JP2847981B2 - 誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
誘電体薄膜の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＣＶＤによる誘電体薄膜
の堆積方法，とくにチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体
薄膜を製造する方法に関する。
の堆積方法，とくにチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体
薄膜を製造する方法に関する。
【０００２】半導体装置の微細化に伴い素子面積を減少
するために，誘電率の高い絶縁物が要求されており，こ
のため強誘電体物質であるチタン酸鉛とジルコン酸鉛の
固溶体の多結晶薄膜の利用が期待されている。
するために，誘電率の高い絶縁物が要求されており，こ
のため強誘電体物質であるチタン酸鉛とジルコン酸鉛の
固溶体の多結晶薄膜の利用が期待されている。
【０００３】かかる誘電体薄膜の製造には素子形成プロ
セスとの適合性からＣＶＤ法を用いた例があるが，かか
る方法で製造された誘電体薄膜は結晶粒子が大きく微細
加工が困難である。
セスとの適合性からＣＶＤ法を用いた例があるが，かか
る方法で製造された誘電体薄膜は結晶粒子が大きく微細
加工が困難である。
【０００４】そこで，素子の微細化に合わせてより微細
な加工を施すことができるように，結晶粒径の小さな誘
電体薄膜が要求されている。
な加工を施すことができるように，結晶粒径の小さな誘
電体薄膜が要求されている。
【０００５】
【従来の技術】従来のチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶
体薄膜の製造方法について図３を参照して説明する。
体薄膜の製造方法について図３を参照して説明する。
【０００６】図３は従来技術の実施例説明図であり，Ｃ
ＶＤによりチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体薄膜が堆
積する過程を断面で示している。従来の固溶体薄膜８の
堆積方法は，最終的に目標とする膜厚を一度に基板１上
に堆積していた。
ＶＤによりチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体薄膜が堆
積する過程を断面で示している。従来の固溶体薄膜８の
堆積方法は，最終的に目標とする膜厚を一度に基板１上
に堆積していた。
【０００７】しかし，かかる方法では固溶体薄膜８の結
晶粒は大きく，微細な多結晶膜を得ることができないの
である。その原因は，堆積初期の成長核４の発生にあ
る。
晶粒は大きく，微細な多結晶膜を得ることができないの
である。その原因は，堆積初期の成長核４の発生にあ
る。
【０００８】即ち図３（ａ）を参照して，ＣＶＤの初期
に，基板１上に堆積されたＴａ及びＰｔからなるバリア
層３の表面に，距離を置いて互いに孤立した成長核４が
生ずるのである。
に，基板１上に堆積されたＴａ及びＰｔからなるバリア
層３の表面に，距離を置いて互いに孤立した成長核４が
生ずるのである。
【０００９】その後，図３（ｂ）を参照して，各個の成
長核８がそれぞれ成長して固溶体薄膜８の結晶粒とな
る。従って，結晶粒の大きさは成長核４の密度で決定さ
れるから，結晶粒は微細にならないのである。
長核８がそれぞれ成長して固溶体薄膜８の結晶粒とな
る。従って，結晶粒の大きさは成長核４の密度で決定さ
れるから，結晶粒は微細にならないのである。
【００１０】従来の方法による結果は，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．２９，Ｎｏ
４，１９９０，ｐ７１８によれば，ＣＶＤにより５００
〜６５０℃の温度範囲で２μｍの厚さに堆積したＰｂ
（Ｚｒ0.48Ｔｉ0.53）Ｏ3 薄膜８は，粒径略１μｍの四
角い形状をなしている。これは，図３（ｂ）に示すよう
に成長核４から大きな結晶粒に成長する機構に基づくた
めと考えられる。
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．２９，Ｎｏ
４，１９９０，ｐ７１８によれば，ＣＶＤにより５００
〜６５０℃の温度範囲で２μｍの厚さに堆積したＰｂ
（Ｚｒ0.48Ｔｉ0.53）Ｏ3 薄膜８は，粒径略１μｍの四
角い形状をなしている。これは，図３（ｂ）に示すよう
に成長核４から大きな結晶粒に成長する機構に基づくた
めと考えられる。
【００１１】この様に大きな粒径持つ薄膜には，いわゆ
るサブミクロンの精度が要求される微細加工を施すこと
ができない。さらに，粒界を緻密に形成することが難し
く，不均質な膜となり易いことから高精度の加工ができ
