DE60035557T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung dünner filme - Google Patents

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Description

  • BEREICH DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dünnschicht-Herstellungsverfahren und eine Dünnschicht-Herstellungsvorrichtung zum Herstellen einer PZT-Dünnschicht, die als eine ferroelektrische Schicht dient, welche Blei (Pb), Zirkonium (Zr), Titan (Ti) und Sauerstoff (O) enthält.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Ferroelektrische Speicherelemente haben als ein nichtflüchtiger Speicher der nächsten Generation viel Aufmerksamkeit erfahren, und an ihnen wurden umfangreiche Studien ausgeführt. Dieses ferroelektrische Speicherelement ist als eine Speicherzelle ausgebildet, wobei ein ferroelektrischer Kondensator verwendet wird, in dem eine ferroelektrische Schicht zwischen zwei Elektroden eingeschoben wird. Ein Ferroelektrikum weist ein Merkmal der "spontanen Polarisation" auf, d.h. ein Merkmal, in dem die Polarisation selbst bei einer Nullspannung erhalten bleibt, wenn einmal eine Spannung an das Ferroelektrikum angelegt worden ist. Ein ferroelektrisches Speicherelement ist ein nichtflüchtiger Speicher, der dies verwendet.
  • Als die ferroelektrische Schicht eines solchen ferroelektrischen Speicherelements wird in großem Umfange eine Pb(Zr, Ti)O3(PZT)-Schicht verwendet.
  • Nachfolgend wird der Aufbau eines ferroelektrischen Speicherelements unter Verwendung einer PZT-Dünnschicht beschrieben. Wie in 9 dargestellt ist, ist in diesem Speicherelement grundsätzlich ein geschichteter Kondensator unter Verwendung einer ferroelektrischen Schicht an einen MOS-Transistor angeschlossen, der auf einem Siliziumsubstrat 901 ausgebildet ist. Der MOS-Transistor besteht aus einer Gate-Elektrode 903, die auf einem Halbleitersubstrat 901 durch eine Gate-Isolationsschicht 902 ausgebildet ist, und einer Source sowie einem Drain 904, die von Diffusionsschichten gebildet werden, die auf zwei Seiten der Gate- Elektrode 903 ausgebildet sind. Der Kondensator besteht aus einer unteren Pt/TiN-Elektrode 921, einer dielektrischen PZT-Schicht 922, die auf der unteren Elektrode 921 ausgebildet ist, und einer oberen Ir/IrO2-Elektrode 923, die auf der dielektrischen Schicht 922 ausgebildet ist.
  • Zum Abdecken der Gate-Elektrode 903 ist eine Zwischenebenenisolationsschicht 905 ausgebildet. Auf der Zwischenebenenisolationsschicht 905 ist eine Verbindungsschicht 906 ausgebildet, die als eine Bitleitung dient, welche in dem Schnitt von 9 nicht in Erscheinung tritt. Auf der Verbindungsschicht 906 ist eine Zwischenebenenisolationsschicht 907 ausgebildet. Die Verbindungsschicht 906 ist mit einem der Bereiche Source oder Drain 904 verbunden. Auf der Zwischenebenenisolationsschicht 907 ist eine Verbindungsschicht 908 ausgebildet. Der Kondensator ist auf einer Zwischenebenenisolationsschicht 909 ausgebildet, die ausgebildet ist, um die Verbindungsschicht 908 abzudecken. Die untere Elektrode 921, die den Kondensator aufbaut, ist durch einen Anschluß 910 aus Wolfram (W), der in einem Durchgangsloch ausgebildet ist, um durch die Zwischenebenenisolationsschichten 905, 907 und 909 hindurchzuführen, mit dem anderen Bereich aus Source und Drain 904 verbunden.
  • Zum Abdecken des Kondensators ist eine Isolationsschicht 911 ausgebildet. Auf der Isolationsschicht 911 ist eine Verbindungsschicht 912 ausgebildet, die an die oberen Elektrode 923 angeschlossen ist.
  • Wenn – wie oben beschrieben wurde – eine ferroelektrische Schicht aus PZT oder dergleichen verwendet wird, dann ist die ferroelektrische Schicht aus dem folgenden Grunde auf einer oberen Schicht im integrierten Schaltkreis angeordnet.
  • PZT ist ein Oxid und wird in einer reduzierenden Atmosphäre leicht reduziert, wodurch die ferroelektrischen Kenngrößen verschlechtert werden. Die ferroelektrischen Kenngrößen verschlechtern sich leicht in einer hochreaktionsfähigen Umgebung beim Trockenätzen oder dergleichen.
  • Ein Bereich, der in der Anfangsstufe im allgemeinen Herstellungsprozeß der Halbleitervorrichtungen ausgebildet wurde, tendiert dazu, in dem nachfolgenden Prozeß einer reduzierenden Atmosphäre des Wasserstofftemperns oder dergleichen ausgesetzt zu werden. Viele Trockenprozesse unter Verwendung von Plasmen, wie z.B. die Verbindungsmusterbildung, müssen ausgeführt werden.
  • In der Struktur eines herkömmlichen DRAM oder dergleichen, in der ein Kondensator unmittelbar über einem Transistor angeordnet ist, wird ein Kondensator in der Anfangsstufe der Herstellung der Halbleitervorrichtung ausgebildet, und auf dem Kondensator wird eine Verbindungsstruktur ausgebildet. Eine PZT-Schicht, die einen Kondensator aufbaut, muß viele Prozesse in einer Atmosphäre durchlaufen, in der sich die oben erwähnten Kenngrößen schnell verschlechtern.
  • In einem ferroelektrischen Speicherelement, das einen Kondensator aufweist, der aus einer PZT-Dünnschicht ausgebildet ist, ist der Kondensator oben plaziert, z.B. auf einer Mehrebenen-Verbindungsstruktur einer Halbleitervorrichtung. Der Kondensator wird in der Endstufe bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung ausgebildet.
  • Da der Kondensator – wie oben beschrieben wurde – über der Verbindungsstruktur ausgebildet ist, wird die PZT-Dünnschicht, welche den Kondensator bildet, aus den folgenden Gründen bei einer Temperatur von 450 °C oder darunter ausgebildet. Die Verbindungsstruktur, die unter dem Kondensator plaziert ist, besteht im allgemeinen aus einem Metallmaterial, wie z.B. Aluminium, und das Metallmaterial kann hohen Temperaturen, die 450 °C überschreiten, nicht standhalten.
  • In Anbetracht der Wärmebeständigkeitstemperatur der darunterliegenden Aluminiumverbindung ist ein Verfahren zum Ausbilden einer PZT-Schicht bei einer Temperatur von 450 °C oder darunter vorgeschlagen worden. Dieses Verfahren zum Ausbilden der PZT-Dünnschicht wird nachfolgend beschrieben. Organometallische Quellengase aus Pb und Ti und ein Oxidationsgas, wie z.B. N2O, O2 oder NO2, werden bei einem Druck so niedrig wie 5 mTorr einem Substrat zugeführt, das auf 445 °C erhitzt ist. Durch Abscheiden aus der Dampfphase (CVD – chemical vapor deposition) unter Verwendung organometallischer (MO) Materialien wird ein PbTiO3-Kristallkeim gebildet. Während der Druck so niedrig wie 5 mTorr gehalten wird, werden die organometallischen Quellengase aus Pb, Zr und Ti und ein Oxidationsgas, wie z.B. N2O, dem Substrat zugeführt, das auf 445 °C gehalten wird. Da der PbTiO3-Kristallkeim auf dem Substrat bereits vorhanden ist, wächst ein PZT-Kristall selbst bei einer so niedrigen Temperatur wie 445 °C, um auf dem Substrat eine PZT-Dünnschicht aus Perovskitkristall zu bilden.
  • Entsprechend dem herkömmlichen Verfahren kann eine PZT-Dünnschicht mit einer auf dem gesamten Substrat gleichförmigen Zusammensetzung nicht ausgebildet werden. Die nicht gleichförmige Zusammensetzung erzeugt Abweichungen in den ferromagnetischen Kenngrößen in der resultierenden PZT-Dünnschicht. Die Abweichungen in der Zusammensetzung der resultierenden Dünnschicht können durch die Molekularströmung der MO-Quellengase hervorgerufen werden, die dem Substrat zugeführt werden. Herkömmlich werden, wie oben dargelegt wurde, die MO-Quellengase bei einem Druck zugeführt, der so niedrig ist wie einige mTorr (Hochvakuumzustand). Im Hochvakuum wird die Strömung eines jeden MO-Quellengases zu einem Molekularströmungszustand. Es ist sehr schwierig, in diesem Molekularströmungszustand jedes MO-Quellengas dem Substrat gleichmäßig zuzuführen.
