发明名称 铁电体元件及其制造方法
摘要 本发明系使用钙钛矿结构之铁电体薄膜提供一种具有高Pr及低Ec之高集积度的铁电体元件。本发明系使用钙钛矿结构之铁电体薄膜,对于构成结晶晶格之A位置,B位置,产生分极之C位置藉由组合不同离子半径的元素提供结晶晶格任意的变形,结果提供一种以电极挟住具有高自发极化及低抗电场之铁电体薄膜结构的铁电体元件。
申请公布号 TW348320 申请公布日期 1998.12.21
申请号 TW086102504 申请日期 1997.03.03
申请人 日立制作所股份有限公司 发明人 大石知司;生田目俊秀;前田邦裕;高桥研;铃木孝明
分类号 H01L27/13 主分类号 H01L27/13
代理机构 代理人 林志刚 台北巿南京东路二段一二五号七楼
主权项 1.一种铁电体元件,系具有上部电极,铁电体薄膜及下部电极的铁电体元件,其特征系该铁电体薄膜为钙钛矿结构且长周期结构中具有一层的粘连层。2.一种铁电体元件,系具有上部电极,铁电体薄膜及下部电极之铁电体元件,其特征系该铁电体薄膜为钙钛矿结构,且具有由(AO)2+(By-1CyO3y+1)2----(化学式42)A=Tl,Hg,Ce,Y,Pr,Nd,Pm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,La,SmB=Bi,Pb,Ca,Sr,Ba中之至少一种以上C=Ti,Nb,Ta,W,Mo,Fe,Co,Cr,Zr中之至少一种以上y=2,3,4,5所构成之组成。3.一种铁电体元件,系具有上部电极,铁电体薄膜及下部电极的铁电体元件,其特征系该铁电体薄膜为钙钛矿结构,且具有由(PbO)2+(By-1CyO3y+1)2----(化学式43)B=Ca,Sr,Ba中之至少一种以上C=Ti,Nb,Ta,W,Mo,Fe,Co,Cr,Zr中之至少一种以上y=2,3,4,5所构成的组成。4.一种铁电体薄膜,其特征系如申请专利范围第1-3项中任一项之铁电体元件的铁电体薄膜对于下部电极形成(100)配向或(010)配向。5.一种铁电体薄膜,其特征系如申请专利范围第1-3项中任一项之铁电体元件的铁电体薄膜对于下部电极形成(110)配向。6.一种铁电体薄膜,其特征系如申请专利范围第1-3项中任一项之铁电体元件的铁电体薄膜对于下部电极形成(001)配向。7.一种铁电体薄膜,其特征系如申请专利范围第1-3项中任一项之铁电体元件的铁电体薄膜对于下部电极形成c轴倾斜45的配向。8.如申请专利范围第4项的铁电体薄膜,其中对于下部电极形成(100)配向或(010)配向之铁电体薄膜的比例为70%以上。9.如申请专利范围第5项的铁电体薄膜,其中对于下部电极形成(110)配向之铁电体薄膜的比例为80%以上。10.如申请专利范围第6项的铁电体薄膜,其中对于下部电极形成(001)配向之铁电体薄膜的比例为70%以上。11.如申请专利范围第7项的铁电体薄膜,其中对于下部电极形成c轴倾斜45之配向之铁电体薄膜的比例为90%以上。12.一种铁电体元件,系由上部电极,铁电体薄膜及下部电极所构成的铁电体元件,其特征系该铁电体薄膜为钙钛矿结构且长周期结构中具有二层的粘连层。13.一种铁电体元件,系由上部电极,铁电体薄膜及下部电极所构成之铁电体元件,其特征系该铁电体薄膜为钙钛矿结构,且具有由(Bi2-xAxO2)2+(By-1CyO3y+1)2----(化学式44)A=Tl,Hg,Sb,AsB=Bi,Pb,Ca,Sr,Ba,Y,稀土类元素中之至少一种以上C=Ti,Nb,Ta,W,Mo,Fe,Co,Cr,Zr中之至少一种以上O<x<2y=1,2,3,4,5所构成的组成。14.一种铁电体元件,系具有上部电极,铁电体薄膜及下部电极的铁电体元件,其特征系该铁电体薄膜为钙钛矿结构,且具有由(Bi2-xPbxO2)2+(By-1CyO3y+1)2----(化学式45)B=Bi,Pb,Ca,Sr,Ba,Y,稀土类元素中之至少一种以上C=Ti,Nb,Ta,W,Mo,Fe,Co,Cr,Zr中之至少一种或Ti,Nb,Ta,W,Mo,Co,Cr中之至少二种以上0<x<2y=1,2,3,4,5所构成的组成。