(57)【要約】【課題】電子機器内の電子回路、特に、超小型の高速動作メモリ回路や高周波領域で動作する集積回路等で用いられる、誘電体と導電薄膜の組み合わせを基本構成とする高性能メモリ・容量素子などにおいて、素子の性能を向上するために使用される導電薄膜を提供する。【解決手段】導電薄膜１０２を構成している傾斜機能領域１２１は、導電体相１２０（電極１０１）の側から誘電体相１０３の側にかけて（導電体相１２０の厚さ方向に）、化学結合的な状態，原子配列構造的な状態，及びキャリアの分布の状態の少なくともいずれかが徐々に変化し、バッファ（緩衝）作用による格子整合性の向上と、バリア（遮蔽）作用による拡散制御性の向上を実現する傾斜機能を有している。【選択図】  図１
2007012847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する導電体相から構成された導電薄膜であって、
前記導電体相は、
キャリアの分布の状態，化学結合的な状態，及び原子配列構造的な状態の少なくとも１つの状態が、前記導電体相の厚さ方向に変化した傾斜機能領域を少なくとも備える
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項２】
請求項１記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、前記導電薄膜の一方の表面側に配置されている
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項３】
請求項１又は２記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、この領域を経由する物質の移動が低減される状態とされたものである
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項４】
請求項３記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、前記物質の移動に必要とする移動サイトの空間領域より小さい寸法のサイトから構成されている
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項５】
請求項３記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、前記物質に対して電気的斥力を与える電場状態を備えた移動サイト空間から構成されている
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、一方の界面近傍において、誘電分極を含む状態による正負の電荷の発現を低減する機能、及び正負の電荷が発現しない電気的中性状態の一方に制御する機能を備えることを特徴とする導電薄膜。
【請求項７】
請求項６記載の導電薄膜において、
前記誘電分極を含む状態による正負の電荷の発現を低減する機能は、
電荷の障壁エネルギー値が、誘電分極が発現するエネルギー値より小さくなるエネルギー状態からなる局所的なキャリアの移動路を備えた構造から構成されているものである
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、原子対相関距離の値が前記導電体相の厚さ方向に変化している
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、キャリアの移動に対する障壁エネルギー値が前記導電体相の厚さ方向に変化している
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項１０】
請求項１又は請求項２に記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、キャリアの準安定的なサイトとなる準位の密度が前記導電体相の厚さ方向に変化している
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項１１】
請求項１又は請求項２に記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、ケミカルシフト及び電気陰性度を含む化学結合状態の指標となる量が前記導電体相の厚さ方向に変化している
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項１２】
請求項１又は請求項２に記載の導電薄膜において、
前記傾斜機能領域は、原子の配列分布が前記導電体相の厚さ方向に変化している
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の導電薄膜において、
前記導電体相は、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物導電体から構成されている
ことを特徴とする導電薄膜。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の導電薄膜において、
前記導電体相は、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｒ，Ｙ，Ｂａ，Ｌａ，Ｐｂ，及び，ランタン系、アクチニウム系の少なくとも１つを含む酸化物系導電体から構成されている
ことを特徴とする導電薄膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多種多様な電子機器内の電子回路、特に、超小型の高速動作メモリ回路や移動通信、衛星通信、および衛星放送等の高周波領域で動作する集積回路等で用いられる、誘電体と導電薄膜の組み合わせを基本構成とする高性能メモリ・容量素子等において、素子の性能を向上させるために使用される導電薄膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来まで、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）やメモリーなどから構成された高周波・高速動作（高速スイッチング動作）回路は、能動素子部と、容量素子などから構成される受動素子部とを、個別の独立した素子部として絶縁性基板を介して結合して組み立てていた。また、場合によっては、受動素子部自体も、一部の容量素子などを個別部品として結合し、組み立てていた。
【０００３】
しかしこの様な方法では、小型化や高速化が困難であり、また、組立位置により整合特性などの電気的特性が変化するため、一定品質の回路を歩留まり良く大量生産することが困難である。また、モノリシックに製作可能な既存の容量素子などの性能が不充分であったため、回路の設計自由度が制約を受けていた。一方、これを回避するために素子容積が大きい個別部品を代わりに使用すれば、上述の高集積化による小型化や高速及び電気特性変化の低減などが困難になると言う問題があった。
