JP2000281494A - 酸化物の結晶成長方法および酸化物積層構造 - Google Patents
酸化物の結晶成長方法および酸化物積層構造Info
- Publication number
- JP2000281494A JP2000281494A JP11084921A JP8492199A JP2000281494A JP 2000281494 A JP2000281494 A JP 2000281494A JP 11084921 A JP11084921 A JP 11084921A JP 8492199 A JP8492199 A JP 8492199A JP 2000281494 A JP2000281494 A JP 2000281494A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide
- rare earth
- earth oxide
- growing
- growth temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 93
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 84
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000000539 dimer Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 65
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 claims description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 5
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 25
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 12
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 10
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000002128 reflection high energy electron diffraction Methods 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical group [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000004335 scaling law Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HECLRDQVFMWTQS-UHFFFAOYSA-N Dicyclopentadiene Chemical group C1C2C3CC=CC3C1C=C2 HECLRDQVFMWTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100029777 Eukaryotic translation initiation factor 3 subunit M Human genes 0.000 description 1
- 101001012700 Homo sapiens Eukaryotic translation initiation factor 3 subunit M Proteins 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VNSWULZVUKFJHK-UHFFFAOYSA-N [Sr].[Bi] Chemical compound [Sr].[Bi] VNSWULZVUKFJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 ammonia peroxide Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- RJCRUVXAWQRZKQ-UHFFFAOYSA-N oxosilicon;silicon Chemical compound [Si].[Si]=O RJCRUVXAWQRZKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02293—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process formation of epitaxial layers by a deposition process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
- H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
- H01L21/02192—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing at least one rare earth metal element, e.g. oxides of lanthanides, scandium or yttrium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/314—Inorganic layers
- H01L21/3147—Epitaxial deposition of insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/314—Inorganic layers
- H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
- H01L21/31604—Deposition from a gas or vapour
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/314—Inorganic layers
- H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
- H01L21/3165—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation
- H01L21/31654—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化セリウムなどの希土類酸化物を従来より
も低い成長温度で（００１）面方位のシリコン基板上に
（１１０）面方位で良好にエピタキシャル成長させ、エ
ピタキシャルな希土類酸化物（１１０）／シリコン（０
０１）構造を実現する。 【解決手段】 （００１）面方位のＳｉ基板１の表面を
２×１、１×２の表面再構成によるダイマー構造とし、
このＳｉ基板１上に、酸化性ガスを含む雰囲気中で少な
くとも一種以上の希土類元素からなる原料を用いて立方
晶系または正方晶系の希土類酸化物、例えばＣｅＯ2 膜
２を（１１０）面方位にエピタキシャル成長させる。こ
の成長の際には、Ｓｉ基板１の表面に酸化性ガスの供給
を開始してから少なくとも一種以上の希土類元素からな
る原料の供給を行う。
も低い成長温度で（００１）面方位のシリコン基板上に
（１１０）面方位で良好にエピタキシャル成長させ、エ
ピタキシャルな希土類酸化物（１１０）／シリコン（０
０１）構造を実現する。 【解決手段】 （００１）面方位のＳｉ基板１の表面を
２×１、１×２の表面再構成によるダイマー構造とし、
このＳｉ基板１上に、酸化性ガスを含む雰囲気中で少な
くとも一種以上の希土類元素からなる原料を用いて立方
晶系または正方晶系の希土類酸化物、例えばＣｅＯ2 膜
２を（１１０）面方位にエピタキシャル成長させる。こ
の成長の際には、Ｓｉ基板１の表面に酸化性ガスの供給
を開始してから少なくとも一種以上の希土類元素からな
る原料の供給を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、酸化物の結晶成
長方法および酸化物積層構造に関し、特に、シリコン基
板上に展開される酸化物エレクトロニクスに適用して好
適なものである。
長方法および酸化物積層構造に関し、特に、シリコン基
板上に展開される酸化物エレクトロニクスに適用して好
適なものである。
【０００２】
【従来の技術】シリコン（Ｓｉ）の熱酸化により形成し
た酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜は、電気的絶縁性の高
さ、界面準位密度の低さ、プロセス的容易さ、熱的安定
性等により、これまで、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semicond
uctor)−ＦＥＴのゲート絶縁膜として専ら用いられてき
た。ゲート絶縁膜として用いられるこの熱酸化によるＳ
ｉＯ2 膜は、比誘電率が低い（εr 〜３．８）ため、Ｓ
ｉ基板上に極めて薄く形成する必要がある。しかしなが
ら、集積化の要請から、ゲート絶縁膜の薄膜化、短チャ
ネル化等が進むにつれ、ゲート絶縁膜の絶縁破壊、ソー
ス・ドレイン電圧の影響によるチャネルのピンチオフ
（短チャネル効果）等の問題が顕著となり、ゲート絶縁
膜の材料的な限界が近づいている。このような理由によ
り、サブ０．１ミクロン世代のＭＯＳ−ＦＥＴの技術的
課題として、リソグラフィー技術の進展は勿論のこと、
高い誘電率を有する新たなゲート絶縁膜の必要性が叫ば
れている（例えば、(1)MTL VLSI Seminar(Massachusett
s Institute of Technology)）。高い誘電率を有する材
料を用いてゲート絶縁膜を形成することができれば、あ
まり薄膜化しないで済むため、ゲートリークの抑制が可
能となり、また短チャネル効果も抑制することができる
と考えられる。
た酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜は、電気的絶縁性の高
さ、界面準位密度の低さ、プロセス的容易さ、熱的安定
性等により、これまで、ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semicond
uctor)−ＦＥＴのゲート絶縁膜として専ら用いられてき
た。ゲート絶縁膜として用いられるこの熱酸化によるＳ
ｉＯ2 膜は、比誘電率が低い（εr 〜３．８）ため、Ｓ
ｉ基板上に極めて薄く形成する必要がある。しかしなが
ら、集積化の要請から、ゲート絶縁膜の薄膜化、短チャ
ネル化等が進むにつれ、ゲート絶縁膜の絶縁破壊、ソー
ス・ドレイン電圧の影響によるチャネルのピンチオフ
（短チャネル効果）等の問題が顕著となり、ゲート絶縁
膜の材料的な限界が近づいている。このような理由によ
り、サブ０．１ミクロン世代のＭＯＳ−ＦＥＴの技術的
課題として、リソグラフィー技術の進展は勿論のこと、
高い誘電率を有する新たなゲート絶縁膜の必要性が叫ば
れている（例えば、(1)MTL VLSI Seminar(Massachusett
s Institute of Technology)）。高い誘電率を有する材
料を用いてゲート絶縁膜を形成することができれば、あ
まり薄膜化しないで済むため、ゲートリークの抑制が可
能となり、また短チャネル効果も抑制することができる
と考えられる。
【０００３】一方、近年、強誘電体不揮発性メモリ（Ｆ
ｅＲＡＭ）（例えば、(2)Appl.Phys.Lett.,48(1986)143
9 、(3)IEDM Tech.Dig.,(1987)850 、(4)IEEE J.Solid
State Circuits,23(1988)1171 、(5)1988 IEEE Int.Sol
id-State Circuits Conf.(ISSCC88)、(6)Digest of Tec
hnical Papers,THAM 10.6(1988)130、(7)Oyo Buturi,62
(1993)1212）の研究が活発化している。この強誘電体不
揮発性メモリで現在最も実用に近いと考えられているも
のは、ＤＲＡＭ類似構造の強誘電体不揮発性メモリ（２
トランジスタ−２キャパシタ型メモリセルまたは１トラ
ンジスタ−１キャパシタ型メモリセルを用いたもの）で
ある。この構造は、ＣＭＯＳプロセスと強誘電体キャパ
シタプロセスとを層間絶縁膜の使用により分離すること
が可能であるため、Ｓｉプロセスとの干渉を比較的抑制
し易い、という利点がある。しかしながら、この強誘電
体不揮発性メモリでは、構造的にＳｉデバイスのスケー
リング則を適用することができないことから、微細化が
進むと、キャパシタの蓄積電荷量確保のため、構造を複
雑にするか、さらに残留分極値の大きな材料を探索する
必要がある。他方、この強誘電体不揮発性メモリと双璧
をなす、ＭＦＳ（Metal-Ferroelectrics-Semiconducto
r）−ＦＥＴ型メモリセル（ＭＦＭＩＳ（Metal-Ferroel
ectrics-Metal-Insulator-Semiconductor）−ＦＥＴ型
