JP2002151503A - 酸化物強誘電体素子の作製方法 - Google Patents

酸化物強誘電体素子の作製方法

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JP2002151503A
JP2002151503A JP2000340845A JP2000340845A JP2002151503A JP 2002151503 A JP2002151503 A JP 2002151503A JP 2000340845 A JP2000340845 A JP 2000340845A JP 2000340845 A JP2000340845 A JP 2000340845A JP 2002151503 A JP2002151503 A JP 2002151503A
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ferroelectric
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crystal
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Yoshimichi Oki
義路 大木
Koshu Setsu
光洙 薛
Hironao Hiramatsu
大直 平松
Takatoshi Ito
貴俊 伊藤
Choi In-Fuun
チョイ イン−フーン
Kim Yon-Tee
キム ヨン−テー
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Waseda University
Korea Institute of Science and Technology KIST
Korea University
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Waseda University
Korea Institute of Science and Technology KIST
Korea University
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不揮発性メモリを構成する強誘電体素子の新
規な作製方法を提供する。 【解決手段】 所定の基板上にアモルファス状の強誘電
体酸化物前駆体を形成した後、前記前駆体を好ましくは
500〜600℃に加熱した状態において、前記前駆体
に対して紫外光を照射して結晶化させ、目的とする結晶
型の強誘電体酸化物を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物強誘電体素
子の作製方法に関し、詳しくは、不揮発性メモリとして
好適に用いることのできる酸化物強誘電体素子の作製方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、低電圧及び高速動作可能な不揮発
性メモリとして、酸化物強誘電体を用いた素子の実現に
向けた研究開発が活発に行われている。このような不揮
発性メモリは、Si基板上にMOSトランジスタを作製
した後、前記酸化物強誘電体からなるキャパシタをモノ
リシックに形成する必要がある。
【0003】前記キャパシタは、前記Si基板上にCV
D法又はMOD法などを用いてアモルファス状の薄膜前
駆体を作製した後、この薄膜を700〜900℃で加熱
して結晶化させ、所定の結晶型の強誘電体結晶を作製す
ることによって行う。具体的には、SrBiTa
(以下、略して「SBT」という場合がある)なるペ
ロブスカイト構造の強誘電体結晶を作製する場合は、約
700〜800℃に加熱し、YMnOなる六方晶系の
強誘電体結晶を作製する場合は、約900℃に加熱する
ことにより結晶化させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、所定の
結晶型の強誘電体結晶を得るには、上述したようにSi
基板を極めて高い温度に加熱する必要があるため、Si
基板上に形成されたMOSトランジスタに熱的ダメージ
を与えてしまう場合があった。このため、実際に素子と
して構成した場合に、使用することができないという問
題があった。
【0005】キャパシタを構成する所定の結晶型の強誘
電体結晶を作製するに際しては、電気学会論文集A、1
18、4、p414、1998(鈴木貴明、生田目俊
秀、東山和寿)において、SBTの結晶化温度を600
〜650℃にまで低減させた低酸素濃度熱処理法が開示
されている。
【0006】また、第35回日本応用物理学会予稿集、
p4925、1996(Y.Itou, M.Ushikubo, H.Matsun
aga, T. Atsuki, T.Yonezawa and K.Ogi)には、出発原
料のゾルゲル溶液の諸条件を調整することによってSB
Tの結晶化温度を低減させることが記載されている。さ
らには、同予稿集、p4946(I.Koiwa, T.Kanehara,
J.Mita, T.Iwabuchi, T.Osaka, S.Ono and M.Maeda)
には、SBTを結晶化させる際の熱処理を減圧下で行う
などの熱処理条件を制御することによって、結晶化温度
を低減させることが記載されている。
【0007】しかしながら、MOSトランジスタの熱的
ダメージを防止するには、結晶化温度のさらなる低温化
が望まれていた。
【0008】本発明は、上記問題に鑑み、不揮発性メモ
リを構成する強誘電体素子の新規な作製方法を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明の強誘電体素子の作製方法は、アモルファス状の
強誘電体酸化物前駆体に紫外光を照射することにより結
晶化させ、所定の結晶型の強誘電体酸化物からなる酸化
物強誘電体素子を形成することを特徴とする。
【0010】本発明者らは、基板を高温に加熱して、ア
モルファス状の強誘電酸化物前駆体を結晶化させる従来