【０００４】
これらの問題を解決するためには、個々の素子部をモノリシックに最小限の基板上に構築することや、究極的には、いわゆるシステムオンチップと言われる高集積、高密度の集積回路を指向した素子構成を実現することが不可欠である。
【０００５】
基本的構成が、誘電体と導電薄膜とから成っているメモリ・容量素子、中でも、メモリ効果を保持する不揮発性メモリ素子を考えた場合、まず、小型化や高利得化および低消費電力化に関係する品質係数（Ｑ）値が大きく、自己共振周波数（ｆ）の向上に関係する高速スイッチング動作（高周波）損失が少なく、しかもキャパシタンス（静電容量：Ｃ）値が大きい誘電体の実現が必須となる。また、導電率（σ）が大きく、かつインダクタンス（Ｌ）成分が微少で、しかも誘電体の分極反転などに伴う構成成分元素欠損の補償や、誘電体を形成する際の下地基板の役割も担え得る導電薄膜の実現も必須となる。
【０００６】
また、上述した特性のよい各薄膜を用いた上で、組み合わされた素子としては、まず、残留分極が大きく抗電界が小さい、残留磁化が大きい角形比に優れたヒステリシスを持つという特性が要求される。更に、繰り返しパルス印加に伴う疲労特性が良好で、ヒステリシス劣化に関係するリーク電流が少なく、しかも分極生成・昇温状態でのヒステリシス特性劣化が少ない（インプリント特性が優れている）と言う性能も要求される。
【０００７】
このような性能が要求されているメモリ回路素子のメモリ機能を担う基本構成部、いわゆるキャパシタ部の小型化と大容量化は、素子の高密度・高集積化等の高性能化を実現する上で必須となる。このキャパシタの小型化と大容量化のためには、誘電体の誘電率（ε）を増大すると共に、ＤＣバイアス特性の向上と、高耐圧化による誘電体層の薄膜化を推進する必要がある。既存の実用レベルの誘電体として、例えば、ｘＰｂ（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）Ｏ3（１−ｘ）Ｐｂ（Ｆｅ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3、又はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）y（Ｆｅ1/2Ｎｂ1/2）0.64-y（Ｆｅ2/3Ｗ1/3）0.36Ｏ3を適用し、抵抗容量積（ＣＲ積）が６０００ＭΩ・μＦ［Ｃ＝１０〜４００（μＦ）］、誘電損失（ｔａｎδ）が０．６％、静電容量の温度変化率が−７０〜−８０％程度のキャパシタが実現されている。しかしながら、このキャパシタでは、静電容量の周波数依存性や温度依存性が大きく、しかもＧＨｚオーダーでは、静電容量が激減するばかりではなく誘電損失も著しく増大するため、安定な高特性のキャパシタを得ることは困難であった。
【０００８】
特に、回路の高密度・高集積化を実現する上で、誘電体の、高周波領域での誘電率を増大することが最も肝要である。共振器を例にすれば、誘電体内部の電磁波波長は、自由空間での誘電率（ε0）の平方根に逆比例して短縮されるため、共振波長のほぼ半分を要することになる共振器のサイズは、誘電率が大きくなるほど小さくなる。一方、誘電率の増大に伴って、誘電損失が大きくなり、Ｑ値が低下する傾向がある。また、共振器の共振周波数の温度係数は、誘電率の温度係数と熱膨張係数とは正相関関係を有する。したがって、誘電体としては、誘電率が大きく、かつ、誘電率の値が安定であり、また、誘電率の温度係数と熱膨張係数が共にできる限り小さく、かつ、これらのばらつきも小さく、加えて、ＧＨｚオーダーでの誘電的Ｑ値が高いものが必要となる。
【０００９】
例えば、２ＧＨｚ以下の高周波領域に実用レベルで対応可能な既存の誘電体としては、ＢａＯ・Ｓｍ2Ｏ3・５ＴｉＯ2やＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎｄ2Ｏ3−ＴｉＯ2などがあり、比誘電率（ε’）が７５以上で、Ｑ値が４０００〜５０００程度のものが実現されている。また、２ＧＨｚ以上であれば、Ｂａ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−Ｂａ（Ｚｎ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3、Ｂａ（Ｎｉ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3−Ｂａ（Ｚｒ1/3Ｚｎ1/3Ｔａ1/3）Ｏ3、Ｂａ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−Ｂａ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｂａ（Ｍｇ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3を適用することによって、比誘電率が３０程度で、Ｑ値が１００００〜３５０００程度のものが実現されている。しかしながら、上述のように、誘電率とＱ値は相反する傾向があるため、誘電率とＱ値が共に大きく、安定な高特性のキャパシタを得ることは困難であった。
【００１０】
キャパシタ部を主要部として構成されるより高度な素子であるＭＯＳＦＥＴやメモリーなどへ適用される誘電体は、誘電率が大きく、かつ、高周波領域でも安定な特性を維持し、特性劣化などの経年変化が小さいことは当然のことながら、誘電体と隣接する導電薄膜（電極）との界面における格子整合性や拡散特性等が良好で、しかも、界面準位や固定電荷等の発生を極力抑制した、いわゆる界面特性の制御性が高いことも不可欠である。今まで、この界面特性を主体に考え、Ｓｉ3Ｎ4やＡｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5膜などの適用が検討されてはいるが、これらは比誘電率が１０（〜２０）以下と小さく、界面準位密度も１０11ｃｍ-2ｅＶ-1程度かこれ以上と大きく、リーク電流密度も１０-6Ａｃｍ-2（１Ｖ）を越える誘電特性しか得られていない。加えて、これら誘電特性の経年変化による劣化も大きく、界面特性の制御性が非常に乏しい状況にあり、安定な高特性のメモリ・容量素子の実用化は極めて困難であった。
【００１１】
より具体的な例として、将来の電子機器における主記憶装置に対して適用が期待されている、ＤＲＡＭ（dynamic random access memory）並の高集積化，高速動作，低消費電力，及び高信頼性を兼ね備えた不揮発性メモリの１つであるＦｅＲＡＭ（ferroelectrics random access memory）には、次に示すような特性が要求されている。まず、残留分極が大きく抗電界が小さく、角形比に優れたヒステリシスを持ち、１０12回以上の繰り返しパルスを印加しても分極が劣化しない疲労特性が、要求されている。また、リーク電流が流れるとヒステリシスが劣化するので、リーク電流が少ない特性や、分極生成・昇温状態で保持してもヒステリシス特性がずれない優れたインプリント特性をもつことなども要求されている。
