JP2000232102A - Manufacture of dielectric film - Google Patents

Manufacture of dielectric film

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JP2000232102A
JP2000232102A JP11034181A JP3418199A JP2000232102A JP 2000232102 A JP2000232102 A JP 2000232102A JP 11034181 A JP11034181 A JP 11034181A JP 3418199 A JP3418199 A JP 3418199A JP 2000232102 A JP2000232102 A JP 2000232102A
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Japan
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dielectric film
manufacturing
film
heat treatment
bst
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JP11034181A
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Japanese (ja)
Inventor
Michihito Ueda
路人 上田
Takashi Otsuka
隆 大塚
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a dielectric film whose leakage current is little, as a manufacturing method of a dielectric film which is used as a capacitive insulating film of a memory cell. SOLUTION: When a BST(barium strontium titanate) film 17x containing carbon compound 25 is heat-treated, the heat treatment is performed at a temperature, e.g. of 700 deg.C wherein elimination of the carbon compound becomes active. Thereby BST can be crystallized while the carbon compound 25 in the BST film 17x is eliminated. In particular, by increasing the rate of temperature rise up to a retaining temperature, the carbon compound 25 can be effectively eliminated from the BST film 17x, before the carbon compound 25 becomes hard to be eliminated on account of crystallization of BST. Thereby a BST film as a dielectric film of high permitivity which contains no carbon compound increasing leakage current can be formed.

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】本発明は、コンデンサや、半
導体メモリの容量膜に用いられる誘電体膜の製造方法に
関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor and a dielectric film used for a capacitance film of a semiconductor memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】マルチメディア社会の進展にともない、
マルチメディア用機器のサイズはコンパクト化される反
面、そこで扱われるデジタル情報量はますます増大する
一方であることから、マルチメディア用機器に搭載され
ている半導体メモリについては、今後ますます高集積化
が進展すると予想される。しかしながら、半導体メモリ
の中でも容量絶縁膜に情報を記憶させるメカニズムを有
する例えばダイナミックランダムアクセスメモリ(以
下、DRAMと表記する)においては、これら高集積化
にともない、セルの微細化を進める必要がある一方で、
各セルの容量絶縁膜の電荷容量をほぼ従来通りの値(お
よそ30fF)に維持する必要がある。このため、近
年、DRAMセルの容量絶縁膜を構成する材料として、
例えば、チタン酸バリウム・ストロンチウム(以下、B
STと表記する)などの高誘電率の材料を利用するため
の技術開発が盛んに行われている。また、重い元素を含
んでいるBSTなどの材料の薄膜を堆積する方法として
は、有機金属化学気相成長法(以下、MOCVD法と表
記する)が、膜厚均一性などの点から見て今後も有望と
考えられている。
[Prior Art] With the development of multimedia society,
While the size of multimedia devices is becoming more compact, the amount of digital information handled there is increasing more and more, so the semiconductor memory mounted in multimedia devices will become more and more highly integrated in the future. Is expected to evolve. However, among semiconductor memories, for example, in a dynamic random access memory (hereinafter referred to as a DRAM) having a mechanism for storing information in a capacitance insulating film, it is necessary to advance the miniaturization of cells in accordance with the high integration. so,
It is necessary to maintain the charge capacity of the capacitor insulating film of each cell at a value almost as usual (about 30 fF). For this reason, in recent years, as a material for forming a capacitive insulating film of a DRAM cell,
For example, barium strontium titanate (hereinafter referred to as B
Technology for utilizing a material having a high dielectric constant, such as ST, has been actively developed. As a method of depositing a thin film of a material such as BST containing a heavy element, metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCVD) will be used in the future in view of uniformity of film thickness. Are also considered promising.

【0003】図10は、基板上にBST膜を堆積するの
に用いられている従来のMOCVD装置の構成の一例を
概略的に示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a conventional MOCVD apparatus used for depositing a BST film on a substrate.

【0004】同図に示すように、MOCVD装置は、3
つの液体容器101a〜101cを有する原料供給装置
101と、各液体容器101a〜101cからの液体材
料の混合比を調整するための混合器103と、液体材料
を強制的に流すための液体ポンプ105と、液体材料を
気化させるための気化器107と、反応炉111とを備
えており、上記各機器類は配管により接続されている。
反応炉111内にはBST膜を成長させるための基板1
09が設置されている。反応炉111には、炉内の圧力
を減圧状態にするための排気系113と、酸素などの酸
化性ガスを導入するためのガス導入管115とが付設さ
れている。
[0004] As shown in FIG.
A raw material supply device 101 having two liquid containers 101a to 101c, a mixer 103 for adjusting the mixing ratio of the liquid material from each of the liquid containers 101a to 101c, and a liquid pump 105 for forcibly flowing the liquid material; , A vaporizer 107 for vaporizing a liquid material, and a reaction furnace 111, and the above-mentioned devices are connected by piping.
Substrate 1 for growing a BST film in reactor 111
09 is installed. The reaction furnace 111 is provided with an exhaust system 113 for reducing the pressure in the furnace to a reduced pressure state, and a gas introduction pipe 115 for introducing an oxidizing gas such as oxygen.

【0005】ここで、液体容器101a,101b,1
01cには、BST膜を形成するための原料であるBa
(DPM)2 ,Sr(DPM)2 ,Ti(O−iPr)
2 (DPM)2 をTHFに0.1mol/Lの濃度で溶
解した溶液がそれぞれ収納されている。図11は、液体
材料のうちの1つであるBa(DPM)2 の分子式を示
す図である。
Here, the liquid containers 101a, 101b, 1
01c has Ba, which is a raw material for forming a BST film,
(DPM) 2 , Sr (DPM) 2 , Ti (O-iPr)
2 (DPM) 2 is dissolved in THF at a concentration of 0.1 mol / L. FIG. 11 is a diagram showing a molecular formula of Ba (DPM) 2 which is one of the liquid materials.

【0006】また、混合器103は、液体容器101
a,101b,101cからの液体材料の流量を調整す
ることにより、各液体材料の混合比を所望の値にしてい
る。気化器107は、液体ポンプ105から送られる液
体材料を昇温させることにより気化するとともに、搬送
ガス導入管108から送られてくる搬送ガスと、気化さ
れた原料ガスとを混合して、反応炉111内に送り込
む。この搬送ガスには、一般に反応性が低い不活性ガ
ス,例えばアルゴン,窒素ガスが用いられることが多
い。一方、反応炉111内において、基板109は加熱
器(図示せず)により約450℃に加熱されている。そ
して、気化器107において気化した原料ガスは、反応
炉111内において、ガス導入管115から送られる酸
素と混合されて、加熱されている基板109の表面で酸
化,分解反応することにより、基板109上に良好なB
ST膜が堆積されていく。このとき、反応炉111内の
圧力は、1Torr程度である。
[0006] The mixer 103 includes a liquid container 101.
By adjusting the flow rates of the liquid materials from a, 101b, and 101c, the mixing ratio of each liquid material is set to a desired value. The vaporizer 107 evaporates the liquid material sent from the liquid pump 105 by elevating the temperature, mixes the carrier gas sent from the carrier gas introduction pipe 108 with the vaporized source gas, and forms a reaction furnace. Send it into 111. In general, an inert gas having low reactivity, for example, argon or nitrogen gas is often used as the carrier gas. On the other hand, in the reaction furnace 111, the substrate 109 is heated to about 450 ° C. by a heater (not shown). Then, the raw material gas vaporized in the vaporizer 107 is mixed with oxygen sent from the gas introduction pipe 115 in the reaction furnace 111 and oxidized and decomposed on the surface of the heated substrate 109, thereby causing the substrate 109 to react. Good B on top
An ST film is deposited. At this time, the pressure in the reaction furnace 111 is about 1 Torr.

【0007】以上のMOCVD装置によって形成された
直後のBST膜は、一般に、成膜温度が500℃以下の
場合にはアモルファス構造を有しているので、その後、
BST膜に熱処理を施すことにより、BST膜を結晶化
させている。
The BST film immediately after being formed by the above MOCVD apparatus generally has an amorphous structure when the film forming temperature is 500 ° C. or lower.
By subjecting the BST film to a heat treatment, the BST film is crystallized.

【0008】図12は、熱処理(アニール)によって結
晶化された膜厚が30nmのBST膜の結晶子サイズの
アニール温度依存性を示す図である。同図において、横
軸はアニール温度を表し、縦軸はX線回折による分析か
ら求められた結晶子サイズ(nm)(膜厚方向の結晶サ
イズにほぼ等しい)を表している。また、BST膜は、
450℃で成膜された後、30分の間アニールされてい
る。図12からわかるように、BST膜の結晶化は、5
00〜600℃の間の温度から開始している。
FIG. 12 is a diagram showing the annealing temperature dependence of the crystallite size of a 30 nm-thick BST film crystallized by heat treatment (annealing). In the figure, the horizontal axis represents the annealing temperature, and the vertical axis represents the crystallite size (nm) (substantially equal to the crystal size in the film thickness direction) obtained from the analysis by X-ray diffraction. Also, the BST film is
After being deposited at 450 ° C., it has been annealed for 30 minutes. As can be seen from FIG. 12, the crystallization of the BST film is 5 times.
Starting from a temperature between 00 and 600 ° C.

【0009】図13は、BST膜に窒素雰囲気中で60
0℃の熱処理(アニール)を施したときの熱処理時間と
BST膜の比誘電率との相関関係を示す図である。同図
に示すように、100以上の高い比誘電率を有するBS
T膜を得るためには、25分間以上の長いアニールを施
す必要がある。
FIG. 13 shows that a BST film is formed in a nitrogen atmosphere at 60 ° C.
FIG. 6 is a diagram showing a correlation between a heat treatment time when a heat treatment (annealing) at 0 ° C. is performed and a relative dielectric constant of a BST film. As shown in the figure, BS having a high relative dielectric constant of 100 or more
In order to obtain a T film, it is necessary to perform long annealing for 25 minutes or more.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
MOCVD法によって形成されたBST膜を熱処理する
ことにより、BST膜の比誘電率の向上を実現すること
はできるものの、リーク電流が大きいという不具合があ
った。その原因について、以下に考察する。
However, by heat-treating the BST film formed by the conventional MOCVD method, it is possible to improve the relative dielectric constant of the BST film, but there is a problem that the leakage current is large. was there. The cause will be discussed below.

