JP2003324100A - Method for forming ferroelectric film - Google Patents

Method for forming ferroelectric film

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JP2003324100A
JP2003324100A JP2002128654A JP2002128654A JP2003324100A JP 2003324100 A JP2003324100 A JP 2003324100A JP 2002128654 A JP2002128654 A JP 2002128654A JP 2002128654 A JP2002128654 A JP 2002128654A JP 2003324100 A JP2003324100 A JP 2003324100A
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Japan
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film
ferroelectric film
forming
raw material
temperature
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JP2002128654A
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Japanese (ja)
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Masaki Kurasawa
正樹 倉澤
Masaaki Nakabayashi
正明 中林
Wataru Nakamura
亘 中村
Kenji Maruyama
研二 丸山
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric film forming method capable of forming a ferroelectric film whose composition and film quality are uniform by an MOCVD method. <P>SOLUTION: When a combination of organic metal materials formed by dissolving Pb(DPM)<SB>2</SB>, Zr(DPM)<SB>4</SB>and Ti(t-Am)<SB>2</SB>(DMHD)<SB>2</SB>into a solvent is used, a substrate is held at the temperature of 500 to 600°C which is a supply rate- determining area common to these organic metal materials. When the combination of organic metal materials formed by dissolving organic metal materials Pb(DPM)<SB>2</SB>, Zr(DMHD)<SB>4</SB>and Ti(s-Am)<SB>2</SB>(DMHD)<SB>2</SB>into the solvent is used, the substrate is held at the temperature of 450 to 550°C which is the supply rate- determining area common to these organic metal materials. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、主に不揮発性記憶
装置に用いられる強誘電体膜の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a ferroelectric film mainly used in a non-volatile memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】PZT(Pb( Zr、Ti) O3 )は強
誘電特性及び電気光学的特性をもつペロブスカイト型結
晶構造の材料であり、大きな自発分極をもつFRAM
(Ferroelctric Random Access Memory )等の不揮発性
メモリ装置や電気光学装置等に用いられる。
2. Description of the Related Art PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) is a material having a perovskite type crystal structure having a ferroelectric property and an electro-optical property and having a large spontaneous polarization.
(Ferroelctric Random Access Memory) and other nonvolatile memory devices and electro-optical devices.

【0003】従来から、強誘電体薄膜は種々の方法によ
り形成されている。一般的に、薄膜形成技術は物理蒸着
(PVD:Physical Vapor Deposition )技術及び化学
処理技術に分けられる。強誘電体薄膜の形成に用いられ
る方法として、PVD技術では電子ビーム蒸着法、スパ
ッタリング法及びレーザーアブレーション法等があり、
化学処理技術では化学溶液堆積法(CSD:Chemical So
lution Deposition 法)及び化学気相堆積法(CVD:
Chemical Vapor Deposition 法)がある。
Ferroelectric thin films have been conventionally formed by various methods. Generally, a thin film forming technique is divided into a physical vapor deposition (PVD) technique and a chemical treatment technique. PVD techniques include electron beam evaporation, sputtering and laser ablation as methods used to form ferroelectric thin films.
Chemical solution deposition method (CSD: Chemical Sodium)
Solution Deposition Method) and Chemical Vapor Deposition Method (CVD:
Chemical Vapor Deposition method).

【0004】PVDでは主に10-2Pa以下という低圧
下で成膜を行う。PVD技術では、高純度の膜を得られ
ること、高洗浄度の膜を得られること、及び、半導体集
積回路の形成で多用されている技術であるという利点を
もつ。しかし、成膜速度が遅いこと、多元系化合物の場
合に元素の数量比を制御することが難しいこと、及び、
形成後のアニ−ルが高温になること等の欠点をもつ。
In PVD, film formation is mainly performed under a low pressure of 10 -2 Pa or less. The PVD technique has the advantages that a high-purity film can be obtained, a film with a high degree of cleaning can be obtained, and that the PVD technique is a technique that is widely used in the formation of semiconductor integrated circuits. However, the film forming rate is slow, it is difficult to control the number ratio of elements in the case of a multi-component compound, and
It has drawbacks such as high temperature of the formed anneal.

【0005】CSD法では、成膜速度が速いこと、膜中
の分子が一様に分布していること、膜の組成に再現性が
あること、及び、ドーパント導入が容易であること等の
利点をもつ。しかし、形成後の熱処理で膜にクラックが
発生すること、真空槽を用いないで成膜を行うため不純
物が混入すること、及び、組成を変更するためには出発
原料の組成を変更しなければならないこと等の欠点をも
つ。
The CSD method has advantages such as high film formation rate, uniform distribution of molecules in the film, reproducibility of film composition, and easy introduction of dopant. With. However, cracks are generated in the film by heat treatment after formation, impurities are mixed in to form the film without using a vacuum chamber, and the composition of the starting material must be changed in order to change the composition. It has drawbacks such as not being possible.

【0006】CVD法のうちMOCVD(Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition)法では、成膜速度が速い
こと、高密度な膜を得られること、膜の均一性が優れて
いること、膜組成の制御性が優れていること、及び、膜
の段差被覆性が優れていること等の利点がある。特に、
膜の段差被覆性が優れていることは上述した他の方法に
ない利点である。また、例えばPb(ZrX Ti1-X
3 の場合は、同一の原料を用いても、各原料の流量を
変えることで容易に組成を変更することができる。
Among the CVD methods, MOCVD (Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition) method, the film formation rate is high, a high density film can be obtained, the film uniformity is excellent, the film composition controllability is excellent, and the film step There are advantages such as excellent coverage. In particular,
The excellent step coverage of the film is an advantage over the other methods described above. In addition, for example, Pb (Zr X Ti 1-X )
In the case of O 3 , even if the same raw material is used, the composition can be easily changed by changing the flow rate of each raw material.

【0007】このように、MOCVD法は多くの利点を
もつので、強誘電体薄膜の形成方法として最も期待され
ている。
As described above, since the MOCVD method has many advantages, it is most expected as a method for forming a ferroelectric thin film.

【0008】MOCVD法で強誘電体薄膜を形成する際
には、一般的に液体原料をガスでバブリングし、気化し
た原料をキャリアガスで反応室に送るバブリング法を用
いている。しかし、バブリング法には成膜速度が遅いと
いう問題がある。
When forming a ferroelectric thin film by the MOCVD method, a bubbling method is generally used in which a liquid raw material is bubbled with a gas and the vaporized raw material is sent to a reaction chamber with a carrier gas. However, the bubbling method has a problem that the film forming speed is slow.

【0009】また、PZTからなる強誘電体薄膜を形成
する場合、Pb液体原料として有毒なテトラエチル鉛系
の原料しか存在しない。毒性のない原料を用いる方法と
して固体有機材料を昇華させて反応室に送る昇華法もあ
るが、この方法では組成及び膜厚等の再現性に乏しい。
Further, when a ferroelectric thin film made of PZT is formed, only a toxic tetraethyllead-based raw material exists as a Pb liquid raw material. There is also a sublimation method in which a solid organic material is sublimated and sent to a reaction chamber as a method using a nontoxic raw material, but this method is poor in reproducibility of composition and film thickness.

【0010】ところで、一般的に、CVD法では、薄膜
を構成する各元素の堆積速度は基板の温度で変化するこ
とが知られている。
By the way, it is generally known that in the CVD method, the deposition rate of each element forming the thin film changes with the temperature of the substrate.

【0011】図1は横軸に基板温度の逆数をとり、縦軸
に堆積速度をとって、CVD法により薄膜を形成する際
に堆積速度と基板温度との関係を示した図である。図1
に示すように、比較的低温の領域では基板温度の上昇と
ともに堆積速度が上昇していく。このような温度領域で
は基板表面での反応状態が堆積速度の律速となるので、
この領域を反応律速領域という。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the deposition rate and the substrate temperature when a thin film is formed by the CVD method, with the horizontal axis representing the reciprocal of the substrate temperature and the vertical axis representing the deposition rate. Figure 1
As shown in, the deposition rate increases as the substrate temperature increases in a relatively low temperature region. In such a temperature range, the reaction state on the substrate surface is rate-determining the deposition rate,
This region is called the reaction rate-determining region.

【0012】反応律速領域から更に温度を上げていく
と、堆積速度が基板温度にほとんど依存しなくなる。こ
のような温度領域では原料の供給量により堆積速度が律
速されるので、この領域を供給律速領域という。
When the temperature is further raised from the reaction rate-determining region, the deposition rate becomes almost independent of the substrate temperature. In such a temperature range, the deposition rate is controlled by the supply amount of the raw material, and thus this range is referred to as a supply rate-determining range.

【0013】供給律速領域から更に温度を上げていく
と、原料が基板に到達する前に熱により分解されるよう
になる。このような温度領域を気相分解領域といい、こ
の領域では基板温度が上昇するほど堆積速度が低下して
いく。
When the temperature is further raised from the supply rate controlling region, the raw material is decomposed by heat before reaching the substrate. Such a temperature region is called a vapor phase decomposition region, and in this region, the deposition rate decreases as the substrate temperature rises.

【0014】但し、実際には上述した各領域が正確に分
かれているわけではなく、例えば反応律速領域と供給律
速領域との間ではこれら領域の中間的な領域が存在す
る。
However, in reality, the above-mentioned respective regions are not accurately divided, and for example, an intermediate region between these regions exists between the reaction rate-determining region and the supply rate-determining region.

【0015】上述のように、薄膜形成の際の組成制御性
及び形成した薄膜の結晶性の観点から、気相分解領域で
の薄膜の形成は極めて困難である。このため、一般的に
薄膜の形成は反応律速領域又は供給律速領域で行う。
As described above, it is extremely difficult to form a thin film in the vapor phase decomposition region from the viewpoint of composition controllability during thin film formation and crystallinity of the formed thin film. Therefore, generally, the thin film is formed in the reaction rate-controlled region or the supply rate-controlled region.

【0016】反応律速領域では、所望の薄膜の結晶化温
度がこの領域内にあると高品質な膜を得ることができ
る。しかし、多元系の薄膜を形成する場合、各元素原料
の活性化エネルギーが異なると、基板温度により薄膜の
組成が変化する。例えば6インチ又は8インチ等の面積
の大きい基板上に薄膜を形成する場合、基板内で温度に
ムラがあると薄膜の組成及び膜質の均一性が悪くなり、
特性のばらつきにつながる。
In the reaction-controlled region, a high quality film can be obtained when the desired crystallization temperature of the thin film is within this region. However, when forming a multi-component thin film, if the activation energy of each elemental raw material is different, the composition of the thin film changes depending on the substrate temperature. For example, when a thin film is formed on a substrate having a large area of 6 inches or 8 inches, if the temperature in the substrate is uneven, the composition and quality of the thin film become poor,
This leads to variations in characteristics.

