DE69632890T2

DE69632890T2 - Mit einer dünnen ferroelektrischen Schicht überdecktes Substrat, Verfahren zu seiner Herstellung und dieses enthaltendes Kondensatorstrukturelement

Info

Publication number: DE69632890T2
Application number: DE69632890T
Authority: DE
Inventors: Hironori Noda-shi Matsunaga; Takeshi Kijima; Sakiko Satoh; Masayoshi Nara-shi Koba
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-06-09
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: DE69632890D1

Description

Mit einer dünnen ferroelektrischen Schicht überdecktes Substrat, Verfahren zu seiner Herstellung und dieses enthaltendes Kondensatorstrukturelement
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit einem ferroelektrischen dünnen Film beschichtetes Substrat, das in einer ferroelektrischen Speichervorrichtung, einer pyroelektrischen Sensorvorrichtung, einer piezoelektrischen Vorrichtung usw. verwendet werden soll, ein Herstellungsverfahren hierfür, und ein Kondensatorstrukturelement, in welchem das mit dem ferroelektrischen dünnen Film beschichtete Substrat verwendet ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Da Ferroelektrika viele Vorteile haben, wie eine spontane Polarisierung, hohe dielektrische Konstante, einen elektro-optischen Effekt, einen piezoelektrischen Effekt und einen pyroelektrischen Effekt, werden sie für die Entwicklung verschiedener Vorrichtungen eingesetzt, wie einen Kondensator, einen Oszillator, einen Lichtmodulator und einen Infrarotsensor. Bei diesen Anwendungen wurde herkömmlich ein Einkristall aus Triglycinsulfat (TGS), LiNbO₃ und LiTaO₃, welches Materialien der Ferroelektrika sind, oder einem Keramik, das aus BaTiO₃, PbTiO₃, Pb(Zr_1–xTi_x)O₃ (PZT), PLZT usw. besteht, geschnitten und gemahlen, um eine Dicke von ungefähr 50 μm zu erhalten. Jedoch ist es schwierig und teuer, große Einkristalle herzustellen, und deren Verarbeitung ist wegen Spaltneigung schwierig. Da Keramik im Allgemeinen überdies zerbrechlich ist, und es wegen Brüchen usw. schwierig ist, Keramik in einem Verarbeitungsschritt so zu verarbeiten, dass es eine Dicke von weniger als 50 μm hat, ist viel Mühe erforderlich und dessen Herstellungskosten werden höher.
Mittlerweile ist eine Technik zum Formen eines dünnen Films entwickelt worden, wobei sich die Anwendungsgebiete für einen solchen ferroelektrischen dünnen Film derzeit vermehren. Ein Beispiel der Anwendungen ist, dass, wenn eine hohe Dielektrizitätskonstante bei einem Kondensator für verschiedene Halbleitervorrichtungen, wie DRAM, vorgesehen ist, eine hohe Integration eines Elements durch Vermindern der Kondensatorgröße realisiert und die Verlässlichkeit verbessert wird. Insbesondere ist ein hochdichter, ferroelektrischer, nicht-flüchtiger Speicher (FRAM), der mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben wird, jüngst entwickelt worden, indem ein ferroelektrischer Dünnfilm und ein Halbleiterspeicherelement, wie DRAM, kombiniert werden. Der ferroelektrische, nicht flüchtige Speicher erfordert wegen der Verwendung der ferroelektrischen Eigenschaften (Hysterese-Effekt) der Ferroelektrika keine Backup-Batterie. Die Entwicklung dieser Vorrichtungen erfordert Materialien, die Eigenschaften, wie eine große Remanenz, spontane Polarisierung (Pr), ein kleines elektrisches Koerzitivfeld (Ec), einen geringen Leckstrom und ausgezeichnete Haltbarkeit gegenüber der Wiederholung der Polarisationsumkehr, erfordern. Um überdies die Betriebsspannung abzusenken und in geeigneter Weise eine Halbleiterfeinbearbeitung durchführen zu können, ist es wünschenswert, dass die obigen Eigenschaften durch einen dünnen Film mit einer Dicke von weniger als 200 nm realisiert werden.
Um das Aufbringen des ferroelektrischen Dünnfilms auf den FRAM usw. zu erreichen, wird versucht, einen ferroelektrischen, dünnen Oxidfilm mit einer Perovskit-Struktur, wie PbTiO₃, PZT, PLZT usw., durch Dünnfilmformungsverfahren, wie Sputtering-Verfahren, Vakuumverdampfungsverfahren, Sol-Gel-Verfahren und MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)-Verfahren, zu formen.
In den obigen ferroelektrischen Materialien wird Pb(Zr_1–xTi_x)O₃ (PZT) nunmehr am intensivsten studiert, und ein dünner Film mit ausgezeichneten ferroelektrischen Eigenschaften wird durch das Sputtering-Verfahren und das Sol-Gel-Verfahren gewonnen. Zum Beispiel wird ein dünner Film, dessen remanente spontane Polarisierung Pr einen großen Wert im Bereich von 10 μc/cm² bis 26 μc/cm² annimmt, gewonnen. Jedoch, obgleich die ferroelektrischen Eigenschaften von PZT stark von der Zusammensetzung x abhängen, enthält PZT Pb, dessen Dampfdruck hoch ist, so dass mit einer Abnahme der Filmdicke das Problem auftritt, dass ein Leckstrom und eine Ermüdung in der Haltbarkeit bei Polarisationsumkehr auftreten, weil sich die Filmkomponente zum Zeitpunkt der Filmbildung und Wärmebehandlung ändern kann, ein Stiftloch erzeugt wird, eine Schicht mit einer niedriger Dielektrizitätskonstanten aufgrund einer Reaktion zwischen einer gemahlenen Elektrode Pt und Pb usw. gewonnen wird. Aus diesem Grund ist erwünscht, dass andere Materialien, deren ferroelektrischen Eigenschaften und die Haltbarkeit bezüglich Polarisationsumkehr ausgezeichnet sind, entwickelt werden. Überdies ist in dem Fall des Aufbringens auf eine integrierte Vorrichtung ein feines Korn eines dünnen Films, welches für die Feinbearbeitung geeignet ist, erforderlich.