15.一种铁电体薄膜,其特征系如申请专利范围第12.13或14项之铁电体元件的铁电体薄膜对于下部电极形成(100)配向或(010)配向。16.一种铁电体薄膜,其特征系如申请专利范围第12.13或14项之铁电体元件的铁电体薄膜对于下部电极形成(110)配向。17.一种铁电体薄膜,其特征系如申请专利范围第12.13或14项之铁电体元件的铁电体薄膜对于下部电极形成c轴倾斜45之配向。18.如申请专利范围第15项的铁电体薄膜,其中对于该下部电极形成(100)配向或(010)配向之铁电体薄膜的比例为70%以上。19.如申请专利范围第16项的铁电体薄膜,其中对于该下部电极形成(110)配向之铁电体薄膜的比例为80%以上。20.如申请专利范围第17项的铁电体薄膜,其中对于该下部电极形成c轴倾斜45之配向之铁电体薄膜的比例为90%以上。21.一种铁电体元件,系于铁电体薄膜之两侧具备电极之平面型结构的铁电体元件,其特征系该铁电体薄膜为钙钛矿结构,且如申请专利范围第1-3项中任一项之铁电体元件的该铁电体薄膜的厚度为0.3m以下。22.一种铁电体元件,系于铁电体薄膜之两侧具备电极之平面型结构的铁电体元件,其特征系该铁电体薄膜为钙钛矿结构,且为如申请专利范围第12.13或14项的组成,且该铁电体薄膜的宽度为0.3m以下。23.一种下部电极,其特征系如申请专利范围第1.2.3.12.13或14项中任一项之铁电体元件的下部电极系由底部基板,金属,单一元素之导电性氧化物,钙钛矿结构之导电性氧化物所构成,且前述导电性氧化物以特定面进行配向。24.一种上部电极,其特征系如申请专利范围第1.2.3.12.13或14项中任一项之铁电体元件的该上部电极由与铁电体薄膜之接触层开始依序为钙钛矿结构之导电性氧化物,金属或钙钛矿结构之导电性氧化物,单一元素所成之导电性氧化物,金属所构成。25.一种电极,其特征系如申请专利范围第21项之铁电体元件的铁电体薄膜所具备的电极其与铁电体薄膜之接触侧必须由单一元素所成之导电性氧化物或钙钛矿结构之导电性氧化物所构成。26.一种金属,其特征系如申请专利范围第23项之电极的该金属为Pt,Au,Al,Ni,Cr,Ti,Mo,W中之至少一种的金属。27.一种导电性氧化物,其特征系如申请专利范围第23项之电极之该单一元素所构成的导电性氧化物为Ti,V,Eu,Cr,Mo,W,Ph,Os,Ir,Pt,Re,Ru,Su中之至少一种的氧化物,且电阻率为lmcm以下。28.一种导电性氧化物,其特征系如申请专利范围第23项之电极之该钙钛矿结构的导电性氧化物为具有ReO3,SrReO3,BaReO3,LaTiO3,SrVO3,CaCrO3,SrCrO3,SrFeO3,La1-xSrxCoO3(0<x<0.5),LaNiO3,CaRuO3,SrRuO3,SrTiO3,BaPbO3中之至少一种的钙钛矿,且电阻率为1mcm以下。29.一种铁电体薄膜的制造方法,其特征系藉由喷镀法在氧气与惰性气体之混合气体的气氛下,且形成温度为650℃以下形成铁电体薄膜。30.一种铁电体薄膜的制造方法,其特征系藉由雷射蒸镀法在氧或被激发之氧的气氛下,且形成温度为650℃以下形成铁电体薄膜。31.一种铁电体薄膜的制造方法,其特征系藉由MOCVD法在氧及惰性气体之混合气体的气氛下,且形成温度为650℃以下形成铁电体薄膜。32.一种铁电体薄膜的制造方法,其特征系藉由以烷氧基金属或有机酸盐为出发原料之旋转涂布法,在常压下,且形成温度为650℃以下形成铁电体薄膜。33.一种铁电体薄膜的制造方法,其特征系藉由以烷氧基金属或有机酸盐为出发原料之浸涂法,在常压下,且形成温度为650℃以下形成铁电体薄膜。34.一种铁电体薄膜之制造方法,系一种藉由以申请专利范围第32项或第33项之烷氧基金属或有机酸盐为出发原料之旋转涂布法或浸涂法之铁电体薄膜的制造方法,其特征系在照射紫外线领域之光线的状态下形成铁电体薄膜。35.一种上部电极,其特征系如申请专利范围第1.2.3.12.13或14项中任一项之铁电体元件的该上部电极系以透明的导电性氧化物所构成。