【0017】一方、供給律速領域では、各原料の供給律
速領域がある温度で重なっていれば、組成及び膜質等の
均一性が良い薄膜を得られるので、これら原料の組み合
わせが重要になる。
On the other hand, in the feed rate controlling region, if the feed rate controlling regions of the respective raw materials are overlapped at a certain temperature, a thin film having excellent uniformity in composition and film quality can be obtained, so that the combination of these raw materials becomes important.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】近年、MOCVD法で
は、液体原料を気化室でガス化してCVD反応室に送る
液体供給気化法が研究されている。この液体供給気化法
では成膜速度が速く、かつ薄膜を再現性よく形成でき
る。
In the MOCVD method, a liquid supply vaporization method in which a liquid raw material is gasified in a vaporization chamber and sent to a CVD reaction chamber has been studied in recent years. With this liquid supply vaporization method, the film formation rate is high and a thin film can be formed with good reproducibility.

【0019】しかし、薄膜形成の際に組成制御性が良好
となる有機金属原料の組み合わせや有機金属原料を溶か
す溶媒の選択等、多くの課題が残されているので、この
方法で実際に強誘電体薄膜を形成するまでには至ってい
ないのが現状である。
However, many problems remain, such as the combination of the organometallic raw materials and the selection of the solvent that dissolves the organometallic raw materials, which provides good composition controllability during thin film formation. The current situation is that the body thin film has not yet been formed.

【0020】以上から、本発明の目的は、MOCVD法
により、組成及び膜質が均一な強誘電体膜を形成できる
強誘電体膜の形成方法を提供することである。
From the above, it is an object of the present invention to provide a method for forming a ferroelectric film by MOCVD, which can form a ferroelectric film having a uniform composition and film quality.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本願発明に係わる強誘電
体膜の形成方法は、有機金属材料Ti(t−Am)
2(DMHD)2 ((ターシャルアミルアルコキシド)
(ジメチルヘプタンジオネート)チタン)を用い、Pb
及びTiを主成分とする強誘電体膜、又はPb、Zr及
びTiを主成分とする強誘電体膜を形成することを特徴
とする。
A method of forming a ferroelectric film according to the present invention is performed by using an organometallic material Ti (t-Am).
2 (DMHD) 2 ((tertial amyl alkoxide)
(Dimethylheptanedionate) titanium), Pb
And a ferroelectric film containing Ti as a main component or a ferroelectric film containing Pb, Zr and Ti as a main component is formed.

【0022】本願発明に係わる強誘電体膜の形成方法
は、有機金属材料Ti(s−Am)2(DMHD)
2 ((セカンダリアミルアルコキシド)(ジメチルヘプ
タンジオネート)チタン)を用い、Pb及びTiを主成
分とする強誘電体膜、又はPb、Zr及びTiを主成分
とする強誘電体膜を形成することを特徴とする。
The method for forming a ferroelectric film according to the present invention is performed by using the organometallic material Ti (s-Am) 2 (DMHD).
2 ((Secondary amyl alkoxide) (dimethylheptanedionate) titanium) is used to form a ferroelectric film containing Pb and Ti as main components or a ferroelectric film containing Pb, Zr and Ti as main components. Is characterized by.

【0023】本願発明に係わる強誘電体膜の形成方法
は、半導体回路基板上に有機金属化学気相堆積法を用い
てPb、Zr及びTiを主成分とする強誘電体膜を形成
する強誘電体膜の形成方法において、前記半導体回路基
板をCVD反応室で加熱する工程と、前記CVD反応室
へ有機金属原料ガス及び酸化ガスを導入して前記半導体
回路基板上に強誘電体膜を形成する工程とを有し、前記
有機金属原料としてPb(DPM)2 ((ジピバロイル
メタネート)鉛)、Zr(DPM)4 ((ジピバロイル
メタネート)ジルコニウム)及びTi(t−Am)
2 (DMHD)2 を溶媒に溶かして形成した液体原料を
用い、前記半導体回路基板を500乃至600℃の温度
に保持することを特徴とする。
The method of forming a ferroelectric film according to the present invention is a method of forming a ferroelectric film containing Pb, Zr and Ti as main components on a semiconductor circuit substrate by using a metal organic chemical vapor deposition method. In the method of forming a body film, a step of heating the semiconductor circuit substrate in a CVD reaction chamber, and introducing a metalorganic source gas and an oxidizing gas into the CVD reaction chamber to form a ferroelectric film on the semiconductor circuit substrate. Pb (DPM) 2 ((dipivaloylmethanate) lead), Zr (DPM) 4 ((dipivaloylmethanate) zirconium) and Ti (t-Am) as the organic metal raw material. )
A liquid raw material formed by dissolving 2 (DMHD) 2 in a solvent is used, and the semiconductor circuit substrate is maintained at a temperature of 500 to 600 ° C.

【0024】本発明においては、上述した有機金属原料
の組み合わせを用いる。これらの有機金属原料はいずれ
も500乃至600℃の温度では供給律速領域である。
従って、成膜速度及び膜の組成は、原料の供給量によっ
て決まり、基板温度の影響は小さい。これにより、原料
供給量を一定にすれば、組成及び膜厚が均一な強誘電体
膜を形成することができる。この場合、基板の温度分布
(温度のばらつき)を17℃以下とすれば強誘電体膜の
組成及び膜厚の均一性を±3%以内にすることができ
る。また、基板の温度分布を6℃以下とすれば強誘電体
膜の組成及び膜厚の均一性を±1%以内にすることがで
きる。
In the present invention, a combination of the above-mentioned organometallic raw materials is used. All of these organometallic raw materials are in the rate-determining region at a temperature of 500 to 600 ° C.
Therefore, the film formation rate and the film composition are determined by the supply amount of the raw material, and the influence of the substrate temperature is small. As a result, a ferroelectric film having a uniform composition and a uniform film thickness can be formed if the amount of raw material supplied is constant. In this case, if the temperature distribution (variation in temperature) of the substrate is 17 ° C. or less, the composition and film thickness uniformity of the ferroelectric film can be kept within ± 3%. Further, if the temperature distribution of the substrate is 6 ° C. or less, the composition and film thickness uniformity of the ferroelectric film can be kept within ± 1%.

【0025】本願発明に係わる強誘電体膜の形成方法
は、半導体回路基板上に有機金属化学気相堆積法を用い
てPb、Zr及びTiを主成分とする強誘電体膜を形成
する強誘電体膜の形成方法において、前記半導体回路基
板をCVD反応室で加熱する工程と、前記CVD反応室
へ有機金属原料ガス及び酸化ガスを導入して前記強誘電
体膜を形成する工程とを有し、前記有機金属原料として
Pb(DPM)2 、Zr(DMHD)4 ((ジメチルヘ
プタンジオネート)ジルコニウム)及びTi(s−A
m)2 (DMHD)2 を溶媒に溶かして形成した液体原
料を用い、前記半導体回路基板を450乃至550℃の
温度に保持することを特徴とする。
The method of forming a ferroelectric film according to the present invention is a method of forming a ferroelectric film containing Pb, Zr and Ti as main components on a semiconductor circuit substrate by using a metal organic chemical vapor deposition method. The method for forming a body film includes the steps of heating the semiconductor circuit substrate in a CVD reaction chamber and introducing an organometallic source gas and an oxidizing gas into the CVD reaction chamber to form the ferroelectric film. , Pb (DPM) 2 , Zr (DMHD) 4 ((dimethylheptanedionate) zirconium) and Ti (s-A) as the organic metal raw material.
m) 2 (DMHD) 2 is dissolved in a solvent to form a liquid raw material, and the semiconductor circuit board is maintained at a temperature of 450 to 550 ° C.

【0026】本発明においては、上述した有機金属原料
の組み合わせを用いる。これらの有機金属原料はいずれ
も450乃至550℃の温度では供給律速領域である。
従って、成膜速度及び膜の組成は、原料の供給量によっ
て決まり、基板温度の影響は小さい。これにより、原料
供給量を一定にすれば、組成及び膜厚が均一な強誘電体
膜を形成することができる。この場合、基板の温度分布
を20℃以下とすれば強誘電体膜の組成及び膜厚の均一
性を±3%以内にすることができる。また、基板の温度
分布を6.5℃以下とすれば強誘電体膜の組成及び膜厚
の均一性を±1%以内にすることができる。
In the present invention, a combination of the above-mentioned organometallic raw materials is used. All of these organometallic raw materials are in the rate-determining region at a temperature of 450 to 550 ° C.
Therefore, the film formation rate and the film composition are determined by the supply amount of the raw material, and the influence of the substrate temperature is small. As a result, a ferroelectric film having a uniform composition and a uniform film thickness can be formed if the amount of raw material supplied is constant. In this case, if the temperature distribution of the substrate is 20 ° C. or less, the composition and film thickness uniformity of the ferroelectric film can be kept within ± 3%. If the temperature distribution of the substrate is 6.5 ° C. or less, the composition and film thickness uniformity of the ferroelectric film can be kept within ± 1%.

【0027】なお、本発明においては、酸化ガスとし
て、酸素ガス、酸素ガスと一酸化二窒素ガスとの混合ガ
ス、又は酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いること
ができる。
In the present invention, as the oxidizing gas, oxygen gas, a mixed gas of oxygen gas and dinitrogen monoxide gas, or a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas can be used.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0029】本発明では、MOCVD法により半導体回
路基板上にPb、Zr及びTiを主成分とするペロブス
カイト型構造の強誘電体薄膜を形成する。このとき、有
機金属原料として安全で安定した有機金属材料Pb(D
PM)2 、Zr(DPM)4、Zr(DMHD)4 、T
i(t−Am)2 (DMHD)2 及びTi(s−Am)
2 (DMHD)2 の固形原料をTHF(Tetrahydorofur
an)等の有機溶媒に溶かした液体原料を用いる。
In the present invention, a ferroelectric thin film having a perovskite type structure containing Pb, Zr and Ti as main components is formed on a semiconductor circuit substrate by MOCVD. At this time, a safe and stable organometallic material Pb (D
PM) 2 , Zr (DPM) 4 , Zr (DMHD) 4 , T
i (t-Am) 2 (DMHD) 2 and Ti (s-Am)
THF (Tetrahydorofur) is used as a solid raw material of 2 (DMHD) 2.
Use a liquid raw material dissolved in an organic solvent such as an).

【0030】図2は横軸に基板温度の逆数をとり、縦軸
に堆積速度をとって、Pb(DPM)2 を用いた液体原
料による堆積速度と基板温度との関係を調べた結果を示
した図である。
FIG. 2 shows the results of examining the relationship between the substrate temperature and the deposition rate of a liquid source using Pb (DPM) 2, with the horizontal axis being the reciprocal of the substrate temperature and the vertical axis being the deposition rate. It is a figure.

