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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein ferroelektrisches Material und auf
ein Verfahren zu seiner Herstellung, das einen nicht-flüchtigen
Speicher, einen dünnen
Filmkondensator, eine elektrooptische Vorrichtung und so weiter
bilden kann, und auf eine Halbleiterspeichervorrichtung, die dieses
Material verwendet. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf ein
ferroelektrisches Material mit einer REMnO3-Grundstruktur
(RE bezieht sich hiernach auf ein Element aus der Lanthanoidgruppe),
auf ein Verfahren zur Erzeugung eines dünnen Films daraus und auf eine
Halbleiterspeichervorrichtung, die den dünnen Film verwendet, und auf
ein Verfahren zur Herstellung von dieser.
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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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Herkömmlich gab
es einen FET mit einer Struktur, die aus einem Metallfilm, einem
ferroelektrischen Film und einer Halbleiterschicht gebildet wird (auf
die hiernach als MFS-Struktur
Bezug genommen wird), als einen typischen Speicher (Halbleiterspeichervorrichtung),
der angepasst ist, um eine Änderung
des Widerstands in der Halbleiterschicht aufgrund von Restpolarisation
in dem ferroelektrischen Film zu detektieren. Dieser FET verwendet
ein ferroelektrisches Material für
einen dielektrischen Gatterfilm. Wie in den 4(a)–(b) gezeigt,
wird bei Restpolarisation in dem Kanalbereich durch ferroelektrische
Restpolarisation eine Inversionsschicht erzeugt, was ein Be- bzw.
Einschreiben ermöglicht.
Der Speicher dieses Typs kann ein Auslesen in einer nicht zerstörerischen
Weise durchführen,
was vorteilhaft hinsichtlich des Verlängerns der Zyklendauer des
erneuten Beschreibens ist. In den 4(a)–(b) ist 21 ein
Halbleitersubstrat von zum Beispiel dem p-Typ. 22 und 23 sind
jeweils Quell- und Ableitbereiche, die durch Einbringen einer n+-Verunreinigung
erzeugt werden. 26 ist ein Kanalbereich, der sandwichartig
zwischen dem Quellbereich 22 und dem Ableitbereich 23 angeordnet
ist. Auf dem Kanalbereich 26 sind ein ferroelektrischer
Film 27 und eine Gatterelektrode 28 gebildet.
Die 4(a) veranschaulicht einen EIN-Zustand, in dem an
die Gatterelektrode 28 ein positives Potenzial angelegt
ist, während
die 4(b) einen AUS-Zustand zeigt, in dem
an die Gatterelektrode 28 ein negatives Potenzial angelegt
ist. Dieser ferroelektrische Film 27 hat herkömmlicherweise
eine oxidische Perowskit-Struktur
wie etwa aus BaTiO3, PZT (Pb(Zr1-xTix)O3), PLZT (Pb1-yLay(Zr1-aTia)1-y/4/O3).
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In
der MFS-Struktur ist allerdings, wenn ein ferroelektrischer Film 27 auf
einem Si-Halbleitersubstrat 21 gebildet ist, ein unerwünschter
Film wie etwa aus SiO2 an einer Grenzfläche zwischen
ihnen gebildet. Dies verursacht nicht nur eine Zunahme der Betriebsspannung,
sondern zudem die Injektion von elektrischen Ladungen, da eine Störstellen-Haftstelle in
dem ferroelektrischen Film 27 auftritt. Dies führt im Gegenzug
dazu, dass die elektrischen Ladungen durch die Restpolarität gelöscht werden.
Um dieses Problem zu vermeiden, wird eine MFMIS-Struktur erwogen, die übereinander
liegende Schichten von, von oben gesehen, einer Steuerelektrode,
einem ferroelektrischen Film, einem fließenden Gatter, einem Gatteroxid
(SiO2) und einem Si-Substrat aufweist. Diese
Struktur ermöglicht
es, dass das ferroelektrische Material auf einem Elektrodenmetallmaterial
als Film ausgebildet ist, so dass ein ferroelektrischer Film mit
einer zweckmäßigen Anpassung
auf der Elektrode erzeugt werden kann, indem ein Metallmaterial
ausgewählt
wird.
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Wenn
ein Oxid mit einer oxidischen Perowskit-Struktur, die von REMnO3 verschieden ist, als ein ferroelektrisches
Material verwendet wird, wie es herkömmlich durchgeführt wird,
wird das Si-Substrat, auf dem ein dielektrischer Film direkt zu
bilden ist, aufgrund von Oxidation einen Oxidfilm auf der Oberfläche aufweisen.
Dieser Oxidfilm hat eine niedrige Dielektrizitätskonstante und verbraucht
viel mehr Spannung als ein ferroelektrischer Film mit einer größeren Dielektrizitätskonstante,
was zu dem Problem führt,
dass eine höhere
Einschreib-Spannung erforderlich ist. Des Weiteren gibt es die Möglichkeit,
dass in dem herkömmlich
verwendeten oxidischen dielektrischen Material mit Perowskit-Struktur
ein Sauerstoffmangel auftritt, was zu einer Veränderung der Valenzzahl und
somit zu einer Zunahme von Raumladungen führt. Dies führt zu dem Problem schlechterer
ferroelektrischer Eigenschaften.
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Indessen
haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines
REMnO3-Materials für nicht-flüchtige Speicher vorgeschlagen,
wie es in „Proposal
of REMnO3 Thin Film to Nonvolatile Memories" in 56th Applied
Physics Academy Study Lecture Preliminary Paper, Seite 440, veröffentlicht am
26. August 1995, offenbart ist, wobei das gleiche Material ein Oxid
eines Elements RE der Lanthanoidgruppe einschließlich Y und Mn ist, und es
hat den Vorteil, dass es eine dielektrische Eigenschaft und eine
kleine Dielektrizitätskonstante
aufweist. Allerdings ist es für
REMnO3 schwierig, die Bedingung zur Filmerzeugung
zu bestimmen, um eine vollständig kristalline
Struktur zu erzeugen. Daher hat es schlechte dielektrische Eigenschaften
wie etwa Leckstrom und wird somit nicht in praktischen Anwendungen
verwendet.
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DE-A-4310318
offenbart ein Material für
einen Sensor mit einer Kristallstruktur ähnlich zu jener von Perowskit.
Darüber
hinaus hat das Material die allgemeine Formel (A1)1-x(A2)xMnOz, wobei A1 ein 3-wertiges
Metall ausgewählt
aus Y, La und den Lanthanoiden ist, während A2 ein 2-wertiges Erdalkalimetall
oder Pb ist.