ないのである。
るサブミクロンの精度が要求される微細加工を施すこと
ができない。さらに，粒界を緻密に形成することが難し
く，不均質な膜となり易いことから高精度の加工ができ
ないのである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述のように，従来の
方法は，ＣＶＤで堆積した誘電体の多結晶薄膜は大きな
粒径を有し，不均質となり易いことから，精密な加工が
必要とされる微細加工を施す用途には適用することがで
きないという欠点があった。
方法は，ＣＶＤで堆積した誘電体の多結晶薄膜は大きな
粒径を有し，不均質となり易いことから，精密な加工が
必要とされる微細加工を施す用途には適用することがで
きないという欠点があった。
【００１３】本発明は，結晶粒が微細なかつ緻密なチタ
ン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体多結晶薄膜を堆積するこ
とができるＣＶＤ強誘電体薄膜の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
ン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体多結晶薄膜を堆積するこ
とができるＣＶＤ強誘電体薄膜の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の実施例説
明図であって，図１（ａ）はその工程を示している。上
記課題を解決するために，本発明の構成は，図１を参照
して，第一の構成はＣＶＤ法により基板１上にチタン酸
鉛とジルコン酸鉛の固溶体薄膜を製造する方法におい
て，５００℃以上の温度Ｔ2 で堆積した該固溶体薄膜を
３００℃以下の温度Ｔ1 に冷却する堆積冷却サイクルＧ
1 〜Ｇ20を，２サイクル以上有することを特徴として構
成され，及び，第二の構成は，上記堆積冷却サイクルＧ
1 〜Ｇ20の温度昇降をランプアニールにより行うことを
特徴として構成される。
明図であって，図１（ａ）はその工程を示している。上
記課題を解決するために，本発明の構成は，図１を参照
して，第一の構成はＣＶＤ法により基板１上にチタン酸
鉛とジルコン酸鉛の固溶体薄膜を製造する方法におい
て，５００℃以上の温度Ｔ2 で堆積した該固溶体薄膜を
３００℃以下の温度Ｔ1 に冷却する堆積冷却サイクルＧ
1 〜Ｇ20を，２サイクル以上有することを特徴として構
成され，及び，第二の構成は，上記堆積冷却サイクルＧ
1 〜Ｇ20の温度昇降をランプアニールにより行うことを
特徴として構成される。
【００１５】
【作用】本発明の構成では，目的とする膜厚より薄い固
溶体膜を堆積し，その後３００℃以下の温度に冷却する
のであって，かかる堆積冷却サイクルを複数回繰り返す
ことにより目的の膜厚まで堆積するのである。
溶体膜を堆積し，その後３００℃以下の温度に冷却する
のであって，かかる堆積冷却サイクルを複数回繰り返す
ことにより目的の膜厚まで堆積するのである。
【００１６】かかる構成の作用を，図１を参照して説明
する。図１（ｂ）は，本発明の効果を説明するための工
程図であって，固溶体薄膜の堆積層の断面を表してい
る。
する。図１（ｂ）は，本発明の効果を説明するための工
程図であって，固溶体薄膜の堆積層の断面を表してい
る。
【００１７】本発明における最初の堆積については，成
長初期に図３（ｂ１）に示すように成長核４が発生し，
これらの核がそれぞれ成長して図３（ｂ２）に示す様に
大きな粒径の多結晶層が堆積第一層５として形成される
のは従来法と同様である。
長初期に図３（ｂ１）に示すように成長核４が発生し，
これらの核がそれぞれ成長して図３（ｂ２）に示す様に
大きな粒径の多結晶層が堆積第一層５として形成される
のは従来法と同様である。
【００１８】なお，かかる堆積時の温度は，本発明にお
いてはペロブスカイト相とする必要から，チタン酸鉛と
ジルコン酸鉛の固溶体がペロブスカイト相となる相転移
温度，略５００℃以上の温度でなされる必要がある。
いてはペロブスカイト相とする必要から，チタン酸鉛と
ジルコン酸鉛の固溶体がペロブスカイト相となる相転移
温度，略５００℃以上の温度でなされる必要がある。
【００１９】本発明では，次いで温度を３００℃以下に
冷却する。この冷却により，堆積第一層５には多くの結
晶欠陥６が導入されるのである。従って，堆積第一層５
上に堆積する次の堆積層（堆積第二層）７は，堆積第一
層５の結晶欠陥６を引継ぎ，第一層５よりも小さな結晶
粒からなる多結晶層として堆積，成長するのである。
冷却する。この冷却により，堆積第一層５には多くの結
晶欠陥６が導入されるのである。従って，堆積第一層５
上に堆積する次の堆積層（堆積第二層）７は，堆積第一
層５の結晶欠陥６を引継ぎ，第一層５よりも小さな結晶
