JP3411367B2 - Composite structure of ferroelectric thin film and substrate - Google Patents

Composite structure of ferroelectric thin film and substrate

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JP3411367B2
JP3411367B2 JP05350794A JP5350794A JP3411367B2 JP 3411367 B2 JP3411367 B2 JP 3411367B2 JP 05350794 A JP05350794 A JP 05350794A JP 5350794 A JP5350794 A JP 5350794A JP 3411367 B2 JP3411367 B2 JP 3411367B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はSi(シリコン)を含む
基体上に、強誘電体薄膜を形成する技術に関し、特に、
Pt(白金)やRuO2(2酸化ルテニウム)などの導
電体薄膜を介することなく、PbTiO3(チタン酸
鉛)等のPb系強誘電体の薄膜を形成する技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for forming a ferroelectric thin film on a substrate containing Si (silicon).
The present invention relates to a technique for forming a Pb-based ferroelectric thin film such as PbTiO 3 (lead titanate) without interposing a conductive thin film such as Pt (platinum) or RuO 2 (ruthenium dioxide).

【0002】[0002]

【従来の技術】自発分極を備え、圧電性、焦電性、高誘
電率、キューリー温度相転位性など興味深い物性を有す
る強誘電体は、すでにその特徴を生かして、民生・産業
の分野での様々な応用が期待されている。なかでもPb
TiO3、PZT(チタンジルコン酸鉛)、PLT(チ
タン酸ランタン鉛)、PLZT(チタンジルコン酸ラン
タン鉛)、PBZT(チタンジルコン酸バリウム鉛)な
どのいわゆるPb系強誘電体は、 交番電界を印加した時、良好な自発分極反転特性を示
す、 電気機械結合定数が大きい、 数千にも及ぶ高比誘電率を実現できる、 ドーピングによってキューリー温度を広い範囲で動か
すことができる、などの特性的魅力に加えて、 安価な素材で構成されている、という価格的魅力を兼
備しているため、セラッミック素材を中心に早くから開
発が進められ、色々なディスクリート部品が商品として
世に送り出されている。若干の例を挙げるならば、圧電
式発火素子、大容量コンデンサ、超音波発振子、感温素
子(いわゆるサーミスタ)などが挙げられよう。
2. Description of the Related Art Ferroelectrics having spontaneous polarization and interesting physical properties such as piezoelectricity, pyroelectricity, high dielectric constant, and Curie temperature phase transition property have already been utilized in the field of consumer and industrial fields. Various applications are expected. Above all, Pb
So-called Pb-based ferroelectrics such as TiO 3 , PZT (lead titan zirconate titanate), PLT (lead lanthanum titanate titanate), PLZT (lead lanthanum zirconate titanate), PBZT (barium lead zirconate titanate), etc., apply an alternating electric field. Characteristics, such as excellent spontaneous polarization reversal characteristics, large electromechanical coupling constant, high relative permittivity up to several thousand, and curie temperature in a wide range by doping. In addition to this, because it combines the price appeal of being composed of inexpensive materials, development has proceeded from early on centering on ceramic materials, and various discrete parts have been launched as products. Piezoelectric firing elements, high-capacity capacitors, ultrasonic oscillators, temperature sensitive elements (so-called thermistors), etc. are just a few examples.

【0003】近年、Pb系強誘電体を薄膜化して、Si
半導体基板に搭載しようとする意欲的な試みが活発に行
なわれるようになってきた。これは、上述のごとき強誘
電性(Si材料では充分に達成できない)とSi半導体
の高速演算処理とを合体させて、付加価値の高い集積回
路やスマートデバイスを実現しようとする意図に基づい
ている。現在もっとも脚光を浴びている例は、金属
(M)−絶縁膜(I)−半導体(S)で形成されたMI
SトランジスタのI部分を、強誘電体膜(F)で構成し
たMFS型不揮発性メモリであろう。上記の例から容易
に推察されるように、強誘電体とSiとの複合構造は、
強誘電体と金属との複合構造と共に、伝統的なSi半導
体基板に強誘電体膜を取り込むときに欠かすことのでき
ない基本構造の一つである。この構造を達成するため
に、過去、数々の努力が支払われてきた。しかし、Si
基体上に良好なPb系強誘電体を形成した報告は未だに
ない。
In recent years, Pb-based ferroelectrics have been thinned to form Si.
An ambitious attempt to mount on a semiconductor substrate has become active. This is based on the intention to combine ferroelectricity (which cannot be sufficiently achieved with Si materials) and high-speed arithmetic processing of Si semiconductors as described above to realize integrated circuits and smart devices with high added value. . Currently, the most spotlighted example is MI formed of metal (M) -insulating film (I) -semiconductor (S).
It may be an MFS type non-volatile memory in which the I part of the S transistor is composed of a ferroelectric film (F). As can be easily inferred from the above example, the composite structure of the ferroelectric substance and Si is
It is one of the basic structures that are indispensable when incorporating a ferroelectric film into a traditional Si semiconductor substrate together with a composite structure of a ferroelectric and a metal. A number of efforts have been made in the past to achieve this structure. But Si
There have been no reports of forming a good Pb-based ferroelectric on a substrate.

【0004】良好なPb系強誘電体とSiとの複合構造
の実現を阻んでいるのは、Pb系強誘電体の製造工程に
おいて、基板に含まれるSi元素がPb系強誘電体膜へ
拡散することが主原因である。上記のSi拡散が引き起
こす問題とは、 Pb系強誘電体膜をCVDやスパッタ法などでSi上
に気相成長させるとき、大量のSi元素がPb系強誘電
体膜に表面まで急速に拡散してきて、次々に膜成分とし
て取り込まれるので、ペロブスカイト構造を作ることが
できない、 仮にペロブスカイト構造ができたとしても、後の他の
熱処理過程で、膜中にSiが蓄積してきて強誘電特性が
劣化する、 拡散によってSiが抜けた後の基体には欠陥が残され
ることになるので、ここに活性領域(トランジスタのチ
ャネルなどが形成される部分)を形成するのが難しくな
る、などである。 また、上記と同様のSi拡散問題がSiO2、Si
34、シリサイド等のSi基体(以下、これらとSi基
体を含めてSi系基体と称する)でも起こることが確認
されている。例えば「ジャーナル オブ マテリアル
リサーチ」(R. A.Roy and K. F. Etzold,“Journal of
Material Research, Vol.7, 1455 1992”)に記載。
The obstacle to the realization of a good composite structure of Pb-based ferroelectric and Si is that the Si element contained in the substrate diffuses into the Pb-based ferroelectric film in the manufacturing process of the Pb-based ferroelectric. The main cause is The above-mentioned problem caused by Si diffusion is that when a Pb-based ferroelectric film is vapor-deposited on Si by CVD or sputtering, a large amount of Si element diffuses rapidly to the surface of the Pb-based ferroelectric film. The perovskite structure cannot be formed because it is successively taken in as a film component. Even if a perovskite structure is formed, Si is accumulated in the film in other subsequent heat treatment processes and the ferroelectric properties are deteriorated. Since defects will remain in the substrate after Si is removed by diffusion, it is difficult to form an active region (a portion where a channel of a transistor is formed) in the substrate. In addition, the same problem of Si diffusion as above is caused by SiO 2 , Si.
It has been confirmed that it also occurs in Si substrates such as 3 N 4 and silicide (hereinafter, these and Si substrates together are referred to as Si-based substrate). For example, "Journal of Material
Research ”(RARoy and KF Etzold,“ Journal of
Material Research, Vol.7, 1455 1992 ”).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術においては、基板に含まれるSi元素がPb系強誘電
体膜へ拡散することが主原因となって生じる上記〜
のごとき問題があるため、Pb系強誘電体とSi系基体
との複合構造体を実現することは困難である、という問
題があった。
As described above, in the prior art, the above-mentioned problems caused mainly by the diffusion of the Si element contained in the substrate into the Pb-based ferroelectric film.
However, there is a problem that it is difficult to realize a composite structure of a Pb-based ferroelectric and a Si-based substrate.

【0006】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、Siの拡散を抑制
した良好な特性のPb系強誘電体とSi系基体との複合
構造体を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and provides a composite structure of a Pb-based ferroelectric material and a Si-based substrate having good characteristics in which the diffusion of Si is suppressed. The purpose is to provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項1に記載の発明は、
シリコンを含有する基板または薄膜からなる基体上に、
鉛を含有する強誘電体薄膜を載置した強誘電体薄膜と基
体との複合構造体において、上記強誘電体薄膜と上記基
体との間に、化学量論組成からはずれて鉛が不足してい
るチタン酸鉛層からなる誘電体薄膜を挾持するように構
成したものである。上記の化学量論組成からはずれて鉛
が不足しているチタン酸鉛層からなる誘電体薄膜は、常
誘電体薄膜であり、これ自体が強誘電体薄膜となるもの
ではない。なお、上記の化学量論組成からはずれて鉛が
不足しているチタン酸鉛層を挾持した構成は、例えば後
記第1および第2実施例に相当する。
In order to achieve the above object, the present invention is constructed as described in the claims. That is, the invention described in claim 1 is
On a substrate containing silicon or a substrate consisting of a thin film,
In a composite structure of a ferroelectric thin film on which a ferroelectric thin film containing lead is mounted and a substrate, lead is insufficient between the ferroelectric thin film and the substrate due to deviation from the stoichiometric composition. is obtained by configured to pinching the lead titanate layer or Ranaru dielectric thin film are. The above stoichiometric lead titanate layer or Ranaru dielectric thin film lead is missing out of the composition, paraelectric a thin film, it does not have itself a ferroelectric thin film. Note that the structure was sandwiched a lead titanate layer lead out from the above stoichiometric composition is insufficient, for example, Ru phase equivalent to the below first and second embodiments.

