JP2000031411A - Manufacture of ferroelectric thin film - Google Patents

Manufacture of ferroelectric thin film

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JP2000031411A
JP2000031411A JP10193860A JP19386098A JP2000031411A JP 2000031411 A JP2000031411 A JP 2000031411A JP 10193860 A JP10193860 A JP 10193860A JP 19386098 A JP19386098 A JP 19386098A JP 2000031411 A JP2000031411 A JP 2000031411A
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JP
Japan
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thin film
ferroelectric thin
ferroelectric
annealing
laser
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JP10193860A
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Japanese (ja)
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Ichiro Koiwa
一郎 小岩
Hiroyo Kato
博代 加藤
Takao Kanehara
隆雄 金原
Kazuya Sano
一也 佐野
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Japan Steel Works Ltd
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a dense and uniform thin film by using laser annealing for laser processing by depositing ferroelectric material on a base to form a pre- ferroelectric thin film and then annealing to crystallize the pre-ferroelectric thin film into the thin film. SOLUTION: Ferroelectric material is deposited on a base 10 to form a pre- ferroelectric thin film 12a. By annealing, the pre-ferroelectric thin film 12a is crystallized to be transformed into a ferroelectric thin film 12b. The annealing is laser annealing, the beam size being 0.47 mm×150 nm, and 95% overlapping. Laser beam is emitted on the pre-ferroelectric thin film 12a by means of an excimer laser line annealing system to rapidly heat the thin film 12a into the ferroelectric thin film 12b. After forming an upper electrode 14 on the ferroelectric thin film 12b, second annealing is conducted. Then, a structure constituted of the base 10, the ferroelectric thin film 12b, and the upper electrode 14 is heated at 800 deg.C for 30 min. in an oxygen atmosphere.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、強誘電体メモリ
に用いられる強誘電体薄膜の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a ferroelectric thin film used for a ferroelectric memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体メモリの高密度化が進めら
れており、最近では文献1「セラミックス,Vol.3
0(1995),No.6,pp499−507」に示
されているように、強誘電体薄膜を用いるものが注目を
集めている。この強誘電体薄膜を用いる際の技術課題と
しては、強誘電体薄膜への電圧印加の繰返しに伴う分極
履歴特性の劣化、いわゆる膜疲労(fatigue )の問題が
ある。この疲労特性改善のために、薄膜作成法の改良、
材料の選択、電極材料の改善などが提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the densification of semiconductor memories has been promoted, and recently, Reference 1, “Ceramics, Vol.
0 (1995), no. 6, pp. 499-507, attention has been paid to those using a ferroelectric thin film. As a technical problem when using this ferroelectric thin film, there is a problem of deterioration of polarization history characteristics due to repeated application of a voltage to the ferroelectric thin film, so-called film fatigue. In order to improve this fatigue property, improvement of thin film making method,
Selection of materials, improvement of electrode materials, and the like have been proposed.

【0003】また、新たな耐疲労性を有する薄膜の材料
としてBi層状化合物が注目され、特にSrBi2 Ta
29 系の物質群については活発な研究が行われてい
る。このSrBi2 Ta29 (SBT)薄膜の製造方
法としては、例えば、文献2「Jpn.J.Appl.Phys.vol.3
4,No.9B,(1995)pp.5096-5099 」にゾルゲル法を用いて
形成する方法が示されている。
[0003] Bi-layered compounds have attracted attention as a new material for a thin film having fatigue resistance, particularly SrBi 2 Ta.
Active research is being conducted on 2 O 9 -based substances. As a method for producing this SrBi 2 Ta 2 O 9 (SBT) thin film, for example, reference 2 “Jpn.J.Appl.Phys.vol.3”
4, No. 9B, (1995) pp. 5096-5099 "discloses a method of forming by using a sol-gel method.

【0004】さらに、不揮発性メモリの利点を発揮する
ためには、駆動電圧の低電圧化が求められる(低電圧化
することが駆動の観点からも有利である。)。強誘電体
の分極を低電圧で行うためには、膜の電界強度を高くす
ることが必要であり、最も単純な方法としては、強誘電
体薄膜の膜厚を薄くすれば達成できる。
Further, in order to exhibit the advantages of the non-volatile memory, it is required to lower the driving voltage (the lowering of the voltage is also advantageous from the viewpoint of driving). In order to polarize the ferroelectric at a low voltage, it is necessary to increase the electric field strength of the film, and the simplest method can be achieved by reducing the thickness of the ferroelectric thin film.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、膜厚を
薄くすると、リーク電流の増加や、面内での不均一性の
増加などが生じてしまうので、実際には、0.2μm程
度の膜厚が限界であった。
However, when the film thickness is reduced, an increase in leakage current and an increase in in-plane non-uniformity are caused. Was the limit.