の方法に代わる新規な方法を見出すべく、鋭意検討を実
施した。その結果、アモルファス状の強誘電酸化物前駆
体に対して紫外光を照射することにより、従来の熱エネ
ルギーの場合と同様に前記前駆体を結晶化できることを
見出した。すなわち、従来の熱エネルギーに代わって所
定の光エネルギーを用いることにより前記前駆体を結晶
化できることを見出したものである。
【0011】したがって、本発明によれば、MOSトラ
ンジスタが形成された所定の基板上に形成された強誘電
体酸化物前駆体を高温に加熱することなく、この前駆体
を結晶化させて酸化物強誘電体素子を作製する。したが
って、従来と異なり、MOSトランジスタが熱的ダメー
ジを受けることがなくなり、極めて良好な酸化物強誘電
体素子の提供が可能となる。
【0012】なお、本発明においては前記強誘電体酸化
物前駆体の加熱処理を全く排除するものではなく、好ま
しくは500〜600℃の温度で所定時間加熱しながら
紫外線照射を行うこともできる。これによって、酸化物
強誘電体素子を構成する強誘電酸化物の結晶性をより高
めることができる。また、前記温度範囲は比較的低いた
め、基板上に形成されたMOSトランジスタに対して熱
的ダメージを与えることもない。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。本発明の酸化物強誘電体素
子の製造方法においては、例えば、MOSトランジスタ
が形成されたSi基板上にアモルファス状の強誘電体酸
化物前駆体を形成した後、この前駆体に対して紫外光を
照射し、所定の結晶型の強誘電体酸化物を作製する。紫
外光としてはKrFエキシマレーザから発せられる波長
248nmの紫外光を好ましくは用いることができる。
また、照射時間は前駆体の大きさ及びレーザ強度などに
依存して適宜に設定する。
【0014】また、上述したように、本発明の好ましい
態様においては、前記強誘電体酸化物前駆体に紫外光を
照射する際に、前記前駆体を500〜600℃に加熱す
る。これによって、前記前駆体の結晶化を促進して結晶
性を高めることができる。
【0015】強誘電体酸化物前駆体の加熱は、この前駆
体が形成されている基板を加熱することによって間接的
に実施することもできるし、前記前駆体を赤外線ランプ
などによって直接的に加熱することにより行うこともで
きる。
【0016】また、強誘電体酸化物前駆体の形状は特に
限定されるものではないが、一般にはSi基板などの所
定の基板上にCVD法、MOD法あるいはスピンコート
法を用いて堆積させるため、通常は薄膜状を呈する。
【0017】本発明の酸化物強誘電体素子の作製方法に
おいては、前記酸化物強誘電体素子を構成する前記強誘
電体酸化物がSrBiTaなるペロブスカイト
構造又はYMnOなる六方晶系を呈することが好まし
い。これらの強誘電体酸化物は、メモリとして作動する
に十分なキュリー温度などの物理特性を具えているた
め、これらの強誘電体酸化物から素子を構成することに
よって、優れた特性の不揮発性メモリを提供することが
できる。
【0018】なお、SrBiTaなるペロブス
カイト構造の強誘電体酸化物を作製するに際しては、強
誘電体酸化物前駆体がSr、Bi及びTaを有している
ことが必要となり、好ましくは、前記強誘電体酸化物の
化学両論組成よりもBiを多く含有していることが好ま
しい。そして、特には、前記強誘電体酸化物前駆体が、
前記強誘電体酸化物の化学両論組成におけるBi量の
1.5倍を上限としてBiを含有していることが好まし
い。
【0019】これによって、Bi原子がペロブスカイト
構造の結晶サイトに容易に入ることができ、上記SrB
Taなるペロブスカイト構造の強誘電体酸化
物を簡易に形成することができる。
【0020】また、YMnOなる六方晶系の強誘電体
酸化物を作製するに際しては、その前駆体がY及びMn
を含んでいることが必要である。
【0021】
【実施例】(実施例1及び2)最初に、2−エチルヘキ
サン酸ストロンチウム、ビスマス、及びタンタルを一定
の金属モル比で調合したゾルゲル溶液(EMOD溶液)
を用い、p型Si基板上にスピンコート法によってアモ
ルファス状のSBT前駆体を厚さ約300nmに形成し
た。この際、前記EMOD溶液としてビスマス組成の異
なる2種類の溶液を用い、これらの溶液を2000rp
mで回転させたSi基板上に滴下した後30秒間放置
し、大気中250℃で20分間乾燥させるという操作を
4回繰り返すことによって2種類のSBT前駆体を形成
した。各前駆体中のビスマス含有量はそれぞれ2.6原
子%及び3.0原子%であった。
【0022】次いで、前記SBT前駆体を有する前記S
i基板を加熱炉を構成する石英ガラス管内に設置し、前
記SBT前駆体を含むSi基板の全体を500℃に加熱
するとともに、前記石英ガラス管内に設けた紫外光導入
窓を介して、KrFレーザから、パワー密度250mJ
/cm・pulse、波長248nmの紫外レーザ光
を36000ショット照射し、前記SBT前駆体を結晶
化させた。
【0023】図1は、このようにして得たSBT結晶の
X線回折パターンを示す図である。図1から明らかなよ
うに、SBT前駆体中のビスマス含有量に依存すること
なく、いずれのSBT結晶においてもペロブスカイト型
の結晶構造を有していることが分かる。
【0024】また、ビスマス含有量が3.0原子%のS
BT前駆体中を結晶化させた場合においては、SBT結
晶はほぼ全体的にペロブスカイト構造を呈し、ビスマス
含有量が2.6原子%のSBT前駆体を結晶化させた場
合においては、フルオロライト構造が相当程度に出現し
ていることが分かる。したがって、SBT前駆体中のビ
スマス含有量を化学両論組成よりも増大させることによ
って、安定したペロブスカイト構造のSBT結晶が得ら
れることが判明した。すなわち、ビスマスを3.0原子
%含有したSBT前駆体を本発明にしたがって結晶化さ
せることにより、不揮発性メモリを構成する酸化物強誘
電体素子としてより好適に用いることのできるSBT結
晶を提供できることが判明した。