【0008】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
の誘電体薄膜を、化学気相成長法によって形成された酸
化物薄膜としたものである。なお、化学気相成長法と
は、例えば後記の減圧CVD法やディジタルCVD法に
相当する。また、請求項3に記載の発明は、上記誘電体
薄膜と上記強誘電体薄膜とを、共に化学気相成長法で形
成された薄膜としたものである。また、請求項4に記載
の発明は、上記強誘電体薄膜を、ペロブスカイト(00
1)配向強誘電体薄膜としたものである。また、請求項
5に記載の発明は、上記誘電体薄膜と上記強誘電体薄膜
とを、同一の化学気相成長装置で連続して形成するもの
である。また、請求項6に記載の発明は、上記誘電体薄
膜と上記強誘電体薄膜とを、原料を周期的に導入して数
原子層程度の薄い膜を積層しながら堆積を行なうディジ
タル化学気相成長法で形成するものである。この構成
は、例えば後記第2実施例に相当する。
The invention described in claim 2 is the same as claim 1.
The dielectric thin film of is an oxide thin film formed by a chemical vapor deposition method. The chemical vapor deposition method corresponds to, for example, a low pressure CVD method or a digital CVD method described later. According to a third aspect of the present invention, the dielectric thin film and the ferroelectric thin film are both thin films formed by a chemical vapor deposition method. According to a fourth aspect of the present invention, the ferroelectric thin film is a perovskite (00
1) It is an oriented ferroelectric thin film. According to the fifth aspect of the invention, the dielectric thin film and the ferroelectric thin film are continuously formed by the same chemical vapor deposition apparatus. According to a sixth aspect of the present invention, a digital chemical vapor phase in which the dielectric thin film and the ferroelectric thin film are deposited while periodically introducing a raw material and laminating thin films of about several atomic layers It is formed by the growth method. This configuration example corresponds to a later second actual施例.

【0009】[0009]

【作用】上記のように、本発明においては、Pb系強誘
電体とSi系基体との間に、化学量論組成からはずれて
鉛が不足しているチタン酸鉛層からなる誘電体薄膜を配
置することにより、Siの拡散を抑制し、良好なPb系
強誘電体/Si系基体構造を実現することが出来るよう
にしたものである。上記のように、化学量論組成からは
ずれて鉛が不足しているチタン酸鉛層〔例えば後記実施
例で説明するPbTiOx+2(x<1)〕のような
誘電体膜を、Si系基体とPb系強誘電体膜との間に挾
持することによって、何故Si拡散が抑止されるか、に
ついては、現在究明中であり、未だ確定していないが、
これを解くためのいくつかの興味深い現象が明らかにな
っている。すなわち、本発明者らが最近行なった実験に
よると、Si系基体の上にCVD法でPbO(酸化鉛)
膜を堆積すると、基体のSiが激しくPbO膜中に侵入
することが判っている。さらにxを変数としてPb原料
蒸気とTi原料蒸気との供給量比を制御しながら、種々
のx値のPbTiOx+2膜をSi基板上にCVD法
で成膜し、Siの膜内拡散量を評価してみると、xが1
(=化学量論組成)を超える付近からSiの拡散が急激
に増大する。また、x>1ではPbTiO膜の中に
(x−1)モルの過剰なPbO膜が混合していると考え
られる。上記の2つの実験事実から、Si系基体の上に
PbO成分が形成された場合に、Si元素が上部膜に侵
入することが理解される。このような知見を基に勘案す
ると、本発明の化学量論組成からはずれて鉛が不足して
いるチタン酸鉛層でSiの侵入が抑止できるのは、この
膜中に含まれているPbは全てPbTiO成分であ
り、PbO成分は全く存在しないためと推察される。
[Action] As described above, in the present invention, between the Pb containing ferroelectric and the Si-based substrate, stoichiometry lead titanate layer or Ranaru dielectric thin film lead is missing off the composition By arranging, it is possible to suppress the diffusion of Si and realize a good Pb-based ferroelectric / Si-based substrate structure. As described above, a dielectric film such as a lead titanate layer (for example, Pb x TiO x + 2 (x <1) described in Examples below) having a lead deficiency deviating from the stoichiometric composition is formed by using a Si-based material. The reason why the Si diffusion is suppressed by sandwiching between the substrate and the Pb-based ferroelectric film is currently under investigation, but it has not been confirmed yet.
Several interesting phenomena have been revealed to solve this. That is, according to an experiment recently performed by the present inventors, PbO (lead oxide) is deposited on the Si-based substrate by the CVD method.
It has been found that when the film is deposited, the Si of the substrate violently penetrates into the PbO film. Further, while controlling the supply amount ratio of the Pb source vapor and the Ti source vapor with x as a variable, Pb x TiO x + 2 films of various x values are formed on the Si substrate by the CVD method, and the diffusion amount of Si in the film is increased. Is evaluated, x is 1
The diffusion of Si rapidly increases from the vicinity of (= stoichiometric composition). Further, when x> 1, it is considered that the (x-1) mol excess PbO film is mixed in the PbTiO 3 film. From the above two experimental facts, it is understood that the Si element penetrates into the upper film when the PbO component is formed on the Si-based substrate. Considering these findings, the lead indium titanate layer lacking lead deviates from the stoichiometric composition of the present invention and the penetration of Si can be suppressed by Pb contained in this film. It is presumed that all of them are PbTiO 3 components and no PbO component exists.

【0010】本来なら化学量論組成x=1を与えるはず
の原料供給比でSiの拡散が起こる理由は、成膜が進ん
でいる最表面では反応器内での気流の乱れなどで原料蒸
気の供給比の瞬時的な変動(時間平均すると0になる)
があり、Pb原料蒸気の供給が過剰になった場合に、過
渡的にPbO成分が形成され、これに向かってSiが侵
入するためである、と予想される。したがって瞬時変動
によるPb蒸気の過剰を見込んで、予めTi原料を過剰
気味(Pb原料を少なめ)に供給してやれば、全ての瞬
間においてPbOが形成される危険が回避される。その
結果として、このような誘電体膜は、本発明の実施例で
示したようなPbTiOx+2(x<1)膜となるの
であるまた、請求項2〜請求項6に記載のように、化
学気相成長法を用いて上記誘電体薄膜や上記強誘電体薄
膜を形成することにより、特性が良好で膜厚の正確な薄
膜を容易に形成することが出来る。
The reason why the diffusion of Si occurs at the raw material supply ratio which is supposed to give the stoichiometric composition x = 1 is that the raw material vapor is turbulent at the outermost surface where the film formation is progressing due to turbulence of the air flow in the reactor. Instantaneous fluctuation of supply ratio (time average becomes 0)
Therefore, when the supply of the Pb raw material vapor becomes excessive, a PbO component is transiently formed, and Si is expected to invade toward this. Therefore, if the Ti raw material is supplied in a slightly excessive amount (the Pb raw material is small) in advance in anticipation of excess Pb vapor due to instantaneous fluctuations, the risk of PbO being formed at every moment can be avoided. As a result, such a dielectric film becomes a Pb x TiO x + 2 (x <1) film as shown in the embodiments of the present invention . Further, as described in claims 2 to 6, by forming the dielectric thin film or the ferroelectric thin film by the chemical vapor deposition method, a thin film having good characteristics and an accurate film thickness can be obtained. It can be easily formed.

【0011】[0011]

【実施例】以下、複数の具体的実施例を挙げて本発明を
詳細に説明することにするが、その前に全実施例の説明
に共通する強誘電体膜と基体との複合構造体の代表的断
面構造と誘電体薄膜(あるいは強誘電体も含む)の成膜
装置を説明する。まず、図1は、本発明に係る強誘電体
膜と基体との複合構造体の要部断面図である。図1にお
いて、1はSi系基体を示している。なお、Si系基体
とはSi基板、あるいは任意の基板に形成されたSi元
素を含む薄膜、たとえばポリSi膜、SiO膜、Si
膜、PSG(リンガラス)膜、シリサイド膜など
である。後述する具体的実施例では便宜上、Si単結晶
(100)基板をSi系基体の代表として扱うことにす
る。Si系基体1の上部には、化学量論組成からはずれ
て鉛が不足しているチタン酸鉛層からなる誘電体膜2が
置かれる。この誘電体膜2は、例えばCVD法によって
形成されたものであり、緻密でかつ薄く、本発明におい
て極めて重要な役割を演じる。さらに誘電体膜2の上に
は、所望のPb系強誘電体膜3、例えばPbTiO
PZT、PLT、PLZT、PBZTなどが形成されて
いる。このようなPb系強誘電体膜の形成には、真空蒸
着法、スパッタリング法、ゾルゲル法、CVD法など周
知の如何なる方法を用いても構わないが、表面にミクロ
ン規模の微細な凹凸がある半導体超高集積回路基板のよ
うなものに成膜する場合には、等角写像的な被覆性が得
られるCVD法が最も適している。後述する具体的実施
例の説明にあたっては、このPb系強誘電体膜をCVD
法で形成したPbTiO膜に代表させることにする。
しかし、これは飽くまで便宜上のことであり、他の成膜
法による他のPb系強誘電体膜でも全く同様の作用効果
が得られる。このように本発明にかかる強誘電体膜とS
i系基体との複合構造体は単純な構成をしている。ちな
みに、本構造をMFS構造にするためには、さらにこの
上に導電膜をスパッタリング蒸着あるいは電子ビーム蒸
着法などで成膜した後、フォトリソグラフィなどで所定
のパタンに形状化してゲート電極(図示せず)を形成す
る。典型的な電極材料はAlやW、Pt、ポリSiであ
る。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to a plurality of specific examples. Before that, a composite structure of a ferroelectric film and a substrate common to all the examples will be described. A typical cross-sectional structure and a film forming apparatus for a dielectric thin film (or a ferroelectric) will be described. First, FIG. 1 is a sectional view of an essential part of a composite structure of a ferroelectric film and a substrate according to the present invention. In FIG. 1, 1 indicates a Si-based substrate. The Si-based substrate is a Si substrate or a thin film containing a Si element formed on an arbitrary substrate, such as a poly-Si film, a SiO 2 film, or a Si film.
3 N 4 film, PSG (phosphorus glass) film, silicide film and the like. For the sake of convenience, a Si single crystal (100) substrate will be treated as a representative of Si-based substrates in the specific examples described later. At the top of the Si-based substrate 1, the stoichiometric lead titanate layer or the lead is missing out of the composition Ranaru dielectric film 2 is placed. The dielectric film 2 is formed by, for example, a CVD method, is dense and thin, and plays an extremely important role in the present invention. Further, on the dielectric film 2, a desired Pb-based ferroelectric film 3, for example, PbTiO 3 ,
PZT, PLT, PLZT, PBZT, etc. are formed. For forming such a Pb-based ferroelectric film, any known method such as a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a sol-gel method or a CVD method may be used, but a semiconductor having micron-scale fine irregularities on its surface is used. When forming a film on an ultra-high-integrated circuit board, the CVD method is most suitable because it provides conformal coverage. In the description of specific examples described later, this Pb-based ferroelectric film is subjected to CVD.
This is represented by a PbTiO 3 film formed by the method.
However, this is for the sake of convenience until the user gets tired of it, and completely the same action and effect can be obtained with other Pb-based ferroelectric films formed by other film forming methods. Thus, the ferroelectric film according to the present invention and the S
The composite structure with the i-based substrate has a simple structure. By the way, in order to make this structure an MFS structure, a conductive film is further formed thereon by a sputtering deposition method or an electron beam evaporation method, and then formed into a predetermined pattern by photolithography or the like to form a gate electrode (not shown). Form). Typical electrode materials are Al, W, Pt and poly-Si.