  • Artverwandte Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von PZT-Dünnschichten sind offengelegt in SHIMIZU M. u.a: "GROWTH AND CHARACTERIZATION OF FERROELECTRIC PB(ZR, TI)O3 THIN FILMS BY MOCVD USING A 6 INCH SINGLE WAFER CVD SYSTEM", MATERIALS RESEARCH SOCIETY SYMPOSIUM PROCEEDINGS; MATERIALS RESEARCH SOCIETY, PITTSBURG, PA, US, Bd. 310, 1993, S. 255–260, XP000884142 ISSN: 0272-9172; US-A-5 714 194 ; SHIMIZU M. u.a: "EFFECTS OF THE UTILIZATION OF A BUFFER LAYER ON THE GROWTH OF PB(ZR, TI)O3 THIN FILMS BY METALORGANIC VAPOR DEPOSITION", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH; NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO., AMSTERDAM, NL, Bd. 145, Nr. 1/4, 2. Dezember 1994 (1994-12-02), S. 226–231, XP 000511734 ISSN: 0022-0248; und JP-A-6 275 548 . Weitere Vorrichtungen zum Ausbilden von PZT-Dünnschichten sind bekannt aus TADASHI SHIOSAKI u.a., PANDEA R. K. u.a.: "COMPARISON OF THE PROPERTIES OF PB(ZR, TI)O3 THIN FILMS OBTAINED BY MOCVD USING DIFFERENT SOURCE MATERIALS", PROCEEDINGS OF THE NINTH IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON APPLICATIONS OF FERROELECTRICS (ISAF), UNIVERSITY PARK, PENNSYLVANIA; 7.–10. Aug. 1994, PROCEEDINGS OF THE IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON APPLICATIONS OF FERROELECTRICS (ISAF), NEW YORK, IEEE; Bd. SYMP. 9, 7. August 1994 (1994-08-07), S. 303–308, XP 000553141 ISBN: 0-7803-1858-7 und US-A-5,876,503 .
  • Um die obigen Aufgaben gemäß vorliegender Erfindung zu lösen, wird ein Dünnschicht-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Gemäß vorliegender Erfindung umfaßt der Herstellungsschritt der PZT-Dünnschicht ein Zuführen von Organometall-Quellengasen in einem viskosen Strömungszustand, der sich infolge des Druckes von nicht weniger als 0,1 Torr aus einem Zwischenströmungszustand umgewandelt hat.
  • Gemäß vorliegender Erfindung wird nach Anspruch 12 auch eine Dünnschicht-Herstellungsvorrichtung bereitgestellt.
  • Da die Schichtherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Verdünnungsmittel umfaßt, wird der Partialdruck eines jeden Quellengases, das dem Reaktor von dem zweiten Quellengas-Erzeugungsmittel durch das Quellengas-Zuführungsmittel zugeführt wird, niedrig. Aus diesem Grund wird das Voranschreiten der Reaktion zwischen den Quellengasen und dem Oxidationsgas in einer Gasphase im Reaktor, bevor die Quellengase und das Oxidationsgas das Substrat erreichen, unterdrückt, und die Oxidationsreaktion läuft auf dem Substrat ab, so daß sich auf dem Substrat eine PZT-Dünnschicht ausbildet, die einen guten kristallinen Zustand aufweist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung, welche die Einrichtung einer Schichtherstellungsvorrichtung zeigt, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 2-A ist eine graphische Darstellung für den Vergleich des Schichtbildungszustandes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
  • 2-B ist eine graphische Darstellung für den Vergleich des Schichtbildungszustandes der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
  • 3 ist eine schematische Darstellung, welche die Einrichtung einer Schichtherstellungsvorrichtung zeigt, die in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 4-A ist eine graphische Darstellung für den Vergleich des Schichtbildungszustandes der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
  • 4-B ist eine graphische Darstellung für den Vergleich des Schichtbildungszustandes der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
  • 5 ist eine schematische Darstellung, welche die Einrichtung einer Schichtherstellungsvorrichtung zeigt, die in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 6-A ist eine graphische Darstellung für den Vergleich des Schichtbildungszustandes der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
  • 6-B ist eine graphische Darstellung für den Vergleich des Schichtbildungszustandes der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit jenem vom Stand der Technik.
  • 7 ist eine graphische Darstellung der Wechselbeziehung zwischen der Zuführungsmenge von Quellengasen und der Schichtbildungsgeschwindigkeit.
  • 8 ist eine schematische Darstellung, welche die Einrichtung einer Schichtherstellungsvorrichtung zeigt, die in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 9 ist eine Schnittansicht, welche die Einrichtung eines ferroelektrischen Speicherelements zeigt.
  • BESTES VERFAHREN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
  • Erste Ausführungsform
  • Zunächst wird die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird eine PZT-Dünnschicht ausgebildet, indem z.B. eine Schichtherstellungsvorrichtung verwendet wird, wie sie in 1 dargestellt ist. Die Schichtherstellungs vorrichtung enthält eine Waferplattform 102 und einen Sprühkopf 103, der in einem Reaktor 101 gegenüber der Waferplattform 102 angeordnet ist. Die Waferplattform 102 schließt einen Heizer 102a ein, und der Heizer 102a heizt einen Wafer 104, der auf der Waferplattform 102 plaziert ist. Der Wafer 104 besteht z.B. aus einem Siliziumsubstrat, und ein integrierter Schaltkreis, der aus mehreren Transistoren, Verbindungsschichten und dergleichen aufgebaut ist, ist bereits auf der Oberfläche der Wafers 104 ausgebildet. Einige der obigen Transistoren erzeugen Speicherzellen, und eine untere, aus Platin oder ähnlichem bestehende Elektrode eines Kondensators, der mit jedem entsprechenden Transistor zu verbinden ist, ist bereits ausgebildet. Als ein Beispiel in der folgenden Beschreibung einschließlich der anderen Ausführungsformen wird ein Fall beschrieben, in dem eine PZT-Dünnschicht, die als eine Kondensator-Isolationsschicht dient, auf der unteren Elektrode ausgebildet ist. Deshalb bedeutet die Zufuhr von Gas auf einen Wafer das Zuführen von Gas auf die auf dem Wafer ausgebildete untere Elektrode, die aus Platin oder ähnlichem besteht.
  • Die erzeugten MO-Quellengase werden von zwei Pb-Quellenerzeugern 105 und 106, einem Zr-Quellenerzeuger 107 und einem Ti-Quellenerzeuger 108 dem Reaktor 101 zugeführt, in welchem der Wafer 104 plaziert ist. Ein Oxidationsgas, wie z.B. N2O oder O2, wird von einem Oxidationsgaserzeuger 109 zugeführt.
  • Zuerst wird in dem Pb-Quellenerzeuger 105 eine Butylacetatlösung, in der Pb(DPM)2 in einer Konzentration von 0,1 mol gelöst ist, präpariert. Die von dem Pb-Quellenerzeuger 105 zugeführte Butylacetatlösung, in der die Pb-Quelle gelöst ist, wird in einen Verdampfer 105b transportiert, wobei die Durchflußrate der Butylacetatlösung durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel (MFC) 105a geregelt wird. DPM bedeutet "Dipivaloylmethanat C11H19O2". Das Verdampfen der Butylacetatlösung durch den Verdampfer 105b ermöglicht es, daß das entstehende Butylacetatgas und das Pb(DPM)2-Gas durch den Sprühkopf 103 dem Reaktor 101 zugeführt werden. Es ist zu beachten, daß die entstehenden Gase zusammen mit einem Trägergas, wie z.B. Helium, von dem Verdampfer 105b zum Sprühkopf 103 transportiert werden. Das Trägergas ist ein Verdünnungsgas zur Verringerung der Konzentration eines Quellengases, und der Verdampfer 105b erzeugt ein Quellengas und wirkt gleichzeitig als ein Verdünnungsmittel für das Verdünnen des Quellengases mit einem Verdünnungsgas.
  • Ebenso wird in dem Pb-Quellengaserzeuger 106 Pb(DPM)2 präpariert. Das Pb(DPM)2 sublimiert durch Erhitzen auf eine Temperatur von ungefähr 170 °C, um ein Pb-Quellengas zu er zeugen. In dem Zr-Quellengaserzeuger 107 wird Zr(O-t-Bu)4 präpariert. Das Zr(O-t-Bu)4 sublimiert durch Erhitzen auf eine Temperatur von ungefähr 80 °C, um ein Zr-Quellengas zu erzeugen. Das Zr-Quellengas wird durch den Sprühkopf 103 dem Reaktor 101 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 107a geregelt wird. Auf die gleiche Weise wird in dem Ti-Quellenerzeuger 108 Ti(O-i-Pr)4 präpariert. Das Ti(O-i-Pr)4 sublimiert durch Erhitzen auf eine Temperatur von ungefähr 75 °C, um ein Ti-Quellengas zu erzeugen. Das Ti-Quellengas wird durch den Sprühkopf 103 dem Reaktor 101 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 108a geregelt wird.
  • Es ist zu beachten, daß ein Oxidationsgas, das vom Oxidationsgaserzeuger 109 zu transportieren ist, durch den Sprühkopf 103 dem Reaktor 101 zugeführt wird, wobei die Durchflußrate des Oxidationsgases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 109a geregelt wird. In der ersten Ausführungsform bilden der Pb-Quellenerzeuger 106 und der Ti-Quellenerzeuger 108 das erste Quellengas-Erzeugungsmittel, und der Pb-Quellenerzeuger 105, der Zr-Quellenerzeuger 107 und der Ti-Quellenerzeuger 108 bilden das zweite Quellengas-Erzeugungsmittel.