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Fujimura
et al. (Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 433, 119–124, 1996) berichten die Herstellung von
(0001) epitaxialen Filmen aus YMnO3 auf
zwei unterschiedlichen Substraten, d. h. auf (111)MgO und (0001)ZnO:A1/(0001)-Saphir.
Des Weiteren werden polykristalline Filme aus YMnO3 auf (111)Pt/(111)MgO
beschrieben.
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In
Appl. Phys. Lett. 69, 7, 1996, S. 1011–1013, berichten Fujimura et.
al die Erzeugung von (0001)Filmen aus YMnO3 auf
(111)MgO und (0001)ZnO:A1/(0001)-Saphir als einem Substrat. Zudem
werden polykristalline Filme aus YMnO3 auf (111)Pt/(111)MgO
gebildet.
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf solche Umstände gemacht
worden, und es ist eine Aufgabe, ein ferroelektrisches Material
bereitzustellen, das eine REMnO3-Grundstruktur
mit verbesserten dielektrischen Eigenschaften und hervorragender Kristallinität aufweist,
wobei, wenn dieses für
einen Halbleiterspeicher oder dergleichen verwendet wird, die Eigenschaften
von diesen verbessert werden können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein konkretes
Verfahren zur Filmbildung unter Verwendung eines ferroelektrischen
Films bereitzustellen, durch das es möglich ist, einen ferroelektrischen
Film mit REMnO3, das derartig in seinen ferroelektrischen
Eigenschaften verbessert ist, auf einem Halbleitersubstrat oder
dergleichen zu bilden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterspeichervorrichtung
bereitzustellen, die das erfindungsgemäße ferroelektrische Material
verwendet, sowie ein Verfahren zur Herstellung von dieser.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eifrig studiert, um einen
ferroelektrischen Film mit einer REMnO3-Grundstruktur zu
erhalten, der auf einem Si-Substrat oder dergleichen hervorragende ferroelektrische
Eigenschaften aufweist. Im Ergebnis wurde gefunden, dass wenn das
ferroelektrische Material RE und Mn umfasst, von denen eines im Überschuss
zu dem anderen bis zu einer Grenze von 20 Atom% enthalten ist, anstelle
eines Verhältnisses von
diesen von 1:1, es möglich
ist, die Zusammensetzung gleichmäßig auszubilden
und den Leckstrom zu verringern, wodurch die ferroelektrischen Eigenschaften
verbessert werden.
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Hier
meint RE ein Element aus der Lanthanoidgruppe einschließlich Y,
Er, Ho, Tm, Yb, Lu, etc. Atom%. Zum Beispiel bedeutet RE im Überschuss von
20 Atom, dass RE und Mn zu 1,2:1 in Atom% vorliegen.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben des Weiteren eifrig studiert,
um einen ferroelektrischen Film mit einer REMnO3-Grundstruktur
zu erhalten, um ferroelektrische Eigenschaften zu verbessern. Im
Ergebnis wurde gefunden, dass REMnO3 eine
kleine Bandlücke
und eine Tendenz aufweist, aufgrund des Vorliegens einiger Träger den
Leckstrom zu vergrößern und
sich in den p-Typ umzuwandeln. Es wurde gefunden, dass die Zugabe
eines 4-wertigen Elements eine feine und homogene Textur liefert
und den Leckstrom verringert.
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Hier
meint das 4-wertige Element ein Element, das beim Ionisieren zu
einem Ion mit 4 Valenzen wird.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben des Weiteren eifrig studiert,
um einen ferroelektrischen Film mit einer REMnO3-Grundstruktur
auf der Grundlage einer Verringerung der Kristallinität und einer
Zunahme des Leckstroms, wenn er auf einem Halbleitersubstrat oder
dergleichen gebildet ist, für die
praktische Anwendung als ein Halbleiterspeicher, ein dünner Filmkondensator
etc. zu verwenden. Im Ergebnis wurde das Folgende gefunden. Da RE
und Mn dazu neigen, oxidiert zu werden, wenn der Sauerstoffpartialdruck
während
einer Vakuumabscheidung, Laserabrieb, Sputtern oder dergleichen
oder wenn REMnO3 als ein Target (Ziel) verwendet
wird hoch ist, oxidieren RE und Mn in dem Zustand einer Materialquelle,
oder ihre Oxide werden während
des Verteilens erzeugt, bevor sie die Oberfläche des Substrats erreichen,
auf dem ein Film zu erzeugen ist. Die Erzeugung von RE-reichem RE2O3, Mn-reichem Mn3O4, REMn2O5 etc. wird beschleunigt.
Die Zusammensetzung der Targetoberfläche wird verändert. Wenn
ein Film in der Form dieser Oxide auf der Substratoberfläche gebildet
wird, verschlechtert sich die Kristallinität. Wenn der Sauerstoffpartialdruck
innerhalb des Film erzeugenden Reaktors tiefer als üblich abgesenkt
wird, um ein nicht-oxidisches Target aus einer RE-Mn-Legierung zu verwenden,
und eine oxidierende Quelle nur in die Nachbarschaft der Substratoberfläche eingeblasen
wird, auf der ein ferroelektrischer Film zu erzeugen ist, wird eine
schöne
kristalline Struktur aus REMnO3 erhalten,
ohne dass individuelle Oxide von RE und Mn erzeugt werden. Somit kann
ein ferroelektrischer Film mit hervorragenden ferroelektrischen
Eigenschaften, z. B. einem verringerten Leckstrom, erzeugt werden.
Dies verhindert zudem, dass sich die Zusammensetzung in der Verdampfungsquelle
oder während
des Aufwachsens eines Targets verändert.
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Hier
meint die oxidierende Quelle ein Gas oder Ion, wie etwa Sauerstoff,
Ozon, N2O und radikalische Ionenquellen,
das ein zusammen damit vorliegendes Element oxidieren kann. Zudem
bezieht sich der Sauerstoffpartialdruck auf einen Sauerstoffdruck, der
bei einem Zustand vorliegt, bei dem die oxidierende Quelle in einen
Vakuumabscheidungsreaktor hineingeblasen wird.