メモリセル、ＦＣＧ（Ferroelectric Capacitor Gate）
型メモリセル等も含む）を用いた強誘電体不揮発性メモ
リの研究に取り組んでいる研究機関も少なくない。この
強誘電体不揮発性メモリは、スケーリング則にのる上、
必要な残留分極が非常に小さく（〜０．１μＣ／ｃｍ2
程度）、また、１トランジスタのみで記憶することがで
きるため、セルサイズも小さく、高集積化に有利であ
る。さらに、非破壊読み出しであるため、破壊読み出し
の２トランジスタ−２キャパシタ型メモリセルまたは１
トランジスタ−１キャパシタ型メモリセルに比べて、強
誘電体の本質的問題とも考えられる疲労に対しても有利
であり、高速動作も可能である。このように優れた特性
を期待することができるため、ＭＦＳ−ＦＥＴ型強誘電
体不揮発性メモリは究極のメモリと考えられている
（(8)Appl.Surf.Sci.113/114(1997)656)。
ｅＲＡＭ）（例えば、(2)Appl.Phys.Lett.,48(1986)143
9 、(3)IEDM Tech.Dig.,(1987)850 、(4)IEEE J.Solid
State Circuits,23(1988)1171 、(5)1988 IEEE Int.Sol
id-State Circuits Conf.(ISSCC88)、(6)Digest of Tec
hnical Papers,THAM 10.6(1988)130、(7)Oyo Buturi,62
(1993)1212）の研究が活発化している。この強誘電体不
揮発性メモリで現在最も実用に近いと考えられているも
のは、ＤＲＡＭ類似構造の強誘電体不揮発性メモリ（２
トランジスタ−２キャパシタ型メモリセルまたは１トラ
ンジスタ−１キャパシタ型メモリセルを用いたもの）で
ある。この構造は、ＣＭＯＳプロセスと強誘電体キャパ
シタプロセスとを層間絶縁膜の使用により分離すること
が可能であるため、Ｓｉプロセスとの干渉を比較的抑制
し易い、という利点がある。しかしながら、この強誘電
体不揮発性メモリでは、構造的にＳｉデバイスのスケー
リング則を適用することができないことから、微細化が
進むと、キャパシタの蓄積電荷量確保のため、構造を複
雑にするか、さらに残留分極値の大きな材料を探索する
必要がある。他方、この強誘電体不揮発性メモリと双璧
をなす、ＭＦＳ（Metal-Ferroelectrics-Semiconducto
r）−ＦＥＴ型メモリセル（ＭＦＭＩＳ（Metal-Ferroel
ectrics-Metal-Insulator-Semiconductor）−ＦＥＴ型
メモリセル、ＦＣＧ（Ferroelectric Capacitor Gate）
型メモリセル等も含む）を用いた強誘電体不揮発性メモ
リの研究に取り組んでいる研究機関も少なくない。この
強誘電体不揮発性メモリは、スケーリング則にのる上、
必要な残留分極が非常に小さく（〜０．１μＣ／ｃｍ2
程度）、また、１トランジスタのみで記憶することがで
きるため、セルサイズも小さく、高集積化に有利であ
る。さらに、非破壊読み出しであるため、破壊読み出し
の２トランジスタ−２キャパシタ型メモリセルまたは１
トランジスタ−１キャパシタ型メモリセルに比べて、強
誘電体の本質的問題とも考えられる疲労に対しても有利
であり、高速動作も可能である。このように優れた特性
を期待することができるため、ＭＦＳ−ＦＥＴ型強誘電
体不揮発性メモリは究極のメモリと考えられている
（(8)Appl.Surf.Sci.113/114(1997)656)。
【０００４】このＭＦＳ−ＦＥＴ型強誘電体不揮発性メ
モリの実用化を阻害しているのは、プロセス的問題であ
る。Ｓｉ基板上に直接強誘電体を成長させるのは極めて
困難であり、そのため、Ｓｉ基板上への絶縁体からなる
バッファ層の成長は、極めて重要な技術と位置付けられ
ている。ＭＦＳ−ＦＥＴ型強誘電体不揮発性メモリの一
種であるＭＦＩＳ（Metal-Ferroelectrics-Insulator-S
emiconductor）−ＦＥＴ型強誘電体不揮発性メモリの場
合には、絶縁層にもゲート電圧が分配されるため、書き
込み電圧が高くなる欠点が生ずる。これを抑制するため
には、高誘電率の絶縁層が必要になる。一方、強誘電体
に要求される材料特性としては、低誘電率、適切な残留
分極値（デバイス設計に依存するが、典型的には〜０．
１μＣ／ｃｍ2 程度）、そして何よりも良好な角型比が
挙げられる。また、より良好な界面を実現するために
は、これらの材料を低温で成長させることができること
が重要な条件である。このように、１トランジスタ−１
キャパシタ方式とはまた異なった観点から、材料を選
択、開発することが求められる。ＭＦＩＳ−ＦＥＴ型強
誘電体不揮発性メモリの研究報告は多々あるが、界面特
性が十分ではないため、リテンション（電荷保持特性）
まで含めて実用化可能なものの報告例はほとんど皆無と
いうのが現状である。
モリの実用化を阻害しているのは、プロセス的問題であ
る。Ｓｉ基板上に直接強誘電体を成長させるのは極めて
困難であり、そのため、Ｓｉ基板上への絶縁体からなる
バッファ層の成長は、極めて重要な技術と位置付けられ
ている。ＭＦＳ−ＦＥＴ型強誘電体不揮発性メモリの一
種であるＭＦＩＳ（Metal-Ferroelectrics-Insulator-S
emiconductor）−ＦＥＴ型強誘電体不揮発性メモリの場
合には、絶縁層にもゲート電圧が分配されるため、書き
込み電圧が高くなる欠点が生ずる。これを抑制するため
には、高誘電率の絶縁層が必要になる。一方、強誘電体
に要求される材料特性としては、低誘電率、適切な残留
分極値（デバイス設計に依存するが、典型的には〜０．
１μＣ／ｃｍ2 程度）、そして何よりも良好な角型比が
挙げられる。また、より良好な界面を実現するために
は、これらの材料を低温で成長させることができること
が重要な条件である。このように、１トランジスタ−１
キャパシタ方式とはまた異なった観点から、材料を選
択、開発することが求められる。ＭＦＩＳ−ＦＥＴ型強
誘電体不揮発性メモリの研究報告は多々あるが、界面特
性が十分ではないため、リテンション（電荷保持特性）
まで含めて実用化可能なものの報告例はほとんど皆無と
いうのが現状である。
【０００５】一方、半導体産業にＳｉＯ2 以外の酸化物
材料を導入することは、意義深いことである。１９８６
年の高温超伝導材料の発見（(19)Z.Phys.B.,64,189-193
(1986)) は言うまでもなく、取り分け、ペロブスカイト
またはそれに関連した構造をとる酸化物材料は、強誘電
性、高誘電率、超伝導性、超巨大磁気抵抗等、半導体デ
バイスにとって非常に重要な物性を有する（(10)Mater.
Sci.Eng.,B41(1996)166 、(11)J.Ceram.Soc.Japan,Int.
Ed.,103(1995)1088)。例えば、上述の強誘電体不揮発性
メモリのキャパシタの強誘電体材料としては、自発分極
値が大きく、プロセス温度の低いジルコンチタン酸鉛
（ＰＺＴ）（例えば、(12)J.Appl.Phys.,70,382-388(19
91))、駆動電圧が低く、分極反転に伴う自発分極値の劣
化の少ないビスマスストロンチウムタンタレート（Ｂｉ
2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 （(13)Nature,374(1995)627 、(14)Ap
pl.Phys.Lett.,66(1995)221 、(15)Mater.Sci.Eng.,B32
(1995)75、(16)Mater.Sci.Eng.,B32(1995)83、(17)App
l.Phys.Lett.,67(1995)572 、(18)J.Appl.Phys.,78(199
5)5073 、(19)Appl.Phys.Lett.,68(1996)566 、(20)App
l.Phys.Lett.,68(1996)690 、(21)国際公開公報ＷＯ９
３／１２５４２号）が双璧をなしている。さらに、磁場
印加により抵抗率変化が何桁にもおよぶ超巨大磁気抵抗
材料（ＣＭＲ（Colossal Magnetoresistance）材料）が
Ｍｎ酸化物系で発見される（(22)Phys.Rev.Lett.74(199
5)5108）など、酸化物材料が如何に高い潜在力を有する
かが注目され始めており（(23)Mater.Sci.Eng.,B41(199
6)166 、(24)J.Ceram.Soc.Japan,Int.Ed.,103(1995)108
8)、酸化物を薄膜化する技術はここ１０年ほどで驚異的
に進展しつつある。
材料を導入することは、意義深いことである。１９８６
年の高温超伝導材料の発見（(19)Z.Phys.B.,64,189-193
(1986)) は言うまでもなく、取り分け、ペロブスカイト
またはそれに関連した構造をとる酸化物材料は、強誘電
性、高誘電率、超伝導性、超巨大磁気抵抗等、半導体デ
バイスにとって非常に重要な物性を有する（(10)Mater.
Sci.Eng.,B41(1996)166 、(11)J.Ceram.Soc.Japan,Int.
Ed.,103(1995)1088)。例えば、上述の強誘電体不揮発性
メモリのキャパシタの強誘電体材料としては、自発分極
値が大きく、プロセス温度の低いジルコンチタン酸鉛
（ＰＺＴ）（例えば、(12)J.Appl.Phys.,70,382-388(19
91))、駆動電圧が低く、分極反転に伴う自発分極値の劣
化の少ないビスマスストロンチウムタンタレート（Ｂｉ
2 ＳｒＴａ2 Ｏ9 （(13)Nature,374(1995)627 、(14)Ap
pl.Phys.Lett.,66(1995)221 、(15)Mater.Sci.Eng.,B32
(1995)75、(16)Mater.Sci.Eng.,B32(1995)83、(17)App
l.Phys.Lett.,67(1995)572 、(18)J.Appl.Phys.,78(199
5)5073 、(19)Appl.Phys.Lett.,68(1996)566 、(20)App
l.Phys.Lett.,68(1996)690 、(21)国際公開公報ＷＯ９
３／１２５４２号）が双璧をなしている。さらに、磁場
印加により抵抗率変化が何桁にもおよぶ超巨大磁気抵抗
材料（ＣＭＲ（Colossal Magnetoresistance）材料）が
Ｍｎ酸化物系で発見される（(22)Phys.Rev.Lett.74(199
5)5108）など、酸化物材料が如何に高い潜在力を有する
かが注目され始めており（(23)Mater.Sci.Eng.,B41(199
6)166 、(24)J.Ceram.Soc.Japan,Int.Ed.,103(1995)108
8)、酸化物を薄膜化する技術はここ１０年ほどで驚異的
に進展しつつある。
【０００６】このような極めて高機能な物性を有する酸
化物材料を半導体産業の基盤であるＳｉ上で展開するこ
とができれば、材料に高い市場性を付与することが可能
になる。しかしながら、これらの機能性酸化物材料とＳ
ｉとの間には、相互熱拡散、熱膨張率の違い等の問題が
あるため、直接これらの機能性酸化物材料をＳｉ上に成
長させるのは一般には容易でない。
化物材料を半導体産業の基盤であるＳｉ上で展開するこ
とができれば、材料に高い市場性を付与することが可能
になる。しかしながら、これらの機能性酸化物材料とＳ
ｉとの間には、相互熱拡散、熱膨張率の違い等の問題が
あるため、直接これらの機能性酸化物材料をＳｉ上に成
長させるのは一般には容易でない。
【０００７】上述したように、これらの機能性酸化物材
料群のほとんどは、ペロブスカイト構造を母体とする構
造をとっている。中でも、液体窒素温度を超える臨界温
度を有するイットリウム系超伝導材料、上述したＢｉ2
ＳｒＴａ2 Ｏ9 等、異方性の極めて大きな層状ペロブス
カイトと称される構造をとるものが少なくない。これら
の層状ペロブスカイト構造酸化物における超伝導電流経
路、分極軸等は、特定の方向に限定されており、また、
単純ペロブスカイト構造酸化物の場合も、上述のＰＺＴ
のように分極軸が特定の方向に限定されているものも多
い。そのため、デバイス化した場合、最大の特性を引き
出すためには、酸化物を配向させるか、より好ましくは
下地に対してエピタキシャル成長させることが重要であ
る。
料群のほとんどは、ペロブスカイト構造を母体とする構
造をとっている。中でも、液体窒素温度を超える臨界温
度を有するイットリウム系超伝導材料、上述したＢｉ2
ＳｒＴａ2 Ｏ9 等、異方性の極めて大きな層状ペロブス
カイトと称される構造をとるものが少なくない。これら
の層状ペロブスカイト構造酸化物における超伝導電流経
路、分極軸等は、特定の方向に限定されており、また、
単純ペロブスカイト構造酸化物の場合も、上述のＰＺＴ
のように分極軸が特定の方向に限定されているものも多
い。そのため、デバイス化した場合、最大の特性を引き
出すためには、酸化物を配向させるか、より好ましくは
下地に対してエピタキシャル成長させることが重要であ
る。
【０００８】さて、蛍石（フルオライト）構造を有する
セリア（酸化セリウム：ＣｅＯ2 ）は、熱的安定性、高
い比誘電率（εr 〜２６）、Ｓｉ基板との極めて良好な
格子整合性（ミスフィット：約０．３５％）から、熱酸