Bi-geschichtete Oxidmaterialien, wie SrBi₂Ta₂O₉, haben Interesse als ermüdungsfreie Materialien auf sich gezogen. Ein dünner Film aus SrBi₂Ta₂O₉ wird durch ein MOD-Verfahren hergestellt. Das MOD-Verfahren ist ein Verfahren zum Formen eines Films, einschließlich der folgenden Prozesse. Es werden nämlich, wie bei dem Sol-Gel-Verfahren, metallorganische Rohmaterialien gemischt, so dass eine feste Filmzusammensetzung gewonnen wird, und eine Rohmateriallösung zum Aufbringen, deren Konzentration und Viskosität eingestellt wird, wird hergestellt. Ein Substrat wird mit der erzeugten Rohmateriallösung spinbeschichtet und das Substrat wird getrocknet. Dann, um das organische Element und Lösungsmittel zu entfernen, wird das Substrat erwärmt um den amorphen Film zu formen. Diese Prozesse werden wiederholt bis die feste Filmdicke erhalten wird, und schließlich wird das Substrat durch Sintern kristallisiert. Deshalb wird die Filmdicke durch Einstellen der Dicke eines einmal aufgebrachten Films kontrolliert (siehe Extended Abstracts (The 55^th Autumn Meeting, 1194): the Japan Society of Applied Physics, 20p-M-19).
Das größte Problem der SrBi₂Ta₂O₉ Dünnfilmbildung liegt darin, dass, da die Sintertemperatur sehr hoch ist, nämlich 750°C–800°C, eine lange Sinterzeit, nämlich länger als 1 Stunde, erforderlich ist. Wenn in einem solchen Herstellungsprozess die Prozesse, wie Filmbildung und Wärmebehandlung, für einen langen Zeitraum bei einer Temperatur von nicht weniger als 650°C durchgeführt werden, findet eine gegenseitige Diffusionsreaktion zwischen einer Platinmetallelektrode als Substrat und den Ferroelektrika und Reaktionen zwischen Silizium oder oxidiertem Silizium unter der gemahlenen Elektrode und der Elektrode oder den Ferroelektrika statt. Überdies wird die Filmzusammensetzung aufgrund der Verflüchtigung eines Zusammensetzungselements aus dem ferroelektrischen Dünnfilm geändert, und somit wird die Anwendung auf den tatsächlichen Vorrichtungsherstellungsprozess schwierig. Da derzeit überdies nur ein Film mit einer Oberflächenmorphologie aus einer großen Korngröße von ungefähr 0,3 μm gewonnen wird, kann der Film nicht auf die Submikrometer-Feinbearbeitung angewendet werden, die für die Entwicklung der hochintegrierten Vorrichtungen erforderlich ist.
Da in dem Fall des beschichteten Films überdies ein Beschichtungsverfahren nachteilig für eine Schrittbeschichtung ist, taucht das Problem der Trennung eines Drahts usw. auf. Deshalb sind die ferroelektrischen Eigenschaften und Ermüdungsfreiheit von SrBi₂Ta₂O₉ ausgezeichnet, wobei jedoch immer noch ein großes Problem für das Aufbringen auf Vorrichtungen vorliegt.
Um derzeit eine hohe Integration des ferroelektrischen, nicht-flüchtigen Speichers zu realisieren, wird zudem geprüft, einen polykristallinen Silizium-Plug für eine Verschaltung zwischen einem MOS-Transistor und einem ferroelektrischen Kondensator zu verwenden, wobei jedoch in dem Fall, wo ein ferroelektrischer Dünnfilm durch einen für SrBi₂Ta₂O₉ verwendeten, langdauernden Hochtemperaturprozess erzeugt wird, das Problem auftritt, dass sich dessen Eigenschaften aufgrund einer gegenseitigen Diffusion zwischem polykristallinen Silizium für eine Verschaltung und dem ferroelektrischen Dünnfilm verschlechtern. Um ein solches Problem zu lösen, wird ein Struktur, in der verschiedene Diffusionsbarrierenschichten eingefügt werden, untersucht, wobei jedoch auch in einer solchen Struktur die zulässige Grenze für eine Bildungstemperatur des ferroelektrischen Dünnfilms bis zu 650°C beträgt, und bei einem anderen Kurzzeit-Wärmebehandlungsprozess die zulässige Grenze bis zu ungefähr 700°C beträgt. Da jedoch derzeit in dem ferroelektrischen, dünnen Film aus SrBi₂Ta₂O₉ oder dergleichen die Filmbildungstemperatur im Allgemeinen höher ist, sind die ferroelektrischen Eigenschaften wie auch die Kristallinität verbessert. Wenn deshalb die Filmbildungstemperatur abgesenkt wird, verschlechtern sich die Kristallinität und die ferroelektrischen Eigenschaften, so dass es schwierig ist, sowohl eine Verbesserung in den ferroelektrischen Eigenschaften als auch eine niedrige Filmbildungstemperatur in dem ferroelektrischen, dünnen Film zu erzielen.
Andererseits stellt Bi₄Ti₃O₁₂ mit einer geschichteten Perovskitstruktur ein Beispiel von Oxidferroelektrika ohne Pb, das einen schlechten Einfluss auf den Leckstrom und die Beständigkeit gegenüber Polarisationsumkehr ausübt, dar. Ein solches Bi₄Ti₃O₁₂ ist ein Ferroelektrikum mit einer geschichteten Perovskitstruktur, dessen Anisotropie stark ist (orthorhombisches System/Gitterkonstanten: a = 5,411 Å, b = 5,448 Å, c = 32,83 Å). Bezüglich der Ferroelektrizität seines Einkristalls beträgt die remanente spontane Polarisierung Pr in der a-Achse 50 μC/cm² und das elektrische Koerzitivfeld Ec beträgt 50 kV/cm, wobei das Ferroelektrikum die größte spontane Polarisierung in den obigen Bi-Oxidferroelektrika aufweist, so dass Bi₄Ti₃O₁₂ ausgezeichnete Eigenschaften zeigt. Um die große spontane Polarisierung von Bi₄Ti₃O₁₂ auf den ferroelektrischen, nicht-flüchtigen Speicher usw. anzuwenden, ist es wünschenswert, dass Bi₄Ti₃O₁₂ eine große a-Achsen-Zusammensetzung des Kristalls in der Richtung, die senkrecht zum Substrat ist, aufweist.