【0031】図2に示すように、Pb(DPM)2 を用
いた液体原料は450〜600℃の広い温度範囲(図2
では1.15×10-3〜1.38×10-3(1/K)の
範囲)で供給律速領域が存在する。
As shown in FIG. 2, the liquid raw material using Pb (DPM) 2 has a wide temperature range of 450 to 600 ° C. (see FIG. 2).
Then, the supply rate-controlling region exists in the range of 1.15 × 10 −3 to 1.38 × 10 −3 (1 / K).

【0032】図3は横軸に基板温度の逆数をとり、縦軸
に堆積速度をとって、Zr(DPM)4 及びZr(DM
HD)4 を用いた液体原料による堆積速度と基板温度と
の関係を調べた結果を示した図である。図3において、
正方形のプロットはZr(DPM)4 の結果、及び、菱
形のプロットはZr(DMHD)4 の結果を示してい
る。
In FIG. 3, the horizontal axis represents the reciprocal of the substrate temperature, and the vertical axis represents the deposition rate. Zr (DPM) 4 and Zr (DM)
FIG. 6 is a diagram showing the results of examining the relationship between the deposition rate of a liquid source using HD) 4 and the substrate temperature. In FIG.
Square plots show Zr (DPM) 4 results and diamond plots show Zr (DMHD) 4 results.

【0033】図3に示すように、Zr(DMHD)4
少なくとも400〜550℃の温度範囲(図3では1.
21×10-3〜1.48×10-3(1/K)の範囲)で
供給律速領域が存在し、Zr(DPM)4 は550〜6
50℃の温度範囲(図3では1.08×10-3〜1.2
1×10-3(1/K)の範囲)で供給律速領域が存在す
る。この図3から、比較的低温の領域で薄膜形成を行う
場合にはZr(DMHD)4 を用いた液体原料が適し、
比較的高温の領域ではZr(DPM)4 を用いた液体原
料が適していることが分かる。
As shown in FIG. 3, Zr (DMHD) 4 has a temperature range of at least 400 to 550 ° C. (1.
In the range of 21 × 10 −3 to 1.48 × 10 −3 (1 / K)), there is a supply rate controlling region, and Zr (DPM) 4 is 550 to 6
Temperature range of 50 ° C. (1.08 × 10 −3 to 1.2 in FIG. 3)
In the range of 1 × 10 −3 (1 / K)), there is a supply rate controlling region. From FIG. 3, when a thin film is formed in a relatively low temperature region, a liquid raw material using Zr (DMHD) 4 is suitable,
It can be seen that the liquid raw material using Zr (DPM) 4 is suitable in a relatively high temperature region.

【0034】図4は横軸に基板温度の逆数をとり、縦軸
に堆積速度をとって、Ti(t−Am)2 (DMHD)
2 及びTi(s−Am)2 (DMHD)2 を用いた液体
原料による堆積速度と基板温度との関係を調べた結果を
示した図である。図4において、正方形のプロットはT
i(s−Am)2 (DMHD)2 の結果、及び、菱形の
プロットはTi(t−Am)2 (DMHD)2 の結果を
示している。
In FIG. 4, the horizontal axis represents the reciprocal of the substrate temperature, and the vertical axis represents the deposition rate. Ti (t-Am) 2 (DMHD)
FIG. 3 is a diagram showing the results of examining the relationship between the deposition rate of a liquid source using 2 and Ti (s-Am) 2 (DMHD) 2 and the substrate temperature. In FIG. 4, the square plot is T
The results for i (s-Am) 2 (DMHD) 2 and the diamond plots show the results for Ti (t-Am) 2 (DMHD) 2 .

【0035】図4に示すように、Ti(s−Am)
2 (DMHD)2 を用いた液体原料は450〜550℃
の温度範囲(図4では1.21×10-3〜1.38×1
-3(1/K)の範囲)で供給律速領域が存在し、Ti
(t−Am)2 (DMHD)2 を用いた液体原料は50
0〜600℃の温度範囲(図4では1.15×10-3
1.29×10-3(1/K)の範囲)で供給律速領域が
存在する。この図4から、比較的低温の領域で薄膜形成
を行う場合にはTi(s−Am)2 (DMHD)2を用
いた液体原料が適し、比較的高温の領域ではTi(t−
Am)2 (DMHD)2 を用いた液体原料が適している
ことが分かる。
As shown in FIG. 4, Ti (s-Am)
Liquid raw material using 2 (DMHD) 2 is 450 to 550 ° C.
Temperature range (1.21 × 10 −3 to 1.38 × 1 in FIG. 4)
In the range of 0 -3 (1 / K)), there is a supply rate controlling region, and Ti
The liquid raw material using (t-Am) 2 (DMHD) 2 is 50
Temperature range of 0 to 600 ° C. (1.15 × 10 −3 in FIG. 4)
In the range of 1.29 × 10 −3 (1 / K)), there is a supply rate controlling region. From FIG. 4, a liquid raw material using Ti (s-Am) 2 (DMHD) 2 is suitable for forming a thin film in a relatively low temperature region, and Ti (t-
It can be seen that a liquid raw material using Am) 2 (DMHD) 2 is suitable.

【0036】以上の結果から、比較的低温領域での薄膜
形成にはPb(DPM)2 、Zr(DMHD)4 及びT
i(s−Am)2 (DMHD)2 の液体原料の組み合わ
せが適し、比較的高温領域での薄膜形成にはPb(DP
M)2 、Zr(DPM)4 及びTi(t−Am)2 (D
MHD)2 の液体原料の組み合わせが適している。
From the above results, Pb (DPM) 2 , Zr (DMHD) 4 and T can be used for forming a thin film in a relatively low temperature region.
A combination of liquid raw materials of i (s-Am) 2 (DMHD) 2 is suitable, and Pb (DP) for forming a thin film in a relatively high temperature region.
M) 2 , Zr (DPM) 4 and Ti (t-Am) 2 (D
A combination of MHD) 2 liquid sources is suitable.

【0037】図5は横軸に基板温度の逆数をとり、縦軸
に堆積速度をとって、Pb(DPM)2 、Zr(DMH
D)4 及びTi(s−Am)2 (DMHD)2 の液体原
料の組み合わせによる堆積速度と基板温度との関係を調
べた結果を示した図である。図5において、菱形のプロ
ットはPb(DPM)2 の結果を示し、正方形のプロッ
トはZr(DMHD)4 の結果を示し、及び、三角形の
プロットはTi(s−Am)2 (DMHD)2 の結果を
示している。
In FIG. 5, the horizontal axis represents the reciprocal of the substrate temperature, and the vertical axis represents the deposition rate. Pb (DPM) 2 , Zr (DMH)
It is the figure which showed the result of having investigated the relationship between the deposition rate and the substrate temperature by the combination of the liquid raw materials of D) 4 and Ti (s-Am) 2 (DMHD) 2 . In FIG. 5, the rhombus plots show the results for Pb (DPM) 2 , the square plots show the results for Zr (DMHD) 4 , and the triangle plots for Ti (s-Am) 2 (DMHD) 2 . The results are shown.

【0038】図5から、450〜550℃の温度範囲
(図5では1.21×10-3〜1.38×10-3(1/
K)の範囲)では、これらの液体原料はいずれも供給律
速領域にあることがわかる。従って、この温度領域で薄
膜形成を行うと、基板温度の分布及びその再現性に関す
るマージンが広くとれ、良好な組成均一性をもつ薄膜を
形成できる。
From FIG. 5, a temperature range of 450 to 550 ° C. (in FIG. 5, 1.21 × 10 −3 to 1.38 × 10 −3 (1 /
In the range K)), it can be seen that all of these liquid raw materials are in the rate-controlling region. Therefore, when a thin film is formed in this temperature range, a wide margin for the substrate temperature distribution and its reproducibility can be obtained, and a thin film having good composition uniformity can be formed.

【0039】図6は横軸に基板温度の逆数をとり、縦軸
に堆積速度をとって、Pb(DPM)2 、Zr(DP
M)4 及びTi(t−Am)2 (DMHD)2 の液体原
料の組み合わせによる堆積速度と基板温度との関係を調
べた結果を示した図である。図6において、菱形のプロ
ットはPb(DPM)2 の結果、正方形のプロットはZ
r(DPM)4 の結果、及び、三角形のプロットはTi
(t−Am)2 (DMHD)2 の結果を示している。
In FIG. 6, the horizontal axis represents the reciprocal of the substrate temperature and the vertical axis represents the deposition rate, and Pb (DPM) 2 , Zr (DP
It is the figure which showed the result of having investigated the relationship between the deposition rate and the substrate temperature by the combination of the liquid raw materials of M) 4 and Ti (t-Am) 2 (DMHD) 2 . In FIG. 6, the diamond plot is the result of Pb (DPM) 2 and the square plot is Z.
The result of r (DPM) 4 and the triangular plot are Ti
The result of (t-Am) 2 (DMHD) 2 is shown.

【0040】図6から、500〜600℃の温度範囲
(図6では1.15×10-3〜1.29×10-3(1/
K)の範囲)では、これらの液体原料はいずれも供給律
速領域にあることがわかる。従って、この温度領域で薄
膜形成を行うと、基板温度の分布及びその再現性に関す
るマージンが広くとれ、良好な組成均一性をもつ薄膜を
形成できる。
From FIG. 6, a temperature range of 500 to 600 ° C. (in FIG. 6, 1.15 × 10 −3 to 1.29 × 10 −3 (1 /
In the range K)), it can be seen that all of these liquid raw materials are in the rate-controlling region. Therefore, when a thin film is formed in this temperature range, a wide margin for the substrate temperature distribution and its reproducibility can be obtained, and a thin film having good composition uniformity can be formed.

【0041】以上のように、上述した液体原料の組み合
せで、基板温度450〜600℃の広い温度範囲で良好
な組成均一性をもつ薄膜が得られる。
As described above, a thin film having good composition uniformity can be obtained in a wide substrate temperature range of 450 to 600 ° C. by combining the above liquid raw materials.

【0042】図7はPZT薄膜の形成装置の一例を示す
模式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing an example of a PZT thin film forming apparatus.

【0043】この図7に示すように、PZT薄膜形成装
置は、原料供給部1、気化室2、CVD装置3及び排気
装置4で構成されている。
As shown in FIG. 7, the PZT thin film forming apparatus comprises a raw material supply section 1, a vaporization chamber 2, a CVD apparatus 3 and an exhaust apparatus 4.

【0044】原料供給部1には、Pb系液体原料、Zr
系液体原料、Ti系液体原料及びTHF等の溶媒が貯蔵
された原料タンク5,6,7,8が配置されている。原
料タンク5,6,7,8からはそれぞれ配管13,1
4,15,16が延びている。これらの配管13,1
4,15,16には、途中に液体マスフローメータ9,
10,11,12が取付けられており、各液体原料及び
溶媒の流量を個別に調整することができる。
In the raw material supply section 1, Pb-based liquid raw material, Zr
Raw material tanks 5, 6, 7, and 8 in which a system liquid material, a Ti system liquid material, and a solvent such as THF are stored are arranged. Pipes 13 and 1 from the raw material tanks 5, 6, 7 and 8 respectively
4, 15, 16 extend. These pipes 13, 1
Liquid mass flow meters 9, 4, 15 and 16
10, 11, 12 are attached, and the flow rates of the liquid raw materials and the solvent can be individually adjusted.