粒からなる多結晶層として堆積，成長するのである。
【００２０】本発明者は実験により，上記相転移温度以
上の温度から３００℃以下に冷却することにより，堆積
層へ十分な量の結晶欠陥が導入されることを明らかにし
たのである。
上の温度から３００℃以下に冷却することにより，堆積
層へ十分な量の結晶欠陥が導入されることを明らかにし
たのである。
【００２１】この様な結晶欠陥６が導入されるのは，相
転移温度の通過に伴う相転移，または温度昇降に伴う熱
応力に起因する応力が多結晶粒内に生ずるためと本発明
の発明者により推定されている。
転移温度の通過に伴う相転移，または温度昇降に伴う熱
応力に起因する応力が多結晶粒内に生ずるためと本発明
の発明者により推定されている。
【００２２】上述の様に本発明では，かかる堆積と欠陥
の導入を繰り返すことにより，微細な結晶を堆積し，ま
た結晶粒の成長を防ぐことができるのである。
の導入を繰り返すことにより，微細な結晶を堆積し，ま
た結晶粒の成長を防ぐことができるのである。
【００２３】
【実施例】本発明の詳細を，図１に示した実施例により
説明する。図２は，本実施例に使用したＣＶＤ装置の断
面を示したもので，いわゆるＲＴＰ(Rapid Thermal Pro
cess) −ＣＶＤ装置を表している。
説明する。図２は，本実施例に使用したＣＶＤ装置の断
面を示したもので，いわゆるＲＴＰ(Rapid Thermal Pro
cess) −ＣＶＤ装置を表している。
【００２４】シリコン基板１上にＴａ及び，Ｐｔを拡散
防止のためのバリア層３として堆積する。ＣＶＤ装置は
ガス導入口１１と排気口１２を設けた台９と円筒形のチ
ャンバー１４からなり，内部はランプ室１６と成長室１
７とに石英板１５により仕切られている。
防止のためのバリア層３として堆積する。ＣＶＤ装置は
ガス導入口１１と排気口１２を設けた台９と円筒形のチ
ャンバー１４からなり，内部はランプ室１６と成長室１
７とに石英板１５により仕切られている。
【００２５】基板１は，ホルダー１０上に置かれ，タン
グステンランプ１３により加熱される。原料は，Ｐｂ
（Ｃ2 Ｈ5 ）4 ，Ｚｒ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 ，Ｔｉ（ｉ
−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 にそれぞれ５０ｃｃ／分のキャリアガ
スを通して供給した。
グステンランプ１３により加熱される。原料は，Ｐｂ
（Ｃ2 Ｈ5 ）4 ，Ｚｒ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 ，Ｔｉ（ｉ
−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 にそれぞれ５０ｃｃ／分のキャリアガ
スを通して供給した。
【００２６】薄膜の成長は先ず，図１（ａ）中にＧ１で
示す工程即ち，基板１表面温度を６５０℃に昇温して膜
厚１００ｎｍのペロブスカイト構造をもつ堆積第一層５
を堆積したのち，ランプ１３を消灯して基板１表面温度
を１００℃まで降温する堆積降温サイクルＧ１を行う。
示す工程即ち，基板１表面温度を６５０℃に昇温して膜
厚１００ｎｍのペロブスカイト構造をもつ堆積第一層５
を堆積したのち，ランプ１３を消灯して基板１表面温度
を１００℃まで降温する堆積降温サイクルＧ１を行う。
【００２７】ついで，同様の堆積降温サイクルＧ２〜Ｇ
20を２０回繰り返すことにより２μｍの膜厚の誘電体薄
膜を形成した。かかる方法により形成された誘電体多結
晶膜の平均的な粒径は，略５ｎｍであり，従来法の５０
０分の一という微細な多結晶膜であった。
20を２０回繰り返すことにより２μｍの膜厚の誘電体薄
膜を形成した。かかる方法により形成された誘電体多結
晶膜の平均的な粒径は，略５ｎｍであり，従来法の５０
０分の一という微細な多結晶膜であった。
【００２８】ついで，Ｔａ膜及びＰｔ膜を上部電極とし
て堆積することによりキャパシタが形成される。本発明
による誘電体膜は緻密であって結晶粒界の凹凸が小さ
い。
て堆積することによりキャパシタが形成される。本発明
による誘電体膜は緻密であって結晶粒界の凹凸が小さ
い。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば，結晶粒の小さな多結晶
からなる強誘電体膜をＣＶＤにより堆積することができ
るという効果を奏するから，微細なパターンを加工する
ことができる高誘電率の誘電体薄膜の製造方法を提供す
ることができ，半導体装置の性能向上に貢献するところ
が大きい。
からなる強誘電体膜をＣＶＤにより堆積することができ
るという効果を奏するから，微細なパターンを加工する
ことができる高誘電率の誘電体薄膜の製造方法を提供す
ることができ，半導体装置の性能向上に貢献するところ