【0011】図14は、窒素雰囲気中で600℃で熱処
理を施したときの保持時間とリーク電流との相関関係を
示す図である。ここで、同図の縦軸は、+1(V)の電
圧をBST膜の上下面間に印加したときの電流(A/c
2 )を表している。図13と図14とを比べるとわか
るように、BST膜の結晶化があまり進行していない
(つまり比誘電率がほとんど向上していない)15分間
の熱処理を施しただけでも、リーク電流は10-5(A/
cm2 )と非常に大きい値を示している。
FIG. 14 is a diagram showing a correlation between a holding time and a leak current when a heat treatment is performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere. Here, the vertical axis of the figure indicates the current (A / c) when a voltage of +1 (V) is applied between the upper and lower surfaces of the BST film.
m 2 ). As can be seen from a comparison between FIG. 13 and FIG. 14, even if the heat treatment is performed for only 15 minutes in which the crystallization of the BST film has not progressed much (that is, the relative dielectric constant has hardly improved), the leakage current can be reduced by 10%. -5 (A /
cm 2 ), which is a very large value.

【0012】この原因は、本発明者らの実験によると、
以下のように考えられる。図11に示すBa(DPM)
2 の分子式からわかるように、BST膜を形成する1つ
のBa原子を搬送するために、多くのカーボン原子が結
合している化合物を用いなければならない。そのため、
形成されるBST膜内には、多くのカーボン化合物が残
存しており、このカーボン化合物がリーク電流の通路と
なっているものと思われる。
According to the experiments of the present inventors, the cause is as follows.
It is considered as follows. Ba (DPM) shown in FIG.
As can be seen from the molecular formula 2 , in order to transport one Ba atom forming the BST film, a compound having many carbon atoms bonded must be used. for that reason,
Many carbon compounds remain in the BST film to be formed, and it is considered that the carbon compounds serve as a passage for the leak current.

【0013】以上のような不具合は、BST膜以外のM
OCVD法によって形成される高誘電体膜や強誘電体膜
に共通している。そして、このような大きなリーク電流
を示すBST膜をDRAMセルの容量絶縁膜として用い
ると、リーク電流による情報の揮発を回避するためにリ
フレッシュの頻度を極めて多くする必要が生じることに
なる。その結果、事実上、DRAMセルの容量絶縁膜と
してBST膜など高誘電体膜を用いることが困難となっ
ている。
[0013] The above problems are caused by the M
It is common to high dielectric films and ferroelectric films formed by the OCVD method. When a BST film exhibiting such a large leak current is used as a capacitor insulating film of a DRAM cell, the frequency of refreshing must be extremely increased in order to avoid volatilization of information due to the leak current. As a result, it is practically difficult to use a high dielectric film such as a BST film as a capacitance insulating film of the DRAM cell.

【0014】本発明の目的は、BST膜などのMOCV
D法によって形成される高誘電体膜中の炭素や炭素化合
物を効率的に除去する手段を講ずることにより、高い誘
電率と小さなリーク電流とを有する誘電体膜の製造方法
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a MOCV such as a BST film.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a dielectric film having a high dielectric constant and a small leak current by taking measures for efficiently removing carbon and carbon compounds in a high dielectric film formed by the method D. .

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の誘電体膜の製造
方法は、基板上に炭素を含有する誘電体膜を堆積する工
程(a)と、上記誘電体膜に熱処理を施すことにより誘
電体膜を結晶化させる工程(b)とを備え、上記工程
(b)は、上記誘電体膜から少なくとも炭素を含む物質
が脱離する条件下で行なわれる方法である。
According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a dielectric film, comprising the steps of: (a) depositing a carbon-containing dielectric film on a substrate; and performing heat treatment on the dielectric film. A step of crystallizing a body film, wherein the step (b) is a method performed under a condition that a substance containing at least carbon is desorbed from the dielectric film.

【0016】この方法により、リーク経路の形成や可動
イオンの生成の原因となる炭素を含む物質を速やかに誘
電体膜から脱離させることができるので、リーク特性の
良好な誘電体膜を形成することができる。
According to this method, a substance containing carbon, which causes the formation of a leak path and the generation of mobile ions, can be quickly eliminated from the dielectric film, so that a dielectric film having good leak characteristics can be formed. be able to.

【0017】上記工程(b)における熱処理時の最高温
度は、少なくとも炭素を含む物質の上記誘電体膜からの
脱離を開始する温度より高いことが好ましい。
The maximum temperature during the heat treatment in the step (b) is preferably higher than the temperature at which the substance containing at least carbon starts to be desorbed from the dielectric film.

【0018】上記工程(b)における熱処理時の最高温
度は、真空中における少なくとも炭素を含む物質の脱離
量が最も多い温度に比べて50℃低い温度よりも高いこ
とが好ましい。
The maximum temperature during the heat treatment in the step (b) is preferably higher than a temperature lower by 50 ° C. than a temperature at which a substance containing at least carbon in vacuum is desorbed most.

【0019】上記工程(b)における熱処理時の昇温速
度を毎分0.2℃以上とすることにより、誘電体膜が結
晶化する前に誘電体膜から炭素を含む物質をより速やか
に脱離させることができる。
By setting the temperature rise rate during the heat treatment in the above step (b) to 0.2 ° C. or more per minute, the material containing carbon is more quickly removed from the dielectric film before the dielectric film is crystallized. Can be separated.

【0020】上記工程(a)において、非晶質の誘電体
膜を堆積することにより、炭素を含む物質の脱離が促進
される。
In the step (a), the desorption of the carbon-containing substance is promoted by depositing an amorphous dielectric film.

【0021】上記誘電体膜は、酸化物であって、且つ上
記工程(b)の終了後にぺロブスカイト構造を有するこ
とが好ましい。
It is preferable that the dielectric film is an oxide and has a perovskite structure after the step (b).

【0022】上記工程(b)においては、上記熱処理を
酸化雰囲気下で行うことにより、少なくとも炭素を含む
物質を脱離しやすいガスに変えて、炭素を含む物質の脱
離を促進することができる。
In the step (b), by performing the heat treatment in an oxidizing atmosphere, the desorption of the carbon-containing substance can be promoted by converting at least the carbon-containing substance into a gas that is easily desorbed.

【0023】上記工程(b)の後に、さらに酸素雰囲気
下で熱処理を行なう工程(c)をさらに備えることによ
っても、同様の効果が得られる。
The same effect can be obtained by further providing a step (c) of performing a heat treatment in an oxygen atmosphere after the step (b).

【0024】上記誘電体膜が、Ba,Sr,Ti,P
b,Bi,Ta,Zn,Y,Mn,Ce及びMgのうち
少なくともいずれか1つを含むことにより、高誘電体膜
又は強誘電体膜となる誘電体膜について、リーク電流の
低減効果を発揮することができる。
The dielectric film is made of Ba, Sr, Ti, P
By containing at least one of b, Bi, Ta, Zn, Y, Mn, Ce, and Mg, a dielectric film serving as a high dielectric film or a ferroelectric film exhibits an effect of reducing leakage current. can do.

【0025】上記誘電体膜をチタン酸バリウム・ストロ
ンチウムによって構成することにより、誘電率の高いか
つリーク特性の良好な誘電体膜を形成することが可能と
なる。
When the dielectric film is made of barium strontium titanate, it is possible to form a dielectric film having a high dielectric constant and good leak characteristics.

【0026】上記工程(a)においては、有機金属化学
気相成長法を用いて上記誘電体膜を堆積することによ
り、デバイスの特性に悪影響を与えない低温で誘電体膜
を形成しつつ、原料となる有機物に存在する炭素を含む
物質が誘電体膜中に残留するのを有効に阻止することが
できる。
In the step (a), the dielectric film is deposited by using a metal organic chemical vapor deposition method to form the dielectric film at a low temperature which does not adversely affect the characteristics of the device. It is possible to effectively prevent a substance containing carbon present in the organic substance from remaining in the dielectric film.

【0027】上記工程(a)においては、βジケトン系
有機金属錯体を用いて上記有機金属化学気相成長を容易
に行なわせることができる。
In the step (a), the organometallic chemical vapor deposition can be easily performed by using a β-diketone-based organometallic complex.

【0028】また、上記工程(a)においては、βジケ
トン系有機金属錯体を有機溶剤に溶解したものを用いて
上記有機金属化学気相成長を行なわせることもできる。
In the step (a), the organometallic chemical vapor deposition may be carried out using a β-diketone organic metal complex dissolved in an organic solvent.

【0029】上記工程(b)における熱処理時の最高温
度が、650℃以上であることが好ましい。
The maximum temperature during the heat treatment in the step (b) is preferably 650 ° C. or higher.

【0030】上記誘電体膜を、ダイナミック・ランダム
・アクセス・メモリ(DRAM)の容量絶縁膜、強誘電
体メモリ(FeRAM)の容量絶縁膜、強誘電体ゲート
メモリ(MFS)の強誘電体膜などとして用いることに
より、狭いセル面積で所望の容量を確保することができ
る。
The dielectric film may be a capacitor insulating film of a dynamic random access memory (DRAM), a capacitor insulating film of a ferroelectric memory (FeRAM), a ferroelectric film of a ferroelectric gate memory (MFS), etc. As a result, a desired capacity can be secured with a small cell area.

【0031】たとえば、DRAMに適用すれば、DRA
Mの高集積化・大容量化が達成できる。また、同じセル
面積であればセル高さを低くすることが可能であり、例
えばDRAMとロジックとの混載には特に有効である。
For example, if applied to DRAM, DRA
High integration and large capacity of M can be achieved. In addition, if the cell area is the same, the cell height can be reduced, and this is particularly effective, for example, in the mixed mounting of DRAM and logic.

【0032】FeRAMに適用すれば、情報の書込み・
読出し時の電力消費量が小さく、発熱量も小さいFeR
AMを実現することが可能である。
If applied to FeRAM, information writing / writing
FeR with low power consumption and small heat generation during reading
It is possible to realize AM.