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Ein
Verfahren zur Bildung eines ferroelektrischen Materials durch Vakuumabscheidung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist gekennzeichnet durch: Anordnen von Materialquellen
aus RE und Mn gegenüber
einem Substrat, auf dem ein ferroelektrischer Film zu bilden ist,
in einem Vakuumabscheidungsreaktor, Einregeln des Sauerstoffpartialdrucks innerhalb
des Vakuumabscheidungsreaktors auf 10–3 Torr
oder niedriger und Verdampfen von Metallen aus den Materialquellen
unter Einblasen einer oxidierenden Quelle zu der filmbildenden Oberfläche des
Substrats, wobei ein ferroelektrisches Material mit einer REMnO3-Grundstruktur als Film auf der Oberfläche des
Substrats ausgebildet wird. Diese Vakuumabscheidung mit einem niedrigen
Sauerstoffpartialdruck kann eine Oxidation der Materialquellen verhindern
und kann verhindern, dass individuelle Oxide von RE und Mn erzeugt
werden, wodurch ein ferroelektrischer Film mit guter Kristallinität und hervorragenden
dielektrischen Eigenschaften bereitgestellt wird.
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Ein
Verfahren zur Bildung eines ferroelektrischen Materials durch Laserabrieb
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist gekennzeichnet durch: Anordnen eines Targets und eines
Substrats gegenüber voneinander
innerhalb eines Reaktors, Verwendung eines nicht-oxidischen Targets
aus einer Legierung von RE und Mn, die als das Targetmaterial verwendet wird,
Einregeln eines Sauerstoffpartialdrucks auf 10–2 Torr
oder niedriger und Einstrahlen eines Lasers auf das Ziel unter Einblasen
einer oxidierenden Quelle zu der filmbildenden Oberfläche des
Substrats, wodurch ein ferroelektrisches Material mit einer REMnO3-Grundstruktur als Film auf der Oberfläche des
Substrats gebildet wird.
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Zudem
ist ein Verfahren zum Bilden eines ferroelektrischen Films durch
Sputtern gemäß der vorliegenden
Erfindung gekennzeichnet durch: Anordnen eines Targets und eines
Substrats gegenüber voneinander
in einem Reaktor, um einen ferroelektrischen Film durch Sputtern
auf dem Substrat zu bilden, Verwendung eines nicht-oxidischen Targets
aus einer Legierung von RE und Mn als dem Target, Einregeln eines
Sauerstoffpartialdrucks auf 10–4 Torr oder weniger
und Anlegen einer Spannung an das Target unter Einblasen einer oxidierenden
Quelle zu einer filmbildenden Oberfläche des Substrats, wodurch
ein ferroelektrisches Material mit einer REMnO3-Grundstruktur
als Film auf der Oberfläche des
Substrats gebildet wird.
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Wenn
ein Film durch Verwendung eines nicht-oxidischen Targets als einem
Target für
Laserabrieb oder Sputtern und durch Reduzieren des Sauerstoffpartialdrucks
innerhalb des Reaktors gebildet wird, erfährt das Target auf diese Weise
keine Veränderung
der Zusammensetzung. Des Weiteren werden keine RE- oder Mn-reichen
Oxide erzeugt. Somit wird ein ferroelektrischer Film mit guter Kristallinität und hervorragenden
dielektrischen Eigenschaften gebildet.
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Eine
Halbleiterspeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
hat einen ferroelektrischen Film auf einer Halbleitersubstratoberflächenseite,
wobei der ferroelektrische Film ein ferroelektrisches Material mit
einer REMnO3-Grundstruktur, die RE und Mn
aufweist, von denen eines im Überschuss zu
dem anderen bis zu einer Grenze von 20 Atom% enthalten ist, und/oder
ein ferroelektrisches Material, zu dem ein 4-wertiges Element zugegeben
ist, umfasst.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterspeichervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem ferroelektrischen Film auf einer Halbleitersubstratoberflächenseite
ist gekennzeichnet durch: Anordnen von Materialquellen für RE und Mn
gegenüber
einem Substrat, auf dem ein ferroelektrischer Film zu bilden ist,
innerhalb eines Vakuumabscheidungsreaktors, Einregeln des Sauerstoffpartialdrucks
innerhalb des Vakuumabscheidungsreaktors auf 10–3 Torr
oder weniger und Verdampfen von Metallen aus den Materialquellen
unter Einblasen einer oxidierenden Quelle zu der filmbildenden Oberfläche des
Substrats.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterspeichervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem ferroelektrischen Film auf einer Halbleitersubstratoberflächenseite
ist gekennzeichnet durch: Anordnen eines nicht-oxidischen Targets
aus einer Legierung von RE und Mn und eines Halbleitersubstrats
gegenüber
voneinander in einem Reaktor, Einregeln eines Sauerstoffpartialdrucks
innerhalb des Reaktors auf 10–2 Torr oder weniger
und Einstrahlen eines Lasers zu dem Target unter Einblasen einer
oxidierenden Quelle zu der filmbildenden Oberfläche des Halbleitersubstrats,
wodurch ein ferroelektrisches Material mit einer REMnO3-Grundstruktur als
Film auf der Oberfläche
des Substrats ausgebildet wird.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterspeichervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem ferroelektrischen Film auf einer Halbleitersubstratoberflächenseite
ist gekennzeichnet durch: Anordnen eines nicht-oxidischen Targets
aus einer Legierung von RE und Mn und eines Halbleitersubstrats
gegenüber
voneinander in einem Reaktor, Einregeln eines Sauerstoffpartialdrucks
innerhalb des Vakuumabscheidungsreaktors auf 10–4 Torr
oder weniger und Anlegen einer Spannung an das Target, um ein Sputtern
hervorzurufen, unter Einblasen einer oxidierenden Quelle zu der
filmbildenden Oberfläche
des Halbleitersubstrats, wodurch ein ferroelektrisches Material
mit einer REMnO3-Grundstruktur als Film auf der Oberfläche des
Halbleitersubstrats ausgebildet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die 1 ist
eine typische, erläuternde
Ansicht eines Vakuumabscheidungsreaktors, der zur Bildung eines
ferroelektrischen Films gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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die 2 ist
eine typische, erläuternde
Ansicht des Bildens eines ferroelektrischen Films der vorliegenden
Erfindung durch Laserabrieb;
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die 3 ist eine Ansicht, die ein Strukturbeispiel
einer Halbleitervorrichtung veranschaulicht, auf die ein ferroelektrisches
Material der vorliegenden Erfindung aufgebracht ist; und
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die 4 ist eine erläuternde Betriebsansicht der
Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines herkömmlichen
ferroelektrischen Films.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Nun
werden ein ferroelektrisches Material und ein Verfahren zur Herstellung
desselben, eine Halbleiterspeichervorrichtung, die das ferroelektrische
Material verwendet, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung unter
Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
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Wie
hier vorher angegeben, ist REMnO3 durch
das Folgende gekennzeichnet:
- (1) Weniger Raumladung
aufgrund von Sauerstoffmangel, da sowohl RE als auch Mn ein leicht oxidierbares
Metall sind.