化によるＳｉＯ2 膜に代わるサブ０．１ミクロン世代の
高誘電率のゲート絶縁膜の材料の候補の一つであり、ま
た、Ｓｉ基板上でペロブスカイト関連酸化物をエピタキ
シャル成長させるための最も理想的なバッファ層材料の
一つであると考えられている。実際、Ｓｉ基板上にセリ
アをエピタキシャル成長させる研究が行われているが、
その多くが、最原子稠密で成長しやすいＣｅＯ2 （１１
１）／Ｓｉ（１１１）構造のものである（例えば、(25)
Jpn.J.Appl.Phys.34(1995),L688 、(26)特開平７−２５
６９８号公報）。Ｓｉの最大の易動度を有するＳｉ〈１
１０〉方向にチャネルを形成することができ、ＭＯＳ−
ＦＥＴ用基板として専ら用いられているＳｉ（００１）
基板に関しては、Ｓｉ（００１）−２×１、１×２の表
面再構成によるダイマー（dimer)構造を反映し、アンチ
フェーズドメイン（antiphase domain) を有するＣｅＯ
2 （１１０）がエピタキシャル成長すると考えられてき
た。また、成長温度に関しては、高真空中でＳｉＯ2 膜
がＳｉ表面に形成されない８００℃程度（(27)J.Vac.Sc
i.Technol.A13(1995)772) がエピタキシャル温度の下限
であると考えられている（(28)Jpn.J.Appl.Phys.33(199
4),5219 、(29)Appl.Phys.Lett.56(1990),1332、(30)Ap
pl.Phys.Lett.59(1991),3604、(31)Physica C 192(199
2)154、(32)Jpn.J.Appl.Phys.36(1997),5253 、(33)特
開平９−６４２０６号公報）。また、急峻な界面を得る
には成長温度を低温化することが必要と考えられ、この
ために電子線アシストエピタキシャル成長等が試みられ
ているが、それでも報告されているエピタキシャル成長
温度は７１０℃が下限である（(34)１９９８年春季応用
物理学会学術講演会講演予稿集２８ｐ−ＰＡ−１）。
セリア（酸化セリウム：ＣｅＯ2 ）は、熱的安定性、高
い比誘電率（εr 〜２６）、Ｓｉ基板との極めて良好な
格子整合性（ミスフィット：約０．３５％）から、熱酸
化によるＳｉＯ2 膜に代わるサブ０．１ミクロン世代の
高誘電率のゲート絶縁膜の材料の候補の一つであり、ま
た、Ｓｉ基板上でペロブスカイト関連酸化物をエピタキ
シャル成長させるための最も理想的なバッファ層材料の
一つであると考えられている。実際、Ｓｉ基板上にセリ
アをエピタキシャル成長させる研究が行われているが、
その多くが、最原子稠密で成長しやすいＣｅＯ2 （１１
１）／Ｓｉ（１１１）構造のものである（例えば、(25)
Jpn.J.Appl.Phys.34(1995),L688 、(26)特開平７−２５
６９８号公報）。Ｓｉの最大の易動度を有するＳｉ〈１
１０〉方向にチャネルを形成することができ、ＭＯＳ−
ＦＥＴ用基板として専ら用いられているＳｉ（００１）
基板に関しては、Ｓｉ（００１）−２×１、１×２の表
面再構成によるダイマー（dimer)構造を反映し、アンチ
フェーズドメイン（antiphase domain) を有するＣｅＯ
2 （１１０）がエピタキシャル成長すると考えられてき
た。また、成長温度に関しては、高真空中でＳｉＯ2 膜
がＳｉ表面に形成されない８００℃程度（(27)J.Vac.Sc
i.Technol.A13(1995)772) がエピタキシャル温度の下限
であると考えられている（(28)Jpn.J.Appl.Phys.33(199
4),5219 、(29)Appl.Phys.Lett.56(1990),1332、(30)Ap
pl.Phys.Lett.59(1991),3604、(31)Physica C 192(199
2)154、(32)Jpn.J.Appl.Phys.36(1997),5253 、(33)特
開平９−６４２０６号公報）。また、急峻な界面を得る
には成長温度を低温化することが必要と考えられ、この
ために電子線アシストエピタキシャル成長等が試みられ
ているが、それでも報告されているエピタキシャル成長
温度は７１０℃が下限である（(34)１９９８年春季応用
物理学会学術講演会講演予稿集２８ｐ−ＰＡ−１）。
【０００９】Ｃ−希土構造（ビクスバイト（bixbyite)
）をとるイットリア（酸化イットリウム：Ｙ2 Ｏ3 ）
に関しても、セリアに準ずる材料特性を有するため、鋭
意検討が進められているが、セリアと同様な困難があ
り、Ｓｉ（００１）基板上には、Ｙ2 Ｏ3 （１１０）が
エピタキシャル成長すると言われている（(35)Appl.Phy
s.Lett.71(1997)903）。
）をとるイットリア（酸化イットリウム：Ｙ2 Ｏ3 ）
に関しても、セリアに準ずる材料特性を有するため、鋭
意検討が進められているが、セリアと同様な困難があ
り、Ｓｉ（００１）基板上には、Ｙ2 Ｏ3 （１１０）が
エピタキシャル成長すると言われている（(35)Appl.Phy
s.Lett.71(1997)903）。
【００１０】一方、セリア（またはイットリア）上には
ペロブスカイト型酸化物がエピタキシャル成長する例が
あり（例えば、(36)Appl.Phys.Lett.68(1996)553) 、し
たがってセリアの配向性を制御することができれば、機
能性酸化物の特性を生かしたデバイスの実現が可能にな
る。ＣｅＯ2 （１１０）／Ｓｉ（００１）は、必ずしも
最も望まれる成長方位ではないが、その上にエピタキシ
ャルに成長させる機能性酸化物の異方性や、必要なデバ
イス設計によっては、ＣｅＯ2 （１１０）／Ｓｉ（００
１）構造でも許容される場合、あるいは、この構造の方
が望ましい場合も考えられる。
ペロブスカイト型酸化物がエピタキシャル成長する例が
あり（例えば、(36)Appl.Phys.Lett.68(1996)553) 、し
たがってセリアの配向性を制御することができれば、機
能性酸化物の特性を生かしたデバイスの実現が可能にな
る。ＣｅＯ2 （１１０）／Ｓｉ（００１）は、必ずしも
最も望まれる成長方位ではないが、その上にエピタキシ
ャルに成長させる機能性酸化物の異方性や、必要なデバ
イス設計によっては、ＣｅＯ2 （１１０）／Ｓｉ（００
１）構造でも許容される場合、あるいは、この構造の方
が望ましい場合も考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このような状況下、応
用上最も重要なＳｉ（００１）基板上に、現状で報告さ
れている最低の成長温度である７１０℃よりも低温で、
重要方位の一つであるＣｅＯ2 （１１０）をエピタキシ
ャル成長させる技術は重要である。
用上最も重要なＳｉ（００１）基板上に、現状で報告さ
れている最低の成長温度である７１０℃よりも低温で、
重要方位の一つであるＣｅＯ2 （１１０）をエピタキシ
ャル成長させる技術は重要である。
【００１２】したがって、この発明の目的は、酸化セリ
ウムや酸化イットリウム、さらにはこれらと同様な結晶
構造を有する希土類酸化物を従来よりも低い成長温度で
（００１）面方位のシリコン基板上に（１１０）面方位
で良好にエピタキシャル成長させ、エピタキシャルな希
土類酸化物（１１０）／シリコン（００１）構造を実現
することができる酸化物の結晶成長方法および酸化物積
層構造を提供することにある。
ウムや酸化イットリウム、さらにはこれらと同様な結晶
構造を有する希土類酸化物を従来よりも低い成長温度で
（００１）面方位のシリコン基板上に（１１０）面方位
で良好にエピタキシャル成長させ、エピタキシャルな希
土類酸化物（１１０）／シリコン（００１）構造を実現
することができる酸化物の結晶成長方法および酸化物積
層構造を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術が
有する上述の課題を解決するために、鋭意検討を行っ
た。以下にその概要について説明する。ここでは、代表
例として、酸化セリウムの成長について説明する。
有する上述の課題を解決するために、鋭意検討を行っ
た。以下にその概要について説明する。ここでは、代表
例として、酸化セリウムの成長について説明する。
【００１４】すなわち、上記の目的を達成するために
は、少なくとも一旦はシリコン基板表面をステップ、テ
ラスで構成された表面とすることが重要になる。このよ
うな表面は、例えば、石坂、白木等によって提案された
い手法（(37)J.Electrochem.Soc.,133(1986)666)または
これに準ずる手法により実現可能である。成長装置は、
界面制御性に優れ、超高真空中で清浄な表面が保ちやす
く、また、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）等により
表面観察可能な分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置、レ
ーザアブレーション装置、反応性蒸着装置等が望ましい
が、所定の圧力、温度等を制御可能なものであれば基本
的にはどのようなものでもよい。酸化セリウム（ＣｅＯ
2 ）の成長の場合、セリウム原料としては、一般的には
酸化セリウムそのものが用いられることが多いが、蒸気
圧の高い酸素が選択的に揮発するため、低い酸素分圧を
制御するためにはセリウム金属を用いることが望まし
い。ただし、例えば成長室の真空排気にゲッタポンプ等
を併用して高真空を保つ工夫をすれば、酸化物原料を用
いてもよいと考えられる。セリウム金属は、融点が高
く、蒸気圧が低いため、高温型クヌーセンセル、電子線
蒸着、エキシマレーザ等により気化させることが望まし
い。また、これらの気体または金属元素等と活性度の高
いシリコン基板の清浄表面との反応を抑制するため、低
温でのプロセスが重要となる。
は、少なくとも一旦はシリコン基板表面をステップ、テ
ラスで構成された表面とすることが重要になる。このよ
うな表面は、例えば、石坂、白木等によって提案された
い手法（(37)J.Electrochem.Soc.,133(1986)666)または
これに準ずる手法により実現可能である。成長装置は、
界面制御性に優れ、超高真空中で清浄な表面が保ちやす
く、また、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）等により
表面観察可能な分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置、レ
ーザアブレーション装置、反応性蒸着装置等が望ましい
が、所定の圧力、温度等を制御可能なものであれば基本
的にはどのようなものでもよい。酸化セリウム（ＣｅＯ
2 ）の成長の場合、セリウム原料としては、一般的には
酸化セリウムそのものが用いられることが多いが、蒸気
圧の高い酸素が選択的に揮発するため、低い酸素分圧を
制御するためにはセリウム金属を用いることが望まし
い。ただし、例えば成長室の真空排気にゲッタポンプ等
を併用して高真空を保つ工夫をすれば、酸化物原料を用
いてもよいと考えられる。セリウム金属は、融点が高
く、蒸気圧が低いため、高温型クヌーセンセル、電子線
蒸着、エキシマレーザ等により気化させることが望まし
い。また、これらの気体または金属元素等と活性度の高
いシリコン基板の清浄表面との反応を抑制するため、低
温でのプロセスが重要となる。
【００１５】本発明者は、成長温度の低温化により、セ
リウムシリサイド生成、酸化シリコン生成等の速度を抑
制し、さらにその他の観点から、シリコン（００１）基
板上で、ＣｅＯ2 （１１０）をエピタキシャル成長させ
る条件の検討を行った。その結果、まず、シリコン（０
０１）基板の表面を成長前に２×１、１×２表面再構成
によるダイマー構造としておくことが基本的に重要であ
り、さらに、成長時の原料の供給の方法も重要であると
いう結論に至った。後者の原料の供給方法については、
具体的には、シリコン（００１）基板表面への酸素など
の酸化性ガスの供給をまず開始し、その後にＣｅ原料の
供給を開始することが重要である。その理由は現時点で
は完全に解明されていないが、Ｃｅ原料の供給が開始さ
れる時点でシリコン（００１）基板の表面が酸素などの
酸化性ガスの分子あるいは原子で覆われていることがＣ
ｅＯ2 の（１１０）エピタキシャル成長を促進するもの
と推測される。
リウムシリサイド生成、酸化シリコン生成等の速度を抑
制し、さらにその他の観点から、シリコン（００１）基
板上で、ＣｅＯ2 （１１０）をエピタキシャル成長させ
る条件の検討を行った。その結果、まず、シリコン（０
０１）基板の表面を成長前に２×１、１×２表面再構成
によるダイマー構造としておくことが基本的に重要であ
り、さらに、成長時の原料の供給の方法も重要であると
いう結論に至った。後者の原料の供給方法については、
具体的には、シリコン（００１）基板表面への酸素など
の酸化性ガスの供給をまず開始し、その後にＣｅ原料の
供給を開始することが重要である。その理由は現時点で
は完全に解明されていないが、Ｃｅ原料の供給が開始さ
れる時点でシリコン（００１）基板の表面が酸素などの
酸化性ガスの分子あるいは原子で覆われていることがＣ
ｅＯ2 の（１１０）エピタキシャル成長を促進するもの
と推測される。
【００１６】上記のことに加えて、ＣｅＯ2 （１１０）
をエピタキシャル成長させるためには、成長温度に対
し、Ｃｅ原料の供給量に対する酸化性ガスの供給量の