  • Die obigen Quellengase werden im Sprühkopf 103 miteinander gemischt und dann dem Reaktor 101 zugeführt. Mehrere Ausflußdüsen sind auf der Reaktorseite 101 des Sprühkopfes 103 eingerichtet. Das Quellengasgemisch wird dem Wafer 104, der auf der Waferplattform 102 plaziert ist, durch die mehreren Ausflußdüsen gleichmäßig zugeführt. Das Quellengassystem des Sprühkopfs 103 bildet ein Quellengas-Zuführungsmittel. Andererseits wird das Oxidationsgas, das zum Sprühkopf 103 transportiert wird, auf einem anderen Wege, d.h. durch mehrere zugeordnete Ausflußdüsen, die auf der Reaktorseite 101 des Sprühkopfes 103 vorgesehen sind, abgegeben, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 103 gemischt worden zu sein. Das Oxidationsgassystem des Sprühkopfes 103 bildet ein Oxidationsgas-Zuführungsmittel. Das abgegebene Oxidationsgas wird mit den Quellengasen auf dem Wafer 104 gemischt, der auf der Waferplattform 102 plaziert ist. Das verhindert, daß die Quellengase und das Oxidationsgas miteinander im Sprühkopf 103 gemischt werden. Da die Erzeugung eines Reaktionsprodukts im Ergebnis einer Reaktion zwischen den Quellengasen und dem Oxidationsgas im Duschkopf 103 verhindert werden kann, kann dementsprechend jedes Quellengas dem Wafer 104 stabil zugeführt werden.
  • Der Reaktor 101 steht über eine Kühlfalle 110 und ein Druckregelungsmittel 111 mit einer Vakuumpumpe 112 in Verbindung, und diese bilden ein Evakuierungsmittel. Der Reaktor 101 ist so eingerichtet, daß gesteuert durch das Druckregelungsmittel 111 mit Hilfe der Vakuumpumpe 112 ein Zustand mit einem verminderten Druck erhalten wird. Der druckverminderte Zustand wird so geregelt, daß er z.B. im Bereich von ungefähr 0,001 bis 10 Torr liegt. Es ist zu beachten, daß die Kühlfalle 110 eine aus dem Reaktor 101 austretende Substanz entfernt, welche bei einer tiefen Temperatur flüssig oder fest wird.
  • In der ersten Ausführungsform wird unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung eine PZT-Dünnschicht auf dem Wafer 104 auf die folgende Weise gebildet.
  • Zunächst wird auf dem Wafer 104 ein Kristallkeim aus PbTiO3 ausgebildet.
  • Zuerst wird der Wafer 104 auf der Waferplattform 102 plaziert, und der Heizer 102a erhitzt den Wafer 104 auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 450 °C. Die Vakuumstufe (Druck) im Reaktor 101 wird z.B. durch Evakuieren unter Verwendung einer Vakuumpumpe 112 auf 0,001 bis 0,01 Torr eingestellt.
  • Als nächstes wird dem Wafer 104 N2O als ein Oxidationsgas zugeführt, und anschließend wird Gas (Pb-Quellengas), das durch Sublimation von Pb(DPM)2 erhalten wurde, bei einer Durchflußrate von 0,4 sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute) vom Pb-Gaserzeuger 106 zum Sprühkopf 103 transportiert. Das Gas wird dann vom Sprühkopf 103 dem Wafer 104 zugeführt, und PbO wird durch Ansaugen auf die Oberfläche des Wafers 104 gezogen. Danach wird Gas (Ti-Quellengas), das durch Sublimation von Ti(O-i-Pr)4 erhalten wurde, bei einer Durchflußrate von 0,3 sccm aus dem Ti-Quellenerzeuger 106 zum Sprühkopf 103 transportiert, während N2O und das Pb-Quellengas zugeführt werden. Das Ti-Quellengas wird im Sprühkopf 103 mit dem Pb-Quellengas gemischt und dem Wafer 104 zugeführt. N2O als das Oxidationsgas wird mit einer Durchflußrate von 6 sccm zum Sprühkopf 103 transportiert. Wie oben beschrieben wurde, wird das zum Sprühkopf 103 transportierte Ti-Quellengas im Sprühkopf 103 mit dem Pb-Quellengas gemischt und dem Wafer 104 im Reaktor 101 zugeführt. Andererseits wird N2O dem Wafer 104 im Reaktor 101 zugeführt, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 103 gemischt worden zu sein.
  • Im Ergebnis wird in der ersten Ausführungsform ein Kristallkeim aus PbTiO3 auf dem erhitz ten Wafer 104 ausgebildet, während der Druck im Reaktor 101 auf ungefähr 0,01 bis 0,001 Torr, d.h. in einem Hochvakuumzustand, gehalten wird. Die Ausbildung von Kristallkeimen wird in ungefähr 50 s vollzogen.
  • Anschließend an diese Keimbildung wird auf die folgende Weise eine PZT-Dünnschicht ausgebildet.
  • Zuerst wird die Heiztemperatur des Wafers 104 auf der gleichen Temperatur gehalten wie in dem vorherigen Schritt. Die Vakuumstufe im Reaktor 101 wird so niedrig wie 0,1 Torr eingestellt. In diesem Zustand wird die Erzeugung des Pb-Quellengases vom Pb-Quellenerzeuger 106 zum Pb-Quellenerzeuger 105 umgelenkt. Genauer gesagt, eine Butylacetatlösung, in der Pb(DPM)2 in einer Konzentration von 0,1 mol gelöst ist, wird aus dem Pb-Quellenerzeuger 105 zum Verdampfer 105b transportiert, wobei die Durchflußrate der Butylacetatlösung durch das Durchflußraten-Regelungsmittel 105a auf eine vorgegebene Durchflußrate eingeregelt wird, um das Pb(DPM)2, das zusammen mit dem Butylacetat gelöst ist, durch den Verdampfer 105b zu verdampfen. Zu diesen wird Heliumgas bei einer Durchflußrate "250 sccm" hinzugefügt, und das Mischgas wird zum Sprühkopf 103 transportiert. Gleichzeitig wird die Transportdurchflußrate des Pb-Quellengases, d.h. das verdampfte Pb(DPM)2, das aus dem Verdampfer 105b transportiert wird, auf ungefähr "0,4 sccm" in einem Normalzustand eingestellt. Es ist zu beachten, daß die Transportdurchflußrate des verdampften Butylacetats ungefähr "27 sccm" ist.
  • Ebenso wird das Ti-Quellengas bei einer Durchflußrate "0,35 sccm" zum Sprühkopf 103 transportiert.
  • Zusätzlich wird dem Wafer 104 frisches Zr-Quellengas zugeführt. Das Zr-Quellengas, d.h. ein Gas, das durch Sublimation von Zr(O-t-Bu)4 erhalten wurde, wird bei einer Durchflußrate "0,3 sccm" zum Sprühkopf 103 transportiert. Im Ergebnis werden im Sprühkopf 103 Butylacetat, Helium und das Zr-Quellengas zu dem Pb-Quellengas und dem Ti-Quellengas hinzugefügt und miteinander vermischt. Das im voraus gemischte Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Zr-Quellengas, Butylacetat und Helium wird dem Wafer 104 zugeführt. Getrennt von den Quellengasen wird dem Wafer 104 auch N2O zugeführt.
  • Zu dieser Zeit ist auf dem Wafer 104 im Reaktor 101 der Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,4/(0,4 + 27 + 250 + 0,3 + 0,35 + 6)} = 0,000141 Torr. Ebenso ist der Partialdruck von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,3/(0,4 + 27 + 250 + 0,3 + 0,35 + 6)} = 0,000105 Torr und der von Zr(O-t-Bu)4 als Zr-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,35/(0,4 + 27 + 250 + 0,3 + 0,35 + 6)} = 0,000123 Torr.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist in der ersten Ausführungsform der Druck im Reaktor 101 nach der Keimbildung so niedrig wie ungefähr 0,1 Torr. Das Hinzufügen eines Gases, das für die Schichtbildung bedeutungslos ist, als ein Verdünnungsgas, wie z.B. das verdampfte Gas eines organischen Lösungsmittels oder Helium, setzt den Partialdruck eines jeden zugeführten Quellengases herab. Da ein Kristallkeim von PbTiO3 auf dem Wafer 104 bereits ausgebildet ist, wird darüber hinaus eine PZT-Dünnschicht gebildet, die eine Perovskit-Kristallstruktur aufweist, wobei der ausgebildete Kristallkeim als ein Wachstumskeim dient. Da beim Ausbilden einer PZT-Dünnschicht in der ersten Ausführungsform die Vakuumstufe im Reaktor 101 so niedrig wie 0,1 Torr eingestellt ist, wird jedes Gas, das dem Reaktor 101 zugeführt wird, nicht in einem Molekularströmungszustand sondern in einem viskosen Strömungszustand zugeführt, der sich aus einem Zwischenströmungszustand umgewandelt hat.
  • Im Ergebnis wird gemäß der ersten Ausführungsform wegen der Verwendung des Sprühkopfes 103 ein gleichförmiger Gaszuführungseffekt für jedes Gas erhalten, das dem Wafer 104 zugeführt wird, so daß sich auf dem Wafer 104 eine PZT-Dünnschicht mit einer gleichförmigen Zusammensetzung ausbildet.
  • Die 2-A und 2-B zeigen die Ergebnisse, die durch einen Vergleich der obigen PZT-Dünnschicht mit einer PZT-Dünnschicht erhalten werden, die durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wird. 2A zeigt die Abweichungen in dem Verhältnis Pb/(Zr + Ti) der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die Ordinate des in 2-A dargestellten Diagramms zeigt das Verhältnis Pb/(Zr + Ti). 2-B zeigt die Abweichungen in dem Verhältnis Zr/Ti der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die Ordinate des in 2-B dargestellten Diagramms zeigt das Verhältnis Zr/Ti. In beiden Diagrammen zeigen die schwarzen Punkte die in der ersten Ausführungsform erhaltenen Ergebnisse und die quadratischen Punkte die Ergebnisse für eine PZT-Schicht, die durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wurde.
  • Wie aus den in 2-A und 2-B dargestellten Ergebnissen ersichtlich wird, kann gemäß der ersten Ausführungsform in dem Wafer eine PZT-Schicht aus Perowskitkristall mit einer gleichförmigen Zusammensetzung ausgebildet werden.
