JP2005166965A - Method for manufacturing thin film - Google Patents

Method for manufacturing thin film Download PDF

Info

Publication number
JP2005166965A
JP2005166965A JP2003403975A JP2003403975A JP2005166965A JP 2005166965 A JP2005166965 A JP 2005166965A JP 2003403975 A JP2003403975 A JP 2003403975A JP 2003403975 A JP2003403975 A JP 2003403975A JP 2005166965 A JP2005166965 A JP 2005166965A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
gas
raw material
film
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003403975A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4205565B2 (en
JP2005166965A5 (en
Inventor
Takeshi Masuda
健 増田
Hiroshi Nishioka
浩 西岡
Masahiko Kajinuma
雅彦 梶沼
Kiichi Yamada
貴一 山田
Masanori Uematsu
正紀 植松
Kouko Suu
紅コウ 鄒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP2003403975A priority Critical patent/JP4205565B2/en
Publication of JP2005166965A publication Critical patent/JP2005166965A/en
Publication of JP2005166965A5 publication Critical patent/JP2005166965A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4205565B2 publication Critical patent/JP4205565B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a thin film having high electric characteristics at a low temperature by a CVD method. <P>SOLUTION: After manufacturing a thin film by the thin film manufacturing method based on the CVD method for forming a film on a substrate heated to the decomposition temperature or more of raw material gas by using film formation gas consisting of the raw material gas and reaction gas, crystallization annealing processing is performed at a temperature lower than the film formation temperature of the thin film. As a thin film before the annealing processing, film formation gas in which the quantity of raw material gas having the highest decomposition temperature out of the raw material gas components is set to the same quantity or more of a succeeding process is introduced to form an initial layer, and then film formation gas in which the quantity of raw material gas having the highest decomposition temperature is set to the same quantity or less as that of the initial layer is introduced to form a 2nd layer and after. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、薄膜製造方法に関し、特に、MOCVD等のCVD法により酸化物薄膜を製造する方法に関する。   The present invention relates to a thin film manufacturing method, and more particularly to a method of manufacturing an oxide thin film by a CVD method such as MOCVD.

近年、半導体分野では、半導体素子の高集積化、高性能化が求められている。これらの要求を解決するための手段として、段差被覆性に優れ、欠陥の少ない緻密な膜が期待されるCVD(化学気相成長)法による成膜が注目を集めている。   In recent years, high integration and high performance of semiconductor elements are required in the semiconductor field. As means for solving these demands, film formation by CVD (chemical vapor deposition) method, which is expected to be a dense film having excellent step coverage and few defects, has attracted attention.

また、これらの要求に応えるために、新材料の導入も提案されている。この新材料の導入の際の問題を解決したり、また、元素の拡散などの問題を解決するためには、成膜プロセス温度のなお一層の低温化が要求されている。   In order to meet these requirements, the introduction of new materials has also been proposed. In order to solve the problems at the time of introducing this new material and to solve problems such as element diffusion, it is required to further lower the film forming process temperature.

また、Ta、(Ba,Sr)TiO、SrTiOなどの高誘電率誘電体酸化物、Pb(Zr,Ti)O、SrBiTa、BiTi12などの強誘電体酸化物、IrO、RuO、SrRuO、LaNiOなどの電気伝導性酸化物、(La,Sr)MnO、(Pr,Ca)MnOなどの強磁性酸化物からなる薄膜は、高集積化素子、低消費電力化素子、不揮発メモリー、キャパシターの電極材などといった利用用途から注目を集めている。しかし、これらの膜を低温で成膜すると、膜が結晶化せず、各用途として機能する状態にならないこと、下地との界面付近の膜組成が異なること、大きなリーク電流が発生することなどの種々の問題が発生する。例えば、膜中の酸素が欠損して、良好なエピタキシャル成長が妨げられると、常誘電体酸化物膜及び強誘電体酸化物膜では絶縁性がそれぞれ低下し、また、電気伝導性酸化物膜及び強磁性酸化物膜では電気伝導性がそれぞれ低下するという問題がある。 Also, high dielectric constant dielectric oxides such as Ta 2 O 5 , (Ba, Sr) TiO 3 , SrTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , Bi 4 Ti 3 O 12, etc. ferroelectric oxide, IrO 2, RuO 2, SrRuO 3, electrically conductive oxides such as LaNiO 3, (La, Sr) MnO 3, a thin film made of a ferromagnetic oxide such as (Pr, Ca) MnO 3 of Has attracted attention from applications such as highly integrated devices, low power consumption devices, nonvolatile memories, and capacitor electrode materials. However, when these films are formed at a low temperature, the films do not crystallize and do not function as various applications, the film composition near the interface with the base is different, and a large leakage current is generated. Various problems occur. For example, when oxygen in the film is deficient and good epitaxial growth is prevented, the insulating properties of the paraelectric oxide film and the ferroelectric oxide film are lowered, and the electrically conductive oxide film and the strong oxide film are strong. The magnetic oxide film has a problem that electric conductivity is lowered.

本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、低温でCVD法により薄膜を製造する際に、成膜初期の膜組成のずれを補正し、膜厚方向に組成を制御することにより、電気特性に優れた、特にリーク電流密度が2V印加で1.0E−3A/cm以下であり、かつ分極反転電荷密度が2V印加で25μC/cm以上である薄膜を製造する方法を提供することにある。 The problem of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, by correcting a film composition deviation at the initial stage of film formation and controlling the composition in the film thickness direction when manufacturing a thin film by a CVD method at a low temperature, Provided is a method for producing a thin film having excellent electrical characteristics, in particular, a leakage current density of 1.0E-3 A / cm 2 or less when 2 V is applied and a polarization reversal charge density of 25 μC / cm 2 or more when 2 V is applied. There is.

請求項1によれば、本発明の薄膜製造方法は、固体原料若しくは液体原料を溶媒に溶かした液体を気化システムを用いて気化した原料ガス、又は固体原料からの昇華若しくは液体原料からの蒸発によって生成した原料ガスと反応ガスとを含む成膜ガスをガス導入手段を介して反応室内に導入し、原料ガスの分解温度以上に加熱された基板上で成膜させるCVD法による薄膜製造方法において、2層以上の層からなる薄膜を製造するに際し、該原料ガスのうち分解温度が最も高い原料ガスを次の成膜プロセスの場合と同量以上の量含む成膜ガスを反応室内へ導入して初期層を成膜し、次いで、該分解温度が最も高い原料ガスを初期層成膜プロセスの場合と同量以下の量含む成膜ガスを導入して2層目以降の層を成膜することを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, the thin film manufacturing method of the present invention includes a raw material gas obtained by vaporizing a liquid obtained by dissolving a solid raw material or a liquid raw material in a solvent using a vaporization system, or sublimation from a solid raw material or evaporation from a liquid raw material. In a thin film manufacturing method by a CVD method in which a film forming gas containing a generated raw material gas and a reactive gas is introduced into a reaction chamber through a gas introducing means, and a film is formed on a substrate heated above the decomposition temperature of the raw material gas. When manufacturing a thin film composed of two or more layers, a deposition gas containing the source gas having the highest decomposition temperature among the source gases in an amount equal to or greater than that in the next deposition process is introduced into the reaction chamber. Form an initial layer, and then introduce a deposition gas containing the source gas having the highest decomposition temperature equal to or less than that in the initial layer film formation process to form the second and subsequent layers. It is characterized by.

上記したような配合割合の成膜ガスを用いて複数の層からなる薄膜を製造することにより、結晶化が促進された薄膜であって、電気特性の優れた薄膜、例えば、低いリーク電流密度、高い分極反転電荷密度を有し、また、その電荷密度の低電圧での立ち上がりが良好である薄膜を得ることができる。例えば、2V印加で1.0E−3A/cm以下、好ましくは1.0E−4/cm以下のリーク電流密度、また、2V印加で25μC/cm以上、好ましくは30μC/cm以上の分極反転電荷密度を有する薄膜を得ることができる。 By manufacturing a thin film composed of a plurality of layers using a film forming gas having a blending ratio as described above, crystallization is promoted and a thin film having excellent electrical characteristics, for example, a low leakage current density, It is possible to obtain a thin film having a high polarization inversion charge density and a good rise of the charge density at a low voltage. For example, 1.0E-3A / cm 2 or less at 2V applied, preferably 1.0E-4 / cm 2 or less of the leakage current density also,, 25μC / cm 2 or more at 2V applied, preferably 30 .mu.C / cm 2 or more A thin film having a polarization reversal charge density can be obtained.

請求項2によれば、上記薄膜製造方法において、気化システムを含めてこのシステムから反応室上部のガス導入手段内までの経路の温度を、該原料ガスが基板へ到達する前に析出又は分解を起こすことのない温度に設定して成膜することを特徴とする。
原料ガス組成に応じて経路等の温度を適宜設定することにより、パーティクルの発生が防止され、所望の電気特性を有する薄膜を製造できる。
According to claim 2, in the thin film manufacturing method, the temperature of the path from this system to the gas introduction means in the upper part of the reaction chamber, including the vaporization system, is precipitated or decomposed before the source gas reaches the substrate. It is characterized in that the film is formed at a temperature at which it does not occur.
By appropriately setting the temperature of the path or the like according to the raw material gas composition, generation of particles can be prevented and a thin film having desired electrical characteristics can be manufactured.

請求項3によれば、本発明の薄膜製造方法はまた、固体原料若しくは液体原料を溶媒に溶かした液体を気化システムを用いて気化した原料ガス、又は固体原料からの昇華若しくは液体原料からの蒸発によって生成した原料ガスと反応ガスとを含む成膜ガスをガス導入手段を介して反応室内に導入し、原料ガスの分解温度以上に加熱された基板上で成膜させるCVD法による薄膜製造方法に従って薄膜を製造した後、さらに、この薄膜の成膜温度よりも低い温度で結晶化アニール処理することを特徴とする。   According to claim 3, the thin film manufacturing method of the present invention also includes a raw material gas obtained by vaporizing a liquid obtained by dissolving a solid raw material or a liquid raw material in a solvent using a vaporization system, or sublimation from a solid raw material or evaporation from a liquid raw material. In accordance with a thin film manufacturing method by CVD, a film forming gas containing a source gas and a reaction gas generated by the above is introduced into a reaction chamber through a gas introduction means, and a film is formed on a substrate heated above the decomposition temperature of the source gas. After the thin film is manufactured, a crystallization annealing treatment is further performed at a temperature lower than the film forming temperature of the thin film.

上記した温度範囲で結晶化アニール処理することにより、結晶化が促進された薄膜であって、電気特性の優れた薄膜、例えば、低いリーク電流密度や高い分極反転電荷密度を有する薄膜を得ることができる。   By performing the crystallization annealing treatment in the above-mentioned temperature range, it is possible to obtain a thin film with accelerated crystallization and excellent electrical characteristics, for example, a thin film having a low leakage current density and a high polarization inversion charge density. it can.

