タンタル系固溶体合金の陽極酸化膜による薄膜コンデンサの作製とその信頼性の評価

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650329
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 佐々木 克孝 北見工業大学, 工学部, 教授 (80091552)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川村 みどり 北見工業大学, 工学部, 助手 (70261401) ; 阿部 良夫 北見工業大学, 工学部, 助教授 (20261399)
• Keywords: 陽極酸化膜キャパシタ / Hf陽極酸化膜 / Zr陽極酸化膜 / 電気伝導機構 / Schottky伝導 / Poole-Frenkel伝導 / 高誘電率化 / 低損失特性

Research Abstract

前年度は、Ta-Zr合金膜に着目して陽極酸化膜を作製し、そのキャラクタリゼーションとしてキャパシタ特性と漏れ電流特性を酸化膜厚の低減効果と耐熱性との関連から検討し、均一な複合酸化物が得られるばかりでなく、Ta単体の陽極酸化膜の場合より高耐熱化が可能となり、加えて、高誘電率な特徴を保持したまま低損失なキャパシタを実現できる事も明らかにした。
しかしながら、タンタルと固溶体合金化しようと試みているHfやZrの単体の陽極酸化膜が有するキャパシタ特性については、近年high-k材料として注目されているにも拘らず不明な点も数多く存在する。そこで、本年度は、Hf及びZr単体の陽極酸化膜についてX線回折の検討と共に、そのキャパシタ特性と漏れ電流特性に関する基礎的な検討を行った。その結果、Hf及びZrのいずれの場合でも、Ta陽極酸化膜を凌駕する優れたキャパシタ特性が得られることが明らかとなった。加えて、Hf陽極酸化膜の電気伝導機構はSchottky伝導に従うが、ZrのそれはPoole-Frenkel伝導に従うことが知られた。また、熱的安定性の点から両者を比較した場合には、Hfの方がZrの場合よりも優れていることも明らかになった。即ち、Zr陽極酸化膜の耐熱性はTa陽極酸化膜の場合よりもわずかに優れている程度にすぎないにも拘らず、Ta-Zr合金化することで高耐熱化が可能となった理由は、合金化させた事に伴う効果と、その電気伝導機構がPoole-FrenkelからSchottky伝導へ変わることと密接に関わっているものと思われる。

Research Products

• [Publications] 渡辺, 後藤, 山根, 佐々木, 阿部: "Ta-Zr合金による陽極酸化膜キャパシタの電気的特性に及ぼす熱処理温度と酸化膜厚低減の影響"電子情報通信学会論文誌(C). Vol.J85-CNo.6. 455-461 (2002)
• [Publications] Yanagisawa, Kamijyo, Shinkai, Sasaki, Abe, Yamane: "Electrical properties of HfO_2 thin insulating film prepared by anodic oxidation"Jpn.J.Appi.Phys., Pt.1. Vol.41 No.8. 5284-5287 (2002)
• [Publications] Kamijyo, Onozuka, Shinkai, Sasaki, Yamane, Abe: "Capacitor property and leakage current mechanism of ZrO_2 thin dielectric films prepared by anodic oxidation"Jpn.J.Appi.Phys., Pt.1. (accepted). (2003)