【0012】次に、図2は、上記の誘電体膜2の形成法
の説明に用いるコールドウォール型減圧CVD装置の模
式的な要部断面構造図である。なお、装置はコールドウ
ォール型である必要はなく、ホットウォール型でもよ
い。また、この図2は、後述するPb系強誘電体膜の形
成法(CVD法)の説明にも便宜上使用されるが、必ず
しもPb系強誘電体膜の形成に用いるCVD装置が誘電
体膜2の形成に用いるCVD装置と同じである必要はな
い。図2において、10は反応器である。この反応器1
0は、Si系基体1を形成した基板11を機械的に支持
し、かつ所定の温度に保持するサセプタ12と、A原料
蒸気、B原料蒸気、C原料蒸気、D原料蒸気のそれぞれ
の蒸気導入口13、14、15、16と、堆積反応で生
じた生成ガスや過剰な原料蒸気を器外に排出する排気口
17と、を備えている。蒸気導入口13、14、15、
16には、それぞれ蒸気供給バルブ18、19、20、
21を介してA原料蒸気、B原料蒸気、C原料蒸気、D
原料蒸気の輸送管22、23、24、25が接続してい
る。輸送管22、23、24、25の他端は、図には示
していないが、A原料、B原料、C原料、D原料の蒸気
発生器(輸送量調節機能付き)に接続している。また、
排気口17は、排気管26によって真空排気装置(図示
せず)に接続されているが、その途中に、排気主バルブ
27、排気副バルブ28および排気量調節器29が設け
られている。この排気量調節器29は原料導入の際に反
応器内の圧力を必要に応じて所定の値に保持するための
ものであり、この目的に供するものなら方式を問わな
い。上記の蒸気供給バルブ18、19、20、21と排
気主バルブ27ならびに排気副バルブ28の開閉時期や
排気量調節器29の排気量は、開閉時期制御装置30で
統合的に制御される。
Next, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a principal part of a cold wall type low pressure CVD apparatus used for explaining the method of forming the dielectric film 2. The device need not be a cold wall type, but may be a hot wall type. Further, although FIG. 2 is also used for convenience of description of a method of forming a Pb-based ferroelectric film (CVD method) described later, the CVD apparatus used for forming the Pb-based ferroelectric film is not necessarily used for the dielectric film 2. Need not be the same as the CVD equipment used to form In FIG. 2, 10 is a reactor. This reactor 1
0 is a susceptor 12 that mechanically supports the substrate 11 on which the Si-based substrate 1 is formed and holds it at a predetermined temperature, and introduces A source vapor, B source vapor, C source vapor, and D source vapor. It is provided with ports 13, 14, 15, 16 and an exhaust port 17 for discharging the generated gas generated by the deposition reaction and the excess source vapor to the outside of the device. Steam inlets 13, 14, 15,
16 are steam supply valves 18, 19, 20, respectively.
A raw material vapor, B raw material vapor, C raw material vapor, D
The raw material vapor transport pipes 22, 23, 24, 25 are connected. Although not shown in the figure, the other ends of the transport pipes 22, 23, 24, and 25 are connected to steam generators (with a transport amount adjusting function) of A raw material, B raw material, C raw material, and D raw material. Also,
The exhaust port 17 is connected to a vacuum exhaust device (not shown) by an exhaust pipe 26, and an exhaust main valve 27, an exhaust sub valve 28, and an exhaust amount controller 29 are provided in the middle of the exhaust port 17. The exhaust amount controller 29 is for maintaining the pressure in the reactor at a predetermined value when necessary when introducing the raw materials, and any system may be used as long as it serves this purpose. The opening / closing timing of the steam supply valves 18, 19, 20, 21 and the exhaust main valve 27 and the exhaust auxiliary valve 28 and the exhaust amount of the exhaust amount controller 29 are controlled integrally by the opening / closing timing control device 30.

【0013】以上、強誘電体膜と基体との複合構造体の
断面構造および成膜装置の説明が終ったところで、次に
図1に示した複合構造体の形成方法の具体的実施例を順
次説明する。なお、すでに断わったように、以下の実施
例ではSi系の基体をSi単結晶基板、Pb系強誘電体
をPbTiO3膜で代表させて例示している。第1実施
例は、図1の複合構造体において、誘電体膜2をPbx
TiOx+2(x<1)とし、これを減圧CVD法で形成
する実施例である。
After the above description of the cross-sectional structure of the composite structure of the ferroelectric film and the substrate and the film forming apparatus is completed, a specific embodiment of the method for forming the composite structure shown in FIG. explain. Incidentally, as already mentioned, in the following examples, the Si-based substrate is represented by the Si single crystal substrate and the Pb-based ferroelectric is represented by the PbTiO 3 film. In the first embodiment, in the composite structure shown in FIG. 1, the dielectric film 2 is made of Pb x.
In this embodiment, TiO x + 2 (x <1) is formed by the low pressure CVD method.

【0014】まず、本実施例の膜構造を図1を用いて説
明する。1はSi単結晶基板である。2はPbxTiO
x+2(x<1)なる化学式で表わされる厚みTox2の常誘
電体膜で、Pbの組成がPbTiO3に比べて不足する
ようにCVD法で形成する。PbxTiOx+2膜の上には
PbTiO3の強誘電体薄膜3が形成される。
First, the film structure of this embodiment will be described with reference to FIG. 1 is a Si single crystal substrate. 2 is Pb x TiO
A paraelectric film having a thickness T ox2 represented by a chemical formula x + 2 (x <1) is formed by a CVD method so that the composition of Pb is insufficient as compared with PbTiO 3 . Pb x TiO x + 2 ferroelectric thin film 3 of PbTiO 3 is formed on the film is formed.

【0015】以下、膜構造の形成法を説明する。まず、
Si単結晶基板11をRCA洗浄(アンモニア水と過酸
化水素水の混合液による第1洗浄と塩酸と過酸化水素水
の混合液による第2洗浄からなる伝統的なSi基板洗浄
法)と希フッ酸エッチング処理とを施した後、超純水で
リンスする。次に、上記のSi単結晶基板11を図2に
示した構造のCVD装置のサセプタ12に乗せ、サセプ
タ12の温度を所定の成膜温度Tsub(成膜条件の詳細
は後述)に昇温すると共に、全ての蒸気供給バルブ18
〜21を閉じ、排気主バルブ27を開けて反応器内を一
旦真空にする。
The method of forming the film structure will be described below. First,
Si single crystal substrate 11 is subjected to RCA cleaning (traditional Si substrate cleaning method comprising first cleaning with a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution and second cleaning with a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution) and a rare fluorine cleaning. After performing acid etching treatment, rinse with ultrapure water. Next, the Si single crystal substrate 11 is placed on the susceptor 12 of the CVD apparatus having the structure shown in FIG. 2, and the temperature of the susceptor 12 is raised to a predetermined film forming temperature T sub (details of film forming conditions will be described later). And all steam supply valves 18
21 to 21 are closed, the main exhaust valve 27 is opened, and the inside of the reactor is once evacuated.