【0045】配管13,14,15,16と、キャリア
ガスが流れる配管17とが合流して配管18となり、こ
の配管18が気化室2と接続している。
The pipes 13, 14, 15 and 16 and the pipe 17 through which the carrier gas flows merge to form a pipe 18, which is connected to the vaporization chamber 2.

【0046】気化室2には、気化室2の内部空間を加熱
する加熱装置(図示せず)と、配管18を介して送られ
てきた液体原料を、気化室2の内部空間に噴霧するノズ
ル(図示せず)とが設けられている。配管18を介して
送られてきた液体原料は、気化室2内でガス化されて原
料ガスとなる。
In the vaporizing chamber 2, a heating device (not shown) for heating the internal space of the vaporizing chamber 2 and a nozzle for spraying the liquid raw material sent through the pipe 18 into the internal space of the vaporizing chamber 2. (Not shown) are provided. The liquid raw material sent through the pipe 18 is gasified in the vaporization chamber 2 to become a raw material gas.

【0047】気化室2から延びている配管19は途中で
分岐し、一方の配管20がバルブ21を介してCVD装
置3と接続し、もう一方の配管22がバルブ23を介し
て排気装置4と接続している。
A pipe 19 extending from the vaporization chamber 2 branches in the middle, one pipe 20 is connected to the CVD device 3 via a valve 21, and the other pipe 22 is connected to the exhaust device 4 via a valve 23. Connected.

【0048】CVD装置3の上部にはガス混合室24が
設けられている。このガス混合室24には原料ガスが流
れる配管20及び酸化ガスが流れる配管25が接続され
ている。このガス混合室24で原料ガスと酸化ガス(O
2 ガス、O2 ガスとN2 Oガスとの混合ガス、又はO2
ガスとN2 ガスとの混合ガス)とが混合される。ガス混
合室24内で混合されたガスは、シャワーヘッド26を
介して反応室27に導入される。
A gas mixing chamber 24 is provided above the CVD apparatus 3. A pipe 20 through which the source gas flows and a pipe 25 through which the oxidizing gas flows are connected to the gas mixing chamber 24. In this gas mixing chamber 24, the source gas and the oxidizing gas (O
2 gas, mixed gas of O 2 gas and N 2 O gas, or O 2
Gas and a mixed gas of N 2 gas) are mixed. The gases mixed in the gas mixing chamber 24 are introduced into the reaction chamber 27 via the shower head 26.

【0049】反応室27の中には加熱部28が配置さ
れ、加熱部28の上にはサセプタ29が配置される。こ
のサセプタ29上に基板30が載置される。加熱部28
には、サセプタ29がおかれる面の中心部から同心円を
描くように配置された抵抗体が設けられており、抵抗体
の中心部及び外周部にそれぞれ独立に電力を制御できる
ようになっている。
A heating part 28 is arranged in the reaction chamber 27, and a susceptor 29 is arranged on the heating part 28. The substrate 30 is placed on the susceptor 29. Heating part 28
Is provided with a resistor arranged so as to form a concentric circle from the center of the surface on which the susceptor 29 is placed, and electric power can be controlled independently at the center and the outer periphery of the resistor. .

【0050】反応室27には、ガスを排気するための配
管31が接続している。この配管31は排気装置4に接
続している。
A pipe 31 for exhausting gas is connected to the reaction chamber 27. The pipe 31 is connected to the exhaust device 4.

【0051】次に、上述の如く構成された装置を用いた
PZT薄膜の形成方法について説明する。
Next, a method of forming a PZT thin film using the apparatus constructed as described above will be described.

【0052】まず、基板30をサセプタ29の上にお
き、加熱部28の抵抗体に電力を供給して一定の温度ま
で加熱する。このとき、加熱部28の中心部及び外周部
の抵抗体に供給する電力を個別に制御して、基板30の
温度分布を調整する。
First, the substrate 30 is placed on the susceptor 29, and electric power is supplied to the resistor of the heating section 28 to heat it to a constant temperature. At this time, the electric power supplied to the resistors in the central portion and the outer peripheral portion of the heating unit 28 is individually controlled to adjust the temperature distribution of the substrate 30.

【0053】一方、液体原料タンク5,6,7及び溶媒
タンク8から気化室2にPb系液体原料、Zr系液体原
料、Ti系液体原料及びTHF溶媒を供給する。これら
のPb系液体原料、Zr系液体原料、Ti系液体原料及
びTHF溶媒の供給量は、液体マスフローメータ9,1
0,11,12により調整する。これらの液体原料及び
溶媒は、キャリアガス(N2 )とともに気化室2に供給
され、気化室2でガス化されて原料ガスとなる。
On the other hand, Pb-based liquid raw material, Zr-based liquid raw material, Ti-based liquid raw material and THF solvent are supplied to the vaporization chamber 2 from the liquid raw material tanks 5, 6, 7 and the solvent tank 8. The Pb-based liquid raw material, the Zr-based liquid raw material, the Ti-based liquid raw material, and the THF solvent are supplied in the liquid mass flow meters 9 and 1.
Adjust with 0, 11, and 12. These liquid raw material and solvent are supplied to the vaporization chamber 2 together with the carrier gas (N 2 ) and are gasified in the vaporization chamber 2 to become the raw material gas.

【0054】CVD装置3内の基板30の温度が安定す
るまでの間は、バルブ21を閉じ、バルブ23を開い
て、原料ガスがCVD装置3に供給されないようにす
る。
Until the temperature of the substrate 30 in the CVD apparatus 3 stabilizes, the valve 21 is closed and the valve 23 is opened so that the source gas is not supplied to the CVD apparatus 3.

【0055】CVD装置3内の基板30の温度が安定し
たら、バルブ23を閉じ、バルブ21を開いて、原料ガ
スをCVD装置3に供給する。
When the temperature of the substrate 30 in the CVD apparatus 3 becomes stable, the valve 23 is closed and the valve 21 is opened to supply the source gas to the CVD apparatus 3.

【0056】CVD装置3では、ガス混合室24で原料
ガスと酸化ガスとが混合され、この混合ガスがシャワー
ヘッド26を介して反応室27へ導入される。
In the CVD apparatus 3, the source gas and the oxidizing gas are mixed in the gas mixing chamber 24, and this mixed gas is introduced into the reaction chamber 27 via the shower head 26.

【0057】反応室27では、原料ガスが分解して基板
30上にPZT膜が形成される。また、残余のガスは配
管31及び排気装置4を介して排出される。
In the reaction chamber 27, the source gas is decomposed and a PZT film is formed on the substrate 30. Further, the remaining gas is discharged through the pipe 31 and the exhaust device 4.

【0058】以下、上記の方法により実際にPZT薄膜
を形成した結果について説明する。
The results of actually forming the PZT thin film by the above method will be described below.

【0059】(実施例1)本実施例では、液体原料に
は、有機金属材料Pb(DPM)2 、Zr(DMHD)
4 及びTi(s−Am)2 (DMHD)2 をそれぞれT
HF溶媒に0.3mol/L(リットル)の割合で溶か
して形成した液体を用いた。
(Embodiment 1) In this embodiment, the liquid raw materials are the organometallic materials Pb (DPM) 2 and Zr (DMHD).
4 and Ti (s-Am) 2 (DMHD) 2 respectively
A liquid formed by dissolving it in an HF solvent at a rate of 0.3 mol / L (liter) was used.

【0060】また、基板温度は、基板中心部を500
℃、基板の温度分布において最高値と最低値との差を5
℃(以下、Δ5℃というように記載する)、又は、Δ1
0℃とし、それぞれの基板温度分布の条件でPZT薄膜
を形成した。
The substrate temperature is 500 at the center of the substrate.
℃, the difference between the highest and lowest values in the temperature distribution of the substrate is 5
° C (hereinafter referred to as Δ5 ° C) or Δ1
The PZT thin film was formed under the conditions of 0 ° C. and the respective substrate temperature distributions.

【0061】また、PZT薄膜を形成するための基板3
0には、6インチのSi基板を用いた。このSi基板上
には膜厚100nmのSiO2 酸化膜が形成されてお
り、そのSiO2 酸化膜の上にスパッタリング法により
膜厚150nmのIr膜を形成した。
Further, the substrate 3 for forming the PZT thin film
For 0, a 6-inch Si substrate was used. A SiO 2 oxide film having a film thickness of 100 nm was formed on the Si substrate, and an Ir film having a film thickness of 150 nm was formed on the SiO 2 oxide film by a sputtering method.

【0062】まず、基板30をサセプタ29の上にお
き、加熱部28を240秒間加熱して基板30の温度を
安定させた。
First, the substrate 30 was placed on the susceptor 29, and the heating portion 28 was heated for 240 seconds to stabilize the temperature of the substrate 30.

【0063】次に、有機金属材料Pb(DPM)2 、Z
r(DMHD)4 及びTi(s−Am)2 (DMHD)
2 をそれぞれTHF溶媒に0.3mol/Lの割合で溶
かして形成した液体原料を、流量がPb/(Zr+T
i)流量比0.98及びZr/(Zr+Ti)流量比
0.42となるように制御して気化室2に導入した。
Next, the organometallic material Pb (DPM) 2 , Z
r (DMHD) 4 and Ti (s-Am) 2 (DMHD)
Each of the liquid raw materials formed by dissolving 2 in THF solvent at a ratio of 0.3 mol / L has a flow rate of Pb / (Zr + T
i) It was introduced into the vaporization chamber 2 while controlling the flow rate ratio to be 0.98 and the Zr / (Zr + Ti) flow rate ratio to be 0.42.

【0064】次に、これら液体原料を、260℃に加熱
された気化室2で原料ガスにし、この原料ガスを、流量
300sccmのキャリアガスを用いてCVD装置3に
導入した。但し、基板30の温度が安定するまでの間
は、原料ガスをCVD装置3に導入せずに直接排気装置
4に流した。
Next, these liquid raw materials were made into a raw material gas in the vaporization chamber 2 heated to 260 ° C., and this raw material gas was introduced into the CVD apparatus 3 by using a carrier gas having a flow rate of 300 sccm. However, until the temperature of the substrate 30 was stabilized, the raw material gas was directly introduced into the exhaust device 4 without being introduced into the CVD device 3.