【0033】MFSに適用すれば、情報の書込み時の電
力消費量が小さく、発熱量も小さいMFSを実現するこ
とが可能である。
If the present invention is applied to the MFS, it is possible to realize an MFS that consumes less power when writing information and generates less heat.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態の誘電体膜の製造方法について図面を
参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) Hereinafter, a method for manufacturing a dielectric film according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0035】図1は、本実施形態の誘電体膜を用いたD
RAMのメモリセルのみを抜き出して示す断面図であ
る。図1に示すように、Si基板11上には活性領域を
取り囲む素子分離12が形成されており、この活性領域
内にはDRAMのメモリセルトランジスタとなるMOS
トランジスタが設けられている。MOSトランジスタ
は、Si基板11の上に設けられた絶縁ゲート14と、
Si基板11内における絶縁ゲート14の両側に位置す
る領域に形成されたソース・ドレイン拡散層13とによ
り構成されている。また、基板上には、シリコン酸化膜
からなる第1の層間絶縁膜15が堆積されており、この
第1の層間絶縁膜15の上に、メモリセルの容量部が設
けられている。この容量部は、第1の層間絶縁膜15の
上に形成されたPt膜からなる下部電極16と、下部電
極16の上に設けられた厚み25nm程度のBST膜か
らなる容量絶縁膜17と、容量絶縁膜17の上に設けら
れた上部電極18とにより構成されている。そして、容
量部の下部電極16は、第1の層間絶縁膜15を貫通す
るプラグ19によってメモリセルトランジスタのソース
・ドレイン拡散層13の一方に接続されている。なお、
図1の破線に示すように、第1の層間絶縁膜15の上に
堆積された第2の層間絶縁膜20の上にはDRAMのビ
ット線21が設けられており、このビット線21は、第
1,第2の層間絶縁膜15,20を貫通するプラグ22
によってソース・ドレイン拡散層13の他方に接続され
ている。
FIG. 1 shows a structure of a dielectric film using the dielectric film of the present embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing only a memory cell of a RAM. As shown in FIG. 1, an element isolation 12 surrounding an active region is formed on a Si substrate 11, and a MOS serving as a memory cell transistor of a DRAM is formed in the active region.
A transistor is provided. The MOS transistor has an insulated gate 14 provided on a Si substrate 11,
It comprises a source / drain diffusion layer 13 formed in a region located on both sides of the insulated gate 14 in the Si substrate 11. In addition, a first interlayer insulating film 15 made of a silicon oxide film is deposited on the substrate, and a capacity portion of a memory cell is provided on the first interlayer insulating film 15. The capacitance portion includes a lower electrode 16 made of a Pt film formed on the first interlayer insulating film 15, a capacitance insulating film 17 made of a BST film having a thickness of about 25 nm provided on the lower electrode 16, and And an upper electrode 18 provided on the capacitance insulating film 17. The lower electrode 16 of the capacitor is connected to one of the source / drain diffusion layers 13 of the memory cell transistor by a plug 19 penetrating the first interlayer insulating film 15. In addition,
As shown by the broken line in FIG. 1, a DRAM bit line 21 is provided on a second interlayer insulating film 20 deposited on the first interlayer insulating film 15, and this bit line 21 Plug 22 penetrating first and second interlayer insulating films 15 and 20
Is connected to the other of the source / drain diffusion layers 13.

【0036】ここで、本実施形態におけるDRAMメモ
リセルの製造工程について、図2(a)〜(d)を参照
しながら説明する。
Here, the manufacturing process of the DRAM memory cell according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0037】図2(a)に示す工程において、Si基板
11の上に、LOCOS法などを用いて、活性領域を囲
む素子分離12を形成する。さらに、基板上にシリコン
酸化膜及びポリシリコン膜を堆積した後、これらをパタ
ーニングして、活性領域の上にゲート酸化膜及びゲート
電極からなる絶縁ゲート14を形成する。そして、この
絶縁ゲート14をマスクとしてSi基板11内にヒ素イ
オンを注入して、Si基板11内における絶縁ゲート1
4の両側に位置する領域にソース・ドレイン拡散層13
を形成する。さらに、基板上に、例えば減圧化学気相成
長法によりSiO2 からなる第1の層間絶縁膜15を約
200nmの厚みで堆積する。さらに、第1の層間絶縁
膜15のリフローまたはCMPなどによる平坦化を行な
った後、第1の層間絶縁膜15にソース・ドレイン拡散
層13の一方に到達するコンタクト窓を開口する。そし
て、例えば減圧化学気相成長法により多結晶シリコンを
成膜した後、異方性を強めてドライエッチングすること
により、コンタクト窓にポリシリコンを埋め込んで、プ
ラグ19を形成する。
In the step shown in FIG. 2A, an element isolation 12 surrounding the active region is formed on the Si substrate 11 by using the LOCOS method or the like. Further, after depositing a silicon oxide film and a polysilicon film on the substrate, these are patterned to form an insulating gate 14 composed of a gate oxide film and a gate electrode on the active region. Then, arsenic ions are implanted into the Si substrate 11 using the insulating gate 14 as a mask, and the insulating gate 1 in the Si substrate 11 is implanted.
The source / drain diffusion layers 13 are located on both sides of
To form Further, a first interlayer insulating film 15 made of SiO 2 is deposited on the substrate to a thickness of about 200 nm by, for example, low pressure chemical vapor deposition. Further, after the first interlayer insulating film 15 is flattened by reflow or CMP or the like, a contact window reaching one of the source / drain diffusion layers 13 is opened in the first interlayer insulating film 15. Then, for example, after polycrystalline silicon is formed by a low pressure chemical vapor deposition method, polysilicon is embedded in the contact window by dry etching with anisotropy strengthened to form a plug 19.

【0038】次に、図2(b)に示す工程において、基
板上に、例えばDCスパッタ法を用いて、基板温度30
0℃で、Ptを100nmの厚みで堆積することによ
り、第1のPt膜16xを形成する。その後、上記従来
の技術において説明したMOCVD装置を用いて、基板
上にBST膜17xを堆積する。すなわち、β−ジケト
ン系有機金属錯体であるBa(DPM)2 、Sr(DP
M)2 、Ti(O−iPr)2 (DPM)2 をn−酢酸
ブチルにそれぞれ0.1mol/Lの濃度で溶解して作
成した液体材料を混合した後、この混合体を220℃に
昇温して気化し、この気化された原料ガスをArガスに
よって搬送することで、反応炉内に原料ガスを導入す
る。そして、反応炉内においては、圧力5Torr、酸
素分圧25%の雰囲気下で、例えば450℃に加熱した
基板上で原料ガスを反応させることにより、第1のPt
膜16xの上にBST膜17xを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 2B, a substrate temperature of 30 is formed on the substrate by using, for example, DC sputtering.
At 0 ° C., a first Pt film 16x is formed by depositing Pt with a thickness of 100 nm. Thereafter, the BST film 17x is deposited on the substrate by using the MOCVD apparatus described in the above-mentioned conventional technique. That is, Ba (DPM) 2 , Sr (DP
M) 2 , and liquid materials prepared by dissolving Ti (O-iPr) 2 (DPM) 2 in n-butyl acetate at a concentration of 0.1 mol / L each were mixed, and the mixture was heated to 220 ° C. The raw material gas is heated and vaporized, and the vaporized raw material gas is transported by Ar gas, thereby introducing the raw material gas into the reaction furnace. In the reaction furnace, the first Pt is reacted by reacting the source gas on a substrate heated to, for example, 450 ° C. in an atmosphere of a pressure of 5 Torr and an oxygen partial pressure of 25%.
A BST film 17x is formed on the film 16x.

【0039】次に、図2(b)に示す状態で、基板を7
00℃に約1分間保持し、BST膜の結晶化のための熱
処理を行なう。
Next, in the state shown in FIG.
The temperature is held at 00 ° C. for about 1 minute, and a heat treatment for crystallization of the BST film is performed.

【0040】次に、図2(c)に示す工程において、基
板上にスパッタ法を用いて、Ptを100nmの厚みで
堆積することにより、BST膜17xの上に第2のPt
膜18xを形成する。
Next, in the step shown in FIG. 2C, Pt is deposited to a thickness of 100 nm on the substrate by sputtering to form a second Pt on the BST film 17x.
The film 18x is formed.

【0041】次に、図2(d)に示す工程において、第
1のPt膜16x,BST膜17x,及び第2のPt膜
18xをパターニングすることにより、下部電極16,
容量絶縁膜17及び上部電極18からなる容量部を形成
する。この容量部内の下部電極16は、プラグ19によ
って、メモリトランジスタのソース・ドレイン拡散層1
3の一方に接続されている。
Next, in the step shown in FIG. 2D, the first electrode 16x, the BST film 17x, and the second Pt film 18x are patterned to form the lower electrode 16,
A capacitance portion including the capacitance insulating film 17 and the upper electrode 18 is formed. The lower electrode 16 in this capacitance portion is connected to the source / drain diffusion layer 1 of the memory transistor by the plug 19.
3 is connected to one of them.

【0042】その後の工程の図示は省略するが、第2の
層間絶縁膜の堆積、コンタクト窓の形成及び埋め込み、
ビット線の形成などの工程を行なって、DRAMのメモ
リセルを形成する。
Although illustration of subsequent steps is omitted, deposition of a second interlayer insulating film, formation and embedding of contact windows,
Steps such as formation of a bit line are performed to form a memory cell of the DRAM.

【0043】ここで、本実施形態の特徴である,図2
(b)に示す熱処理工程について、以下に詳細に説明す
る。
Here, FIG. 2 is a characteristic of this embodiment.
The heat treatment step shown in (b) will be described in detail below.

【0044】MOCVD法による成膜方式は、液体原料
として多量の炭素を含有する化合物を用いるため、MO
CVD法によって成膜された高誘電体膜であるBST膜
17x中にも多量のカーボン化合物が残留することにな
る。そして、本発明者らは、以下に示す実験データに基
づいて、BST膜にカーボン化合物を残留させたままB
STの結晶化を行うと、BST膜のリーク電流が大きく
なることを見いだした。
In the film formation method by the MOCVD method, a compound containing a large amount of carbon is used as a liquid raw material.
A large amount of carbon compound also remains in the BST film 17x, which is a high dielectric film formed by the CVD method. Then, based on the experimental data shown below, the present inventors made the BST film with the carbon compound remaining on the BST film.
It has been found that when ST is crystallized, the leakage current of the BST film increases.