請求項4によれば、上記結晶化アニール処理前の薄膜が、原料ガスとして複数の原料ガスを用いる場合、結晶化アニール処理前の薄膜が、原料ガスのうち分解温度が最も高い原料ガスを次の成膜プロセスの場合と同量以上の量含む成膜ガスを反応室内へ導入して初期層を成膜し、次いで、この分解温度が最も高い原料ガスを初期層成膜プロセスの場合と同量以下の量含む成膜ガスを導入して2層目以降の層を成膜した薄膜であることを特徴とする。   According to claim 4, when the thin film before the crystallization annealing treatment uses a plurality of source gases as the source gas, the thin film before the crystallization annealing treatment follows the source gas having the highest decomposition temperature among the source gases. A film-forming gas containing the same amount or more as in the case of the film-forming process is introduced into the reaction chamber to form an initial layer, and then the source gas having the highest decomposition temperature is the same as in the case of the initial-layer film-forming process. A thin film in which a second and subsequent layers are formed by introducing a deposition gas containing an amount less than or equal to the amount is characterized.

請求項5によれば、(1)結晶化アニール処理後に上部電極を成膜し、次いで、この結晶化アニール処理と同じ条件で回復アニール処理を行うか、又は(2)結晶化アニール処理前に上部電極を成膜し、次いで、結晶化アニール処理と回復アニール処理とを兼ねるアニール処理を行うことを特徴とする。この回復アニール処理により、上部電極成膜時の下地膜へのダメージが回復される。   According to claim 5, (1) the upper electrode is formed after the crystallization annealing treatment, and then the recovery annealing treatment is performed under the same conditions as the crystallization annealing treatment, or (2) before the crystallization annealing treatment. An upper electrode is formed, and then an annealing process that serves as both a crystallization annealing process and a recovery annealing process is performed. By this recovery annealing treatment, damage to the base film during upper electrode film formation is recovered.

請求項6によれば、上記アニール処理を、大気雰囲気、又は大気雰囲気よりも酸素濃度を高くした雰囲気で行うことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, the annealing treatment is performed in an air atmosphere or an atmosphere having a higher oxygen concentration than the air atmosphere.

請求項7によれば、上記アニール処理を、予めアニール処理対象物を所定の温度、所定の雰囲気に設定した炉の中に仕込み、30分〜2時間保持した後に行うことを特徴とする。この予備処理の温度及び雰囲気は、例えば、500℃、1時間、酸素雰囲気であればよい。   According to a seventh aspect of the present invention, the annealing treatment is performed after the object to be annealed is previously charged in a furnace set at a predetermined temperature and a predetermined atmosphere and held for 30 minutes to 2 hours. The temperature and atmosphere of this pretreatment may be, for example, an oxygen atmosphere at 500 ° C. for 1 hour.

請求項8によれば、大気雰囲気よりも酸素濃度を高くするために、酸素、オゾン、一酸化二窒素、及び二酸化一窒素などから選ばれた少なくとも一種のガスを用いることを特徴とする。   According to the eighth aspect of the present invention, at least one gas selected from oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and mononitrogen dioxide is used in order to make the oxygen concentration higher than that in the air atmosphere.

請求項9によれば、上部電極の成膜をスパッタ法により行うことを特徴とする。
請求項10によれば、上部電極が、Pt、Ir、及びIrOxから選ばれた貴金属系の物質からなるものであることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, the upper electrode is formed by sputtering.
According to a tenth aspect of the present invention, the upper electrode is made of a noble metal-based material selected from Pt, Ir, and IrOx.

請求項11によれば、上記原料が、Pb、Zr、Ti、Ba、Sr、Ta、Bi、La、Ru、Ir、Ni、Mn、Pr、Si、Al、Hf、Mg、Caから選ばれた元素の少なくとも一種を含んでいることを特徴とする。
請求項12によれば、上記原料が、MOCVD用原料としての有機金属化合物であることを特徴とする。
According to claim 11, the raw material is selected from Pb, Zr, Ti, Ba, Sr, Ta, Bi, La, Ru, Ir, Ni, Mn, Pr, Si, Al, Hf, Mg, Ca. It contains at least one element.
According to claim 12, the raw material is an organometallic compound as a raw material for MOCVD.

請求項13によれば、有機金属化合物が、Pb(thd) ((ビス(2,2,6,6)テトラメチル(3,5)ヘプタンジオネート)鉛)、Zr(thd)((テトラキス(2,2,6,6)テトラメチル(3,5)ヘプタンジオネート)ジルコニウム)、Zr(dmhd)((テトラキス(2,6)ジメチル(3,5)ヘプタンジオネート)ジルコニウム)、Ti(i−PrO)(thd)((ビスイソプロポキシド)(ビス(2,2,6,6)テトラメチル(3,5)ヘプタンジオネート)チタン)、Zr(MMP)((テトラキス(1)メトキシ(2)メチル(2)プロポキシ)ジルコニウム)、及びTi(MMP)((テトラキス(1)メトキシ(2)メチル(2)プロポキシ)チタン)から選ばれた化合物であることを特徴とする。 According to claim 13, the organometallic compound is Pb (thd) 2 ((bis (2,2,6,6) tetramethyl (3,5) heptanedionate) lead), Zr (thd) 4 (( Tetrakis (2,2,6,6) tetramethyl (3,5) heptanedionate) zirconium), Zr (dmhd) 4 ((tetrakis (2,6) dimethyl (3,5) heptanedionate) zirconium), Ti (i-PrO) 2 (thd) 2 ((bisisopropoxide) (bis (2,2,6,6) tetramethyl (3,5) heptanedionate) titanium), Zr (MMP) 4 (( Tetrakis (1) methoxy (2) methyl (2) propoxy) zirconium) and Ti (MMP) 4 ((tetrakis (1) methoxy (2) methyl (2) propoxy) titanium) Features.

請求項14によれば、上記原料ガスとしてPb含有原料ガスを含む成膜ガスを用いる場合、このPb含有原料ガスを次の成膜プロセスと同量以上の量含む成膜ガスを反応室内へ導入して初期層を成膜し、次いで、このPb含有原料ガスを初期層成膜プロセスの場合と同量以下の量含む成膜ガスを導入して2層目以降の層を成膜することを特徴とする。これにより、リーク電流密度などの電気特性の改良された薄膜を得ることができる。   According to the fourteenth aspect, when a film forming gas containing a Pb-containing source gas is used as the source gas, a film forming gas containing the same amount or more of the Pb-containing source gas as in the next film forming process is introduced into the reaction chamber. Then, the initial layer is formed, and then the second and subsequent layers are formed by introducing a film forming gas containing the Pb-containing source gas in an amount equal to or less than that in the initial layer forming process. Features. Thereby, a thin film with improved electrical characteristics such as leakage current density can be obtained.

請求項15によれば、上記原料ガスとしてPb(thd)、Zr(dmhd)又はZr(MMP)、及びTi(i−PrO)(thd)又はTi(MMP)からなるガスを含む成膜ガスを用いてPb(Zr,Ti)O薄膜を製造する場合、これらの原料からなる成膜ガスを反応室内へ導入して薄膜を製造する際に、このPb含有原料ガスを次の成膜プロセスの場合と同量以上の量含む成膜ガスを反応室内へ導入して初期層を成膜し、次いで、このPb含有原料ガスを初期層成膜プロセスの場合と同量以下の量含む成膜ガスを導入して2層目以降の層を成膜することを特徴とする。 According to claim 15, the gas comprising Pb (thd) 2 , Zr (dmhd) 4 or Zr (MMP) 4 , and Ti (i-PrO) 2 (thd) 2 or Ti (MMP) 4 as the source gas. When a Pb (Zr, Ti) O 3 thin film is manufactured using a film-forming gas containing, when the film forming gas composed of these raw materials is introduced into the reaction chamber to manufacture the thin film, this Pb-containing material gas is used. A film-forming gas containing the same amount or more as in the case of the next film-forming process is introduced into the reaction chamber to form an initial layer, and then this Pb-containing source gas is equal to or less than the amount in the case of the initial-layer film-forming process. The second and subsequent layers are formed by introducing a film forming gas containing the above-mentioned amount.

請求項16によれば、上記初期層の厚さを2層目の厚さよりも薄くするように成膜することを特徴とする。これにより、電気特性の優れた薄膜を得ることができる。
請求項17によれば、上記初期層の厚さを2層目の厚さの20分の1以下にすることを特徴とする。
請求項18によれば、上記初期層の厚さを20nm以下にすることを特徴とする。
初期層の厚さを上記したような厚さにすることにより、低いリーク電流密度、高い分極反転電荷密度を有する薄膜を製造できる。
According to a sixteenth aspect of the present invention, the initial layer is formed so as to be thinner than the second layer. Thereby, a thin film having excellent electrical characteristics can be obtained.
According to a seventeenth aspect of the present invention, the thickness of the initial layer is set to 1/20 or less of the thickness of the second layer.
According to claim 18, the thickness of the initial layer is set to 20 nm or less.
By setting the thickness of the initial layer as described above, a thin film having a low leakage current density and a high polarization inversion charge density can be manufactured.

請求項19によれば、上記原料を溶かす溶媒として、テトラヒドロフラン、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、及びメチルシクロヘキサンから選ばれた少なくとも一種の溶媒を用いることを特徴とする。   According to the nineteenth aspect, at least one solvent selected from tetrahydrofuran, cyclohexane, ethylcyclohexane, and methylcyclohexane is used as a solvent for dissolving the raw material.

請求項20によれば、上記薄膜製造方法で用いる基板として、Pt、Ir、Rh、Ru、MgO、SrTiO、IrO、RuO、SrRuO、及びLaNiOから選ばれた、ある面方位に配向した材料からなる基板を用いることを特徴とする。 According to claim 20, the substrate used in the thin film manufacturing method has a plane orientation selected from Pt, Ir, Rh, Ru, MgO, SrTiO 3 , IrO 2 , RuO 2 , SrRuO 3 , and LaNiO 3. A substrate made of an oriented material is used.

請求項21によれば、上記基板として、Ir/SiO/Si、Ir/Ti/SiO/Si、Pt/Ti/SiO/Si、及びSrRuO/Pt/Ti/SiO/Siから選ばれたものを用いることを特徴とする。 According to Claim 21, the substrate is selected from Ir / SiO 2 / Si, Ir / Ti / SiO 2 / Si, Pt / Ti / SiO 2 / Si, and SrRuO 3 / Pt / Ti / SiO 2 / Si. It is characterized by using the above.

請求項22によれば、本発明に従って製造する薄膜が、(Ba,Sr)TiO及びSrTiOから選ばれた常誘電誘電体酸化物、Pb(Zr,Ti)O、SrBiTa、及びBiTi12から選ばれた強誘電体酸化物、SrRuO及びLaNiOから選ばれた電気伝導性酸化物、(La,Sr)MnO及び(Pr,Ca)MnOから選ばれた強磁性酸化物の薄膜であることを特徴とする。 According to claim 22, the thin film produced according to the present invention comprises a paraelectric dielectric oxide selected from (Ba, Sr) TiO 2 and SrTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 , SrBi 2 Ta 2 O. 9 , and a ferroelectric oxide selected from Bi 4 Ti 3 O 12, an electrically conductive oxide selected from SrRuO 3 and LaNiO 3, from (La, Sr) MnO 3 and (Pr, Ca) MnO 3 It is a thin film of a selected ferromagnetic oxide.