【００１２】
このような特性が要求されているＦｅＲＡＭに用いられる強誘電体材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ）や、ランタン含有チタン酸ジルコン酸鉛（（Ｐｂ−Ｌａ）（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ）などが知られている。しかしながらこれらの誘電体薄膜では、白金（Ｐｔ）導電薄膜を用いた場合、１０6回以上の繰り返しパルスが印加されると、残留分極が低下する分極疲労のために信頼性が劣化するという問題があった。この分極疲労が、後述するように、導電薄膜（電極）材料に依存して起こることが判明したことから、これを改善するために、分極疲労が生じ難い材料が検討されてきた。分極疲労が生じにくい材料としては、イリジウム（Ｉｒ）やルテニウム（Ｒｕ）から成るＩｒ−Ｏ，Ｒｕ−Ｏ，Ｓｒ−Ｒｕ−Ｏ，（Ｌａ−Ｓｒ）Ｃｏ−Ｏなどであり、これらの導電性酸化物を用いたＦｅＲＡＭが検討されてきた。しかしながら、これら導電性酸化物は、Ｐｔに比べてリーク電流が大きく、これらの材料においても、界面特性の制御性に起因した問題（信頼性の劣化等）に帰結してしまい、実用上極めて深刻な問題があった。
【００１３】
このように、電子回路素子を念頭において考慮した場合、回路特性に決定的な影響を与える誘電体と導電薄膜との界面特性を高度に制御することが、素子特性の向上及び安定性確保の上で不可欠であるにも拘わらず、相反する相関を呈する誘電率とＱ値を同時に満足することができる誘電体は、膜の形成自体が容易ではなく、まして、その界面特性の制御は、非常に困難な状況にある。従って、界面特性が良好とされた誘電他薄膜を用い、安定な高特性のメモリ・容量素子を実現することは困難であった。
【００１４】
上述のことは、界面を構成するもう一方の側である導電薄膜（電極）に主眼を置いて考えれば、取りも直さず、界面特性が良好、かつ、安定な高性能の電気特性等を実現する導電薄膜の実現が、極めて困難であったと言い換えることができる。従って、界面が導電薄膜の構成要素と考え、以下、界面を含めたものを導電薄膜と定義し、以下に、界面特性についてより詳しく考察する。
【００１５】
界面特性の制御方法として、界面近傍にバッファ層（相）やバリア層（相）と呼ばれる、格子整合性や拡散制御性、電子トンネリング制御性（ポテンシャル−バリア−ハイト−エネルギー制御性）などの向上を目的に、多層（膜）化する手法も検討されている。しかしながら、これらの手法は、新たに、電気特性的または化学結合的または原子配列構造的に急峻な層（相）界面を形成することになるため、何ら本質的な解決手段とは成り得ていない。例えば、バッファ（緩衝）効果やバリア（遮蔽）効果は高いが、誘電率または導電率が小さい層（相）を、高誘電率の誘電体と導電薄膜（電極）との界面に挿入した場合、前述した新たな界面の形成により、電気特性的にインダクタンス成分が増大する。この結果、挿入された層（相）の近傍において、空間電荷分極等が主体となる誘電分極などによって電気的中性が崩れるために電荷が発現することとなり、素子全体としての静電容量は、高誘電率の誘電体膜で期待される静電容量に比べて大きく減少すると共に、キャリア（電荷）移動度も低下することになる。
【００１６】
ここで、界面特性（の制御性）に関する従来状況をより明確にするため、誘電体と導電薄膜を、個別に材料的観点から見た場合の現状と課題について、以下、概説することにする。
【００１７】
始めに、誘電体について述べる。前述したように、相反する相関を呈する誘電率とＱ値とを、同時に満足することができる誘電体は、形成すること自体が容易ではない。また、特に、強誘電体では、構造相転移温度に相当するキュリー点以下で自発分極（Ｐｓ）し、誘電率はキュリー点（ＢａＴｉＯ3では、約１２０℃）近傍で発散する傾向がある。なお自発分極は、双極子相互作用が発生起源となっており、適当な（数十）結晶格子以上の結晶性の確保が必要と考えられている。誘電体全体としての巨視的な誘電分極は、強誘電的分域（ドメイン：双極子の配向方向が同方向に整列している状態で、クラスターの場合もある）の集合によって発現するもので、ドメインのサイズと数は、静電エネルギーと、分域（界面）壁を形成・維持するのに必要なエネルギーとの兼ね合いで決定される。
【００１８】
加えて、強誘電体では、Ｂａ（Ｍｇ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3のような秩序イオン配列の複合ペロブスカイト構造や、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3及びＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3のような無秩序イオン配列の複合ペロブスカイト構造などの、酸化物結晶構造等の違いにより誘電分極の様相は著しく異なる。特に後者の構造の誘電体は、ペロブスカイトセル（胞）の低対称の歪みが、各セルに複数の浅いポテンシャル極小点を発生させる、いわゆる「Ｓｋａｎａｖｉ」型の誘電緩和機構と、強誘電的な相転移機構とが複合された緩和型誘電性を呈し、相転移は非常に緩慢となる。これら強誘電体の誘電率は、周波数依存性が強いものの誘電率自体は大きく、かつ、温度依存性は小さい。また、電界印加によって微細なドメインが比較的容易に分極されるため、上記強誘電体では、電界誘起歪みも大きい傾向が認められる。
【００１９】
さらに、強誘電体の多くが反磁性イオンによって構成され、一方、酸化物磁性体の多くは、非極性結晶対称性を有しているために強誘電性の出現を困難にしており、両特性は共存し難いものではあるが、Ｐｂ2+またはＢｉ3+を含んだ［無秩序（不規則）イオン配列型］ペロブスカイト酸化物の一部では、両特性の共存が認められるものもある。
【００２０】
このように、誘電体は，状態によって多種多様な特性を呈し、非常に複雑性に富んでいる。現在、高誘電率の誘電体としては、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、Ｈｆｏ2−ＳｉＯ2、Ｓｃ2Ｏ3、ＺｒＯ2−ＳｉＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、２Ｌａ2Ｏ3−３ＳｉＯ2、Ｇｄ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、ＬａＡｌＯ3、ＺｒＴｉＯ4、ＨｆＯ2、ＳｒＺｒＯ3、Ｈｆ0.2Ｓｎ0.05Ｔｉ0.75Ｏ2、Ｚｒ0.2Ｓｎ0.2Ｔｉ0.6Ｏ2、ＴｉＯ2、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＳｒＴｉＯ3、（ＢａxＳｒ1-x）ＴｉＯ3、Ｐｂ（ＺｒyＴｉ1-y）Ｏ3、ＳｒＢｉ（ＴａＮｂ）、Ｂｉ2ＳｉＯ5、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、（ＢｉＬａ）Ｔｉ3Ｏ12、（ＢｉＬａ）（ＴｉＶ）Ｏなど知られている。しかしながら、これらの材料は、前述したような、構造・材料特性上の複雑性を内包している。