Ein Dünnen des Bi₄Ti₃O₁₂ Dünnfilms durch das MOCVD-Verfahren und das Sol-Gel-Verfahren ist versucht worden, jedoch erbrachten diese Versuche meistens c-Achsen-orientierte Filme, deren spontane Polarisierung kleiner als wie bei a-Achsen-orientierten Filmen ist. Überdies ist in dem herkömmlichen Sol-Gel-Verfahren eine Wärmebehandlung von nicht weniger als 650°C erforderlich, um ausgezeichnete ferroelektrische Eigenschaften zu erhalten, und da seine Oberflächenmorphologie aus Kristallkörnern von ungefähr 0,5 μm zusammengesetzt ist, ist es schwierig den dünnen Film auf die hochintegrierten Vorrichtung aufzubringen, was eine Feinbearbeitung erforderlich macht.
Mittlerweile wird ein c-Achsen-orientierter Bi₄Ti₃O₁₂ Dünnfilm durch das MOCVD-Verfahren auf einem Pt/SiO₂/Si-Substrat und einem Pt-Substrat bei einer Substrattemperatur von nicht weniger als 600°C gebildet, jedoch können diese Substrate nicht direkt auf eine tatsächliche Vorrichtungsstruktur angewendet werden. Mit anderen Worten, wie bei dem Pt/Ti/SiO₂/Si-Substrat ist eine Klebstoffschicht, wie ein Ti-Film, notwendig, um eine Klebstofffestigkeit zwischen einer Pt-Elektrodenschicht und SiO₂ unter dieser zu erhalten. Jedoch in dem Fall, wo der Bi₄Ti₃O₁₂ Dünnfilm durch das MOCVD-Verfahren auf dem Pt-Elektrodensubstrat geformt ist, an dem eine solche Klebstoffschicht vorgesehen ist, wird berichtet, dass dessen Filmoberflächenmorphologie aus groben Kristallkörnern zusammengesetzt ist und dass eine Pyrochlorphase (Bi₂Ti₂O₇) auftreten kann (siehe Jpn. J. Appl. Phys., 32, 1993, Seiten 4086, und J. Ceramic Soc. Japan, 102, 1994, Seiten 512). In dem Fall, in dem die Filmoberflächenmorphologie aus groben Kristallkörnern zusammengesetzt ist, kann der Film nicht auf die hochintegrierten Vorrichtungen, die eine Feinbearbeitung erfordern, aufgebracht werden, und überdies verursacht eine dünne Dicke ein Stiftloch, wodurch eine Leckstrom erzeugt wird. Deshalb ist es bei einer solchen herkömmlichen Technik schwierig, den ferroelektrischen Dünnfilm, der ausgezeichnete ferroelektrische Eigenschaften in dem Fall einer dünnen Filmdicke von nicht mehr als 200 nm aufweist, zu realisieren.
Wie oben erwähnt, kann, um ein ferroelektrischen Dünnfilm auf hochintegrierte Vorrichtungen aufzubringen, der oben genannte Stand der Technik keinen ferroelektrischen Dünnfilm bereit stellen, der verschiedene Bedingungen ausreichend erfüllt, wie eine für eine Feinbearbeitung erforderliche Dichte und Gleichmäßigkeit auf der Filmoberfläche und einen niedrigen Leckstrom, große remanente Spontanpolarisierung, und einen Filmbildungsprozess bei einer niedrigen Temperatur.
Thin Solid Films, Vol. 259, Seiten 264–269, 1995 betrifft Kondensatorstrukturen mit einer polykristallinen Schicht auf einer mikrokristallinen Schicht.
US-A-5 390 072 betrifft einen Kondensator mit einer amorphen Schicht aus dielektrischem Material, die auf einer dickeren polykristallinen Schicht geformt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist wünschenswert, ein mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichtetes Substrat, wobei ein ferroelektrischer Dünnfilm mit einer dichten und gleichmäßigen Oberfläche, einer ausgezeichneten niedrigen Leckstromeigenschaft und ausreichend großen, remanenten Spontanpolarisierung bei einer niedrigeren Temperatur hergestellt werden kann, ein Verfahren zum Herstellen des mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichteten Substrats und ein Kondensatorstrukturelement, das das mit dem ferroelektrischen Dünnfilm beschichtete Substrat einsetzt, zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichtetes Substrat gemäß Anspruch 1 zur Verfügung.
Die Erfindung stellt auch ein Kondesatorstrukturelement gemäß Anspruch 10 zur Verfügung.
Da in der obigen Anordnung der erste ferroelektrische Dünnfilm durch die Metalloxidpufferschicht positioniert wird, kann sogar dann, wenn der erste ferroelektrische Dünnfilm eine dünne Filmdicke aufweist, ein dünner Film mit einer ausreichenden Kristallinität geformt werden. Deshalb kann in dem Fall, wo der erste ferroelektrische Dünnfilm als eine Hintergrundschicht verwendet wird, sogar dann, wenn der zweite ferroelektrische Dünnfilm eine dickere Filmdicke bei der Filmbildungstemperatur (Substrattemperatur), die niedriger ist als die Filmbildungstemperatur (Substrattemperatur) des ersten ferroelektrischen Dünnfilms, aufweist, eine ausreichende Ferroelektrizität aufgrund der dem ersten ferroelektrischen Dünnfilm innewohnenden ausgezeichneten Kristallinität sichergestellt werden. Da überdies der zweite ferroelektrische Dünnfilm bei einer niedrigeren Temperatur geformt wird, kann verhindert werden, dass die den Dünnfilm zusammensetzenden Kristallkörner grob und groß werden, wodurch es ermöglicht ist, den dichten ferroelektrischen Dünnfilm zu gewinnen, dessen Oberfläche gleichmäßig ist.
Mit anderen Worten, wenn das mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichtete Substrat der vorliegenden Erfindung so angeordnet ist, dass der zweite ferroelektrische Dünnfilm mit genügender Filmdicke, dass Ferroelektrizität auftritt, auf dem Substrat durch die Metalloxidpufferschicht und den ersten ferroelektrischen Dünnfilm mit einer dünnen Filmdicke positioniert wird, kann ein ferroelektrischer Dünnfilm, der eine ausreichende Ferroelektrizität und eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit und Dichtheit aufweist, hergestellt werden.