【0025】(実施例3)最初に、YとMnとを1対1
の割合で含有してなるターゲットに対して高周波スパッ
タリングを約4時間施すことにより、p型Si基板上に
アモルファス状のYMnO膜前駆体を厚さ150nm
に堆積させた。次いで、この前駆体を有する前記Si基
板を所定の石英ガラス管内に導入し、赤外線ランプによ
って600℃に加熱するとともに、前記石英ガラス管に
設けられた紫外光導入窓を介して、KrFレーザから、
パワー密度250mJ/cm・pulse、波長24
8nmの紫外レーザ光を36000ショット照射し、前
記YMnO膜前駆体を結晶化させた。
【0026】図2は、このようにして得たYMnO
晶のX線回折パターンを示す図である。図2から明らか
なように、上記のようにして得たYMnO結晶はほぼ
六方晶系を有していることが分かる。したがって、この
YMnO結晶は良好な強誘電性を示し、不揮発性メモ
リとして好適に使用することのできる酸化物強誘電体素
子を構成できることが分かる。
【0027】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は
上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸
脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能であ
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板を高温に加熱することなくアモルファス状の強誘電
体酸化物前駆体を結晶化させることができるので、この
前駆体が形成された基板上のMOSトランジスタなどに
熱的ダメージを与えることなく、目的とする結晶型の強
誘電体酸化物を作製することができる。したがって、こ
のような強誘電体酸化物からキャパシタを構成すること
により、不揮発性メモリとして好適に使用することので
きる酸化物強誘電体素子の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の方法にしたがって作製したSrBi
Ta結晶のX線回折パターンを示す図である。
【図2】 本発明の方法にしたがって作製したYMnO
結晶のX線回折パターンを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500517363 コリア インスティチュート オブ サイ エンス アンド テクノロジー 大韓民国 130−650 ソウル チョンリャ ン ピーオー ボックス 131 (72)発明者 大木 義路 東京都新宿区大久保3−4−1 早稲田大 学理工学部内 (72)発明者 薛 光洙 東京都新宿区大久保3−4−1 早稲田大 学理工学部内 (72)発明者 平松 大直 東京都新宿区大久保3−4−1 早稲田大 学理工学部内 (72)発明者 伊藤 貴俊 東京都新宿区大久保3−4−1 早稲田大 学理工学部内 (72)発明者 イン−フーン チョイ 大韓民国 136−701 ソウル ソンブク− ク アナム−ドン 5−1 コリア ユニ ヴァーシティ ディヴィジョン オブ マ テリアルズ サイエンス アンド エンジ ニアリング内 (72)発明者 ヨン−テー キム 大韓民国 136−791 ソウル ソンブク ハワルゴク 39−1 Fターム(参考) 5F058 BA11 BA20 BC20 BH01 BH17 BJ01 5F083 FR01 JA02 JA17 PR33

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アモルファス状の強誘電体酸化物前駆体
    に紫外光を照射することにより結晶化させ、所定の結晶
    型の強誘電体酸化物からなる酸化物強誘電体素子を形成
    することを特徴とする、酸化物強誘電体素子の作製方
    法。
  2. 【請求項2】 前記紫外光の照射中において、前記強誘
    電体酸化物前駆体を500〜600℃に加熱することを
    特徴とする、請求項1に記載の酸化物強誘電体素子の作
    製方法。
  3. 【請求項3】 前記強誘電体酸化物前駆体は、Sr、B
    i及びTaを含み、前記強誘電体酸化物は、SrBi
    Taなるペロブスカイト構造を呈することを特徴
    とする、請求項1又は2に記載の酸化物強誘電体素子の
    作製方法。
  4. 【請求項4】 前記強誘電体酸化物前駆体は、前記Sr
    BiTaなるペロブスカイト構造の前記強誘電
    体酸化物における化学両論組成に対して、Biを多く含
    有することを特徴とする、請求項3に記載の酸化物強誘
    電体素子の作製方法。
  5. 【請求項5】 前記強誘電体酸化物前駆体は、前記Sr
    BiTaなるペロブスカイト構造の前記強誘電
    体酸化物における化学両論組成におけるBi量の1.5
    倍を上限としてBiを含有することを特徴とする、請求
    項4に記載の酸化物強誘電体素子の作製方法。
  6. 【請求項6】 前記強誘電体酸化物前駆体は、Y及びM
    nを含み、前記強誘電体酸化物は、YMnOなる六方
    晶系を呈することを特徴とする、請求項1又は2に記載
    の酸化物強誘電体素子の作製方法。
  7. 【請求項7】 前記強誘電体酸化物前駆体は薄膜状であ
    ることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載
    の酸化物強誘電体素子の作製方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007266141A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Seiko Epson Corp 基板の熱処理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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