【0006】一方、Biを含む化合物を溶液から形成す
る場合、強誘電体薄膜の特性を向上させるために、製造
出発材料中におけるBi含有量を過剰にすることが多
い。特に、SrBi2 Ta29 薄膜を形成する場合
は、文献2に記載されるように、Srの含有量を減らし
てBiを過剰にした状態で形成が行われている。Biを
過剰にすると、結晶性が良く電気的特性に優れた膜を形
成することができる。
On the other hand, when a compound containing Bi is formed from a solution, the Bi content in the starting material for production is often excessive in order to improve the characteristics of the ferroelectric thin film. In particular, when a SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film is formed, as described in Reference 2, the formation is performed in a state where the Sr content is reduced and Bi is excessive. When Bi is excessive, a film having good crystallinity and excellent electric characteristics can be formed.

【0007】しかし、この膜は、俵状の粒子が積み重な
った構造であり、緻密ではない。さらなる薄膜化を推進
するためには、膜の緻密化や均一化が必要である。
However, this film has a structure in which bale-shaped particles are stacked and is not dense. In order to promote further thinning, it is necessary to make the film dense and uniform.

【0008】膜の緻密化および均一化を図るには、結晶
化に際して、核発生(結晶核の発生)が促進されると良
い。しかし、通常の熱処理では徐々に加熱を行うため、
核発生よりも結晶成長が優先され、核発生が抑制されて
しまう。核発生を促進させるには、急速に昇温させるこ
とが重要である。強誘電体では、半導体プロセスで通常
使われる急速加熱(RTA:Rapid Thermal Annealing
)によっても核発生に対して十分ではない。
In order to achieve a dense and uniform film, it is preferable to promote nucleation (generation of crystal nuclei) during crystallization. However, since heating is performed gradually in normal heat treatment,
Crystal growth is prioritized over nucleation, and nucleation is suppressed. It is important to raise the temperature rapidly to promote nucleation. In ferroelectrics, rapid thermal annealing (RTA) commonly used in semiconductor processes
) Is not enough for nucleation.

【0009】従って、従来より、結晶化に際して核発生
を優先的に促進させることにより、形成される強誘電体
薄膜の緻密化および均一化が可能な製造方法の出現が望
まれていた。
Therefore, there has been a demand for a method of producing a ferroelectric thin film that can be made dense and uniform by preferentially promoting nucleation during crystallization.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の強誘
電体薄膜の製造方法によれば、下地の上に強誘電体材料
を堆積して予備強誘電体薄膜を形成し、アニール処理を
行ってこの予備強誘電体薄膜を結晶化させて強誘電体薄
膜を得るに当たり、アニール処理をレーザアニールによ
り行うことを特徴とする。
Therefore, according to the method of manufacturing a ferroelectric thin film of the present invention, a preliminary ferroelectric thin film is formed by depositing a ferroelectric material on a base, and annealing is performed. When crystallizing the preliminary ferroelectric thin film to obtain a ferroelectric thin film, an annealing process is performed by laser annealing.

【0011】このように、レーザアニールを用いること
により、比較的急速に予備強誘電体薄膜を昇温させるこ
とができる。よって、結晶化に際して核発生を促進させ
ることができ、強誘電体薄膜の緻密化および均一化が達
成される。
As described above, by using laser annealing, the temperature of the preliminary ferroelectric thin film can be increased relatively quickly. Therefore, nucleation can be promoted during crystallization, and the ferroelectric thin film can be made dense and uniform.

【0012】この発明の強誘電体薄膜の製造方法におい
て、好ましくは、レーザアニールの後に、再度のアニー
ルを行うと良い。
In the method of manufacturing a ferroelectric thin film according to the present invention, it is preferable to perform annealing again after the laser annealing.