Da der ferroelektrische Dünnfilm eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit und Dichtheit aufweist, wird zusätzlich in dem mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichteten Substrat der vorliegenden Erfindung eine Feinbearbeitung möglich, und das Substrat kann auf verschiedene hochintegrierte Vorrichtungen aufgebracht werden. Wenn das Substrat auf verschiedene Vorrichtungen, einschließlich ein Kondensatorstrukturelement, aufgebracht wird, wird die Erzeugung eines Stiftlochs verhindert, wodurch es ermöglicht ist, die Leckstromeigenschaften zu verbessern.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichteten Substrats gemäß Anspruch 6 zur Verfügung.
Es ist wünschenswert, dass das mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichtete Substrat der vorliegenden Erfindung so hergestellt wird, dass, nachdem der erste feroelektrische Dünnfilm auf der Metalloxidpufferschicht geformt ist, die auf dem Substrat positioniert ist, durch Erhitzen des Substrats mittels dem MOCVD-Verfahren, der zweite ferroelektrische Dünnfilm durch das MOCVD-Verfahren bei einer Substrattemperatur, die niedriger als wie bei der Bildung des ersten ferroelektrischen Dünnfilms ist, gebildet wird.
Zusätzlich ist es wünschenswert, dass die Substrattemperatur beim Bilden des ersten ferroelektrischen Dünnfilms (erste Substrattemperatur) im Bereich von 450°C bis 650° liegt, und die Substrattemperatur beim Bilden des zweiten ferroelektrischen Dünnfilms (zweite Substrattemperatur) im Bereich von 400°C bis 500°C liegt (jedoch ist der Bereich von 450°C bis 500°C auf den Fall beschränkt, wo die zweite Substrattemperatur niedriger als die erste Substrattemperatur ist.
In dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist die Substrattemperatur beim Bilden des ersten ferroelektrischen Dünnfilms geringfügig höher, jedoch ist sie niedrig genug, verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren, und der Prozess zum Bilden des ersten ferroelektrischen Dünnfilms erfordert eine kurze Zeit, weil dessen Dicke dünn sein kann. Deshalb gibt es einen geringen Einfluss auf die Substrattemperatur.
Da in dem Verfahren zum Herstellen des mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichteten Substrats der vorliegenden Erfindung der ferroelektrische Dünnfilm bei einer sehr niedrigen Temperatur während fast des gesamten Prozesses gebildet wird, ist das Substrat deshalb auf eine hochintegrierte Vorrichtung aufzubringen, die mit einer Vielzahl von Elementen ausgestattet, ohne dabei andere Elemente zu beschädigen, und ferner kann der Freiheitsgrad der Gestaltung merklich verbessert werden.
Für ein besseres Verständnis des Wesens und der Vorteile der Erfindung wird auf die folgende genaue Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus eines Kondensatorstrukturelements, welches ein mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichtetes Substrat einsetzt.
2 ist eine Zeichnung, die das Ergebnis der Untersuchung der Oberfläche eines zweiten Bismuthtitanat-Dünnfilms der vorliegenden Erfindung mittels eines SEM (Rastertunnelelektronenmikroskop) zeigt.
3 ist eine Zeichnung, die das Beobachtungsergebnis der Röntgendiffraktion des zweiten Bismuthtitanat-Dünnfilms zeigt, der ein ferroelektrischer Dünnfilm des obigen mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichteten Substrats ist.
4 ist eine Kurve, die eine ferroelektrische Hysterekurve des Kondensatorstrukturelements zeigt.
5 ist eine Kurve, die eine Abhängigkeit der angelegten Spannung von der Leckstromdichte des Kondensatorstrukturelements zeigt.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Folgende beschreibt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5.
1 ist eine Zeichnung, die einen Aufbau eines Kondensatorstrukturelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, ist das Kondensatorstrukturelement so aufgebaut, dass eine Siliziumoxid (SiO₂)-Schicht 2, eine Klebstoffschicht 3, eine untere Elektrode 4, eine Metalloxidpufferschicht 5, einer erster ferroelektrischer Dünnfilm 6, ein zweiter ferroelektrischer Dünnfilm 7 und eine obere Elektrode 8 auf einem Silizium (Si)-Substrat in dieser Reihenfolge gebildet sind.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Siliziumeinkristall-Wafer als Siliziumsubstat 1 verwendet, und ein Siliziumoxiddünnfilm, der durch thermisches Oxidieren der Oberfläche des Siliziumeinkristall-Wafers gewonnen ist, wird als SiO₂-Schicht 2 verwendet. Überdies werden ein Tantal (Ta)-Dünnfilm als Klebstoffschicht 3, ein Platin (Pt)-Dünnfilm als untere Elektrode 4, ein Titanoxid-Dünnfilm als Metalloxidpufferschicht 5, Bismuthtitanat-Dünnfilme als erster ferroelektrischer Dünnfilm 6 und zweiter ferroelektrischer Dünnfilm 7, und ein Platin (Pt)-Dünnfilm als obere Elektrode 8 verwendet.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des in 1 gezeigten Kondensatorstrukturelements der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst wird ein Verfahren zum Herstellen eines Pt/Ta/SiO₂/Si-Substrats beschrieben. Die Oberfläche des Siliziumeinkristall-Wafers (100) als Siliziumsubstrat 1 wird thermisch oxidiert, so dass eine SiO₂-Schicht 2 mit einer Dicke von 200 nm geformt wird. Dann werden der Ta-Dünnfilm als Klebstoffschicht 3 und der Pt-Dünnfilm als untere Elektrode 4 durch ein Sputter-Verfahren gebildet, so dass sie jeweils eine Dicke von 30 nm und eine Dicke von 200 nm haben.
Hier sind die Materialien und die Filmdicken nicht notwendigerweise auf die vorliegenden Ausführungsform eingeschränkt. Zum Beispiel kann ein Substrat aus polykristallinem Silizium, ein GaAs-Substrat usw., anstelle des Siliziumeinkristallsubstrats verwendet werden. Die Klebstoffschicht 3 verhindert ein Abblättern eines Films aufgrund eines Unterschieds in den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats und der unteren Elektrode 4 während der Filmbildung, und ihre Filmdicke kann jeden Wert annehmen, solange sie das Abblättern des Films verhindern kann. Überdies kann Titan (Ti) usw. als Material anstelle von Ta verwendet werden, wobei jedoch in der vorliegenden Ausführungsform die Verwendung von Ta wünschenswert ist, weil die Verwendung von Ti eine Legierung aus Ti und Pt erzeugt. Ferner wird die SiO₂-Schicht, die als Isolierschicht verwendet wird, nicht notwendigerweise durch thermische Oxidation geformt, so dass ein SiO₂-Film, ein Siliziumnitridfilm usw., die durch ein Sputter-Verfahren, Vakuumverdampfungsverfahren, MOCVD-Verfahren usw. geformt werden, verwendet werden können, und das Material und die Filmdicke sind nicht notwendigerweise eingeschränkt, solange der SiO₂-Film eine ausreichende Isolierung aufweist.