【0045】図3は、発明者が行なった実験の結果得ら
れた,BST膜からのカーボン化合物の脱離挙動につい
てのデータを示す図である。同図において、横軸は熱処
理温度を表しており、縦軸は熱処理によって脱離するカ
ーボン化合物の量に応じた検出イオン電流強度(任意単
位)を表している。ここでは、モニター対象となるカー
ボン化合物として、特に脱離挙動が顕著であった分子量
28のカーボン化合物であるCO2 を利用し、それぞれ
450℃,600℃で成膜された2種類のBST膜につ
いて、昇温によるCO2 の脱離量の測定を行なってい
る。ガス分析の測定質量範囲は1〜100(amu)
で、昇温速度が10℃/minである。
FIG. 3 is a diagram showing data on the desorption behavior of a carbon compound from a BST film obtained as a result of an experiment conducted by the inventor. In the figure, the horizontal axis represents the heat treatment temperature, and the vertical axis represents the detected ion current intensity (arbitrary unit) according to the amount of the carbon compound desorbed by the heat treatment. Here, as the carbon compounds to be monitored, especially desorption behavior using CO 2 as a carbon compound of a molecular weight 28 prominent, 450 ° C., respectively, the two types of BST film formed at 600 ° C. The amount of CO 2 desorbed due to the temperature rise is measured. The measured mass range of gas analysis is 1 to 100 (amu)
And the rate of temperature rise is 10 ° C./min.

【0046】図3に示されているように、カーボン化合
物の脱離は600℃を少し越えたところから始まり、7
00℃付近で脱離量のピーク値を示することが分かる。
これは、450℃で成膜したBST膜と600℃で成膜
したBST膜とに共通する事実であり、カーボン化合物
の脱離現象と成膜温度との間には関連性が薄いことが示
されている。
As shown in FIG. 3, the desorption of the carbon compound starts from a little over 600 ° C.
It can be seen that the peak value of the desorption amount is shown around 00 ° C.
This is a fact common to the BST film formed at 450 ° C. and the BST film formed at 600 ° C., indicating that there is little relationship between the desorption phenomenon of the carbon compound and the film formation temperature. Have been.

【0047】図4は、窒素雰囲気中,700℃で結晶化
のための熱処理を施したときの保持時間とBST膜の比
誘電率との相関関係を示す図である。すなわち、図3の
データから700℃付近でカーボン化合物の脱離量がピ
ークとなることから、700℃付近で多くのカーボン化
合物が脱離してしまうことが考えられるので、これを確
認するために行なった実験のデータを示すものである。
図4に示されているように、保持時間が1分間程度で、
比誘電率が150を越えるBST膜が得られることがわ
かる。上記従来のMOCVD法によるBST膜の結晶化
のための熱処理においては、比誘電率が150のBST
膜を得るためには、600℃で30分間の熱処理を行な
う必要があった。それに対し、本実施形態のように70
0℃の熱処理を行なう場合には、従来の方法に比べる
と、BST膜の結晶化がはるかに高速で進行することに
よるものと考えられる。また、図4には、保持時間が1
5分間程度になると、比誘電率200という高い比誘電
率を有するBST膜が得られることも示されている。
FIG. 4 is a diagram showing the correlation between the holding time and the relative dielectric constant of the BST film when a heat treatment for crystallization is performed at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere. That is, since the desorption amount of the carbon compound peaks at around 700 ° C. from the data in FIG. 3, it is considered that many carbon compounds are desorbed at around 700 ° C. 9 shows the data of the experiment.
As shown in FIG. 4, the holding time is about one minute,
It can be seen that a BST film having a relative dielectric constant exceeding 150 can be obtained. In the heat treatment for crystallization of the BST film by the conventional MOCVD method, a BST film having a relative dielectric constant of 150 is used.
In order to obtain a film, it was necessary to perform heat treatment at 600 ° C. for 30 minutes. In contrast, as in the present embodiment, 70
When the heat treatment at 0 ° C. is performed, it is considered that the crystallization of the BST film proceeds at a much higher speed than the conventional method. Further, FIG.
It is also shown that a BST film having a relative dielectric constant as high as 200 can be obtained in about 5 minutes.

【0048】図5は、窒素雰囲気中,700℃で結晶化
のための熱処理を施したときの保持時間と+1[V]印
加時のリーク電流密度(A/cm2 )との相関関係を示
す図である。同図に示すように、保持時間が長くなって
もBST膜のリーク電流は増大せず、10-6(A/cm
2 )をわずかに越える程度の良好なリーク特性が得られ
ている。
FIG. 5 shows the correlation between the retention time when a heat treatment for crystallization is performed at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere and the leak current density (A / cm 2 ) when +1 [V] is applied. FIG. As shown in the figure, the leakage current of the BST film does not increase even if the holding time is longer, and the leakage current is 10 −6 (A / cm).
Good leak characteristics slightly exceeding 2 ) are obtained.

【0049】上述のように、熱処理温度が600℃と7
00℃とでは、比誘電率に影響を与える結晶化の過程
と、リーク電流に影響を与えるカーボン化合物の脱離過
程とが異なっているように考えられる。以下、その点に
ついて考察する。
As described above, when the heat treatment temperature is 600.degree.
At 00 ° C., the crystallization process that affects the relative dielectric constant and the desorption process of the carbon compound that affects the leak current seem to be different. Hereinafter, this point will be considered.

【0050】図6(a)〜(c)は、熱処理条件による
高誘電体膜のカーボン化合物の残留状態の相違を示すた
めの断面図である。以下においては、高誘電体膜が本実
施形態のBST膜17xであり、下地が第1のPt膜1
6xであるとして、図6(a)〜(c)に示す高誘電体
膜中のカーボン化合物の状態について説明する。
FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views showing the difference in the residual state of the carbon compound in the high dielectric film depending on the heat treatment conditions. In the following, the high dielectric film is the BST film 17x of the present embodiment, and the base is the first Pt film 1
6 (a) to 6 (c), the state of the carbon compound in the high dielectric film will be described.

【0051】図6(a)はas−depo.におけるB
ST膜17xの構造を概念的に説明するための断面図で
ある。図6(a)に示すように、低温で成膜されたBS
T膜17xは、as−depo.の状態では非晶質状態
であり、BST膜17x中には多くのカーボン化合物2
5が含まれていることはすでに説明した通りである。し
かしながら、BST膜17xが非晶質であるために、こ
の状態ではリーク経路が形成されにくく、BST膜17
xのリーク電流密度は小さい。このことは、図5や図1
4に示されるように、as−depo.におけるリーク
電流量が10-8(A/cm-2)と極めて小さいことから
も明らかである。
FIG. 6A shows an example of as-depo. B in
FIG. 5 is a cross-sectional view for conceptually explaining the structure of an ST film 17x. As shown in FIG. 6A, BS formed at a low temperature
The T film 17x has an as-depo. Is in an amorphous state, and many carbon compounds 2 are contained in the BST film 17x.
5 is included as described above. However, since the BST film 17x is amorphous, a leak path is difficult to be formed in this state, and the BST film 17x is not formed.
The leakage current density of x is small. This is shown in FIG. 5 and FIG.
4, as-depo. It is also evident from the fact that the amount of leakage current at the time of is extremely small at 10 -8 (A / cm -2 ).

【0052】図6(b)は、この非晶質状態のBST膜
17xを600℃で熱処理したときのBST膜17xの
構造を概念的に説明するための断面図である。図3に示
すデータからわかるように、600℃での熱処理によっ
ては、カーボン化合物25はほとんど脱離しないので、
BST膜17xは多くのカーボン化合物25を含んだま
ま結晶化することになる。このとき、残留するカーボン
化合物25は、一般的には結晶化したBST膜17xの
結晶粒界に偏析しやすいと考えられる。そして、結晶粒
界に偏析した場合には、特に電流が通りやすくなってリ
ーク経路を形成する。また、カーボン化合物25は、結
晶粒界内に存在しても、可動イオン種を生ぜしめる源と
なりうる。その結果、残留するカーボン化合物25によ
ってBST膜17xのリーク特性が悪化すると考えられ
る。
FIG. 6B is a sectional view conceptually illustrating the structure of the BST film 17x when the amorphous BST film 17x is heat-treated at 600 ° C. As can be seen from the data shown in FIG. 3, the carbon compound 25 hardly desorbs by the heat treatment at 600 ° C.
The BST film 17x is crystallized while containing many carbon compounds 25. At this time, it is considered that the remaining carbon compound 25 generally tends to segregate at crystal grain boundaries of the crystallized BST film 17x. Then, when segregated at the crystal grain boundaries, the current is particularly likely to flow, thereby forming a leak path. Further, even if the carbon compound 25 exists in the crystal grain boundary, it can be a source for generating mobile ion species. As a result, it is considered that the leakage characteristic of the BST film 17x is deteriorated by the remaining carbon compound 25.

【0053】図6(c)は、この非晶質状態のBST膜
17xを700℃で熱処理したときのBST膜17xの
構造を概念的に説明するための断面図である。図3及び
図5に示すデータから容易に推測できるように、700
℃の高温熱処理によってBST膜17x中のカーボン化
合物25はBST膜17xから脱離する。この時、カー
ボン化合物25が脱離したあとのBST膜17xにおい
て、BSTの結晶化が完了していなければBST中の各
要素間の結合が不安定である上に、高温であることから
BSTが内部での反応が生じやすい活性状態であるため
に、短時間でBST結晶が形成される。すなわち、70
0℃の高温熱処理においては、BST膜17xにおいて
短時間の間にカーボン化合物の脱離とBSTの結晶化が
進行し、結果としてカーボン化合物含有量が少ないため
リーク特性の良好なBST膜を得ることが可能である。
FIG. 6C is a cross-sectional view for conceptually explaining the structure of the BST film 17x when the BST film 17x in the amorphous state is heat-treated at 700 ° C. As can be easily inferred from the data shown in FIGS.
The carbon compound 25 in the BST film 17x is desorbed from the BST film 17x by the high-temperature heat treatment of ° C. At this time, in the BST film 17x after the carbon compound 25 has been desorbed, if the crystallization of BST is not completed, the bonding between each element in BST is unstable, and since the temperature is high, the BST BST crystals are formed in a short time because of an active state in which a reaction occurs easily inside. That is, 70
In the high-temperature heat treatment at 0 ° C., the desorption of the carbon compound and the crystallization of the BST progress in a short time in the BST film 17x, and as a result, a BST film having good leak characteristics can be obtained because the carbon compound content is small. Is possible.