【0016】CVD原料は、所定のソース温度に保温し
たテトライソプロポチタンTi(i-OC37)4(=A蒸
気)と4エチル鉛Pb(C25)4(=B蒸気)と5mo
l%のオゾンを含む酸素O2+O3(5%)ガス(=D蒸
気)である。Ti(i-OC37)4とPb(C25)4は専
用のステンレス製ソースボトルで気化させ、純窒素N2
をキャリアガスに用いて反応器10まで輸送する。前記
の排気によって反応器10の圧力が10~6Torr以下
となり、サセプタ12の温度(=成膜温度Tsub)が安
定したところで排気主バルブ27を閉じ、排気副バルブ
28を開け、排気量調節器29を作動させると共に、蒸
気供給バルブ18、19、21を開にしてTi(i-OC
37)4とPb(C25)4とO2+O3(5%)を反応器1
0に導入し、PbxTiOx+2膜の減圧CVD法を開始す
る。
The CVD raw materials are tetraisopropotitanium Ti (i-OC 3 H 7 ) 4 (= A vapor) and 4-ethyllead Pb (C 2 H 5 ) 4 (= B vapor) kept at a predetermined source temperature. And 5mo
Oxygen O 2 + O 3 (5%) gas (= D vapor) containing 1% ozone. Ti (i-OC 3 H 7 ) 4 and Pb (C 2 H 5 ) 4 were vaporized with a special stainless source bottle and pure nitrogen N 2 was added.
Is used as a carrier gas to be transported to the reactor 10. By the exhaust, the pressure of the reactor 10 becomes 10 to 6 Torr or less, and when the temperature of the susceptor 12 (= film forming temperature T sub ) becomes stable, the exhaust main valve 27 is closed and the exhaust sub valve 28 is opened to adjust the exhaust amount. And the steam supply valves 18, 19 and 21 are opened and the Ti (i-OC) is activated.
3 H 7 ) 4 and Pb (C 2 H 5 ) 4 and O 2 + O 3 (5%) were added to reactor 1
0, and the low pressure CVD method for the Pb x TiO x + 2 film is started.

【0017】図4は、本発明における誘電体膜成膜の代
表的な条件を示す図表であり、本実施例の成膜条件は図
4の第1実施例と記載された欄に示されている。なお、
これらの成膜条件は、代表的な一例を示したものであ
り、これらの条件に限定されるものではない。なお、図
4において、TsoA、TsoB、TsoCはそれぞれA原料、
B原料、C原料のソースボトル温度、SA、SB、SC
DはそれぞれA蒸気、B蒸気、C蒸気、D蒸気の流量
(キャリアガスを含む)、Tsubは成膜温度(サセプタ
温度)、t1〜t4はデジタルCVD法の周期の第1ゾー
ンの時間、Pは減圧CVD法の成膜圧力、P1〜P4はデ
ジタルCVD法の周期の第1ゾーンの圧力を示す。
FIG. 4 is a table showing typical conditions for forming a dielectric film according to the present invention. The film forming conditions of this embodiment are shown in the column labeled as the first embodiment of FIG. There is. In addition,
These film forming conditions are representative ones, and the film forming conditions are not limited to these conditions. In FIG. 4, T soA , T soB and T soC are A raw materials, respectively.
Source bottle temperature of B raw material, C raw material, S A , S B , S C ,
S D is the flow rate of A vapor, B vapor, C vapor, and D vapor (including carrier gas), T sub is the film formation temperature (susceptor temperature), and t 1 to t 4 are the first zones of the cycle of the digital CVD method. , P is the film forming pressure of the low pressure CVD method, and P 1 to P 4 are the pressures of the first zone of the cycle of the digital CVD method.

【0018】上記の成膜工程によって所定の膜厚Tox2
に達したところで、成膜を停止させることなく、成膜条
件を変更して、今度は強誘電体薄膜PbTiO3の成膜
を開始する。この時、変更される成膜条件は、実質的に
はPb(C25)4原料のキャリアガスの流量だけであ
る。すなわち、前のPbxTiOx+2成膜工程でPb不足
になるように低めに設定されていたキャリアガス流量を
増やし、適正値に調節し直す。このような簡単な操作に
よって成膜をPbxTiOx+2膜からPbTiO3膜に短
時間に切り替えることができる。
A predetermined film thickness T ox2 is obtained by the above film forming process.
When the temperature reaches, the film formation conditions are changed without stopping the film formation, and the film formation of the ferroelectric thin film PbTiO 3 is started this time. At this time, the film forming condition changed is substantially only the flow rate of the carrier gas of the Pb (C 2 H 5 ) 4 raw material. That is, the carrier gas flow rate, which was set low so as to be insufficient for Pb in the previous Pb x TiO x + 2 film forming step, is increased and readjusted to an appropriate value. By such a simple operation, the film formation can be switched from the Pb x TiO x + 2 film to the PbTiO 3 film in a short time.

【0019】図5は、本発明におけるPbTiO3成膜
の代表的な条件を示す図表であり、本実施例の成膜条件
は図5の第1実施例と記載された欄に示されている。な
お、図5における各符号は前記図4と同様である。ま
た、強誘電性のPbTiO3を得るには、その第1段階
としてソース温度を調節するなどして、膜の組成を化学
量論組成に合わせることが重要である。膜厚は成膜時間
によって制御する。成膜時間は原料を供給する蒸気供給
バルブの開の時間にほぼ等しい。図5に示した条件下で
は、0.35nm/secの堆積速度が得られる。次
に、PbTiO3膜の膜厚が所定の膜厚Tox3になったと
ころで、次のような成膜停止操作を行なう。すなわち、
蒸気供給バルブ18、19、21を閉じると同時に、排
気主バルブ27を開け、排気副バルブ28を閉じ、サセ
プタ12の温度を降温させる。サセプタ12の温度が十
分低くなったところで、反応器10の真空を破り、基板
11を取り出す。
FIG. 5 is a table showing typical conditions for PbTiO 3 film formation according to the present invention, and the film formation conditions of this embodiment are shown in the column described as the first embodiment of FIG. . The reference numerals in FIG. 5 are the same as those in FIG. Further, in order to obtain ferroelectric PbTiO 3 , it is important to adjust the source temperature as a first step to adjust the composition of the film to the stoichiometric composition. The film thickness is controlled by the film formation time. The film formation time is almost equal to the opening time of the steam supply valve for supplying the raw materials. Under the conditions shown in FIG. 5, a deposition rate of 0.35 nm / sec is obtained. Next, when the film thickness of the PbTiO 3 film reaches a predetermined film thickness Tox3 , the following film formation stopping operation is performed. That is,
Simultaneously with closing the vapor supply valves 18, 19, 21, the main exhaust valve 27 is opened and the sub auxiliary valve 28 is closed to lower the temperature of the susceptor 12. When the temperature of the susceptor 12 has become sufficiently low, the vacuum of the reactor 10 is broken and the substrate 11 is taken out.

【0020】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。第2実施例は、前記第1実施例と同じ構造をディジ
タルCVD法を用いて実現したものであり、前記第1の
実施例で示した強誘電体薄膜と基体との複合構造体(基
体とPbxTiOx+2膜とPbTiO3膜の積層構造)
を、ディジタルCVD法によって一度に形成するもので
ある。なお、ディジタルCVD法については本発明者等
が下記の文献に発表している。「“プロスィーディング
ス オブ シンポジューム オン ドライ プロセス”
(S. Tanimoto et.al, “proceedingsof Symposium on
Dry Process”Tokyo, IEE of japan, p.163, 1992) ディジタルCVD法は、原料を減圧CVD法のように連
続的ではなく、周期的に導入して数原子層程度の薄い膜
を積層しながら堆積を進めて行く方法である。この方法
は、一般に伝統的な減圧CVD法に比べて、(1)平坦
性が優れている、(2)膜厚のコントロールがきめ細か
くできる、(3)極微細な段差での被覆性が格段によ
い、(4)成膜の低温化が図れる、などの利点を有して
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the same structure as that of the first embodiment is realized by using the digital CVD method, and the composite structure of the ferroelectric thin film and the base shown in the first embodiment (base and Laminated structure of Pb x TiO x + 2 film and PbTiO 3 film)
Are formed at once by a digital CVD method. The inventors of the present invention have announced the digital CVD method in the following document. "" Proceedings of Symposium on Dry Process "
(S. Tanimoto et.al, “proceedingsof Symposium on
Dry Process ”Tokyo, IEE of japan, p.163, 1992) The digital CVD method is not a continuous method like the low pressure CVD method, but the material is periodically introduced to form a thin film of several atomic layers. This is a method of advancing deposition, which is generally (1) superior in flatness, (2) capable of finely controlling the film thickness, and (3) extremely fine, as compared with the conventional low pressure CVD method. It has advantages such as remarkably good coverage at various steps, and (4) low temperature film formation.

【0021】原料の導入の方法には、大別して、異種の
原料蒸気が混じり合わないように順番に導入している方
法と、全蒸気を同時にかつ間欠的に導入する方法とがあ
るが、ここでは本膜構造において相対的に良好な膜が得
られた前者の方法を適用する例で説明する。まず、Si
単結晶基板11をRCA洗浄と希フッ酸エッチング処理
とを施した後、超純水でリンスする。次に、上記のSi
単結晶基板11を図2に示した構造のCVD装置のサセ
プタ12に乗せ、サセプタ12の温度を所定の成膜温度
subに昇温すると共に、全ての蒸気供給バルブ18〜
21を閉じ、排気主バルブ27を開けて反応器内を一旦
真空にする。
The methods of introducing the raw materials are roughly classified into a method of sequentially introducing different kinds of raw material vapor so that they are not mixed with each other, and a method of introducing all the vapors simultaneously and intermittently. Now, an example will be described in which the former method in which a relatively good film is obtained in the present film structure is applied. First, Si
The single crystal substrate 11 is subjected to RCA cleaning and diluted hydrofluoric acid etching treatment, and then rinsed with ultrapure water. Next, the above Si
The single crystal substrate 11 is placed on the susceptor 12 of the CVD apparatus having the structure shown in FIG. 2, the temperature of the susceptor 12 is raised to a predetermined film forming temperature T sub , and all the vapor supply valves 18 to
21 is closed, the main exhaust valve 27 is opened, and the inside of the reactor is once evacuated.