Zusätzlich kann die untere Elektrode 4 jede Filmdicke haben, solange sie als eine Elektrodenschicht funktionieren kann. Ihr Material ist nicht notwendigerweise auf Pt eingeschränkt, und kann ein leitfähiges Material sein kann, das als gewöhnliches Elektrodenmaterial verwendet wird, wobei das Material in geeigneter Weise in Bezug auf die anderen Dünnfilme gewählt werden kann.
Überdies ist das Filmbildungsverfahren nicht notwendigerweise eingeschränkt auf die thermische Siliziumoxidation und die Sputter-Verfahren bis die untere Elektrode geformt wird, so dass eine gewöhnliche Filmbildungstechnik, wie die Vakuumverdampfungstechnik, verwendet wer den kann. Überdies ist die Struktur der Substrate nicht notwendigerweise auf die obige eingeschränkt.
Darauffolgend wurde der Titanoxid-Dünnfilm als die Metalloxidpufferschicht 5 auf dem in der obigen Weise hergestellten Pt/Ta/SiO₂/Si-Substrat durch das MOCVD-Verfahren hergestellt. Wenn der Titanoxid-Dünnfilm gebildet wurde, wurde Titan (IV) tetra-i-propoxid (Ti(i-OC₃H₇)₄) als Titanmaterial verwendet, und dieses wurde erwärmt und verdampft bei 50°C, um zusammen mit Argon (Ar), das ein Trägergas ist, einer Filmbildungskammer zugeführt zu werden. Hier betrug die Flussrate des Ar Gases 100 sccm. In der Filmbildungskammer wurde das in der obigen Weise hergestellte Pt/Ta/SiO₂/Si-Substrat erwärmt und auf 450°C gehalten, und der Titanoxid-Dünnfilm mit einer Filmdicke von 5 nm wurde auf dem Pt/Ta/SiO₂/Si-Substrat geformt. Dieser Filmbildungsprozess des Titanoxid-Dünnfilms erforderte ca. 30 Sekunden.
Anschließend wurde der Dünnfilm, der aus Bismuthtitanat zusammengesetzt ist, das Titan enthält, das ein metallisches Element ist, das Titanoxid aufbaut, als erster ferroelektrischer Dünnfilm 6 auf dem Titanoxid-Dünnfilm durch das MOCVC-Verfahren geformt. Der Bismuthtitanat-Dünnfilm mit einer Filmdicke von ca. 5 nm wurde bei einer Substrattemperatur von 600°C für ca. 2 Minuten geformt. Die Bedingungen zum Zuführen der Rohmaterialien beim Formen des Films mittels des MOCVD-Verfahrens sind in TABELLE 1 gezeigt.
TABELLE 1
Wie in TABELLE 1 gezeigt, wenn der Bismuthtitanatfilm gebildet wurde, wurden tri-o-Tolylbismut (Bi(o-C₇H₇)₃) als Bismut-Rohmaterial unt Titan (IV) tetra-i-propoxid (Ti(i-OC₃H₇)₄) als Titan-Rohmaterial verwendet, und diese Rohmaterialien wurde jeweils erwärmt und verdampft, um bei den in TABELLE 1 gezeigten Temperaturen der Rohmaterialien zu sein (Bismuth-Rohmaterial: 160°C, Titan-Rohmaterial: 50°C). Dann wurden diese zusammen mit Argon (Ar)-Gas als Trägergas und gasförmigem Sauerstoff (O₂) als Reaktionsgas der Filmbildungskammer zugeführt. Hier betrug die Flussrate des Ar-Gases 200 sccm in Bezug auf das Bi-Rohmaterial und betrug 50 scm in Bezug auf das Ti-Rohmaterial. Die Flussrate des O₂-Gases betrug 1000 sccm. Wenn in diesen Filmbildungsprozessen ein Gasdruck in der Filmbildungskammer höher als 10 Torr (1 Torr = 133,3 Pa) ist, kann eine Gasphasenreaktion stattfinden, so dass der Gasdruck 5 Torr betrug.
Wenn der Bismuthtitanatdünnfilm mit einer Filmdicke von 100 nm unter den obigen Bedingungen gebildet wurde und seine Zusammensetzung und Kristallinität durch einen Zusammensetzungsanalysator EPMA (Elektronenprobe-Mikroanalyse) und eine Röntgendiffraktionsmethode untersucht wurde, betrug das Bi/Ti-Zusammensetzungsverhältnis ca. 1,3, so dass sich ergeben hat, dass der Bismuthtitanat-Dünnfilm aus Bi₄Ti₃O₁₂ mit einer stöchiometrischen Zusammensetzung zusammengesetzt war und dass es ein c-Achsen-orientierter Film war.
Nachdem der Bismuthtitanat-Dünnfilm als der erste ferroelektrische Dünnfilm 6 (im Weiteren als der erste Bismuthtitanat-Dünnfilm bezeichnet) gebildet war, wurde das Zuführen der Rohmaterialien gestoppt, und die gleichen Rohmaterialien wurden wieder zugeführt mit der auf 400°C gehaltenen Substrattemperatur, so dass ein Bismuthtitanat-Dünnfilm, zusammengesetzt aus den gleichen Materialien wie der erste ferroelektrische Dünnfilm der vorliegenden Ausführungsform (im weiteren als der zweite Bismuthtitanat-Dünnfilm bezeichnet), gebildet wurde. Die Filmbildungszeit betrug ca. 1 Stunde, und die Summe der Filmdicken der ersten und zweiten Bismuthtitanat-Dünnfilme betrug ca. 100 nm. Hier betrug die Filmdicke des zweiten Bismuthtitanat-Dünnfilms ca. 95 nm, was dicker ist als der erste Bismuthtitanat-Dünnfilm mit einer Filmdicke von 5 nm.
