JPH06140385A - Manufacture of high dielectric constant dielectric thin film - Google Patents

Manufacture of high dielectric constant dielectric thin film

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JPH06140385A
JPH06140385A JP4287767A JP28776792A JPH06140385A JP H06140385 A JPH06140385 A JP H06140385A JP 4287767 A JP4287767 A JP 4287767A JP 28776792 A JP28776792 A JP 28776792A JP H06140385 A JPH06140385 A JP H06140385A
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Abstract

PURPOSE:To obtain SrTiO3 dielectric thin film with a high dielectric constant by depositing amorphous SrTiO3 thin film on a ground at a temperature which is lower than a specific value and then performing laser annealing or rapid thermal annealing of the amorphous SrTiO3 thin film for crystallization. CONSTITUTION:A ground 1 is prepared and then SrTiO3 thin film 2 is deposited on it in amorphous shape at 400 deg.C or less. Then, the SrTiO3 thin film 2 which is deposited at a low temperature is annealed by laser annealing from the surface side and the amorphous SrTiO3 thin film 2 is crystallized, thus obtaining a crystalline SrTiO3 thin film 2a. Only the surface part can be rapidly heated by annealing using light and can also be cooled rapidly, thus reducing the reaction between the SrTiO3 thin film 2a and the ground 1. The crystallized and high-quality SrTiO3 thin film 2a show a high dielectric constant.

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、高誘電率誘電体薄膜の
製造方法に関し、特にSrTiO3 系高誘電率誘電体薄
膜の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a high dielectric constant dielectric thin film, and more particularly to a method for producing a SrTiO 3 -based high dielectric constant thin film.

【0002】誘電体膜は、絶縁性を有すると共に、電界
を伝達する媒質として利用される。たとえば、ダイナミ
ックランダムアクセスメモリ(DRAM)のキャパシタ
誘電膜や、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(IGF
ET)のゲート絶縁膜として用いられている。
A dielectric film has an insulating property and is used as a medium for transmitting an electric field. For example, a capacitor dielectric film of a dynamic random access memory (DRAM) or an insulated gate field effect transistor (IGF).
ET) used as a gate insulating film.

【0003】これらの用途においては、誘電体膜はでき
るだけ高い誘電率を有することが望まれる。半導体装置
における誘電体膜は、通常SiO2 やSi3 4 等が用
いられてきた。しかしながら、これらの誘電体膜の誘電
率は必ずしも高いとは言えず、さらに高誘電率の誘電体
膜が要求されている。
In these applications, it is desired that the dielectric film have a dielectric constant as high as possible. For a dielectric film in a semiconductor device, SiO 2 or Si 3 N 4 has been usually used. However, the dielectric constants of these dielectric films are not necessarily high, and dielectric films having a higher dielectric constant are required.

【0004】[0004]

【従来の技術】たとえば、DRAMにおいては、ますま
す高集積化が進められている。現在開発が進められてい
る64Mビットメモリでは、メモリセル面積が約1.5
μm2となる上に、消費電力の増大を抑制するために、
低電圧動作も必要とされる。小面積、低電圧で所望の電
荷量を蓄積するためには、同一の基板表面面積で得られ
るキャパシタ容量を増大させることが望まれる。
2. Description of the Related Art For example, in DRAMs, higher integration is being advanced. The memory cell area of the 64 Mbit memory currently under development is about 1.5.
In addition to being μm 2 , in order to suppress an increase in power consumption,
Low voltage operation is also required. In order to accumulate a desired amount of charge with a small area and low voltage, it is desired to increase the capacitance of the capacitor obtained with the same substrate surface area.

【0005】DRAMにおいては、α線によるソフトエ
ラーを防止することが必要である。α線入射によって発
生する電荷量は一定であるため、DRAMのキャパシタ
容量はセル面積が縮小しても大幅に減少することはでき
ない。キャパシタに蓄積できる信号電荷量は、静電容量
と動作電圧の積となるため、電源電圧を低下させると、
静電容量をさらに増大させることが必要となる。
In DRAMs, it is necessary to prevent soft errors due to α rays. Since the amount of charge generated by the incidence of α rays is constant, the capacitance of the DRAM capacitor cannot be significantly reduced even if the cell area is reduced. The amount of signal charge that can be stored in the capacitor is the product of the electrostatic capacity and the operating voltage.
It is necessary to further increase the capacitance.

【0006】キャパシタの静電容量Cは、キャパシタの
電極面積S、誘電体膜の膜厚d、誘電体の比誘電率εd
と次の関係にある。 C=εo εd S/d …(1) ここでεo は真空の誘電率である。なお、本明細書で単
に誘電率と言う時は比誘電率を指す。
The capacitance C of a capacitor is determined by the electrode area S of the capacitor, the film thickness d of the dielectric film, and the relative permittivity ε d of the dielectric.
And have the following relationship. C = ε o ε d S / d (1) where ε o is the dielectric constant of vacuum. In this specification, the term "dielectric constant" simply means the relative dielectric constant.

【0007】キャパシタの静電容量を増大させるために
は、電極面積Sの増大、誘電体膜の膜厚dの減少、誘電
体の比誘電率εd の増大を行なえばよい。従来は主に、
誘電体としてはSiO2 やSi3 4 を用い、キャパシ
タの電極面積Sを増大することと、誘電体膜の膜厚dを
減少することによってキャパシタの容量を増大させてき
た。
In order to increase the capacitance of the capacitor, the electrode area S may be increased, the film thickness d of the dielectric film may be decreased, and the relative dielectric constant ε d of the dielectric may be increased. Conventionally, mainly
SiO 2 or Si 3 N 4 is used as the dielectric, and the capacitance of the capacitor has been increased by increasing the electrode area S of the capacitor and decreasing the film thickness d of the dielectric film.

【0008】しかしながら、キャパシタ誘電体膜の薄膜
化は物理的限界に直面しつつある。従来用いられてきた
Si3 4 /SiO2 積層膜では、SiO2 膜換算で5
nm以下に薄膜化すると、リーク電流が増大する。した
がって、キャパシタの誘電体膜をこれ以上薄膜化するこ
とは極めて困難である。
However, the thinning of the capacitor dielectric film is facing a physical limit. In the case of the Si 3 N 4 / SiO 2 laminated film which has been conventionally used, it is 5 in terms of SiO 2 film.
If the film thickness is reduced to nm or less, the leak current increases. Therefore, it is extremely difficult to make the dielectric film of the capacitor thinner.

【0009】このため、SiO2 膜換算で4nm以下の
薄膜化が可能なキャパシタ誘電体膜が望まれている。こ
の要請に基づいて、PZT、CaTiO3 、SrTiO
3 、PbTiO3 、BaTiO3 、Bi4 Ti3 12
Sr2 Bi4 Ti4 18等の高誘電率薄膜が開発されて
いる。以下、SrTiO3 系誘電体薄膜について説明す
る。
Therefore, there is a demand for a capacitor dielectric film which can be thinned to 4 nm or less in terms of SiO 2 film. Based on this request, PZT, CaTiO 3 , SrTiO 3
3 , PbTiO 3 , BaTiO 3 , Bi 4 Ti 3 O 12 ,
High dielectric constant thin films such as Sr 2 Bi 4 Ti 4 O 18 have been developed. The SrTiO 3 -based dielectric thin film will be described below.