  • Obwohl in der ersten Ausführungsform das verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels als ein Verdünnungsgas verwendet wird, ist zu beachten, daß es vorzuziehen ist, daß das verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels nicht in einer großen Menge zugeführt wird. Es wird vorzugsweise eine Menge verwendet, die zum Verdampfen und Zuführen der Quellen benötigt wird. Zum Beispiel ist in dem obigen Fall die Menge des verdampften Gases des organischen Lösungsmittels vorzugsweise auf das 100-fache der Menge der Quellen begrenzt. Obwohl auch Heliumgas als ein Verdünnungsgas verwendet wird, ist das Verdünnungsgas nicht darauf beschränkt. Andere Inertgase, wie z.B. Argongas, können verwendet werden, und es kann auch Stickstoffgas eingesetzt werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als nächstes wird die zweite Ausführungsform der vorliegende Erfindung beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird eine PZT-Dünnschicht ausgebildet, indem z.B. eine Schichtherstellungsvorrichtung verwendet wird, wie sie in 3 dargestellt ist. Die Schichtherstellungsvorrichtung enthält eine Waferplattform 302 und einen Sprühkopf 303, der in einem Reaktor 301 gegenüber der Waferplattform 302 angeordnet ist. Die Waferplattform 302 schließt einen Heizer 302a ein, und der Heizer 302a heizt einen Wafer 304, der auf der Waferplattform 302 plaziert ist. Der Wafer 304 besteht z.B. aus einem Siliziumsubstrat, und ein integrierter Schaltkreis, der aus mehreren Transistoren, Verbindungsschichten und dergleichen aufgebaut ist, ist bereits auf der Oberfläche der Wafers 304 ausgebildet. Diese Teile sind nahezu die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
  • Die erzeugten MO-Quellengase werden von einem Pb-Quellenerzeuger 305, einem Zr-Quellenerzeuger 306 und einem Ti-Quellenerzeuger 307 dem Reaktor 301 zugeführt. Ebenso wird ein Oxidationsgas, wie z.B. N2O oder O2, dem Reaktor 301 von einem Oxidationsgaserzeuger 308 zugeführt. Zuerst wird eine Butylacetatlösung, in der Pb(DPM)2 in einer Konzentration von 0,1 mol gelöst ist, in dem Pb-Quellenerzeuger 305 präpariert. Die von dem Pb-Quellenerzeuger 305 zugeführte Butylacetatlösung, in der die Pb-Quelle gelöst ist, wird zu einem Verdampfer 305b transportiert, wobei die Durchflußrate der Butylacetatlösung durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel (MFC) 305a geregelt wird. Das Verdampfen der Butylacetatlösung durch den Verdampfer 305b ermöglicht es, daß das entstehende Butylacetatgas und Pb(DPM)2-Gas durch den Sprühkopf 303 dem Reaktor 301 zugeführt wird. Es ist zu be achten, daß die entstehenden Gase zusammen mit einem Trägergas, wie z.B. Helium, aus dem Verdampfer 305b zum Sprühkopf 303 transportiert werden.
  • Ebenso wird in dem Zr-Quellengaserzeuger 306 Zr(O-t-Bu)4 präpariert. Das Zr(O-t-Bu)4 sublimiert durch Erhitzen, um ein Zr-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch den Sprühkopf 303 dem Reaktor 301 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 306a geregelt wird.
  • Auf die gleiche Weise wird in dem Ti-Quellenerzeuger 307 Ti(O-i-Pr)4 präpariert. Das Ti(O-i-Pr)4 sublimiert auch durch Erhitzen, um ein Ti-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch den Sprühkopf 303 dem Reaktor 301 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 307a geregelt wird. In der zweiten Ausführungsform bilden der Pb-Quellenerzeuger 305 und der Ti-Quellenerzeuger 307 das erste Quellengas-Erzeugungsmittel, und der Pb-Quellenerzeuger 305, der Zr-Quellenerzeuger 306 und der Ti-Quellenerzeuger 307 bilden das zweite Quellengas-Erzeugungsmittel.
  • Es ist zu beachten, daß ein Oxidationsgas, das vom Oxidationsgaserzeuger 308 erzeugt wird, durch den Sprühkopf 303 dem Reaktor 301 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Oxidationsgases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 308a geregelt wird.
  • Die obigen Quellengase werden im Sprühkopf 303 miteinander gemischt und dann dem Reaktor 301 zugeführt. Mehrere Ausflußdüsen sind auf der Reaktorseite 301 des Sprühkopfes 303 eingerichtet. Das Quellengasgemisch wird dem Wafer 304, der auf der Waferplattform 302 plaziert ist, durch die mehreren Ausflußdüsen des Sprühkopfes 303 gleichmäßig zugeführt. Andererseits wird das Oxidationsgas, das zum Sprühkopf 303 transportiert wird, auf einem anderen Wege, d.h. durch mehrere zugeordnete Ausflußdüsen, die auf der Reaktorseite 301 des Sprühkopfes 303 vorgesehen sind, abgegeben, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 303 gemischt worden zu sein. Das abgegebene Oxidationsgas wird mit den Quellengasen auf dem Wafer 304 gemischt, der auf der Waferplattform 302 plaziert ist.
  • Der Reaktor 301 steht über eine Kühlfalle 310 und ein Druckregelungsmittel 311 mit einer Vakuumpumpe 312 in Verbindung. Der Reaktor 301 ist so eingerichtet, daß gesteuert durch das Druckregelungsmittel 311 mit Hilfe der Vakuumpumpe 312 ein Zustand mit einem verminderten Druck erhalten wird. Der druckverminderte Zustand im Reaktor 301 wird so gere gelt, daß er z.B. im Bereich von ungefähr 0,001 bis 10 Torr liegt. Es ist zu beachten, daß die Kühlfalle 310 eine aus dem Reaktor 301 austretende Substanz entfernt, welche bei einer tiefen Temperatur verflüssigt wird.
  • In der zweiten Ausführungsform wird unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung eine PZT-Dünnschicht auf dem Wafer 304 auf die folgende Weise gebildet.
  • Zunächst wird auf dem Wafer 304 ein Kristallkeim aus PbTiO3 ausgebildet.
  • Zuerst wird der Wafer 304 auf der Waferplattform 302 plaziert, und der Heizer 302a erhitzt den Wafer 304 auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 450 °C. Die Vakuumstufe im Reaktor 301 wird z.B. durch Evakuieren unter Verwendung der Vakuumpumpe 312 auf 0,1 Torr eingestellt.
  • Als nächstes wird Pb-Quellengas auf die folgende Weise zugeführt, nachdem dem Wafer 304 N2O als das Oxidationsgas zugeführt wurde. Eine Butylacetatlösung, in der Pb(DPM)2 in einer Konzentration von 0,1 mol gelöst ist, wird aus dem Pb-Quellenerzeuger 305 zum Verdampfer 305b transportiert, wobei die Durchflußrate der Butylacetatlösung durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 305a auf ungefähr 0,15 g/min geregelt wird, um das gelöste Pb(DPM)2 zusammen mit dem Butylacetat durch den Verdampfer 305b zu verdampfen. Zu diesen wird Heliumgas bei einer Durchflußrate "250 sccm" hinzugefügt, und das Mischgas wird zum Sprühkopf 303 transportiert. Das Pb-Quellengas wird dann dem Wafer 304 vom Sprühkopf 303 zugeführt. Gleichzeitig wird die Transportdurchflußrate des Pb-Quellengases, d.h. das verdampfte Pb(DPM)2, das aus dem Verdampfer 305b transportiert wird, auf ungefähr "0,35 sccm" in einem Normalzustand eingestellt. Ebenso ist die Transportdurchflußrate des verdampften Butylacetats ungefähr "27 sccm". N2O wird zum Sprühkopf 303 bei einer Durchflußrate von "6 sccm" transportiert.
  • Nachdem das Oxidationsgas und das Pb-Quellengas eine vorgegebene Zeit über zugeführt wurden, wird während der Zufuhr dieser Gase ein Gas (Ti-Quellengas), das durch Sublimation von Ti(O-i-Pr)4 erhalten wurde, bei einer Durchflußrate "0,31 sccm" aus dem Ti-Quellenerzeuger 307 zum Sprühkopf 303 transportiert. Im Ergebnis werden das zum Sprühkopf 303 transportierte Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Butylacetat und Helium miteinander im Sprühkopf 303 gemischt und dem Wafer 304 im Reaktor 301 zugeführt. Andererseits wird N2O dem Wafer 304 im Reaktor 301 zugeführt, ohne mit den Quellengasen gemischt worden zu sein.
  • Zu dieser Zeit ist auf dem Wafer 304 im Reaktor 301 der Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,35/(0,35 + 27 + 250 + 6 + 0,31)} = 0,000123 Torr. Ebenso ist der Partialdruck von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,31/(0,35 + 27 + 250 + 6 + 0,31)} = 0,000109 Torr.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist in der zweiten Ausführungsform der Druck im Reaktor 301 ungefähr 0,1 Torr, d.h. in einem Grobvakuumzustand. Da der Partialdruck eines jeden Quellengases, das dem Wafer 304 zugeführt wird, niedrig eingestellt ist, wird auf dem erhitzten Wafer 304 ein Kristallkeim aus PbTiO3 gebildet. Die Ausbildung von Kristallkeimen wird in ungefähr 50 s vollzogen.