請求項23によれば、Pb(Zr,Ti)Oが、さらにNb、La、Ca、及びSrから選ばれた少なくとも一種を含んでいることを特徴とする。 According to a twenty- third aspect , the Pb (Zr, Ti) O 3 further contains at least one selected from Nb, La, Ca, and Sr.

請求項24によれば、本発明に従って製造する薄膜が、SiO、TiO、Al、Ta、MgO、ZrO、及びHfOから選ばれた常誘電誘電体酸化物、IrO及びRuOから選ばれた電気伝導性酸化物の薄膜であることを特徴とする。 According to claim 24, the thin film produced according to the present invention is a paraelectric dielectric oxide selected from SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , MgO, ZrO 2 , and HfO 2 , It is a thin film of an electrically conductive oxide selected from IrO 2 and RuO 2 .

本発明によれば、所定の配合割合の原料ガスを有する成膜ガスを用いて、成膜初期の組成ずれを補正し、膜厚方向に組成を制御することにより、また、成膜後に所定の条件でアニール処理を行うことにより、結晶化が促進された薄膜であって、電気特性の優れた薄膜、例えば、低いリーク電流密度、高い分極反転電荷密度を有し、その電荷密度の低電圧での立ち上がりが良好である薄膜を得ることができるという効果が達成される。   According to the present invention, by using a film-forming gas having a raw material gas with a predetermined blending ratio, correcting a composition shift at the initial stage of film formation and controlling the composition in the film thickness direction, and after film formation, A thin film whose crystallization is promoted by annealing treatment under conditions, and has excellent electrical characteristics, for example, a low leakage current density, a high polarization inversion charge density, and a low voltage of the charge density. The effect that a thin film having a good rise can be obtained.

以下、本発明に係わる薄膜製造方法を実施するための装置の一例として、図1に示すCVD薄膜製造装置の概略の配置・構成図を参照して説明する。   Hereinafter, an example of an apparatus for carrying out the thin film manufacturing method according to the present invention will be described with reference to a schematic arrangement / configuration diagram of a CVD thin film manufacturing apparatus shown in FIG.

図1に示すCVD薄膜製造装置は、真空排気システム1に圧力調整バルブ1aを介して接続された反応室2と、反応室の上部に設けられたガス導入手段としてのシャワープレート3に所定の長さの成膜ガス配管4により接続されたガス混合器5と、この混合器5に原料ガス配管6により接続された気化システムである気化器7とを有している。   The CVD thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 1 has a reaction chamber 2 connected to an evacuation system 1 via a pressure regulating valve 1a, and a shower plate 3 as a gas introduction means provided at an upper portion of the reaction chamber with a predetermined length. A gas mixer 5 connected by a film forming gas pipe 4 and a vaporizer 7 which is a vaporization system connected to the mixer 5 by a raw material gas pipe 6.

気化器7から反応室2までのガス配管・各種バルブ・混合器等を含む装置構成物には気化した原料ガスが液化/析出/成膜しない温度に保つために、ヒータ等の加熱手段や熱交換器が設けられている。気化器7と混合器5との間の配管6にはバルブV1が、また、気化器7と排気システム1との間の配管8にはバルブV2が設けられ、これにより気化器7、混合器5、排気システム1を遮断できるように構成されている。これは、気化器7、混合器5及び排気システム1の構成要素の各々のメンテナンスサイクルが異なるため、大気開放により成膜に悪影響を及ぼす水分等の物質がこれら構成要素に付着するのを避けることが目的である。1つの構成要素を大気開放してメンテナンスしている場合に、他の2つの構成要素をも大気開放することなく、真空を保持しうるように構成されている。   In order to keep the vaporized source gas at a temperature at which the vaporized source gas is not liquefied / deposited / deposited on the apparatus components including the gas piping from the vaporizer 7 to the reaction chamber 2, various valves, a mixer, etc. An exchanger is provided. The pipe 6 between the vaporizer 7 and the mixer 5 is provided with a valve V1 and the pipe 8 between the vaporizer 7 and the exhaust system 1 is provided with a valve V2, whereby the vaporizer 7 and the mixer 5. The exhaust system 1 can be shut off. This is because the maintenance cycles of the components of the vaporizer 7, the mixer 5 and the exhaust system 1 are different, so that substances such as moisture that adversely affect film formation due to release to the atmosphere are avoided from adhering to these components. Is the purpose. When maintenance is performed with one component open to the atmosphere, the vacuum can be maintained without releasing the other two components to the atmosphere.

以下、上記各構成要素について詳細に説明する。
反応室2には、成膜対象物である基板Sを載置するための、基板加熱手段を有する基板ステージ2−1が配設されており、この加熱された基板上にシャワープレート3から成膜ガスが導入される。基板Sとの反応に使用されなかった余剰の成膜ガスや、基板との反応により生じた成膜ガスとの副生成物ガスや、反応物ガスが排気システム1により排気される。シャワープレート3は適度に加熱され、導入ガスが液化/析出/成膜しない温度に保たれている。
Hereafter, each said component is demonstrated in detail.
The reaction chamber 2 is provided with a substrate stage 2-1 having a substrate heating means for placing a substrate S as a film formation target. A shower plate 3 is formed on the heated substrate. Film gas is introduced. Excess film forming gas not used for the reaction with the substrate S, by-product gas with the film forming gas generated by the reaction with the substrate, and the reactant gas are exhausted by the exhaust system 1. The shower plate 3 is appropriately heated and maintained at a temperature at which the introduced gas does not liquefy / deposit / film-form.

この反応室2の上部に設けられたシャワープレート3には、成膜ガス中に存在するパーティクルを捕獲するためのフィルターとしてのパーティクル捕獲器が配設されていてもよい。このパーティクル捕獲器は、シャワープレートのシャワーホール直前に設けられていても良く、反応に必要な特定の気化した原料元素を付着・捕獲しない温度に適切に調整されていることが望ましい。   The shower plate 3 provided in the upper part of the reaction chamber 2 may be provided with a particle trap as a filter for capturing particles present in the film forming gas. This particle trap may be provided immediately before the shower hole of the shower plate, and it is desirable that the particle trap is appropriately adjusted to a temperature at which a specific vaporized source element necessary for the reaction is not attached or trapped.

上記排気システム1と反応室2との間に設けられた圧力調整バルブ1aにより、様々な成膜圧力条件に容易に対応することが出来る。   Various film forming pressure conditions can be easily accommodated by the pressure regulating valve 1a provided between the exhaust system 1 and the reaction chamber 2.

混合器5は、バルブV1が設けられている配管6により気化器7に接続されると共に、バルブ、熱交換器、マスフローコントローラ(図示せず)を介してそれぞれ二つのガス源(例えば、酸素などの酸化ガス源:窒素などの不活性ガスである希釈ガス源)にも連結されている。混合器5内で均一に混合されて得られた成膜ガスは、配管4を経てシャワープレート3を介して反応室2へ導入され、室内において層流になることなく基板ステージ2−1上に載置された成膜対象物表面に供給される。   The mixer 5 is connected to the vaporizer 7 by a pipe 6 provided with a valve V1, and two gas sources (for example, oxygen or the like) via a valve, a heat exchanger, and a mass flow controller (not shown). Oxidant gas source: a diluted gas source that is an inert gas such as nitrogen). The film-forming gas obtained by being uniformly mixed in the mixer 5 is introduced into the reaction chamber 2 through the pipe 4 via the shower plate 3, and on the substrate stage 2-1 without becoming a laminar flow in the chamber. It is supplied to the surface of the film-forming target placed.

混合器5では、酸化ガス源から供給される適度に加熱された酸化ガスと、気化器7により生じ、液化/析出/成膜しない温度に保たれた配管6を経て送られる原料ガスとが導入・混合され、成膜ガス(酸化ガス+原料ガス)が得られる。この原料ガスは、1種類の又は複数の種類のガスが混じったガスである。かくして得られた成膜ガスは、配管4を経て反応室2内に導入される。   In the mixer 5, an appropriately heated oxidizing gas supplied from an oxidizing gas source and a raw material gas that is generated by the vaporizer 7 and sent through a pipe 6 maintained at a temperature at which liquefaction / deposition / film formation is not introduced are introduced. -A film forming gas (oxidizing gas + source gas) is obtained by mixing. This source gas is a gas in which one kind or a plurality of kinds of gases are mixed. The film forming gas thus obtained is introduced into the reaction chamber 2 through the pipe 4.

この配管4及び6はVCR継手で接続されていてもよく、一部の配管各継手のVCRガスケットは、ただのリングではなく穴のところがパーティクル捕獲器となっているVCR型パーティクル捕獲器であっても良い。このVCR型パーティクル捕獲器のある継手部は、原料ガスが液化/析出しない温度よりも高く設定・保持され、かつ、反応に必要な特定の気化した原料元素を付着・捕獲しないようにすることが望ましい。   The pipes 4 and 6 may be connected by a VCR joint, and the VCR gasket of some of the pipe joints is a VCR type particle trap in which the hole is not a ring but a particle trap. Also good. The joint with this VCR type particle trap is set and maintained at a temperature higher than the temperature at which the source gas is not liquefied / deposited, and does not attach or trap the specific vaporized source elements necessary for the reaction. desirable.

ガス混合器5とシャワープレート3との間の成膜ガス配管4には、成膜ガスの切替えを行うバルブが混合器5の2次側に設けてあってもよい。このバルブの下流側は、反応室2に接続されている。成膜時は、このバルブを開け、成膜終了後にこのバルブを閉じる。   In the film forming gas pipe 4 between the gas mixer 5 and the shower plate 3, a valve for switching the film forming gas may be provided on the secondary side of the mixer 5. The downstream side of this valve is connected to the reaction chamber 2. During film formation, this valve is opened, and this valve is closed after film formation is completed.

気化器7には、原料供給部7aと気化部(図示せず)とが接続されている。この気化器は、加圧ガス(例えば、Heガス等の不活性ガス)により液体・固体原料を有機溶媒に溶解した原料液A、B、Cを加圧・搬送し、圧送された原料液のそれぞれの流量を各液体流量制御器で制御して、キャリアガスにより気化部に運ぶように構成されている。   A raw material supply unit 7 a and a vaporization unit (not shown) are connected to the vaporizer 7. This vaporizer pressurizes and conveys the raw material liquids A, B, and C obtained by dissolving a liquid / solid raw material in an organic solvent with a pressurized gas (for example, an inert gas such as He gas). Each flow rate is controlled by each liquid flow rate controller, and is transported to the vaporization section by the carrier gas.