【0010】Si基板上に、MOCVD(有機金属気相
成長法)等で成膜したSrTiO3薄膜の誘電率は、バ
ルクのSrTiO3 の誘電率と比べて著しく低い。これ
は、SrTiO3 系高誘電率酸化物を堆積する過程で、
Si基板表面に低誘電率(3.8〜3.9)のSiO2
が形成されるためと考えられる。これを避けるために、
Siとの反応防止作用を示すPt等のバリアメタルを介
在させる方法が提案されている。
The dielectric constant of the SrTiO 3 thin film formed on the Si substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or the like is significantly lower than that of bulk SrTiO 3 . This is the process of depositing the SrTiO 3 -based high dielectric constant oxide,
SiO 2 with a low dielectric constant (3.8 to 3.9) on the Si substrate surface
Is considered to be formed. To avoid this,
There has been proposed a method of interposing a barrier metal such as Pt having a reaction preventing effect with Si.

【0011】Si基板上に、バリアメタル層を形成した
場合、バリアメタル層は導電性であるため、各素子の分
離のためにはバリアメタル層を分離しなくてはならな
い。誘電体膜形成前に、バリアメタル層をパターニング
すると、バリアメタル層による段差が生じる。
When a barrier metal layer is formed on a Si substrate, the barrier metal layer is conductive, so that the barrier metal layer must be separated in order to separate each element. If the barrier metal layer is patterned before forming the dielectric film, a step due to the barrier metal layer occurs.

【0012】SrTiO3 系誘電体は、段差被覆性が低
いため、バリアメタル層の段差を十分に被覆することが
難しい。誘電体膜形成後に誘電体膜とバリアメタル層と
を一緒にパターニングすると、バリアメタル層の側面が
露出する。この上に、さらに電極層を形成する場合は、
バリアメタル層側面を絶縁するために他の絶縁膜を形成
する必要が生じる。
Since the SrTiO 3 system dielectric has low step coverage, it is difficult to sufficiently cover the steps of the barrier metal layer. When the dielectric film and the barrier metal layer are patterned together after forming the dielectric film, the side surface of the barrier metal layer is exposed. When an electrode layer is further formed on this,
It is necessary to form another insulating film to insulate the side surface of the barrier metal layer.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
Si基板上にSrTiO3 系誘電体膜を形成しようとす
ると、得られるSrTiO3 系誘電体膜の誘電率がバル
ク状態の誘電率と比べて低下してしまう。高い誘電率を
得ようとすると、製造工程が複雑化する。
As described above,
If an SrTiO 3 -based dielectric film is to be formed on a Si substrate, the dielectric constant of the obtained SrTiO 3 -based dielectric film will be lower than that in the bulk state. Attempts to obtain a high dielectric constant complicate the manufacturing process.

【0014】本発明の目的は、高い誘電率を有するSr
TiO3 系誘電体薄膜の新規な製造方法を提供すること
である。
An object of the present invention is to have Sr having a high dielectric constant.
It is an object of the present invention to provide a novel method for producing a TiO 3 -based dielectric thin film.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の高誘電率誘電体
薄膜の製造方法は、下地上に400℃より低い温度で非
晶質状SrTiO3 系薄膜を堆積する工程と、該非晶質
状SrTiO3 系薄膜をレーザアニールまたはラピッド
サーマルアニール処理して結晶化させ、SrTiO3
薄膜を得る工程とを含む。
The method for producing a high dielectric constant dielectric thin film of the present invention comprises a step of depositing an amorphous SrTiO 3 -based thin film on a substrate at a temperature lower than 400 ° C., and And crystallization of the SrTiO 3 -based thin film by laser annealing or rapid thermal annealing to obtain an SrTiO 3 -based thin film.

【0016】[0016]

【作用】下地上に400℃より低い温度で非晶質状Sr
TiO3 系薄膜を堆積すると、堆積時のSrTiO3
誘電体と下地との反応を十分に抑制することができる。
Function: Amorphous Sr is formed on the substrate at a temperature lower than 400 ° C.
When the TiO 3 -based thin film is deposited, it is possible to sufficiently suppress the reaction between the SrTiO 3 -based dielectric and the base during deposition.

【0017】ただし、この状態の非晶質状SrTiO3
系誘電体薄膜は、低い誘電率しか示さない。非晶質状S
rTiO3 系薄膜をレーザアニールまたはラピッドサー
マルアニール処理することにより、SrTiO3 を結晶
化させれば、高い誘電率を得ることができる。レーザア
ニールまたはラピッドサーマルアニールによれば、Sr
TiO3 系薄膜と下地との反応を低減することが可能で
ある。
However, amorphous SrTiO 3 in this state
The system dielectric thin film shows only a low dielectric constant. Amorphous S
A high dielectric constant can be obtained by crystallizing SrTiO 3 by subjecting the rTiO 3 -based thin film to laser annealing or rapid thermal annealing. According to laser annealing or rapid thermal annealing, Sr
It is possible to reduce the reaction between the TiO 3 -based thin film and the base.

【0018】[0018]

【実施例】図1は、本発明の基本実施例によるSrTi
3 系薄膜の製造方法を概略的に示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 shows SrTi according to a basic embodiment of the present invention.
A method for manufacturing an O 3 -based thin film will be schematically described.

【0019】図1(A)に示すように、まず下地1を準
備し、その上に400℃以下の温度でSrTiO3 系薄
膜2を非晶質状に堆積させる。下地1は、たとえばSi
基板であり、導電性表面を有する。下地1は、表面にS
i化合物薄膜4を形成したSi基板であってもよい。
As shown in FIG. 1A, first, a base 1 is prepared, and an SrTiO 3 type thin film 2 is deposited on the base 1 at a temperature of 400 ° C. or lower. The base 1 is, for example, Si
It is a substrate and has a conductive surface. Base 1 is S on the surface
It may be a Si substrate on which the i-compound thin film 4 is formed.

【0020】SrTiO3 系薄膜2を低温で堆積するこ
とにより、SrTiO3 系誘電体と下地1との反応を最
低限に抑制することが可能となる。ただし、このような
堆積によれば、SrTiO3 系薄膜2は十分結晶化する
ことができず、非晶質状となる。
By depositing the SrTiO 3 -based thin film 2 at a low temperature, it becomes possible to minimize the reaction between the SrTiO 3 -based dielectric and the base 1. However, with such deposition, the SrTiO 3 -based thin film 2 cannot be sufficiently crystallized and becomes amorphous.

【0021】なお、本明細書で「非晶質状」とは、十分
な結晶性を有さない状態を示し、必ずしも完全な非晶質
状態を指すものではない。たとえば、X線回折によって
ある程度の低次のピークが得られるが、その他のピーク
が得られないような状態も含む。
In the present specification, "amorphous" means a state in which the crystallinity is not sufficient, and does not necessarily mean a completely amorphous state. For example, it includes a state in which a certain degree of low-order peak is obtained by X-ray diffraction, but other peaks are not obtained.

【0022】図1(B)に示すように、次に低温堆積し
たSrTiO3 系薄膜2を表面側からレーザアニールに
よってアニーリングし、非晶質状SrTiO3 系薄膜2
を結晶化させ、多結晶状のSrTiO3 系薄膜2aを得
る。
As shown in FIG. 1B, the SrTiO 3 -based thin film 2 deposited at a low temperature is annealed from the surface side by laser annealing to form an amorphous SrTiO 3 -based thin film 2.
Is crystallized to obtain a polycrystalline SrTiO 3 -based thin film 2a.