比、あるいは、Ｃｅ原料の供給量を一定とすれば酸化性
ガスの分圧あるいは供給量を適切に選ぶことが重要であ
る。図１に、成長温度Ｔと、Ｃｅ原料の供給量を一定と
したときのＣｅ原料の供給量に対する酸化性ガスの供給
量の比Ｏ／Ｃｅとの関係を示す。ただし、便宜上、図１
の縦軸には、Ｏ／Ｃｅの代わりにＯ2 流量［ｓｃｃｍ］
の値を示してある。図１より、ＣｅＯ2 （１１０）をエ
ピタキシャル成長させることができる領域は限られてい
ることがわかる。また、一般的な傾向として、成長温度
をより高温にするにしたがってＯ2 流量を増加させる必
要があることがわかる。
をエピタキシャル成長させるためには、成長温度に対
し、Ｃｅ原料の供給量に対する酸化性ガスの供給量の
比、あるいは、Ｃｅ原料の供給量を一定とすれば酸化性
ガスの分圧あるいは供給量を適切に選ぶことが重要であ
る。図１に、成長温度Ｔと、Ｃｅ原料の供給量を一定と
したときのＣｅ原料の供給量に対する酸化性ガスの供給
量の比Ｏ／Ｃｅとの関係を示す。ただし、便宜上、図１
の縦軸には、Ｏ／Ｃｅの代わりにＯ2 流量［ｓｃｃｍ］
の値を示してある。図１より、ＣｅＯ2 （１１０）をエ
ピタキシャル成長させることができる領域は限られてい
ることがわかる。また、一般的な傾向として、成長温度
をより高温にするにしたがってＯ2 流量を増加させる必
要があることがわかる。
【００１７】本発明者は、以上の検討および知見に加え
て、様々な観点から検討を行い、この発明を案出するに
至ったものである。
て、様々な観点から検討を行い、この発明を案出するに
至ったものである。
【００１８】すなわち、上記課題を解決するために、こ
の発明の第１の発明は、（００１）面方位のシリコン基
板の表面を２×１、１×２の表面再構成によるダイマー
構造とする工程と、酸化性ガスを含む雰囲気中で少なく
とも一種以上の希土類元素からなる原料を用いて上記シ
リコン基板上に立方晶系または正方晶系の希土類酸化物
を（１１０）面方位にエピタキシャル成長させる工程と
を有することを特徴とする酸化物の結晶成長方法であ
る。
の発明の第１の発明は、（００１）面方位のシリコン基
板の表面を２×１、１×２の表面再構成によるダイマー
構造とする工程と、酸化性ガスを含む雰囲気中で少なく
とも一種以上の希土類元素からなる原料を用いて上記シ
リコン基板上に立方晶系または正方晶系の希土類酸化物
を（１１０）面方位にエピタキシャル成長させる工程と
を有することを特徴とする酸化物の結晶成長方法であ
る。
【００１９】この発明の第２の発明は、（００１）面方
位のシリコン基板の表面を２×１、１×２の表面再構成
によるダイマー構造とする工程と、酸化性ガスを含む雰
囲気中で少なくとも一種以上の希土類元素からなる原料
を用いて上記シリコン基板上に立方晶系または正方晶系
の希土類酸化物を（１１０）面方位にエピタキシャル成
長させる工程とを有し、上記希土類酸化物をエピタキシ
ャル成長させる際に、上記シリコン基板の表面に酸化性
ガスの供給を開始してから上記少なくとも一種以上の希
土類元素を含む原料の供給を行うようにしたことを特徴
とする酸化物の結晶成長方法である。
位のシリコン基板の表面を２×１、１×２の表面再構成
によるダイマー構造とする工程と、酸化性ガスを含む雰
囲気中で少なくとも一種以上の希土類元素からなる原料
を用いて上記シリコン基板上に立方晶系または正方晶系
の希土類酸化物を（１１０）面方位にエピタキシャル成
長させる工程とを有し、上記希土類酸化物をエピタキシ
ャル成長させる際に、上記シリコン基板の表面に酸化性
ガスの供給を開始してから上記少なくとも一種以上の希
土類元素を含む原料の供給を行うようにしたことを特徴
とする酸化物の結晶成長方法である。
【００２０】この発明の第３の発明は、（００１）面方
位のシリコン基板の表面を２×１、１×２の表面再構成
によるダイマー構造とする工程と、７１０℃未満の成長
温度で上記シリコン基板上に立方晶系または正方晶系の
希土類酸化物を（１１０）面方位にエピタキシャル成長
させる工程とを有することを特徴とする酸化物の結晶成
長方法である。
位のシリコン基板の表面を２×１、１×２の表面再構成
によるダイマー構造とする工程と、７１０℃未満の成長
温度で上記シリコン基板上に立方晶系または正方晶系の
希土類酸化物を（１１０）面方位にエピタキシャル成長
させる工程とを有することを特徴とする酸化物の結晶成
長方法である。
【００２１】この発明の第３の発明においては、３００
℃未満の成長温度で希土類酸化物をエピタキシャル成長
させることもあり、さらには、１００℃未満の成長温度
で希土類酸化物をエピタキシャル成長させることもあ
る。
℃未満の成長温度で希土類酸化物をエピタキシャル成長
させることもあり、さらには、１００℃未満の成長温度
で希土類酸化物をエピタキシャル成長させることもあ
る。
【００２２】この発明の第４の発明は、（００１）面方
位のシリコン基板と、上記シリコン基板上に第１の成長
温度で成長されたＣｅＯ2 膜と、上記ＣｅＯ2 膜上に上
記第１の成長温度より高い第２の成長温度でエピタキシ
ャル成長された（１１０）面方位のＣｅＯ2 膜とを有す
ることを特徴とする酸化物積層構造である。
位のシリコン基板と、上記シリコン基板上に第１の成長
温度で成長されたＣｅＯ2 膜と、上記ＣｅＯ2 膜上に上
記第１の成長温度より高い第２の成長温度でエピタキシ
ャル成長された（１１０）面方位のＣｅＯ2 膜とを有す
ることを特徴とする酸化物積層構造である。
【００２３】この発明の第５の発明は、（００１）面方
位のシリコン基板と、上記シリコン基板上のＳｉＯx 膜
と、上記ＳｉＯx 膜上の第１の成長温度で成長されたＣ
ｅＯ2 膜と、上記ＣｅＯ2 膜上の上記第１の成長温度よ
り高い第２の成長温度でエピタキシャル成長された（１
１０）面方位のＣｅＯ2 膜とを有することを特徴とする
酸化物積層構造である。
位のシリコン基板と、上記シリコン基板上のＳｉＯx 膜
と、上記ＳｉＯx 膜上の第１の成長温度で成長されたＣ
ｅＯ2 膜と、上記ＣｅＯ2 膜上の上記第１の成長温度よ
り高い第２の成長温度でエピタキシャル成長された（１
１０）面方位のＣｅＯ2 膜とを有することを特徴とする
酸化物積層構造である。
【００２４】この発明の第５の発明において、ＳｉＯx
膜のｘは一般的には０＜ｘ≦３、通常は１≦ｘ≦２であ
る。
膜のｘは一般的には０＜ｘ≦３、通常は１≦ｘ≦２であ
る。
【００２５】この発明の第４および第５の発明におい
て、第１の成長温度は例えば室温から７００℃程度ま
で、任意に選択可能である。
て、第１の成長温度は例えば室温から７００℃程度ま
で、任意に選択可能である。
【００２６】この発明の第４および第５の発明による酸
化物積層構造を図示すると、それぞれ図２および図３の
ようになる。
化物積層構造を図示すると、それぞれ図２および図３の
ようになる。
【００２７】この発明において、（００１）面方位のシ
リコン基板には、実質的に（００１）面方位と同等と認
められる範囲内で（００１）面からオフしたシリコン基
板も含まれる。
リコン基板には、実質的に（００１）面方位と同等と認
められる範囲内で（００１）面からオフしたシリコン基
板も含まれる。
【００２８】この発明において、希土類酸化物は、具体
的にはセリウム（Ｃｅ）、イットリウム（Ｙ）等の希土
類元素の酸化物であり、これには１種の希土類元素の酸
化物のほかに、２種以上の希土類元素の酸化物も含まれ
る。この希土類酸化物をＲｅＯz （ただし、Ｒｅは希土
類元素）と表すと、通常、０≦ｚ≦３である。また、こ
の希土類酸化物は立方晶系または正方晶系であるが、立
方晶系または正方晶系と認められる範囲内で多少歪んだ
ものも含まれるものとする。この希土類酸化物は、典型
的には、蛍石構造（ＣｅＯ2 構造；フルオライト構造）
またはＣ−希土構造（Ｙ2 Ｏ3 構造；ビクスバイト（bi
xbyite）構造）をとる。
的にはセリウム（Ｃｅ）、イットリウム（Ｙ）等の希土
類元素の酸化物であり、これには１種の希土類元素の酸
化物のほかに、２種以上の希土類元素の酸化物も含まれ
る。この希土類酸化物をＲｅＯz （ただし、Ｒｅは希土
類元素）と表すと、通常、０≦ｚ≦３である。また、こ
の希土類酸化物は立方晶系または正方晶系であるが、立
方晶系または正方晶系と認められる範囲内で多少歪んだ
ものも含まれるものとする。この希土類酸化物は、典型
的には、蛍石構造（ＣｅＯ2 構造；フルオライト構造）
またはＣ−希土構造（Ｙ2 Ｏ3 構造；ビクスバイト（bi
xbyite）構造）をとる。
【００２９】この発明においては、希土類酸化物をより
確実に（１１０）面方位にエピタキシャル成長させる観
点から、好適には、希土類酸化物をエピタキシャル成長
させる際に、シリコン基板の表面に酸化性ガスの供給を
開始してから少なくとも一種以上の希土類元素を含む原
料の供給を行う。この少なくとも一種以上の希土類元素
を含む原料は希土類元素単体からなるものであっても、
例えば希土類酸化物からなるものであってもよい。ただ
し、特に７００℃程度の高温においては、酸化性ガスを
基板表面に供給した時点で、表面酸化が開始すると考え
られるので、速やかに希土類元素の供給も開始する必要
がある。なお、場合によっては、他に支障がない限り、
この酸化性ガスの供給を行う前のシリコン基板の表面
に、希土類元素が微量、例えばモノレイヤーまたはサブ
モノレイヤー程度存在していてもよい。
確実に（１１０）面方位にエピタキシャル成長させる観
点から、好適には、希土類酸化物をエピタキシャル成長
させる際に、シリコン基板の表面に酸化性ガスの供給を
開始してから少なくとも一種以上の希土類元素を含む原
料の供給を行う。この少なくとも一種以上の希土類元素
を含む原料は希土類元素単体からなるものであっても、
例えば希土類酸化物からなるものであってもよい。ただ
し、特に７００℃程度の高温においては、酸化性ガスを
基板表面に供給した時点で、表面酸化が開始すると考え
られるので、速やかに希土類元素の供給も開始する必要
がある。なお、場合によっては、他に支障がない限り、
この酸化性ガスの供給を行う前のシリコン基板の表面
に、希土類元素が微量、例えばモノレイヤーまたはサブ
モノレイヤー程度存在していてもよい。
【００３０】この発明においては、希土類酸化物をエピ
タキシャル成長させた後、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の圧
力の真空中において希土類酸化物の成長温度以上の温度
で熱処理を行う工程をさらに有する場合もある。また、
希土類酸化物をエピタキシャル成長させた後、この希土
類酸化物の成長温度より高い成長温度でこの希土類酸化
物上に希土類酸化物をホモエピタキシャル成長させる工
程をさらに有する場合もある。さらに、希土類酸化物を
エピタキシャル成長させた後、希土類酸化物上に機能性
酸化物をエピタキシャル成長させる工程をさらに有する
場合もある。
タキシャル成長させた後、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の圧
力の真空中において希土類酸化物の成長温度以上の温度
で熱処理を行う工程をさらに有する場合もある。また、
希土類酸化物をエピタキシャル成長させた後、この希土
類酸化物の成長温度より高い成長温度でこの希土類酸化
物上に希土類酸化物をホモエピタキシャル成長させる工
程をさらに有する場合もある。さらに、希土類酸化物を
エピタキシャル成長させた後、希土類酸化物上に機能性
酸化物をエピタキシャル成長させる工程をさらに有する
場合もある。
【００３１】この発明においては、成長条件等によって
は、希土類酸化物の成長後に、シリコン基板と希土類酸
化物との界面に厚さ５ｎｍ以下の酸化シリコン膜または
欠陥層が形成されることもある。
は、希土類酸化物の成長後に、シリコン基板と希土類酸
化物との界面に厚さ５ｎｍ以下の酸化シリコン膜または
欠陥層が形成されることもある。
【００３２】この発明において、機能性酸化物は、典型
的には、ペロブスカイト構造または層状ペロブスカイト
構造である。このような機能性酸化物は、基本的にはど
のようなものであってもよいが、具体的には、強誘電
体、超伝導体、焦電体、圧電体などである。
的には、ペロブスカイト構造または層状ペロブスカイト
構造である。このような機能性酸化物は、基本的にはど
のようなものであってもよいが、具体的には、強誘電
体、超伝導体、焦電体、圧電体などである。
【００３３】この発明において、エピタキシャル成長に
よる（１１０）面方位の希土類酸化物は、例えば、ＭＩ
Ｓ−ＦＥＴのゲート絶縁膜や素子分離絶縁膜などに使用
されるほか、シリコン基板上に直接機能性酸化物を成長
させることが困難である場合におけるそのバッファ層な
どとして使用することができる。
よる（１１０）面方位の希土類酸化物は、例えば、ＭＩ
Ｓ−ＦＥＴのゲート絶縁膜や素子分離絶縁膜などに使用
されるほか、シリコン基板上に直接機能性酸化物を成長
させることが困難である場合におけるそのバッファ層な
どとして使用することができる。
【００３４】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、（００１）面方位のシリコン基板の表面を２×１、
１×２の表面再構成によるダイマー構造とし、さらに、
好適には、希土類酸化物をエピタキシャル成長させる際
