[发明专利]电介体膜、电介体元件及其制造方法有效

专利信息
申请号: 200980118276.7 申请日: 2009-05-25
公开(公告)号: CN102036918A 公开(公告)日: 2011-04-27
发明(设计)人: 长田实;佐佐木高义 申请(专利权)人: 独立行政法人物质·材料研究机构
主分类号: C01G33/00 分类号: C01G33/00;H01G4/10;H01G4/33;H01L21/316;H01L21/8242;H01L27/108;H01L29/78
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 朱丹
地址: 日本国*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 电介体膜 电介体 元件 及其 制造 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及适宜在个人电脑用DRAM存储器、手机用层叠电容器、晶体管用栅绝缘体等电子材料的广泛领域中应用的、可以同时实现高介电常数和良好的绝缘特性的电介质膜、电介质元件及其制造方法。

背景技术

在电介质元件内,高介电常数的元件利用于计算机、手机等所有的电子设备,在存储器、晶体管栅绝缘膜等电子设备的关键部分起到积极作用。目前的个人电脑、手机等电子设备的显著发展,取决于电介质元件的高功能化。至今电介质元件的开发和高功能化通过由最前沿的成膜技术和半导体加工技术带来的微细/集成化(自上向下(トツプダウン)型技术)来实现。例如,在DRAM和晶体管中,为了实现高容量化,电介质膜的膜厚变得越来越薄,纳米级的薄膜结构已经到处活用。

多数的电介质材料中,包含(Ba,Sr)TiO3、金红石型TiO2等TiO6八面体的钛氧化物具有优良的介电特性(相对介电常数100以上),从1990年代初不断进行在存储器单元、晶体管等电子器件中应用的研究。但是,这些氧化物类材料中,存在由制造工序中的热退火引起的基板界面的劣化和随之的组成偏差、电不一致性的课题,成为这些电介质元件高功能化的瓶颈。另外,多数这些材料,为了实现高容量化,进行薄膜化至纳米水平时,存在相对介电常数降低、漏电流增大的“尺寸效果”这样的本质问题。因此,对于利用现有的电介质材料的器件的微细化和高密度集成化在物理并且经济方面的限界迫在眉睫,在面向实现下一代器件的突破性进展中,期待创制在纳米领域中具有高介电常数和良好的绝缘特性的电介质元件,同时开发在没有基板界面劣化、组成偏差的影响的低温下可以制造这样的元件的新制造方法。

发明内容

本发明从上述背景出发,解决现有的问题,提供一种即使在纳米领域,也可以同时实现高介电常数和良好的绝缘特性,并且能够在没有基板界面劣化、组成偏差的影响的低温下进行元件制作的新的技术方法。

本发明人为了解决上述课题反复进行深入的研究,结果发现,在结晶内包含有NbO6八面体的铌酸纳米片即使为纳米的厚度,也得到发挥功能的高电介质纳米材料;另外,如果以该纳米材料为基本嵌段(基幹ブロツク)并通过室温下的自组织化反应来制造电介质元件,则可以解决由现有的半导体制造工序中的热退火引发的问题,基于这些发现,完成了本发明。

即,本发明的特征如下。

发明1的电介质膜,其特征在于,为由铌酸的八面体嵌段构成的纳米片的单层体或者其层叠体。

发明2为发明1的电介质膜,其特征在于,所述铌酸纳米片由组成式TiNbO5-dTi2NbO7-d、Ti5NbO14-d、Nb3O8-d、Nb6O17-d、TiNb1-yTayO5-d、Ti2Nb1-yTayO7-d、Ti5Nb1-yTayO14-d、(Nb1-yTay)3O8-d、(Nb1-yTay)6O17-d、Ti1-zNbzO5、Ti2-zNbzO7、Ti5-zNbzO14中的任一个表示,其中,0<y≤1;-0.5≤z≤0.5,不包括z=0;d为氧缺陷量,d=0~2。

发明3为发明1或2的电介质膜,其特征在于,所述纳米片具有厚5nm以下(相当于多个原子)、横尺寸100nm~100μm的片状形状。

发明4为发明1至3中任一项的电介质膜,其特征在于,所述纳米片是通过剥离由以下组成式表示的层状铌氧化物中的任一个或其水合物而得到的。

发明5为一种电介质元件,在电介质膜的上下面配置电极而成,其特征在于,所述电介质膜为发明1~4中任一项所述的电介质膜。

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