が大きい。
【図１】 本発明の実施例説明図
【図２】 本発明の実施例に使用したＣＶＤ装置
【図３】 従来の実施例説明図
１ 基板 ３ バリア層 ４ 成長核 ５ 堆積第一層 ６ 結晶欠陥 ７ 堆積第二層 ８ 固溶体薄膜 ９ 台 10 ホルダー 11 ガス導入口 12 排気口 13 ランプ 14 チャンバー 15 石英板 16 ランプ室 17 成長室
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/04 H01L 21/822
Claims (2)
- 【請求項１】 ＣＶＤ（Chemical Vaper phase Deposit
ion ）法により基板（１）上にチタン酸鉛とジルコン酸
鉛の固溶体薄膜を製造する方法において，５００℃以上
の温度（Ｔ2 ）で堆積した該固溶体薄膜を３００℃以下
の温度（Ｔ1 ）に冷却する堆積冷却サイクル（Ｇ1 〜Ｇ
20）を，２サイクル以上有することを特徴とする誘電体
薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 上記堆積冷却サイクル（Ｇ1 〜Ｇ20）の
温度昇降をランプアニールにより行うことを特徴とする
請求項１記載の誘電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3819291A JP2847981B2 (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3819291A JP2847981B2 (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04276650A JPH04276650A (ja) | 1992-10-01 |
| JP2847981B2 true JP2847981B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=12518503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3819291A Expired - Fee Related JP2847981B2 (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847981B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000055387A1 (fr) * | 1999-03-12 | 2000-09-21 | Tokyo Electron Limited | Procede et appareil de formation d'un film mince |
| US6756235B1 (en) | 1999-08-20 | 2004-06-29 | Tokyo Electron Limited | Metal oxide film formation method and apparatus |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3171170B2 (ja) * | 1998-05-25 | 2001-05-28 | 日本電気株式会社 | 薄膜キャパシタおよびその製造方法 |
-
1991
- 1991-03-05 JP JP3819291A patent/JP2847981B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000055387A1 (fr) * | 1999-03-12 | 2000-09-21 | Tokyo Electron Limited | Procede et appareil de formation d'un film mince |
| US6866882B1 (en) | 1999-03-12 | 2005-03-15 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a thin film |
| US6756235B1 (en) | 1999-08-20 | 2004-06-29 | Tokyo Electron Limited | Metal oxide film formation method and apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04276650A (ja) | 1992-10-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981006 |
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