に、シリコン基板の表面に酸化性ガスの供給を開始して
から少なくとも一種以上の希土類元素からなる原料の供
給を行うことにより、従来よりもより低い成長温度で、
（００１）面方位のシリコン基板上に希土類酸化物を
（１１０）面方位に良好にエピタキシャル成長させるこ
とができる。
ば、（００１）面方位のシリコン基板の表面を２×１、
１×２の表面再構成によるダイマー構造とし、さらに、
好適には、希土類酸化物をエピタキシャル成長させる際
に、シリコン基板の表面に酸化性ガスの供給を開始して
から少なくとも一種以上の希土類元素からなる原料の供
給を行うことにより、従来よりもより低い成長温度で、
（００１）面方位のシリコン基板上に希土類酸化物を
（１１０）面方位に良好にエピタキシャル成長させるこ
とができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
【００３６】まず、以下の実施形態においてＣｅＯ2 の
成長に用いるＭＢＥ装置について説明する。このＭＢＥ
装置は、通常の半導体成長用に設計されたＭＢＥ装置で
も不可能ではないが、酸化性ガス、好ましくは酸素ガス
を成長室に導入することができるようにノズル、配管等
が設置されており、また、耐酸化性の部材で成長室、ヒ
ータ、セル等が構成されている必要がある。また、基板
表面の状態をモニタリングすることができるよう、基板
表面に対して数度以内の角度で高速電子線を入射させる
ことができ、また、その電子線回折像を観測することが
できるよう、蛍光体を塗布したスクリーンが配備されて
いる（ＲＨＥＥＤシステム）。基板のサセプターはシリ
コンカーバイド（ＳｉＣ）からなり、裏面よりＳｉＣヒ
ータで加熱されるようになっている。ソース原料の供給
のため、分子線発生用の３基のクヌーセンセル、電子ビ
ーム蒸着用の２基の電子ビーム（ＥＢ）ガンが設置され
ている。酸化性ガスは、マスフローコントローラにて流
量制御された後、基板付近までノズルで供給され、基板
に吹き付けられるようになっている。
成長に用いるＭＢＥ装置について説明する。このＭＢＥ
装置は、通常の半導体成長用に設計されたＭＢＥ装置で
も不可能ではないが、酸化性ガス、好ましくは酸素ガス
を成長室に導入することができるようにノズル、配管等
が設置されており、また、耐酸化性の部材で成長室、ヒ
ータ、セル等が構成されている必要がある。また、基板
表面の状態をモニタリングすることができるよう、基板
表面に対して数度以内の角度で高速電子線を入射させる
ことができ、また、その電子線回折像を観測することが
できるよう、蛍光体を塗布したスクリーンが配備されて
いる（ＲＨＥＥＤシステム）。基板のサセプターはシリ
コンカーバイド（ＳｉＣ）からなり、裏面よりＳｉＣヒ
ータで加熱されるようになっている。ソース原料の供給
のため、分子線発生用の３基のクヌーセンセル、電子ビ
ーム蒸着用の２基の電子ビーム（ＥＢ）ガンが設置され
ている。酸化性ガスは、マスフローコントローラにて流
量制御された後、基板付近までノズルで供給され、基板
に吹き付けられるようになっている。
【００３７】まず、この発明の第１の実施形態による酸
化物の結晶成長方法について説明する。
化物の結晶成長方法について説明する。
【００３８】この第１の実施形態においては、まず、図
４Ａに示すように、（００１）面方位のＳｉ基板１を用
意する。
４Ａに示すように、（００１）面方位のＳｉ基板１を用
意する。
【００３９】次に、この（００１）Ｓｉ基板１の表面処
理を行う。この表面処理は、石坂、白木等によって提案
された先に述べた手法またはこれに準ずる方法により、
表面に揮発性の高いＳｉＯ2 膜を形成し、熱処理により
表面を出す手法で行う。具体的には、Ｓｉ基板１をＲＣ
Ａ洗浄し、これに対し、１２０〜１３０℃に煮沸した濃
硝酸中での１０分間の処理（基板表面のエッチングとＳ
ｉＯ2 膜の形成）と２．５％希フッ酸による１０〜１５
秒程度の処理（ＳｉＯ2 膜の除去）とを３〜４回繰り返
し行うことにより平坦面を形成する。次に、それを９０
℃に加熱したアンモニア過水（ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：
Ｈ2 Ｏ＝１：１：３）中に入れてＳｉ基板１の表面に薄
いＳｉＯ2 膜を形成し（１０分間）、２．５％希フッ酸
で１０〜１５秒程度処理（ＳｉＯ2 膜の除去）する。そ
れを、再び９０℃に加熱したアンモニア過水（ＮＨ4 Ｏ
Ｈ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１．２５：３）中に入れて
薄いＳｉＯ2 膜を形成し（１０分間）、さらに抵抗率１
８ＭΩｃｍ以上の超純水にてリンス後、窒素ガスで基板
表面の水滴を除去してＭＢＥ装置の成長室に投入する。
そして、この成長室において、真空中、６００℃で１時
間脱ガスした後、１０００℃まで昇温して数秒保持し、
Ｓｉ基板１の表面からＳｉＯを揮発させる（Ｓｉ＋Ｓｉ
Ｏ2 →２ＳｉＯ↑）。この過程で、８５０℃前後まで昇
温した時点で２×１、１×２再構成表面が得られる（図
４Ｂ）。このようにして２×１、１×２表面再構成によ
るダイマー構造が形成されたＳｉ基板１を成長温度まで
冷却してＣｅＯ2 成長用基板とする。プロセス条件の適
切な制御により、７００℃以下室温程度までの広い温度
範囲で、（１１０）ＣｅＯ2 膜をエピタキシャル成長さ
せることができる。
理を行う。この表面処理は、石坂、白木等によって提案
された先に述べた手法またはこれに準ずる方法により、
表面に揮発性の高いＳｉＯ2 膜を形成し、熱処理により
表面を出す手法で行う。具体的には、Ｓｉ基板１をＲＣ
Ａ洗浄し、これに対し、１２０〜１３０℃に煮沸した濃
硝酸中での１０分間の処理（基板表面のエッチングとＳ
ｉＯ2 膜の形成）と２．５％希フッ酸による１０〜１５
秒程度の処理（ＳｉＯ2 膜の除去）とを３〜４回繰り返
し行うことにより平坦面を形成する。次に、それを９０
℃に加熱したアンモニア過水（ＮＨ4 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：
Ｈ2 Ｏ＝１：１：３）中に入れてＳｉ基板１の表面に薄
いＳｉＯ2 膜を形成し（１０分間）、２．５％希フッ酸
で１０〜１５秒程度処理（ＳｉＯ2 膜の除去）する。そ
れを、再び９０℃に加熱したアンモニア過水（ＮＨ4 Ｏ
Ｈ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１．２５：３）中に入れて
薄いＳｉＯ2 膜を形成し（１０分間）、さらに抵抗率１
８ＭΩｃｍ以上の超純水にてリンス後、窒素ガスで基板
表面の水滴を除去してＭＢＥ装置の成長室に投入する。
そして、この成長室において、真空中、６００℃で１時
間脱ガスした後、１０００℃まで昇温して数秒保持し、
Ｓｉ基板１の表面からＳｉＯを揮発させる（Ｓｉ＋Ｓｉ
Ｏ2 →２ＳｉＯ↑）。この過程で、８５０℃前後まで昇
温した時点で２×１、１×２再構成表面が得られる（図
４Ｂ）。このようにして２×１、１×２表面再構成によ
るダイマー構造が形成されたＳｉ基板１を成長温度まで
冷却してＣｅＯ2 成長用基板とする。プロセス条件の適
切な制御により、７００℃以下室温程度までの広い温度
範囲で、（１１０）ＣｅＯ2 膜をエピタキシャル成長さ
せることができる。
【００４０】次に、図４Ｃに示すように、２×１、１×
２の表面再構成によるダイマー構造が表面に形成された
Ｓｉ基板１上に、成長温度３００℃において、セリウム
金属および酸素を原料に用い、それらを適切なレート
（図１参照）で供給して、（１１０）面方位のＣｅＯ2
膜２をエピタキシャル成長させる。具体的には、例え
ば、ＥＢガン電流２００ｍＡ、酸素流量０．０５ｓｃｃ
ｍにて、セリウム金属および酸素を供給する。このとき
重要なことは、まずＳｉ基板１の表面への酸素の供給を
開始してから、セリウム金属の供給を行うことである。
また、この成長時には、酸素ガス供給用のノズルの先端
がほぼＳｉ基板１の中心に向くようにＳｉ基板１が配置
されている。このようにして成長を行うと、ＣｅＯ
2 （１１０）が、エピタキシャルに成長していることが
ＲＨＥＥＤスクリーン上で確認される。図５および図６
に、（１１０）ＣｅＯ2 膜の〈００１〉、〈１−１０〉
入射による電子線回折位置のシミュレーションパターン
および実際に得られたＲＨＥＥＤパターンをそれぞれ示
す。
２の表面再構成によるダイマー構造が表面に形成された
Ｓｉ基板１上に、成長温度３００℃において、セリウム
金属および酸素を原料に用い、それらを適切なレート
（図１参照）で供給して、（１１０）面方位のＣｅＯ2
膜２をエピタキシャル成長させる。具体的には、例え
ば、ＥＢガン電流２００ｍＡ、酸素流量０．０５ｓｃｃ
ｍにて、セリウム金属および酸素を供給する。このとき
重要なことは、まずＳｉ基板１の表面への酸素の供給を
開始してから、セリウム金属の供給を行うことである。
また、この成長時には、酸素ガス供給用のノズルの先端
がほぼＳｉ基板１の中心に向くようにＳｉ基板１が配置
されている。このようにして成長を行うと、ＣｅＯ
2 （１１０）が、エピタキシャルに成長していることが
ＲＨＥＥＤスクリーン上で確認される。図５および図６
に、（１１０）ＣｅＯ2 膜の〈００１〉、〈１−１０〉
入射による電子線回折位置のシミュレーションパターン
および実際に得られたＲＨＥＥＤパターンをそれぞれ示
す。
【００４１】図７に、この（１１０）ＣｅＯ2 膜のθ／
２θスキャンによるＸ線回折図形の測定結果を示す。た
だし、この測定に使用されたディフラクトメータは、θ
／２θ以外に、あおりαおよび面内回転βの自由度を有
しており、軸立て、φスキャン等の測定が可能である。
また、Ｘ線源はＣｕＫα線である。ここでは、Ｓｉ（０
０４）の対称反射が最大強度をとるように軸立てを行
い、結晶評価を行った。この（１１０）ＣｅＯ2 膜の膜
厚は比較的薄い（〜１５ｎｍ）ため強い回折ではない
が、ＣｅＯ2 （２２０）ピークが認められる。この試料
のＣｅＯ2 ｛２０２｝および基板Ｓｉ｛２０２｝ピーク
のφスキャンデータを図８に示す。図８より、ＣｅＯ2
｛２０２｝は２回対称の回折が二組存在していることが
わかり、反位相領域を有する（１１０）ＣｅＯ2 がエピ
タキシャル成長していることが確認される。なお、セリ
ウムおよび酸化性ガスを適切に供給すれば、３００℃か
ら７００℃程度まで、任意の温度で（１１０）ＣｅＯ2
のエピタキシャル膜が得られることが確認されている。
２θスキャンによるＸ線回折図形の測定結果を示す。た
だし、この測定に使用されたディフラクトメータは、θ
／２θ以外に、あおりαおよび面内回転βの自由度を有
しており、軸立て、φスキャン等の測定が可能である。
また、Ｘ線源はＣｕＫα線である。ここでは、Ｓｉ（０
０４）の対称反射が最大強度をとるように軸立てを行
い、結晶評価を行った。この（１１０）ＣｅＯ2 膜の膜
厚は比較的薄い（〜１５ｎｍ）ため強い回折ではない
が、ＣｅＯ2 （２２０）ピークが認められる。この試料
のＣｅＯ2 ｛２０２｝および基板Ｓｉ｛２０２｝ピーク
のφスキャンデータを図８に示す。図８より、ＣｅＯ2
｛２０２｝は２回対称の回折が二組存在していることが
わかり、反位相領域を有する（１１０）ＣｅＯ2 がエピ
タキシャル成長していることが確認される。なお、セリ
ウムおよび酸化性ガスを適切に供給すれば、３００℃か
ら７００℃程度まで、任意の温度で（１１０）ＣｅＯ2
のエピタキシャル膜が得られることが確認されている。
【００４２】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、（００１）Ｓｉ基板１の表面を２×１、１×２表面
再構成によるダイマー構造とした後、セリウム金属およ
び酸素を適切なレートで供給し、この際酸素の供給を先
行させて成長を行っていることにより、３００℃から７
００℃程度と従来よりも低い成長温度でＣｅＯ2 膜２を
（１１０）面方位に良好にエピタキシャル成長させるこ
とができる。
ば、（００１）Ｓｉ基板１の表面を２×１、１×２表面
再構成によるダイマー構造とした後、セリウム金属およ
び酸素を適切なレートで供給し、この際酸素の供給を先
行させて成長を行っていることにより、３００℃から７
００℃程度と従来よりも低い成長温度でＣｅＯ2 膜２を
（１１０）面方位に良好にエピタキシャル成長させるこ
とができる。
【００４３】次に、この発明の第２の実施形態による酸
化物の結晶成長方法について説明する。
化物の結晶成長方法について説明する。
【００４４】この第２の実施形態においては、２×１、
１×２の表面再構成によるダイマー構造が表面に形成さ
れた（００１）Ｓｉ基板１上に（１１０）ＣｅＯ2 膜２
をエピタキシャル成長させるが、この際、成長温度を室
温とし、かつ、酸素ガス供給用のノズルの先端からやや
外れた箇所にＳｉ基板１を配置して成長を行う。同等の
成長は、酸素供給量を減少させることによっても行うこ
とができると考えられるが、ここでは、装置上の便宜の
ため、このようにしている。その他のことは、第１の実
施形態と同様である。
１×２の表面再構成によるダイマー構造が表面に形成さ
れた（００１）Ｓｉ基板１上に（１１０）ＣｅＯ2 膜２
をエピタキシャル成長させるが、この際、成長温度を室
温とし、かつ、酸素ガス供給用のノズルの先端からやや
外れた箇所にＳｉ基板１を配置して成長を行う。同等の
成長は、酸素供給量を減少させることによっても行うこ