【００２１】
加えて、これらの材料は、化学量論的な組成よりずれた不定比化合物を形成し、また、様々な欠陥を内在し、あるいは混晶の形態を取るなど、非常に複雑な特性を有している。また、電子回路素子を構成するため、いわゆる下部電極と称される下地基板となる導電薄膜の上に、再現性・信頼性良く所要の性能の誘電体（薄膜）を形成すること自体にも、非常に高度な技術を要するため、実用的な形成技術の開発も大きな課題となっている。
【００２２】
一方、導電薄膜としては、高い導電率を備えていることは言うまでもなく、高融点で耐酸化性に優れ、かつ、平坦性が良いことが必須である。言い換えると、前述したように、誘電体として有望な酸化物高・強誘電体の薄膜を考えた場合、この誘電体薄膜の形成や形成後の酸素を含む雰囲気中での高温（例えば、約６００〜８００℃）の熱処理に耐え、かつ、誘電体からの酸素拡散を抑制（バリア）することができ、しかも、誘電体との密着性も良く、凹凸（ヒロック）の無い良好な隣接界面が提供できる特性を有している必要がある。
【００２３】
従来まで利用されてきたメモリ素子用の導電薄膜材料としては、高温酸化雰囲気下での化学反応耐性を期待したＰｔや他の貴金属がある。しかしながら、例えばＰｔは、高温熱処理下での酸素の拡散係数が大きく、誘電体の組成変化を引き起こすばかりでなく、隣接する層を酸化し、密着性の低下と熱応力の発現に起因した膜剥離とヒロック形成を引き起こすなどの問題がある。また、メモリ素子の高集積化のために、半導体トランジスタと強誘電体メモリキャパシタとをポリシリコンなどのプラグで接続するスタックセル構造を考えた場合、前述した酸素拡散により、プラグのポリシリコンなどが酸化されてしまうため、前述の剥離等と相挨って、結果的に素子回路の導電性が低下し、場合によっては電気的接続が維持できなくなってしまうと言う大きな問題があった。
【００２４】
このような貴金属の使用に関連した拡散，密着性，及び導電性の低下と言った問題に対する改良の試みとして、Ｔｉ、ＴｉＯ2、およびＴｉＮ層（相）を貴金属に隣接配置した導電薄膜構成が提案されている。これらの構成とすることにより、例えば、Ｐｔ膜の上にあるＴｉ層によってＰｔ膜で発現する応力を低下し、ヒロック形成が抑制されるようになる。しかしながら、Ｔｉ層による酸素拡散の抑制は、一般的に約６００℃以下の熱処理温度でのみ効果的であり、前述したような約６００℃以上での高温の熱処理には耐えられない。６００℃を超える高温処理では、場合によっては、ＴｉやＴｉＮ層が前述した酸素拡散により酸化され、新たな膜剥離とヒロック形成を引き起こすようになり、極めて深刻な問題となる。
【００２５】
このような貴金属に代えて、高温下での化学的安定性を有するＩｒやＲｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，及び、これらとＭｇやＡｌ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｒ，Ｙ，Ｂａ，Ｌａ，及びＰｂと、その酸化・窒化物との化合物、例えば、Ｉｒ−ＯやＲｕ−Ｏ、Ｉｒ−Ａｌ−Ｏ、Ｉｒ−Ｔｉ−Ｏ、Ｉｒ−Ｚｒ−Ｏ、Ｉｒ−Ｎｂ−Ｏ、Ｉｒ−Ｈｆ−Ｏ、Ｉｒ−Ｔａ−Ｏ、ＡｌＮ、Ｔｉ−Ａｌ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＨｆＮ、ＴａＮ、Ｓｒ−Ｒｕ−Ｏ、（Ｌａ−Ｓｒ）Ｃｏ−Ｏ、Ｌａ−Ｎｉ−Ｏ、Ｐｂ（Ｍｇ−Ｎｂ）Ｔｉ−Ｏ、Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ、ＨｆＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ等の導電性酸化・窒化物を適用することも行われてきた。
【００２６】
例えば、ＩｒやＲｕは、Ｐｔよりも酸素の拡散に対して耐性があり、また仮に酸化した場合でも、Ｉｒ−ＯやＲｕ−Ｏは導電性を保つ。同時にこれらは、分極反転などによって導電薄膜（電極）近傍に発現する酸素欠陥に対して酸素を補給する性質を有するため、欠陥の蓄積を緩和して（分極）疲労を抑制すると言う効果も有している。加えて、これらの材料は、強誘電体に含まれることが多いＰｂなどに対する拡散バリヤ性にも優れていることなどから、有望な導電薄膜材料と考えられている。このように導電性酸化物は、強誘電体材料の酸素欠損を防止し、強誘電体膜の疲労特性を改善できる可能性を有してはいるが、前述したように、Ｐｔと比較すると、急峻な界面状態に起因した欠陥や相対的に小さいポテンシャルバリアハイトエネルギーなどにより、リーク電流が多いという問題がある。
【００２７】
また、上述した材料は、エッチングし難い材質であることから、デバイス製造プロセスでのパターニングの都合で、他の層と同時にエッチングできるようにするために薄膜化すると、結果的に更にリーク電流が増大することになってしまうと言う問題があった。なお、このリーク電流を抑えるため、Ｔｉなどの層をバリアとしてこれらに隣接配置する構成も考えられたが、ＩｒやＲｕとＴｉなどとは、前述したような高温の熱処理によって反応する可能性があり、高性能なメモリ・容量素子を実現するする上での最大の課題が、前述した界面特性の向上化問題に帰結すると言う、大きな問題があった。
【００２８】
以上述べたように、誘電体、特に高誘電率の誘電体（高・強誘電体）を用いた高性能メモリ・容量素子等を実用化するためには、導電薄膜の界面特性の制御性の向上と、誘電体および導電薄膜の形成技術の高度化が必須であるが、現時点で最も重要な課題は、前者の導電薄膜の界面特性の制御性向上である。高誘電体材料を用いたデバイス化を考えた場合、界面特性の制御性向上が解決されない限り、誘電体の性能を有効に引き出し、最大限に利用することが不可能である。特に、誘電体や導電薄膜の薄膜化及びスイッチング動作の高速化や使用周波数の高周波化などが進むほど、界面特性の制御性の向上は、益々重要となるのは自明のことである。
【００２９】
しかしながら、前述したように、従来の技術では、界面特性の制御性を充分に実現した例がなく、電気特性的または化学結合的または原子配列構造的に急峻な層（相）界面の形成による弊害のために、安定な高特性を有するメモリ・容量素子の実用化は極めて困難であった。すなわち、急峻変化界面に基因した影響により、素子の誘電損失やリーク電流などを含む全体のエネルギー損失及び特性劣化（経年変化）は、非常に大きいものとなっており、より高速・高周波化が進めば進む程、この影響は顕著になるため、低エネルギーで特性劣化が少なく、所要の電子回路特性を達成できる、高性能メモリ・容量素子等のデバイスを実現することは非常に困難であった。
【００３０】