【0065】次に、基板30の温度が安定した後に、C
VD装置3のガス混合室24で原料ガスと酸化ガスとし
てO2 ガスとを混合し、このガスをシャワーヘッド26
を介して反応室27に導入した。基板30上では、約3
0nm/分の堆積速度で約100nmのPZT薄膜が形
成された。
Next, after the temperature of the substrate 30 is stabilized, C
In the gas mixing chamber 24 of the VD device 3, a source gas and O 2 gas as an oxidizing gas are mixed, and this gas is showered by a shower head 26.
It was introduced into the reaction chamber 27 via. On the substrate 30, about 3
About 100 nm PZT thin film was formed at a deposition rate of 0 nm / min.

【0066】このPZT薄膜の中心部の組成を調べたと
ころ、Pb/(Zr+Ti)組成比は1.15、Zr/
(Zr+Ti)組成比は0.45であった。
When the composition of the central portion of this PZT thin film was examined, the Pb / (Zr + Ti) composition ratio was 1.15, and Zr /
The (Zr + Ti) composition ratio was 0.45.

【0067】また、基板温度分布がΔ5℃の条件で形成
されたPZT薄膜の組成均一性を調べたところ、Pbは
±0.8%、Zrは±0.4%、Tiは±0.7%であ
った。更に、このPZT薄膜の膜厚均一性は±0.5%
であった。
When the compositional uniformity of the PZT thin film formed under the condition that the substrate temperature distribution was Δ5 ° C. was examined, Pb was ± 0.8%, Zr was ± 0.4%, and Ti was ± 0.7%. %Met. Furthermore, the film thickness uniformity of this PZT thin film is ± 0.5%.
Met.

【0068】基板温度分布Δ10℃の条件で形成された
PZT薄膜の組成均一性を調べたところ、Pbは±1.
5%、Zrは±1.0%、Tiは±1.3%であった。
更に、このPZT薄膜の膜厚均一性は±1.0%であっ
た。
When the compositional uniformity of the PZT thin film formed under the condition of the substrate temperature distribution Δ10 ° C. was examined, Pb was ± 1.
5%, Zr ± 1.0%, Ti ± 1.3%.
Further, the film thickness uniformity of this PZT thin film was ± 1.0%.

【0069】本実施例のように、有機金属原料にPb
(DPM)2 、Zr(DMHD)4 及びTi(s−A
m)2 (DMHD)2 を溶媒で溶かした液体を用い、基
板温度を、基板温度分布の温度幅も含めて450℃〜5
50℃の範囲で制御してPZT薄膜を形成することによ
り、組成及び膜厚の均一性の良いPZT薄膜を得ること
ができる。
As in this example, Pb was added to the organometallic raw material.
(DPM) 2 , Zr (DMHD) 4 and Ti (s-A
m) 2 (DMHD) 2 dissolved in a solvent is used, and the substrate temperature is 450 ° C. to 5 including the temperature range of the substrate temperature distribution.
By forming the PZT thin film while controlling the temperature in the range of 50 ° C., it is possible to obtain the PZT thin film having excellent composition and film thickness uniformity.

【0070】(実施例2)本実施例では、有機金属材料
Pb(DPM)2 、Zr(DPM)4 及びTi(t−A
m)2 (DMHD)2 をそれぞれTHF溶媒に0.3m
ol/Lの割合で溶かして形成した液体を用いた。
Example 2 In this example, the organometallic materials Pb (DPM) 2 , Zr (DPM) 4 and Ti (t-A) are used.
m) 2 (DMHD) 2 in THF solvent
A liquid formed by melting at a ratio of ol / L was used.

【0071】また、基板温度は、基板中心部を550
℃、基板温度分布をΔ5℃又はΔ10℃とし、それぞれ
の基板温度分布の条件でPZT薄膜を形成した。また、
基板30には実施例1で示した方法で形成した基板を用
いた。
The substrate temperature is 550 at the center of the substrate.
C. and the substrate temperature distribution was .DELTA.5.degree. C. or .DELTA.10.degree. C., and the PZT thin film was formed under the respective substrate temperature distribution conditions. Also,
As the substrate 30, the substrate formed by the method shown in Example 1 was used.

【0072】まず、基板30をサセプタ29の上にお
き、加熱部28を240秒間加熱して基板30の温度を
安定させた。
First, the substrate 30 was placed on the susceptor 29, and the heating portion 28 was heated for 240 seconds to stabilize the temperature of the substrate 30.

【0073】次に、有機金属材料Pb(DPM)2 、Z
r(DPM)4 及びTi(t−Am)2 (DMHD)2
をそれぞれTHF溶媒に0.3mol/Lの割合で溶か
して形成した液体原料を、流量がPb/(Zr+Ti)
流量比0.35、Zr/(Zr+Ti)流量比0.76
となるように制御して気化室2に導入した。
Next, the organometallic material Pb (DPM) 2 , Z
r (DPM) 4 and Ti (t-Am) 2 (DMHD) 2
Of the liquid raw material formed by dissolving each of them in a THF solvent at a ratio of 0.3 mol / L and a flow rate of Pb / (Zr + Ti).
Flow rate ratio 0.35, Zr / (Zr + Ti) flow rate ratio 0.76
It was introduced into the vaporization chamber 2 by controlling so that

【0074】次に、これら液体原料を、260℃に加熱
された気化室2で原料ガスにし、この原料ガスを、流量
300sccmのキャリアガスを用いてCVD装置3に
導入した。但し、基板30の温度が安定するまでの間
は、原料ガスをCVD装置3に導入せずに直接排気装置
4に流した。
Next, these liquid raw materials were made into a raw material gas in the vaporizing chamber 2 heated to 260 ° C., and this raw material gas was introduced into the CVD apparatus 3 using a carrier gas having a flow rate of 300 sccm. However, until the temperature of the substrate 30 was stabilized, the raw material gas was directly introduced into the exhaust device 4 without being introduced into the CVD device 3.

【0075】次に、基板30の温度が安定した後に、C
VD装置3のガス混合室24で原料ガスと酸化ガスとし
てO2 ガスとを混合し、このガスをシャワーヘッド26
を介して反応室27に導入した。基板30上では、約2
0nm/分の堆積速度で約100nmのPZT薄膜が形
成された。
Next, after the temperature of the substrate 30 is stabilized, C
In the gas mixing chamber 24 of the VD device 3, a source gas and O 2 gas as an oxidizing gas are mixed, and this gas is showered by a shower head 26.
It was introduced into the reaction chamber 27 via. On the substrate 30, about 2
About 100 nm PZT thin film was formed at a deposition rate of 0 nm / min.

【0076】このPZT薄膜の中心部の組成を調べたと
ころ、Pb/(Zr+Ti)組成比は1.15、Zr/
(Zr+Ti)組成比は0.45であった。
When the composition of the central portion of this PZT thin film was examined, the Pb / (Zr + Ti) composition ratio was 1.15, and Zr /
The (Zr + Ti) composition ratio was 0.45.

【0077】また、基板温度分布Δ5℃の条件で形成さ
れたPZT薄膜の組成均一性を調べたところ、Pbは±
0.2%、Zrは±0.9%、Tiは±0.5%であっ
た。更に、このPZT薄膜の膜厚均一性は±0.2%で
あった。
When the compositional uniformity of the PZT thin film formed under the condition of the substrate temperature distribution Δ5 ° C. was examined, Pb was ±
0.2%, Zr was ± 0.9%, and Ti was ± 0.5%. Further, the film thickness uniformity of this PZT thin film was ± 0.2%.

【0078】基板温度分布Δ10℃の条件で形成された
PZT薄膜の組成均一性を調べたところ、Pbは±0.
5%、Zrは±1.8%、Tiは±0.9%であった。
更に、このPZT薄膜の膜厚均一性は±0.5%であっ
た。
When the compositional uniformity of the PZT thin film formed under the condition of the substrate temperature distribution Δ10 ° C. was examined, Pb was ± 0.
5%, Zr was ± 1.8%, and Ti was ± 0.9%.
Further, the film thickness uniformity of this PZT thin film was ± 0.5%.

【0079】本実施例のように、有機金属原料にPb
(DPM)2 、Zr(DPM)4 及びTi(t−Am)
2 (DMHD)2 を溶媒で溶かした液体を用い、基板温
度を、基板温度分布の温度幅も含めて500℃〜600
℃の範囲で制御してPZT薄膜を形成することにより、
組成及び膜厚の均一性が良いPZT薄膜を得ることがで
きる。
As in this example, Pb was added to the organometallic raw material.
(DPM) 2 , Zr (DPM) 4 and Ti (t-Am)
2 (DMHD) 2 was used as a solvent, and the substrate temperature was set to 500 ° C to 600 ° C including the temperature range of the substrate temperature distribution.
By forming the PZT thin film by controlling in the range of ℃,
It is possible to obtain a PZT thin film having excellent composition and film thickness uniformity.

【0080】(PZT薄膜以外の強誘電体薄膜の形成方
法)上述した実施例1及び2は、Pb、Zr及びTiを
主成分とする強誘電体薄膜としてPb(Zr、Ti)O
3 を形成する場合に本発明を適用した例であるが、(P
b、La)(Zr、Ti)O3 、(Pb、La、Ca)
(Zr、Ti)O3及び(Pb、La、Ca、Sr)
(Zr、Ti)O3 のようなPb、Zr及びTiを主成
分とする強誘電体薄膜を形成する場合にも本発明を適用
できる。
(Method for Forming Ferroelectric Thin Film Other Than PZT Thin Film) In the above-described Examples 1 and 2, Pb (Zr, Ti) O was used as the ferroelectric thin film containing Pb, Zr and Ti as main components.
This is an example in which the present invention is applied to the case where 3 is formed.
b, La) (Zr, Ti) O 3 , (Pb, La, Ca)
(Zr, Ti) O 3 and (Pb, La, Ca, Sr)
The present invention can also be applied to the case of forming a ferroelectric thin film containing Pb, Zr and Ti as main components such as (Zr, Ti) O 3 .

【0081】例えば(Pb、La)(Zr、Ti)
3 、すなわちPLZTの薄膜の形成には、Pbのドー
パントとなるLaの有機金属原料として、有機金属材料
La(DPM)3 ((ジピバロイルメタネート)ランタ
ン)を溶媒に0.1mol/Lの割合で溶かした液体を
用いる。
For example, (Pb, La) (Zr, Ti)
In order to form a thin film of O 3 , that is, a PLZT film, an organometallic material La (DPM) 3 ((dipivaloylmethanate) lanthanum) was used as a organometallic raw material of La as a Pb dopant in a solvent of 0.1 mol / mol. A liquid dissolved at a ratio of L is used.

【0082】また、PLZT薄膜の形成方法は、実施例
1又は2で示すような方法で行われる。このとき、La
の液体原料を、流量がLa/(Pb+La)流量比0.
06〜0.2となるように制御する。
The PLZT thin film is formed by the method shown in the first or second embodiment. At this time, La
Flow rate of the liquid raw material of La / (Pb + La) is 0.
It is controlled so as to be 06 to 0.2.