【0023】なお、レーザアニールに代えて、赤外線ラ
ンプ等を用いた赤外線加熱によるラピッドサーマルアニ
ールを行なってもよい。このような光を用いたアニーリ
ングによれば、表面部分のみが急激に加熱でき、冷却も
速やかに行なわれるため、SrTiO3 系薄膜2aと下
地1との間の反応を低減することができる。結晶化さ
れ、高品位化されたSrTiO3 系薄膜2aは、高い誘
電率を示す。
Instead of laser annealing, rapid thermal annealing may be performed by infrared heating using an infrared lamp or the like. According to the annealing using such light, only the surface portion can be rapidly heated and the cooling can be performed quickly, so that the reaction between the SrTiO 3 -based thin film 2a and the base 1 can be reduced. The crystallized and high-quality SrTiO 3 -based thin film 2a exhibits a high dielectric constant.

【0024】次に、図2を参照して、成膜温度がSrT
iO3 系薄膜に与える影響と、界面に与える影響を説明
する。Si基板上に、種々の基板温度でSrTiO3
膜を成膜し、そのX線回折と界面に生じるSiO2 層の
層厚を測定した。図2(A)は、SrTiO3 膜の成膜
温度と得られたSrTiO3 膜のX線回折のデータを示
す。成膜温度は200℃から600℃まで100℃置き
に変化させた場合を示す。
Next, referring to FIG. 2, the film forming temperature is SrT.
The effect on the iO 3 -based thin film and the effect on the interface will be described. A SrTiO 3 thin film was formed on a Si substrate at various substrate temperatures, and the X-ray diffraction and the layer thickness of the SiO 2 layer generated at the interface were measured. Figure 2 (A) shows the data of X-ray diffraction of the SrTiO 3 film obtained and the film forming temperature of SrTiO 3 film. The film forming temperature shows the case where the temperature is changed from 200 ° C. to 600 ° C. at 100 ° C. intervals.

【0025】図から明らかなように、基板温度が600
℃の場合、(100)ピーク、(200)ピークが明ら
かに観察される。また、(110)ピークも鋭く発生し
ている。
As is apparent from the figure, the substrate temperature is 600
In the case of ° C, (100) peak and (200) peak are clearly observed. Further, the (110) peak is sharply generated.

【0026】基板温度を500℃、400℃と低下させ
ると、(100)ピークは消滅し、(200)ピークも
急激に減少している。(110)ピークはその高さが急
激に減少するが、明らかに存在している。逆に、600
℃の基板温度ではほとんど存在が不明であった(11
1)ピークが成長している。
When the substrate temperature is lowered to 500 ° C. and 400 ° C., the (100) peak disappears and the (200) peak also sharply decreases. The (110) peak has a sharp decrease in height, but is clearly present. Conversely, 600
The existence was almost unknown at a substrate temperature of ℃ (11
1) The peak is growing.

【0027】基板温度を300℃にすると、(200)
ピークもほとんど完全に消滅する。(110)ピークは
ほとんど変わらず、(111)ピークは僅かに成長す
る。さらに基板温度を低下させ、200℃にすると、
(110)ピークと(111)ピークの痕跡は認められ
るものの、ほとんどのX線回折ピークは消滅する。
When the substrate temperature is set to 300 ° C., (200)
The peak disappears almost completely. The (110) peak is almost unchanged, and the (111) peak grows slightly. If the substrate temperature is further lowered to 200 ° C,
Although traces of the (110) peak and the (111) peak are recognized, most of the X-ray diffraction peaks disappear.

【0028】このようなX線回折の結果から、結晶性の
良好なSrTiO3 薄膜を得ようとすると、基板温度を
600℃程度ないしはそれ以上にすることが好ましいこ
とが判る。400℃以下、たとえば300℃において
は、得られるSrTiO3 薄膜は十分な結晶性を有さ
ず、非晶質状となる。
From the results of such X-ray diffraction, it is understood that it is preferable to set the substrate temperature to about 600 ° C. or higher in order to obtain the SrTiO 3 thin film having good crystallinity. At 400 ° C. or lower, for example, 300 ° C., the obtained SrTiO 3 thin film does not have sufficient crystallinity and becomes amorphous.

【0029】図2(B)は、図2(A)に示す(20
0)ピークのピーク強度と、SrTiO3 薄膜とSi基
板との界面に発生するSiO2 層厚の関係を示すグラフ
である。
FIG. 2B shows (20) shown in FIG.
3 is a graph showing the relationship between the peak intensity of 0) peak and the SiO 2 layer thickness generated at the interface between the SrTiO 3 thin film and the Si substrate.

【0030】(200)X線回折ピークが存在すると、
SiO2 層が発生していることが明瞭に示されている。
また、(200)X線回折ピークの強度が増大するにつ
れ、ほぼリニアにSiO2 層厚も増大している。
When the (200) X-ray diffraction peak is present,
It is clearly shown that the SiO 2 layer is generated.
Further, as the intensity of the (200) X-ray diffraction peak increases, the SiO 2 layer thickness also increases almost linearly.

【0031】これらのデータから、SrTiO3 薄膜と
Si基板との界面に、SiO2 層を発生させずにSrT
iO3 薄膜を堆積するには、(200)X線回折ピーク
を発生させない基板温度でSrTiO3 薄膜を堆積すれ
ばよいことが判る。
From these data, SrT was formed at the interface between the SrTiO 3 thin film and the Si substrate without generating a SiO 2 layer.
It can be seen that in order to deposit the iO 3 thin film, the SrTiO 3 thin film should be deposited at a substrate temperature that does not generate a (200) X-ray diffraction peak.

【0032】すなわち、400℃以下の低温でSrTi
3 系薄膜を非晶質状に堆積させれば、SrTiO3
膜とSi基板との界面におけるSiO2 層の発生を防止
することができる。
That is, at a low temperature of 400 ° C. or lower, SrTi
By depositing the O 3 -based thin film in an amorphous state, it is possible to prevent generation of a SiO 2 layer at the interface between the SrTiO 3 thin film and the Si substrate.

【0033】以下、本発明のより具体的な実施例を説明
する。図1に示すように、Si基板3上に、rfマグネ
トロンスパッタリングにより、SrTiO3 薄膜2を堆
積する。ターゲットとしては、焼結成形したSrTiO
3 粉末を用いる。
A more specific embodiment of the present invention will be described below. As shown in FIG. 1, the SrTiO 3 thin film 2 is deposited on the Si substrate 3 by rf magnetron sputtering. As a target, SrTiO formed by sintering
Use 3 powders.

【0034】スパッタリングの条件は、高周波電力を2
00〜400W、供給ガス流量比Ar/O2 =4/1、
スパッタリング装置内の圧力を1.2Pa、基板温度2
00〜300℃とし、膜厚100nmのSrTiO3
膜を堆積する。基板温度300℃で堆積したSrTiO
3 薄膜は、ε=45の誘電率を示した。この値は、Sr
TiO3 の誘電率としては極めて低い。
The condition of sputtering is that high frequency power is 2
00 to 400 W, supply gas flow rate ratio Ar / O 2 = 4/1,
The pressure inside the sputtering equipment is 1.2 Pa, the substrate temperature is 2
The temperature is set to 00 to 300 ° C., and a 100 nm-thick SrTiO 3 thin film is deposited. SrTiO 3 deposited at a substrate temperature of 300 ° C
The 3 thin films exhibited a dielectric constant of ε = 45. This value is Sr
The dielectric constant of TiO 3 is extremely low.