とができると考えられるが、ここでは、装置上の便宜の
ため、このようにしている。その他のことは、第１の実
施形態と同様である。
【００４５】図９に、得られたＣｅＯ2 膜２の〈００
１〉、〈１−１０〉入射によるＲＨＥＥＤパターンを示
す。図９より、エピタキシャル（１１０）ＣｅＯ2 膜が
得られていることがわかる。このことから、第１の実施
形態と比較し、酸素供給量をやや不足させて、Ｃｅ／Ｏ
供給比を上げてやることにより、室温でもエピタキシャ
ル（１１０）ＣｅＯ2 膜が得られることがわかる。
１〉、〈１−１０〉入射によるＲＨＥＥＤパターンを示
す。図９より、エピタキシャル（１１０）ＣｅＯ2 膜が
得られていることがわかる。このことから、第１の実施
形態と比較し、酸素供給量をやや不足させて、Ｃｅ／Ｏ
供給比を上げてやることにより、室温でもエピタキシャ
ル（１１０）ＣｅＯ2 膜が得られることがわかる。
【００４６】以上のように、この第２の実施形態によれ
ば、従来の成長温度に比べて約７００℃も低い室温にお
いても、ＣｅＯ2 膜２を（１１０）面方位に良好にエピ
タキシャル成長させることができる。
ば、従来の成長温度に比べて約７００℃も低い室温にお
いても、ＣｅＯ2 膜２を（１１０）面方位に良好にエピ
タキシャル成長させることができる。
【００４７】次に、この発明の第３の実施形態による酸
化物の結晶成長方法について説明する。
化物の結晶成長方法について説明する。
【００４８】この第３の実施形態においては、まず、図
１０Ａに示すように、第２の実施形態と同様にして、室
温で（００１）Ｓｉ基板１上に（１１０）ＣｅＯ2 膜２
をエピタキシャル成長させる。
１０Ａに示すように、第２の実施形態と同様にして、室
温で（００１）Ｓｉ基板１上に（１１０）ＣｅＯ2 膜２
をエピタキシャル成長させる。
【００４９】次に、成長温度を真空中で７００℃に昇温
し、図１０Ｂに示すように、この成長温度７００℃に
て、第２の実施形態と同様の原料供給条件で、（１１
０）ＣｅＯ2 膜２上にＣｅＯ2 膜３を（１１０）面方位
にホモエピタキシャル成長させる。このときのＳｉ基板
１の位置は、第２の実施形態と同様に、酸素ガス供給用
のノズルの先端からやや外れた箇所とする。
し、図１０Ｂに示すように、この成長温度７００℃に
て、第２の実施形態と同様の原料供給条件で、（１１
０）ＣｅＯ2 膜２上にＣｅＯ2 膜３を（１１０）面方位
にホモエピタキシャル成長させる。このときのＳｉ基板
１の位置は、第２の実施形態と同様に、酸素ガス供給用
のノズルの先端からやや外れた箇所とする。
【００５０】このようにしてホモエピタキシャル成長し
たＣｅＯ2 膜３の〈００１〉、〈１−１０〉入射による
ＲＨＥＥＤパターンを図１１に示す。図１１より、室温
成長した（１１０）ＣｅＯ2 膜２上に、結晶性の良好な
（１１０）ＣｅＯ2 膜３がホモエピタキシャル成長して
いることが確認される。このことから、（１１０）Ｃｅ
Ｏ2 膜２は室温成長によるものではあるが、高温でもそ
の上にホモエピタキシャル成長を行うことができる程度
には十分に安定であることが示され、機能性酸化物ヘテ
ロエピタキシャル成長用の基板としての信頼性が確保さ
れていることがわかる。図１２に、この（１１０）Ｃｅ
Ｏ2 膜３のＣｅＯ2 膜のθ／２θスキャンによるＸ線回
折図形の測定結果を示す。図１２より、Ｓｉ基板の回折
以外にはＣｅＯ2 （２２０）ピークのみが認められ、Ｃ
ｅＯ2 （１１０）のエピタキシャル成長がＸ線回折によ
っても確認された。この試料のＣｅＯ2 ｛２０２｝およ
び基板Ｓｉ｛２０２｝ピークのφスキャンデータを図１
３に示す。図１３より、図８と同様に、ＣｅＯ2 ｛２０
２｝は２回対称の回折が二組存在していることがわか
り、反位相領域を有する（１１０）ＣｅＯ2 がエピタキ
シャル成長していることが確認される。
たＣｅＯ2 膜３の〈００１〉、〈１−１０〉入射による
ＲＨＥＥＤパターンを図１１に示す。図１１より、室温
成長した（１１０）ＣｅＯ2 膜２上に、結晶性の良好な
（１１０）ＣｅＯ2 膜３がホモエピタキシャル成長して
いることが確認される。このことから、（１１０）Ｃｅ
Ｏ2 膜２は室温成長によるものではあるが、高温でもそ
の上にホモエピタキシャル成長を行うことができる程度
には十分に安定であることが示され、機能性酸化物ヘテ
ロエピタキシャル成長用の基板としての信頼性が確保さ
れていることがわかる。図１２に、この（１１０）Ｃｅ
Ｏ2 膜３のＣｅＯ2 膜のθ／２θスキャンによるＸ線回
折図形の測定結果を示す。図１２より、Ｓｉ基板の回折
以外にはＣｅＯ2 （２２０）ピークのみが認められ、Ｃ
ｅＯ2 （１１０）のエピタキシャル成長がＸ線回折によ
っても確認された。この試料のＣｅＯ2 ｛２０２｝およ
び基板Ｓｉ｛２０２｝ピークのφスキャンデータを図１
３に示す。図１３より、図８と同様に、ＣｅＯ2 ｛２０
２｝は２回対称の回折が二組存在していることがわか
り、反位相領域を有する（１１０）ＣｅＯ2 がエピタキ
シャル成長していることが確認される。
【００５１】以上のように、この第３の実施形態によれ
ば、第２の実施形態と同様にして、（００１）Ｓｉ基板
１上に（１１０）ＣｅＯ2 膜２を室温で成長させた後、
このＣｅＯ2 膜２上にＣｅＯ2 膜３を（１１０）面方位
にホモエピタキシャル成長させていることにより、従来
の成長温度よりも低い７００℃という成長温度で、十分
な厚さの（１１０）ＣｅＯ2 膜３を良好にエピタキシャ
ル成長させることができる。
ば、第２の実施形態と同様にして、（００１）Ｓｉ基板
１上に（１１０）ＣｅＯ2 膜２を室温で成長させた後、
このＣｅＯ2 膜２上にＣｅＯ2 膜３を（１１０）面方位
にホモエピタキシャル成長させていることにより、従来
の成長温度よりも低い７００℃という成長温度で、十分
な厚さの（１１０）ＣｅＯ2 膜３を良好にエピタキシャ
ル成長させることができる。
【００５２】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【００５３】例えば、上述の第１の実施形態において
は、（１１０）ＣｅＯ2 膜２の成長時には、（００１）
Ｓｉ基板１の表面を石坂、白木法等によって提案された
手法で処理しているが、必ずしもそのようにする必要は
ない。
は、（１１０）ＣｅＯ2 膜２の成長時には、（００１）
Ｓｉ基板１の表面を石坂、白木法等によって提案された
手法で処理しているが、必ずしもそのようにする必要は
ない。
【００５４】また、上述の第３の実施形態においては、
ＣｅＯ2 膜３のホモエピタキシャル成長温度を７００℃
としているが、第１の成長温度であるＣｅＯ2 膜２の成
長温度以上であれば、より低い成長温度としてもよい。
ＣｅＯ2 膜３のホモエピタキシャル成長温度を７００℃
としているが、第１の成長温度であるＣｅＯ2 膜２の成
長温度以上であれば、より低い成長温度としてもよい。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、酸化セリウムなどの希土類酸化物を従来よりも低い
成長温度で（００１）面方位のシリコン基板上に（１１
０）面方位で良好にエピタキシャル成長させ、エピタキ
シャルな希土類酸化物（１１０）／シリコン（００１）
構造を実現することができる。
ば、酸化セリウムなどの希土類酸化物を従来よりも低い
成長温度で（００１）面方位のシリコン基板上に（１１
０）面方位で良好にエピタキシャル成長させ、エピタキ
シャルな希土類酸化物（１１０）／シリコン（００１）
構造を実現することができる。
【図１】（００１）Ｓｉ基板上にＣｅＯ2 を成長させる
場合における得られる面方位と成長条件との関係を説明
するための略線図である。
場合における得られる面方位と成長条件との関係を説明
するための略線図である。
【図２】（００１）Ｓｉ基板に形成されたエピタキシャ
ル構造の一例を示す断面図である。
ル構造の一例を示す断面図である。
【図３】（００１）Ｓｉ基板に形成されたエピタキシャ
ル構造の一例を示す断面図である。
ル構造の一例を示す断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態による酸化物の結晶
成長方法を説明するための断面図である。
成長方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態において成長された
（１１０）ＣｅＯ2 膜の〈００１〉、〈１−１０〉入射
による電子線回折位置のシミュレーションパターンを示
す略線図である。
（１１０）ＣｅＯ2 膜の〈００１〉、〈１−１０〉入射
による電子線回折位置のシミュレーションパターンを示
す略線図である。
【図６】この発明の第１の実施形態において成長された
（１１０）ＣｅＯ2 膜の〈００１〉、〈１−１０〉入射
により実際に得られたＲＨＥＥＤパターンを示す図であ
る。
（１１０）ＣｅＯ2 膜の〈００１〉、〈１−１０〉入射
により実際に得られたＲＨＥＥＤパターンを示す図であ
る。
【図７】この発明の第１の実施形態において成長された
（１１０）ＣｅＯ2 膜のＸ線回折図形を示す略線図であ
る。
（１１０）ＣｅＯ2 膜のＸ線回折図形を示す略線図であ
る。
【図８】この発明の第１の実施形態において（１１０）
ＣｅＯ2 膜が成長された試料のＣｅＯ2 ｛２０２｝およ
び基板Ｓｉ｛２０２｝ピークのφスキャンデータを示す
略線図である。
ＣｅＯ2 膜が成長された試料のＣｅＯ2 ｛２０２｝およ
び基板Ｓｉ｛２０２｝ピークのφスキャンデータを示す
略線図である。
【図９】この発明の第２の実施形態において成長された
（１１０）ＣｅＯ2 膜のＲＨＥＥＤパターンを示す図で
ある。
（１１０）ＣｅＯ2 膜のＲＨＥＥＤパターンを示す図で
ある。
【図１０】この発明の第３の実施形態による酸化物の結
晶成長方法を説明するための断面図である。
晶成長方法を説明するための断面図である。
【図１１】この発明の第３の実施形態においてホモエピ
タキシャル成長された（１１０）ＣｅＯ2 膜の〈００
１〉、〈１−１０〉入射によるＲＨＥＥＤパターンを示
す図である。
タキシャル成長された（１１０）ＣｅＯ2 膜の〈００
１〉、〈１−１０〉入射によるＲＨＥＥＤパターンを示
す図である。
【図１２】この発明の第３の実施形態においてホモエピ
タキシャル成長された（１１０）ＣｅＯ2 膜のＸ線回折
図形を示す略線図である。
タキシャル成長された（１１０）ＣｅＯ2 膜のＸ線回折
図形を示す略線図である。
【図１３】この発明の第３の実施形態において（１１
０）ＣｅＯ2 膜がホモエピタキシャル成長された試料の
ＣｅＯ2 ｛２０２｝および基板Ｓｉ｛２０２｝ピークの
φスキャンデータを示す略線図である。
０）ＣｅＯ2 膜がホモエピタキシャル成長された試料の
ＣｅＯ2 ｛２０２｝および基板Ｓｉ｛２０２｝ピークの
φスキャンデータを示す略線図である。
１・・・Ｓｉ基板、２、３・・・ＣｅＯ2 膜
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/8242 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 長沢 直美 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 鈴木 真之 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 町田 暁夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AB02 BB03 BB10 DA05 EA01 EA07 ED05 ED06 EE04 EE06 EF01 EH01 FE02 FE11 FE19 GA03 GA06 HA06 5F001 AA17 AD12 AG26 5F038 AC14 AC18 DF05 EZ14 5F083 FR06 GA27 HA08 JA16 JA17 PR25
Claims (37)
- 【請求項１】 （００１）面方位のシリコン基板の表面
を２×１、１×２の表面再構成によるダイマー構造とす
る工程と、 酸化性ガスを含む雰囲気中で少なくとも一種以上の希土
類元素からなる原料を用いて上記シリコン基板上に立方
晶系または正方晶系の希土類酸化物を（１１０）面方位
にエピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴
とする酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項２】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成長
させる際に、上記シリコン基板の表面に酸化性ガスの供
給を開始してから上記少なくとも一種以上の希土類元素
を含む原料の供給を行うようにしたことを特徴とする請
求項１記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項３】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成長
させた後、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の圧力の真空中にお
いて上記希土類酸化物の成長温度以上の温度で熱処理を