【0022】CVD原料は、第1実施例の成膜と同じテ
トライソプロポチタンTi(i-OC37)4(=A蒸気)
と4エチル鉛Pb(C25)4(=B蒸気)と5mol%
のオゾンを含む酸素O2+O3(5%)ガス(=D蒸気)
である。上記の排気によって反応器10の圧力が10~6
Torr以下となり、サセプタ12の温度(=成膜温度
sub)が安定したところで、始めにPbxTiOx+2
(膜厚Tox2)の成膜を、つぎにPbTiO3膜(膜厚T
ox3)の成膜をディジタルCVD法によって連続して行
なう。本実施例におけるディジタルCVD法では、図3
(b)に示すごとき原料供給シーケンスを用いる。な
お、図3はサセプタ12に置かれた基板11が時間の経
過と共に気相から何の蒸気の供給を受けるかを模式図的
に示したものである。
The CVD raw material is the same tetraisopropotitanium Ti (i-OC 3 H 7 ) 4 (= A vapor) used in the film formation of the first embodiment.
And 4 ethyl lead Pb (C 2 H 5 ) 4 (= B vapor) and 5 mol%
Oxygen O 2 + O 3 (5%) gas (= D vapor) containing ozone
Is. The pressure of the reactor 10 is 10 to 6 due to the above exhaust.
When the temperature becomes equal to or lower than Torr and the temperature of the susceptor 12 (= film forming temperature T sub ) is stable, first, a Pb x TiO x + 2 film (film thickness T ox2 ) is formed, and then a PbTiO 3 film (film thickness T sub is formed ).
Ox3 ) is continuously formed by a digital CVD method. According to the digital CVD method in this embodiment, as shown in FIG.
The raw material supply sequence as shown in (b) is used. It is to be noted that FIG. 3 schematically shows what vapor is supplied from the gas phase to the substrate 11 placed on the susceptor 12 with the passage of time.

【0023】以下、詳細に説明する。図3(b)に示す
シーケンスは、A蒸気の供給を受けるIaゾーンと、B
蒸気の供給を受けるIbゾーンと、D蒸気の供給を受け
るIdゾーンとからなり、Ia+Id+Ib+Idを1
周期とするシーケンスの連から成っている。Iaゾーン
は原料を供給する蒸気供給バルブのうち蒸気供給バルブ
18のみを開にし、排気主バルブ27を閉、排気副バル
ブ28を開、排気量調節器29を作動させることによっ
て実現する。同様に、Ibゾーンは原料を供給する蒸気
供給バルブのうち蒸気供給バルブ19のみを開にし、I
dゾーンは原料を供給する蒸気供給バルブのうち蒸気供
給バルブ21のみを開にし、排気主バルブ27を閉、排
気副バルブ28を開、排気量調節器29を作動させるこ
とによって実現する。なお、これらバルブの開閉や排気
量調節器作動の指令は開閉時期制御装置30で行なう。
The details will be described below. In the sequence shown in FIG. 3B, the Aa zone supplied with A vapor and the B zone
It consists of an Ib zone that receives steam supply and an Id zone that receives D steam supply, and Ia + Id + Ib + Id is 1
It consists of a sequence of sequences that are periodic. The Ia zone is realized by opening only the steam supply valve 18 of the steam supply valves for supplying the raw material, closing the exhaust main valve 27, opening the exhaust sub valve 28, and operating the exhaust amount controller 29. Similarly, in the Ib zone, only the steam supply valve 19 of the steam supply valves for supplying the raw material is opened, and I
The d zone is realized by opening only the steam supply valve 21 of the steam supply valves for supplying the raw material, closing the exhaust main valve 27, opening the exhaust sub valve 28, and operating the exhaust amount controller 29. The opening / closing timing control device 30 issues commands for opening / closing these valves and operating the exhaust amount adjuster.

【0024】この場合の代表的な成膜条件を図4の第2
実施例の欄に示す。なお、この成膜条件は代表的な一例
であり、これに限定されるものではない。上記のシーケ
ンスにおいては、Ia+Id+Ib+Idを終える度に
1原子層程度のPbxTiOx+2膜が層状に形成されてい
く。上記と同様のシーケンスで、条件を変えることによ
り、PbTiO3膜を成膜することが出来る。PbxTi
x+2の成膜とPbTiO3の成膜とが異なるところはI
bゾーンの長さ(B蒸気=Pb(C25)4蒸気の供給時
間の長さ)だけである。すなわち、PbxTiOx+2では
Pbを不足気味に造り込むために、Pb(C25)4蒸気
の供給時間を化学量論組成を与える適正値よりも低く設
定している。この場合の蒸気供給バルブの開閉や排気系
バルブ等の操作はプログラミング可能な開閉時期制御装
置30で統合的に行なう。
A typical film forming condition in this case is shown in FIG.
This is shown in the Example section. It should be noted that this film forming condition is a typical example and is not limited to this. In the above sequence, the Pb x TiO x + 2 film of about one atomic layer is formed in layers each time Ia + Id + Ib + Id is completed. A PbTiO 3 film can be formed by changing the conditions in the same sequence as described above. Pb x Ti
The difference between the O x +2 film formation and the PbTiO 3 film formation is I
It is only the length of the b zone (B vapor = the length of the supply time of Pb (C 2 H 5 ) 4 vapor). That is, in Pb x TiO x + 2 , the supply time of Pb (C 2 H 5 ) 4 vapor is set to be lower than an appropriate value that gives the stoichiometric composition, in order to build up Pb in a deficient manner. In this case, the opening / closing of the steam supply valve and the operation of the exhaust system valve are integrally performed by the programmable opening / closing timing control device 30.

【0025】図4の第2実施例の欄に示す条件下では、
PbxTiOx+2は0.38nm/cyc、PbTiO3
0.40nm/cycの堆積速度が得られる。上記の成
膜工程において、まず、PbxTiOx+2の成膜を行な
い、その膜厚が所定の膜厚Tox2に達した後、続いてP
bTiO3膜の成膜を行ない、その膜厚が所定の膜厚T
ox3を超えたところで全ての原料供給バルブを閉じ、排
気主バルブ27を開け、排気副バルブ28を閉じ、サセ
プタ12の温度を降温させる。そしてサセプタ12の温
度が十分低くなったところで、排気主バルブ27を閉
じ、反応器10の真空を破って基板11を取り出す。
Under the conditions shown in the second embodiment of FIG. 4,
Pb x TiO x + 2 has a deposition rate of 0.38 nm / cyc, and PbTiO 3 has a deposition rate of 0.40 nm / cyc. In the above film forming step, first, Pb x TiO x + 2 is formed , and after the film thickness reaches a predetermined film thickness Tox2 , P
The bTiO 3 film is formed, and the film thickness is a predetermined film thickness T.
When the temperature exceeds ox3 , all raw material supply valves are closed, the exhaust main valve 27 is opened, the exhaust sub valve 28 is closed, and the temperature of the susceptor 12 is lowered. Then, when the temperature of the susceptor 12 becomes sufficiently low, the exhaust main valve 27 is closed, the vacuum of the reactor 10 is broken, and the substrate 11 is taken out.

【0026】次に、本発明の参考例として第3実施例を
説明する。本実施例は、図1に示した本発明に共通な強
誘電体薄膜/Si系基板構造において、誘電体薄膜2が
二酸化ジルコン(ZrO)膜の場合である。このZr
の成膜は通常の減圧CVD法でもいいし、前記のデ
ィジタルCVD法でも良い。ここでは、原料としてZr
(t-OC=C蒸気、O+O(5%)=
D蒸気を用いて、ディジタルCVD法で成膜する例を説
明する。まず、Si単結晶基板をRCA洗浄と希フッ酸
エッチング処理した後、超純水でリンスする。そのSi
単結晶基板11を図2に示した構造を有するCVD装置
のサセプタ12に乗せ、サセプタ12の温度を所定の成
膜温度に昇温すると共に、全ての蒸気供給バルブ18〜
21を閉じ、排気主バルブ27を開けて反応器10内を
一旦真空にしたあと、ディジタルCVDに入る。
Next, a third embodiment will be described as a reference example of the present invention. The present embodiment is a case where the dielectric thin film 2 is a zircon dioxide (ZrO 2 ) film in the ferroelectric thin film / Si-based substrate structure common to the present invention shown in FIG. This Zr
The O 2 film may be formed by a normal low pressure CVD method or the above-mentioned digital CVD method. Here, as a raw material, Zr
(T-OC 4 H 9 ) 4 = C vapor, O 2 + O 3 (5%) =
An example of forming a film by a digital CVD method using D vapor will be described. First, the Si single crystal substrate is subjected to RCA cleaning and a dilute hydrofluoric acid etching treatment, and then rinsed with ultrapure water. That Si
The single crystal substrate 11 is placed on the susceptor 12 of the CVD apparatus having the structure shown in FIG. 2, the temperature of the susceptor 12 is raised to a predetermined film forming temperature, and all the vapor supply valves 18 to
21 is closed, the main exhaust valve 27 is opened to evacuate the inside of the reactor 10 once, and then the digital CVD is started.

【0027】図1に示した膜構造を造るために、本ディ
ジタルCVDでは、図3に示すごとき2つの周期的原料
供給シーケンスを連続して用いる。図3において、
(a)はZrO2を形成するためのものであり、(b)
はPbTiO3を形成するためのものである。以下、詳
細に説明する。(a)は、C蒸気の供給を受けるIcゾ
ーンとD蒸気の供給を受けるIdゾーンとを交互に繰り
返すシーケンスからなり、Ic+Idを終える度に1原
子層程度の極薄のZrO2が層状に形成されていく。I
cゾーンは原料を供給する蒸気供給バルブのうち蒸気供
給バルブ20のみを開にし、排気主バルブ27を閉、排
気副バルブ28を開、排気量調節器29を作動させるこ
とによって実現する。また、Idゾーンは原料を供給す
る蒸気供給バルブのうち蒸気供給バルブ21のみを開に
し、排気主バルブ27を閉、排気副バルブ28を開、排
気量調節器29を作動させることによって実現する。こ
れらバルブの開閉や排気量調節器作動の指令は開閉時期
制御装置30で行なう。
In order to form the film structure shown in FIG. 1, the present digital CVD continuously uses two periodic raw material supply sequences as shown in FIG. In FIG.
(A) is for forming ZrO 2 , and (b) is
Is for forming PbTiO 3 . The details will be described below. (A) consists of a sequence in which the Ic zone receiving the supply of C vapor and the Id zone receiving the supply of D vapor are alternately repeated, and an ultrathin ZrO 2 layer of about one atomic layer is formed in layers every time Ic + Id is finished. Will be done. I
The c zone is realized by opening only the steam supply valve 20 among the steam supply valves for supplying the raw material, closing the exhaust main valve 27, opening the exhaust sub valve 28, and operating the exhaust gas amount regulator 29. Further, the Id zone is realized by opening only the steam supply valve 21 of the steam supply valves for supplying the raw material, closing the exhaust main valve 27, opening the exhaust sub valve 28, and operating the exhaust amount controller 29. The opening / closing timing control device 30 issues commands for opening / closing the valves and operating the exhaust amount adjuster.

