Nb_2O_5添加及び積層による高誘電率Ta_2O_5膜の低温結晶化(ゲート絶縁膜, 容量膜, 機能膜及びメモリ技術)

概要

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次世代のDRAMでは、下部電極に金属材料を用いるMIM構造キャパシタが必須となる。しかし、高容量絶縁膜として現在実用化されているTa_2O_5膜は結晶化温度が700℃以上と高いため、MIMキャパシタに適用すると、結晶化熱処理中に下部電極やバリア層が酸化されて導通不良を引き起こす問題が生じる。このため、Ta_2O_5膜の結晶化温度の低温化が不可欠であった。我々は、Ta_2O_5膜中にNb_2O_5を10%添加することにより、結晶化温度が100℃以上低温化し、比誘電率が20%以上増大することを見出した。これは、高誘電率を発現する六方晶相がより低温で安定化するためと考えられる。リーク電流特性も、純Ta_2O_5膜と同等であった。また、Nb_2O_5膜を種層としてTa_2O_5膜を積層すると、Ta_2O_5膜の結晶化温度は500℃以下に低温化した。これは、六方晶のNb_2O_5上で六方晶のTa_2O_5が不整合エピタキシャル成長した結果と考えられる。Ta_2O_5/Nb_2O_5積層膜は、Ta_2O_5単層膜と同等のリーク電流を維持しつつ、誘電率は約2倍に増大した。以上の結果から、Nb_2O_5添加Ta_2O_5膜及びTa_2O_5/Nb_2O_5積層膜はMIMキャパシタ用の容量絶縁膜として大変有望である。
社団法人電子情報通信学会の論文
2005-06-03