【0035】このように、低温堆積したSrTiO3
膜を、図3に示すレーザアニール装置を用いてアニーリ
ング処理する。図3において、試料10は、ヒータ52
を備えたXYステージ51の上に載置される。マルチラ
インの連続発振Arレーザ55から発したレーザ光は、
フィルタ56を介してミラー57へ導かれ、ミラー57
で反射され、レンズ58によって集光されて試料10を
照射する。XYステージ51を駆動することにより、試
料上でレーザ光を走査する。
Thus, the SrTiO 3 thin film deposited at a low temperature is annealed by using the laser annealing apparatus shown in FIG. In FIG. 3, the sample 10 is a heater 52.
It is mounted on the XY stage 51 equipped with. The laser light emitted from the multi-line continuous wave Ar laser 55 is
It is guided to the mirror 57 via the filter 56,
The sample 10 is irradiated with the reflected light, which is condensed by the lens 58. By driving the XY stage 51, the laser light is scanned on the sample.

【0036】SrTiO3 薄膜を形成した試料10は、
ヒータ52によって室温300℃に加熱され、大気中で
Arレーザ光の照射を受け、レーザアニーリングされ
る。照射条件は、たとえばレーザパワー0.5W、集光
レンズ58の焦点距離25mm、スキャンスピード15
0mm/sec、送り幅2μmである。
The sample 10 on which the SrTiO 3 thin film was formed was
It is heated to room temperature of 300 ° C. by the heater 52, irradiated with Ar laser light in the atmosphere, and laser-annealed. The irradiation conditions are, for example, a laser power of 0.5 W, a focal length of the condenser lens 58 of 25 mm, and a scan speed of 15.
The feed width is 0 mm / sec and the feed width is 2 μm.

【0037】基板温度300℃で成膜した非晶質状Sr
TiO3 薄膜の誘電率が45であったが、このSrTi
3 薄膜を基板温度300℃でレーザ照射した結果、誘
電率はε=250まで向上した。
Amorphous Sr formed at a substrate temperature of 300 ° C.
The dielectric constant of the TiO 3 thin film was 45.
As a result of laser irradiation of the O 3 thin film at a substrate temperature of 300 ° C., the dielectric constant was improved to ε = 250.

【0038】比較のために述べると、rfマグネトロン
スパッタリングにより基板温度650℃で多結晶SrT
iO3 薄膜を成膜した場合に得られた誘電率は、ε=6
0であった。
For comparison, polycrystalline SrT is formed by rf magnetron sputtering at a substrate temperature of 650 ° C.
The dielectric constant obtained when forming an iO 3 thin film is ε = 6
It was 0.

【0039】なお、レーザ照射中の基板温度を400℃
にすると、誘電率はε=200に低下した。レーザ照射
時の基板温度は、SrTiO3 成膜時の基板温度より高
くしない方が好ましいと考えられる。
The substrate temperature during laser irradiation is 400 ° C.
Then, the dielectric constant decreased to ε = 200. It is considered preferable that the substrate temperature during laser irradiation is not higher than the substrate temperature during SrTiO 3 film formation.

【0040】以上説明したように、X線の(200)ピ
ークが存在しない低温でSrTiO 3 膜を成膜すると、
Si基板とSrTiO3 膜の界面にSiO2 層が存在し
ないSrTiO3 膜を得ることができ、このSrTiO
3 膜をレーザアニールすることによって、結晶化を促進
することができ、誘電率を増大させることができる。
As described above, the X-ray (200)
-Free SrTiO at low temperature 3When a film is formed,
Si substrate and SrTiO3SiO at the film interface2There are layers
Not SrTiO3A film can be obtained and this SrTiO 3
3Promote crystallization by laser annealing the film
It is possible to increase the dielectric constant.

【0041】なお、レーザアニールによってアニール処
理する場合を説明したが、ラピッドサーマルアニールに
よっても同様の効果が期待できる。なお、SrTiO3
膜をレーザアニール処理すると、処理後の膜の組成は、
TiがSrに比べ不足するものとなる。この現象は、以
下のように考えることができる。
Although the case where the annealing process is performed by laser annealing has been described, the same effect can be expected by rapid thermal annealing. In addition, SrTiO 3
When the film is laser annealed, the composition of the film after processing is
Ti becomes insufficient as compared with Sr. This phenomenon can be considered as follows.

【0042】SrTiO3 は、2つの2元酸化物、Sr
OとTiO2 の合成物と考えることができる。しかし、
SrOとTiO2 は物理的性質を異にする。SrOがT
iO 2 より融点も沸点も高い(SrOのm.p.243
0℃、TiO2 のm.p.1855℃)。
SrTiO3Is two binary oxides, Sr
O and TiO2Can be thought of as a compound. But,
SrO and TiO2Have different physical properties. SrO is T
iO 2Higher melting point and higher boiling point (SrO mp 243
0 ° C, TiO2M. p. 1855 ° C).

【0043】このために、レーザアニールまたはRTA
でSrTiO3 膜の表面温度が上昇すると、アニーリン
グ過程でTiO2 が蒸発して、SrTiO3 であるべき
膜組成がTi不足に変化する。
For this purpose, laser annealing or RTA
Then, when the surface temperature of the SrTiO 3 film rises, TiO 2 evaporates during the annealing process, and the film composition that should be SrTiO 3 changes to lack Ti.

【0044】アニーリング後の膜組成がTi不足にずれ
るのを防ぐためには、予めストイキオメトリーよりTi
過剰の組成で低温堆積しておけばよいと考えられる。焼
結成型したSrTi1+x 3 粉末ターゲットを用いて、
Si基板3上にSrTi1+x 3 膜をrfスパッタリン
グ(低温堆積)した。スパッタリング時の基板温度は3
00℃、ガス流量比Ar/O2 =4/1、圧力1.2P
a、高周波電力200〜400Wである。堆積したSr
Ti1+x 3 の膜厚は100nmとした。堆積膜の組成
は、ソースの組成とほぼ同じである。
In order to prevent the composition of the film after annealing from deviating to Ti deficiency, Ti is previously determined by stoichiometry.
It is considered that the composition should be deposited at a low temperature with an excessive composition. Using SrTi 1 + x O 3 powder target sintered and molded,
A SrTi 1 + x O 3 film was rf-sputtered (low temperature deposition) on the Si substrate 3. Substrate temperature during sputtering is 3
00 ° C, gas flow ratio Ar / O 2 = 4/1, pressure 1.2P
a, high frequency power is 200 to 400W. Deposited Sr
The film thickness of Ti 1 + x O 3 was 100 nm. The composition of the deposited film is almost the same as the composition of the source.

【0045】次に、試料を大気中に出し、図3に示した
レーザアニーリング装置を用いてSrTi1+x 3 膜を
熱処理した。レーザは、マルチラインの連続発振Arイ
オンレーザを用いて空間フィルタ透過後、ヒータで30
0℃に加熱した試料に照射した。照射条件はレーザパワ
ー0.5W、集光レンズの焦点距離25mm、スキャン
スピード150mm/sec、送り幅2μmとした。
Next, the sample was taken out into the atmosphere, and the SrTi 1 + x O 3 film was heat-treated using the laser annealing apparatus shown in FIG. The laser is a multi-line continuous wave Ar ion laser, and after passing through a spatial filter, a heater is used.
The sample heated to 0 ° C. was irradiated. The irradiation conditions were such that the laser power was 0.5 W, the focal length of the condenser lens was 25 mm, the scan speed was 150 mm / sec, and the feed width was 2 μm.

【0046】図4に、レーザアニール後、得られた試料
の比誘電率εd をソースないし堆積膜の組成SrTi
1+x 3 のSr1に対するTi量(1+x)の関数とし
て示す。
FIG. 4 shows the relative permittivity ε d of the obtained sample after laser annealing as the composition of the source or deposited film SrTi.
It is shown as a function of the Ti amount (1 + x) with respect to Sr1 of 1 + x O 3 .

