不揮発性メモリの実現に向けた高誘電率キャパシタ材料の低温形成

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555194
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 光田 好孝 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (20212235)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小田 克郎 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (80177229)
• Keywords: 強誘電体薄膜 / チタン酸バリウム / スパッタリング / 高周波バイアス / イオン衝撃 / 低温結晶化 / 誘電特性 / ヒステリシス

Research Abstract

特徴的な電気物性を持った強誘電体薄膜は,強誘電メモリの実用化を目指した動きが著しい。優れた特性を得るためには結晶化が不可欠であるため,通常は高温の熱処理により結晶化させているが,電子デバイスとしての特性を劣化させる主要な原因ともなっている。申請者らは,結晶化を促進させる手段として,高周波バイアスを基板に印加する両極性スパッタリング法を提唱した。この方法により,国内外ともに例を見ない250℃という低温下で,組成のズレがあるものの部分的に結晶化したチタン酸バリウム膜の堆積に成功している。そこで,本研究では,イオン衝撃による膜の結晶化を促進し,電子デバイス級の高品質な結晶膜の作製を目的とする。
代表的な強誘電体の一つであるチタン酸バリウムを研究対象に選び,現有の両極性スパッタリング装置を用いて,基板には電子デバイスの応用などの観点からシリコン基板,ターゲットには得られる薄膜組成が化学量論組成となるように混合比を調整した粉末ターゲットを用いて,チタン酸バリウム薄膜の作製を行った。昨年までに,低基板温度でもイオン衝撃により薄膜の結晶化が進行して比誘電率の増加が確認されていたが,同時に,結晶欠陥に依存する漏れ電流に起因する誘電損失が大きいという欠点も明らかとなっている。これは,高エネルギーイオンの衝撃により結晶欠陥が導入されているためと考えられる。そこで,照射イオンエネルギーを低減させると同時に照射イオン数を増加させるために,用いるプラズマの電離密度の向上を目指した研究を行った。その結果,誘電損失が減少する傾向が確認され,プロセスの最適化により高い比誘電率と低い誘電損失との両方を実現させる可能性が示された。