【0013】このように、再度のアニールを行うことに
より、レーザアニール時のレーザ照射によるダメージを
回復することができる。
As described above, by performing the annealing again, the damage caused by the laser irradiation at the time of the laser annealing can be recovered.

【0014】また、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
において、好ましくは、強誘電体材料が、下記の化学式 (Bi222+(Am-1m3m+12- ただし、mは1、2、3、4および5から選ばれた1つ
の整数とし、AはBi、Pb、Ba、Sr、Ca、N
a、Kおよび希土類からなる元素群より選ばれる元素と
し、および、BはTi、Nb、Ta、W、Mo、Fe、
CoおよびCrからなる元素群より選ばれる元素とす
る、で表される物質とするのが良い。
In the method of manufacturing a ferroelectric thin film according to the present invention, preferably, the ferroelectric material has the following chemical formula (Bi 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2 - However, m is one of integers selected from 1, 2, 3, 4 and 5, a is Bi, Pb, Ba, Sr, Ca, N
a, K and an element selected from the group consisting of rare earth elements; and B is Ti, Nb, Ta, W, Mo, Fe,
The material is preferably selected from the group consisting of Co and Cr.

【0015】このようなBi含有強誘電体は、Bi層状
化合物とも称される。強誘電体薄膜を構成する物質とし
てBi層状化合物を含んでいると、膜の耐疲労性を向上
させることができる。
[0015] Such a Bi-containing ferroelectric is also called a Bi layered compound. When a Bi layered compound is included as a material constituting the ferroelectric thin film, the fatigue resistance of the film can be improved.

【0016】また、好ましくは、強誘電体材料が、Sr
Bi2 Ta29 であると良い。
Preferably, the ferroelectric material is Sr
Bi 2 Ta 2 O 9 is preferred.

【0017】SrBi2 Ta29 は、上述した(Bi
222+(Am-1m3m+12-という式で表される
Bi含有強誘電体のうち、mを2とし、AがSrであ
り、かつBがTaであるBi層状化合物である。このS
BTで構成される膜は、特に耐疲労性に優れている。
SrBi 2 Ta 2 O 9 is obtained from the above-mentioned (Bi
Of the Bi-containing ferroelectrics represented by the formula 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2- , m is 2, A is Sr, and B is Ta. This is a Bi layered compound. This S
The film composed of BT is particularly excellent in fatigue resistance.

【0018】また、好ましくは、強誘電体材料が、Sr
1-x Bi2+y Ta29+α(0.7≦x<1、かつ0≦
y≦0.4とし、αは製造条件に依存する変数とする)
という組成を有していると良い。
Preferably, the ferroelectric material is Sr
1-x Bi 2 + y Ta 2 O 9 + α (0.7 ≦ x <1 and 0 ≦
Let y ≦ 0.4 and α be a variable depending on the manufacturing conditions)
It is good to have the composition.

【0019】このように、SBT膜の分極等の特性を向
上させるために、Biを過剰にしてSBT膜を形成して
いるため、化学量論的にSrBi2 Ta29 で示され
るSBT膜は、実際には、Sr1-x Bi2+y Ta2
9+αという組成を有していると考えられる。
Since the SBT film is formed with excess Bi in order to improve the characteristics such as the polarization of the SBT film, the SBT film stoichiometrically represented by SrBi 2 Ta 2 O 9 Is actually Sr 1-x Bi 2 + y Ta 2 O
It is considered to have a composition of 9 + α .

【0020】また、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
において、好ましくは、レーザアニールは、エキシマレ
ーザを用いて行うと良い。
In the method of manufacturing a ferroelectric thin film according to the present invention, preferably, the laser annealing is performed using an excimer laser.

【0021】エキシマレーザにより加熱するので、急激
な昇温が生じるため、結晶化にあっては核発生が優先し
て生じる。従って、膜が緻密化され、リーク電流の小さ
い薄膜が形成できるので、同じ電圧を印加しても膜に対
する電界強度が高くなり、低電圧で駆動することができ
る。
Since heating is carried out by an excimer laser, the temperature rises sharply, so that nucleation occurs preferentially in crystallization. Accordingly, the film is densified, and a thin film having a small leak current can be formed. Therefore, even when the same voltage is applied, the electric field strength to the film increases, and the film can be driven at a low voltage.