- (2) Weniger Raumladung, da ein flüchtiges Element, wie etwa Pb
und Bi, nicht enthalten ist.
- (3) Weniger durch Domäneninversion
verursachte Ermüdung
aufgrund eines ferroelektrischen Materials mit einer uniaxialen
Struktur (hexagonaler Kristall).
- (4) Hat die Eigenschaft, den natürlichen Oxidfilm auf einem
Si-Substrat, der an den ferroelektrischen Film angrenzt, zu verringern,
so dass Spannungen in effektiver Weise an den ferroelektrischen
Film angelegt werden können,
wenn dieser für
eine MFS-Vorrichtung verwendet wird.
- (5) Es weist eine spezifische Dielektrizitätskonstante von so niedrig
wie 20 auf, und demgemäß ist es
möglich,
in effektiver Weise Spannungen an einen ferroelektrischen Film anzulegen,
wenn dieser für
eine Vorrichtung mit einer MFS-Struktur verwendet
wird (eine Struktur mit einem dielektrischen Film zwischen einem
ferroelektrischen Film und einem Halbleitersubstrat).
- (6) Es ist möglich,
eine ZnO-Elektrode mit einem durch Zugabe eines 3-wertigen Elements
verringerten elektrischen Widerstand zu verwenden, wenn es in einem
fließenden
Gattertyp verwendet wird (vorstehend erwähnte MFMIS-Struktur). Dieses ZnO hat den Vorteil,
dass es auf einem jeglichen Substrat leicht in der c-Achse ausgerichtet und
geätzt
werden kann.
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Wenn
allerdings ein dünner
Film aus REMnO3 auf einem Halbleitersubstrat
zu bilden ist, um zum Beispiel eine Halbleiterspeichervorrichtung herzustellen,
ist der resultierende dielektrische Film aufgrund einer Veränderung
der Zusammensetzung auf einer Targetoberfläche oder der individuellen
Oxidation von Materialquellen aus RE und Mn während der Vakuumabscheidung
reich an RE oder Mn. Im Ergebnis hat die Filmoberfläche eine
amorphe Gestalt, und es ist schwierig, in stabiler Weise einen vollständig kristallinen,
dünnen
Film zu bilden. Infolgedessen ist er in praktischen Anwendungen
für Halbleitervorrichtungen,
dünne Filmkondensatoren
etc. nicht verwendet worden.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eifrig studiert, um einen
dünnen
Film aus REMnO3 mit hervorragender Kristallinität stabil
auf einem Halbleitersubstrat oder dergleichen zu bilden und haben
die folgende Tatsache gefunden. Das heißt, RE und Mn neigen dazu,
leicht zu oxidieren, wie vorstehend angegeben. Bei einem Verfahren
zur Filmbildung unter Verdampfen von Sauerstoff aus einem Rohmaterial,
wie etwa ein Verfahren zum Bilden eines Films unter Verwendung eines
REMnO3-Targets,
verändert
sich die Zusammensetzung der Targetoberfläche durch den Einfluss des
verdampften Sauerstoffs, selbst wenn der Partialdruck des Sauerstoffs
innerhalb des filmbildenden Reaktors verringert wird. Im Ergebnis
wird das Wachstum des REMnO3 durch einen
Film auf dem Substrat behindert, der aus einem Oxid gebildet ist,
das RE-reiches RE2O3, Mn-reiches
Mn3O4 oder Mn2O5 enthält. Dies
wird in ähnlicher
Weise angetroffen, wenn der Sauerstoffpartialdruck in einem Verfahren
mit Vakuumdampfabscheidung groß ist.
Die Erfinder haben des Weiteren eifrig studiert und gefunden, dass
ein dünner
ferroelektrischer Film aus REMnO3 mit hervorragender Kristallinität auf einem
Substrat gebildet werden kann. Das heißt, der Partialdruck wird innerhalb
eines Vakuumabscheidungsreaktors oder einem Sputtergerät stärker verringert
als im herkömmlichen
Fall (ein Sauerstoffpartialdruck von 10–3 Torr
oder weniger bei der Vakuumabscheidung, von 10–2 Torr
oder weniger beim Laserabrieb und von 10–4 Torr
beim Sputtern). Der ferroelektrische Film wird gebildet, während eine
Oxidationsquelle wie etwa Sauerstoff, Ozon, N2O
oder radikalische Ionen lokal in die Nachbarschaft der Substratoberfläche eingeblasen
wird. Ein Nicht-Oxid ohne Sauerstoffgehalt wird als ein Target verwendet.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, eine
Oxidation in einer Verdampfungsquelle oder eine Veränderung
der Targetzusammensetzung zu verhindern. Zudem wird verhindert,
dass individuelle Elemente in der Verdampfungsquelle bei der Vakuumabscheidung
oder während
des Sputterns von dem Target, die das Substrat erreichen, oxidiert
werden.
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Das
heißt,
wenn ein üblicher
Oxidfilm aus PbTiO3 in einem Vakuumabscheidungsreaktor
gebildet wird, wird ein Oxidfilm mit hervorragender Kristallinität nicht
erhalten, solange nicht der Sauerstoffpartialdruck auf höher als
10–2 Torr
angehoben wird. Beim Bilden des Oxidfilms in einem Vakuumabscheidungsreaktor
ist es eine übliche
Vorgehensweise, diesen bei einem Sauerstoffpartialdruck von 10–2 Torr oder
größer zu bilden.
Wenn allerdings ein REMnO3-Film gebildet wird,
gibt es, trotzdem RE und Mn leicht oxidierbar sind, keine Tendenz
zur Bildung eines individuellen Oxidfilms aus RE oder Mn bei 10–3 Torr
innerhalb eines Vakuumabscheidungsreaktors. Das Einblasen einer
Sauerstoffquelle über
die filmbildende Oberfläche
des Substrats ermöglicht
die Bildung eines ferroelektrischen Films aus REMnO3 mit hervorragender
Kristallinität.