【特許文献１】特開昭５４−１４８２６３号公報
【特許文献２】特開昭５６−１５６６８８号公報
【特許文献３】特開昭５８−０１５２０８号公報
【特許文献４】特開昭６１−２５６７０２号公報
【特許文献５】特開昭６３−１９４３０９号公報
【特許文献６】特開昭６４−００１２０６号公報
【特許文献７】特開平１−２７３３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
上述したように、従来の技術では、導電薄膜の端部、より具体的な例で言えば、導電薄膜（電極）と誘電体との界面、または、導電薄膜に含まれる前記バッファ層（相）や前記バリア層（相）との界面で、電気特性的または化学結合的または原子配列構造的に急峻な層（相）界面の形成に起因または関連し、前記格子整合性や拡散制御性、電子トンネリング制御性等の不充分さや、前記界面準位や固定電荷、構成成分元素欠損等の欠陥発生などの、前記界面特性の制御性低下によって、素子の誘電損失やリーク電流等を含む全体のエネルギー損失、および、特性劣化（経年変化）を増大する結果となっていた。
【００３２】
場合によっては、導電薄膜との急峻な界面の近傍において、空間電荷分極などが主体となる誘電分極などによって電気的中性が崩れるために電荷が発現し、この結果、全体としてのキャパシタンス（静電容量）が、誘電体本来の固有の（真性）誘電率から期待される静電容量に比べて低下すると共に、キャリア（電荷）移動度も低下させるなどの弊害も生じ、安定な高特性を有する素子の実用化が極めて困難であった。
【００３３】
このように、電子機器内の電子回路、特に、超小型の高速動作メモリ回路や高周波領域で動作する集積回路等で用いられる、誘電体と導電薄膜の組み合わせを基本構成とする高性能メモリ・容量素子などにおける従来の導電薄膜では、不充分な特性しか得られず、実用に供することが困難であった。このため、従来技術では、エネルギー損失と特性劣化が小さく、所要の安定した性能を有する小型・高性能なメモリ・容量素子等のデバイスを実現することが極めて困難であった。
【００３４】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、電子機器内の電子回路、特に、超小型の高速動作メモリ回路や高周波領域で動作する集積回路等で用いられる、誘電体と導電薄膜の組み合わせを基本構成とする高性能メモリ・容量素子などにおいて、素子の性能を向上するために使用される導電薄膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明に係る導電薄膜は、導電性を有する導電体相から構成された導電薄膜であって、導電体相は、キャリアの分布の状態，化学結合的な状態，及び原子配列構造的な状態の少なくとも１つの状態が、導電体相の厚さ方向に変化した傾斜機能領域を少なくとも備えるようにしたものである。このように構成された導電薄膜によれば、導電体相の境界面（界面）における電気的な特性、化学結合，原子配列構造の状態の急峻な変化が緩和されている。
【００３６】
上記導電薄膜において、傾斜機能領域は、導電薄膜の一方の表面側に配置されていればよい。また、傾斜機能領域は、この領域を経由する物質の移動が低減される状態とされたものであってもよい。例えば、傾斜機能領域は、物質の移動に必要とする移動サイトの空間領域より小さい寸法のサイトから構成されていればよい。また、傾斜機能領域は、物質に対して電気的斥力を与える電場状態を備えた移動サイト空間から構成されていてもよい。
【００３７】
上記導電薄膜において、傾斜機能領域は、一方の界面近傍において、誘電分極を含む状態による正負の電荷の発現を低減する機能、及び正負の電荷が発現しない電気的中性状態の一方に制御する機能を備えていればよい。例えば、誘電分極を含む状態による正負の電荷の発現を低減する機能は、電荷の障壁エネルギー値が、誘電分極が発現するエネルギー値より小さくなるエネルギー状態からなる局所的なキャリアの移動路を備えた構造から構成されているものである。
【００３８】
上記導電薄膜において、傾斜機能領域は、原子対相関距離の値が導電体相の厚さ方向に変化しているものであればよい。また、傾斜機能領域は、キャリアの移動に対する障壁エネルギー値が導電体相の厚さ方向に変化しているものであってもよい。また、傾斜機能領域は、キャリアの準安定的なサイトとなる準位の密度が導電体相の厚さ方向に変化しているものであってもよい。また、傾斜機能領域は、ケミカルシフト及び電気陰性度を含む化学結合状態の指標となる量が導電体相の厚さ方向に変化しているものであってもよい。また、傾斜機能領域は、原子の配列分布が導電体相の厚さ方向に変化しているものであってもよい。
【００３９】
また、上記導電薄膜において、導電体相は、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物導電体から構成されていればよい。また、導電体相は、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｒ，Ｙ，Ｂａ，Ｌａ，Ｐｂ，及び，ランタン系、アクチニウム系の少なくとも１つを含む酸化物系導電体から構成されていればよい。
【発明の効果】
【００４０】
以上説明したように、本発明によれば、キャリアの分布の状態，化学結合的な状態，及び原子配列構造的な状態の少なくとも１つの状態が、導電体相の厚さ方向に変化した傾斜機能領域を備えるようにしたので、誘電体と導電薄膜の組み合わせを基本構成とする高性能メモリ・容量素子などにおいて、素子の性能を向上させることができるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における導電薄膜の構成例を示す断面図である。ここでは、本発明の実施の形態における導電薄膜１０２を用いた基本的な素子構造を例に示してる。図１に示す素子は、電圧印加・電荷移動手段としての電極１０１と、この上に形成された導電薄膜１０２と、導電薄膜１０２の上に形成された誘電体相１０３とを備えている。また、図１に示す素子において、導電薄膜１０２は、電極１０１の側に配置された導電体相１２０と、誘電体相１０３の側に配置された傾斜機能領域１２１とから構成されている。なお、電極１０１は、例えば、通常の電子回路素子に用いられる導体配線であり、導体配線には、電力信号などが供給されるものである。
【００４２】
ところで、導電体相１２０は、導電薄膜１０２を構成する相であり、導電性を有する材料（物質）の単結晶，アモルファス，又は極めて微細な微粒子多結晶から構成され、工業的立場からは擬似的に単相と見なせる状態を呈している。従って、広義の立場では、導電体相１２０は、後述する３つの相を内包したものではあるが、説明の便宜上、導電体相１２０を、傾斜機能領域１２１以外の相として、狭義の立場で、以下、説明を行うことにする。
【００４３】
