JPH06290983A - Thin dielectric film and manufacture thereof - Google Patents

Thin dielectric film and manufacture thereof

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JPH06290983A
JPH06290983A JP5079721A JP7972193A JPH06290983A JP H06290983 A JPH06290983 A JP H06290983A JP 5079721 A JP5079721 A JP 5079721A JP 7972193 A JP7972193 A JP 7972193A JP H06290983 A JPH06290983 A JP H06290983A
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JP
Japan
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thin film
dielectric thin
perovskite
substrate
plzt
Prior art date
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Application number
JP5079721A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Isaku Jinno
伊策 神野
Shigenori Hayashi
重徳 林
Takashi Hirao
孝 平尾
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To realize a thin dielectric film damaging no electrical characteristic such as ferroelectricity, pyroelectricity, piezoelectricity, etc., by forming a perovskite type thin dielectric film containing no Zr and a perovskite type thin dielectric film containing Zr in laminated structure. CONSTITUTION:Pb, La and Ti targets 8, 9 and 11 are irradiated with argon ion beams respectively, and a PLT layer 2 in film thickness of 50Angstrom or less having the composition of (Pb1-xLax)Ti1-x/4O3 (0<=x<=1) is formed onto a substrate 1. Pb, Zr and Ti targets 8, 10 and 11 are sputtered by ion beams, and a PLZT thin-film 3 in film thickness of approximately 700Angstrom having the composition of (Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4/O3 (0<=x<=1, 0<y<1) is formed onto the PLT thin-film 2. Accordingly, the PLZT thin-film can be manufactured stably without damaging electrical characteristics such as ferroelectricity, pyroelectricity, piezoelectricity, etc.

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、誘電体薄膜及びその製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dielectric thin film and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年注目されている薄膜材料として、一
般式ABO3 で構成されるペロブスカイト型構造を有す
る誘電体材料がある。このうち、AサイトがPb、B
a、Sr又はLaのうち少なくとも1種類、Bサイトが
Ti及びZrのうち少なくとも1種類の元素を含むAB
3 としては、(Pb1-x Lax )(Zry Ti1-y
1- x/4 3 系、BaTiO3 系に代表される強誘電体材
料がある。そして、これらが優れた強誘電性、圧電性、
焦電性、電気光学特性等を示すことから、これらの特性
を利用したセンサやフィルタなどの種々の機能デバイス
が検討されている。特に、半導体ICの分野において
は、新しいデバイス、DRAM(ダイナミックランダム
アクセスメモリ)及び不揮発性メモリへの応用が期待さ
れている。
2. Description of the Related Art As a thin film material that has been attracting attention in recent years, there is a dielectric material having a perovskite structure composed of a general formula ABO 3 . Of these, the A site is Pb and B
AB containing at least one element of a, Sr, or La, and the B site containing at least one element of Ti and Zr
As O 3 , (Pb 1-x La x ) (Zr y Ti 1-y )
There are ferroelectric materials typified by 1- x / 4 O 3 series and BaTiO 3 series. And, these are excellent ferroelectricity, piezoelectricity,
Various functional devices such as a sensor and a filter utilizing these characteristics have been studied because they exhibit pyroelectricity and electro-optical characteristics. In particular, in the field of semiconductor ICs, application to new devices, DRAM (dynamic random access memory) and non-volatile memory is expected.

【0003】DRAMをはじめとする半導体を用いたメ
モリに関する研究開発は近年盛んに行われており、その
高密度化の要となる技術として、微細加工技術と共にキ
ャパシタの構成材料となる高誘電率誘電体薄膜の開発が
挙げられている。
In recent years, research and development relating to memories using semiconductors such as DRAM have been actively carried out, and as a technique for increasing the density, high-dielectric-constant dielectric which is a constituent material of a capacitor together with microfabrication technique is used. Development of body thin film is mentioned.

【0004】高誘電率材料としてはSrTiO3 などが
知られているが、特に鉛系の強誘電体であるPb(Zr
x Ti1-x )O3 や(Pb1-x Lax )(Zry Ti
1-y 1-x/4 3 (0≦x<1、0<y<1)(以下、
これらを「PLZT」という)は誘電率が1000以上
でかつその優れた強誘電性からDRAMだけでなく不揮
発性メモリへの応用も考えられている。これらの誘電体
は結晶方向によってその電気的特性が異なるため、それ
ぞれの応用を考慮した結晶軸の揃った配向膜とするのが
望ましい。また、センサなどへの応用においては、その
優れた焦電性、圧電性を利用した赤外線センサ、ガスセ
ンサ、圧力センサなどを配向した薄膜を用いることによ
り、高感度化、高集積化を実現する試みがなされてい
る。
SrTiO as a high dielectric constant material3etc
Although known, Pb (Zr
xTi1-x) O3And (Pb1-xLax) (ZryTi
1-y) 1-x / 4O3(0 ≦ x <1, 0 <y <1) (hereinafter,
These are called "PLZT") and have a dielectric constant of 1000 or more.
And because of its excellent ferroelectric properties, it is not only a DRAM but also a non-volatile one.
Application to memory is also considered. These dielectrics
Has different electrical characteristics depending on the crystal orientation,
Considering each application, it is necessary to have an alignment film with aligned crystal axes.
desirable. In addition, in application to sensors, etc.
Infrared sensor and gas sensor utilizing excellent pyroelectricity and piezoelectricity
Sensor, pressure sensor, etc.
Therefore, attempts have been made to realize high sensitivity and high integration.
It