【0047】図4は、組成(1+x)が約1.1の時、
比誘電率εd がピーク値に達することを示している。ピ
ーク値は約290である。(1+x)>1.2の領域で
εdが急激に低下するのは、SrTiO3 相以外にルチ
ル相(TiO2 )が析出するためであろう。
FIG. 4 shows that when the composition (1 + x) is about 1.1,
It shows that the relative permittivity ε d reaches the peak value. The peak value is about 290. The reason why ε d sharply decreases in the region of (1 + x)> 1.2 may be that the rutile phase (TiO 2 ) is precipitated in addition to the SrTiO 3 phase.

【0048】レーザアニール前のSrTi1+x 3 膜の
誘導率εd は、100程度である。レーザアニール後の
試料は、X線回折データから結晶性が向上していること
が判る。εd の大幅な向上は低温堆積SrTi1+x 3
膜の結晶性がレーザアニールによって向上したためと考
えられる。なお、レーザアニールの代わりにRTAを用
いることも可能と考えられる。
The dielectric constant ε d of the SrTi 1 + x O 3 film before laser annealing is about 100. The crystallinity of the sample after laser annealing is found to be improved from the X-ray diffraction data. Significant improvement in ε d is due to low temperature deposition SrTi 1 + x O 3
It is considered that the crystallinity of the film was improved by laser annealing. It is considered possible to use RTA instead of laser annealing.

【0049】また、前に説明した実施例の低温堆積Sr
TiO3 膜のレーザアニール後の誘導率(250)に比
べても、この低温堆積Ti過剰SrTi1+x 3 膜のレ
ーザアニール後のεd (290)が向上したのはアニー
ル過程で蒸発するTiO2 を予め補った効果が現れたも
のと考えられる。
Also, the low temperature deposition Sr of the previously described embodiment
Compared with the dielectric constant (250) of the TiO 3 film after laser annealing, the ε d (290) after laser annealing of this low temperature deposited Ti-excessive SrTi 1 + x O 3 film was improved because it evaporated during the annealing process. It is considered that the effect of supplementing TiO 2 in advance appeared.

【0050】さて、反応性に富むSrTiO3 系薄膜2
とSi基板3との膜堆積時、あるいは熱処理過程での化
学反応(SiO2 生成)をより完全に防ぐためには、バ
ッファ層として適当なSi化学物薄膜4を介在させるこ
とが有効である。Si化合物は、Siとのなじみがよ
く、かつ比較的安定な化合物が得られやすい。適当なS
i化合物として、金属シリサイドおよび硅酸ビスマスを
用いることができる。
Now, the highly reactive SrTiO 3 -based thin film 2
In order to more completely prevent the chemical reaction (SiO 2 formation) during the deposition of the film with the Si substrate 3 or during the heat treatment process, it is effective to interpose an appropriate Si chemical thin film 4 as a buffer layer. The Si compound has good compatibility with Si and is likely to be a relatively stable compound. Appropriate S
Metal silicide and bismuth silicate can be used as the i compound.

【0051】シリサイド用金属としては、Siと比較的
安定な化合物を形成する高融点金属、たとえばPt、T
a、TiまたはWが好ましい。これらの金属層を、単に
バリアメタルとしてSi基板上に堆積し、電気的分離の
ためパターニングすると、その上に形成されるSrTi
3 高誘電率絶縁膜は段差被覆性が悪いため、バリアメ
タル層側面を十分に被覆することが難しい。
As a metal for silicide, a refractory metal which forms a relatively stable compound with Si, such as Pt or T, is used.
Preferred is a, Ti or W. When these metal layers are simply deposited as a barrier metal on a Si substrate and patterned for electrical isolation, the SrTi formed thereon is formed.
Since the O 3 high dielectric constant insulating film has a poor step coverage, it is difficult to sufficiently cover the side surface of the barrier metal layer.

【0052】すると、バリアメタル層側面をさらに、別
の絶縁膜で被覆する必要が生じる等の問題点があった。
また、バリアメタル層上に、SrTiO3 高誘電率絶縁
膜を堆積しても試料全体の誘電率はそれ程大きくならな
かった。
Then, there is a problem that the side surface of the barrier metal layer needs to be further covered with another insulating film.
Further, even if the SrTiO 3 high dielectric constant insulating film was deposited on the barrier metal layer, the dielectric constant of the entire sample did not become so large.

【0053】本実施例では、バリアメタル層を一旦堆積
後、ドライエッチング等で除去し、Si基板とバリアメ
タル界面に形成された金属シリサイド層のみを残す。こ
れら金属シリサイド層の厚みは10A以下と極めて薄
く、またその存在によってSrTiO3 系薄膜とSi基
板との反応をほぼ完全に抑制することができる。
In this embodiment, after the barrier metal layer is once deposited, it is removed by dry etching or the like, leaving only the metal silicide layer formed at the interface between the Si substrate and the barrier metal. The thickness of these metal silicide layers is extremely thin, 10 A or less, and the presence thereof can almost completely suppress the reaction between the SrTiO 3 -based thin film and the Si substrate.

【0054】図5は、白金シリサイド層6上に高誘電率
SrTiO3 薄膜8を形成する工程の主要部を示す断面
図である。図5(A)に示すように、下地としてSi基
板3を用いて、rfマグネトロンスパッタリングでPt
層5を堆積する。スパッタリングは、Ptターゲットを
用い、高周波電力200〜400W、Ar雰囲気(圧力
0.5Pa)、Si基板温度常温の条件下で行なった。
Pt層5の膜厚は約10nmである。この過程でSi基
板3とPt層5の界面には、白金シリサイド層6が形成
される。
FIG. 5 is a sectional view showing the main part of the step of forming the high dielectric constant SrTiO 3 thin film 8 on the platinum silicide layer 6. As shown in FIG. 5 (A), Pt is formed by rf magnetron sputtering using the Si substrate 3 as a base.
Deposit layer 5. The sputtering was performed using a Pt target under the conditions of high frequency power of 200 to 400 W, Ar atmosphere (pressure 0.5 Pa), and Si substrate temperature of room temperature.
The Pt layer 5 has a thickness of about 10 nm. In this process, the platinum silicide layer 6 is formed at the interface between the Si substrate 3 and the Pt layer 5.

【0055】図5(B)に示すように、次に試料をエッ
チング装置に移し、HBrガスを流してプラズマエッチ
ングを行ない、Si基板3上に一旦堆積したPt層5を
除去する。白金シリサイド層6がエッチングストッパと
して働き、Si基板3の表面には白金シリサイド層6が
露呈する。白金シリサイド層6の厚みは、10A以下で
ある。
Next, as shown in FIG. 5B, the sample is transferred to an etching apparatus, and HBr gas is flown to perform plasma etching to remove the Pt layer 5 once deposited on the Si substrate 3. The platinum silicide layer 6 functions as an etching stopper, and the platinum silicide layer 6 is exposed on the surface of the Si substrate 3. The platinum silicide layer 6 has a thickness of 10 A or less.

【0056】このようにしてシリサイド層を形成した試
料10を、図6に示すMOMBE装置の真空チャンバ1
2中央のサセプタ14上に設置する。サセプタ14内に
はヒータ28が設けられ、試料を所望の温度に加熱する
ことができる。
The sample 10 having the silicide layer formed in this manner was used as the vacuum chamber 1 of the MONBE apparatus shown in FIG.
2 Installed on the central susceptor 14. A heater 28 is provided in the susceptor 14 to heat the sample to a desired temperature.