導電薄膜１０２は、導電薄膜１０２に電界を加え、そしてキャリア（電荷）を供給・帯電・放電する電圧印加・電荷移動手段としての電極１０１に隣接して形成されている。また、導電薄膜１０２は、誘電体材料から構成された誘電体相１０３に隣接して形成されている。加えて、導電薄膜１０２を構成している傾斜機能領域１２１は、導電体相１２０（電極１０１）の側から誘電体相１０３の側にかけて（導電体相１２０の厚さ方向に）、化学結合的な状態，原子配列構造的な状態，及びキャリアの分布の状態の少なくともいずれかが徐々に変化し、バッファ（緩衝）作用による格子整合性の向上と、バリア（遮蔽）作用による拡散制御性の向上を実現する傾斜機能を有している。なお、誘電体相１０３は、傾斜機能領域１２１に接触している必要はなく、限りなく近接配置されている状態であってもよい。
【００４４】
傾斜機能領域１２１は、例えば、格子定数と組成とを含む化学結合状態が、導電体相１２０の側から誘電体相１０３の側にかけて徐々に変化しているものである。例えば、傾斜機能領域１２１は、導電体相１２０の側から誘電体相１０３の側にかけて、各々組成が異なる３つの原子層から構成されたものである。この場合、積層されている３つの原子層（相）の組成が、積層方向に変化していることになる。この場合、導電薄膜１０２は、膜厚１ｎｍ程度と非常に薄くすることが可能である。なお、傾斜機能領域１２１は、組成の状態が異なる３つの相から形成されている必要はなく、１〜２もしくは４以上の相から構成されていてもよい。なお、傾斜機能領域１２１は、完全に複数の相に分離されているわけではなく、便宜上、複数の相として説明したものであり、実際には、単相あるいは限りなく単相に近い状態で、傾斜機能が発現されていてもよい。
【００４５】
上述した構成とした図１の導電薄膜１０２では、傾斜機能領域１２１の境界近傍では、急峻な機能状態変化が緩和されるため、急峻な相界面を有する異相間の界面近傍でより顕著になる、格子整合歪みや、界面準位、固定電荷等の欠陥発生などの影響の低減が図れる。また、傾斜機能領域１２１を所要の特性を有する状態にすることにより、誘電体相１０３や導電薄膜１０２の薄膜化、及びスイッチング動作の高速化や使用周波数の高周波化によって発現する、誘電損失やリーク電流などを含む素子全体のエネルギー損失が低減できる。また、このような、特性劣化（経年変化）を低減（低エネルギー化及び高信頼化）しながら、例えば、拡散制御性や電子トンネリング制御性などの傾斜機能領域１２１の特性の向上、さらには、空間電荷分極の軽減などの機能効果を重畳することが可能になる。この結果、図１に示す導電薄膜１０２を用いることで、誘電特性や信頼性等を飛躍的に改善したメモリ・容量素子が実現可能となる。
【００４６】
また、導電薄膜１０２の端部（表面近傍の領域）である、誘電体相１０３との境界（界面）に、傾斜機能領域１２１を可能な限り近接させ、または一致させることにより、傾斜機能領域１２１に付与された傾斜機能を、導電薄膜１０２が現出する界面・素子特性の改善に対して、より有効にかつ効果的に寄与させることができる。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態における他の導電薄膜について説明する。図２は、本発明の実施の形態における他の導電薄膜を用いた基本的な素子構造を示す模式的な断面図である。図２に示す素子は、電圧印加・電荷移動手段としての電極１０１と、この上にこれと隣接して形成された導電薄膜２０２と、導電薄膜２０２の上に隣接して形成された誘電体相１０３とを備えている。また、図２に示す素子において、導電薄膜２０２は、電極１０１の側に配置された導電体相２２０と、誘電体相１０３の側に配置された傾斜機能領域２２１とから構成されている。なお、図１及び図２において、同一の符号で示されるものは同様の構成である。
【００４８】
図２に示す素子において、まず、導電薄膜２０２は、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物導電体からなる複数の微粒子を備えた多結晶から構成されている。このように構成された傾斜機能領域２２１は、導電体相２２０の側から誘電体相１０３の側にかけて、傾斜機能領域２２１を構成している特定の原子対の距離（原子対相関距離）が、徐々に変化している。導電体相２２０の側の傾斜機能領域２２１では、特定の原子対の距離が、導電体相２２０を構成する原子対の原子対相関距離の値に近似又は一致している。一方、誘電体相１０３の側の傾斜機能領域２２１では、特定の原子対の距離が、誘電体層を構成する特定の原子対相関距離の値に近似又は一致している。
【００４９】
また、傾斜機能領域２２１は、導電体相２２０の側から誘電体相１０３の側にかけて、酸素又は水酸化イオンの傾斜機能領域２２１中拡散係数（Ｄ）が、減少している。例えば、傾斜機能領域２２１は、導電体相２２０の側から誘電体相１０３の側にかけて、特定の原子対相関距離が各々異なり、酸素又は水酸化イオンの拡散係数が各々異なる３つの相から構成されたものである。この場合、積層されている３つの相の特定の原子対相関距離が積層方向に変化し、酸素又は水酸化イオンの拡散係数が積層方向に減少していることになる。なお、傾斜機能領域２２１は、状態が異なる３つの相から形成されている必要はなく、１〜２もしくは４以上の相から構成されていてもよい。なお、傾斜機能領域２２１は、完全に複数の相に分離されているわけではなく、便宜上、複数の相として説明したものであり、実際には、単相あるいは限りなく単相に近い状態で、傾斜機能が発現されていてもよい。
【００５０】
例えば、導電体相２２０は、導電体原材料を含む金属有機化合物、有機金属化合物、又は金属塩、例えばＬａ−Ｓｒ、Ｃｏを主要元素とする混合金属アルコキシドから、縮重合反応で生成される液状コロイドを前駆体溶液として、これを濃縮、薄膜化するゲル化を経て、所要の導電体の微粒子多結晶の状態とすることで形成可能である（ゾル・ゲル法）。このよう製造方法により、導電体相２２０が、ペロブスカイト型結晶構造酸化物である（Ｌａ−Ｓｒ）Ｃｏ−Ｏ（Ｌａ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3組成）よりなる直径約０．１μｍ以下の微粒子で構成された状態となる。なお、微粒子の直径が約５ｎｍ以下としても、サイズ効果の影響は認められない。
【００５１】
また、傾斜機能領域２２１は、酸素又はチタン又はルテニウム又はランタン又はイリジウム又はこれらの組み合わせのイオンやラジカルから成る活性粒子を照射若しくは供給することにより、上述した微粒子（相）に内在する未結合手（ダングリングボンド）濃度や（酸素過剰）化合物組成濃度を傾斜的に変化させることにより形成可能である。このように形成することで、導電体相２２０の側から誘電体相１０３の側にかけて、傾斜機能領域２２１における酸素又はチタン又はルテニウム又はイリジウム又はそれらの組み合わせから成る化合物の存在比が変化するように組成・構造的に傾斜化が図れる。また、これらに関連した化学結合的傾斜化を図ることも可能である。
【００５２】