  • Anschließend an die Keimbildung wird als nächstes auf die folgende Weise eine PZT-Dünnschicht ausgebildet.
  • Zuerst wird dem Wafer 304 Zr-Quellengas zugeführt, während die Heiztemperatur des Wafers 304 und die Vakuumstufe im Reaktor 301 auf der gleichen Höhe gehalten werden wie in dem vorherigen Schritt. Das Zr-Quellengas, d.h. ein Gas, das durch Sublimation von Zr(O-t-Bu)4 erhalten wird, wird bei einer Durchflußrate "0,33 sccm" aus dem Zr-Erzeuger 306 zum Sprühkopf 303 transportiert. Im Ergebnis wird das Zr-Quellengas im Sprühkopf 303 zum Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Butylacetat und Helium hinzugefügt und miteinander gemischt. Das im voraus gemischte Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Zr-Quellengas, Butylacetat und Helium wird dem Wafer 304 zugeführt. Getrennt von den Quellengasen wird dem Wafer 304 auch N2O zugeführt.
  • Zu dieser Zeit ist auf dem Wafer 304 im Reaktor 301 der Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,35/(0,35 + 27 + 250 + 0,31 + 0,33 + 6)} = 0,000123 Torr. Ebenso ist der Partialdruck von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich 0,000109 Torr und der von Zr(O-t-Bu)4 als Zr-Quellengas gleich 0,000116 Torr.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist in der zweiten Ausführungsform der Druck im Reaktor 301 ungefähr 0,1 Torr, d.h. in einem Grobvakuumzustand. Das Hinzufügen eines Gases, das für die Schichtbildung bedeutungslos ist, als ein Verdünnungsgas, wie z.B. das verdampfte Gas eines organischen Lösungsmittels oder Helium, setzt den Partialdruck eines jeden Quellengases, das dem Wafer zugeführt wird, herab. Da ein Kristallkeim von PbTiO3 auf dem Wafer 304 bereits ausgebildet ist, wird darüber hinaus auf dem Wafer 304 eine PZT-Dünnschicht gebildet, die eine Perovskit-Kristallstruktur aufweist, wobei der ausgebildete Kristallkeim als ein Wachstumskeim dient. Da beim Ausbilden einer PZT-Dünnschicht in der zweiten Ausführungsform die Vakuumstufe im Reaktor 301 so niedrig wie 0,1 Torr eingestellt ist, wird jedes Gas, das dem Reaktor 301 zugeführt wird, nicht in einem Molekularströmungszustand sondern in einem viskosen Strömungszustand zugeführt, der sich aus einem Zwischenströmungszustand umgewandelt hat.
  • Im Ergebnis wird gemäß der zweiten Ausführungsform wegen der Verwendung des Sprühkopfes 303 ein gleichförmiger Gaszuführungseffekt für jedes Gas erhalten, das dem Wafer 304 zugeführt wird, so daß sich auf dem Wafer 304 eine PZT-Dünnschicht mit einer gleichförmigen Zusammensetzung ausbildet.
  • Die 4-A und 4-B zeigen die Ergebnisse, die durch einen Vergleich der obigen PZT-Dünnschicht mit einer PZT-Dünnschicht erhalten werden, die durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wird. 4-A zeigt die Abweichungen in dem Verhältnis Pb/(Zr + Ti) der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die Ordinate des in 4-A dargestellten Diagramms zeigt das Verhältnis Pb/(Zr + Ti). 4-B zeigt die Abweichungen in dem Verhältnis Zr/Ti der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die Ordinate des in 4-B dargestellten Diagramms zeigt das Verhältnis Zr/Ti. In beiden Diagrammen zeigen die schwarzen Punkte die in der ersten Ausführungsform erhaltenen Ergebnisse und die quadratischen Punkte die Ergebnisse für eine PZT-Schicht an, die durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wurde.
  • Wie aus den in 4-A und 4-B dargestellten Ergebnissen ersichtlich wird, kann gemäß der zweiten Ausführungsform in dem Wafer eine PZT-Schicht aus Perowskitkristall mit einer gleichförmigen Zusammensetzung ausgebildet werden.
  • Es ist zu beachten, daß vorzuziehen ist, daß das verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels nicht in einer großen Menge zugeführt wird, obwohl in der zweiten Ausführungsform das verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels als ein Verdünnungsgas verwendet wird. Es wird vorzugsweise eine Menge verwendet, die zum Verdampfen und Zuführen der Quellen benötigt wird. Zum Beispiel ist in dem obigen Fall die Menge des verdampften Gases des organischen Lösungsmittels vorzugsweise auf das 100-fache der Menge der Quellen begrenzt. Obwohl Heliumgas als ein Verdünnungsgas verwendet wird, ist das Verdünnungsgas auch nicht darauf beschränkt. Andere Inertgase, wie z.B. Argongas, können verwendet werden, und es kann auch Stickstoffgas eingesetzt werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als nächstes wird die dritte Ausführungsform der vorliegende Erfindung beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird eine PZT-Dünnschicht ausgebildet, indem z.B. eine Schichtherstellungsvorrichtung verwendet wird, wie sie in 5 dargestellt ist. Die Schichtherstellungsvorrichtung enthält eine Waferplattform 502 und einen Sprühkopf 503, der in einem Reaktor 501 gegenüber der Waferplattform 502 angeordnet ist. Die Waferplattform 502 schließt einen Heizer 502a ein, und der Heizer 502a heizt einen Wafer 504, der auf der Waferplattform 502 plaziert ist. Der Wafer 504 besteht z.B. aus einem Siliziumsubstrat, und ein integrierter Schaltkreis, der aus mehreren Transistoren, Verbindungsschichten und dergleichen aufgebaut ist, ist bereits auf der Oberfläche der Wafers 504 ausgebildet. Diese Teile sind nahezu die gleichen wie in der ersten und zweiten Ausführungsform.
  • Die erzeugten MO-Quellengase werden aus einem Pb-Quellenerzeuger 505, einem Zr-Quellenerzeuger 506 und einem Ti-Quellenerzeuger 507 dem Reaktor 501 zugeführt. Ebenso wird dem Reaktor 501 aus einem Oxidationsgaserzeuger 508 ein Oxidationsgas, wie z.B. N2O oder O2, zugeführt.
  • Zuerst wird in dem Pb-Quellenerzeuger 505 Pb(DPM)2 präpariert. Das Pb(DPM)2 sublimiert durch Erhitzen, um ein Pb-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch den Sprühkopf 503 dem Reaktor 501 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 505a geregelt wird.
  • Ebenso wird in dem Zr-Quellengaserzeuger 506 Zr(O-t-Bu)4 präpariert. Das Zr(O-t-Bu)4 sublimiert durch Erhitzen, um ein Zr-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch den Sprühkopf 503 dem Reaktor 501 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 506a geregelt wird.
  • Auf die gleiche Weise wird in dem Ti-Quellenerzeuger 507 Ti(O-i-Pr)4 präpariert. Das Ti(O-i- Pr)4 sublimiert auch durch Erhitzen, um ein Ti-Quellengas zu erzeugen. Das erzeugte Quellengas wird durch den Sprühkopf 503 dem Reaktor 501 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Ti-Quellengases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 507a geregelt wird.
  • Es ist zu beachten, daß ein Oxidationsgas, das im Oxidationsgaserzeuger 508 erzeugt wird, durch den Sprühkopf 503 dem Reaktor 501 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Oxidationsgases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 508a geregelt wird.
  • Die obigen Quellengase werden im Sprühkopf 503 miteinander gemischt und dann dem Reaktor 501 zugeführt. Mehrere Ausflußdüsen sind auf der Reaktorseite 501 des Sprühkopfes 503 eingerichtet. Das Quellengasgemisch wird dem Wafer 504, der auf der Waferplattform 502 plaziert ist, durch die mehreren Ausflußdüsen des Sprühkopfes 503 gleichmäßig zugeführt. Andererseits wird das Oxidationsgas, das zum Sprühkopf 503 transportiert wird, auf einem anderen Wege, d.h. durch mehrere zugeordnete Ausflußdüsen, die auf der Reaktorseite 501 des Sprühkopfes 503 vorgesehen sind, abgegeben, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 503 gemischt worden zu sein. Das abgegebene Oxidationsgas wird mit den Quellengasen auf dem Wafer 504 gemischt, der auf der Waferplattform 502 plaziert ist.
  • Eine in der dritten Ausführungsform verwendete Schichtherstellungsvorrichtung enthält ferner einen Verdünnungsgaserzeuger 509, und in der Schichtherstellungsvorrichtung wird ein Verdünnungsgas, das aus einem Inertgas, wie z.B. Helium, besteht, zum Sprühkopf 503 transportiert, wobei die Durchflußrate des Verdünnungsgases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 509a geregelt wird. Das Verdünnungsgas wird im Sprühkopf 503 mit den Quellengasen gemischt und der Reaktionskammer 501 zugeführt.
  • Der Reaktor 501 steht über eine Kühlfalle 510 und ein Druckregelungsmittel 511 mit einer Vakuumpumpe 512 in Verbindung. Der Reaktor 501 ist so eingerichtet, daß gesteuert durch das Druckregelungsmittel 511 mit Hilfe der Vakuumpumpe 512 ein Zustand mit einem verminderten Druck erhalten wird. Der druckverminderte Zustand im Reaktor 501 wird so geregelt, daß er z.B. im Bereich von ungefähr 0,001 bis 10 Torr liegt. Es ist zu beachten, daß die Kühlfalle 510 eine aus dem Reaktor 501 austretende Substanz entfernt, welche bei einer tiefen Temperatur verflüssigt wird.