【0022】また、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
において、好ましくは、強誘電体材料が、下記の化学式
ABO3ただし、AはPbとし、および、BはTiおよ
びZrからなる元素群より選ばれる元素とする、で表さ
れる物質とするのが良い。
In the method of manufacturing a ferroelectric thin film according to the present invention, preferably, the ferroelectric material has the following chemical formula ABO 3 , wherein A is Pb, and B is a group consisting of Ti and Zr. It is preferable to use a substance represented by:

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明が理解
できる程度に構成、配置関係及び大きさが概略的に示し
てあるに過ぎない。また、以下に記載する数値や材料な
どは、この発明の範囲内の単なる一例に過ぎない。従っ
て、この発明は、この実施の形態に何ら限定されること
がない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the drawings merely schematically show the configuration, arrangement, and size to the extent that the present invention can be understood. The values and materials described below are merely examples within the scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to this embodiment.

【0024】この実施の形態では、半導体基板上に設け
られた下部電極上に、強誘電体薄膜および上部電極が順
次設けられている強誘電体メモリ構造を例にして説明す
る。また、この実施の形態では、強誘電体薄膜としての
SrBi2 Ta29 薄膜を形成する方法につき、図1
および図2を参照して説明する。図1は、この実施の形
態の強誘電体薄膜の製造方法を示すフローチャートであ
る。図2は、強誘電体薄膜の製造工程を示す断面図であ
る。
In this embodiment, a ferroelectric memory structure in which a ferroelectric thin film and an upper electrode are sequentially provided on a lower electrode provided on a semiconductor substrate will be described as an example. In this embodiment, a method of forming a SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film as a ferroelectric thin film is described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a ferroelectric thin film according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the ferroelectric thin film.

【0025】先ず、下地の上に強誘電体材料を堆積して
予備強誘電体薄膜を形成する工程につき説明する。下地
を構成する下部電極の材料としてはPt(白金)を用い
ている。
First, a process of forming a preliminary ferroelectric thin film by depositing a ferroelectric material on a base will be described. Pt (platinum) is used as the material of the lower electrode constituting the base.

【0026】最初に、Sr(ストロンチウム)のアルコ
キシド溶液を調整する(図1のS1)。メトキシメタノ
ール(CH3 OC24 OH)溶媒中に、金属Sr片を
少量ずつ加えて溶解させて、Srアルコキシド溶液(S
r(OC24 OCH32)を作成する。このSrア
ルコキシド溶液にBi(O−nC493 とTa(O
255 とを加えた後、80℃の温度で20時間還
流を行う。これにより、溶液内で、Ta(タンタル)、
SrおよびBi(ビスマス)の各々のアルコキシドが複
合化して、(−Bi−O−Sr−O−Ta−O−)のよ
うに、酸素を介してTa、SrおよびBiが結合する。
First, an alkoxide solution of Sr (strontium) is prepared (S1 in FIG. 1). In a methoxymethanol (CH 3 OC 2 H 4 OH) solvent, a piece of metal Sr was added little by little and dissolved to form an Sr alkoxide solution (S
r (OC 2 H 4 OCH 3 ) 2 ). Bi (O-nC 4 H 9 ) 3 and Ta (O
After adding C 2 H 5 ) 5 , reflux is carried out at a temperature of 80 ° C. for 20 hours. Thereby, in the solution, Ta (tantalum),
The alkoxides of Sr and Bi (bismuth) are complexed, and Ta, Sr and Bi are bonded via oxygen as in (-Bi-O-Sr-O-Ta-O-).

【0027】次に、還流の終了した溶液を、下地10の
上に、スピンコータにより、2000rpmの回転速度
で以て塗布して塗布膜を形成する(図1のS2)。その
後、この塗布膜を150℃の温度で30分間乾燥させて
(図1のS3)、塗布膜中の溶媒を蒸発させる。続い
て、450℃の温度で60分間塗布膜に対して仮焼成
(prebake )を行って有機官能基の燃焼を行う(図1の
S4)。この実施の形態では、溶液の塗布(図1のS
2)、乾燥(図1のS3)および仮焼成(図1のS4)
という一連の工程を2回繰返して行うことにより、下地
10の上に0.1μmの膜厚の予備強誘電体薄膜12a
を形成する(図2(A))。
Next, the solution that has been refluxed is applied on the base 10 by a spin coater at a rotation speed of 2000 rpm to form a coating film (S2 in FIG. 1). Thereafter, the coating film is dried at a temperature of 150 ° C. for 30 minutes (S3 in FIG. 1) to evaporate the solvent in the coating film. Subsequently, pre-bake is performed on the coating film at a temperature of 450 ° C. for 60 minutes to burn organic functional groups (S4 in FIG. 1). In this embodiment, application of a solution (S in FIG. 1)
2), drying (S3 in FIG. 1) and calcination (S4 in FIG. 1)
Is repeated twice, so that the preliminary ferroelectric thin film 12 a having a thickness of 0.1 μm is formed on the underlayer 10.
Is formed (FIG. 2A).

