強誘電体/導電体界面現象の解析・制御とメモリ素子への応用

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07650374
• 研究機関: 姫路工業大学
• 研究代表者: 清水 勝 姫路工業大学, 工学部, 助教授 (30154305)
• 研究分担者: 藤沢 浩訓 姫路工業大学, 工学部, 助手 (30285340)
• キーワード: Ir電極 / RFスパッタ法 / MOCVD法 / Pb (Zr, Ti) O_3薄膜 / バリア層 / 全反射X線回折法 / DLTS法 / 界面準位

研究概要

当該年度は当初の予定通り、まず電極や強誘電体薄膜の最適成条件の更なる確立を図った。Pt、Ir及びIrO_2等の電極は、RFスパッタ法により作製した。IrO_2に関しては、従来はIrターゲットを用いた反応性スパッタ法により成膜していたが、IrO_2セラミックターゲットを初めて用いたスパッタ法により配向性IrO_2膜を得ることに成功した。MOCVD法により各種電極上に強誘電性Pb (Zr, Ti) O_3 (PZT)膜を再現性良く作製することができた。
Pt、Ir、IrO_2、Ir/IrO_2各々の電極上にPZT膜を形成した場合の、界面での相互拡散の様子を二次イオン質量分析法(SIMS)により調べたところ、Ir及びIr/IrO_2はPb、Zr及びTiの拡散に対して良好なバリア層として働くことが確認された。またIrO_2に関しては、そのブロック作用が結晶性に大きく依存することがわかった。これらの良好なバリア性は、Pt電極には見られずIr系電極の優位性が確認された。一般に、Ir系電極上に作製したPZT膜はPt電極上に作製したものに比べ、誘電率や残留分極は小さく、抗電界は大きくなったが、これはPZT膜の配向性がIr系電極上の方が悪いことによる。また、Ir/IrO_2/PZT/Ir/IrO_2/SiO_2/Si構造のキャパシタでは分極反転疲労が10^<11>サイクルまで生じないものが得られた。さらに全反射X線回折法により、Pt/MgO基板上に成長させたPbTiO_3やPZT薄膜のエピタキシャル構造や膜歪みに関する知見を得た。
C-V測定やDLTS (Deep Level Transient Spectroscopy)法により、強誘電体/導電体/半導体界面での電気的特性評価を行ったところ、PZT/Si界面には多くの界面準位の存在が確認された。

研究成果

• [文献書誌] M. Shinmizu: "Growth and Characterization of Pb-based Ferroelectric Oxide Thin Films by MOCVD." Mat. Rec. Soc. Symp. Proc.,. 141. 129-138 (1996)
• [文献書誌] M. Shimizu: "Effect of La and Nb Modification on the Electrical Properties of Pb (Zr, Ti) O_3 Thin Films by MOCVD" Integlated Ferroelectrics. (印刷中).
• [文献書誌] M. Shimizu: "Step Goverage of Pb (Zr, Ti) O_3 Thin Films Grown by MOCVD." Mat. Rec. Soc. Symp. Proc.433. 201-206 (1996)
• [文献書誌] H. Fujisawa: "Depandence of Crystalline Structure and Lattice Parameters on Film Thickness in PbTiO_3/Pt/MgO Ejpitaxial structure." Jpan. J. Appl. Phys.35. 4913-4918 (1996)
• [文献書誌] M. Slhimizu: "MOCVD of Pb-based Ferroelectric Oxide Thin Films." J. Cryst. Growth. 173 (印刷中). (1997)
• [文献書誌] M. Shimizu: "Electrical Properties of Pb (Zr, Ti) O_3 Thin Films on Ir and IrO_2 Electrodes by MOCVD" Proc. sthe Tenth Int. Symp. on the Applications of Ferroelectrics. (印刷中).