  • In der dritten Ausführungsform wird unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung eine PZT-Dünnschicht auf dem Wafer 504 auf die folgende Weise gebildet.
  • Zunächst wird auf dem Wafer 504 ein Kristallkeim aus PbTiO3 ausgebildet.
  • Zuerst wird der Wafer 504 auf der Waferplattform 502 plaziert, und der Heizer 502a erhitzt den Wafer 504 auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 450 °C. Die Vakuumstufe im Reaktor 501 wird z.B. durch Evakuieren unter Verwendung der Vakuumpumpe 512 auf 0,1 Torr eingestellt.
  • Unter den obigen Einstellbedingungen wird N2O als das Oxidationsgas dem Wafer 504 zugeführt, und dann wird ein Pb-Quellengas, das durch Erhitzen auf 170 °C und Sublimation von Pb(DPM)2 erhalten wurde, bei einer Durchflußrate "0,4 sccm" aus dem Pb-Quellenerzeuger 505 zum Sprühkopf 503 transportiert. Das Pb-Quellengas wird dann dem Wafer 504 zugeführt. Es ist zu beachten, daß das N2O bei einer Durchflußrate von "5 sccm" zum Sprühkopf 503 transportiert wird.
  • Nachdem das Oxidationsgas und das Pb-Quellengas für eine vorgegebene Zeit über zugeführt wurden, wird während der Zufuhr dieser Gase ein Ti-Quellengas, das durch Erhitzen auf eine Temperatur von 80 °C und Sublimation von Ti(O-i-Pr)4 erhalten wurde, bei einer Durchflußrate "0,3 sccm" aus dem Ti-Quellenerzeuger 507 zum Sprühkopf 503 transportiert. Zusätzlich wird in der dritten Ausführungsform Stickstoffgas als ein Verdünnungsgas bei einer Durchflußrate "250 sccm" aus dem Verdünnungsgaserzeuger 509 zum Sprühkopf 503 transportiert.
  • Mit dem obigen Prozeß werden Pb-Quellengas, Ti-Quellengas und das Verdünnungsgas, die zum Sprühkopf 503 transportiert werden, im Sprühkopf 503 gemischt und dem Wafer 504 im Reaktor 501 zugeführt. Andererseits wird N2O dem Wafer 504 im Reaktor 501 zugeführt, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 503 gemischt worden zu sein.
  • Zu dieser Zeit ist auf dem Wafer 504 im Reaktor 501 der Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,4/(0,4 + 0,3 + 250 + 5)} = 0,000156 Torr. Ebenso ist der Partialdruck von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,3/(0,4 + 0,3 + 250 + 5)} = 0,000117 Torr.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist in der dritten Ausführungsform der Druck im Reaktor 501 ungefähr 0,1 Torr, d.h. in einem Grobvakuumzustand. Da der Partialdruck eines jeden Quellengases, das dem Wafer 504 zugeführt wird, durch Hinzufügen eines Verdünnungsgases nied rig eingestellt ist, wird auf dem erhitzten Wafer 504 ein Kristallkeim aus PbTiO3 gebildet. Die Ausbildung von Kristallkeimen wird in ungefähr 50 s vollzogen.
  • Anschließend an die Keimbildung wird als nächstes auf die folgende Weise eine PZT-Dünnschicht ausgebildet.
  • Zuerst wird dem Wafer 504 Zr-Quellengas zugeführt, während die Heiztemperatur des Wafers 504 und die Vakuumstufe im Reaktor 501 auf der gleichen Höhe gehalten werden wie in dem vorherigen Schritt. Gas (Zr-Quellengas), das durch Sublimation von Zr(O-t-Bu)4 erhalten wird, wird bei einer Durchflußrate "0,3 sccm" aus dem Zr-Erzeuger 506 zum Sprühkopf 503 transportiert. Die Transportdurchflußrate des Ti-Quellengases wird auf "0,35 sccm" eingestellt.
  • Im Ergebnis wird das Zr-Quellengas im Sprühkopf 303 zum Pb-Quellengas, Ti-Quellengas und zum Verdünnungsgas hinzugefügt und miteinander gemischt. Das im voraus gemischte Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Zr-Quellengas und das Verdünnungsgas wird dem Wafer 304 zugeführt. Getrennt von den Quellengasen wird dem Wafer 304 auch N2O zugeführt.
  • Zu dieser Zeit ist auf dem Wafer 304 im Reaktor 301 der Partialdruck des Pb(DPM)2 als Pb-Quellengas gleich 0,1 Torr × {0,4/(0,4 + 0,35 + 0,3 + 250 + 5)} = 0,000156 Torr. Ebenso ist der Partialdruck von Ti(O-i-Pr)4 als Ti-Quellengas gleich 0,000137 Torr und der von Zr(O-t-Bu)4 als Zr-Quellengas gleich 0,000117 Torr.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist in der dritten Ausführungsform der Druck im Reaktor 301 ungefähr 0,1 Torr, d.h. in einem Grobvakuumzustand. Das Hinzufügen von Stickstoff als Verdünnungsgas, das für die Schichtbildung bedeutungslos ist, setzt den Partialdruck eines jeden Quellengases, das dem Wafer 504 zugeführt wird, herab. Da ein Kristallkeim von PbTiO3 auf dem Wafer 304 bereits ausgebildet ist, wird darüber hinaus auf dem Wafer 304 eine PZT-Dünnschicht gebildet, die eine Perovskit-Kristallstruktur aufweist, wobei der ausgebildete Kristallkeim als ein Wachstumskeim dient.
  • Da beim Ausbilden einer PZT-Dünnschicht in der dritten Ausführungsform die Vakuumstufe im Reaktor 301 so niedrig wie 0,1 Torr eingestellt ist, wird jedes Gas, das dem Reaktor 301 zugeführt wird, nicht in einem Molekularströmungszustand sondern in einem viskosen Strö mungszustand zugeführt, der sich aus einem Zwischenströmungszustand umgewandelt hat.
  • Im Ergebnis wird gemäß der dritten Ausführungsform wegen der Verwendung des Sprühkopfes 303 ein gleichförmiger Gaszuführungseffekt für jedes Gas erhalten, das dem Wafer 304 zugeführt wird, so daß sich auf dem Wafer 304 eine PZT-Dünnschicht mit einer gleichförmigen Zusammensetzung ausbildet.
  • 6 zeigt die Ergebnisse, die durch einen Vergleich der obigen PZT-Dünnschicht mit einer PZT-Dünnschicht erhalten werden, die durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wird. 6-A zeigt die Abweichungen in dem Verhältnis Pb/(Zr + Ti) der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die Ordinate des in 6-A dargestellten Diagramms zeigt das Verhältnis Pb/(Zr + Ti). 6-B zeigt die Abweichungen in dem Verhältnis Zr/Ti der auf dem Wafer ausgebildeten PZT-Schicht. Das heißt, die Ordinate des in 6-B dargestellten Diagramms zeigt das Verhältnis Zr/Ti. In beiden Diagrammen zeigen die schwarzen Punkte die in der ersten Ausführungsform erhaltenen Ergebnisse und die quadratischen Punkte die Ergebnisse für eine PZT-Schicht an, die durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wurde.
  • Wie aus den in 6-A und 6-B dargestellten Ergebnissen ersichtlich wird, kann auch gemäß der dritten Ausführungsform in dem Wafer eine PZT-Schicht aus Perowskitkristall mit einer gleichförmigen Zusammensetzung ausgebildet werden.
  • Obwohl in der dritten Ausführungsform Heliumgas als ein Verdünnungsgas verwendet wird, ist zu beachten, daß das Verdünnungsgas nicht darauf beschränkt ist. Andere Inertgase, wie z.B. Argongas, können verwendet werden, und es kann auch Stickstoffgas eingesetzt werden.
  • Da in einem Schichtherstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung, wie es in der obigen ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben ist, die Vakuumstufe im Stadium der Herausbildung einer PZT-Dünnschicht so niedrig wie 0,1 Torr eingestellt ist, können Quellengase, wie z.B. ein Quellengas, dem Reaktor in einer größeren Menge zugeführt werden. Auf diese Weise kann die PZT-Schichtbildungsgeschwindigkeit erhöht werden, da in den Reaktor eine größere Menge von Quellengasen eingespeist werden kann.
  • 7 ist eine graphische Darstellung, welche die Wechselbeziehung zwischen der Zuführungsmenge der Quellengase und der Schichtbildungsgeschwindigkeit zeigt. Wie aus 7 ersichtlich ist, kann die Schichtbildungsgeschwindigkeit durch Erhöhen der Zuführungsmenge der Quellengase vergrößert werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • Als nächstes wird die vierte Ausführungsform der vorliegende Erfindung beschrieben. In der vierten Ausführungsform wird eine PZT-Dünnschicht ausgebildet, indem z.B. eine Schichtherstellungsvorrichtung verwendet wird, wie sie in 8 dargestellt ist. Die Schichtherstellungsvorrichtung enthält eine Waferplattform 802 und einen Sprühkopf 803, der in einem Reaktor 801 gegenüber der Waferplattform 802 angeordnet ist. Die Waferplattform 802 schließt einen Heizer 802a ein, und der Heizer 802a heizt einen Wafer 804, der auf der Waferplattform 802 plaziert ist. Der Wafer 804 besteht z.B. aus einem Siliziumsubstrat, und ein integrierter Schaltkreis, der aus mehreren Transistoren, Verbindungsschichten und dergleichen aufgebaut ist, ist bereits auf der Oberfläche der Wafers 804 ausgebildet. Diese Teile sind nahezu die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
  • Die erzeugten MO-Quellengase werden von einem Kristallkeim-Quellenerzeuger 805, und einem Kristallschicht-Quellenerzeuger 806 dem Reaktor 801 zugeführt. Ein erzeugtes Oxidationsgas, wie z.B. N2O oder O2, wird dem Reaktor 801 von einem Oxidationsgaserzeuger 808 auch zugeführt.