気化部は、流量の制御された原料液を効率よく気化させ、気化して得られた原料ガスを混合器5へ供給することができるように構成されている。この気化部では、液体原料が1種の場合は単液を、液体原料が複数の場合は複数の原料液を混合して気化させることができる。原料液を気化させる際は、原料液の液滴を気化させるだけでなく、液滴にガスを当てたり、物理的な振動を与えたり又は超音波を当てたりして、気化部の壁面に設けたノズルを介して更に細かい液粒として気化部内に導入して気化させ、気化効率を上げることが好ましい。気化部の内部には、液滴又は液粒が、効率良く気化すべき箇所で極力気化することができるように、かつ、各種パーティクル捕獲器による液粒気化負荷の軽減のために、Al等の熱伝導の良い材料で作製された気化部材が配置されることが好ましい。   The vaporizing section is configured to efficiently vaporize the raw material liquid whose flow rate is controlled and supply the raw material gas obtained by the vaporization to the mixer 5. In this vaporization section, when there is only one liquid raw material, a single liquid can be mixed, and when there are a plurality of liquid raw materials, a plurality of raw material liquids can be mixed and vaporized. When vaporizing the raw material liquid, not only vaporize the liquid droplets of the raw material liquid, but also apply gas to the liquid droplets, apply physical vibrations, or apply ultrasonic waves to the vaporization part wall surface. It is preferable to introduce vaporization into the vaporization part as finer liquid particles through the nozzle and vaporize it to increase the vaporization efficiency. In order to reduce the liquid vaporization load by various particle traps in order to reduce the liquid droplet vaporization as much as possible in the inside of the vaporization part as much as possible at the place where the liquid droplets or liquid particles should be vaporized efficiently. It is preferable to arrange a vaporizing member made of a material having good heat conduction.

また、気化部の内部には、原料液が気化する際に発生する残渣を元とするパーティクルを気化部外に出さないようにするために、また、少量流れ来る液滴が気化器外に真空により吸い込まれることなく気化できるようにするために、パーティクル捕獲器を設けてもよい。この気化部材とパーティクル捕獲器においては、これらに接触した液滴、細かい液粒が確実に気化できるように、かつ、反応に必要な特定の気化した原料元素を付着・捕獲しないように、適切な温度に気化条件が保たれていることが望ましい。   In addition, in order to prevent particles based on the residue generated when the raw material liquid is vaporized from exiting the vaporizer, a small amount of liquid droplets are vacuumed outside the vaporizer. In order to be able to vaporize without being sucked by a particle trap, a particle trap may be provided. In this vaporization member and particle trap, appropriate droplets and fine liquid particles that are in contact with these vaporizers can be properly vaporized, and appropriate vaporizer elements that are necessary for the reaction are not attached or captured. It is desirable that vaporization conditions be maintained at the temperature.

なお、この気化器7は、原料溶解用の溶媒Dを有し、その流量を流量制御器で制御して気化部へ導入して気化部で気化させ、この溶媒ガスを作ることが可能なように構成されていてもよい。この溶媒ガスを用いて装置内部をクリーニングできる。   The vaporizer 7 has a solvent D for dissolving the raw material, and its flow rate is controlled by a flow rate controller so that it can be introduced into the vaporizer and vaporized by the vaporizer, so that this solvent gas can be produced. It may be configured. The inside of the apparatus can be cleaned using this solvent gas.

上記したように、本発明で用いる薄膜製造装置は、好ましくは円筒形状の反応室2を有しており、この反応室の内部には、シリコンウェハー等の基板が載置される円筒形状の基板ステージ2−1が設けられている。この基板ステージには、基板を加熱するための加熱手段が組み込まれている。また、反応室2は、基板ステージ2−1を反応室の成膜位置と反応室下方の基板搬送位置との間で昇降自在に構成するための手段を備えていてもよい。反応室2上側の中央部には、基板ステージ2−1に対向してシャワープレート3が設けられ、パーティクルの除去された成膜ガスがシャワープレート3から基板の中央部に向かって噴出されるように構成されている。   As described above, the thin film manufacturing apparatus used in the present invention preferably has a cylindrical reaction chamber 2, and a cylindrical substrate on which a substrate such as a silicon wafer is placed inside the reaction chamber. A stage 2-1 is provided. The substrate stage incorporates a heating means for heating the substrate. Further, the reaction chamber 2 may include means for configuring the substrate stage 2-1 to be movable up and down between the film formation position of the reaction chamber and the substrate transfer position below the reaction chamber. A shower plate 3 is provided in the central portion on the upper side of the reaction chamber 2 so as to face the substrate stage 2-1, so that the film forming gas from which particles are removed is ejected from the shower plate 3 toward the central portion of the substrate. It is configured.

ところで、MOCVD法等のCVD法により基板上に薄膜を製造する場合、原料ガスがある温度以下に低下すると、原料ガスがパーティクルとして析出し、反応室内での成膜ダストの原因ともなる。そのため、酸化ガス用配管にガス温度調節手段である熱交換器を設けたり、また、原料ガスの析出を防止するために反応室2の外壁や基板ステージ2−1にヒータ等の加熱手段を設けてある。   Incidentally, when a thin film is produced on a substrate by a CVD method such as the MOCVD method, when the source gas is lowered below a certain temperature, the source gas is precipitated as particles, which may cause film formation dust in the reaction chamber. Therefore, a heat exchanger as a gas temperature adjusting means is provided in the oxidizing gas pipe, and a heating means such as a heater is provided on the outer wall of the reaction chamber 2 or the substrate stage 2-1 in order to prevent the deposition of the source gas. It is.

本発明の薄膜製造方法を実施する際の成膜温度は、特に制限される訳ではなく、MOCVD法等のCVD法における既知の成膜温度であればよい。例えば、550℃程度以下、好ましくは450〜550℃程度の成膜温度であればよい。本発明では、2層以上の層からなる薄膜を製造し、また、所定の温度で結晶化アニール処理を行うことにより所期の目的を達成しているため、これよりさらに低い成膜温度によるプロセスでも実施できる。   The film formation temperature at the time of carrying out the thin film production method of the present invention is not particularly limited, and may be a known film formation temperature in a CVD method such as the MOCVD method. For example, the film forming temperature may be about 550 ° C. or less, preferably about 450 to 550 ° C. In the present invention, a thin film composed of two or more layers is manufactured, and the intended purpose is achieved by performing a crystallization annealing treatment at a predetermined temperature. But it can be done.

また、本発明におけるこの結晶化アニール処理は、成膜温度より低い温度で実施すればよい。例えば、成膜温度が530℃の場合、成膜温度より110℃低い温度、好ましくは80℃低い温度、さらに好ましくは50℃低い温度から成膜温度付近までの間の温度で結晶化アニール処理を実施すれば、満足すべき結晶化が得られると共に、所望の電気特性を有する薄膜が得られる。   Further, this crystallization annealing treatment in the present invention may be performed at a temperature lower than the film forming temperature. For example, when the film formation temperature is 530 ° C., the crystallization annealing treatment is performed at a temperature 110 ° C. lower than the film formation temperature, preferably 80 ° C., more preferably 50 ° C. to a temperature near the film formation temperature. When carried out, satisfactory crystallization is obtained and a thin film having desired electrical characteristics is obtained.

上記した図1に示す薄膜製造装置を用いれば、原料源としてPt、Ir、Ru等を含む有機金属化合物を用いたキャパシタ用電極膜、例えば、液体原料としてPb(DPM)、Zr(DMHD)、Ti(i−PrO)(DPM)などを用いて強誘電体膜PZTのCVD成膜や、このPZTにLa、Sr、Ca、Al等の添加元素を加えたCVD成膜や、液体原料としてBa(DPM)、Sr(DPM)、Ti(i−PrO)(DPM)などを用いて高誘電率誘電体膜BSTのCVD成膜を行うことができると共に、Cu、Al等のメタル配線用途を主とした薄膜や、TiN、TaN、ZrN、VN、NbN、Al等のバリア用途を主とした薄膜や、その他にSBT、STO等の誘電体薄膜及びこの誘電体にLa、Sr、Ca、Al等の添加元素を加えた膜をCVD法により製造することができる。 If the thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is used, a capacitor electrode film using an organometallic compound containing Pt, Ir, Ru, or the like as a raw material source, for example, Pb (DPM) 2 , Zr (DMHD) as a liquid raw material 4 , CVD film formation of the ferroelectric film PZT using Ti (i-PrO) 2 (DPM) 2 or the like, CVD film formation in which additive elements such as La, Sr, Ca, Al, etc. are added to this PZT, A high dielectric constant dielectric film BST can be formed by CVD using Ba (DPM) 2 , Sr (DPM) 2 , Ti (i-PrO) 2 (DPM) 2 or the like as a liquid source, and Cu, Thin films mainly used for metal wiring such as Al, thin films mainly used for barriers such as TiN, TaN, ZrN, VN, NbN, and Al 2 O 3 , and other dielectric thin films such as SBT and STO, and this Di, La, Sr, Ca, A The film plus the additive element etc. can be produced by the CVD method.

以下の実施例において、図1に示す薄膜製造装置を用いて、MOCVD法によりPZT強誘電体薄膜を製造し、得られた薄膜の電気特性に対するパラメータの影響について説明する。   In the following examples, a PZT ferroelectric thin film is manufactured by MOCVD using the thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 1, and the influence of parameters on the electrical characteristics of the obtained thin film will be described.

本実施例では、得られた強誘電体PZT薄膜の電気特性に対する結晶化アニール処理温度の依存性について説明する。   In this example, the dependence of the crystallization annealing temperature on the electrical characteristics of the obtained ferroelectric PZT thin film will be described.

PZTの原料ガスと反応ガスである酸素ガス(O)との混合ガスを用いて成膜する際に、原料、溶媒、反応ガス、キャリアガス、基板、基板温度、成膜時間、反応室圧力等の条件を以下の通りにして実施した。 When forming a film using a mixed gas of PZT source gas and oxygen gas (O 2 ), which is a reaction gas, source material, solvent, reaction gas, carrier gas, substrate, substrate temperature, film formation time, reaction chamber pressure The conditions were as follows.