【0054】なお、カーボン化合物の効率的な除去に
は、脱離量のピーク値を示す温度よりも50℃低い温度
以上の温度における熱処理が特に有効であった。
For efficient removal of the carbon compound, heat treatment at a temperature of 50 ° C. or lower than the temperature at which the peak value of the amount of desorption occurs was particularly effective.

【0055】ただし、熱処理の保持温度が高くても、保
持温度になるまでの昇温速度があまりに遅いとBSTの
結晶化の開始温度がカーボン化合物の脱離温度よりも低
いことから、カーボン化合物の脱離が進行しないうちに
BSTの熱的な結晶化が進行する。そして、BSTの結
晶化によってBST膜全体が安定な状態になると、カー
ボン化合物が脱離しにくくなるようである。したがっ
て、昇温速度を高くすることにより、カーボン化合物の
脱離とBSTの結晶化とが効果的に行なわれているもの
と考えられる。本実施形態に関する実験からは、毎分
0.2℃以上の速度で昇温することが望ましいことがわ
かった。特に、ラピッド・サーマル・アニーリング(R
TA)は有効な熱処理方法であった。
However, even if the holding temperature of the heat treatment is high, if the rate of temperature rise until the holding temperature is too slow, the crystallization start temperature of BST is lower than the desorption temperature of the carbon compound. Before elimination proceeds, thermal crystallization of BST proceeds. Then, when the entire BST film is brought into a stable state by crystallization of BST, it seems that the carbon compound is hard to be desorbed. Therefore, it is considered that the desorption of the carbon compound and the crystallization of BST are effectively performed by increasing the heating rate. Experiments on the present embodiment have shown that it is desirable to increase the temperature at a rate of 0.2 ° C. or more per minute. In particular, rapid thermal annealing (R
TA) was an effective heat treatment method.

【0056】また、カーボン化合物は、一酸化炭素や二
酸化炭素などの酸素を含む分子状態で脱離する割合が大
きいことから、BSTなどの酸化物においては、酸素が
欠損した結晶が形成されやすくなる。このような酸素欠
損がある状態は、結晶中においてプラスイオンとなるポ
テンシャル状態であるため、酸素欠損のある部位には電
子が滞留しやすい。そのため、酸素欠損の存在はリーク
電流が生じる一要因となる。そこで、BST膜17xに
結晶化のための熱処理を施した後、酸素欠損を補償する
ためにさらに酸化雰囲気中で熱処理を施すことにより、
リーク電流を有効に低減することができる。このような
酸素欠陥をなくすための熱処理は、例えば、酸素雰囲気
中,大気圧で、550℃,30minといった条件下で
行なわれる。また、最初の熱処理を酸化雰囲気下で行っ
ても同様の効果が得られる。
Further, since a large amount of the carbon compound is desorbed in a molecular state containing oxygen such as carbon monoxide or carbon dioxide, in an oxide such as BST, a crystal lacking oxygen is easily formed. . Such a state in which oxygen vacancies exist is a potential state in which positive ions are formed in the crystal, and thus electrons tend to stay in a portion having oxygen vacancies. Therefore, the presence of oxygen deficiency is one factor that causes a leak current. Therefore, by performing a heat treatment for crystallization on the BST film 17x, and further performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere to compensate for oxygen deficiency,
Leakage current can be effectively reduced. The heat treatment for eliminating such oxygen defects is performed, for example, in an oxygen atmosphere at atmospheric pressure, at 550 ° C., for 30 minutes. Similar effects can be obtained even if the first heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere.

【0057】なお、本実施形態においては、下部電極1
6を第1のPt膜16xから形成しているために、RT
Aなどの短時間の熱処理によっても、900℃以上の高
温ではBST膜17xへのPtのマイグレーションが生
じ、BST膜17xの絶縁性が悪化した。しかしなが
ら、この現象は下部電極Ptの材料としての特性による
ものであり、本実施形態の誘電体膜の製造方法を限定す
るものではない。例えば、Nbをドープしたチタン酸ス
トロンチウムなどの高温での安定性に優れた導電性材料
により下部電極を構成すれば、絶縁性は悪化しなかっ
た。
In this embodiment, the lower electrode 1
6 is formed from the first Pt film 16x,
Even with a short-time heat treatment such as A, Pt migration to the BST film 17x occurred at a high temperature of 900 ° C. or higher, and the insulating property of the BST film 17x deteriorated. However, this phenomenon is due to the characteristics of the material of the lower electrode Pt, and does not limit the method for manufacturing the dielectric film of the present embodiment. For example, if the lower electrode was formed of a conductive material having excellent stability at high temperatures such as strontium titanate doped with Nb, the insulating property did not deteriorate.

【0058】本実施形態によるBST膜の製造方法によ
れば、MOCVD法によりBST膜を形成した後、高い
温度で熱処理を行なうことにより、BST膜からカーボ
ン化合物を効率的に除去することができ、リーク電流の
小さいBST膜を形成することができる。特に、高温保
持に至るまでの昇温速度を高くすることにより、BST
膜からカーボン化合物を効率的に除去しつつBSTの結
晶化を促進することが可能である。その結果、比誘電率
が高く、かつリーク電流の小さいBST膜を形成するこ
とができる。
According to the method of manufacturing the BST film according to the present embodiment, the carbon compound can be efficiently removed from the BST film by forming the BST film by the MOCVD method and then performing a heat treatment at a high temperature. A BST film with small leakage current can be formed. In particular, by increasing the heating rate up to the high temperature holding, the BST
It is possible to promote crystallization of BST while efficiently removing the carbon compound from the film. As a result, a BST film having a high relative dielectric constant and a small leak current can be formed.

【0059】そして、本実施形態のBST膜の製造方法
により形成されたBST膜をDRAMのセルの容量絶縁
膜などとして用いれば、狭いセル面積で所望の容量を確
保することが可能であるため、DRAMにおいては高集
積化・大容量化が達成できる。また、同じセル面積であ
ればセル高さを低くすることも可能であり、例えばDR
AMとロジックの混載には特に有効である。
If the BST film formed by the method of manufacturing a BST film according to the present embodiment is used as a capacitor insulating film of a DRAM cell or the like, a desired capacity can be secured with a small cell area. In the DRAM, high integration and large capacity can be achieved. If the cell area is the same, the cell height can be reduced.
This is particularly effective for mixed mounting of AM and logic.

【0060】なお、本実施形態では、高誘電体膜をBS
Tにより構成したが、本発明の誘電体膜は、この実施形
態の構造に限定されるものではない。誘電体膜として高
誘電体膜を利用する場合でも、高誘電体膜を構成する材
料として、BST以外に、例えば化学式RMX3 で示さ
れる複合酸化物の構造であるペロブスカイト構造を有す
る誘電体材料(BaTiO3 ,SrTiO3 ,PbTi
3 など)や、酸化セリウム、酸化タンタル、酸化亜
鉛、マンガン酸イットリウム、酸化マグネシウムなどの
高誘電体材料を用いることができる。このような材料で
あっても、as−depo.の状態でカーボン化合物を
含有することがあるが、本発明の方法を適用することに
より、形成される高誘電体膜のリーク低減という効果を
発揮することができる。また、材料や条件を適宜選択す
ることで、比誘電率の向上という効果をも発揮すること
ができる。
In this embodiment, the high dielectric film is formed of BS.
Although constituted by T, the dielectric film of the present invention is not limited to the structure of this embodiment. Even when using a high dielectric film as a dielectric film, as the material constituting the high dielectric film, other than BST, for example, a dielectric material having a perovskite structure is a structure of a composite oxide represented by the chemical formula RMX 3 ( BaTiO 3 , SrTiO 3 , PbTi
O 3, etc.) and, cerium oxide, tantalum oxide, zinc oxide, manganese oxide, yttrium can be used high-dielectric material such as magnesium oxide. Even with such a material, as-depo. In some cases, a carbon compound may be contained in the state described above, but by applying the method of the present invention, the effect of reducing leakage of the formed high dielectric film can be exerted. Further, by appropriately selecting the materials and conditions, an effect of improving the relative dielectric constant can be exerted.

【0061】また、誘電体膜を構成する材料が高誘電体
材料以外の誘電体材料,例えば後述する第3の実施形態
で説明するように、チタン酸ジルコン酸鉛やタンタル酸
ストロンチウム・ビスマス、チタン酸ビスマスなどの強
誘電体膜であってもよい。かかる強誘電体膜の製造方法
に本発明の方法を適用することにより、リークの小さい
良好な強誘電体膜を形成することが可能である。また、
材料や条件を適宜選択することで、誘電分極の大きさの
向上という効果をも発揮することができる。
Further, the dielectric film is made of a dielectric material other than a high dielectric material, such as lead zirconate titanate, strontium bismuth tantalate, and titanium as described in a third embodiment described later. It may be a ferroelectric film such as bismuth acid. By applying the method of the present invention to such a method of manufacturing a ferroelectric film, it is possible to form a good ferroelectric film having a small leak. Also,
By appropriately selecting the materials and conditions, the effect of improving the magnitude of the dielectric polarization can also be exerted.

【0062】また、本実施形態においては、特にMOC
VD法により形成された誘電体膜に結晶化のための熱処
理を行なう場合を例にとって説明したが、本発明の方法
は、誘電体膜中に残留カーボン化合物が残るような堆積
方法によって形成された誘電体膜全般に適用することが
できる。例えば、いわゆるゾル・ゲル法やMOD法など
の塗布・焼結により形成された誘電体膜においても、誘
電体膜中には多量のカーボン化合物が残留している。ま
た、スパッタ法により成膜された誘電体膜においても、
ターゲット材料や、装置構造によってはターゲット以外
からのカーボン化合物の混入により、誘電体膜中にカー
ボン化合物が残留することがある。かかる場合において
も、本発明の誘電体膜の製造方法を適用することによ
り、リークの小さい誘電体膜を得ることができる。
In this embodiment, the MOC
Although the case where the heat treatment for crystallization is performed on the dielectric film formed by the VD method has been described as an example, the method of the present invention is formed by a deposition method in which a residual carbon compound remains in the dielectric film. It can be applied to all dielectric films. For example, even in a dielectric film formed by coating and sintering by a so-called sol-gel method or MOD method, a large amount of a carbon compound remains in the dielectric film. Also, in a dielectric film formed by a sputtering method,
Depending on the target material and the structure of the device, the carbon compound may remain in the dielectric film due to the incorporation of a carbon compound other than the target. Even in such a case, a dielectric film having a small leak can be obtained by applying the method for manufacturing a dielectric film of the present invention.