Der vorstehend erwähnte
Sauerstoffpartialdruck beträgt
bevorzugt 10–6 Torr oder
weniger, da ein ferroelektrischer Film gebildet werden kann, der
im Wesentlichen aus REMnO3 strukturiert
ist, ohne dass eine RE-reiche oder Mn-reiche Oxidation auftritt.
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Selbst
wenn der Sauerstoffpartialdruck innerhalb des filmbildenden Geräts verringert
wird, verändert
zudem, wenn REMnO3 als ein Target verwendet
wird, der in dem Target enthaltene Sauerstoff die Zusammensetzung
des Targets oder RE und Mn werden oxidiert, bevor sie die Substratoberfläche von dem
Target aus erreichen, was zur Bildung von RE-reichem oder Mn-reichem Oxid führt. Dieses
Problem wird allerdings verhindert, indem ein Nicht-Oxid als ein
Target verwendet wird, wobei der Sauerstoffpartialdruck innerhalb
des filmbildenden Reaktors verringert ist. Somit wird ein REMnO3 mit guter Kristallinität als Film ausgebildet. Im Übrigen ist
es beim Laserabrieb bevorzugt, einen Sauerstoffpartialdruck von
10–4 Torr
oder weniger innerhalb eines filmbildenden Reaktors zu verwenden,
um ein individuelles Oxid von RE oder Mn während einer Filmbildung zu verhindern,
und ein ferroelektrischer Film mit hervorragender Kristallinität und ferroelektrischen
Eigenschaften wird gebildet.
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Nun
wird ein Verfahren zur Bildung eines YMnO3-Films
unter Verwendung von Y als einem RE-Element durch verschiedene filmbildende
Reaktoren erläutert.
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Die 1 ist
eine typische erläuternde
Ansicht des Bildens von YMnO3 unter Verwendung
eines Vakuumabscheidungsreaktors durch zum Beispiel ein sogenanntes
MBE-Verfahren (Molekularstrahl-Epitaxie-Verfahren). In 1 ist 1 eine
Vakuumkammer. 2 und 3 sind jeweils mit Y und Mn
gefüllte Materialquellen,
die einen Heizer, einen Verschluss und dergleichen aufweisen, die
nicht gezeigt sind. 4 ist ein zum Beispiel aus Silicium
gebildetes Substrat, auf dem ein ferroelektrischer Film zu bilden
ist. 5 ist ein als Film auf einer Oberfläche des
Substrats 4 gebildetes YMnO3. 6 ist
ein Zuführdurchgang
für eine oxidierende
Quelle zum Zuführen
einer Sauerstoffquelle wie etwa Sauerstoff, Ozon oder dergleichen.
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Bei
diesem Aufbau ist ein Substrat 4, auf dem ein ferroelektrischer
Film gebildet ist, in die Vakuumkammer 1 eingesetzt, und
Y und Mn sind jeweils in Tiegel der Materialquellen 2 und 3 eingefüllt. Die
Vakuumkammer 1 wird herunter auf einen Sauerstoffpartialdruck
von 10–9 Torr
oder weniger evakuiert. Das Substrat 4 wird auf ungefähr 700°C erhitzt
und Y und Mn werden in einen geschmolzenen Zustand gebracht. Danach
wird eine Sauerstoffquelle über
die Oberfläche
des Substrats geblasen. Y und Mn werden in Richtung des Substrats 4 zerstäubt, indem
die Verschlüsse
der Materialquellen 2 und 3 geöffnet werden. Der Sauerstoffpartialdruck
wird bei ungefähr 10–4 bis
10–6 Torr
gehalten. Die vorliegende Erfindung ist durch Einblasen einer oxidierenden
Quelle direkt über
die Oberfläche
des Substrats 4 und durch Verringern des Sauerstoffpartialdrucks
auf ungefähr
10–3 Torr
oder weniger, bevorzugt 10–6 Torr oder weniger innerhalb
der Vakuumkammer 1 gekennzeichnet. Im Übrigen erhöht in diesem Fall das Einblasen
einer Sauerstoffquelle den Sauerstoffpartialdruck auf ungefähr 10–8 Torr
oder größer. Das
heißt,
es ist eine übliche
Vorgehensweise, die Vakuumabscheidung in einem Zustand eines Sauerstoffpartialdrucks
von höher
als ungefähr
10–2 Torr
durchzuführen.
Bei dem Zustand eines großen
Sauerstoffpartialdrucks oxidieren allerdings Y und Mn beim Vorliegen
in den Materialquellen 2 und 3 oder während des
Wegs von der Materialquelle 2, 3 zu der Oberfläche des
Substrats 4, wie vorstehend angegeben. Im Ergebnis wird
aufgrund der Erzeugung von Y2O3 oder
Mn3O4 kein vollständiger YMnO3-Kristall erzeugt. In dem Verfahren der
Erfindung werden allerdings die Elemente, wie etwa Y und Mn, die
leicht oxidieren, vor dem Erreichen des Substrats 4 nicht
in ein Oxid umgewandelt. Y und Mn werden durch den über dem
Substrat 4 zugeführten
Sauerstoff oxidiert, während
sie sich darauf abscheiden, und demgemäß wird eine kristalline YMnO3-Struktur erzeugt und als Film auf dem Substrat 4 gebildet.
Es ist insbesondere bevorzugt, dass der Sauerstoffpartialdruck 10–6 Torr
oder weniger beträgt,
wie es vorstehend angegeben wurde. Allerdings kann mit einem Partialdruck
von so niedrig wie 10–3 Torr oder weniger
jeweils verhindert werden, dass Y und Mn oxidieren, und aufgrund
des Zuführens
von Sauerstoff zu der Oberfläche
des Substrats 4 wird ein YMnO3-Oxid
erzeugt.
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Die 2 ist
eine typische, erläuternde
Ansicht des Bildens eines YMnO3-Films durch
das Laserabriebverfahren. In der 2 beziehen
sich 4 bis 6 auf den gleichen Teil wie in 1. 7 ist
ein nicht-oxidisches Target wie etwa aus zum Beispiel einer Y-Mn-Legierung. 8 ist
eine Laserlichtquelle, die zum Beispiel einen Excimer-Laser verwenden
kann, der einen Laserstrahl mit z. B. einer Energiedichte von 0,5–2 J/cm2 mit einem Impuls von 5–20 Hz hat. 9 bezeichnet
eine Schleierbildung, die beim Einstrahlen eines Laserimpulses auf
das Target 7 auftritt. Dieses Laserabriebverfahren ist
durch die Verwendung einer Y-Mn-Legierung als einem nicht-oxidischen
Target gekennzeichnet, und eine Sauerstoffquelle wird über eine
filmbildende Oberfläche
des Substrats 4 geblasen, um einen dünnen Oxidfilm zu bilden. Das
heißt, die
Verwendung eines Oxidtargets ruft eine Veränderung der Zusammensetzung
des Targets hervor, während
die Verwendung des nicht-oxidischen Targets der vorliegenden Erfindung
keine Veränderung der
Zusammensetzung des Targets hervorrufen wird, wodurch ein ferroelektrischer
Film mit hervorragender Kristallinität gebildet wird.