【0057】図6に概略を示すMOMBE装置におい
て、チャンバ12には、反射高エネルギ電子線回折(R
HEED)を行なうための電子銃22とスクリーン23
がサセプタ14の位置に対応して設けられている。サセ
プタ14の隣には、水晶振動子等の膜厚計25も配置さ
れている。さらに、サセプタ14後方には、核四重極質
量分析計26も備えられている。
In the MOMBE apparatus schematically shown in FIG. 6, the chamber 12 has a reflection high energy electron diffraction (R
Electron gun 22 and screen 23 for performing HEED)
Are provided corresponding to the position of the susceptor 14. Next to the susceptor 14, a film thickness meter 25 such as a crystal oscillator is also arranged. Further, a nuclear quadrupole mass spectrometer 26 is provided behind the susceptor 14.

【0058】チャンバ12には、ソースガス供給源とし
て、ベッセル16a、16b、クヌードセンセル20、
ECR(電子サイクロトロン共鳴)構造を備えたガスノ
ズル18が接続されている。
In the chamber 12, vessels 16a and 16b, a Knudsen cell 20, and a source gas supply source are provided.
A gas nozzle 18 having an ECR (electron cyclotron resonance) structure is connected.

【0059】また、各ベッセル16にはヒータ17が設
けられ、ベッセル内を所望の温度に加熱することができ
る。なお、図示しないが、チャンバ12には真空排気系
が接続され、チャンバ12内を所望の真空度に排気する
ことができる。
Further, each vessel 16 is provided with a heater 17 so that the inside of the vessel can be heated to a desired temperature. Although not shown, a vacuum exhaust system is connected to the chamber 12 so that the chamber 12 can be exhausted to a desired degree of vacuum.

【0060】図示したように、SrはK(クヌードセ
ン)セル20内に収容された元素金属をソースとし、T
iソースはベッセル16bに収容され、Arでバブリン
グした金属錯体テトライソプロポキシチタンTi(i−
OC3 7 4 を用いた。
As shown in the figure, Sr uses the elemental metal contained in the K (Knudsen) cell 20 as a source,
The i-source is housed in the vessel 16b, and the metal complex tetraisopropoxy titanium Ti (i-
OC 3 H 7 ) 4 was used.

【0061】この金属錯体は、使用時ヒータによって5
0℃に加熱され、2sccmのArガスで成長室内に導
入される。酸素は電子サイクロトロン共鳴(ECR)構
造を用いた酸素プラズマから供給する。なお、Biソー
スのベッセル16aにはトリフェニルビスマスBi(p
h)3 が収容されているが、本実施例では用いない。
When this metal complex was used, it was mixed with the heater by 5
It is heated to 0 ° C. and introduced into the growth chamber with 2 sccm of Ar gas. Oxygen is supplied from an oxygen plasma using an electron cyclotron resonance (ECR) structure. The Bi source vessel 16a contains triphenylbismuth Bi (p
h) 3 is contained, but is not used in this embodiment.

【0062】基板(試料)温度を300℃、酸素分圧を
1〜9×10-5Torr、Kセル温度を480℃として
試料の白金シリサイド層6表面に厚さ100nmのSr
TiO3 膜7を堆積した。膜厚制御は、予め較正してあ
る水晶振動子を利用して行なった。得られたSrTiO
3 膜7を含む試料の比誘電率εd は55であったが、白
金シリサイド層6とSrTiO3 膜7の界面にはSiO
2 は生成していない。
A substrate (sample) temperature of 300 ° C., an oxygen partial pressure of 1 to 9 × 10 −5 Torr, and a K cell temperature of 480 ° C. were used.
A TiO 3 film 7 was deposited. The film thickness control was performed using a quartz oscillator that was calibrated in advance. Obtained SrTiO
The relative permittivity ε d of the sample including the 3 film 7 was 55, but SiO was found at the interface between the platinum silicide layer 6 and the SrTiO 3 film 7.
2 is not generated.

【0063】次に、試料を大気中に出し、図5(D)に
示すように、レーザ光8をSrTiO3 薄膜7に照射
し、レーザアニールを行なった。レーザアニールは、図
3に示すようなレーザアニール装置を用いて行なえばよ
い。
Next, the sample was taken out into the atmosphere, and the SrTiO 3 thin film 7 was irradiated with the laser beam 8 as shown in FIG. 5D to perform laser annealing. The laser annealing may be performed using a laser annealing device as shown in FIG.

【0064】レーザアニーリングは、試料温度300
℃、レーザパワー0.5Wでスキャニングスピード15
0mm/sec、送り幅2μmの条件で行なった。得ら
れたSrTiO3 膜7は、結晶化(高品位化)されてお
り、SrTiO3 膜7を含む試料の誘電率測定を行なう
と、誘電体領域の比誘電率εd が320であった。
Laser annealing was performed at a sample temperature of 300.
℃, laser power 0.5W, scanning speed 15
The condition was 0 mm / sec and the feed width was 2 μm. The obtained SrTiO 3 film 7 was crystallized (higher quality), and when the dielectric constant of the sample containing the SrTiO 3 film 7 was measured, the relative dielectric constant ε d of the dielectric region was 320.

【0065】この値は、図1を用いて説明したSi基板
3上への直接成膜(低温堆積後、レーザアニール)の場
合(εd =250)と比べて、さらに大きく改善されて
いることが判る。
This value is further improved as compared with the case of direct film formation on the Si substrate 3 (after low temperature deposition, laser annealing) (ε d = 250) described with reference to FIG. I understand.

【0066】シリサイド用金属にTiを用いると、チタ
ンシリサイド層は前記したように、レーザアニール過程
で発生するTiO2 成分の蒸発補給源としても作用する
ので、より効果的である。
When Ti is used as the silicide metal, the titanium silicide layer is more effective because it also acts as an evaporation supplement source of the TiO 2 component generated in the laser annealing process as described above.

【0067】次に、金属シリサイド層6とは別のバッフ
ァ層として、硅酸ビスマスを用いた例について述べる。
Si基板3を、図6に示すMOMBE装置の試料位置に
導入する。本実施例では、Bi原料としてトリフェニル
ビスマス、Bi(ph)3 を用いる。ベッセル16a内
のBi(ph)3 を120℃に加熱し、Arガスをキャ
リアとしてBi錯体をチャンバ12内に導入する。
Next, an example using bismuth silicate as a buffer layer different from the metal silicide layer 6 will be described.
The Si substrate 3 is introduced into the sample position of the MOMBE apparatus shown in FIG. In this embodiment, triphenylbismuth and Bi (ph) 3 are used as the Bi raw material. Bi (ph) 3 in the vessel 16a is heated to 120 ° C., and the Bi complex is introduced into the chamber 12 using Ar gas as a carrier.

【0068】この時、Si基板3を650℃に保ち、酸
素のECRプラズマによって反応させることにより、S
i基板3上でBi(ph)3 が熱分解して発生したBi
とSiおよび酸素が化合し、Si基板3上に硅酸ビスマ
スBi12SiO20膜が堆積する。膜厚は10〜20Aと
した。
At this time, by keeping the Si substrate 3 at 650 ° C. and reacting with oxygen ECR plasma, S
Bi (ph) 3 generated on the i-substrate 3 by thermal decomposition
And Si and oxygen are combined, and a bismuth silicate Bi 12 SiO 20 film is deposited on the Si substrate 3. The film thickness was 10 to 20A.

【0069】次に、Bi(ph)3 の供給を止め、試料
温度を300℃に低下させ、50℃に加熱したTi(i
−OC3 7 4 用ベッセル16bに2sccmのAr
を送ってチャンバ12内にTi錯体を導入する。
Next, the supply of Bi (ph) 3 was stopped, the sample temperature was lowered to 300 ° C., and Ti (i) heated to 50 ° C.
Ar of 2sccm the -OC 3 H 7) 4 for vessel 16b
To introduce the Ti complex into the chamber 12.