【0083】同様にして、(Pb、La、Ca)(Z
r、Ti)O3 又は(Pb、La、Ca、Sr)(Z
r、Ti)O3 の薄膜も形成できる。
Similarly, (Pb, La, Ca) (Z
r, Ti) O 3 or (Pb, La, Ca, Sr) (Z
A thin film of r, Ti) O 3 can also be formed.

【0084】このとき、Ca及びSrの有機金属原料と
して、有機金属材料Ca(DPM) 2 ((ジピバロイル
メタネート)カルシウム)又はSr(DPM)2 ((ジ
ピバロイルメタネート)ストロンチウム)をそれぞれ溶
媒に溶かした液体を用いる。これら液体原料を、流量が
それぞれCa/(Pb+Ca)流量比0.1〜0.3又
はSr/(Pb+Sr)流量比0.06〜0.2となる
ように制御する。
At this time, with Ca and Sr organometallic raw materials
Then, the organometallic material Ca (DPM) 2((Gipivaloyl
Methanate) calcium) or Sr (DPM)2((
Pivaloylmethanate) strontium)
A liquid dissolved in a medium is used. The flow rate of these liquid raw materials is
Ca / (Pb + Ca) flow rate ratio 0.1 to 0.3 or
Is a Sr / (Pb + Sr) flow rate ratio of 0.06 to 0.2
To control.

【0085】また、例えばPbTiO3 のように、Pb
及びTiを主成分とする強誘電体膜を形成する場合にも
本発明を適用できる。
In addition, Pb such as PbTiO 3 is used.
The present invention can also be applied to the case of forming a ferroelectric film containing Ti and Ti as a main component.

【0086】(不揮発性強誘電体記憶装置)不揮発性強
誘電体記憶装置(FRAM)を製造する際、特にFRA
Mのキャパシタ部に上述の実施の形態で示した方法で形
成した強誘電体膜を適用することにより、特性が良好な
FRAMを形成できる。
(Nonvolatile Ferroelectric Memory Device) When manufacturing a nonvolatile ferroelectric memory device (FRAM), especially FRA
By applying the ferroelectric film formed by the method described in the above embodiment to the capacitor portion of M, an FRAM having excellent characteristics can be formed.

【0087】図8はFRAMの構造を示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of the FRAM.

【0088】シリコン基板51表面にはメモリセルトラ
ンジスタのソース拡散層52及びドレイン拡散層53が
チャネル領域を挟んで形成されている。また、ソース拡
散層52又はドレイン拡散層53に隣接して素子分離膜
54が形成されている。
On the surface of the silicon substrate 51, the source diffusion layer 52 and the drain diffusion layer 53 of the memory cell transistor are formed with the channel region sandwiched therebetween. An element isolation film 54 is formed adjacent to the source diffusion layer 52 or the drain diffusion layer 53.

【0089】シリコン基板51のチャネル領域上にはゲ
ート絶縁膜56が形成され、ゲート絶縁膜56の上には
ゲート電極57が形成されている。
A gate insulating film 56 is formed on the channel region of the silicon substrate 51, and a gate electrode 57 is formed on the gate insulating film 56.

【0090】シリコン基板51及びゲート電極57の上
には第1の層間絶縁膜58が形成されている。この第1
の層間絶縁膜58の上にはビット線59が形成されてい
る。ビット線59は、第1の層間絶縁膜58に埋め込ま
れた第1のプラグ60を介してソース拡散層52と電気
的に接続されている。
A first interlayer insulating film 58 is formed on the silicon substrate 51 and the gate electrode 57. This first
A bit line 59 is formed on the interlayer insulating film 58. The bit line 59 is electrically connected to the source diffusion layer 52 via the first plug 60 embedded in the first interlayer insulating film 58.

【0091】第1の層間絶縁膜58及びビット線59の
上には第2の層間絶縁膜61が形成されている。この第
2の層間絶縁膜61の上にはIrからなる下部電極62
が形成されている。下部電極62は、第1の層間絶縁膜
58及び第2の層間絶縁膜61に埋め込まれた第2のプ
ラグ63を介してドレイン拡散層53と電気的に接続さ
れている。
A second interlayer insulating film 61 is formed on the first interlayer insulating film 58 and the bit line 59. A lower electrode 62 made of Ir is formed on the second interlayer insulating film 61.
Are formed. The lower electrode 62 is electrically connected to the drain diffusion layer 53 via the second plug 63 embedded in the first interlayer insulating film 58 and the second interlayer insulating film 61.

【0092】下部電極62の上にはPZTからなる強誘
電体薄膜64が形成され、強誘電体薄膜64の上にはI
rからなる上部電極65が形成されている。下部電極6
2、強誘電体薄膜64及び上部電極65で強誘電体キャ
パシタを構成している。
A ferroelectric thin film 64 of PZT is formed on the lower electrode 62, and I is formed on the ferroelectric thin film 64.
An upper electrode 65 made of r is formed. Lower electrode 6
2. The ferroelectric thin film 64 and the upper electrode 65 form a ferroelectric capacitor.

【0093】図9〜図13はFRAMの製造方法を工程
順に示す断面図である。図9〜図13において、図8と
同一物には同一符号を付している。
9 to 13 are sectional views showing the method of manufacturing the FRAM in the order of steps. 9 to 13, the same parts as those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals.

【0094】まず、図9(a)に示すように、シリコン
基板51にシャロートレンチ法により素子分離膜54を
形成する。
First, as shown in FIG. 9A, the element isolation film 54 is formed on the silicon substrate 51 by the shallow trench method.

【0095】次に、図9(b)に示すように、CVD法
によりシリコン基板51上にゲート絶縁膜56を形成す
る。その後、スパッタ法及びフォトリソグラフィー技術
によりゲート絶縁膜56の上にゲート電極57を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 9B, a gate insulating film 56 is formed on the silicon substrate 51 by the CVD method. After that, the gate electrode 57 is formed on the gate insulating film 56 by the sputtering method and the photolithography technique.

【0096】次に、図9(c)に示すように、シリコン
基板51表面に、ゲート電極57をマスクとして不純物
を導入してメモリセルトランジスタのソース/ドレイン
となるソース拡散層52及びドレイン拡散層53を形成
する。
Next, as shown in FIG. 9C, the source diffusion layer 52 and the drain diffusion layer which become the source / drain of the memory cell transistor are formed by introducing impurities into the surface of the silicon substrate 51 using the gate electrode 57 as a mask. 53 is formed.

【0097】次に、図10(a)に示すように、CVD
法によりシリコン基板51及びゲート電極57上にシリ
コン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜58を形成する。
その後、化学的機械的研磨法(CMP:Chemical Mecha
nical Polishing 法)により第1の層間絶縁膜58の表
面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 10A, CVD
A first interlayer insulating film 58 made of a silicon oxide film is formed on the silicon substrate 51 and the gate electrode 57 by the method.
After that, a chemical mechanical polishing method (CMP: Chemical Mecha
The surface of the first interlayer insulating film 58 is planarized by the nical polishing method).

【0098】次に、図10(b)に示すように、フォト
リソグラフィー技術及びエッチング技術により第1の層
間絶縁膜58の表面からソース拡散層52に到達する第
1のコンタクトホール66を形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, a first contact hole 66 reaching the source diffusion layer 52 from the surface of the first interlayer insulating film 58 is formed by the photolithography technique and the etching technique.

【0099】次に、図10(c)に示すように、スパッ
タ法により第1の層間絶縁膜58の上にW膜を形成し、
その後CMP法によりW膜を第1の層間絶縁膜58の表
面に到達するまで研磨して第1のコンタクトホール66
の中に第1のプラグ60を形成する。
Next, as shown in FIG. 10C, a W film is formed on the first interlayer insulating film 58 by the sputtering method,
Thereafter, the W film is polished by the CMP method until it reaches the surface of the first interlayer insulating film 58, and the first contact hole 66 is formed.
A first plug 60 is formed inside.

【0100】次に、図11(a)に示すように、スパッ
タ法により第1の層間絶縁膜58の上にW膜を形成し、
その後フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術に
よりW膜をパターニングしてビット線59を形成する。
このビット線59は第1のプラグ60を介してソース拡
散層52と電気的に接続される。
Next, as shown in FIG. 11A, a W film is formed on the first interlayer insulating film 58 by the sputtering method,
After that, the W film is patterned by the photolithography technique and the etching technique to form the bit line 59.
The bit line 59 is electrically connected to the source diffusion layer 52 via the first plug 60.

【0101】次に、図11(b)に示すように、CVD
法により第1の層間絶縁膜58及びビット線59の上に
シリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁膜61を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 11B, CVD
A second interlayer insulating film 61 made of a silicon oxide film is formed on the first interlayer insulating film 58 and the bit line 59 by the method.

【0102】次に、図11(c)に示すように、フォト
リソグラフィー技術及びエッチング技術により第2の層
間絶縁膜61の表面からドレイン拡散層53に到達する
第2のコンタクトホール67を形成する。
Next, as shown in FIG. 11C, a second contact hole 67 reaching the drain diffusion layer 53 from the surface of the second interlayer insulating film 61 is formed by the photolithography technique and the etching technique.

【0103】次に、図12(a)に示すように、スパッ
タ法により第2の層間絶縁膜61の上にW膜を形成し、
その後CMP法によりW膜を第2の層間絶縁膜61の表
面に到達するまで研磨して第2のコンタクトホール67
の中に第2のプラグ63を形成する。
Next, as shown in FIG. 12A, a W film is formed on the second interlayer insulating film 61 by the sputtering method,
Then, the W film is polished by the CMP method until it reaches the surface of the second interlayer insulating film 61, and the second contact hole 67 is formed.
A second plug 63 is formed inside.

【0104】次に、図12(b)に示すように、スパッ
タ法により第2の層間絶縁膜61の上に第1のIr膜6
2aを形成する。この第1のIr膜62aは第2のプラ
グ63を介してドレイン拡散層53と電気的に接続され
る。
Next, as shown in FIG. 12B, the first Ir film 6 is formed on the second interlayer insulating film 61 by the sputtering method.
2a is formed. The first Ir film 62 a is electrically connected to the drain diffusion layer 53 via the second plug 63.

【0105】次に、図12(c)に示すように、MOC
VD法により第1のIr膜62aの上にPZT膜64a
を形成する。このとき、有機金属材料にはPb(DP
M)2、Zr(DMHD)4 及びTi(iPrO)
2 (DPM)2 を用い、本発明の強誘電体膜の形成方法
を適用してPZT膜64aを形成する。
Next, as shown in FIG. 12C, the MOC
The PZT film 64a is formed on the first Ir film 62a by the VD method.
To form. At this time, Pb (DP
M) 2 , Zr (DMHD) 4 and Ti (iPrO)
2 (DPM) 2 is used to form the PZT film 64a by applying the method for forming a ferroelectric film of the present invention.