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Bei
diesem Aufbau wurde der Sauerstoffpartialdruck innerhalb der Wachstumskammer
auf ungefähr
10–4–10–5 Torr
verringert, und die Temperatur des Substrats 4 wurde auf
ungefähr
700°C erhöht, um den
Laserstrahl auf 24.000 Impulse zu vergrößern. Im Ergebnis wurde ein
dünner
ferroelektrischer Film aus einem YMnO3-Kristall
in einer Dicke von ungefähr
0,3–1 μm gebildet.
Bei diesem Filmbilden durch Laserabrieb müssen die Oxidation des Targets
und die begleitende Veränderung
der Zusammensetzung verhindert werden, ähnlich zu der vorstehend beschriebenen
Vakuumabscheidung. Des Weiteren dürfen Y und Mn nicht individuell
während
des Sputterns von dem Target zu der Substratoberfläche oxidiert
werden. Um dies zu erfüllen,
ist es bevorzugt, dass der Innenraum des filmbildenden Reaktors
auf einen Druck von 10–2 Torr oder weniger,
mehr bevorzugt 10–4 Torr oder weniger
verringert und der Sauerstoffpartialdruck auf 10–8 Torr
oder höher
eingestellt wird. Mit dieser Bedingung kann ein ferroelektrischer Film
auf der Oberfläche
des Substrats 4 unter Einblasen einer Sauerstoffquelle
zu der Oberfläche
des Substrats 4 aufgewachsen werden.
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Indessen
verwendet das filmbildende Verfahren durch Sputtern einen in der
typischen Ansicht dem Reaktor der 2 ähnlichen
Reaktor. Allerdings ist dieses Verfahren dahingehend unterschiedlich, dass
eine Inertgasatmosphäre
wie etwa aus Ar anstelle des Einstrahlens eines Laserstrahls verwendet wird,
so dass das Inertgas durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen
dem Substrat ionisiert wird, wodurch ein Sputtern des Elements des
Targets hervorgerufen wird. Dieses Verfahren ist zudem durch die
Verwendung eines Nicht-Oxids für
das Target 7 gekennzeichnet, und der Sauerstoffpartialdruck
wird innerhalb des filmbildenden Reaktors auf 10–4 Torr verringert,
so dass eine Oxidationsquelle auf die filmbildende Oberfläche eingeblasen
wird, um darauf einen Film zu bilden.
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Speziell
wurde der Film gebildet, indem die Substrattemperatur aufgrund eines
Magnetron-Sputter-Verfahrens
mit zum Beispiel einer RF-Ausgabe von 75 W bei einem Sauerstoffpartialdruck
von 10–3–10–4 auf
ungefähr
700°C erhöht wurde.
Im Ergebnis verursachte die Verwendung des nicht-oxidischen Targets
der vorliegenden Erfindung keine Veränderung der Zusammensetzung
des Targets, ähnlich
wie im Fall des Laserabriebs. Somit konnte ein dielektrischer Film
mit großer
Kristallinität
gebildet werden. Im Übrigen
beträgt
die untere Grenze des Sauerstoffpartialdrucks bevorzugt 10–8 Torr
oder mehr.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben des Weiteren eifrig studiert,
um solche Eigenschaften wie eine Verringerung des Leckstroms für Anwendungen
in Speichern und dünnen
Filmkondensatoren zu verbessern. Im Ergebnis wurde gefunden, dass
durch Einstellen eines Atomverhältnisses
zwischen Y und Mn von größer als
1 und kleiner als 1,2 oder kleiner als 1 und größer als 0,8 die Bildung einer amorphen
Schicht auf der Oberfläche
unterdrückt werden
kann, was Körner
mit Feinheit und Homogenität
liefert, die Häufigkeit
von Streuungen in der Dielektrizitätskonstante verringert und
zudem Leckströme
verringert. Dies kann der Tatsache zugeschrieben werden, dass REMnO3 eine kleine Bandlücke aufweist und das Vorliegen
einiger Träger
den Leckstrom vergrößert.
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Um
einen ferroelektrischen Film aus YMnO3 mit
einer Zusammensetzung wie dieser zu bilden, kann für das Vakuumabscheidungsverfahren
die Verdampfungsmenge von Y und Mn in den Materialquellen eingeregelt
werden, während
das Verhältnis
der beiden während
der Herstellung eines Targets für
das Laserabriebverfahren oder das Sputter-Verfahren eingeregelt
werden kann. Dies liefert einen ferroelektrischen Film mit einer
YMnO3-Grundstruktur, der die gleiche Zusammensetzung
wie das Target aufweist, aber im Y-Mn-Verhältnis abweicht.
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Des
Weiteren haben die Erfinder weitergehend mit diesem Material Studien
durchgeführt,
um solche Eigenschaften wie die Verringerung des Leckstroms zu verbessern.
Im Ergebnis wurde gefunden, dass ein dünner REMnO3-Film
eines ferroelektrischen Films den p-Typ aufweist, und der Leckstrom kann
durch Zugabe eines 4-wertigen Elements oder durch Substituieren
eines Teils des RE durch ein 4-wertiges Element verringert werden.
Das heißt,
der in den vorstehend angegebenen Verfahren erzeugte ferroelektrische
Film wurde hinsichtlich der elektromotorischen Kraft sowohl durch
ein Verfahren mit Thermossonde als auch ein Verfahren, das den Hall-Effekt
ausnutzt, gemessen. Im Ergebnis zeigte sich, dass REMnO3 in
der herkömmlichen
Form den p-Typ hat, aber der p-Typ wurde nicht mehr beobachtet,
wenn ein 4-wertiges Element zugegeben war. Wenn ein 4-wertiges Element zugegeben
oder ein Teil des Y durch ein 4-wertiges Element substituiert ist,
weist das resultierende REMnO3 eine feine
und homogene Textur auf, wodurch der Leckstrom verringert wird,
trotzdem es eine kleine Bandlücke
aufweist, was leicht zu einer Zunahme des Leckstroms führt.