Die Ergebnisse der Beobachtung der Oberflächenmorphologie des in der obigen Weise geformten zweiten Bismuthtitanat-Dünnfilms mittels SEM (Rastertunnelelektronenmikroskop) sind in 2 gezeigt. Gemäß 2 ist der zweite Bismuthtitanat-Dünnfilm der vorliegenden Erfindung aus Körnern mit einem Partikeldurchmesser von ca. 0,1 μm zusammengesetzt, so dass der Dünnfilm dicht und gleichmäßig ist.
Zusätzlich sind die Ergebnisse der Untersuchung der Kristallinität des Bismuthtitanat-Dünnfilms mittels Röntgendiffraktion in 3 gezeigt.
In 3 ist die Röntgendiffraktionsintensität als vertikale Achse aufgetragen und der Diffraktionswinkel 2Θ (Grad) ist als horizontale Achse aufgetragen. (001) (1 ist ganzzahlig) steht für den Diffraktions-Peak aufgrund der c-Achsen-Orientierung von Bi₄Ti₃O₁₂, und (002) steht für den Diffraktions-Peak aufgrund der a-Achsen-Orientierung von Bi₄Ti₃O₁₂. (111), (117), (220), (2014) und (137) stehen jeweils für den Diffraktions-Peak aufgrund der Zufallsorientierung, einschließlich der a-Achsen-Zusammensetzung von Bi₄Ti₃O₁₂, und der Diffraktions-Peak von Pt (111) in der Nähe von 2Θ = 40° (Grad) ergibt sich wegen Pt als der unteren Elektrode 4.
Gemäß dem Röntgendiffraktionsmuster in 3 wird ein Bi₄Ti₃O₁₂, in dem die a-Achsen-Orientierung, die c-Achsen-Orientierung und die Zufallsorientierung gemischt sind, welches somit eine zufallsorientierte Zusammensetzung aufweist, in dem zweiten Bismuthtitanat-Dünnfilm gebildet. Als ein Ergebnis wurde bestätigt, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Bi₄Ti₃O₁₂-Dünnfilm mit der zufallsorientierten Zusammensetzung auf dem ersten c-Achsen-orientierten Bi₄Ti₃O₁₂-Dünnfilm geformt ist.
Zum Vergleich wurde das Pt/Ta/SiO₂/Si-Substrat verwendet, welches das gleiche ist wie in der vorliegenden Ausführungsform, und der Bismuthtitanat-Dünnfilm wurde just auf Pt unter der gleichen Bedingung (Substrattemperatur von 400°C) wie jener beim Bilden des zweiten Bismuthtitanat-Dünnfilms geformt. Der geformte Bismuthtitanat-Dünnfilm zeigte eine amorphe Struktur (nichtkristallin). Anders als wie in der vorliegenden Ausführungsform wurde in dem Dünnfilm, wenn die obige Titanoxidpufferschicht und der erste Bismuthtitanat-Dünnfilm nicht gebildet wurden, der Bismuthtitanat-Dünnfilm nicht kristallinisiert, und somit wurde nur die amorphe Struktur erhalten. Somit hat sich gezeigt, dass es die Metalloxidpufferschicht 5 und der erste ferroelektrische Dünnfilm 6 der vorliegenden Ausführungsform ermöglichen, einen ferroelektrischen Dünnfilm zu bilden, der eine Kristallinität bei einer sehr niedrigen Substrattemperatur von 400°C zeigt, bei welcher ein kristalliner Dünnfilm normalerweise nicht erhalten werden kann. Solche Effekte der vorliegenden Erfindung treten auf, weil der zweite ferroelektrische Dünnfilm 7 den kristallinen Zustand des ersten ferroelektrischen Dünnfilms 6 mit einer dünnen Filmdicke übernimmt.
Wenn der Bismuthtitanat-Dünnfilm der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich durch einen Zusammensetzungsanalysator EPMA (Elektronenprobe-Mikronanalyse) untersucht wurde, betrug sein Zusammensetzungsverhältnis 0,9. Dies bedeutet, dass die Zusammensetzung des zweiten Bismuthtitanat-Dünnfilms von der stöchiometrischen Zusammensetzung von Bi₄Ti₃O₁₂ stark verschieden war. Als ein Ergebnis weist in dem zweiten Bismuthtitanat-Dünnfilm der vorliegenden Ausführungsform das kristalline Bi₄Ti₃O₁₂ teilweise die amorphe Struktur (nichtkristallin) auf, und es wird erachtet, dass eine solche Filmzusammensetzung dichte und sogar dünne Filme mit einer gleichmäßigen Oberfläche realisieren kann.
Als Nächstes werden die Titanoxidpufferschicht, der erste Bismuthtitanat-Dünnfilm und der zweite Bismuthtitanat-Dünnfilm sukzessiv auf dem Pt/Ta/SiO₂/Si-Substrat geformt, so dass das Ferroelektrika beschichtete Substrat hergestellt wird. Eine Pt-Elektrode (100 μm²) als obere Elektrode 8 wurde auf dem Ferroelektrika beschichteten Substrat durch die Vakuumverdampfungsmethode gebildet, so dass ein wie in 1 gezeigtes Kondensatorstrukturelement hergestellt wurde.
Hier kann die hergestellte obere Elektrode 8 auch jede Filmdicke haben, solange sie als eine Elektrode wie die untere Elektrode 4 funktioniert, und ihr Material ist nicht notwendigerweise auf Pt eingeschränkt, so dass ein leitfähiges Material für eine gewöhnliche Elektrode verwendet werden kann. Überdies kann bezüglich der Filmbildungsmethode das Sputter-Verfahren, wie auch das Vakuumverdampfungsverfahren, verwendet werden.
Eine Spannung wurde über die in 1 gezeigte untere Elektrode 4 und obere Elektrode 8 angelegt, und die ferroelektrischen Eigenschaften des Kondensatorstrukturelements in der vorliegenden Ausführungsform wurden bestimmt. Das Ergebnis ist durch die in 4 gezeigte ferroelektrische Hysteresekurve dargestellt. Mit anderen Worten, wenn eine Spannung von 3 V angelegt wurde, zeigte das Kondensatorstrukturelement der vorliegenden Ausführungsform die Eigenschaften, dass die remanente Spontanpolarisation Pr 7,5 μC/cm² betrug, und dass das elektrische Koerzitivfeld Ec 70 kV/cm betrug. Dieser Wert Pr ist nahezu zweimal so groß als Pr von 4 μC/cm² in der c-Achsen-Richtung, welcher in dem Bi₄Ti₃O₁₂-Einkristall (Volumen) erhalten wurde.