【0028】次に、アニール処理を行って予備強誘電体
薄膜12aを結晶化させて強誘電体薄膜を得る工程につ
き説明する。
Next, a process for obtaining a ferroelectric thin film by crystallizing the preliminary ferroelectric thin film 12a by performing an annealing process will be described.

【0029】この実施の形態では、アニール処理をレー
ザアニールにより行う(図1のS5)。レーザアニール
を行うため、エキシマレーザラインアニールシステム
(日本製鋼所社製)を用いる。ビームサイズは0.47
mm×150mmであり、ビームの重ね合わせは95%
とする。このシステムにより、予備強誘電体薄膜12a
にレーザビームを照射して、急速に加熱する。これによ
り、結晶核の発生が促進されるので、核発生が結晶成長
に比べて優先されるような結晶化が起こる。この結果、
予備強誘電体薄膜12aが結晶化して、強誘電体薄膜1
2bが得られる(図2(B))。
In this embodiment, the annealing is performed by laser annealing (S5 in FIG. 1). To perform laser annealing, an excimer laser line annealing system (manufactured by Japan Steel Works, Ltd.) is used. Beam size is 0.47
mm × 150mm, 95% beam overlap
And With this system, the preliminary ferroelectric thin film 12a
Is irradiated with a laser beam and heated rapidly. As a result, generation of crystal nuclei is promoted, and crystallization occurs in which nucleation is prioritized over crystal growth. As a result,
The preliminary ferroelectric thin film 12a is crystallized to form the ferroelectric thin film 1
2b is obtained (FIG. 2 (B)).

【0030】尚、この例では、強誘電体薄膜12bとし
てのSrBi2 Ta29 薄膜を形成するときに、Bi
が過剰になるように、形成出発材料の量を調整してあ
る。これにより、SrBi2 Ta29 の結晶化を、比
較的低温で行うことができるようになる。また、これに
より、形成されるSrBi2 Ta29 薄膜は、Sr
1-x Bi2+y Ta29+αという組成を有していると考
えられる。ただし、0.7≦x<1で、0≦y≦0.4
とする。また、酸素Oの膜内における組成は、製造条件
に依存して変化する数であり、定めることができない。
このため、ここでは、Oの組成を9+α(αは製造条件
に依存する変数とする)とする。尚、αは−9よりも大
きく18よりは小さい範囲内で変動する値である。
In this example, when forming the SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film as the ferroelectric thin film 12b, Bi
The amount of the starting material formed is adjusted so as to be excessive. Thus, crystallization of SrBi 2 Ta 2 O 9 can be performed at a relatively low temperature. The SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film thus formed has a Sr
It is considered to have a composition of 1-x Bi 2 + y Ta 2 O 9 + α . Where 0.7 ≦ x <1 and 0 ≦ y ≦ 0.4
And Further, the composition of oxygen O in the film is a number that changes depending on the manufacturing conditions and cannot be determined.
Therefore, here, the composition of O is set to 9 + α (α is a variable depending on manufacturing conditions). Here, α is a value that fluctuates within a range larger than −9 and smaller than 18.

【0031】さらに、強誘電体薄膜12bの上に上部電
極14を形成する(図1のS6、図2(C))。ここで
は、RFスパッタ法によって、メタルマスクを介して、
直径0.2μmの上部電極14を形成している。上部電
極14の材料としてはPtを用いている。
Further, the upper electrode 14 is formed on the ferroelectric thin film 12b (S6 in FIG. 1, FIG. 2C). Here, by RF sputtering, through a metal mask,
The upper electrode 14 having a diameter of 0.2 μm is formed. Pt is used as the material of the upper electrode 14.