【0063】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0064】本実施形態においては、上記第1の実施形
態におけるDRAMのメモリセルと同様の構造を有する
メモリセルの製造方法について説明する。そして、本実
施形態におけるメモリセルの製造方法は、基本的に図2
(a)〜(d)に示す工程を同じであるが、図2(b)
に示す工程における熱処理条件のみが第1の実施形態の
方法とは異なる。
In the present embodiment, a method for manufacturing a memory cell having the same structure as the memory cell of the DRAM in the first embodiment will be described. The method of manufacturing a memory cell according to this embodiment is basically the same as that of FIG.
The steps shown in (a) to (d) are the same, but FIG.
Only the heat treatment conditions in the process shown in (1) are different from those in the method of the first embodiment.

【0065】図7は、600℃において成膜したBST
膜を昇温させたときのカーボン化合物の脱離挙動を示す
図である。同図において、横軸は熱処理温度を表してお
り、縦軸は熱処理によって脱離するカーボン化合物の量
に応じた検出イオン電流強度(任意単位)を表してい
る。ここでは、モニター対象となるカーボン化合物とし
て、特に脱離挙動が顕著であった分子量28のカーボン
化合物であるCO2 を利用し、700℃,30分間の熱
処理が大気圧の窒素雰囲気下又は大気圧の酸素雰囲気下
で施されたBST膜と、as−depo.のBST膜と
を比較している。ガス分析の測定質量範囲は1〜100
(amu)で、昇温速度が10℃/minである。同図
から明らかなように、酸素雰囲気下で熱処理を施された
ものは、700℃の熱処理温度であっても、脱離しやす
いカーボン化合物はほぼ完全に脱離されている。なお、
窒素雰囲気下におけるよりも少なくとも20℃低い温度
で熱処理を行なっても、窒素雰囲気下と同等の脱離効果
を発揮することも確認されている。これは、酸化性ガス
雰囲気下においては、BST膜中でCx y z の不安
定な形で結合しているカーボン化合物が酸化され、CO
2 やH2 Oといった気体分子に化学変化するからと考え
られる。
FIG. 7 shows a BST film formed at 600 ° C.
FIG. 4 is a view showing the desorption behavior of a carbon compound when the temperature of the film is increased. In the figure, the horizontal axis represents the heat treatment temperature, and the vertical axis represents the detected ion current intensity (arbitrary unit) according to the amount of the carbon compound desorbed by the heat treatment. Here, as a carbon compound to be monitored, CO 2 which is a carbon compound having a molecular weight of 28, whose desorption behavior was particularly remarkable, was used, and heat treatment at 700 ° C. for 30 minutes was performed under a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure or atmospheric pressure. A BST film formed in an oxygen atmosphere of as-depo. Is compared with the BST film. The measured mass range of gas analysis is 1 to 100
In (amu), the heating rate is 10 ° C./min. As is clear from the figure, in the case where the heat treatment was performed in an oxygen atmosphere, the easily desorbed carbon compound was almost completely desorbed even at a heat treatment temperature of 700 ° C. In addition,
It has been confirmed that even when heat treatment is performed at a temperature lower by at least 20 ° C. than in a nitrogen atmosphere, a desorption effect equivalent to that in a nitrogen atmosphere is exhibited. This is because in the oxidizing gas atmosphere, the carbon compounds is oxidized attached in an unstable form of C x H y O z with BST film, CO
It is considered that they are chemically changed into gas molecules such as 2 and H 2 O.

【0066】その結果、本実施形態の熱処理方法による
と、BST膜に酸化性ガス雰囲気下で熱処理を施すこと
により、BST膜中のカーボン化合物が酸化されてBS
T膜から脱離しやすい気体分子に変化することを利用し
て、より効率的にカーボン化合物を脱離させることがで
きる。
As a result, according to the heat treatment method of the present embodiment, the carbon compound in the BST film is oxidized by performing the heat treatment on the
The carbon compound can be more efficiently desorbed by utilizing the change into gas molecules that are easily desorbed from the T film.

【0067】特に、Si基板を用いた半導体デバイスに
おいては、高温処理を行なうとトランジスタや配線の特
性に悪影響を与えることから、デバイスの製造時におけ
る熱履歴の管理が重要である。その点、本実施形態の熱
処理方法においては、熱処理温度の低温化を図ることが
できるので、DRAMなどのSi基板を用いて形成され
るデバイスの製造には、プロセス上有利な方法といえ
る。
In particular, in a semiconductor device using a Si substrate, high-temperature processing adversely affects the characteristics of transistors and wirings. Therefore, it is important to manage the thermal history during device manufacturing. In this regard, in the heat treatment method of the present embodiment, since the heat treatment temperature can be lowered, it can be said that it is a process advantageous method for manufacturing a device formed using a Si substrate such as a DRAM.

【0068】なお、真空中での熱処理についても実験を
行なったが、現在のところ大気圧の窒素雰囲気下におけ
る熱処理に比較してややカーボン化合物の除去効果が大
きい結果を得ているが、窒素雰囲気下における効果と有
意義な差はなかった。これは、真空中ではカーボン化合
物自体に特別の変化を生ぜしめることができないからと
考えられる。
An experiment was also conducted on a heat treatment in a vacuum. At present, a result that the carbon compound removal effect is slightly larger than that of a heat treatment in a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure is obtained. There was no significant difference from the effect on This is presumably because no special change can be made to the carbon compound itself in a vacuum.

【0069】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0070】図8は、本実施形態の誘電体膜を用いた強
誘電体メモリ(以下、FeRAMと表記する)のメモリ
セルのみを抜き出して示す断面図である。図8に示すよ
うに、Si基板11上には活性領域を取り囲む素子分離
12が形成されており、この活性領域内にはDRAMの
メモリセルトランジスタとなるMOSトランジスタが設
けられている。MOSトランジスタは、Si基板11の
上に設けられた絶縁ゲート14と、Si基板11内にお
ける絶縁ゲート14の両側に位置する領域に形成された
ソース・ドレイン拡散層13とにより構成されている。
また、基板上には、シリコン酸化膜からなる第1の層間
絶縁膜15が堆積されており、この第1の層間絶縁膜1
5の上に、メモリセルの容量部が設けられている。この
容量部は、第1の層間絶縁膜15の上に形成されたPt
膜からなる下部電極26と、下部電極26の上に設けら
れた厚み150nm程度の強誘電体膜であるタンタル酸
ストロンチウム・ビスマス(以下、SBTと表記する)
からなる容量絶縁膜27と、容量絶縁膜27の上に設け
られた上部電極28とにより構成されている。そして、
容量部の下部電極16は、第1の層間絶縁膜15を貫通
するプラグ19によってメモリセルトランジスタのソー
ス・ドレイン拡散層13の一方に接続されている。な
お、図1の破線に示すように、第1の層間絶縁膜15の
上に堆積された第2の層間絶縁膜20の上にはDRAM
のビット線21が設けられており、このビット線21
は、第1,第2の層間絶縁膜15,20を貫通するプラ
グ22によってソース・ドレイン拡散層13の他方に接
続されている。
FIG. 8 is a sectional view showing only a memory cell of a ferroelectric memory (hereinafter referred to as FeRAM) using the dielectric film of the present embodiment. As shown in FIG. 8, an element isolation 12 surrounding an active region is formed on a Si substrate 11, and a MOS transistor serving as a memory cell transistor of a DRAM is provided in the active region. The MOS transistor includes an insulated gate 14 provided on a Si substrate 11 and source / drain diffusion layers 13 formed in regions located on both sides of the insulated gate 14 in the Si substrate 11.
A first interlayer insulating film 15 made of a silicon oxide film is deposited on the substrate.
5 is provided with a capacitor portion of a memory cell. This capacitance portion is formed by the Pt formed on the first interlayer insulating film 15.
A lower electrode 26 made of a film, and strontium bismuth tantalate (hereinafter referred to as SBT) which is a ferroelectric film having a thickness of about 150 nm provided on the lower electrode 26
And a top electrode 28 provided on the capacitor insulating film 27. And
The lower electrode 16 of the capacitance section is connected to one of the source / drain diffusion layers 13 of the memory cell transistor by a plug 19 penetrating the first interlayer insulating film 15. As shown by a broken line in FIG. 1, a DRAM is formed on the second interlayer insulating film 20 deposited on the first interlayer insulating film 15.
Bit line 21 is provided.
Is connected to the other of the source / drain diffusion layers 13 by plugs 22 penetrating the first and second interlayer insulating films 15 and 20.

【0071】ここで、本実施形態においても、メモリセ
ルトランジスタの各部や、第1の層間絶縁膜15,下部
電極26,上部電極28,プラグ19などの形成方法は
上記第1の実施形態と同じであって、容量絶縁膜27の
形成方法のみが異なるので、以下においてはその部分に
ついてのみ説明する。
Here, also in the present embodiment, the method of forming each part of the memory cell transistor, the first interlayer insulating film 15, the lower electrode 26, the upper electrode 28, the plug 19, and the like are the same as those in the first embodiment. However, only the method of forming the capacitive insulating film 27 is different, and only the portion will be described below.