Ein Grund dafür, dass das Kondensatorstrukturelement der vorliegenden Ausführungsform eine große remanente Spontanpolarisation Pr von 7,5 μC/cm² hat, ist wie folgt. Der Wert Pr in der a-Achsen-Richtung von Bi₄Ti₃O₁₂ ist nämlich größer als der Wert in der c-Achsen-Richtung, und die zufällig orientierten Ferroelektrika Bi₄Ti₃O₁₂ ergeben sich mithilfe der Untersuchung durch die Röntgendiffraktion in der vorliegenden Ausführungsform. Deshalb haben die a-Achsen-orientierten Zusammensetzungen der Bi₄Ti₃O₁₂-Ferroelektrika einen starken Anteil an der großen remanenten Spontanpolarisation.
Zusätzlich wurde in dem Kondensatorstrukturelement der vorliegenden Ausführungsform die Leckstromdichte I1 gemessen, und das Ergebnis ist in 5 gezeigt. Gemäß 5 trifft zu, dass wenn ein Spannung von 3 V angelegt wird, die Leckstromdichte I1 einen kleinen und günstigen Wert von 8 × 10^–8 A/cm² annahm. Dies ist so, weil, wie oben erwähnt, der dichte Bismuthtitanat-Dünnfilm mit einer ausgezeichneten Gleichmäßigkeit die Erzeugung eines Stiftlochs hemmt, und somit die Leckstromeigenschaften stark verbessert werden können.
In der obigen Ausführungsform betrug die Substrattemperatur beim Formen des ersten ferroelektrischen Dünnfilms mittels des MOCVD-Verfahrens 600°C, und die Substrattemperatur beim Formen des zweiten ferroelektrischen Dünnfilms betrug 400°C, jedoch sind die Substrattemperaturen nicht notwendigerweise hierauf eingeschränkt. Mit anderen Worten, wenn der erste ferroelektrische Dünnfilm 6 und der zweite ferroelektrische Dünnfilm 7 unter den Bedingungen gebildet wurden, dass die Substrattemperatur beim Bilden des ersten ferroelektrischen Dünnfilms 6 im Bereich von 450°C bis 650°C war, die Substrattemperatur beim Formen des zweiten ferroelektrischen Dünnfilms 7 im Bereich von 400°C bi°C war und die Substrattemperatur beim Bilden des zweiten ferroelektrischen Dünnfilms 7 niedriger war als die Substrattemperatur beim Bilden des ersten ferroelektrischen Dünnfilms, wurde ein befriedigendes Ergebnis ähnlich zu der obigen Ausführungsform erhalten.
In der obigen Ausführungsform wurde Bi₄Ti₃O₁₂ als ferroelektrisches Material verwendet, jedoch ist das Material nicht notwendigerweise hierauf eingeschränkt. Deshalb können SrBi₂Nb₂O₉, SrBi₂Ta₂O₉, BaBi₂Nb₂O₉, BaBi₂Ta₂O₉, PbBi₂Nb₂O₉, PbBi₂Ta₂O₉, SrBi₄Ti₄O₁₅, BaBi₂Ti₄O₁₅, PbBi₄Ti₄O₁₅ Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅, K_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅, Sr₂Bi₄Ti₅O₁₈, Ba₂Bi₄Ti₅O₁₈, Pb₂Bi₄Ti₅O₁₈ USW., was Bi-ferroelektrische Materialien mit der gleichen geschichteten Perovskit-Struktur sind, auf die vorliegende Erfindung angewendet werden.
In der obigen Ausführungsform verwendet das Kondensatorstrukturelement das Pt/Ta/SiO₂/Si-Substrat als Substrat, jedoch ist ein solches Substrat nicht notwendigerweise hierauf eingeschränkt. Zum Beispiel kann das Kondensatorstrukturelement so aufgebaut sein, dass ein integrierter Schaltkreis auf einem Si- oder GaAs-Substrat geformt wird, die Oberfläche des integrierten Schaltkreises mit einem Schichtisolierfilm aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid usw. bedeckt ist, eine Elektrodenschicht, die mit einem Element des integrierten Schaltkreises durch ein auf einem Abschnitt des Schichtisolierfilms geformten Kontaktlochs elektrisch verbunden ist, auf dem Schichtisolierfilm geformt ist, und der ferroelektrische Dünnfilm der vorliegenden Erfindung auf der Elektrodenschicht geformt ist. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung ist auf ein integriertes Schaltkreiselement anwendbar, das mit einem Element eines integrierten Schaltkreises und verschiedenen hochintegrierten Vorrichtungen, die die Kondensatorstruktur der obigen Ausführungsform und eine Transistorstruktur haben, elektrisch verbunden ist.
Zusätzlich ist in der obigen Ausführungsform das in der Metalloxidpufferschicht 5 enthaltene metallische Element das gleiche wie eines der Zusammensetzungselemente des ersten ferroelektrischen Dünnfilms 6 und eines der Zusammensetzungselemente des zweiten ferroelektrischen Dünnfilms 7, jedoch ist das metallische Element nicht notwendigerweise hierauf eingeschränkt. Mit anderen Worten, wenn wenigstens eines der in der Metalloxidpufferschicht 5 enthaltenen metallischen Elemente gleich zu einem der Zusammensetzungselemente des ersten ferroelektrischen Dünnfilms 6 oder des zweiten ferroelektrischen Dünnfilms 7 ist, wird eine Einschleppung gehemmt.
Da das mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichtete Substrat in der vorliegenden Ausführungsform den ferroelektrischen Dünnfilm mit einer genügenden Gleichmäßigkeit und Dichtheit realisieren kann, welcher die genügenden ferroelektrischen Eigenschaft hat, können sogar dann, wenn die Filmdicke 100 nm beträgt, was extrem dünn ist, die Leckstromeigenschaften stark verbessert werden. Ferner kann das mit einem ferroelektrischen Dünnfilm beschichtete Substrat für eine verschiedene Feinbearbeitung geeignet sein, und es ist für die Anwendung auf die hochintegrierten Vorrichtungen geeignet.