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Um
einen ferroelektrischen Film mit einer YMnO3-Struktur,
zu der ein 4-wertiges Element zugegeben ist, als Film auszubilden,
kann das Vakuumabscheidungsverfahren des Weiteren mit einer Materialquelle
für ein
4-wertiges Element oder La versehen werden, so dass das Element
zusammen mit Y und Mn unter Einregelung der Verdampfungsmenge verdampft
wird. Andererseits kann bei dem Laserabriebverfahren oder dem Sputter-Verfahren
ein 4-wertiges Element
oder La des Weiteren zu Y und Mn zugegeben werden, wenn ein Target
aus einer Y-Mn-Legierung hergestellt wird. Ansonsten wird das Verfahren in ähnlicher
Weise durchgeführt,
indem ein Target verwendet wird, das aus einer Y-Mn-La-Legierung mit
einem verringerten Gehalt eines 4-wertigen Elements oder La gebildet
ist. Somit ist es möglich,
einen ferroelektrischen Film mit einer YMnO3-Grundstruktur zu
erhalten, wobei ein 4-wertiges Element dort zugegeben oder ein Teil
des Y durch ein 4-wertiges Element substituiert ist. Das heißt, wenn
ein Oxidtarget verwendet wird, führt
auch in diesem Fall das Vorliegen von Sauerstoff auf der Targetoberfläche dazu,
dass Y auf der Targetoberfläche
ausgefällt wird,
so dass die Filmzusammensetzung einen beträchtlichen Überschuss an Y aufweist, was
die Reproduzierbarkeit der Wachstumsbedingungen verschlechtert.
Allerdings ist die Verwendung eines nicht-oxidischen Targets frei
von einen Phänomen wie
etwa einer Veränderung
der Zusammensetzung, was es möglich
macht, einen ferroelektrischen Film mit guter Kristallinität stabil
auszubilden.
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Obwohl
die vorstehend beschriebenen Verfahren einen gut kristallinen, ferroelektrischen
Film mit einer YMnO3-Grundstruktur bereitstellen, wobei das
Verhältnis
von RE und Mn variiert oder ein 4-wertiges Element zugegeben ist,
werden im Übrigen, wenn
bei dem herkömmlichen
Vakuumabscheidungsverfahren, Laserabriebverfahren oder Sputter-Verfahren
(einschließlich
eines Verfahrens, das ein Oxid als ein Target verwendet) zusätzlich das
Verhältnis
von RE und Mn variiert oder ein 4-wertiges Element zugegeben wird,
die Wirkungen davon an sich stärker
sein als herkömmlich.
Das heißt,
RE- und Mn-Materialquellen werden gegenüber einem Substrat bereitgestellt,
auf dem ein ferroelektrischer Film zu bilden ist. Die Metalle der
Materialquellen werden verdampft, wobei die verdampfte Menge zwischen RE
und Mn unterschiedlich eingestellt und/oder der Gehalt von einem
von RE und Mn im Überschuss
zu dem anderen bis zu einer Grenze von 20 Atom% erhöht und ein
4-wertiges Element als ein Teil des RE und Mn zugegeben wird. Dies
ermöglicht
die Bildung eines ferroelektrischen Materials mit einer REMnO3-Grundstruktur auf der Substratoberfläche, wobei
ein 4-wertiges Element des Weiteren zugegeben oder ein Teil des
RE durch das 4-wertige Element ersetzt ist.
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Des
Weiteren kann ein ferroelektrisches Material mit einer REMnO3-Grundstruktur als Film auf der Oberfläche des
Substrats durch Laserabrieb gebildet werden, wobei das Material
RE und Mn, von denen eines gegenüber
dem anderen in einem Überschuss
bis zu einer Grenze von 20 Atom vorliegt, enthält und/oder eine Zusammensetzung
aufweist, zu der des Weiteren ein 4-wertiges Element zugegeben oder
in der ein Teil des RE durch das 4-wertige Element ersetzt ist.
Dabei wird ein Verfahren des Bildens eines ferroelektrischen Materials
durch Laserabrieb verwendet, umfassend das Anordnen eines Targets und
eines filmbildenden Substrats gegenüber voneinander innerhalb eines
Reaktors, wobei das Target mit einem unterschiedlichen Verhältnis im
Anteil zwischen RE und Mn gebildet oder ein 4-wertiges Element dort
zugegeben ist.
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Des
Weiteren kann ein ferroelektrisches Material mit einer REMnO3-Grundstruktur als Film auf der Oberfläche des
Substrats durch Sputtern gebildet werden, wobei das Material RE
und Mn, von denen eines im Überschuss
zu dem anderen bis zu einer Grenze von 20 Atom% vorliegt, enthält und/oder
eine Zusammensetzung aufweist, zu der des Weiteren ein 4-wertiges
Element zugegeben oder in der ein Teil des RE durch das 4-wertige
Element ersetzt ist. Dabei wird ein Verfahren zum Bilden eines ferroelektrischen
Materials verwendet, bei dem ein Target und ein filmbildendes Substrat
gegenüber
voneinander angeordnet werden, wobei das Target mit einem unterschiedlichen
Verhältnis
im Gehalt zwischen RE und Mn gebildet und/oder zu diesem des Weiteren ein
4-wertiges Element zugegeben ist.
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Obwohl
in den vorstehenden Beispielen Y als ein Element RE aus der Lanthanoidgruppe
verwendet wurde, kann eine ähnliche
Wirkung unter Verwendung eines anderen, von Y verschiedenen Elements
aus der Lanthanoidgruppe, Yb, Er, Ho, etc., erzielt werden.
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Nun
wird eine Halbleiterspeichervorrichtung erläutert, die einen ferroelektrischen
Film gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet. Die 3 ist eine Ansicht,
die ein Strukturbeispiel einer Halbleiterspeichervorrichtung zeigt,
die einen ferroelektrischen Film verwendet.
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Die
Struktur in 3(a) zeigt ein Beispiel einer
Halbleiterspeichervorrichtung mit einer MFS-Struktur und mit einem
Halbleitersubstrat 21, das mit einem Quellbereich 22 und
einem Ableitbereich 23 ausgebildet ist, zwischen denen
ein Kanalbereich 26 sandwichartig angeordnet ist, auf dem
ein ferroelektrischer Film 27 direkt gebildet ist, so dass darauf
eine Gatterelektrode 28 bereitgestellt ist. Ein ferroelektrischer
Film gemäß der Erfindung
wird bevorzugt für
diese Struktur der Halbleiterspeichervorrichtung verwendet, da er
einen natürlichen
Oxidfilm verringert, der in einem Grenzflächenabschnitt zwischen dem
ferroelektrischen Film und dem Halbleitersubstrat vorliegt. Dies
macht es möglich,
in effektiver Weise Spannungen an den ferroelektrischen Film anzulegen.