【0072】本実施形態においては、第1の実施形態で
述べた製造方法と同様に、残留カーボン化合物の脱離が
活性な温度、例えば800℃でSBT膜に熱処理を施す
ことにより、SBT膜中の残留カーボン化合物を脱離さ
せた後に、SBTを結晶化させることができる。その結
果、上記第1の実施形態と同様の原理により、カーボン
化合物を効率よく脱離させることができるので、SBT
膜をパターニングして形成される容量絶縁膜27のリー
ク電流を低減することができる。特に、FeRAMにお
いては、上部電極28と下部電極26との間の電位差に
より強誘電体膜である容量絶縁膜27の分極方向を変化
させて情報の書込みを行い、かつ、上部電極28と下部
電極26との間に所定の電圧を印加した際に流れる電流
値を測定することにより情報の読出しを行う。この時、
容量絶縁膜27のリーク電流が小さいことによって、書
込み・読出し時の電圧印加時の漏れ電流を低減できるた
め、各セルの電力消費を低減することが可能である。こ
のため、本実施形態の製造方法の強誘電体膜を用いるこ
とにより、電力消費量が小さく、発熱量も小さいFeR
AMを実現することが可能である。
In this embodiment, similarly to the manufacturing method described in the first embodiment, the SBT film is subjected to a heat treatment at a temperature at which the desorption of the residual carbon compound is active, for example, 800 ° C. After desorbing the residual carbon compound, SBT can be crystallized. As a result, the carbon compound can be efficiently desorbed according to the same principle as that of the first embodiment.
The leakage current of the capacitor insulating film 27 formed by patterning the film can be reduced. In particular, in the FeRAM, information is written by changing the polarization direction of the capacitor insulating film 27, which is a ferroelectric film, by the potential difference between the upper electrode 28 and the lower electrode 26. The information is read out by measuring the value of the current flowing when a predetermined voltage is applied between the information processing device and the device. At this time,
Since the leak current of the capacitor insulating film 27 is small, the leak current at the time of voltage application at the time of writing / reading can be reduced, so that the power consumption of each cell can be reduced. Therefore, by using the ferroelectric film of the manufacturing method of the present embodiment, the power consumption is small and the heat generation amount is small.
It is possible to realize AM.

【0073】(第4の実施形態)次に、本発明の第4の
実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0074】図9(a),(b)は、本実施形態の強誘
電体膜を用いた強誘電体ゲートメモリ(以下、MFSと
表記する)の動作原理を説明するために、メモリセルの
部分のみを抜き出して示す断面図である。
FIGS. 9A and 9B are views showing the operation principle of a ferroelectric gate memory (hereinafter, referred to as MFS) using a ferroelectric film of the present embodiment. It is sectional drawing which extracts and shows only a part.

【0075】図9(a),(b)に示すように、本実施
形態におけるMFSのメモリセルは、Bがドープされた
P型のSi基板55上に形成された厚み約150nmの
SBT膜からなる強誘電体膜51と、強誘電体膜51の
上に形成されたPt(白金)膜からなるゲート電極53
と、Si基板55内における強誘電体膜51の両側に位
置する領域にP(リン)をドープして形成されたソース
領域57a及びドレイン領域57bとにより構成されて
いる。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the MFS memory cell according to the present embodiment is made of an SBT film having a thickness of about 150 nm formed on a P-type Si substrate 55 doped with B. Ferroelectric film 51 and a gate electrode 53 made of a Pt (platinum) film formed on the ferroelectric film 51
And a source region 57a and a drain region 57b formed by doping P (phosphorus) into regions located on both sides of the ferroelectric film 51 in the Si substrate 55.

【0076】ここで、Si基板55は電気的に接地され
ており、強誘電体膜51は、ゲート電極53に直前に印
加されていた電界の向きに応じて、図9(a)または図
9(b)の「+」,「−」で示すいずれかの状態に分極
している。そして、強誘電体層51の分極状態により、
これを打ち消す極性の誘起電荷59がSi基板55の表
面付近の領域に誘起される。図9(a)に示す状態にお
いては、ゲート電極53に印加される電圧が正から0に
変化することにより、Si基板55の表面付近の領域に
は、この変化をうち消すような負の誘起電荷59が生じ
るため、ソース部57aとドレイン部57bの間に電位
差を与えると、ドレイン電流IDが流れる。しかしなが
ら、図9(b)に示す状態においては、ゲート電極53
に印加される電圧が負から0に変化することにより、S
i基板55の表面付近の領域には、この変化をうち消す
ような正の誘起電荷60が生じるため、ソース部57a
とドレイン部57bの間に電位差を与えてもドレイン電
流IDは流れなくなる。従って、このドレイン電流ID
の有無によって強誘電体膜51の分極状態を識別するこ
とが可能となり、強誘電体膜51を不揮発性の情報記憶
部として用いることができる。
Here, the Si substrate 55 is electrically grounded, and the ferroelectric film 51 is formed in accordance with the direction of the electric field applied immediately before to the gate electrode 53 as shown in FIG. It is polarized to one of the states indicated by “+” and “−” in FIG. Then, depending on the polarization state of the ferroelectric layer 51,
An induced charge 59 of a polarity that cancels this is induced in a region near the surface of the Si substrate 55. In the state shown in FIG. 9A, when the voltage applied to the gate electrode 53 changes from positive to 0, a negative induction which cancels this change is generated in a region near the surface of the Si substrate 55. Since a charge 59 is generated, when a potential difference is applied between the source portion 57a and the drain portion 57b, a drain current ID flows. However, in the state shown in FIG.
Is changed from negative to 0, so that S
In a region near the surface of the i-substrate 55, a positive induced charge 60 that cancels out this change is generated.
The drain current ID stops flowing even if a potential difference is applied between the drain current and the drain portion 57b. Therefore, this drain current ID
, The polarization state of the ferroelectric film 51 can be identified, and the ferroelectric film 51 can be used as a nonvolatile information storage unit.

【0077】本実施形態においても、第3の実施形態で
述べた製造方法と同様に、残留カーボン化合物の脱離が
活性な温度、例えば800℃でSBT膜に熱処理を施す
ことにより、SBT膜中の残留カーボン化合物を脱離さ
せた後に、SBTを結晶化させることができる。その結
果、第1の実施形態と同様の原理により、SBT膜から
カーボン化合物を効率よく脱離させることができるの
で、SBT膜をパターニングして形成される強誘電体膜
51のリーク電流を低減することができる。特に、MF
Sにおいては、ゲート電極53と半導体基板55の間の
電位差により強誘電体膜51の分極方向を決定し、情報
を書込むが、この時、強誘電体膜51のリーク電流が小
さいために、各セルの電力消費を低減することが可能で
ある。このため、本実施形態の製造方法によって形成さ
れる強誘電体膜を情報記憶部として利用することによ
り、電力消費量が小さく、発熱量も小さいMFSを実現
することが可能である。
In this embodiment, as in the manufacturing method described in the third embodiment, the SBT film is subjected to a heat treatment at a temperature at which desorption of the residual carbon compound is active, for example, 800 ° C. After desorbing the residual carbon compound, SBT can be crystallized. As a result, the carbon compound can be efficiently desorbed from the SBT film according to the same principle as in the first embodiment, so that the leakage current of the ferroelectric film 51 formed by patterning the SBT film is reduced. be able to. In particular, MF
In S, the polarization direction of the ferroelectric film 51 is determined based on the potential difference between the gate electrode 53 and the semiconductor substrate 55, and information is written. At this time, since the leakage current of the ferroelectric film 51 is small, It is possible to reduce the power consumption of each cell. For this reason, by using the ferroelectric film formed by the manufacturing method of the present embodiment as an information storage unit, it is possible to realize an MFS with low power consumption and small heat generation.

【0078】そして、このような不揮発メモリは、特に
ノートパソコンなどの携帯端末において需要が多い。そ
の場合、これらの商品が電池駆動であることをから、リ
ークが多いと電池の使用期間が短くなり、実用的価値を
損ねるが、本発明の製造方法によって形成された強誘電
体膜を用いることにより、長期駆動に対しても寄与でき
るものである。
Such a non-volatile memory is in great demand especially for portable terminals such as notebook personal computers. In such a case, since these products are driven by a battery, if the leakage is large, the service life of the battery is shortened and the practical value is impaired.However, the use of the ferroelectric film formed by the manufacturing method of the present invention is not preferable. Thereby, it can contribute to long-term driving.

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明の誘電体膜の製造方法によれば、
炭素を含有する誘電体膜に結晶化のための熱処理を、少
なくとも炭素を含む物質が誘電体膜から脱離する条件で
行なうことにより、リーク電流の小さい誘電体膜を形成
することができる。
According to the method for producing a dielectric film of the present invention,
By performing a heat treatment for crystallization on the carbon-containing dielectric film under the condition that at least a substance containing carbon is separated from the dielectric film, a dielectric film with small leakage current can be formed.

【0080】特に、少なくとも毎分0.2℃以上の速度
で昇温することにより、誘電体膜の結晶化が完了する前
に炭素を含む物質の脱離を促進することができる。
In particular, by increasing the temperature at a rate of at least 0.2 ° C. per minute, the desorption of the substance containing carbon can be promoted before the crystallization of the dielectric film is completed.

【0081】そして、本発明の誘電体膜の製造方法は、
狭いセル面積で所望の容量を確保できるDRAM,Fe
RAM,MFSのメモリセルの容量絶縁膜の形成に供す
ることができる。
The method of manufacturing a dielectric film according to the present invention
DRAM, Fe that can secure desired capacity in a small cell area
It can be used for forming a capacitive insulating film of a memory cell of a RAM or MFS.

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

【図1】本発明の第1の実施形態におけるBST膜を用
いたDRAMメモリセルの構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a DRAM memory cell using a BST film according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施形態におけるメモリセルの製造工程
を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the memory cell according to the first embodiment.

【図3】第1の実施形態におけるBST膜からのカーボ
ン化合物の脱離挙動についてのデータを示す図である。
FIG. 3 is a view showing data on a desorption behavior of a carbon compound from a BST film in the first embodiment.

【図4】第1の実施形態における熱処理を施したときの
保持時間とBST膜の比誘電率との相関関係を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram illustrating a correlation between a holding time and a relative dielectric constant of a BST film when a heat treatment is performed in the first embodiment.

【図5】第1の実施形態における熱処理を施したときの
保持時間と+1[V]印加時のリーク電流密度との相関
関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a correlation between a holding time when a heat treatment is performed and a leakage current density when +1 [V] is applied in the first embodiment.

【図6】第1の実施形態における熱処理条件による高誘
電体膜のカーボン化合物の残留状態の相違を示すための
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a difference in a residual state of a carbon compound in a high dielectric film according to a heat treatment condition in the first embodiment.