(原料) (濃度) (設定流量)
Pb(thd)2/CHX 0.3mol/L 0.28mL/min
Zr(dmhd)4/CHX 0.3mol/L 0.13mL/min
Ti(i-PrO)2(thd)2/CHX 0.3mol/L 0.20mL/min
(Raw material) (Concentration) (Set flow rate)
Pb (thd) 2 / CHX 0.3mol / L 0.28mL / min
Zr (dmhd) 4 / CHX 0.3mol / L 0.13mL / min
Ti (i-PrO) 2 (thd) 2 / CHX 0.3mol / L 0.20mL / min

溶媒:CHX(シクロヘキサン)
反応ガス(O2)流量:3500sccm
気化器キャリアガス(N2):300sccm
基板:(111)面方位に配向したIr電極付きSiO/Si(8インチ)基板
基板温度:530℃
成膜時間:525sec
反応室圧力:667Pa
Solvent: CHX (cyclohexane)
Reaction gas (O 2 ) flow rate: 3500sccm
Vaporizer carrier gas (N 2 ): 300sccm
Substrate: SiO 2 / Si (8 inch) substrate with Ir electrode oriented in (111) plane orientation Substrate temperature: 530 ° C.
Deposition time: 525 sec
Reaction chamber pressure: 667 Pa

成膜圧力は、圧力調整バルブや不活性ガスや反応ガス等により常に667Pa程度に調圧した。反応室に反応ガス1250sccmを予め流し、APCで圧力を上記圧力に調圧した。反応室、気化器、各配管の温度は、220℃を維持した。基板(ウェハ)は、これを載置する基板ステージの加熱により530℃に維持した。   The film forming pressure was always adjusted to about 667 Pa by a pressure adjusting valve, an inert gas, a reactive gas, or the like. A reaction gas of 1250 sccm was flowed in advance into the reaction chamber, and the pressure was adjusted to the above pressure by APC. The temperature of the reaction chamber, the vaporizer, and each pipe was maintained at 220 ° C. The substrate (wafer) was maintained at 530 ° C. by heating the substrate stage on which it was placed.

図1に示す装置を用いて、以下のようにしてPZT薄膜を形成した。
まず、反応室2内へ基板Sを載置し、上記原料をそれぞれ、シクロヘキサン(CHX)0.3mol/Lに溶かした原料液の入った容器A、B及びCとこの溶媒の入った容器Dとを用意し、これらをヘリウムにより加圧し、キャリアガスである窒素と共に気化器7まで輸送し、気化した。気化して得られた原料ガスをガス混合器5内で反応ガスである酸素と希釈ガスである窒素と混合し、この混合ガスを3/8インチのステンレス製配管4を経てシャワープレート3を介して反応室2内へ導入した。導入した混合ガスを、反応室内で530℃に加熱された基板上に輸送してPZT薄膜を堆積せしめた。反応室2内のガスを排気システム1により排気し、反応室内圧力を圧力調整器により667Paの一定に調整した。なお、基板ステージ表面以外の気化器等の気化システムから排気システムまでの経路は、オイル循環システムやブロックヒーター等で原料の析出(再結晶)や分解(成膜)が起こらない温度(220℃)にコントロールした。
Using the apparatus shown in FIG. 1, a PZT thin film was formed as follows.
First, the substrate S is placed in the reaction chamber 2, and containers A, B, and C containing raw material solutions obtained by dissolving the above raw materials in cyclohexane (CHX) 0.3 mol / L, and a container D containing this solvent, respectively. These were pressurized with helium, transported to the vaporizer 7 together with nitrogen as a carrier gas, and vaporized. The raw material gas obtained by vaporization is mixed with oxygen as a reaction gas and nitrogen as a dilution gas in a gas mixer 5, and this mixed gas is passed through a 3/8 inch stainless steel pipe 4 through a shower plate 3. Was introduced into the reaction chamber 2. The introduced mixed gas was transported on a substrate heated to 530 ° C. in the reaction chamber to deposit a PZT thin film. The gas in the reaction chamber 2 was exhausted by the exhaust system 1, and the pressure in the reaction chamber was adjusted to 667 Pa by a pressure regulator. The route from the vaporization system such as a vaporizer other than the substrate stage surface to the exhaust system is a temperature (220 ° C.) at which no precipitation (recrystallization) or decomposition (film formation) of the raw material occurs in the oil circulation system or block heater. Controlled.

上記のようにして成膜した試料を、次いで、結晶化アニール処理、上部電極(TEL)成膜、その後の回復アニール処理(結晶化アニール処理と同じ温度で行った)を施した。この場合、アニール処理温度を530℃、500℃、420℃、350℃に設定して行った。かくして得られた各PZT薄膜について、X線回折(XRD)分析を行った。比較としてアニール処理を行わなかった試料についてもXRD分析を行った。得られたXRDスペクトルから、アニール処理温度を350℃から530℃へと上げるにつれてPZT薄膜の結晶化が促進されていることが分かる。420℃を超えると異相(Pyro)は観察されず、500℃と530℃ではほぼ同じ結晶化を示した。   The sample deposited as described above was then subjected to crystallization annealing, upper electrode (TEL) deposition, and subsequent recovery annealing (performed at the same temperature as the crystallization annealing). In this case, the annealing treatment temperature was set to 530 ° C., 500 ° C., 420 ° C., and 350 ° C. Each PZT thin film thus obtained was subjected to X-ray diffraction (XRD) analysis. As a comparison, XRD analysis was also performed on a sample that was not annealed. The obtained XRD spectrum shows that the crystallization of the PZT thin film is promoted as the annealing temperature is increased from 350 ° C. to 530 ° C. Above 420 ° C, no heterogeneous phase (Pyro) was observed, and almost the same crystallization was observed at 500 ° C and 530 ° C.

上記で得られた各PZT薄膜を用いたPZTキャパシタに2Vの電圧を印加した時のリーク電流密度を測定した。図2に、リーク電流密度(A/cm)の結晶化アニール処理温度依存性を示す。図2から明らかなように、結晶化アニール温度を350℃から420℃、500℃と上げるにつれてリーク電流密度が低くなり、その後成膜温度付近まで若干上昇することが分かる。アニール処理温度420℃から530℃付近までの範囲で、リーク電流密度は1.0E−3A/cm以下であった。 The leakage current density was measured when a voltage of 2 V was applied to the PZT capacitor using each PZT thin film obtained above. FIG. 2 shows the dependence of the leakage current density (A / cm 2 ) on the crystallization annealing treatment temperature. As can be seen from FIG. 2, as the crystallization annealing temperature is increased from 350 ° C. to 420 ° C. and 500 ° C., the leakage current density decreases and then increases slightly to near the film forming temperature. In the annealing temperature range from 420 ° C. to around 530 ° C., the leakage current density was 1.0E-3 A / cm 2 or less.

また、上記で得られた各PZT薄膜を用いたPZTキャパシタに0Vから4.0Vまでの電圧を印加した時の分極反転電荷密度[QTV特性](Qsw(μC/cm))を測定した。図3に、このQswの結晶化アニール処理温度依存性を示す。図中、a:FA530C、b:FA500C、c:FA420C、及びFA350Cは、それぞれ、アニール処理温度530℃、500℃、420℃、及び350℃の場合を示す。図3から明らかなように、結晶化アニール処理温度を高くしていくにつれて強誘電体キャパシタの特性であるQswが大きくなり、500℃と530℃ではほぼ同じであることが分かる。アニール処理温度420℃から530℃付近までの範囲で、分極反転電荷密度は、2V印加で18μC/cm以上であった。 Further, the polarization inversion charge density [QTV characteristics] (Qsw (μC / cm 2 )) when a voltage of 0 V to 4.0 V was applied to the PZT capacitor using each PZT thin film obtained above was measured. FIG. 3 shows the dependence of Qsw on the crystallization annealing treatment temperature. In the figure, a: FA 530C, b: FA 500C, c: FA 420C, and FA 350C indicate cases where the annealing temperatures are 530 ° C., 500 ° C., 420 ° C., and 350 ° C., respectively. As is apparent from FIG. 3, Qsw, which is a characteristic of the ferroelectric capacitor, increases as the crystallization annealing treatment temperature is increased, and it is understood that the temperature is almost the same at 500 ° C. and 530 ° C. In the annealing temperature range from 420 ° C. to around 530 ° C., the polarization inversion charge density was 18 μC / cm 2 or more when 2 V was applied.

上記したXRD分析、リーク電流密度(図2)、及びQTV特性(図3)の結果から、結晶化アニール処理温度を成膜温度よりも低い温度範囲に設定した時、例えば、成膜温度530℃の場合に420℃から530℃付近までの温度に設定した時、PZT薄膜は結晶化し、優れた電気特性を有することが明らかである。   From the results of the above XRD analysis, leakage current density (FIG. 2), and QTV characteristics (FIG. 3), when the crystallization annealing temperature is set to a temperature range lower than the film formation temperature, for example, the film formation temperature is 530 ° C. In this case, when the temperature is set to 420 ° C. to around 530 ° C., the PZT thin film crystallizes and has excellent electric characteristics.

本実施例では、目的とする薄膜の製造において、初期層とそれに続くバルク層とに分け、初期層の成膜に際しては、0.3M−Pb(thd)原料の流量を0.27〜0.29ml/minの間で変化させて成膜し、バルク層の成膜に際しては、この原料の流量を0.27ml/minと一定にして成膜し、PZT薄膜の電気特性に及ぼす成膜条件(各層における原料ガス流量割合変動)の依存性を検討した。 In this example, in the production of the target thin film, the initial layer and the subsequent bulk layer are divided, and when the initial layer is formed, the flow rate of 0.3M-Pb (thd) 2 raw material is 0.27 to 0. The film thickness was changed between 29 ml / min, and the bulk layer was formed at a constant flow rate of 0.27 ml / min, and the film forming conditions affecting the electrical characteristics of the PZT thin film The dependence of (the ratio of the raw material gas flow rate in each layer) was examined.

(表1)

Figure 2005166965
(Table 1)
Figure 2005166965

上記成膜条件に従って、基板(530℃)上にPZT薄膜の初期層及びバルク層を成膜した。いずれの試料の場合も、成膜後に500℃で結晶化アニール処理を施した。アニール処理後の薄膜について、XRDによる結晶構造の解析後、上部電極を成膜した。次いで、500℃で回復アニール処理を施して、下地膜へのダメージを回復せしめた。かくして得られたPZT薄膜について、XRDスペクトル、リーク電流密度及び分極反転電荷密度を実施例1と同様にして測定した。   In accordance with the above film forming conditions, an initial layer and a bulk layer of a PZT thin film were formed on a substrate (530 ° C.). In any case, crystallization annealing treatment was performed at 500 ° C. after film formation. For the annealed thin film, an upper electrode was formed after analyzing the crystal structure by XRD. Next, a recovery annealing treatment was performed at 500 ° C. to recover damage to the underlying film. With respect to the PZT thin film thus obtained, the XRD spectrum, the leakage current density and the polarization inversion charge density were measured in the same manner as in Example 1.

図4に、結晶化に対する成膜条件(Pb原料の流量)依存性を検討するためのXRDスペクトルを示す。図4中、スペクトル#1、#2及び#3はそれぞれ、表1中の試料番号に対応する。図4から明らかなように、異相は観察されず、全ての試料でPZT単相が得られていることが分かる。また、PZT薄膜の配向については、初期層のPb原料流量が多いほど基板の配向を反映した(111)方向へ結晶成長していることが分かる。   FIG. 4 shows an XRD spectrum for studying the dependency of the film formation condition (flow rate of Pb raw material) on crystallization. In FIG. 4, spectra # 1, # 2, and # 3 correspond to the sample numbers in Table 1, respectively. As is apparent from FIG. 4, no heterogeneous phase is observed, and it can be seen that a PZT single phase is obtained in all samples. As for the orientation of the PZT thin film, it can be seen that the larger the Pb raw material flow rate of the initial layer, the more the crystal grows in the (111) direction reflecting the orientation of the substrate.