【0106】次に、図13(a)に示すように、スパッ
タ法によりPZT膜64aの上に第2のIr膜65aを
形成する。
Next, as shown in FIG. 13A, a second Ir film 65a is formed on the PZT film 64a by the sputtering method.

【0107】次に、図13(b)に示すように、フォト
リソグラフィー技術及びエッチング技術により第1のI
r膜62a、PZT膜64a及び第2のIr膜65aを
パターニングし、それぞれ下部電極62、強誘電体薄膜
64及び上部電極65を形成する。このようにして、下
部電極62、強誘電体薄膜64及び上部電極65からな
る強誘電体キャパシタが形成される。このようにして、
FRAMが完成する。
Next, as shown in FIG. 13B, the first I
The r film 62a, the PZT film 64a, and the second Ir film 65a are patterned to form the lower electrode 62, the ferroelectric thin film 64, and the upper electrode 65, respectively. In this way, a ferroelectric capacitor including the lower electrode 62, the ferroelectric thin film 64 and the upper electrode 65 is formed. In this way
FRAM is completed.

【0108】なお、下部電極をPtにより形成する場合
には、第2の層間絶縁膜の上にIrからなるバリアメタ
ルを形成し、その上にIrOx からなる密着層を形成す
る。この密着層の上に下部電極を形成する。また、上部
電極をIrだけでなく、Pt又はIrOx から形成して
もよい。
When the lower electrode is made of Pt, a barrier metal made of Ir is formed on the second interlayer insulating film, and an adhesion layer made of IrO x is formed thereon. A lower electrode is formed on this adhesion layer. The upper electrode may be formed of Pt or IrO x instead of Ir.

【0109】(付記1)有機金属原料Ti(t−Am)
2 (DMHD)2 を用い、Pb及びTiを主成分とする
強誘電体膜、又はPb、Zr及びTiを主成分とする強
誘電体膜を形成することを特徴とする強誘電体膜の形成
方法。
(Supplementary Note 1) Organic metal raw material Ti (t-Am)
2 (DMHD) 2 is used to form a ferroelectric film containing Pb and Ti as main components or a ferroelectric film containing Pb, Zr and Ti as main components. Method.

【0110】(付記2)有機金属原料Ti(s−Am)
2 (DMHD)2 を用い、Pb及びTiを主成分とする
強誘電体膜、又はPb、Zr及びTiを主成分とする強
誘電体膜を形成することを特徴とする強誘電体膜の形成
方法。
(Supplementary Note 2) Organic metal raw material Ti (s-Am)
2 (DMHD) 2 is used to form a ferroelectric film containing Pb and Ti as main components or a ferroelectric film containing Pb, Zr and Ti as main components. Method.

【0111】(付記3)半導体回路基板上に有機金属化
学気相堆積法を用いてPb、Zr及びTiを主成分とす
る強誘電体膜を形成する強誘電体膜の形成方法におい
て、前記半導体回路基板をCVD反応室で加熱する工程
と、前記CVD反応室へ有機金属原料ガス及び酸化ガス
を導入して前記半導体回路基板上に強誘電体膜を形成す
る工程とを有し、前記有機金属原料としてPb(DP
M)2 、Zr(DPM)4及びTi(t−Am)2 (D
MHD)2 を溶媒に溶かして形成した液体原料を用い、
前記半導体回路基板を500乃至600℃の温度に保持
することを特徴とする強誘電体膜の形成方法。
(Supplementary Note 3) In the method for forming a ferroelectric film, the ferroelectric film containing Pb, Zr, and Ti as a main component is formed on a semiconductor circuit substrate by a metal organic chemical vapor deposition method. The method includes heating a circuit board in a CVD reaction chamber, and introducing an organometallic source gas and an oxidizing gas into the CVD reaction chamber to form a ferroelectric film on the semiconductor circuit board. As a raw material, Pb (DP
M) 2 , Zr (DPM) 4 and Ti (t-Am) 2 (D
Using a liquid raw material formed by dissolving MHD) 2 in a solvent,
A method of forming a ferroelectric film, characterized in that the semiconductor circuit substrate is maintained at a temperature of 500 to 600 ° C.

【0112】(付記4)成膜時の前記半導体回路基板の
温度のばらつきを17℃以下に制御することを特徴とす
る付記3に記載の強誘電体膜の形成方法。
(Supplementary Note 4) The method for forming a ferroelectric film according to Supplementary Note 3, wherein the temperature variation of the semiconductor circuit substrate during film formation is controlled to 17 ° C. or less.

【0113】(付記5)成膜時の前記半導体回路基板の
温度のばらつきを6℃以下に制御することを特徴とする
付記3に記載の強誘電体膜の形成方法。
(Supplementary Note 5) The method for forming a ferroelectric film according to Supplementary Note 3, wherein the temperature variation of the semiconductor circuit substrate during film formation is controlled to 6 ° C. or less.

【0114】(付記6)半導体回路基板上に有機金属化
学気相堆積法を用いてPb、Zr及びTiを主成分とす
る強誘電体膜を形成する強誘電体膜の形成方法におい
て、前記半導体回路基板をCVD反応室で加熱する工程
と、前記CVD反応室へ有機金属原料ガス及び酸化ガス
を導入して前記半導体回路基板上に強誘電体膜を形成す
る工程とを有し、前記有機金属原料としてPb(DP
M)2 、Zr(DMHD) 4 及びTi(s−Am)
2 (DMHD)2 を溶媒に溶かして形成した液体原料を
用い、前記半導体回路基板を450乃至550℃の温度
に保持することを特徴とする強誘電体膜の形成方法。
(Appendix 6) Organometallization on a semiconductor circuit board
Using Pb, Zr and Ti as the main components using the vapor deposition method
Forming a ferroelectric film in a method of forming a ferroelectric film
And heating the semiconductor circuit board in a CVD reaction chamber
And a metalorganic source gas and an oxidizing gas to the CVD reaction chamber
To form a ferroelectric film on the semiconductor circuit substrate.
Pb (DP
M)2, Zr (DMHD) FourAnd Ti (s-Am)
2(DMHD)2The liquid raw material formed by dissolving
Using the semiconductor circuit board at a temperature of 450 to 550 ° C.
A method for forming a ferroelectric film, characterized in that

【0115】(付記7)成膜時の前記半導体回路基板の
温度のばらつきを20℃以下に制御することを特徴とす
る付記6に記載の強誘電体膜の形成方法。
(Supplementary Note 7) The method for forming a ferroelectric film according to Supplementary Note 6, wherein the variation in the temperature of the semiconductor circuit substrate during film formation is controlled to 20 ° C. or less.

【0116】(付記8)成膜時の前記半導体回路基板の
温度のばらつきを6.5℃以下に制御することを特徴と
する付記6に記載の強誘電体膜の形成方法。
(Supplementary Note 8) The method for forming a ferroelectric film according to Supplementary Note 6, wherein the variation in temperature of the semiconductor circuit substrate during film formation is controlled to 6.5 ° C. or less.

【0117】(付記9)前記酸化ガスとして酸素ガス、
酸素ガス及び一酸化二窒素ガスの混合ガス又は酸素ガス
及び窒素ガスの混合ガスを用いることを特徴とする付記
1乃至8のいずれか一項に記載の強誘電体膜の形成方
法。
(Supplementary Note 9) Oxygen gas as the oxidizing gas,
9. The method for forming a ferroelectric film according to any one of appendices 1 to 8, wherein a mixed gas of oxygen gas and dinitrogen monoxide gas or a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas is used.

【0118】(付記10)Pb、Zr及びTiを主成分
とする前記強誘電体膜としてPb(Zr、Ti)O3
(Pb、La)(Zr、Ti)O3 、(Pb、La、C
a)(Zr、Ti)O3 又は(Pb、La、Ca、S
r)(Zr、Ti)O3 を形成することを特徴とする付
記1乃至9のいずれか一項に記載の強誘電体膜の形成方
法。
(Supplementary Note 10) Pb (Zr, Ti) O 3 , as the ferroelectric film containing Pb, Zr and Ti as main components,
(Pb, La) (Zr, Ti) O 3 , (Pb, La, C
a) (Zr, Ti) O 3 or (Pb, La, Ca, S
10. The method for forming a ferroelectric film as described in any one of appendices 1 to 9, characterized in that r) (Zr, Ti) O 3 is formed.

【0119】(付記11)前記強誘電体膜を不揮発性強
誘電体メモリのキャパシタ部として形成することを特徴
とする付記1乃至11のいずれか一項に記載の強誘電体
膜の形成方法。
(Supplementary Note 11) The method for forming a ferroelectric film according to any one of Supplementary Notes 1 to 11, wherein the ferroelectric film is formed as a capacitor portion of a nonvolatile ferroelectric memory.

【0120】[0120]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の強誘電体
膜の形成方法によれば、Pb(DPM)2 、Zr(DP
M)4 及びTi(t−Am)2 (DMHD)2 をそれぞ
れ溶媒に溶かして形成した有機金属原料の組み合わせを
用い、これら有機金属原料に共通した供給律速領域とな
る500℃乃至600℃の温度で基板を保持するので、
原料供給量を一定にすれば、組成及び膜厚が均一な強誘
電体膜を形成することができる。この結果、MOCVD
法により、組成及び膜厚が均一な強誘電体膜を形成でき
る強誘電体膜の形成方法を提供することができる。
As described above, according to the method of forming a ferroelectric film of the present invention, Pb (DPM) 2 , Zr (DP
M) 4 and Ti (t-Am) 2 (DMHD) 2 are each dissolved in a solvent, and a combination of organometallic raw materials is used, and a temperature of 500 ° C. to 600 ° C. is a supply rate controlling region common to these organometallic raw materials. Hold the substrate with
If the amount of raw material supplied is constant, a ferroelectric film having a uniform composition and film thickness can be formed. As a result, MOCVD
The method can provide a method for forming a ferroelectric film, which can form a ferroelectric film having a uniform composition and film thickness.

【0121】また、本発明の他の強誘電体膜の形成方法
によれば、Pb(DPM)2 、Zr(DMHD)4 及び
Ti(s−Am)2 (DMHD)2 をそれぞれ溶媒に溶
かして形成した有機金属原料の組み合わせを用い、これ
ら有機金属原料に共通した供給律速領域となる450℃
乃至550℃の温度で基板を保持するので、原料供給量
を一定にすれば、組成及び膜厚が均一な強誘電体膜を形
成することができる。この結果、MOCVD法により、
組成及び膜厚が均一な強誘電体膜を形成できる強誘電体
膜の形成方法を提供することができる。
According to another method for forming a ferroelectric film of the present invention, Pb (DPM) 2 , Zr (DMHD) 4 and Ti (s-Am) 2 (DMHD) 2 are dissolved in a solvent. Using the combination of the formed organometallic raw materials, 450 ° C., which is a supply rate-controlling region common to these organometallic raw materials
Since the substrate is held at a temperature of 550 ° C. to 550 ° C., it is possible to form a ferroelectric film having a uniform composition and a uniform film thickness if the amount of raw material supplied is constant. As a result, by the MOCVD method,
It is possible to provide a method for forming a ferroelectric film that can form a ferroelectric film having a uniform composition and film thickness.