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Die
Struktur in 3(b) zeigt ebenfalls ein Beispiel
einer Halbleiterspeichervorrichtung mit einer MFIS-Struktur und
mit einem Halbleitersubstrat 21, das mit einem Kanalbereich 26 ausgebildet
ist, auf dem ein ferroelektrischer Film 27 und eine Gatterelektrode 28 über einem
dielektrischen Gatterfilm 25, der aus gewöhnlichem
SiO2 gebildet ist, gebildet sind. In dieser
Struktur weist der ferroelektrische Film 27 der Erfindung
eine REMnO3-Grundstruktur mit einem spezifischen
Dielektrizitätskoeffizienten
von so niedrig wie ungefähr 20 auf.
Es gibt keine Möglichkeit,
dass der dielektrische Gatterfilm 25 einen größeren Anteil
der an die Gatterelektrode 28 angelegten Spannung verbraucht.
Die Spannung ist dem ferroelektrischen Film 27 ausreichend
zugeordnet, und demgemäß gibt es
keine Notwendigkeit, die Spannung während des Einschreibens übermäßig zu erhöhen.
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Die
Struktur in 3(c) zeigt ähnlich zu 3(a) ein Beispiel einer Halbleiterspeichervorrichtung
mit einer MFMIS-Struktur und mit einem Halbleitersubstrat 21,
das mit einem Kanalbereich 26 ausgebildet ist, auf dem
durch gewöhnliches
SiO2 ein fließendes Gatter 24 bereitgestellt
ist, wobei ein ferroelektrischer Film 27 und eine Gatterelektrode 28 auf dem
fließenden
Gatter gebildet sind. In dieser Struktur kann das fließende Gatter 24 ein
mit einem 3-wertigen Element dotiertes ZnO verwenden. ZnO kann auf
einer Vielzahl von Substratarten leicht in der c-Achse ausgerichtet
werden. Demgemäß ist es leicht,
einen ferroelektrischen Film mit einer REMnO3-Grundstruktur
auf dem Substrat zu erhalten, der eine gute Kristallinität und somit
hervorragende ferroelektrische Eigenschaft aufweist.
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Um
die vorstehend angegebenen Halbleiterspeichervorrichtungen herzustellen,
kann ein übliches
Halbleiterverfahren verwendet werden, wobei der ferroelektrische
Film gebildet werden kann, indem irgendeines der vorstehend angegebenen
Verfahren angewandt wird. Es ist zu beachten, dass der ferroelektrische
Film durch ein RIE-Verfahren oder dergleichen nach dem Bilden des
Films oder durch eine Abhebe-Methode (Lift-Off) gemustert werden kann.
Die Quell- und Ableitbereiche für
einen FET können
gebildet werden, indem vor dem Ausbilden eines ferroelektrischen
Films eine Verunreinigung eingebracht wird oder durch Selbstausrichtung
nach dem Bilden eines ferroelektrischen Films und einer Gatterelektrode.
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Gemäß einem
ferroelektrischen Material der vorliegenden Erfindung weist die
Grundstruktur RE und Mn auf, wobei eines zu dem anderen einen Gehalt
im Überschuss
zu dem anderen bis zu einer Grenze im Atomverhältnis von 0,2 anstelle von
1 aufweist, und/oder die Grundstruktur weist ein REMnO3-Material
auf, zu dem ein 4-wertiges Element zugegeben ist. Demgemäß verringert
das ferroelektrische Material den Leckstrom als ein Fehler des REMnO3 und stellt einen ferroelektrischen Film
mit verbesserten Eigenschaften unter Ausnutzung der Vorteile bereit,
die in der Natur des REMnO3 liegen. Es ist
daher möglich,
zu niedrigen Kosten elektronische Hochleistungskomponenten wie etwa
Halbleiterspeichervorrichtungen und dünne Filmkondensatoren unter
Verwendung eines ferroelektrischen Films bereitzustellen.
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Des
Weiteren ist gemäß einem
Verfahren zur Herstellung eines ferroelektrischen Materials und
einer Halbleiterspeichervorrichtung der vorliegenden Erfindung der
Sauerstoffpartialdruck als eine filmbildende Bedingung niedriger
als die filmbildende Bedingung für
ein übliches
Oxid, und ein Film wird gebildet, während eine Oxidationsquelle
wie etwa Sauerstoff oder Ozon nur zu einer filmbildenden Oberfläche eines
Substrats eingeblasen wird. Demgemäß wird verhindert, dass die
Verdampfungsquelle oder das Target oxidiert wird oder sich ihre
Zusammensetzung verändert,
was ein stabiles Wachstum ermöglicht.
Im Ergebnis wird ein ferroelektrischer Film mit hervorragender Kristallinität und von
hoher Qualität
erhalten, ohne dass eine amorphe Textur angetroffen wird. Es ist
möglich,
für Halbleiterspeicher
und dünne
Filmkondensatoren einen ferroelektrischen Film mit einer REMnO3-Grundstruktur mit hervorragenden ferroelektrischen
Eigenschaften bereitzustellen.
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Zudem
wird gemäß einer
Halbleiterspeichervorrichtung der vorliegenden Erfindung ein ferroelektrischer
Film mit einer REMnO3-Grundstruktur mit hervorragender
Kristallinität
verwendet, dessen Dielektrizitätskonstante
klein ist. An den ferroelektrischen Film wird selbst durch einen
dielektrischen Film eine Spannung in angemessener Weise angelegt.
Der ferroelektrische Film, der schwierig zu mustern ist, kann auf
einem dielektrischen Film gebildet werden. Somit ist eine Hochleistungshalbleiterspeichervorrichtung
zu niedrigen Kosten erhältlich.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein ferroelektrischer Film mit niedriger Dielektrizitätskonstante
und hervorragender Kristallinität
erhältlich. Daher
ist die Erfindung auf nicht-flüchtige
Halbleiterspeichervorrichtungen, die einen ferroelektrischen Film
verwenden, dünne
Filmkondensatoren etc. anwendbar.