具体的には、導電体相２２０を構成する特定の原子対の距離（原子対相関距離：ユニットセル（単位胞）の短距離順に選択した２軸方向の格子定数の近似値）が、化学量論的組成の場合の値（約０．３８２ｎｍ）から、誘電体相１０３（Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｚｒ0.2Ｔｉ0.8Ｏ3組成）を構成する特定の原子対の原子対相関距離の値（約０．４０３６〜０．４１４６ｎｍ）に近似又は一致するように変化させる。同時に、導電体相２２０の側から誘電体相１０３の側にかけて、酸素又は水酸化イオンが、高濃度化するように変化させることによって、各相の距離と拡散阻止能が徐々に変化する傾斜機能領域２２１が実現できる。なお、拡散防止能は、バッファ・バリア作用の効果の１指標となる拡散係数の大きさに対応した拡散制御性を表すもので、上述の場合、主に酸素の拡散制御性に相当する。また、導電体相及び誘電体相から任意の原子対を選んでも、これら両者の原子対相関距離の間で傾斜的に値を変化させれば、本発明の効果が得られる。
【００５３】
このような構成になっていることから、前述したように、導電薄膜２０２における傾斜機能領域２２１境界近傍の急峻な機能・状態変化が緩和されるようになる。このことにより、急峻な相界面を有する異相問の界面近傍でより顕著になる、格子整合歪み，界面準位，及び固定電荷などの欠陥発生などの影響が低減されるようになる。
【００５４】
また、傾斜機能領域２２１は、ダングリングボンドの低減や（酸素過剰）化合物の形成などの効果による拡散係数の減少などの所要の特性を有する状態となるようにした。このことにより、誘電体や導電薄膜の薄膜化，スイッチング動作の高速化，及び使用周波数の高周波化により発生する誘電損失やリーク電流などを含む全体のエネルギー損失、及び、特性劣化（経年変化）が低減され、低エネルギー化及び高信頼化が得られるようになる。また、傾斜機能領域２２１は、拡散制御性や電子トンネリング制御性の向上が可能となり、さらには、空間電荷分極の軽減や拡散制御性の向上などの機能・効果を重畳することが可能になった。これらの結果、図２（図１）に示す導電薄膜２０２（誘電体薄膜１０２）によれば、誘電特性や信頼性等などが飛躍的に改善されたメモリ素子や容量素子が容易に得られるようになる。
【００５５】
加えて、導電薄膜２０２の端部（表面近傍の領域）である導電薄膜と誘電体相との境界に、傾斜機能領域２２１を可能な限り近接させ、又は一致させることにより、傾斜機能領域２２１に付与された傾斜機能を、導電薄膜が現出する界面・素子特性の改善に対して、より有効にかつ効果的に寄与させることができる。なお、傾斜機能領域２２１は、２〜５０ｎｍ程度の非常に薄い膜厚でも、前述同様の効果が確認されている。
【００５６】
次に、本発明に係わる導電薄膜の工業上の有効性をより明確にするため、メモリ・容量素子などを構成し、更に適用範囲と性能の向上を実現した例について説明する。図３は、本発明の実施の形態における導電薄膜２０２を適用した素子の構成例を示す断面図である。図３に示す素子は、電極１０１の上に、導電薄膜２０２，誘電体相１０３，導電薄膜２０２，及び電極１０４がこの順に積層されている。また、各導電薄膜２０２は、傾斜機能領域２２１が誘電体相１０３の側に配置されている。各導電薄膜２０２は、図２に示す場合と同様に、ペロブスカイト型結晶構造酸化物導電体の多結晶から成る導電体相２２０と、バッファ（緩衝）作用による格子整合性及びバリア（遮蔽）作用による拡散制御性向上の傾斜機能を付与した構造を持つ傾斜機能領域２２１とから構成されている。
【００５７】
また、各導電薄膜２０２と誘電体相１０３とは、接触している。なお、各導電薄膜２０２と誘電体相１０３とは、限りなく近接配置された状態としてもよい。図３に示す素子は、例えば、２つの導電薄膜が上部電極と下部電極とに相当し、誘電体相１０３が容量膜に相当するメモリ（容量）素子である。このように構成された素子によれば、前述同様に、誘電特性や信頼性などが飛躍的に改善された状態となる。また、傾斜機能領域２２１に付与された傾斜機能を、導電薄膜が現出する界面・素子特性の改善に対して、より有効かつ効果的に寄与させることができる。
【００５８】
図３に示す素子の主要な電気特性を例示すると、導電体相２０２の抵抗率は約９０μΩｃｍ以下、得られた素子の誘電特性としては、抗電界約４０ｋＶ／ｃｍ以下、残留分極値約３５μＣ／ｃｍ2以上という角形比に優れたヒステリシス特性が得られた。また、１０12回以上の繰り返しパルスを印加しても分極が劣化しない疲労特性、低リーク電流特性、分極生成・昇温状態で保持してもヒステリシス特性がずれない優れたインプリント特性などが確認されている。なお、導電体相２２０にＳｒＲｕＯ3組成、誘電体相１０３にＰｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3組成を用いても、平均的格子定数を約０．３９３ｎｍから約０．４０３６〜０．４１４６ｎｍに変化した傾斜機能領域導電体相を形成することにより、同等の効果と性能が得られる。
【００５９】
さらには、誘電体相１０３を、誘電率が極めて大きく、かつ、高速スイッチング・高周波下でも誘電率の変化が小さい、（ＢａxＳｒ1-x）ＴｉＯ3で構成することにより、数百ＭＨｚ以上の高速スイッチング・高周波領域においても、誘電率とＱ値が共に満足され、誘電損失も許容できる高速スイッチング・高周波用のメモリ・容量素子が実現できる。例えば、ｘが約０．５以上のＢａリッチの固溶体とすることで、品質係数（Ｑ）値は数百以下ではあるものの、比誘電率（ε’）が高速スイッチング・高周波領域においても数百〜数万以上が実現される。一方、ｘが約０．５以下のＳｒリッチの固溶体にすることにより、比誘電率は数十〜数百以下ではあるものの、Ｑ値は数千以上が実現される。
【００６０】
なお、上述では、導電薄膜としてペロブスカイト型結晶構造酸化物導電体の（Ｌａ−Ｓｒ）Ｃｏ−Ｏの微粒子を用いたが、これに限るものではない。例えば、Ｉｒ−Ｏ，Ｒｕ−Ｏ、Ｉｒ−Ａｌ−Ｏ，Ｉｒ−Ｔｉ−Ｏ，Ｉｒ−Ｚｒ−Ｏ、Ｉｒ−Ｎｂ−Ｏ，Ｉｒ−Ｈｆ−Ｏ，Ｉｒ−Ｔａ−Ｏ，ＡｌＮ，Ｔｉ−Ａｌ，ＺｒＮ，ＮｂＮ，ＨｆＮ，ＴａＮ，Ｓｒ−Ｒｕ−Ｏ，Ｌａ−Ｎｉ−Ｏ，Ｐｂ（Ｍｇ−Ｎｂ）ＴｉＯ，Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ，ＨｆＳｉＮ，ＴａＳｉＮ，Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏから、前述と同様の導電薄膜が構成可能である。
【００６１】