【0032】また、上部電極14を形成した後に2次ア
ニールを行う(図1のS7)。下地10と強誘電体薄膜
12bと上部電極14とからなる構造体を、800℃の
温度で、かつ酸素雰囲気中で、30分間加熱する。
After the upper electrode 14 is formed, secondary annealing is performed (S7 in FIG. 1). The structure including the base 10, the ferroelectric thin film 12b, and the upper electrode 14 is heated at a temperature of 800 ° C. in an oxygen atmosphere for 30 minutes.

【0033】下地10と強誘電体薄膜12bとの界面に
は、複数回にわたる加熱処理によって熱履歴がかけられ
ているが、上部電極14と強誘電体薄膜12bとの界面
には熱履歴がかけられていないので、この強誘電体薄膜
12bのヒステリシス対称性が悪くなるおそれがある。
また、上部電極14は、還元雰囲気でスパッタリング法
により形成されているため、強誘電体薄膜12b中のB
iが還元されているおそれもあり、再酸化する必要があ
る。このため、上述したように、上部電極14が形成さ
れた後、もう一度、酸素雰囲気中で熱処理を行うことに
より、これらの心配を回避することができる。
The interface between the underlayer 10 and the ferroelectric thin film 12b is given a heat history by a plurality of heat treatments, but the interface between the upper electrode 14 and the ferroelectric thin film 12b is given a heat history. Therefore, the hysteresis symmetry of the ferroelectric thin film 12b may be deteriorated.
Further, since the upper electrode 14 is formed by a sputtering method in a reducing atmosphere, the B electrode in the ferroelectric thin film 12b is formed.
Since i may be reduced, it is necessary to re-oxidize. For this reason, as described above, after the upper electrode 14 is formed, by performing the heat treatment again in an oxygen atmosphere, these concerns can be avoided.

【0034】尚、このような2次アニールを、上述のレ
ーザアニール直後に行うことにより、レーザアニール時
のレーザ照射によるダメージを回復することができる。
By performing such secondary annealing immediately after the above-described laser annealing, damage due to laser irradiation during laser annealing can be recovered.

【0035】次に、強誘電体薄膜12bの特性につき説
明する。以下に示す強誘電体特性の測定結果は、ラジア
ント社製の強誘電体薄膜特性評価装置であるRT−60
00S(商品名)を用いて求めたものである。
Next, the characteristics of the ferroelectric thin film 12b will be described. The measurement results of the ferroelectric properties shown below are obtained from a RT-60 ferroelectric thin film property evaluation apparatus manufactured by Radiant.
This is obtained using 00S (product name).

【0036】図3は、この実施の形態の製造方法により
得たSr0.9 Bi2.3 Ta29+α(以下SBTと略
す)薄膜のヒステリシス特性を示すグラフである。図
中、横軸に印加電圧値をV単位で示し、縦軸には分極量
をμC・cm-2という単位で示してある。図3に示すよ
うに、比較的高い角形比(残留分極量/飽和分極量)の
飽和特性が得られている。通常、このような飽和特性を
得るには、0.2μm程度の膜厚が必要である。しか
し、0.1μmの膜厚であるが、このような飽和特性が
得られた理由は、エキシマレーザでアニールすることに
より、緻密で均一なSBT薄膜が得られたためであると
考えられる。
FIG. 3 is a graph showing the hysteresis characteristics of the Sr 0.9 Bi 2.3 Ta 2 O 9 + α (hereinafter abbreviated as SBT) thin film obtained by the manufacturing method of this embodiment. In the figure, the horizontal axis indicates the applied voltage value in V units, and the vertical axis indicates the polarization amount in μC · cm −2 . As shown in FIG. 3, saturation characteristics with a relatively high squareness ratio (remaining polarization amount / saturation polarization amount) are obtained. Usually, in order to obtain such a saturation characteristic, a film thickness of about 0.2 μm is required. However, the reason why such a saturation characteristic was obtained although the film thickness was 0.1 μm is considered to be because a dense and uniform SBT thin film was obtained by annealing with an excimer laser.