36.一种电极,其特征系如申请专利范围第21或22项之铁电体元件的铁电体薄膜两侧所具备的电极中,至少一侧之电极为透明的导电性氧化物。37.一种透明的导电性氧化物,其特征系如申请专利范围第35项之透明的导电性氧化物为具有In2O3,SnO2,ZnO,ITO(In-Sn-O),ATO(掺杂Sb之Sn),FTO(掺杂F之Sn),CTO(Cd-Sn-O)中之至少一种的氧化物,且电阻率为1mcm以下,且在可见光领域的透过率为80%以上。38.一种铁电体记忆单元,其特征系如申请专利范围第1.2.3.12.13或14项中任一项之铁电体元件的铁电体元件在半导体场效电晶体的闸极上形成。39.一种铁电体记忆单元,其特征系如申请专利范围第1.2.3.12.13或14项中任一项之铁电体元件的该铁电体元件作为半导体MOS部之电容器。40.一种铁电体记忆单元,其特征系如申请专利范围第21或22项之铁电体元件的该铁电体元件作为半导体MOS部之电容器。41.一种红外线感知器,其特征系将申请专利范围第1.2、3.12.13或14项中任一项之铁电体元件之薄膜,作为热电型红外线感知器使用。42.一种光应系统,其特征系具备将申请专利范围第35项之透明导电性氧化物用于电极之铁电体元件。43.一种记忆体,其特征系将申请专利范围第38项之该铁电体记忆单元作为非接触型读出或写入记忆体使用。44.一种导电性氧化物,其特征系如申请专利范围第24项之电极之该单一元素所构成的导电性氧化物为Ti,V,Eu,Cr,Mo,W,Ph,Os,Ir,Pt,Re,Ru,Su中之至少一种的氧化物,且电阻率为1mcm以下。45.一种导电性氧化物,其特征系如申请专利范围第24项之电极之该钙钛矿结构的导电性氧化物为具有ReO3,SrReO3,BaReO3,LaTiO3,SrVO3,CaCrO3,SrCrO3,SrFeO3,La1-xSrxCoO3(0<x<0.5),LaNiO3,CaRuO3,SrRuO3,SrTiO3,BaPbO3中之至少一种的钙钛矿,且电阻率为1mcm以下。46.一种导电性氧化物,其特征系如申请专利范围第25项之电极之该单一元素所构成的导电性氧化物为Ti,V,Eu,Cr,Mo,W,Ph,Os,Ir,Pt,Re,Ru,Su中之至少一种的氧化物,且电阻率为1mcm以下。47.一种导电性氧化物,其特征系如申请专利范围第25项之电极之该钙钛矿结构的导电性氧化物为具有ReO3,SrReO3,BaReO3,LaTiO3,SrVO3,CaCrO3,SrCrO3,SrFeO3,La1-xSrxCoO3(0<x<0.5),LaNiO3,CaRuO3,SrRuO3,SrTiO3,BaPbO3中之至少一种的钙钛矿,且电阻率为1mcm以下。48.一种透明的导电性氧化物,其特征系如申请专利范围第36项之透明的导电性氧化物为具有In2O3,SnO2,ZnO,ITO(In-Sn-O),ATO(掺杂Sb之Sn),FTO(掺杂F之Sn),CTO(Cd-Sn-O)中之至少一种的氧化物,且电阻率为1mcm以下,且在可见光领域的透过率为80%以上。49.一种光应答系统,其特征系具备将申请专利范围第36项之透明导电性氧化物用于电极之铁电体元件。50.一种记忆体,其特征系将申请专利范围第39项之该铁电体记忆单元作为非接触型读出或写入记忆体使用。图式简单说明:第一图系本发明之铁电体薄膜的结晶结构图。第二图系本发明之铁电体薄膜的结晶结构图。第三图系表示本发明之铁电体元件的断面图。第四图系本发明之铁电体薄膜之结晶配向的模式图。第五图系本发明之铁电体薄膜之结晶配向的模式图。第六图系表示本发明之铁电体元件的断面图。第七图系表示本发明之下部电极之内部构成的断面图。第八图系表示本发明之上部电极之内部构成的断面图第九图系表示本发明之铁电记忆体的断面图。第十图系表示本发明之铁电记忆体的断面图。第十一图系表示本发明之铁电记忆体的断面图。
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