行う工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載
の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項４】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成長
させた後、上記希土類酸化物の成長温度より高い成長温
度で上記希土類酸化物上に希土類酸化物をホモエピタキ
シャル成長させる工程をさらに有することを特徴とする
請求項１記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項５】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成長
させた後、上記希土類酸化物上に機能性酸化物をエピタ
キシャル成長させる工程をさらに有することを特徴とす
る請求項１記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項６】 上記シリコン基板と上記希土類酸化物と
の界面に厚さ５ｎｍ以下の酸化シリコン膜または欠陥層
が形成されることを特徴とする請求項１記載の酸化物の
結晶成長方法。 - 【請求項７】 上記機能性酸化物はペロブスカイト構造
または層状ペロブスカイト構造であることを特徴とする
請求項１記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項８】 上記希土類酸化物は酸化セリウムまたは
酸化イットリウムであることを特徴とする請求項１記載
の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項９】 （００１）面方位のシリコン基板の表面
を２×１、１×２の表面再構成によるダイマー構造とす
る工程と、 酸化性ガスを含む雰囲気中で少なくとも一種以上の希土
類元素からなる原料を用いて上記シリコン基板上に立方
晶系または正方晶系の希土類酸化物を（１１０）面方位
にエピタキシャル成長させる工程とを有し、 上記希土類酸化物をエピタキシャル成長させる際に、上
記シリコン基板の表面に酸化性ガスの供給を開始してか
ら上記少なくとも一種以上の希土類元素を含む原料の供
給を行うようにしたことを特徴とする酸化物の結晶成長
方法。 - 【請求項１０】 上記少なくとも一種以上の希土類元素
を含む原料は希土類酸化物からなることを特徴とする請
求項９記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項１１】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させた後、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の圧力の真空中に
おいて上記希土類酸化物の成長温度以上の温度で熱処理
を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項９記
載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項１２】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させた後、上記希土類酸化物の成長温度より高い成長
温度で上記希土類酸化物上に希土類酸化物をホモエピタ
キシャル成長させる工程をさらに有することを特徴とす
る請求項９記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項１３】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させた後、上記希土類酸化物上に機能性酸化物をエピ
タキシャル成長させる工程をさらに有することを特徴と
する請求項９記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項１４】 上記シリコン基板と上記希土類酸化物
との界面に厚さ５ｎｍ以下の酸化シリコン膜または欠陥
層が形成されることを特徴とする請求項９記載の酸化物
の結晶成長方法。 - 【請求項１５】 上記機能性酸化物はペロブスカイト構
造または層状ペロブスカイト構造であることを特徴とす
る請求項９記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項１６】 上記希土類酸化物は酸化セリウムまた
は酸化イットリウムであることを特徴とする請求項９記
載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項１７】 （００１）面方位のシリコン基板の表
面を２×１、１×２の表面再構成によるダイマー構造と
する工程と、 ７１０℃未満の成長温度で上記シリコン基板上に立方晶
系または正方晶系の希土類酸化物を（１１０）面方位に
エピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴と
する酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項１８】 酸化性ガスを含む雰囲気中で少なくと
も一種以上の希土類元素からなる原料を用いて上記希土
類酸化物をエピタキシャル成長させるようにしたことを
特徴とする請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項１９】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させる際に、上記シリコン基板の表面に酸化性ガスの
供給を開始してから上記少なくとも一種以上の希土類元
素を含む原料の供給を行うようにしたことを特徴とする
請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項２０】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させた後、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の圧力の真空中に
おいて上記希土類酸化物の成長温度以上の温度で熱処理
を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項１７
記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項２１】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させた後、上記希土類酸化物の成長温度より高い成長
温度で上記希土類酸化物上に希土類酸化物をホモエピタ
キシャル成長させる工程をさらに有することを特徴とす
る請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項２２】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させた後、上記希土類酸化物上に機能性酸化物をエピ
タキシャル成長させる工程をさらに有することを特徴と
する請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項２３】 上記シリコン基板と上記希土類酸化物
との界面に厚さ５ｎｍ以下の酸化シリコン膜または欠陥
層が形成されることを特徴とする請求項１７記載の酸化
物の結晶成長方法。 - 【請求項２４】 上記機能性酸化物はペロブスカイト構
造または層状ペロブスカイト構造であることを特徴とす
る請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項２５】 上記希土類酸化物は酸化セリウムまた
は酸化イットリウムであることを特徴とする請求項１７
記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項２６】 酸化性ガスを含む雰囲気中で少なくと
も一種以上の希土類元素からなる原料を用いて上記希土
類酸化物をエピタキシャル成長させ、この際に、上記シ
リコン基板の表面に酸化性ガスの供給を開始してから上
記少なくとも一種以上の希土類元素を含む原料の供給を
行うようにしたことを特徴とする請求項１７記載の酸化
物の結晶成長方法。 - 【請求項２７】 上記少なくとも一種以上の希土類元素
を含む原料は希土類酸化物からなることを特徴とする請
求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項２８】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させた後、１×１０-6Ｔｏｒｒ以下の圧力の真空中に
おいて上記希土類酸化物の成長温度以上の温度で熱処理
を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項１７
記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項２９】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させた後、上記希土類酸化物の成長温度より高い成長
温度で上記希土類酸化物上に希土類酸化物をホモエピタ
キシャル成長させる工程をさらに有することを特徴とす
る請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項３０】 上記希土類酸化物をエピタキシャル成
長させた後、上記希土類酸化物上に機能性酸化物をエピ
タキシャル成長させる工程をさらに有することを特徴と
する請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項３１】 上記シリコン基板と上記希土類酸化物
との界面に厚さ５ｎｍ以下の酸化シリコン膜または欠陥
層が形成されることを特徴とする請求項１７記載の酸化
物の結晶成長方法。 - 【請求項３２】 上記機能性酸化物はペロブスカイト構
造または層状ペロブスカイト構造であることを特徴とす
る請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項３３】 上記希土類酸化物は酸化セリウムまた
は酸化イットリウムであることを特徴とする請求項１７
記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項３４】 ３００℃以下の成長温度で上記希土類
酸化物をエピタキシャル成長させるようにしたことを特
徴とする請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項３５】 １００℃以下の成長温度で上記希土類
酸化物をエピタキシャル成長させるようにしたことを特
徴とする請求項１７記載の酸化物の結晶成長方法。 - 【請求項３６】 （００１）面方位のシリコン基板と、 上記シリコン基板上に第１の成長温度で成長されたＣｅ
Ｏ2 膜と、 上記ＣｅＯ2 膜上に上記第１の成長温度より高い第２の
成長温度でエピタキシャル成長された（１１０）面方位
のＣｅＯ2 膜とを有することを特徴とする酸化物積層構
造。 - 【請求項３７】 （００１）面方位のシリコン基板と、 上記シリコン基板上のＳｉＯx 膜と、 上記ＳｉＯx 膜上の第１の成長温度で成長されたＣｅＯ
2 膜と、 上記ＣｅＯ2 膜上の上記第１の成長温度より高い第２の
成長温度でエピタキシャル成長された（１１０）面方位
のＣｅＯ2 膜とを有することを特徴とする酸化物積層構
造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11084921A JP2000281494A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 酸化物の結晶成長方法および酸化物積層構造 |
| US10/127,155 US6749686B2 (en) | 1999-03-26 | 2002-04-19 | Crystal growth method of an oxide and multi-layered structure of oxides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11084921A JP2000281494A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 酸化物の結晶成長方法および酸化物積層構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000281494A true JP2000281494A (ja) | 2000-10-10 |
| JP2000281494A5 JP2000281494A5 (ja) | 2006-01-26 |
Family
ID=13844183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11084921A Pending JP2000281494A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 酸化物の結晶成長方法および酸化物積層構造 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6749686B2 (ja) |