【0037】図4は、印加電圧に対する残留分極量を示
すグラフである。図中、横軸に印加電圧の最大値Vmax
をV単位で示し、縦軸には残留分極量+PrをμC・c
-2という単位で示してある。測定値は、グラフ中にド
ットで示されている。図4に示すように、始め、印加電
圧が0Vから増加するにつれて、残留分極量は急激に増
加する。そして、印加電圧が1.09Vのところが変極
点となっており、その後は徐々に増加している。この変
極点が飽和電圧と考えられるので、この実施の形態の製
造方法により形成したSBT薄膜は、1.1Vの印加電
圧により十分に飽和すると言える。
FIG. 4 is a graph showing the amount of remanent polarization with respect to the applied voltage. In the figure, the horizontal axis represents the maximum value V max of the applied voltage.
Is shown in units of V, and the vertical axis represents the amount of remanent polarization + Pr in μC · c
It is shown in units of m- 2 . The measured values are indicated by dots in the graph. As shown in FIG. 4, initially, as the applied voltage increases from 0 V, the amount of remanent polarization sharply increases. The inflection point is where the applied voltage is 1.09 V, and thereafter gradually increases. Since this inflection point is considered to be the saturation voltage, it can be said that the SBT thin film formed by the manufacturing method of this embodiment is sufficiently saturated by the applied voltage of 1.1V.

【0038】このように、飽和させるために通常は2V
の電圧を印加しなければならないところを、膜厚が半分
になったために、1V程度の電圧を印加すれば飽和する
ようになる。
As described above, to saturate, usually 2V
Where the voltage must be applied, the film thickness is halved, so that when a voltage of about 1 V is applied, saturation occurs.

【0039】以上説明したように、この実施の形態の強
誘電体薄膜の製造方法によれば、緻密性が高い強誘電体
薄膜が形成できるので、薄膜化が可能となり、低電圧駆
動が達成される。
As described above, according to the method of manufacturing a ferroelectric thin film of this embodiment, a ferroelectric thin film having a high density can be formed. You.

【0040】尚、下部電極および上部電極14の材料と
しては、白金(Pt)に限らず、Ir(イリジウム)、
Ru(ルテニウム)、IrO2 (酸化イリジウム)、R
uO2 (酸化ルテニウム)等を用いても良い。
The material of the lower electrode and the upper electrode 14 is not limited to platinum (Pt) but may be Ir (iridium),
Ru (ruthenium), IrO 2 (iridium oxide), R
uO 2 (ruthenium oxide) or the like may be used.

【0041】さらに、強誘電体薄膜12bの材料として
は、SrBi2 Ta29 に限らず、例えば、PbZr
0.5 Ti0.53 を用いても良い。
The material of the ferroelectric thin film 12b is not limited to SrBi 2 Ta 2 O 9 but may be, for example, PbZr.
0.5 Ti 0.5 O 3 may be used.

【0042】[0042]

【発明の効果】この発明の強誘電体薄膜の製造方法によ
れば、レーザアニールを用いることにより、比較的急速
に予備強誘電体薄膜を昇温させることができる。よっ
て、結晶化に際して核発生を促進させることができ、強
誘電体薄膜の緻密化および均一化が図れて、駆動電圧の
低電圧化が実現される。
According to the method of manufacturing a ferroelectric thin film of the present invention, the temperature of the preliminary ferroelectric thin film can be raised relatively quickly by using laser annealing. Therefore, nucleation can be promoted during crystallization, the ferroelectric thin film can be made dense and uniform, and the driving voltage can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態の強誘電体薄膜の製造方法を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a method of manufacturing a ferroelectric thin film according to an embodiment.

【図2】強誘電体薄膜の製造工程を示す図である。FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of a ferroelectric thin film.

【図3】強誘電体薄膜のヒステリシス特性を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing hysteresis characteristics of a ferroelectric thin film.