  • Zuerst wird eine Butylacetatlösung, in der Pb(DPM)2 und Ti(i-OC3H7)4 gelöst sind, in dem Kristallkeim-Quellenerzeuger 805 präpariert. Die von dem Kristallkeim-Quellenerzeuger 805 zugeführte Butylacetatlösung, in der die Pb-Quelle, Ti-Quelle und Zr-Quelle gelöst sind, wird in einen Verdampfer 805b transportiert, wobei die Durchflußrate der Butylacetatlösung durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel (MFC) 805a geregelt wird. Das Verdampfen der Butylacetatlösung durch den Verdampfer 805b ermöglicht es, daß das entstehende, im voraus gemischte Butylacetatgas, Pb(DPM)2-Gas und Ti(i-OC3H7)4-Gas durch den Sprühkopf 803 dem Reaktor 801 zugeführt wird. Es ist zu beachten, daß die entstehenden Gase zusammen mit einem Trägergas, wie z.B. Helium, aus dem Verdampfer 805b zum Sprühkopf 803 transportiert werden.
  • Ebenso wird in dem Kristallschicht-Quellengaserzeuger 806 eine Butylacetatlösung präpariert, in der Pb(DPM)2, Ti(i-OC3H7)4 und Zr(t-OC4H9)4 gelöst sind. Die Butylacetatlösung, in der die vom Kristallschicht-Quellenerzeuger 806 eingespeiste Pb-Quelle, Ti-Quelle und Zr-Quelle gelöst sind, wird zu einem Verdampfer 806b transportiert, wobei die Durchflußrate der Butylacetatlösung durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel (MFC) 806a geregelt wird. Das Verdampfen der Butylacetatlösung durch den Verdampfer 806b ermöglicht es, daß das entstehende, im voraus gemischte Butylacetatgas, Pb(DPM)2-Gas, Ti(i-OC3H7)4-Gas und Zr(t-OC4H9)4 durch den Sprühkopf 803 dem Reaktor 801 zugeführt wird.
  • Es ist zu beachten, daß ein Oxidationsgas, das im Oxidationsgaserzeuger 808 erzeugt wird, durch den Sprühkopf 803 dem Reaktor 801 zugeführt, wobei die Durchflußrate des Oxidationsgases durch ein Durchflußraten-Regelungsmittel 808a geregelt wird.
  • Die obigen Quellengase werden aus dem Sprühkopf 803 dem Reaktor 801 zugeführt. Mehrere Ausflußdüsen sind auf der Reaktorseite 801 des Sprühkopfes 803 eingerichtet. Das Quellengasgemisch wird dem Wafer 804, der auf der Waferplattform 802 plaziert ist, durch die mehreren Ausflußdüsen des Sprühkopfes 803 gleichmäßig zugeführt. Andererseits wird das Oxidationsgas, das zum Sprühkopf 803 transportiert wird, auf einem anderen Wege, d.h. durch mehrere zugeordnete Ausflußdüsen, die auf der Reaktorseite 801 des Sprühkopfes 803 vorgesehen sind, abgegeben, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 803 gemischt worden zu sein. Das abgegebene Oxidationsgas wird mit den Quellengasen auf dem Wafer 804 gemischt, der auf der Waferplattform 802 plaziert ist.
  • Der Reaktor 801 steht über eine Kühlfalle 810 und ein Druckregelungsmittel 811 mit einer Vakuumpumpe 812 in Verbindung. Der Reaktor 801 ist so eingerichtet, daß gesteuert durch das Druckregelungsmittel 811 mit Hilfe der Vakuumpumpe 812 ein Zustand mit einem verminderten Druck erhalten wird. Der druckverminderte Zustand im Reaktor 801 wird so geregelt, daß er z.B. im Bereich von ungefähr 0,001 bis 10 Torr liegt. Es ist zu beachten, daß die Kühlfalle 810 eine aus dem Reaktor 801 austretende Substanz entfernt, welche bei einer tiefen Temperatur verflüssigt wird.
  • Als nächstes wird die Ausbildung einer PZT-Dünnschicht unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung erläutert.
  • Zunächst wird auf dem Wafer 804 ein Kristallkeim aus PbTiO3 ausgebildet.
  • Zuerst wird der Wafer 804 auf der Waferplattform 802 plaziert, und der Heizer 802a erhitzt den Wafer 804 auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 450 °C. Die Vakuumstufe im Reaktor 801 wird z.B. durch Evakuieren unter Verwendung der Vakuumpumpe 812 auf 0,1 Torr eingestellt.
  • Eine Butylacetatlösung, in der die Pb-Quelle und die Ti-Quelle gelöst sind, wird von dem Kristallkeim-Quellenerzeuger 805 zum Verdampfer 805b transportiert, wobei die Durchflußrate der Butylacetatlösung durch das Durchflußraten-Regelungsmittel 805a auf eine vorgegebene Durchflußrate geregelt wird, um die gelösten Quellen zusammen mit dem Butylacetat durch den Verdampfer 805b zu verdampfen. Zu diesen wird Heliumgas bei einer vorgegebenen Durchflußrate hinzugefügt, und das Mischgas wird zum Sprühkopf 803 transportiert.
  • Mit dem obigen Prozeß wird das im voraus gemischte Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Butylacetat und Helium zum Sprühkopf 803 transportiert und durch den Sprühkopf 803 dem Wafer 804 im Reaktor 801 gleichmäßig zugeführt. Andererseits wird N2O dem Wafer 804 im Reaktor 801 zugeführt, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 803 gemischt worden zu sein. In der vierten Ausführungsform ist der Druck im Reaktor 801 ungefähr 0,1 Torr, d.h. auch in einem Grobvakuumzustand. Wenn der Partialdruck eines jeden zugeführten Quellengases auf die gleiche Weise niedrig eingestellt ist wie in der obigen zweiten Ausführungsform, dann wird auf dem erhitzten Wafer 804 ein Kristallkeim aus PbTiO3 gebildet.
  • Anschließend an die Keimbildung wird als nächstes auf die folgende Weise eine PZT-Dünnschicht ausgebildet.
  • Während die Heiztemperatur des Wafers 804 und die Vakuumstufe im Reaktor 801 auf der gleichen Höhe gehalten werden wie in dem vorhergehenden Schritt, wird zuerst eine Butylacetatlösung, in welcher die Pb-Quelle, Ti-Quelle und Zr-Quelle gelöst sind, aus dem Kristallschicht-Quellenerzeuger 806 zum Verdampfer 806b transportiert, wobei die Durchflußrate der Butylacetatlösung auf eine vorgegebene Durchflußrate geregelt wird. Die Quellen werden zusammen mit dem Butylacetat durch den Verdampfer 806b verdampft. Zu diesen wird Heliumgas bei einer vorgegebenen Durchflußrate hinzugefügt, und das Mischgas wird zum Sprühkopf 803 transportiert.
  • Mit dem obigen Prozeß wird das im voraus gemischte Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Zr- Quellengas, Butylacetat und Helium zum Sprühkopf 803 transportiert und vom Sprühkopf 803 dem Wafer 804 im Reaktor 801 gleichmäßig zugeführt. Andererseits wird dem Wafer 804 im Reaktor 801 N2O zugeführt, ohne mit den Quellengasen im Sprühkopf 803 gemischt worden zu sein. Im Ergebnis werden die Quellengase, in denen das Pb-Quellengas, Ti-Quellengas, Butylacetat, Helium und Zr-Quellengas gemischt sind, vom Sprühkopf 803 dem Wafer 804 zugeführt. Es ist zu bemerken, daß dem Wafer 804 getrennt von den anderen Quellengasen auch N2O zugeführt wird.
  • In der vierten Ausführungsform wird der Druck im Reaktor 801 auch ungefähr 0,1 Torr eingestellt, d.h. in einen Grobvakuumzustand. Wenn der Partialdruck eines jeden zugeführten Quellengases auf die gleiche Weise niedrig eingestellt ist wie in der zweiten Ausführungsform, dann wird auf dem Wafer 804 eine PZT-Dünnschicht gebildet, welche eine Perowskit-Kristallstruktur aufweist, wobei der ausgebildete Kristallkeim als ein Wachstumskeim verwendet wird. Da beim Ausbilden einer PZT-Dünnschicht in der vierten Ausführungsform die Vakuumstufe im Reaktor 801 so niedrig wie 0,1 Torr eingestellt ist, wird jedes Gas, das dem Reaktor 801 zugeführt wird, nicht in einem Molekularströmungszustand sondern in einem viskosen Strömungszustand zugeführt, der sich aus einem Zwischenströmungszustand umgewandelt hat.
  • Da gemäß der vierten Ausführungsform die im voraus gemischten Quellengase zum Sprühkopf 803 transportiert werden, kann auf dem Wafer 804 eine PZT-Dünnschicht mit einer gleichförmigen Zusammensetzung gebildet werden.