【図7】第2の実施形態におけるBST膜を昇温させた
ときのカーボン化合物の脱離挙動を示す図である。
FIG. 7 is a view showing a desorption behavior of a carbon compound when a temperature of a BST film is increased in a second embodiment.

【図8】第3の実施形態のSBT膜を用いたFeRAM
のメモリセルのみを抜き出して示す断面図である。
FIG. 8 shows an FeRAM using an SBT film according to a third embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing only the memory cell of FIG.

【図9】第4の実施形態のSBT膜を用いたMFSの動
作原理を説明するためにメモリセルの部分のみを抜き出
して示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing only a memory cell portion in order to explain the operation principle of an MFS using an SBT film according to a fourth embodiment.

【図10】基板上にBST膜を堆積するのに用いられて
いる従来のMOCVD装置の構成を概略的に示す断面図
である。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional MOCVD apparatus used for depositing a BST film on a substrate.

【図11】液体材料のうちの1つであるBa(DPM)
2 の分子式を示す図である。
FIG. 11: Ba (DPM) which is one of the liquid materials
2 is a diagram showing a molecular formula of FIG.

【図12】熱処理(アニール)によって結晶化されたB
ST膜の結晶子サイズのアニール温度依存性を示す図で
ある。
FIG. 12: B crystallized by heat treatment (annealing)
FIG. 4 is a diagram showing the annealing temperature dependence of the crystallite size of the ST film.

【図13】BST膜に窒素雰囲気中で600℃の熱処理
(アニール)を施したときの熱処理時間とBST膜の比
誘電率との相関関係を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a correlation between a heat treatment time and a relative dielectric constant of the BST film when a heat treatment (annealing) at 600 ° C. is performed on the BST film in a nitrogen atmosphere.

【図14】窒素雰囲気中で600℃で熱処理を施したと
きの保持時間とリーク電流との相関関係を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing a correlation between a holding time and a leak current when heat treatment is performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 Si基板 12 素子分離 13 ソース・ドレイン拡散層 14 絶縁ゲート 15 第1の層間絶縁膜 16 下部電極 17 容量絶縁膜 18 上部電極 19 プラグ 20 第2の層間絶縁膜 21 ビット線 22 プラグ 25 カーボン化合物 26 下部電極 27 容量絶縁膜 28 上部電極 51 強誘電体膜 53 ゲート電極 55 Si基板 57a ソース領域 57b ドレイン領域 59 誘起電荷 60 誘起電荷 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Si substrate 12 Element isolation 13 Source / drain diffusion layer 14 Insulated gate 15 First interlayer insulating film 16 Lower electrode 17 Capacitive insulating film 18 Upper electrode 19 Plug 20 Second interlayer insulating film 21 Bit line 22 Plug 25 Carbon compound 26 Lower electrode 27 capacitive insulating film 28 upper electrode 51 ferroelectric film 53 gate electrode 55 Si substrate 57a source region 57b drain region 59 induced charge 60 induced charge

───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 21/31 C04B 35/46 C 27/108 H01L 27/10 651 21/8242 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/31 C04B 35/46 C 27/108 H01L 27/10 651 21/8242

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に炭素を含有する誘電体膜を堆積
する工程(a)と、 上記誘電体膜に熱処理を施すことにより上記誘電体膜を
結晶化させる工程(b)とを備え、 上記工程(b)は、上記誘電体膜から少なくとも炭素を
含む物質が脱離する条件下で行なわれることを特徴とす
る誘電体膜の製造方法。
A step of depositing a dielectric film containing carbon on a substrate; and a step of crystallizing the dielectric film by subjecting the dielectric film to a heat treatment. The method of manufacturing a dielectric film, wherein the step (b) is performed under a condition that a substance containing at least carbon is desorbed from the dielectric film.
【請求項2】 請求項1記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、 上記工程(b)における熱処理時の最高温度は、少なく
とも炭素を含む物質の上記誘電体膜からの脱離を開始す
る温度より高いことを特徴とする誘電体膜の製造方法。
2. The method for manufacturing a dielectric film according to claim 1, wherein the maximum temperature during the heat treatment in the step (b) is higher than a temperature at which a substance containing at least carbon starts to be desorbed from the dielectric film. A method for producing a dielectric film, comprising:
【請求項3】 請求項2記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、 上記工程(b)における熱処理時の最高温度は、真空中
における少なくとも炭素を含む物質の脱離量が最も多い
温度に比べて50℃低い温度よりも高いことを特徴とす
る誘電体膜の製造方法。
3. The method of manufacturing a dielectric film according to claim 2, wherein the maximum temperature during the heat treatment in the step (b) is higher than the temperature at which the amount of at least carbon-containing substance desorbed in vacuum is highest. A method for producing a dielectric film, wherein the temperature is higher than a temperature lower by 50 ° C.
【請求項4】 請求項1記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、 上記工程(b)における熱処理時の昇温速度が毎分0.
2℃以上であることを特徴とする誘電体膜の製造方法。
4. The method for manufacturing a dielectric film according to claim 1, wherein the rate of temperature increase during the heat treatment in the step (b) is 0.1 minute per minute.
A method for producing a dielectric film, wherein the temperature is 2 ° C. or higher.
【請求項5】 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載
の誘電体膜の製造方法において、 上記工程(a)においては、非晶質の誘電体膜を堆積す
ることを特徴とする誘電体膜の製造方法。
5. The method for producing a dielectric film according to claim 1, wherein in the step (a), an amorphous dielectric film is deposited. A method for manufacturing a dielectric film.
【請求項6】 請求項1〜5のうちいずれか1つに記載
の誘電体膜の製造方法において、 上記誘電体膜は、酸化物であって、且つ上記工程(b)
の」終了後にぺロブスカイト構造を有することを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
6. The method for manufacturing a dielectric film according to claim 1, wherein the dielectric film is an oxide, and the step (b) is performed.
Having a perovskite structure after completion of the process.
【請求項7】 請求項1〜6のうちいずれか1つに記載
の誘電体膜の製造方法において、 上記工程(b)においては、上記熱処理を酸化雰囲気下
で行うことを特徴とする誘電体膜の製造方法。
7. The method of manufacturing a dielectric film according to claim 1, wherein in the step (b), the heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere. Manufacturing method of membrane.
【請求項8】 請求項1〜6のうちいずれか1つに記載
の誘電体膜の製造方法において、 上記工程(b)の後に、さらに酸素雰囲気下で熱処理を
行なう工程(c)をさらに備えていることを特徴とする
誘電体膜の製造方法。
8. The method of manufacturing a dielectric film according to claim 1, further comprising a step (c) of performing a heat treatment in an oxygen atmosphere after the step (b). A method of manufacturing a dielectric film.
【請求項9】 請求項1記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、 上記誘電体膜が、Ba,Sr,Ti,Pb,Bi,T
a,Zn,Y,Mn,Ce及びMgのうち少なくともい
ずれか1つを含むことを特徴とする誘電体膜の製造方
法。
9. The method for manufacturing a dielectric film according to claim 1, wherein said dielectric film is made of Ba, Sr, Ti, Pb, Bi, T
A method for manufacturing a dielectric film, comprising at least one of a, Zn, Y, Mn, Ce and Mg.
【請求項10】 請求項9記載の誘電体膜の製造方法に
おいて、 上記誘電体膜はチタン酸バリウム・ストロンチウムによ
り構成されていることを特徴とする誘電体膜の製造方
法。
10. The method of manufacturing a dielectric film according to claim 9, wherein said dielectric film is made of barium strontium titanate.
【請求項11】 請求項10記載の誘電体膜の製造方法
において、 上記工程(a)においては、有機金属化学気相成長法を
用いて上記誘電体膜を堆積することを特徴とする誘電体
膜の製造方法。
11. The method for manufacturing a dielectric film according to claim 10, wherein in said step (a), said dielectric film is deposited by using a metal organic chemical vapor deposition method. Manufacturing method of membrane.
【請求項12】 請求項11記載の誘電体膜の製造方法
において、 上記工程(a)においては、βジケトン系有機金属錯体
を用いて上記有機金属化学気相成長を行なわせることを
特徴とする誘電体膜の製造方法。
12. The method for producing a dielectric film according to claim 11, wherein in the step (a), the organometallic chemical vapor deposition is performed using a β-diketone-based organometallic complex. A method for manufacturing a dielectric film.
【請求項13】 請求項11記載の誘電体膜の製造方法
において、 上記工程(a)においては、βジケトン系有機金属錯体
を有機溶剤に溶解したものを用いて上記有機金属化学気
相成長を行なわせることを特徴とする誘電体膜の製造方
法。
13. The method for producing a dielectric film according to claim 11, wherein in the step (a), the metal organic chemical vapor deposition is performed by using a β-diketone organic metal complex dissolved in an organic solvent. A method of manufacturing a dielectric film.
【請求項14】 請求項13記載の誘電体膜の製造方法
において、 上記工程(b)における熱処理時の最高温度が、650
℃以上であることを特徴とする誘電体膜の製造方法。
14. The method for producing a dielectric film according to claim 13, wherein the maximum temperature during the heat treatment in the step (b) is 650.
A method for producing a dielectric film, wherein the temperature is not less than ° C.
【請求項15】 請求項1に記載の誘電体膜の製造方法
において、 上記誘電体膜は、ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリ(DRAM)の容量絶縁膜であることを特徴とす
る誘電体膜の製造方法。
15. The method for manufacturing a dielectric film according to claim 1, wherein said dielectric film is formed by a dynamic random access method.
A method of manufacturing a dielectric film, which is a capacitive insulating film of a memory (DRAM).
【請求項16】 請求項1に記載の誘電体膜の製造方法
において、 上記誘電体膜は、強誘電体メモリ(FeRAM)の容量
絶縁膜であることを特徴とする誘電体膜の製造方法。
16. The method for manufacturing a dielectric film according to claim 1, wherein said dielectric film is a capacitor insulating film of a ferroelectric memory (FeRAM).
【請求項17】 請求項1に記載の誘電体膜の製造方法
において、 上記誘電体膜は、強誘電体ゲートメモリ(MFS)の強
誘電体膜であることを特徴とする誘電体膜の製造方法。
17. The method for manufacturing a dielectric film according to claim 1, wherein the dielectric film is a ferroelectric film of a ferroelectric gate memory (MFS). Method.
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