また、より上位の概念で言えば、導電薄膜として、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｒ，Ｙ，Ｂａ，Ｌａ，及びＰｂ、又は、これら以外の導電薄膜の電気特性を制御する機能効果を有する元素を少なくとも１種類以上含む酸化物系導電体によって、少なくともその一部が構成されている構造とすることにより、これら元素の含有によって、高温安定性の良い、導電性に寄与するキャリア密度の高い導電体が形成可能なことが経験的に知られており、低エネルギー化と高信頼化を更に向上させることが可能となり、特性の更なる改善を図ることができることは、図３に示した実施例で実証したように、自明なことである。例えば、ランタン系及びアクチニウム系の元素は、構成電子数を多数有していることに基因し、キャリアや電場の状態変化に効果的に寄与する。このため、これら元素を用いることで、導電薄膜の電気特性を制御する機能効果が容易に得られるようになり、低エネルギーでかつ高信頼性を備えたメモリ・容量素子などの高機能素子が実現可能となる。
【００６２】
ところで、前述した導電薄膜の製造には、原料の単一金属や酸化物を最終組成に合わせて焼成する乾式法、抵抗加熱法，分子線エピタキシー法，イオンビーム法などの真空蒸着法、２極及び４極などの多極プラズマ式，マグネトロン式，電子サイクロトロン共鳴励起プラズマ式，対向ターゲット式，イオンビーム式などのスパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、パルスレーザ（ＰＬＤ）法やアブレーション法などのレーザ法を用いることができる。
また、ペロブスカイト型結晶構造酸化物導電薄膜の傾斜機能領域の形成に、活性粒子を用いる方法を例示したが、これ以外にも、導電体相のサイズ調整や相境界の改質、拡散反応、固溶体反応、析出反応などを利用する、様々な傾斜機能付与方法が適用できることは言うまでもない。
【００６３】
なお、上述では、原子対相関距離の値が傾斜的に変化しているようにした傾斜機能領域を、導電薄膜（導電体相）が備えるようにしたが、これに限るものではない。例えば、電子や空孔などのキャリアの移動に対するバリアハイト（障壁）エネルギー値が傾斜（厚さ方向に変化）しているようにした傾斜機能領域を導電薄膜が備えるようにしてもよい。また、不純物準位（密度）や欠陥などと関連のある広義の意味での界面準位（密度）などで、キャリアの準安定的なサイトとなり、この移動すなわち導電に関与するエネルギー場の状態を示す量が傾斜（厚さ方向に変化）しているようにした傾斜機能領域を導電薄膜が備えるようにしてもよい。また、キャリア，準位，及びイオンを含む物質が移動するために必要とする移動サイトの空間領域より、小さい寸法のサイトとされている構造の傾斜機能領域を導電薄膜が備えるようにしてもよい。また、対象となる物質に対し、電気的に斥力を与える移動サイトの空間の電場状態からなる構造とされた傾斜機能領域を導電薄膜が備えるようにしてもよい。これらのように、傾斜機能領域は、この領域を経由する物質の移動が低減される状態とされたものであればよい。
【００６４】
また、正負の電荷の合体消滅が実現されるように、電荷のバリアハイトエネルギー値が、誘電分極により発現されるエネルギー値より小さくなるようなエネルギー状態からなる局所的なキャリアの移動路（パス）が配置された構造にした傾斜機能領域を導電薄膜が備えるようにしてもよい。これは、一方の（誘電体相側の）界面近傍において、誘電分極を含む状態による正負の電荷の発現を低減する機能、及び正負の電荷が発現しない電気的中性状態の一方に制御する機能となる。また、ケミカルシフトや電気陰性度といった化学結合（電子分布）状態の指標となる量が傾斜（厚さ方向に変化）しているようにした傾斜機能領域を導電薄膜が備えるようにしてもよい。この量の傾斜は、キャリア密度や移動度などの導電性に関与するものとなる。
【００６５】
また、動経分布関数や侵入・置換型固溶体などの原子配列分布が傾斜（厚さ方向に変化）しているようにした傾斜機能領域を導電薄膜が備えるようにしてもよい。結晶を想定した場合、ある格子点に着目すると、この格子点からの距離に応じた原子の存在確率を示す指標である動経分布関数や濃度が一定でも、微視的には原子配列を可変可能にする固溶体などであればよい。また、導電相や粒界の大きさ及び密度などのマクロな値である相の大きさや形状が傾斜（厚さ方向に変化）しているようにした傾斜機能領域を導電薄膜が備えるようにしてもよい。
【００６６】
以上述べたように、本発明の導電薄膜によれば、傾斜機能領域を備えるようにしたので、導電薄膜自身が備えている優れた所要の導電特性を可能な限り維持しながら、さらには、特に高速スイッチング・高周波化によってより強く発現する誘電損失を、限りなく低減（低エネルギー化）しながら、傾斜機能領域の特性、例えば、拡散制御性や電子トンネリング制御性等の向上や、空間電荷分極の軽減等の機能効果を重畳することにより、誘電特性を飛躍的に改善した高速スイッチング・高周波用のメモリ・容量素子が実現できる。
【００６７】
なお、ここで述べた結果は、本発明の有効性の一例に過ぎず、本発明を実施することにより、特に、低エネルギー・高速動作で、かつ、特性劣化の殆ど無い誘電特性が必要とされる、他の高性能の応用部品・機器類を実現することができることは言うまでもない。
また、以上の実施例では、電子回路、及び、特に高速スイッチング・高周波集積回路への適用実施を中心にその実施例を説明したものであるが、これ以外にも、より広範囲の多種多様な電子回路、及び、特に集積回路に対しても適用できるほか、記録装置や駆動機構等のマイクロマシニング関連装置などや、他の各種の微細な導電薄膜使用部品・機器類の実現に本発明が適用できることは言うまでもない。さらには、導電薄膜を複数種の基本構成材料によって構成した場合でも、本発明の主旨を逸脱するものではない。
【００６８】
以上述べた実施例でも明らかなように、本発明により、電子機器内の電子回路、及び、特に数百ＭＨｚ以上の高速スイッチング・高周波領域において、低エネルギーで所要の特性を達成できる、極めて高特性の傾斜機能を有する多種多様な電子回路用導電薄膜が実現できる。本発明は、メモリ・容量素子等の高性能な電子回路、及び、特に高速スイッチング・高周集積回路を始めとして、様々な電子回路素子、及び、特に集積回路素子を、制御性、信頼性良く実現する上で非常に有効である。従って、本発明を実施することによる工業上の利点は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の形態における導電薄膜の構成例を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における他の導電薄膜の構成例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における他の導電薄膜を用いた素子の構成例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０１…電極、１０２…導電薄膜、１０３…誘電体相、１２０…導電体相、１２１…傾斜機能領域。
【図１】
2007012847.tif 000003
【図２】
2007012847.tif 000004
【図３】
2007012847.tif 000005