【0070】ECRプラズマで酸素イオンを発生させ、
同時にKセル(480℃)からSr分子線を放出する
と、前記Bi12SiO20膜上にSrTiO3 膜が形成さ
れる。膜厚は約10nmとした。
Oxygen ions are generated by ECR plasma,
Simultaneously, when the Sr molecular beam is emitted from the K cell (480 ° C.), the SrTiO 3 film is formed on the Bi 12 SiO 20 film. The film thickness was about 10 nm.

【0071】Bi12SiO20膜は、下地と反応して生成
したSi化合物であり、Si基板とよくなじんでいる。
しかも、膜厚も十分薄いので、その上にSrTiO3
を堆積しても段差被覆性で問題が生じることは少ない。
The Bi 12 SiO 20 film is a Si compound formed by reacting with the base and is well compatible with the Si substrate.
Moreover, since the film thickness is sufficiently thin, even if the SrTiO 3 film is deposited on the film, there is little problem in step coverage.

【0072】得られたSrTiO3 膜を、図3の装置に
より前と同じ条件下でレーザアニールすると、結晶化し
て高品位化する。この試料の誘電率測定を行なうと、誘
電体領域の比誘電率εd としてほぼ290が得られた。
Bi12SiO20/SrTiO 3 界面にSiO2 の存在は
観測されない。
The obtained SrTiO 33The membrane to the device of Figure 3
Laser annealing under the same conditions as before will crystallize
To improve the quality. When the dielectric constant of this sample is measured,
Relative permittivity ε of electric fielddOf about 290 was obtained.
Bi12SiO20/ SrTiO 3SiO on the interface2The existence of
Not observed.

【0073】以上述べたように、SrTiO3 系薄膜の
低温堆積、光アニーリング処理に加えて、Si基板とS
rTiO3 系薄膜間にSi化合物の十分薄いバッファ層
を介在させることにより、SiO2 の生成をより完全に
抑制することができ、誘電率向上をより効果的に行なえ
ることが判る。
As described above, in addition to the low temperature deposition of the SrTiO 3 system thin film and the optical annealing treatment, the Si substrate and the S
It is understood that the formation of SiO 2 can be more completely suppressed and the dielectric constant can be more effectively improved by interposing a sufficiently thin buffer layer of a Si compound between the rTiO 3 -based thin films.

【0074】Siの下地としては単結晶だけでなく、多
結晶も用いることができる。また、SrTiO3 のSr
の一部をBa、Caの少なくとも一方で置換すると、誘
電率をさらに向上させることができる。
As the Si base, not only single crystal but also polycrystal can be used. Moreover, Sr of SrTiO 3
By substituting a part of at least one of Ba and Ca, the dielectric constant can be further improved.

【0075】次に、図8を参照して、低温堆積とレーザ
アニールの2段階処理法で得られるSrTiO3 誘電体
薄膜を用いた平坦化スタック型メモリセルのキャパシタ
を説明する。
Next, with reference to FIG. 8, a capacitor of a planarized stack type memory cell using a SrTiO 3 dielectric thin film obtained by a two-step processing method of low temperature deposition and laser annealing will be described.

【0076】p型Si基板31の表面には、フィールド
酸化膜32が選択的に形成されている。フィールド酸化
膜32によって囲まれた能動領域に、2つのMOSFE
Tが形成されている。すなわち、チャネルとなる領域上
にゲート酸化膜を介して多結晶ゲート電極33a、33
bが形成され、その両側にソース領域となるn+ 型領域
34、ドレイン領域となるn+ 型領域35a、35bが
形成されている。
A field oxide film 32 is selectively formed on the surface of the p-type Si substrate 31. Two MOSFEs are formed in the active area surrounded by the field oxide film 32.
T is formed. That is, the polycrystalline gate electrodes 33a and 33a are formed on the region to be the channel via the gate oxide film.
b is formed, and n + type regions 34 serving as source regions and n + type regions 35a and 35b serving as drain regions are formed on both sides thereof.

【0077】n+ 型領域35a、35b上には、拡散源
として機能するn+ 型多結晶Si領域37が形成され、
+ 型領域34上にもn+ 型多結晶Si領域38が形成
されている。多結晶Si領域38の上には、データ線と
なる金属電極39が形成されている。
An n + type polycrystalline Si region 37 functioning as a diffusion source is formed on the n + type regions 35a and 35b,
n + -type region 34 on the even n + -type polycrystalline Si regions 38 are formed. A metal electrode 39 serving as a data line is formed on the polycrystalline Si region 38.

【0078】金属電極39を絶縁物で覆った後、層間絶
縁膜41が形成され、多結晶Si領域37上に開口が設
けられている。この開口内には引出電極となる電極43
が埋め込まれ、層間絶縁膜41の表面と共に平坦化され
ている。
After covering the metal electrode 39 with an insulator, an interlayer insulating film 41 is formed, and an opening is provided on the polycrystalline Si region 37. An electrode 43 serving as an extraction electrode is provided in this opening.
Are buried and are flattened together with the surface of the interlayer insulating film 41.

【0079】平坦化された表面上には、下部電極となる
Pt層45が選択的に形成され、その上にSrTiO3
で形成されたキャパシタ誘電体薄膜46が形成されてい
る。これらの上に、プレート電極となる金属電極48が
形成されている。
A Pt layer 45 to be a lower electrode is selectively formed on the flattened surface, and SrTiO 3 is formed on the Pt layer 45.
The capacitor dielectric thin film 46 formed in 1. is formed. A metal electrode 48 serving as a plate electrode is formed on these.

【0080】すなわち、図示の構造においては、中央の
ソース領域34の両側にMOSFETが形成され、各M
OSFETはプレート電極48に接続されたキャパシタ
に接続されている。これらのキャパシタは、キャパシタ
誘電体膜が極めて高い誘電率を示すSrTiO3 系誘電
体で形成されているため、高い静電容量を有する。
That is, in the illustrated structure, MOSFETs are formed on both sides of the central source region 34 and each M
The OSFET is connected to the capacitor connected to the plate electrode 48. These capacitors have a high capacitance because the capacitor dielectric film is made of a SrTiO 3 -based dielectric having an extremely high dielectric constant.

【0081】従来のSi3 4 /SiO2 誘電体に比べ
て約2桁大きな比誘電率が得られるため、小面積の2次
元キャパシタでも必要な蓄積電荷量が確保できる。この
ため、セル構造が単純化できる。
Since a relative permittivity that is about two orders of magnitude higher than that of the conventional Si 3 N 4 / SiO 2 dielectric is obtained, the required accumulated charge amount can be secured even with a small-area two-dimensional capacitor. Therefore, the cell structure can be simplified.

【0082】なお、DRAMの構成例を説明したが、上
述の高誘電率薄膜を薄膜トランジスタ(TFT)のゲー
ト絶縁膜や電界発光(EL)素子絶縁膜等として用いる
こともできる。
Although the configuration example of the DRAM has been described, the high dielectric constant thin film described above can be used as a gate insulating film of a thin film transistor (TFT), an electroluminescent (EL) element insulating film, or the like.

【0083】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations and the like can be made.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高品位高誘電率のSrTiO3 系薄膜を形成することが
できる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to form a high-quality, high-dielectric-constant SrTiO 3 -based thin film.