なお、#2の試料について、アニール処理温度を実施例1と同様に変動させて得られた薄膜について、同様にしてXRDスペクトルを測定したところ、実施例1の場合と同様に、アニール処理温度を高くするにつれて結晶化が促進され、同様の結晶化傾向が得られた。   As for the sample # 2, the XRD spectrum was measured in the same manner for the thin film obtained by changing the annealing treatment temperature in the same manner as in Example 1. As in the case of Example 1, the annealing treatment temperature was changed. The crystallization was promoted as the value was increased, and the same crystallization tendency was obtained.

次に、図5に、上記で得られた各PZT薄膜を用いたPZTキャパシタに2Vの電圧を印加した時のリーク電流密度に対する成膜条件の依存性、すなわちリーク電流密度の初期層Pb原料流量依存性を示す。図5から明らかなように、リーク電流密度は、初期層のPb原料流量が低い試料ほど低いことが分かる。いずれの試料も、1.0E−4A/cm以下であり、目的とするリーク電流密度を満足した。 Next, FIG. 5 shows the dependence of the film formation condition on the leakage current density when a voltage of 2 V is applied to the PZT capacitor using each PZT thin film obtained above, that is, the initial layer Pb raw material flow rate of the leakage current density. Indicates dependency. As can be seen from FIG. 5, the leakage current density is lower for samples with a lower Pb raw material flow rate in the initial layer. All the samples were 1.0E-4 A / cm 2 or less and satisfied the target leakage current density.

また、図6に、上記で得られた各PZT薄膜を用いたPZTキャパシタに0Vから4.0Vまでの電圧を印加した時の、各印加電圧における強誘電体キャパシタのQTV特性について、成膜条件依存性を示す。図6から明らかなように、Qswは初期層成膜時のPb原料流量に大きく依存し、初期層成膜時のPb原料流量が大きい試料ほどQswは大きく、また、低電圧でのQswの立ち上がりが良好になっていることが分かる。   FIG. 6 shows the film formation conditions for the QTV characteristics of the ferroelectric capacitor at each applied voltage when a voltage of 0 V to 4.0 V is applied to the PZT capacitor using each PZT thin film obtained above. Indicates dependency. As apparent from FIG. 6, Qsw greatly depends on the Pb material flow rate at the time of initial layer film formation, and the sample having a larger Pb material flow rate at the time of initial layer film formation has a larger Qsw and rise of Qsw at a low voltage. It turns out that is improving.

上記の結果から、適当な電気特性を有する単相PZT薄膜が得られる原料流量を求め、基板の配向を引きずったPZT薄膜であって、強誘電体キャパシタとして利用できる良好なQTV特性を有する薄膜を得るためには、初期層のPb原料流量をバルク層のPb原料流量と同量以上、好ましくはその流量以上にする必要があること、また、所定のアニール処理を実施する必要があることが分かる。   From the above results, a raw material flow rate for obtaining a single-phase PZT thin film having appropriate electrical characteristics was obtained, and a thin film having good QTV characteristics that can be used as a ferroelectric capacitor is a PZT thin film in which the orientation of the substrate is dragged. In order to obtain, it is understood that the Pb material flow rate of the initial layer needs to be equal to or higher than the Pb material flow rate of the bulk layer, preferably more than that flow rate, and that a predetermined annealing process needs to be performed. .

本実施例では、目的とするPZT薄膜を初期層とそれに続くバルク層とに分け、それぞれの層の成膜に際し、全成膜時間を一定にして初期層とバルク層との成膜時間(すなわち、膜厚)を変化させて成膜し、PZT薄膜の電気特性に対する成膜時間の依存性を検討した。この成膜条件を表2に示す。この場合、初期層とバルク層とでPb原料流量が多少異なっているが、成膜速度はほぼ一定とみなせるので、膜厚は成膜時間に比例するものとみなせる。   In this embodiment, the target PZT thin film is divided into an initial layer and a subsequent bulk layer, and when forming each layer, the total film formation time is kept constant, that is, the initial layer and the bulk layer are formed (that is, The film thickness was changed, and the dependence of the film formation time on the electrical characteristics of the PZT thin film was examined. Table 2 shows the film forming conditions. In this case, the Pb material flow rate is slightly different between the initial layer and the bulk layer, but since the film formation rate can be regarded as almost constant, the film thickness can be regarded as being proportional to the film formation time.

(表2)

Figure 2005166965
(Table 2)
Figure 2005166965

上記成膜条件に従って、基板上にPZT薄膜の初期層及びバルク層を成膜した。いずれの試料の場合も、成膜後に500℃で結晶化アニール処理を施した。アニール処理後の薄膜上に上部電極を成膜し、次いで、500℃で回復アニール処理を施して、下地膜へのダメージを回復せしめた。かくして得られたPZT薄膜について、リーク電流密度及び分極反転電荷密度を実施例1と同様にして測定した。   In accordance with the film formation conditions, an initial layer and a bulk layer of a PZT thin film were formed on the substrate. In any case, crystallization annealing treatment was performed at 500 ° C. after film formation. An upper electrode was formed on the annealed thin film, and then a recovery annealing process was performed at 500 ° C. to recover damage to the underlying film. For the PZT thin film thus obtained, the leakage current density and the polarization inversion charge density were measured in the same manner as in Example 1.

図7に、上記で得られた各PZT薄膜を用いたPZTキャパシタに2Vの電圧を印加した時のリーク電流密度に対する初期層成膜時間(sec)の依存性を示す。図7から明らかなように、リーク電流密度は、初期層の成膜時間が短い領域では低く、特に変化はないが、初期層の成膜時間が50秒(膜厚は約10nm)を超えるとリーク電流密度は上昇し、100sec程度でほぼ1.0E−04A/cm程度のリーク電流密度となっていることが分かる。 FIG. 7 shows the dependence of the initial layer deposition time (sec) on the leakage current density when a voltage of 2 V is applied to the PZT capacitor using each PZT thin film obtained above. As is clear from FIG. 7, the leakage current density is low in the region where the initial layer deposition time is short, and there is no particular change, but when the initial layer deposition time exceeds 50 seconds (the film thickness is about 10 nm). It can be seen that the leakage current density rises and is about 1.0E-04 A / cm 2 in about 100 seconds.

また、図8に、上記で得られた各PZT薄膜を用いたPZTキャパシタに0Vから4.0Vまでの電圧を印加した時の、各印加電圧における強誘電体キャパシタのQTV特性に対する成膜条件依存性を示す。図8中、#1、#2、#3及び#4はそれぞれ、表2中の試料番号に対応する。図8から明らかなように、Qswは、初期層の成膜時間を長くしていくと、その値は上昇し、低電圧での立ち上がりが良好になっていることが分かる。Qswは、2V印加で25μC/cm以上であった。 Further, FIG. 8 shows the dependence on the film formation conditions for the QTV characteristics of the ferroelectric capacitor at each applied voltage when a voltage from 0 V to 4.0 V is applied to the PZT capacitor using each PZT thin film obtained above. Showing gender. In FIG. 8, # 1, # 2, # 3, and # 4 correspond to the sample numbers in Table 2, respectively. As can be seen from FIG. 8, Qsw increases as the initial layer deposition time is increased, and the rise at low voltage is good. Qsw was 25 μC / cm 2 or more when 2 V was applied.

上記の結果から、強誘電体キャパシタとして利用できるPZT薄膜を得るには、初期層の成膜時間を最適な範囲に調整することが望ましい。成膜時間を100sec以下(膜厚20nm以下)、好ましくは50sec以下(膜厚10nm以下)にすれば、Qswが2V印加で25μC/cm以上、好ましくは30μC/cm以上である薄膜を得ることができる。従って、初期層の膜厚としては、2nm〜20nm、好ましくは2nm〜10nmであれば、上記したような所望の電気特性を有する薄膜を得ることができるが、その範囲を外れるとリーク電流が高く、分極反転電荷密度が低い薄膜しか得られない。 From the above results, in order to obtain a PZT thin film that can be used as a ferroelectric capacitor, it is desirable to adjust the film formation time of the initial layer to an optimum range. The deposition time 100sec or less (thickness 20nm or less), preferably if below (thickness 10nm or less) 50 sec, Qsw is 25μC / cm 2 or more at 2V applied, preferably to obtain a thin film is 30 .mu.C / cm 2 or more be able to. Therefore, if the film thickness of the initial layer is 2 nm to 20 nm, preferably 2 nm to 10 nm, a thin film having the desired electrical characteristics as described above can be obtained. Only thin films with low polarization inversion charge density can be obtained.

なお、初期層の厚さを2番目の層の厚さよりも薄く、好ましくは10分の1以下、さらに好ましくは20分の1以下にすることにより、所望の電気特性を有する薄膜を得ることができるが、その範囲を外れるとリーク電流が高く、分極反転電荷密度が低い薄膜しか得られない。   Note that a thin film having desired electrical characteristics can be obtained by making the thickness of the initial layer thinner than the thickness of the second layer, preferably 1/10 or less, more preferably 1/20 or less. However, if it is out of the range, only a thin film having a high leakage current and a low polarization inversion charge density can be obtained.

本発明によれば、成膜初期の組成ずれを補正して膜厚方向に組成を制御することにより、また、成膜後に所定の条件でアニール処理を行うことにより、優れた電気特性を有する薄膜を製造することができるので、本発明は、半導体素子の高集積化、高性能化の進む半導体産業におけるCVD法による成膜プロセスに有効に適用できる。   According to the present invention, a thin film having excellent electrical characteristics can be obtained by correcting the composition deviation in the initial stage of film formation and controlling the composition in the film thickness direction, and by performing annealing treatment under predetermined conditions after film formation. Therefore, the present invention can be effectively applied to a film forming process by a CVD method in the semiconductor industry where semiconductor elements are highly integrated and have high performance.

