 | Ricoh Co Ltd | Piezoelectric element and printer head and ink jet printer |
| JP2012199334A (en) * | 2011-03-18 | 2012-10-18 | Ricoh Co Ltd | Electromechanical conversion element, electromechanical conversion element manufacturing method, droplet discharge head and droplet discharge device |
| KR101867378B1 (en) * | 2016-08-05 | 2018-06-15 | 한국과학기술연구원 | Manufacturing method of capasitor having bsto dielectric material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4011334B2 (en) | Ferroelectric capacitor manufacturing method and target | |
| US6172385B1 (en) | Multilayer ferroelectric capacitor structure | |
| US5122923A (en) | Thin-film capacitors and process for manufacturing the same | |
| US7349195B2 (en) | Thin film capacitor and method for manufacturing the same | |
| US6873517B2 (en) | Ferroelectric capacitor | |
| JP3319994B2 (en) | Semiconductor storage element | |
| KR20010031913A (en) | Dielectric element and manufacturing method therefor | |
| JPH10189881A (en) | Capacitor with high-temperature electrode barrier its manufacture | |
| US7382013B2 (en) | Dielectric thin film, dielectric thin film device, and method of production thereof | |
| EP0957516A1 (en) | Method for manufacturing oxide dielectric device, and memory and semiconductor device usign the device | |
| JPH10214947A (en) | Thin film dielectric element | |
| JPH07245236A (en) | Dielectric capacitor and manufacture thereof | |
| KR20070089638A (en) | Semiconductor apparatus and method of manufacturing said semiconductor apparatus | |
| JPH09246496A (en) | Method of forming dielectric thin film and method of manufacturing semiconductor device using it | |
| JP4604939B2 (en) | Dielectric thin film, thin film dielectric element and manufacturing method thereof | |
| JP3320134B2 (en) | High dielectric constant capacitor and manufacturing method thereof | |
| JPH09129827A (en) | Ferroelectric capacitor | |
| JP3981142B2 (en) | Ferroelectric capacitor and manufacturing method thereof | |
| JP2500611B2 (en) | High dielectric constant thin film | |
| JP3954390B2 (en) | Dielectric capacitor | |
| JPH10144867A (en) | Thin film capacitor | |
| JP2001189422A (en) | Method of manufacturing thin-film capacitor | |
| JP2001102544A (en) | Thin-film capacitor and manufacturing method therefor | |
| JPH10214943A (en) | Thin film dielectric element | |
| JP2003179210A (en) | Semiconductor memory device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040406 |