  • Obwohl in der vierten Ausführungsform das verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels als ein Verdünnungsgas verwendet wird, ist zu beachten, daß es vorzuziehen ist, daß das verdampfte Gas des organischen Lösungsmittels nicht in einer großen Menge zugeführt wird. Es wird vorzugsweise eine Menge verwendet, die zum Verdampfen und Zuführen der Quellen benötigt wird. Zum Beispiel ist in dem obigen Fall die Menge des verdampften Gases des organischen Lösungsmittels vorzugsweise auf das 100-fache der Menge der Quellen begrenzt. Obwohl Heliumgas als ein Verdünnungsgas verwendet wird, ist das Verdünnungsgas auch nicht darauf beschränkt. Andere Inertgase, wie z.B. Argongas, können verwendet werden, und es kann auch Stickstoffgas eingesetzt werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie oben beschrieben wurde, werden gemäß der vorliegenden Erfindung in dem zweiten Schritt die Organometall-Quellengase und dergleichen in einem viskosen Strömungszustand zugeführt, der sich aus einem Zwischenströmungszustand umgewandelt hat. Da die Organometall-Quellengase nach einem Verdünnen mit einem Verdünnungsgas zugeführt werden, ist der Partialdruck eines jeden Quellengases auf einem Substrat selbst bei einem hohen Druck so gering wie weniger als 0,01 Torr. Das heißt, in dem zweiten Schritt wird die Schichtherstellung in einem Hochvakuumzustand ausgeführt. Da gemäß der zweiten Ausführungsform die Organometallquellen und dergleichen gleichmäßig zugeführt werden können, kann im Ergebnis eine PZT-Schicht aus Perowskitkristall, die für die dielektrische Schicht eines Kondensators oder dergleichen eines DRAM verwendet wird, gleichförmig bei einer geringen Temperatur von 450 °C oder darunter ausgebildet werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Bilden einer dünnen Schicht, bei dem: in einem Verfahrensschritt zum Bilden einer dünnen PZT-Schicht ein Substrat (104, 304, 504, 804), das in einem Reaktor (101, 301, 501, 801) angeordnetes wird, auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird, organmetallische Quellengase aus Blei, Zirkonium und Titan, die mit einem Verdünnungsgas verdünnt werden, aus mehreren Düsen zum ausschließlichen Ausgeben einer organometallischen Quelle, die auf der Reaktorseite eines dem Substrat zugewandten Sprühkopfes (103, 303, 503, 803) angeordnet wird, bzw. Oxidgas aus mehreren Düsen zum ausschließlichen Ausgeben von Oxidgas auf der Reaktorseite des Sprühkopfes (103, 303, 503, 803) dem Substrat (104, 304, 504, 804) zugeführt werden und auf dem Substrat (104, 304, 504, 804) eine ferroelektrische Schicht mit einer perowskiten Kristallstruktur eines Oxides gebildet wird, das aus Blei, Zirkonium und Titan gebildet wird, wobei ein Gesamtdruck des Reaktors (101, 301, 501, 801) von weniger als 0,1 Torr erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: in einem Verfahrensschritt zum Bilden eines Kristallkeims ein Kristallkeim mit einer perowskiten Struktur auf einem Substrat aus einem Oxid gebildet wird, das aus Blei und Titan gebildet wird, wobei der Verfahrensschritt zum Bilden der dünnen PZT-Schicht nach dem Verfahrensschritt zum Bilden des Kristallkeims durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahrensschritt zum Bilden eines Kristallkeims das Substrat auf die vorbestimmte Temperatur gebracht wird, das Oxidgas und die organometallischen Quellengase aus Blei und Titan dem Substrat bei einem Druck von 0,001 bis 0,01 Torr zugeführt werden und der Kristallkeim auf dem Substrat gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahrensschritt zum Bilden des Kristallkeims das Substrat (104, 304, 504, 804) auf die vorbestimmte Temperatur gebracht wird, das Oxidgas und organometallischen Quellengase aus Blei und Titan, die mit einem Verdünnungsgas verdünnt werden, dem Substrat bei einem Druck von 0,001 bis 0,01 Torr zugeführt werden und der Kristallkeim auf dem Substrat gebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahrensschritt zum Bilden des Kristallkeims das Substrat (104, 304, 504, 804) auf die vorbestimmte Temperatur gebracht wird, das Oxidgas und organometallischen Quellengase aus Blei und Titan, die mit einem Verdünnunggas verdünnt werden, dem Substrat bei einem Druck von wenigstens als 0,1 Torr zugeführt werden und der Kristallkeim auf dem Substrat gebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahrensschritt zum Bilden des Kristallkeims das Substrat (104, 304, 504, 804) auf die vorbestimmte Temperatur gebracht wird, das Oxidgas und organometallische Quellengase aus Pb und Ti, die mit einem Verdünnungsgas, das aus einem Dampfgas eines organischen Lösungsmittels gebildet wird, und einem anderen Gas verdünnt werden, dem Substrat zugeführt werden, indem mindestens eine organometallische Quelle aus Blei und Titan in dem organischen Lösungsmittel gelöst wird und das organischen Lösungsmittel verdampft und zugeführt wird, und der Kristallkeim auf dem Substrat gebildet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahrensschritt zum Bilden der dünnen PZT-Schicht organometallische Quellengase aus Blei, Zirkonium und Titan, die mit dem Verdünnungsgas verdünnt werden, dem ein Dampfgas eines organischen Lösungsmittels zugefügt wird, zugeführt werden, indem mindestens eine organometallische Quelle aus Blei und Titan in dem organischem Lösungsmittel gelöst wird sowie das organische Lösungsmittel verdampft und zugeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verfahrensschritt zum Bilden der PZT-Schicht auf dem Substrat eine ferroelektrische Schicht mit einer perowskiten Kristallstruktur gebildet wird, die Oxide aus Blei und Zirkonium und Titan in dem Zustand, bei dem der Gesamtdruck des Reaktors auf mindestens 0,1 Torr eingestellt wird, und auch in dem Zustand umfaßt, bei dem der Gaspartialdruck der organometallischen Quellen auf nicht kleiner als 0,01 Torr eingestellt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsgas für die Bildung einer ferroelektrischen Schicht irrelevant ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsgas ein Edelgas ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Lösung, in der eine organometallische Quelle aus Blei, eine organometallische Quelle aus Zirkonium und eine organometallische Quelle aus Titan gelöst werden, zu einem Verdampfer transportiert wird und durch jeweiliges Verdampfen der organometallischen Quellen durch Verdampfen der Lösung jedes organometallisches Quellengas gebildet wird.
  12. Vorrichtung zum Bilden einer dünnen Schicht, gekennzeichnet durch: einen dichtbaren Reaktor (101, 301, 501, 801), in dem ein Substrat (104, 304, 504, 804) als ein Schichtbildungsziel angeordnet ist; eine mit dem Reaktor verbundene Evakuierungseinrichtung (110, 111, 112; 310, 311, 312; 510, 511, 512; 810, 811, 812) zum Evakuieren eines Inneren des Reaktors (101, 301, 501, 801) auf einen vorbestimmten Druck; eine Quellenbildungseinrichtung (105, 106, 107, 108; 305, 306, 307; 505, 506, 507; 806) zur Bildung eines Bleiquellengases, das aus einem organometallischen, Blei enthaltenden Verbund gebildet ist, eines Titanquellengases, das aus einem organometallischen, Titan enthaltenden Verbund gebildet ist, und eines Zirkoniumquellengases, das aus einem organometallischen, Zirkonium enthaltenden Verbund gebildet ist; eine Oxidationsgasbildungseinrichtung (109, 308, 508, 808) zur Bildung eines Oxidationsgases; eine mit der Quellengasbildungseinrichtung verbundene Verdünnungseinrichtung zum Verdünnen eines durch die Quellengasbildungseinrichtung gebildeten Gases mit einem Verdünnungsgas; eine mit der Verdünnungseinrichtung verbundene Quellengaszuführeinrichtung zum Zuführen eines durch die Verdünnungseinrichtung verdünnten Gases zum Substrat in dem Reaktor; und eine mit der Oxidationsgasbildungseinrichtung verbundene Oxidationsgaszuführeinrichtung zum Zuführen eines durch die Oxidationsgasbildungseinrichtung (109, 308, 508, 808) gebildeten Oxidationsgases zum Substrat in dem Reaktor; und wobei die Quellengaszuführeinrichtung mehrere Ausgabedüsen aufweist, die der organometallischen Quelle zugeordnet, die auf der Reaktorseite eines Sprühkopfs (103, 303, 503, 803) angeordnet ist, der dem Substrat (104, 304, 504, 804) gegenüberliegt, und wobei die Oxidationszuführeinrichtung mehrere Ausgabedüsen umfaßt, die dem Oxidationsgas zugeordnet und auf der Reaktorseite des Sprühkopfs (103, 303, 503, 803) angeordnet sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß die Evakuierungseinrichtung dazu geeignet ist, das Innere des Reaktors auf einen Druck von nicht mehr als 0,001 Torr zu evakuieren.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellengasbildungseinrichtung umfaßt den Quellenbildner zum Transport der Lösung, in der eine organometallische Quelle aus Blei, eine organometallische Quelle aus Zirkonium und eine organometallische Quelle aus Titan gelöst sind, und den Verdampfer zum Verdampfen jeder der organometallischen Quellen durch Verdampfen der Lösung, die vom Quellenbildner transportiert ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Quellengasbildnereinrichtung (805) zum Bilden eines Bleiquellengases, der aus einem organometallischen, Blei enthaltenden Verbund gebildet ist, und eines Titanquellengases gebildet ist, das aus einem organometallischen, Titan enthaltenden, Verbund gebildet ist.
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