本発明に係わる薄膜製造方法を実施するための装置の一構成例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows one structural example of the apparatus for enforcing the thin film manufacturing method concerning this invention. 実施例1で得られたPZT薄膜からなるキャパシタについて、リーク電流密度の結晶化アニール温度依存性を示すグラフ。6 is a graph showing the crystallization annealing temperature dependence of the leakage current density for the capacitor made of the PZT thin film obtained in Example 1. 実施例1で得られたPZT薄膜からなるキャパシタについて、各印加電圧における分極反転電荷密度[QTV特性](Qsw(μC/cm))の結晶化アニール温度依存性を示すグラフ。The graph which shows the crystallization annealing temperature dependence of the polarization inversion charge density [QTV characteristic] (Qsw ((micro | micron | mu) C / cm < 2 >)) in each applied voltage about the capacitor which consists of a PZT thin film obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られたPZT薄膜について、成膜条件依存性を示すXRDスペクトル。The XRD spectrum which shows film-forming condition dependence about the PZT thin film obtained in Example 2. FIG. 実施例2で得られたPZT薄膜について、リーク電流密度の初期層Pb原料流量依存性を示すグラフ。The graph which shows the initial layer Pb raw material flow rate dependence of leakage current density about the PZT thin film obtained in Example 2. FIG. 実施例2で得られたPZT薄膜について、各印加電圧における分極反転電荷密度[QTV特性](Qsw(μC/cm))の初期層のPb原料流量依存性を示すグラフ。The graph which shows the Pb raw material flow rate dependence of the initial layer of the polarization inversion charge density [QTV characteristic] (Qsw ((micro | micron | mu) C / cm < 2 >)) in each applied voltage about the PZT thin film obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られたPZT薄膜について、強誘電体キャパシタのリーク電流密度に対する初期層成膜時間依存性を示すグラフ。The graph which shows the initial layer film-forming time dependence with respect to the leakage current density of a ferroelectric capacitor about the PZT thin film obtained in Example 3. FIG. 実施例3で得られたPZT薄膜について、強誘電体キャパシタのQswに対する初期層成膜時間依存性を示すグラフ。The graph which shows the initial layer film-forming time dependence with respect to Qsw of a ferroelectric capacitor about the PZT thin film obtained in Example 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空排気システム 1a 圧力調整バルブ
2 反応室 2−1 基板ステージ
3 シャワープレート 4 成膜ガス配管
5 ガス混合器 6 原料ガス配管
7 気化システム 7a 原料供給部
8 配管 S 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum exhaust system 1a Pressure adjustment valve 2 Reaction chamber 2-1 Substrate stage 3 Shower plate 4 Film-forming gas piping 5 Gas mixer 6 Raw material gas piping 7 Evaporation system 7a Raw material supply part 8 Piping S Substrate

Claims (24)

固体原料若しくは液体原料を溶媒に溶かした液体を気化システムを用いて気化した原料ガス、又は固体原料からの昇華若しくは液体原料からの蒸発によって生成した原料ガスと反応ガスとを含む成膜ガスをガス導入手段を介して反応室内に導入し、原料ガスの分解温度以上に加熱された基板上で成膜させるCVD法による薄膜製造方法において、2層以上の層からなる薄膜を製造するに際し、該原料ガスのうち分解温度が最も高い原料ガスを次の成膜プロセスの場合と同量以上の量含む成膜ガスを反応室内へ導入して初期層を成膜し、次いで、該分解温度が最も高い原料ガスを初期層成膜プロセスの場合と同量以下の量含む成膜ガスを導入して2層目以降の層を成膜することを特徴とする薄膜製造方法。   A raw material gas obtained by vaporizing a liquid obtained by dissolving a solid raw material or a liquid raw material in a solvent using a vaporization system, or a film forming gas containing a raw material gas and a reaction gas generated by sublimation from the solid raw material or evaporation from the liquid raw material. In the thin film manufacturing method by the CVD method, which is introduced into the reaction chamber through the introducing means and formed on the substrate heated to the decomposition temperature or higher of the raw material gas, the raw material is produced when a thin film comprising two or more layers is manufactured. An initial layer is formed by introducing a deposition gas containing a source gas having the highest decomposition temperature in the reaction chamber into the reaction chamber in an amount equal to or more than that in the next deposition process, and then the decomposition temperature is the highest. A method for producing a thin film, comprising forming a second layer and subsequent layers by introducing a deposition gas containing a source gas in an amount equal to or less than that of the initial layer deposition process. 請求項1において、該気化システムを含めてこのシステムから反応室上部のガス導入手段内までの経路の温度を、該原料ガスが基板へ到達する前に析出又は分解を起こすことのない温度に設定して成膜することを特徴とする薄膜製造方法。   In Claim 1, the temperature of the path from the system including the vaporization system to the gas introduction means at the upper part of the reaction chamber is set to a temperature at which the source gas does not precipitate or decompose before reaching the substrate. A thin film manufacturing method characterized in that a film is formed. 固体原料若しくは液体原料を溶媒に溶かした液体を気化システムを用いて気化した原料ガス、又は固体原料からの昇華若しくは液体原料からの蒸発によって生成した原料ガスと反応ガスとを含む成膜ガスをガス導入手段を介して反応室内に導入し、原料ガスの分解温度以上に加熱された基板上で成膜させるCVD法による薄膜製造方法に従って薄膜を製造した後、さらに、この薄膜の成膜温度よりも低い温度で結晶化アニール処理することを特徴とする薄膜製造方法。   A raw material gas obtained by vaporizing a liquid obtained by dissolving a solid raw material or a liquid raw material in a solvent using a vaporization system, or a film forming gas containing a raw material gas and a reaction gas generated by sublimation from the solid raw material or evaporation from the liquid raw material. After the thin film is manufactured according to the thin film manufacturing method by the CVD method, which is introduced into the reaction chamber through the introducing means and formed on the substrate heated to the decomposition temperature of the raw material gas or higher, the film is further formed at a temperature higher than the film forming temperature of the thin film. A thin film manufacturing method characterized by performing a crystallization annealing treatment at a low temperature. 請求項3において、原料ガスとして複数の原料ガスを用いる場合、結晶化アニール処理前の薄膜が、原料ガスのうち分解温度が最も高い原料ガスを次の成膜プロセスの場合と同量以上の量含む成膜ガスを反応室内へ導入して初期層を成膜し、次いで、この分解温度が最も高い原料ガスを初期層成膜プロセスの場合と同量以下の量含む成膜ガスを導入して2層目以降の層を成膜した薄膜であることを特徴とする薄膜製造方法。   4. When a plurality of source gases are used as source gases in claim 3, the amount of the thin film before the crystallization annealing treatment is equal to or more than the amount of the source gas having the highest decomposition temperature among the source gases in the next film forming process. A film-forming gas containing is introduced into the reaction chamber to form an initial layer, and then a film-forming gas containing the same or lower amount of the source gas having the highest decomposition temperature as that in the case of the initial-layer film forming process is introduced. A thin film manufacturing method, characterized in that it is a thin film in which the second and subsequent layers are formed. 請求項3又は4において、(1)結晶化アニール処理後に上部電極を成膜し、次いで、この結晶化アニール処理と同じ条件で回復アニール処理を行うか、又は(2)結晶化アニール処理前に上部電極を成膜し、次いで、結晶化アニール処理と回復アニール処理とを兼ねるアニール処理を行うことを特徴とする薄膜製造方法。   5. The method according to claim 3, wherein (1) the upper electrode is formed after the crystallization annealing treatment, and then the recovery annealing treatment is performed under the same conditions as the crystallization annealing treatment, or (2) before the crystallization annealing treatment. A method of manufacturing a thin film, comprising forming an upper electrode, and then performing an annealing treatment that serves as both a crystallization annealing treatment and a recovery annealing treatment. 請求項3〜5のいずれかにおいて、結晶化アニール処理を、大気雰囲気、又は大気雰囲気よりも酸素濃度を高くした雰囲気で行うことを特徴とする薄膜製造方法。   6. The thin film manufacturing method according to claim 3, wherein the crystallization annealing treatment is performed in an air atmosphere or an atmosphere having an oxygen concentration higher than that in the air atmosphere. 請求項3〜6のいずれかにおいて、結晶化アニール処理を、予めアニール処理対象物を所定の温度、所定の雰囲気に設定した炉の中に仕込み、30分〜2時間保持した後に行うことを特徴とする薄膜製造方法。   The crystallization annealing treatment according to any one of claims 3 to 6, wherein the crystallization annealing treatment is performed after the object to be annealed is previously placed in a furnace set at a predetermined temperature and a predetermined atmosphere and held for 30 minutes to 2 hours. A thin film manufacturing method. 請求項6又は7において、大気雰囲気よりも酸素濃度を高くするために、酸素、オゾン、一酸化二窒素、及び二酸化一窒素から選ばれた少なくとも一種のガスを用いることを特徴とする薄膜製造方法。   8. The thin film manufacturing method according to claim 6, wherein at least one gas selected from oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, and mononitrogen dioxide is used in order to make the oxygen concentration higher than that in the air atmosphere. . 請求項5〜8のいずれかにおいて、上部電極の成膜をスパッタ法により行うことを特徴とする薄膜製造方法。   9. The thin film manufacturing method according to claim 5, wherein the upper electrode is formed by sputtering. 請求項5〜9のいずれかにおいて、上部電極が、Pt、Ir、及びIrOxから選ばれた貴金属系の物質からなるものであることを特徴とする薄膜製造方法。   10. The thin film manufacturing method according to claim 5, wherein the upper electrode is made of a noble metal-based material selected from Pt, Ir, and IrOx. 請求項1〜10のいずれかにおいて、原料が、Pb、Zr、Ti、Ba、Sr、Ta、Bi、La、Ru、Ir、Ni、Mn、Pr、Si、Al、Hf、Mg、Caから選ばれた元素の少なくとも一種を含んでいることを特徴とする薄膜製造方法。   11. The raw material according to claim 1, wherein the raw material is selected from Pb, Zr, Ti, Ba, Sr, Ta, Bi, La, Ru, Ir, Ni, Mn, Pr, Si, Al, Hf, Mg, and Ca. A thin film manufacturing method comprising at least one element selected from the group consisting of 請求項11において、原料がMOCVD用原料としての有機金属化合物であることを特徴とする薄膜製造方法。   12. The thin film manufacturing method according to claim 11, wherein the raw material is an organometallic compound as a raw material for MOCVD. 請求項12において、有機金属化合物が、Pb(thd) ((ビス(2,2,6,6)テトラメチル(3,5)ヘプタンジオネート)鉛)、Zr(thd)((テトラキス(2,2,6,6)テトラメチル(3,5)ヘプタンジオネート)ジルコニウム)、Zr(dmhd)((テトラキス(2,6)ジメチル(3,5)ヘプタンジオネート)ジルコニウム)、Ti(i−PrO)(thd)((ビスイソプロポキシド)(ビス(2,2,6,6)テトラメチル(3,5)ヘプタンジオネート)チタン)、Zr(MMP)((テトラキス(1)メトキシ(2)メチル(2)プロポキシ)ジルコニウム)、及びTi(MMP)((テトラキス(1)メトキシ(2)メチル(2)プロポキシ)チタン)から選ばれた化合物であることを特徴とする薄膜製造方法。 13. The organometallic compound according to claim 12, wherein the organometallic compound is Pb (thd) 2 ((bis (2,2,6,6) tetramethyl (3,5) heptanedionate) lead), Zr (thd) 4 ((tetrakis ( 2,2,6,6) tetramethyl (3,5) heptanedionate) zirconium), Zr (dmhd) 4 ((tetrakis (2,6) dimethyl (3,5) heptanedionate) zirconium), Ti ( i-PrO) 2 (thd) 2 ((bisisopropoxide) (bis (2,2,6,6) tetramethyl (3,5) heptanedionate) titanium), Zr (MMP) 4 ((tetrakis ( 1) methoxy (2) methyl (2) propoxy) zirconium) and Ti (MMP) 4 ((tetrakis (1) methoxy (2) methyl (2) propoxy) titanium) Thin film manufacturing method. 請求項1〜10のいずれかにおいて、原料ガスとしてPb含有原料ガスを含む成膜ガスを用いる場合、このPb含有原料ガスを次の成膜プロセスと同量以上の量含む成膜ガスを反応室内へ導入して初期層を成膜し、次いで、このPb含有原料ガスを初期層成膜プロセスの場合と同量以下の量含む成膜ガスを導入して2層目以降の層を成膜することを特徴とする薄膜製造方法。   In any one of Claims 1-10, when using the film-forming gas containing Pb containing source gas as source gas, the film-forming gas which contains this Pb-containing source gas more than the same amount as the following film-forming process is contained in reaction chamber To the initial layer to form a film, and then a film forming gas containing the Pb-containing source gas in an amount equal to or less than that in the initial layer film forming process is introduced to form the second and subsequent layers. A method for producing a thin film. 請求項1〜10のいずれかにおいて、原料ガスとして、Pb(thd)、Zr(dmhd)又はZr(MMP)、及びTi(i−PrO)(thd)又はTi(MMP)からなるガスを含む成膜ガスを用いてPb(Zr,Ti)O薄膜を製造する場合、これらの原料からなる成膜ガスを反応室内へ導入して薄膜を製造する際に、このPb含有原料ガスを次の成膜プロセスの場合と同量以上の量含む成膜ガスを反応室内へ導入して初期層を成膜し、次いで、このPb含有原料ガスを初期層成膜プロセスの場合と同量以下の量含む成膜ガスを導入して2層目以降の層を成膜することを特徴とする薄膜製造方法。 In any one of Claims 1-10, Pb (thd) 2 , Zr (dmhd) 4 or Zr (MMP) 4 and Ti (i-PrO) 2 (thd) 2 or Ti (MMP) 4 are used as source gas. When a Pb (Zr, Ti) O 3 thin film is manufactured using a film forming gas containing a gas consisting of the above, when the film forming gas made of these raw materials is introduced into the reaction chamber to manufacture the thin film, A deposition gas containing the same amount or more of the source gas as in the next deposition process is introduced into the reaction chamber to form an initial layer, and then this Pb-containing source gas is used in the initial layer deposition process. A method for producing a thin film, wherein a film forming gas containing the same amount or less is introduced to form a second layer and subsequent layers. 請求項1〜15のいずれかにおいて、初期層の厚さを2層目の厚さよりも薄くするように成膜することを特徴とする薄膜製造方法。   16. The method of manufacturing a thin film according to claim 1, wherein the film is formed so that the thickness of the initial layer is thinner than the thickness of the second layer. 請求項16において、初期層の厚さを2層目の厚さの10(20)分の1以下にすることを特徴とする薄膜製造方法。   17. The method of manufacturing a thin film according to claim 16, wherein the thickness of the initial layer is set to 1/10 (20) or less of the thickness of the second layer. 請求項16又は17において、初期層の厚さを10(20)nm以下にすることを特徴とする薄膜製造方法。   The method of manufacturing a thin film according to claim 16 or 17, wherein the initial layer has a thickness of 10 (20) nm or less. 請求項1〜18のいずれかにおいて、原料を溶かす溶媒として、テトラヒドロフラン、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、及びメチルシクロヘキサンから選ばれた少なくとも一種の溶媒を用いることを特徴とする薄膜製造方法。   19. The method for producing a thin film according to claim 1, wherein at least one solvent selected from tetrahydrofuran, cyclohexane, ethylcyclohexane, and methylcyclohexane is used as a solvent for dissolving the raw material. 請求項1〜19のいずれかにおいて、基板として、Pt、Ir、Rh、Ru、MgO、SrTiO、IrO、RuO、SrRuO、及びLaNiOから選ばれた、ある面方位に配向した材料からなる基板を用いることを特徴とする薄膜製造方法。 In any one of claims 1 to 19, as the substrate, Pt, Ir, Rh, Ru , MgO, SrTiO 3, IrO 2, RuO 2, SrRuO 3, and selected from LaNiO 3, the material oriented in a certain plane orientation A method for producing a thin film, comprising using a substrate comprising: 請求項1〜19のいずれかにおいて、基板として、Ir/SiO/Si、Ir/Ti/SiO/Si、Pt/Ti/SiO/Si、及びSrRuO/Pt/Ti/SiO/Siから選ばれたものを用いることを特徴とする薄膜製造方法。 In any one of claims 1 to 19, as a substrate, Ir / SiO 2 / Si, Ir / Ti / SiO 2 / Si, Pt / Ti / SiO 2 / Si, and SrRuO 3 / Pt / Ti / SiO 2 / Si A method for producing a thin film, comprising using a material selected from the group consisting of: 請求項1〜21のいずれかにおいて、製造する薄膜が、(Ba,Sr)TiO及びSrTiOから選ばれた常誘電誘電体酸化物、Pb(Zr,Ti)O、SrBiTa、及びBiTi12から選ばれた強誘電体酸化物、SrRuO及びLaNiOから選ばれた電気伝導性酸化物、(La,Sr)MnO及び(Pr,Ca)MnOから選ばれた強磁性酸化物の薄膜であることを特徴とする薄膜製造方法。 The thin film to be manufactured according to any one of claims 1 to 21, wherein the thin film to be manufactured is a paraelectric dielectric oxide selected from (Ba, Sr) TiO 2 and SrTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 , SrBi 2 Ta 2 O. 9 , and a ferroelectric oxide selected from Bi 4 Ti 3 O 12, an electrically conductive oxide selected from SrRuO 3 and LaNiO 3, from (La, Sr) MnO 3 and (Pr, Ca) MnO 3 A method for producing a thin film, which is a thin film of a selected ferromagnetic oxide. 請求項22において、Pb(Zr,Ti)Oが、さらにNb、La、Ca、及びSrから選ばれた少なくとも一種を含んでいることを特徴とする薄膜製造方法。 23. The thin film manufacturing method according to claim 22, wherein the Pb (Zr, Ti) O 3 further contains at least one selected from Nb, La, Ca, and Sr. 請求項3、5〜13、及び16〜21のいずれかにおいて、製造する薄膜が、SiO、TiO、Al、Ta、MgO、ZrO、及びHfOから選ばれた常誘電誘電体酸化物、IrO及びRuOから選ばれた電気伝導性酸化物の薄膜であることを特徴とする薄膜製造方法。 In any one of claims 3,5~13, and 16 to 21, the thin film to be produced, SiO 2, TiO 2, Al 2 O 3, Ta 2 O 5, MgO, ZrO 2, and selected from HfO 2 A method for producing a thin film, which is a thin film of an electrically conductive oxide selected from a paraelectric dielectric oxide, IrO 2 and RuO 2 .
JP2003403975A 2003-12-03 2003-12-03 Thin film manufacturing method Expired - Lifetime JP4205565B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003403975A JP4205565B2 (en) 2003-12-03 2003-12-03 Thin film manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003403975A JP4205565B2 (en) 2003-12-03 2003-12-03 Thin film manufacturing method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2005166965A true JP2005166965A (en) 2005-06-23
JP2005166965A5 JP2005166965A5 (en) 2006-12-07
JP4205565B2 JP4205565B2 (en) 2009-01-07