【0085】Si基板上にSrTiO3 系薄膜を形成す
る場合も、SiO2 の生成を抑制し、高い誘電率を得る
ことができる。その結果、メガビット集積のDRAM
等、高密度実装のSi素子に微小面積でも蓄積電荷量の
多いキャパシタを形成することができる。
Even when the SrTiO 3 thin film is formed on the Si substrate, generation of SiO 2 can be suppressed and a high dielectric constant can be obtained. As a result, megabit integrated DRAM
For example, it is possible to form a capacitor having a large amount of accumulated charge even in a small area on a high-density mounted Si element.

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

【図1】本発明の基本実施例を示す断面図である。図1
(A)は、下地にSrTiO3系薄膜を低温堆積する工
程を示し、図1(B)は低温堆積したSrTiO3 系薄
膜をレーザアニールする工程を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing a basic embodiment of the present invention. Figure 1
1A shows a step of depositing a SrTiO 3 -based thin film at a low temperature on a base, and FIG. 1B shows a step of laser annealing the SrTiO 3 -based thin film deposited at a low temperature.

【図2】SrTiO3 系薄膜の成膜温度による影響を示
すグラフである。図2(A)は、X線回折データ、図2
(B)はX線回折の(200)ピーク強度とSi基板表
面のSiO2 生成の関係を示す。
FIG. 2 is a graph showing the influence of the film forming temperature of a SrTiO 3 thin film. FIG. 2A is an X-ray diffraction data, FIG.
(B) shows the relationship between the (200) peak intensity of X-ray diffraction and the production of SiO 2 on the Si substrate surface.

【図3】レーザアニール装置の構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a laser annealing apparatus.

【図4】SrTi1+x 3 薄膜をレーザアニールした時
のTi量(1+x)に対するレーザアニール後のSrT
iO3 系薄膜を含む試料の比誘電率εd の関係を示すグ
ラフである。
FIG. 4 SrT after laser annealing with respect to Ti amount (1 + x) when laser annealing of SrTi 1 + x O 3 thin film
3 is a graph showing the relationship of relative permittivity ε d of a sample containing an iO 3 -based thin film.

【図5】本発明の実施例による白金シリサイドバッファ
層上へのSrTiO3 薄膜形成の工程を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a process of forming a SrTiO 3 thin film on a platinum silicide buffer layer according to an embodiment of the present invention.

【図6】MOMBE装置の構成概略を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view showing a schematic configuration of a MONBE device.

【図7】高誘電率SrTiO3 系薄膜を用いた平坦化ス
タックセルの構成例を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of a flattening stack cell using a high dielectric constant SrTiO 3 thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 下地 2 SrTiO3 系薄膜 3 Si基板 4 Si化合物薄膜 5 Pt層 6 白金シリサイド層 7 SrTiO3 系薄膜 8 レーザ光1 Underlayer 2 SrTiO 3 system thin film 3 Si substrate 4 Si compound thin film 5 Pt layer 6 Platinum silicide layer 7 SrTiO 3 system thin film 8 Laser light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/04 C 8427−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 27/04 C 8427-4M

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地(1)上に400℃より低い温度で
非晶質状SrTiO 3 系薄膜(2)を堆積する工程と、 該非晶質状SrTiO3 系薄膜(2)をレーザアニール
またはラピッドサーマルアニール処理して結晶化させ、
SrTiO3 系薄膜(2a)を得る工程とを含む高誘電
率誘電体薄膜の製造方法。
1. At a temperature lower than 400 ° C. on the substrate (1)
Amorphous SrTiO 3A step of depositing a thin film (2) of the system, and the amorphous SrTiO 33Laser annealing of thin film (2)
Or rapid thermal annealing to crystallize,
SrTiO3High dielectric including a step of obtaining a thin film (2a)
Method of manufacturing a dielectric thin film.
【請求項2】 前記下地(1)がSi基板(3)であ
り、前記堆積工程がSrTiO3 系薄膜とSi基板との
界面に実質的にSiO2 層を発生させない温度で行なわ
れる請求項1記載の高誘電率誘電体薄膜の製造方法。
2. The substrate (1) is a Si substrate (3), and the depositing step is performed at a temperature at which a SiO 2 layer is not substantially generated at the interface between the SrTiO 3 -based thin film and the Si substrate. A method for producing a high-k dielectric thin film as described.
【請求項3】 前記下地(1)が、表面にSi化合物薄
膜(4)を有する請求項1記載の高誘電率誘電体薄膜の
製造方法。
3. The method for producing a high dielectric constant dielectric thin film according to claim 1, wherein the underlayer (1) has a Si compound thin film (4) on its surface.
【請求項4】 前記Si化合物薄膜(4)が、金属シリ
サイド層または硅酸ビスマス(Bi12SiO20)層であ
る請求項3記載の高誘電率誘電体薄膜の製造方法。
4. The method for producing a high dielectric constant dielectric thin film according to claim 3, wherein the Si compound thin film (4) is a metal silicide layer or a bismuth silicate (Bi 12 SiO 20 ) layer.
【請求項5】 さらに、Si基板(3)上に金属層を堆
積し、界面に金属シリサイド層を形成する工程と、 前記金属層を除去して前記下地(1)を準備する工程と
を含む請求項1記載の高誘電率誘電体薄膜の製造方法。
5. The method further comprises the steps of depositing a metal layer on a Si substrate (3) and forming a metal silicide layer at the interface, and removing the metal layer to prepare the base (1). The method for producing a high dielectric constant dielectric thin film according to claim 1.
【請求項6】 前記金属層が、Pt、Ta、Tiおよび
Wからなる群から選ばれた少なくとも一種類によって構
成される請求項5記載の高誘電率誘電体薄膜の製造方
法。
6. The method for manufacturing a high dielectric constant dielectric thin film according to claim 5, wherein the metal layer is made of at least one selected from the group consisting of Pt, Ta, Ti and W.
【請求項7】 前記SrTiO3 系薄膜(2)がSrの
一部をBa、Caの少なくとも一方で置換した組成を有
する請求項1〜6のいずれかに記載の高誘電率誘電体薄
膜の製造方法。
7. The high dielectric constant dielectric thin film according to claim 1, wherein the SrTiO 3 -based thin film (2) has a composition in which a part of Sr is substituted with at least one of Ba and Ca. Method.
【請求項8】 前記SrTiO3 系薄膜(2)が、Sr
1原子に対してTiが1乃至1.2原子を含むTi過剰
組成を有する請求項1〜7のいずれかに記載の高誘電率
誘電体薄膜の製造方法。
8. The SrTiO 3 -based thin film (2) comprises Sr
The method for producing a high dielectric constant dielectric thin film according to any one of claims 1 to 7, which has a Ti excess composition containing 1 to 1.2 atoms of Ti per atom.
【請求項9】 Si基板(3)と、 前記Si基板上に形成されたシリサイド薄膜(4)と、 前記シリサイド薄膜上に直接形成されたSrTiO3
高誘電率薄膜(2a)とを有する電子部品。
9. An electron having a Si substrate (3), a silicide thin film (4) formed on the Si substrate, and an SrTiO 3 -based high dielectric constant thin film (2a) directly formed on the silicide thin film. parts.
【請求項10】 Si基板(3)と、 前記Si基板上に形成された硅酸ビスマス層(4)と、 前記硅酸ビスマス層上に直接形成されたSrTiO3
高誘電率薄膜(2a)とを有する電子部品。
10. A Si substrate (3), a bismuth silicate layer (4) formed on the Si substrate, and a SrTiO 3 -based high dielectric constant thin film (2a) directly formed on the bismuth silicate layer. And an electronic component having.
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