【0028】(b)は、A蒸気=Ti(i-OC37)4
供給するIaゾーンと、B蒸気=Pb(C25)4を供給
するIbゾーンと、D蒸気=O2+O3(5%)を供給す
るIdゾーンとからなり、Ia+Id+Ib+Idを1
周期とするシーケンスの連から成っている。この場合に
は、前半のIa+Idを終えると1原子層程度のTiO
2が形成され、後半のIb+Idを終えるとその前の工
程でできたTiO2の上にやはり1原子層程度のPbO
が積層され、1周期を終えると延べ1分子層程度のPb
TiO3膜が層状に形成される。なお、Iaゾーンは原
料を供給する蒸気供給バルブのうち蒸気供給バルブ18
のみを開にし、排気主バルブ27を閉、排気副バルブ2
8を開、排気量調節器29を作動させることによって実
現する。同様に、Ibゾーンは蒸気供給バルブ19のみ
を開にして行なう。これらバルブの開閉や排気量調節器
作動の指令は開閉時期制御装置30で行なう。
(B) is an Ia zone for supplying A vapor = Ti (i-OC 3 H 7 ) 4 , an Ib zone for supplying B vapor = Pb (C 2 H 5 ) 4 , and a D vapor = O. 2 + O 3 (5%) is supplied to the Id zone, and Ia + Id + Ib + Id is 1
It consists of a sequence of sequences that are periodic. In this case, when the first half of Ia + Id is finished, about 1 atomic layer of TiO 2 is formed.
When 2 is formed and the latter half of Ib + Id is completed, PbO of about 1 atomic layer is formed on TiO 2 formed in the previous step.
Are stacked, and when one cycle is completed, a total of about one molecular layer of Pb
A TiO 3 film is formed in layers. In the Ia zone, the steam supply valve 18 of the steam supply valves for supplying the raw materials is used.
Open only, close exhaust main valve 27, exhaust auxiliary valve 2
It is realized by opening 8 and operating the displacement controller 29. Similarly, in the Ib zone, only the steam supply valve 19 is opened. The opening / closing timing control device 30 issues commands for opening / closing the valves and operating the exhaust amount adjuster.

【0029】本実施例においては、まず図3(a)のシ
ーケンスでZrO2膜を成膜し、ZrO2が所望の膜厚T
ox2になったところで図3(b)のシーケンスに切り換
え、PbTiO3の成膜を行なう。そしてPbTiO3
所定の膜厚Tox3になったところで、成膜を停止し、基
板11を反応器10から取り出す。本実施例におけるZ
rO2の代表的な成膜条件を図4の第3実施例の欄に示
す。また、PbTiO3の成膜条件は、前記第2実施例
と同様である。なお、これらの成膜条件は代表的な一例
であり、この条件に制約されるものではない。
[0029] In the present embodiment, by forming a ZrO 2 film is first in the sequence of FIG. 3 (a), ZrO 2 the desired thickness T
When ox2 is reached, the sequence is switched to that shown in FIG. 3B, and PbTiO 3 is deposited. When PbTiO 3 reaches a predetermined film thickness Tox3 , film formation is stopped and the substrate 11 is taken out of the reactor 10. Z in this embodiment
Typical film forming conditions for rO 2 are shown in the third embodiment in FIG. The PbTiO 3 film forming conditions are the same as in the second embodiment. Note that these film forming conditions are typical examples and are not limited to these conditions.

【0030】なお、本実施例においては、ZrO2膜と
PbTiO3膜との両方をディジタルCVD法で形成す
る場合を例示したが、いずれか一方または両方を減圧C
VD法で形成してもよい。例えばPbTiO3膜を減圧
CVD法で形成する場合には、上記図3(a)のシーケ
ンスでZrO2膜を成膜したのち、前記第1実施例に示
した減圧CVD法によってPbTiO3強誘電体膜を堆
積すればよい。その場合の成膜条件は、図5の第1実施
例の欄と同じである。
In this embodiment, the case where both the ZrO 2 film and the PbTiO 3 film are formed by the digital CVD method is illustrated, but one or both of them is depressurized C.
It may be formed by the VD method. For example, when the PbTiO 3 film is formed by the low pressure CVD method, the ZrO 2 film is formed in the sequence of FIG. 3A, and then the PbTiO 3 ferroelectric material is formed by the low pressure CVD method shown in the first embodiment. A film may be deposited. The film forming conditions in that case are the same as those in the column of the first embodiment of FIG.

【0031】以上、第1〜第3実施例の膜構造とその製
造方法を説明したところで、次に各実施例の作用の説明
を行なう。まず、単結晶Si(100)基板の上に、第
1〜第3実施例で示した誘電体薄膜2とPbTiO3
誘電体薄膜3とを積層した構造を、それぞれの実施例に
記載した方法・成膜条件で形成した試料を製造した。そ
してそれらの試料において、 PbTiO3強誘電体薄膜の結晶構造をXRD(X線
回折法)で評価し、 比誘電率(誘電体部をのぞく)を高周波容量測定法
(100kHz、0.1V)で評価し、 膜構造形成後に650℃・60分窒素アニール処理を
施したPbTiO3膜表面に析出するSi量をXPS
(X線光電子分光)装置で定量した。 上記の評価は、次に理由で行なったものである。すな
わち、本発明が解決しようとする課題の欄で説明したよ
うに、従来の膜構造がかかえていた諸問題(〜)は
基体に含まれるSiがPb系強誘電体膜の内部や表面に
拡散してくることによって引き起こされるものであるこ
とから、Siの拡散量の大小が重要なポイントである。
上記はこの点を評価するために行なったものである。
上記の場合において、Si量はSiと、主金属原料T
iとPbの総和量(原子数)との比、すなわちSi/
(Ti+Pb)の値で整理した。
Having described the film structures of the first to third embodiments and the manufacturing method thereof, the operation of each embodiment will be described next. First, the structure in which the dielectric thin film 2 and the PbTiO 3 ferroelectric thin film 3 shown in the first to third embodiments are laminated on the single crystal Si (100) substrate is described in each embodiment. -A sample formed under the film forming conditions was manufactured. Then, in those samples, the crystal structure of the PbTiO 3 ferroelectric thin film was evaluated by XRD (X-ray diffraction method), and the relative permittivity (excluding the dielectric part) was measured by the high frequency capacitance measurement method (100 kHz, 0.1 V). After the evaluation, the amount of Si deposited on the surface of the PbTiO 3 film subjected to the nitrogen annealing treatment at 650 ° C. for 60 minutes after the film structure formation was measured by XPS.
(X-ray photoelectron spectroscopy) device was used for quantification. The above evaluation was made for the following reasons. That is, as described in the section of the problem to be solved by the present invention, various problems (-) that exist in the conventional film structure are that Si contained in the substrate diffuses into the inside or the surface of the Pb-based ferroelectric film. Since it is caused by the diffusion, the magnitude of the diffusion amount of Si is an important point.
The above is done to evaluate this point.
In the above case, the amount of Si is Si and the main metal raw material T
Ratio of i and total amount of Pb (number of atoms), that is, Si /
It was arranged by the value of (Ti + Pb).

【0032】なお、本発明者らが使用した装置のSiの
検出限界は、Si/(Ti+Pb)=0.005であ
り、以下で使用する記号NDはSi量がこの値未満であ
ることを意味する。また、特に断わりがなければ、試験
に用いた誘電体薄膜の厚みは全て16nm、強誘電体膜
PbTiO3の厚みは、300nm(結晶構造と誘
電率評価)あるいは30nm(Si拡散評価)であ
る。なお、Si拡散評価に使用するPbTiO3膜の膜
厚を30nmと極薄にしたのは、Si量を高感度に検出
するためである。
The detection limit of Si in the device used by the present inventors is Si / (Ti + Pb) = 0.005, and the symbol ND used below means that the amount of Si is less than this value. To do. Unless otherwise specified, the thickness of the dielectric thin film used for the test is 16 nm, and the thickness of the ferroelectric film PbTiO 3 is 300 nm (crystal structure and dielectric constant evaluation) or 30 nm (Si diffusion evaluation). The thickness of the PbTiO 3 film used for Si diffusion evaluation was made extremely thin at 30 nm in order to detect the Si amount with high sensitivity.