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

【図1】図1は、CVD法により薄膜を形成する際に堆
積速度と基板温度との関係を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a deposition rate and a substrate temperature when a thin film is formed by a CVD method.

【図2】図2は、Pb(DPM)2 を用いた液体原料に
よる堆積速度と基板温度との関係を調べた結果を示した
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a result of examining a relationship between a deposition rate of a liquid source using Pb (DPM) 2 and a substrate temperature.

【図3】図3は、Zr(DPM)4 及びZr(DMH
D)4 を用いた液体原料による堆積速度と基板温度との
関係を調べた結果を示した図である。
FIG. 3 shows Zr (DPM) 4 and Zr (DMH).
It is a figure showing the result of having investigated the relation between the deposition rate and the substrate temperature by the liquid source which used D) 4 .

【図4】図4は、Ti(t−Am)2 (DMHD)2
びTi(s−Am)2 (DMHD)2 を用いた液体原料
による堆積速度と基板温度との関係を調べた結果を示し
た図である。
FIG. 4 shows the results of examining the relationship between the deposition rate of a liquid source using Ti (t-Am) 2 (DMHD) 2 and Ti (s-Am) 2 (DMHD) 2 and the substrate temperature. It is the figure shown.

【図5】図5は、Pb(DPM)2 、Zr(DMHD)
4 及びTi(s−Am)2 (DMHD)2 の液体原料の
組み合わせによる堆積速度と基板温度との関係を調べた
結果を示した図である。
FIG. 5 shows Pb (DPM) 2 and Zr (DMHD).
FIG. 4 is a diagram showing the results of examining the relationship between the deposition rate and the substrate temperature for combinations of liquid raw materials of 4 and Ti (s-Am) 2 (DMHD) 2 .

【図6】図6は、Pb(DPM)2 、Zr(DPM)4
及びTi(t−Am)2 (DMHD)2 の液体原料の組
み合わせによる堆積速度と基板温度との関係を調べた結
果を示した図である。
FIG. 6 shows Pb (DPM) 2 and Zr (DPM) 4
FIG. 5 is a diagram showing a result of examining a relationship between a deposition rate and a substrate temperature by combining liquid raw materials of Ti and (Ti-Am) 2 (DMHD) 2 .

【図7】図7は、PZT薄膜を形成装置の一例を示す模
式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing an example of a PZT thin film forming apparatus.

【図8】図8は、FRAMの構造を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a structure of an FRAM.

【図9】図9は、FRAMの製造方法を工程順に示す断
面図(その1)である。
FIG. 9 is a cross-sectional view (1) showing the method of manufacturing the FRAM in the order of steps.

【図10】図10は、FRAMの製造方法を工程順に示
す断面図(その2)である。
FIG. 10 is a sectional view (No. 2) showing the method of manufacturing the FRAM in the order of steps.

【図11】図11は、FRAMの製造方法を工程順に示
す断面図(その3)である。
FIG. 11 is a cross-sectional view (3) showing the method of manufacturing the FRAM in the order of steps.

【図12】図12は、FRAMの製造方法を工程順に示
す断面図(その4)である。
FIG. 12 is a cross-sectional view (4) showing the method of manufacturing the FRAM in the order of steps.

【図13】図13は、FRAMの製造方法を工程順に示
す断面図(その5)である。
FIG. 13 is a cross-sectional view (5) showing the method of manufacturing the FRAM in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…原料供給部、 2…気化室、 3…CVD装置、 4…排気装置、 5、6、7、8…原料タンク、 9、10、11、12…液体マスフローメータ、 13、14、15、16、17、18、19、20、2
2、25、31…配管、 21、23…バルブ、 24…ガス混合室、 26…シャワーヘッド、 27…反応室、 28…加熱部、 29…サセプタ、 30…基板、 51…シリコン基板、 52…ソース拡散層、 53…ドレイン拡散層、 54…素子分離膜、 56…ゲート絶縁膜、 57…ゲート電極、 58…第1の層間絶縁膜、 59…ビット線、 60…第1のプラグ、 61…第2の層間絶縁膜、 62…下部電極、 62a…第1のIr膜、 63…第2のプラグ、 64…強誘電体薄膜、 64a…PZT膜、 65…上部電極、 65a…第2のIr膜、 66…第1のコンタクトホール、 67…第2のコンタクトホール。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Raw material supply part, 2 ... Vaporization chamber, 3 ... CVD apparatus, 4 ... Exhaust device, 5, 6, 7, 8 ... Raw material tank, 9, 10, 11, 12 ... Liquid mass flow meter, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 2
2, 25, 31 ... Piping, 21, 23 ... Valve, 24 ... Gas mixing chamber, 26 ... Shower head, 27 ... Reaction chamber, 28 ... Heating part, 29 ... Susceptor, 30 ... Substrate, 51 ... Silicon substrate, 52 ... Source diffusion layer, 53 ... Drain diffusion layer, 54 ... Element isolation film, 56 ... Gate insulating film, 57 ... Gate electrode, 58 ... First interlayer insulating film, 59 ... Bit line, 60 ... First plug, 61 ... Second interlayer insulating film, 62 ... Lower electrode, 62a ... First Ir film, 63 ... Second plug, 64 ... Ferroelectric thin film, 64a ... PZT film, 65 ... Upper electrode, 65a ... Second Ir Film, 66 ... First contact hole, 67 ... Second contact hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 亘 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 丸山 研二 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5F058 BA11 BA20 BC03 BC20 BF06 BF27 BF29 5F083 FR02 JA15 JA38 JA43 MA06 MA17 NA01 NA08 PR21 PR40   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Wataru Nakamura             4-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             No. 1 within Fujitsu Limited (72) Inventor Kenji Maruyama             4-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             No. 1 within Fujitsu Limited F term (reference) 5F058 BA11 BA20 BC03 BC20 BF06                       BF27 BF29                 5F083 FR02 JA15 JA38 JA43 MA06                       MA17 NA01 NA08 PR21 PR40

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有機金属材料Ti(t−Am)2 (DM
HD)2 を用い、Pb及びTiを主成分とする強誘電体
膜、又はPb、Zr及びTiを主成分とする強誘電体膜
を形成することを特徴とする強誘電体膜の形成方法。
1. An organometallic material Ti (t-Am) 2 (DM
HD) 2 is used to form a ferroelectric film containing Pb and Ti as main components, or a ferroelectric film containing Pb, Zr and Ti as main components, and forming a ferroelectric film.
【請求項2】 有機金属材料Ti(s−Am)2 (DM
HD)2 を用い、Pb及びTiを主成分とする強誘電体
膜、又はPb、Zr及びTiを主成分とする強誘電体膜
を形成することを特徴とする強誘電体膜の形成方法。
2. An organometallic material Ti (s-Am) 2 (DM
HD) 2 is used to form a ferroelectric film containing Pb and Ti as main components, or a ferroelectric film containing Pb, Zr and Ti as main components, and forming a ferroelectric film.
【請求項3】 半導体回路基板上に有機金属化学気相堆
積法を用いてPb、Zr及びTiを主成分とする強誘電
体膜を形成する強誘電体膜の形成方法において、 前記半導体回路基板をCVD反応室で加熱する工程と、 前記CVD反応室へ有機金属原料ガス及び酸化ガスを導
入して前記半導体回路基板上に強誘電体膜を形成する工
程とを有し、 前記有機金属原料としてPb(DPM)2 、Zr(DP
M)4 及びTi(t−Am)2 (DMHD)2 を溶媒に
溶かして形成した液体原料を用い、前記半導体回路基板
を500乃至600℃の温度に保持することを特徴とす
る強誘電体膜の形成方法。
3. A method for forming a ferroelectric film, which comprises forming a ferroelectric film containing Pb, Zr, and Ti as a main component on a semiconductor circuit substrate by using a metal organic chemical vapor deposition method. In a CVD reaction chamber, and a step of introducing an organometallic raw material gas and an oxidizing gas into the CVD reaction chamber to form a ferroelectric film on the semiconductor circuit substrate. Pb (DPM) 2 , Zr (DP
M) 4 and Ti (t-Am) 2 (DMHD) 2 dissolved in a solvent are used as a liquid raw material, and the semiconductor circuit substrate is kept at a temperature of 500 to 600 ° C. Forming method.
【請求項4】 成膜時の前記半導体回路基板の温度のば
らつきを17℃以下に制御することを特徴とする請求項
3に記載の強誘電体膜の形成方法。
4. The method for forming a ferroelectric film according to claim 3, wherein variation in temperature of the semiconductor circuit substrate during film formation is controlled to 17 ° C. or less.
【請求項5】 半導体回路基板上に有機金属化学気相堆
積法を用いてPb、Zr及びTiを主成分とする強誘電
体膜を形成する強誘電体膜の形成方法において、 前記半導体回路基板をCVD反応室で加熱する工程と、 前記CVD反応室へ有機金属原料ガス及び酸化ガスを導
入して前記半導体回路基板上に強誘電体膜を形成する工
程とを有し、 前記有機金属原料としてPb(DPM)2 、Zr(DM
HD)4 及びTi(s−Am)2 (DMHD)2 を溶媒
に溶かして形成した液体原料を用い、前記半導体回路基
板を450乃至550℃の温度に保持することを特徴と
する強誘電体膜の形成方法。
5. A method for forming a ferroelectric film, which comprises forming a ferroelectric film containing Pb, Zr, and Ti as a main component on a semiconductor circuit substrate by using a metal organic chemical vapor deposition method. In a CVD reaction chamber, and a step of introducing an organometallic raw material gas and an oxidizing gas into the CVD reaction chamber to form a ferroelectric film on the semiconductor circuit substrate. Pb (DPM) 2 , Zr (DM
A ferroelectric film, characterized in that a liquid raw material formed by dissolving HD) 4 and Ti (s-Am) 2 (DMHD) 2 in a solvent is used to hold the semiconductor circuit substrate at a temperature of 450 to 550 ° C. Forming method.
【請求項6】 成膜時の前記半導体回路基板の温度のば
らつきを20℃以下に制御することを特徴とする請求項
5に記載の強誘電体膜の形成方法。
6. The method for forming a ferroelectric film according to claim 5, wherein variation in temperature of the semiconductor circuit substrate during film formation is controlled to 20 ° C. or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013038169A (en) * 2011-08-05 2013-02-21 Ulvac Japan Ltd Thin film manufacturing method and thin film manufacturing apparatus

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