Da es das Verfahren zum Herstellen des ferroelektrischen Dünnfilms gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich macht, den ferroelektrischen Dünnfilm mit einer ausreichenden Kristallinität bei einer niedrigen Temperatur von 400°C zu formen, wie oben erwähnt, kann zusätzlich, größtenteils in dem Formungsprozess des ferroelektrischen Dünnfilms, der ferroelektrische Dünnfilm auf die hochintegrierten Vorrichtungen aufgebracht werden. Da überdies nicht die herkömmlichen Filmbeschichtungsverfahren, wie das MOD-Verfahren und das Sol-Gel-Verfahren, sondern das MOCVD-Verfahren verwendet wird, kann der ferroelektrische Dünnfilm mit einer großen Fläche und ausreichenden Kontrollierbarkeit seiner Filmdicke mit einer hohen Geschwindigkeit hergestellt werden, wodurch es ermöglicht ist, die Produktivität stark zu verbessern.

Claims

Mit einem ferroelektrischen, dünnen Film beschichtetes Substrat, welches umfasst: ein Substrat (1); eine Metalloxidpufferschicht (5) auf dem Substrat (1); einen ersten ferroelektrischen, dünnen Film (6) mit einer ersten Filmdicke, welcher kristallin ist, welcher erste ferroelektrische, dünne Film auf der Metalloxidpufferschicht (5) ist; und einen zweiten ferroelektrischen, dünnen Film (7) mit einer zweiten Filmdicke, die dicker ist als die erste Filmdicke, welcher zweite ferroelektrische, dünne Film (7) auf dem ersten ferroelektrischen, dünnen Film (6) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite ferroelektrische, dünne Film eine Struktur hat, welche eine Mischung aus kristallin und amorph ist, und dass jeder von dem ersten ferroelektrischen, dünnen Film (6) und dem zweiten ferroelektrischen, dünnen Film (7) aus einem ferroelektrischen Bi-Material mit einer geschichteten Perovskitstruktur zusammengesetzt ist.
Mit einem ferroelektrischen, dünnen Film beschichtetes Substrat, wie in Anspruch 1 definiert, bei welchem die Zusammensetzungselemente des ersten ferroelektrischen, dünnen Films (6) gleich sind zu den Zusammensetzungselementen des zweiten ferroelektrischen, dünnen Films (7) und das Zusammensetzungsverhältnis der Zusammensetzungselemente des ersten ferroelektrischen, dünnen Films (6) von dem Zusammensetzungsverhältnis der Zusammensetzungselemente des zweiten ferroelektrischen, dünnen Films (7) veschieden ist.
Mit einem ferroelektrischen, dünnen Film beschichtetes Substrat, wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 definiert, bei welchem ein metallisches Element in der Metalloxidpufferschicht (5) gleich zu wenigstens einem der Zusammensetzungs-elemente des ersten oder zweiten ferroelektrischen, dünnen Films (6, 7) ist.
Mit einem ferroelektrischen, dünnen Film beschichtetes Substrat, wie in Anspruch 3 definiert, bei welchem die Metalloxidpufferschicht (5) aus Titanoxid besteht, der erste ferroelektrische, dünne Film (6) aus Bismuthtitanat besteht und der zweite ferroelektrische, dünne Film (7) aus Bismuthtitanat besteht.
Mit einem ferroelektrischen, dünnen Film beschichtetes Substrat, wie in Anspruch 4 definiert, bei welchem der erste ferroelektrische, dünne Film (6) aus Bi₄Ti₃O₁₂ mit hauptsächlich C-Achsenorientierung besteht, und der zweite ferroelektrische, dünne Film (7) aus Bi₄Ti₃O₁₂ mit Zufallsorientierung besteht.
Verfahren zum Herstellen eines mit einem ferroelektrischen, dünnen Film beschichteten Substrats, umfassend: einen ersten Schritt des Formens einer Metalloxidpufferschicht (5) auf einem Substrat; einen zweiten Schritt des Formens eines ersten ferroelektrischen, dünnen Films (6) mit einer ersten Filmdicke, welcher kristallin ist, auf der Metalloxidpufferschicht (5) bei einer ersten Substrattemperatur; und, einen dritten Schritt des Formens eines zweiten ferroelektrischen, dünnen Films (7) mit einer zweiten Filmdicke, die dicker ist als die erste Filmdicke, auf dem ersten ferroelektrischen, dünnen Film (6) bei einer zweiten Substrattemperatur, die niedriger ist als die erste Substrattemperatur, welcher zweite ferroelektrische Film (7) eine Struktur hat, die eine Mischung aus kristallin und amorph ist, wobei jeder des ersten ferroelektrischen dünnen Films (6) und des zweiten ferroelektrischen dünnen Films (7) aus einem ferroelektrischen Bi-Material mit einer geschichteten Perovskitstruktur zusammengesetzt ist.
Verfahren wie in Anspruch 6 definiert, bei welchem: der zweite Schritt die Schritte des Heizens des Substrats (1) auf die erste Substrattemperatur und des Bildens des ersten ferroelektrischen, dünnen Films (6) auf der Metalloxidpufferschicht (5) mittels einer MOCVD-Methode umfasst; und bei welchem in dem dritten Schritt der zweite ferroelektrische, dünne Film (7) auf dem ersten ferroelektrischen, dünnen Film (6) durch die MOCVD-Methode mit dem auf der zweiten Substrattemperatur gehaltenen Substrat (1) geformt wird.
Verfahren wie in Anspruch 7 definiert, bei welchem in dem ersten Schritt die Metalloxidpufferschicht (5) auf dem Substrat durch eine MOCVD-Methode geformt wird.
Verfahren wie in Anspruch 7 oder Anspruch 8 definiert, bei welchem: die erste Substrattemperatur (1) im zweiten Schritt im Bereich von 450°C bis 650°C liegt, die zweite Substrattemperatur im dritten Schritt im Bereich von 400°C bis 500°C liegt.
Kondensatorstrukturelement, welches umfasst: ein mit einem ferroelektrischen, dünnen Film beschichtetes Substrat, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht; eine aus einem leitfähigen Material bestehende untere Elektrode (4), die zwischen dem Substrat (1) und der Metalloxidpufferschicht (5) geformt ist; und eine aus einem leitfähigen Material bestehende obere Elektrode (8), die auf dem zweiten ferroelektrischen, dünnen Film (7) geformt ist.