| JP (1) | JP2000281494A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004511909A (ja) * | 2000-10-10 | 2004-04-15 | エーエスエム インターナショナル エヌ．ヴェー． | 誘電体界面被膜およびその方法 |
| US7199451B2 (en) * | 2004-09-30 | 2007-04-03 | Intel Corporation | Growing [110] silicon on [001]-oriented substrate with rare-earth oxide buffer film |
| JP2008160086A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-07-10 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| US8097301B2 (en) | 2006-08-30 | 2012-01-17 | Casio Computer Co., Ltd. | Electrical insulation film manufacturing method |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003282439A (ja) * | 2002-03-27 | 2003-10-03 | Seiko Epson Corp | デバイス用基板およびデバイス用基板の製造方法 |
| KR100605504B1 (ko) * | 2003-07-30 | 2006-07-28 | 삼성전자주식회사 | 저전위밀도를 갖는 에피텍셜층을 포함하는 반도체 소자 및 상기 반도체 소자의 제조방법 |
| US7344962B2 (en) * | 2005-06-21 | 2008-03-18 | International Business Machines Corporation | Method of manufacturing dual orientation wafers |
| WO2017165197A1 (en) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | IQE, plc | Epitaxial metal oxide as buffer for epitaxial iii-v layers |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5296458A (en) * | 1988-02-03 | 1994-03-22 | International Business Machines Corporation | Epitaxy of high Tc superconducting films on (001) silicon surface |
| JP3193302B2 (ja) * | 1996-06-26 | 2001-07-30 | ティーディーケイ株式会社 | 膜構造体、電子デバイス、記録媒体および強誘電体薄膜の製造方法 |
| US6610548B1 (en) * | 1999-03-26 | 2003-08-26 | Sony Corporation | Crystal growth method of oxide, cerium oxide, promethium oxide, multi-layered structure of oxides, manufacturing method of field effect transistor, manufacturing method of ferroelectric non-volatile memory and ferroelectric non-volatile memory |
-
1999
- 1999-03-26 JP JP11084921A patent/JP2000281494A/ja active Pending
-
2002
- 2002-04-19 US US10/127,155 patent/US6749686B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004511909A (ja) * | 2000-10-10 | 2004-04-15 | エーエスエム インターナショナル エヌ．ヴェー． | 誘電体界面被膜およびその方法 |
| US7199451B2 (en) * | 2004-09-30 | 2007-04-03 | Intel Corporation | Growing [110] silicon on [001]-oriented substrate with rare-earth oxide buffer film |
| US7910462B2 (en) | 2004-09-30 | 2011-03-22 | Intel Corporation | Growing [110] silicon on [001] oriented substrate with rare-earth oxide buffer film |
| US8097301B2 (en) | 2006-08-30 | 2012-01-17 | Casio Computer Co., Ltd. | Electrical insulation film manufacturing method |
| JP2008160086A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-07-10 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6749686B2 (en) | 2004-06-15 |
| US20020119659A1 (en) | 2002-08-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6610548B1 (en) | Crystal growth method of oxide, cerium oxide, promethium oxide, multi-layered structure of oxides, manufacturing method of field effect transistor, manufacturing method of ferroelectric non-volatile memory and ferroelectric non-volatile memory | |
| US5828080A (en) | Oxide thin film, electronic device substrate and electronic device | |
| US6241821B1 (en) | Method for fabricating a semiconductor structure having a crystalline alkaline earth metal oxide interface with silicon | |
| US6248459B1 (en) | Semiconductor structure having a crystalline alkaline earth metal oxide interface with silicon | |
| US6270568B1 (en) | Method for fabricating a semiconductor structure with reduced leakage current density | |
| JP3133922B2 (ja) | 強誘電体薄膜被覆基板、その製造方法、及びキャパシタ構造素子 | |
| EP0732422B1 (en) | Ferroelectric thin-film coated substrate, method for its manufacture and nonvolatile memory comprising such a substrate | |
| US6479173B1 (en) | Semiconductor structure having a crystalline alkaline earth metal silicon nitride/oxide interface with silicon | |
| KR20010062133A (ko) | 실리콘에 대해 안정적인 결정질의 경계면을 구비하는반도체 구조를 제작하기 위한 방법 | |
| US6224669B1 (en) | Method for fabricating a semiconductor structure having a crystalline alkaline earth metal oxide interface with silicon | |
| Nagashima et al. | Orientation dependence of ferroelectricity of epitaxially grown Pb (Zr x Ti 1− x) O 3 thin films prepared by metalorganic chemical vapor deposition | |
| JP2001270795A (ja) | 酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法 | |
| US5625587A (en) | Rare earth manganate films made by metalorganic decomposition or metalorganic chemical vapor deposition for nonvolatile memory devices | |
| Lee et al. | Highly c-axis oriented Pb (Zr, Ti) O 3 thin films grown on Ir electrode barrier and their electrical properties | |
| JPH11186523A (ja) | 絶縁体材料、絶縁膜被覆基板、その製造方法及びその用途 | |
| JP2000281494A (ja) | 酸化物の結晶成長方法および酸化物積層構造 | |
| JP3095944B2 (ja) | 酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子 | |
| JPH10200059A (ja) | 強誘電体薄膜素子及びその製造方法 | |
| JP4239343B2 (ja) | 酸化物の結晶成長方法、電界効果トランジスタの製造方法および強誘電体不揮発性メモリの製造方法 | |
| Nukaga et al. | Effect of deposition temperature and composition on the microstructure and electrical property of SrBi2Ta2O9 thin films prepared by metalorganic chemical vapor deposition | |
| Migita et al. | Epitaxial structure SrTiO3< 011> on Si< 001 | |
| JP3229911B2 (ja) | 強誘電体記憶素子 | |
| Lu et al. | Characteristics of metal-ferroelectric-insulator-semiconductor diodes composed of Pt electrodes and epitaxial Sr0. 8Bi2. 2Ta2O9 (001)/SrTiO3 (100)/Si (100) structures | |
| JP3105378B2 (ja) | 結晶性薄膜の成形法 | |
| JP3277097B2 (ja) | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20041222 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20050111 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051124 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051124 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080415 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080422 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081014 |