Family

ID=34727077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003403975A Expired - Lifetime JP4205565B2 (en) 2003-12-03 2003-12-03 Thin film manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4205565B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007247062A (en) * 2006-03-16 2007-09-27 Tokyo Electron Ltd Metallic layer deposition system for reducing particle formation and vapor phase raw material distribution system and method
WO2008105451A1 (en) * 2007-03-01 2008-09-04 Tokyo Electron Limited METHOD FOR FORMING SrTiO3 FILM AND STORAGE MEDIUM
WO2011070945A1 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 株式会社アルバック Thin film manufacturing apparatus, thin film manufacturing method, and method for manufacturing semiconductor device
KR20190109606A (en) * 2018-02-08 2019-09-26 에스케이하이닉스 주식회사 Method of Fabricating Ferroelectric Device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007247062A (en) * 2006-03-16 2007-09-27 Tokyo Electron Ltd Metallic layer deposition system for reducing particle formation and vapor phase raw material distribution system and method
WO2008105451A1 (en) * 2007-03-01 2008-09-04 Tokyo Electron Limited METHOD FOR FORMING SrTiO3 FILM AND STORAGE MEDIUM
JP2008218555A (en) * 2007-03-01 2008-09-18 Tokyo Electron Ltd METHOD OF FORMING SrTiO3 FILM AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM
US8361550B2 (en) * 2007-03-01 2013-01-29 Tokyo Electron Limited Method for forming SrTiO3 film and storage medium
WO2011070945A1 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 株式会社アルバック Thin film manufacturing apparatus, thin film manufacturing method, and method for manufacturing semiconductor device
KR20190109606A (en) * 2018-02-08 2019-09-26 에스케이하이닉스 주식회사 Method of Fabricating Ferroelectric Device
KR102433290B1 (en) * 2018-02-08 2022-08-17 에스케이하이닉스 주식회사 Method of Fabricating Ferroelectric Device

Also Published As

Publication number Publication date
JP4205565B2 (en) 2009-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3462852B2 (en) Method and apparatus for producing thin films by chemical vapor deposition
US7862857B2 (en) Scalable lead zirconium titanate (PZT) thin film material and deposition method, and ferroelectric memory device structures comprising such thin film material
JP3436617B2 (en) Manufacturing method of ferroelectric thin film
JPWO2012039107A1 (en) Thin film manufacturing method and thin film manufacturing apparatus
JP3109485B2 (en) Vapor phase growth method of metal oxide dielectric film
KR100945096B1 (en) Method for manufacturing capacitor
TW437058B (en) Vapor growth method and device for metal oxide dielectric film
JP4628954B2 (en) Oxide thin film manufacturing method
JP4205565B2 (en) Thin film manufacturing method
JP2001107238A (en) Single phase perovskite ferroelectric film on platinum electrode, and method of its formation
JP4153333B2 (en) Method for producing oxide thin film
JP3171246B2 (en) Vapor phase growth method of metal oxide dielectric film
JP3353835B2 (en) Vapor phase growth method of metal oxide dielectric film
JP3886921B2 (en) Chemical vapor deposition method
EP1120475A1 (en) A method and system for MOCVD of PGO films
JPWO2004066388A1 (en) Ferroelectric capacitor and manufacturing method thereof
JP2005064264A (en) Thin film formation method, and particle number evaluating method
Cho et al. Low temperature MOCVD of BST thin film for high density DRAMs
McDaniel Monolithic integration of crystalline oxides on silicon and germanium using atomic layer deposition
Gao et al. Growth and Characterization of PbTiO3 and Pb (Zr, Ti) O3 Thin Films by MOCVD

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061020

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061020

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070402

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080527

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080728

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080930

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081016

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111024

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4205565

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111024

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141024

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250