【0033】図8は、上記の試験の結果を示す図表であ
る。図8において、従来例とはCVD法でPbTiO3
強誘電体薄膜を直接にSi基板上に形成した従来型膜構
造の評価結果であり、少なくともPbとTiの比が1:
1になるように該強誘電体薄膜は作製されている。ま
ず、従来例の結果では、結晶構造が無定形あるいはパイ
ロクロア構造(Pb2Ti26)であり、強誘電性を呈
する正方晶ペロブスカイト構造は得られない。これは非
誘電率がε=32と非常に低い値を示していることから
も確認される。これに対し、本発明の実施例では全ての
場合において正方晶ペロブスカイト構造が形成され、
(101)面、(111)面、(001)面、(10
0)面などが混在する多結晶膜が得られている。実施例
の誘電体膜誘電率はすべてε=100を超え、強誘電体
が形成されていることを裏付けている。
FIG. 8 is a chart showing the results of the above test. In FIG. 8, the conventional example is a PbTiO 3 film formed by the CVD method.
It is an evaluation result of a conventional film structure in which a ferroelectric thin film is directly formed on a Si substrate, and the ratio of Pb to Ti is at least 1:
The ferroelectric thin film is manufactured so as to be 1. First, according to the results of the conventional example, the crystal structure is amorphous or pyrochlore structure (Pb 2 Ti 2 O 6 ), and a tetragonal perovskite structure exhibiting ferroelectricity cannot be obtained. This is also confirmed by the fact that the non-dielectric constant shows a very low value of ε = 32. On the other hand, in the examples of the present invention, a tetragonal perovskite structure is formed in all cases,
(101) plane, (111) plane, (001) plane, (10
A polycrystalline film in which 0) planes and the like are mixed is obtained. The dielectric constants of all the dielectric films in the examples exceed ε = 100, which proves that the ferroelectric is formed.

【0034】次に、Si拡散量においては、従来例では
Si/(Ti+Pb)=0.13を示し、強誘電体の主
材料であるTiやPbに比肩し得るほどのSiが表面に
析出している。ところが実施例ではSi拡散量が検出限
界以下(ND)かこれに近い値を与えていることが判
る。このように本発明にかかる実施例を採用すると、成
膜中やその後の熱プロセスで生じる、基体からPb系強
誘電体膜へのSi侵入が著しく抑制され、結果としてS
i基板上に良好な特性を示す強誘電体膜が作製できるこ
とが判る。
Next, regarding the amount of Si diffusion, Si / (Ti + Pb) = 0.13 was shown in the conventional example, and Si was deposited on the surface in an amount comparable to Ti and Pb which are the main materials of the ferroelectric. ing. However, it can be seen that in the embodiment, the amount of Si diffusion is below the detection limit (ND) or a value close to this. As described above, when the embodiment according to the present invention is adopted, Si invasion from the substrate into the Pb-based ferroelectric film, which occurs during the film formation and the subsequent thermal process, is significantly suppressed, and as a result, S
It can be seen that a ferroelectric film showing good characteristics can be formed on the i substrate.

【0035】次に、本発明の膜構成からPb系強誘電体
膜とSi系基体との間に挾持された誘電体膜が重要な役
割を担っていることは、理由を述べるまでもなく明かで
ある。このような膜構造を様々なデバイスに適用するた
めに、欠かすことのできない情報の一つはこの誘電体膜
をどこまで薄くできるか、であろう。図6は、第1実施
例および第3実施例で作製し、650℃、60分の熱処
理を施した膜構造のPbTiO膜(厚み30nm)表
面のSi拡散量Si/(Ti+Pb)を、誘電体膜の厚
みTox2を変数として試験した結果を示す図である。
なお、図において、●印は第1実施例の特性、□印
は第3実施例の特性を示す。また、すでに説明したよう
に、第1実施例の誘電体膜はPbTiOx+2膜、第
3実施例の誘電体膜はZrO膜である。試験方法は、
ox2の値を除いて、図8で説明した方法と同じであ
る。
Next, it is obvious, without mentioning the reason, that the dielectric film sandwiched between the Pb-based ferroelectric film and the Si-based substrate plays an important role in the film structure of the present invention. Is. In order to apply such a film structure to various devices, one of the essential information is how thin the dielectric film can be. FIG. 6 shows the Si diffusion amount Si / (Ti + Pb) on the surface of a PbTiO 3 film (thickness 30 nm) having a film structure produced by the first and third embodiments and subjected to heat treatment at 650 ° C. for 60 minutes. It is a figure which shows the result of having tested the thickness Tox2 of a body membrane as a variable.
In FIG. 6 , ● indicates the characteristics of the first embodiment and □ indicates the characteristics of the third embodiment. Further, as described above, the dielectric film of the first embodiment is the Pb x TiO x + 2 film and the dielectric film of the third embodiment is the ZrO 2 film. The test method is
The method is the same as that described in FIG. 8 except for the value of Tox2 .

【0036】図6から明らかなように、誘電体膜厚T
ox2の増加と共にSi拡散量が急減少していく様子がわ
かる。なお、図6に示していない第2実施例でもほぼ同
様な傾向である。実施例毎に、減少の速度に多少違いが
認められるが、概ねTox2=6nmを超えると、どの場
合もSi拡散量が0.01以下に下がる。発明者らが第
1〜第3実施例に対してこれまで行なってきた多数の実
験と経験によると、Si拡散量が0.01以下の場合
は、二三の例外を除いて、すべてペロブスカイト構造を
有するPb系強誘電体膜が得られることが判明してい
る。したがって、Tox 2≧6nmが本発明の効果を遺憾
なく発揮するための誘電体の膜厚の目安である。
As is apparent from FIG. 6, the dielectric film thickness T
It can be seen that the Si diffusion amount sharply decreases with the increase of ox2 . The second embodiment, which is not shown in FIG. 6, has a similar tendency. Although there is a slight difference in the rate of decrease in each example, the diffusion amount of Si decreases to 0.01 or less in all cases when T ox2 = 6 nm or more is exceeded. According to a large number of experiments and experiences that the inventors have conducted so far with respect to the first to third embodiments, when the Si diffusion amount is 0.01 or less, the perovskite structure is all except a few exceptions. It has been proved that a Pb-based ferroelectric film having is obtained. Therefore, Tox 2 ≧ 6 nm is a measure of the film thickness of the dielectric to fully exert the effect of the present invention.

【0037】次に、基体のSiがPb系強誘電体膜に拡
散することに起こされるもう一つの問題は、基体にSi
抜けによる欠陥が残され、ここに活性領域を形成するの
が難しくなることであった。本発明はこの問題に関して
も、解決を与えている。以下、図7に基づいて説明す
る。図7は、n型単結晶Si(100)基板に本発明の
第1実施例を適用して、PbTiO3強誘電体膜/Pbx
TiOx+2(x<1)誘電体膜/Si構造を形成した
後、PbTiO3強誘電体膜上に白金Ptのゲート電極
を載置した単純MOS構造における高周波(100kH
z)容量−直流バイアス電圧(CV)特性を示す図であ
る。図7において、縦軸のC/Coxは正規化容量を意味
する。この特性は急峻な遷移領域を挾んで低電圧側に低
容量反転領域と高電圧側に高容量蓄積領域を有する、い
わゆる理想的CV特性に近いものである。このことはP
bTiO3強誘電体膜の下に良好な半導体活性領域が形
成されていることを如実に示している。他の実施例でも
ほぼ同様な高周波CV特性が得られた。
Next, another problem caused by diffusion of Si in the substrate into the Pb-based ferroelectric film is Si in the substrate.
A defect due to the removal is left, which makes it difficult to form an active region there. The present invention also provides a solution to this problem. Hereinafter, description will be given with reference to FIG. 7. FIG. 7 shows a PbTiO 3 ferroelectric film / Pb x obtained by applying the first embodiment of the present invention to an n-type single crystal Si (100) substrate.
After forming a TiO x + 2 (x <1) dielectric film / Si structure, a high frequency (100 kHz) in a simple MOS structure in which a platinum Pt gate electrode is placed on a PbTiO 3 ferroelectric film.
z) A diagram showing a capacitance-DC bias voltage (CV) characteristic. In FIG. 7, C / C ox on the vertical axis means the normalized capacity. This characteristic is close to the so-called ideal CV characteristic, which has a low capacitance inversion region on the low voltage side and a high capacitance storage region on the high voltage side across a steep transition region. This is P
It clearly shows that a good semiconductor active region is formed under the bTiO 3 ferroelectric film. In other examples, almost the same high frequency CV characteristics were obtained.

【0038】また、図7の特性によると、直流バイアス
を低電圧側から高電圧側に掃引した場合と、この逆に掃
引した場合とで高周波CV特性に遷移領域の位置が移動
する「反時計廻りのヒステリシス」現象が現れているこ
とが判る。このような現象はPbTiO3強誘電体膜の
C軸に沿った極めて強い自発分極が直流バイアスの向き
と大きさによって反転することによって生じる現象であ
る。前記のごとく、MFS型不揮発性半導体メモリは、
強誘電体膜の自発分極反転現象を積極的に応用した素子
であるから、このようなヒステリシス特性を有すること
により、有効なMFS型メモリを実現することが出来
る。
Further, according to the characteristic of FIG. 7, the position of the transition region moves to the high frequency CV characteristic when the DC bias is swept from the low voltage side to the high voltage side and vice versa. It can be seen that there is a "hysteresis around" phenomenon. Such a phenomenon is a phenomenon that occurs when extremely strong spontaneous polarization along the C axis of the PbTiO 3 ferroelectric film is inverted depending on the direction and magnitude of the DC bias. As described above, the MFS type nonvolatile semiconductor memory is
Since the device positively applies the spontaneous polarization reversal phenomenon of the ferroelectric film, it is possible to realize an effective MFS type memory by having such a hysteresis characteristic.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、Pb系強誘電体膜/Si系基体構造において、該P
b系強誘電体と該Si系基体との間に、化学量論組成か
らはずれて鉛が不足しているチタン酸鉛層からなる誘電
体薄膜を配置するように構成したことにより、同構造に
おいて長年問題となっていた基体のSi元素が強誘電体
膜へ拡散するという問題を実質的に解決することが出来
た。それにより、Si系基体上であってもペロブスカ
イト構造を有する良質なPb系強誘電体薄膜が安定に形
成できる、Si侵入が起こらないので、熱処理を施し
ても強誘電体薄膜が劣化しない、Pb系強誘電体薄膜
の下部に良好なSi半導体活性層(したがって半導体素
子)を形成できる、という優れた効果が得られる。
As described above, according to the present invention, in the Pb type ferroelectric film / Si type base structure, the P
between the b-based ferroelectric and said Si-based substrate, by which is configured to place the lead titanate layer or Ranaru dielectric thin film lead is missing out of the stoichiometric composition, the structure It was possible to substantially solve the problem that the Si element of the substrate diffused into the ferroelectric film, which had been a problem for many years. As a result, a good-quality Pb-based ferroelectric thin film having a perovskite structure can be stably formed even on a Si-based substrate, and Si intrusion does not occur, so that the ferroelectric thin film is not deteriorated even by heat treatment. The excellent effect that a good Si semiconductor active layer (and therefore a semiconductor element) can be formed under the ferroelectric thin film is obtained.