【図4】印加電圧に対する残留分極量を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a residual polarization amount with respect to an applied voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:下地 12a:予備強誘電体薄膜 12b:強誘電体薄膜 14:上部電極 10: Underlayer 12a: Preliminary ferroelectric thin film 12b: Ferroelectric thin film 14: Upper electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01B 3/12 318 H01L 27/10 451 H01L 27/04 27/04 C 21/822 27/10 451 (72)発明者 加藤 博代 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 金原 隆雄 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 佐野 一也 神奈川県横浜市金沢区福浦2丁目2−1 株式会社日本製鋼所内 Fターム(参考) 4G048 AA03 AA04 AA05 AB05 AC02 AD02 AE05 5F038 AC15 AC18 DF05 EZ14 EZ17 5F083 JA13 JA38 PR23 PR34 5G303 AA10 AB20 BA03 CA01 CB03 CB05 CB06 CB09 CB10 CB13 CB14 CB20 CB21 CB25 CB32 CB33 CB35 CB37 CB43 DA01 DA07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01B 3/12 318 H01L 27/10 451 H01L 27/04 27/04 C 21/822 27/10 451 (72 Inventor Hiroyo Kato 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd. (72) Inventor Takao Kanehara 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd. (72) Inventor Kazuya Sano 2-2-1 Fukuura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-term in Japan Steel Works, Ltd. (reference) 4G048 AA03 AA04 AA05 AB05 AC02 AD02 AE05 5F038 AC15 AC18 DF05 EZ14 EZ17 5F083 JA13 JA38 PR23 PR34 5G303 AA10 AB20 BA03 CA01 CB03 CB05 CB06 CB09 CB10 CB13 CB14 CB20 CB21 CB25 CB32 CB33 CB35 CB37 CB43 DA01 DA07

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地の上に強誘電体材料を堆積して予備
強誘電体薄膜を形成し、アニール処理を行って該予備強
誘電体薄膜を結晶化させて強誘電体薄膜を得るに当た
り、 前記アニール処理をレーザアニールにより行うことを特
徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
A ferroelectric material is deposited on a base to form a pre-ferroelectric thin film, and annealing is performed to crystallize the pre-ferroelectric thin film to obtain a ferroelectric thin film. A method for producing a ferroelectric thin film, wherein the annealing is performed by laser annealing.
【請求項2】 請求項1に記載の強誘電体薄膜の製造方
法において、 前記レーザアニールの後に、再度のアニールを行うこと
を特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
2. The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the annealing is performed again after the laser annealing.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の強誘電
体薄膜の製造方法において、 前記強誘電体材料が、下記の化学式 (Bi222+(Am-1m3m+12- ただし、mは1、2、3、4および5から選ばれた1つ
の整数とし、 AはBi、Pb、Ba、Sr、Ca、Na、Kおよび希
土類からなる元素群より選ばれる元素とし、および、 BはTi、Nb、Ta、W、Mo、Fe、CoおよびC
rからなる元素群より選ばれる元素とする、で表される
物質とすることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
3. The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the ferroelectric material has the following chemical formula (Bi 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2- , where m is an integer selected from 1, 2 , 3, 4 and 5, and A is a group consisting of Bi, Pb, Ba, Sr, Ca, Na, K and a rare earth element. And B is Ti, Nb, Ta, W, Mo, Fe, Co and C
A method for producing a ferroelectric thin film, characterized in that the substance is selected from the group consisting of:
【請求項4】 請求項3に記載の強誘電体薄膜の製造方
法において、 前記強誘電体材料が、SrBi2 Ta29 であること
を特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
4. The method of manufacturing a ferroelectric thin film according to claim 3, wherein the ferroelectric material is SrBi 2 Ta 2 O 9 .
【請求項5】 請求項1または請求項2に記載の強誘電
体薄膜の製造方法において、 前記強誘電体材料が、Sr1-x Bi2+y Ta2
9+α(0.7≦x<1、かつ0≦y≦0.4とし、αは
製造条件に依存する変数とする)という組成を有してい
ることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
5. The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the ferroelectric material is Sr 1 -x Bi 2 + y Ta 2 O.
9 + α (where 0.7 ≦ x <1, and 0 ≦ y ≦ 0.4, and α is a variable depending on manufacturing conditions). Production method.
【請求項6】 請求項1または請求項2に記載の強誘電
体薄膜の製造方法において、 前記レーザアニールは、エキシマレーザを用いて行うこ
とを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
6. The method of manufacturing a ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the laser annealing is performed using an excimer laser.
【請求項7】 請求項1または請求項2に記載の強誘電
体薄膜の製造方法において、 前記強誘電体材料が、下記の化学式 ABO3 ただし、AはPbとし、および、 BはTiおよびZrからなる元素群より選ばれる元素と
する、で表される物質とすることを特徴とする強誘電体
薄膜の製造方法。
7. The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the ferroelectric material has the following chemical formula: ABO 3 , wherein A is Pb, and B is Ti and Zr. A method for producing a ferroelectric thin film, characterized in that the substance is selected from the group consisting of:
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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