【0040】また、請求項2〜請求項6に記載の発明に
おいては、上記誘電体薄膜がPb系強誘電体薄膜の構成
金属の一部を主原料にCVD法で成膜されるという特徴
があるので、Pb系強誘電体薄膜がCVD法で作製され
る場合には、Pb系強誘電体薄膜用CVD装置を、大規
模な改造を加えることなく、上記誘電体薄膜の成膜装置
として転用できるという特筆すべき利点がある。これは
誘電体薄膜を他の材料や成膜法で形成した場合に得られ
ない効果である。また、請求項6(第2実施例に相当)
においては、誘電体薄膜とPb系強誘電体薄膜とを共に
ディジタルCVD法で形成しているので、数μmの極微
細な凹凸のある基体構造であっても、平滑でかつ膜厚・
膜質の均一な強誘電体/基体構造を達成することができ
るという効果が得られる。このような特長はSi半導体
超高集積回路などに適用する際には極めて好ましい特長
である。
The invention according to claims 2 to 6 is characterized in that the dielectric thin film is formed by a CVD method using a part of a constituent metal of the Pb-based ferroelectric thin film as a main raw material. Therefore, when the Pb-based ferroelectric thin film is produced by the CVD method, the Pb-based ferroelectric thin-film CVD apparatus can be used as the above-mentioned dielectric thin-film deposition apparatus without making a large-scale modification. There is a remarkable advantage that it can be done. This is an effect that cannot be obtained when the dielectric thin film is formed by another material or a film forming method. Further, according to claim 6 (corresponding to Example 2)
In the above, since the dielectric thin film and the Pb-based ferroelectric thin film are both formed by the digital CVD method, even if the substrate structure has an extremely fine unevenness of several μm, it is smooth and has a large thickness.
The effect that a ferroelectric / substrate structure having a uniform film quality can be achieved is obtained. Such features are extremely preferable features when applied to Si semiconductor ultra-high integrated circuits and the like.

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

【図1】本発明に係る強誘電体膜/基体構造の一実施例
の要部断面図。
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of an embodiment of a ferroelectric film / base structure according to the present invention.

【図2】本発明で使用する化学気相成長装置の一実施例
の要部断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part of an embodiment of a chemical vapor deposition apparatus used in the present invention.

【図3】ディジタルCVDの原料供給シーケンスの一実
施例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a raw material supply sequence of digital CVD.

【図4】誘電体膜の成膜条件を示す図表。FIG. 4 is a chart showing conditions for forming a dielectric film.

【図5】PbTiO3強誘電体膜の成膜条件を示す図
表。
FIG. 5 is a chart showing film forming conditions for a PbTiO 3 ferroelectric film.

【図6】誘電体膜厚Tox2とPbTiO3膜表面のSi拡
散量との関係を示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the dielectric film thickness Tox2 and the amount of Si diffusion on the surface of the PbTiO 3 film.

【図7】第1実施例で作製したMFS構造の高周波容量
対直流バイアス電圧特性を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing high-frequency capacitance-DC bias voltage characteristics of the MFS structure manufactured in the first example.

【図8】PbTiO3強誘電体膜の特性を示す図表。FIG. 8 is a chart showing characteristics of a PbTiO 3 ferroelectric film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…Si系基体 2…化学量論組成からはずれて鉛が不足しているチタン
酸鉛層もしくはジルコンを主金属元素とする酸化物層か
らなる誘電体薄膜 3…Pb系強誘電体膜 10…反応器 11…基板(基体) 22〜25…輸送
管 12…サセプタ 26…排気管 13…原料蒸気導入口 27…排気主バル
ブ 14〜16…蒸気導入口 28…排気副バル
ブ 17…排気口 29…排気量調節
器 18〜21…蒸気供給バルブ 30…開閉時期制
御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Si type | system | group base | substrate 2 ... Dielectric thin film 3 ... Pb type | system | group ferroelectric film 10 ... which consists of a lead titanate layer which is deviated from the stoichiometric composition, or an oxide layer whose main metal element is zircon ... Reactor 11 ... Substrate (base) 22-25 ... Transport pipe 12 ... Susceptor 26 ... Exhaust pipe 13 ... Raw material vapor introduction port 27 ... Exhaust main valve 14-16 ... Steam introduction port 28 ... Exhaust auxiliary valve 17 ... Exhaust port 29 ... Displacement regulators 18 to 21 ... Steam supply valve 30 ... Opening / closing timing control device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/04 29/788 29/792 (72)発明者 平井 匡彦 静岡県富士市鮫島2−1 旭化成工業株 式会社内 (72)発明者 谷本 智 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−243562(JP,A) 特開 平4−279069(JP,A) 特開 昭49−118371(JP,A) 特開 平4−111316(JP,A) 特開 平5−259386(JP,A) 特開 平4−11730(JP,A) 特開 平7−161838(JP,A) 特開 平2−200782(JP,A) 特開 平6−29549(JP,A) 特開 平5−121760(JP,A) 特開 平7−90587(JP,A) 特開 平7−172996(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/105 H01L 21/316 H01L 21/822 H01L 21/8247 H01L 27/04 H01L 29/788 H01L 29/792 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 27/04 29/788 29/792 (72) Inventor Masahiko Hirai 2-1 Samejima, Fuji City, Shizuoka Prefecture Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd. 72) Inventor Satoshi Tanimoto 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama City, Kanagawa Prefecture Nissan Motor Co., Ltd. (56) Reference JP 5-243562 (JP, A) JP 4-279069 (JP, A) JP JP-A-49-118371 (JP, A) JP-A-4-111316 (JP, A) JP-A-5-259386 (JP, A) JP-A-4-11730 (JP, A) JP-A-7-161838 (JP , A) JP 2-200782 (JP, A) JP 6-29549 (JP, A) JP 5-121760 (JP, A) JP 7-90587 (JP, A) JP 7-172996 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/105 H01L 21/316 H01L 21/822 H01L 21/8247 H01L 27/04 H01L 29/788 H01L 29/792 JISC file (JOIS)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコンを含有する基板または薄膜からな
る基体上に、鉛を含有する強誘電体薄膜を載置した強誘
電体薄膜と基体との複合構造体において、 上記強誘電体薄膜と上記基体との間に、化学量論組成か
らはずれて鉛が不足しているチタン酸鉛層からなる誘電
体薄膜を挾持したことを特徴とする強誘電体薄膜と基体
との複合構造体。
1. A composite structure of a ferroelectric thin film and a substrate, wherein a ferroelectric thin film containing lead is placed on a substrate or a substrate made of a thin film containing silicon. between the base, the composite structure of the ferroelectric thin film and the substrate, wherein the lead was sandwiched lead titanate layer or Ranaru dielectric thin film missing out of the stoichiometric composition.
【請求項2】上記誘電体薄膜は、化学気相成長法によっ
て形成された酸化物薄膜であることを特徴とする請求項
1に記載の強誘電体薄膜と基体との複合構造体。
2. The composite structure of a ferroelectric thin film and a substrate according to claim 1, wherein the dielectric thin film is an oxide thin film formed by a chemical vapor deposition method.
【請求項3】上記誘電体薄膜と上記鉛を含有する強誘電
体薄膜とは、共に化学気相成長法で形成された薄膜であ
ることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体薄膜と基
体との複合構造体。
3. The ferroelectric thin film according to claim 1, wherein both the dielectric thin film and the lead-containing ferroelectric thin film are thin films formed by a chemical vapor deposition method. And a composite structure of a substrate.
【請求項4】上記強誘電体薄膜は、ペロブスカイト(0
01)配向強誘電体薄膜であることを特徴とする請求項
1または請求項3に記載の強誘電体薄膜と基体との複合
構造体。
4. The ferroelectric thin film is a perovskite (0
01) An oriented ferroelectric thin film, wherein the composite structure of the ferroelectric thin film and the substrate according to claim 1 or 3.
【請求項5】上記誘電体薄膜と上記強誘電体薄膜とは、
同一の化学気相成長装置で連続して形成されたものであ
る、ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか
に記載の強誘電体薄膜と基体との複合構造体。
5. The dielectric thin film and the ferroelectric thin film,
The composite structure of a ferroelectric thin film and a substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the composite structure is continuously formed by the same chemical vapor deposition apparatus.
【請求項6】上記誘電体薄膜と上記強誘電体薄膜とは、
原料を周期的に導入して数原子層程度の薄い膜を積層し
ながら堆積を行なうディジタル化学気相成長法で形成さ
れたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項5
のいずれかに記載の強誘電体薄膜と基体との複合構造
体。
6. The dielectric thin film and the ferroelectric thin film,
6. The method according to claim 1, wherein the material is formed by a digital chemical vapor deposition method in which a raw material is periodically introduced to deposit thin films of several atomic layers while being stacked.
7. A composite structure comprising the ferroelectric thin film according to any one of 1 to 4 and a substrate.
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