【0005】以上のような理由から、PLZTの薄膜化
は現在精力的に行われており、rfスパッタリング法、
イオンビームスパッタリング法、ゾル・ゲル法、CVD
法及びレーザアブレーション法などの方法を用いて、薄
膜作製に関する研究が行われている。
For the above-mentioned reasons, thinning of PLZT is currently being actively carried out, and the rf sputtering method,
Ion beam sputtering method, sol-gel method, CVD
A method for forming a thin film is being studied by using a method such as a laser method and a laser ablation method.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、PLZTは多
元素からなる複合酸化物であるため、上記のような様々
な製造方法を用いても、それぞれの元素の物性の違い、
特にZrとPbとの親和力の悪さやPbの蒸気圧の高さ
などから理想的な組成を有するPLZT薄膜を再現性よ
く形成することは困難であった。
However, since PLZT is a complex oxide composed of multiple elements, even if the various manufacturing methods described above are used, the difference in the physical properties of each element,
In particular, it was difficult to reproducibly form a PLZT thin film having an ideal composition due to the poor affinity between Zr and Pb and the high vapor pressure of Pb.

【0007】また、従来の方法でペロブスカイト型PL
ZT薄膜を形成するには、基板温度を600℃近くまで
上げるか、もしくはそれ以下の基板温度で薄膜を形成し
た後に800℃近い温度で熱処理する必要があった。し
かし、半導体を用いたメモリなどへの応用を考えた場
合、500℃以上の高温にすると、基板の半導体中に形
成されているトランジスタ部や配線に用いるAlの熱拡
散による性能の低下を招くため、低い基板温度でPLZ
T薄膜を形成することが望まれていた。
Further, the perovskite type PL is manufactured by the conventional method.
In order to form a ZT thin film, it was necessary to raise the substrate temperature to near 600 ° C., or to form a thin film at a substrate temperature lower than that and then perform heat treatment at a temperature near 800 ° C. However, in consideration of application to a memory using a semiconductor, if the temperature is increased to 500 ° C. or higher, the performance is deteriorated due to thermal diffusion of Al used for a transistor portion and wiring formed in the semiconductor of the substrate and wiring. PLZ at low substrate temperature
It has been desired to form a T thin film.

【0008】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、PLZT薄膜の強誘電性、焦電性、圧電性等の電
気特性を損なうことのない誘電体薄膜の構造及びその製
造方法を提供することを目的とする。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present invention provides a structure of a dielectric thin film that does not impair the electrical properties of the PLZT thin film, such as ferroelectricity, pyroelectricity, and piezoelectricity, and a method for manufacturing the same. The purpose is to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る誘電体薄膜は、Zrを含まないペロブ
スカイト型誘電体薄膜と、Zrを含むペロブスカイト型
誘電体薄膜との積層構造を有するという構成を備えたも
のである。
To achieve the above object, a dielectric thin film according to the present invention has a laminated structure of a perovskite type dielectric thin film containing no Zr and a perovskite type dielectric thin film containing Zr. It is equipped with the configuration.

【0010】前記本発明の構成においては、Zrを含ま
ないペロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が50オングス
トローム以下であるのが好ましい。また、前記本発明の
構成においては、Zrを含まないペロブスカイト型誘電
体薄膜が(Pb1-x Lax )Ti1-x/4 3 (0≦x<
1)の組成で構成されるペロブスカイト型誘電体薄膜で
あり、Zrを含むペロブスカイト型誘電体薄膜が(Pb
1-x Lax )(Zry Ti1-y 1-x/4 3 (0≦x<
1、0<y<1)の組成で構成されるペロブスカイト型
誘電体薄膜であるのが好ましい。
In the structure of the present invention, it is preferable that the Zr-free perovskite type dielectric thin film has a thickness of 50 angstroms or less. Further, in the structure of the present invention, the Zr-free perovskite-type dielectric thin film is (Pb 1-x La x ) Ti 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <
1) is a perovskite-type dielectric thin film, and the perovskite-type dielectric thin film containing Zr is (Pb
1-x La x ) (Zr y Ti 1-y ) 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <
A perovskite-type dielectric thin film having a composition of 1,0 <y <1) is preferable.

【0011】本発明に係る誘電体薄膜の製造方法は、基
板上に第1層としてZrを含まないペロブスカイト型誘
電体薄膜を形成し、前記第1層の上にZrを含むペロブ
スカイト型誘電体薄膜を形成することを特徴とする。
In the method of manufacturing a dielectric thin film according to the present invention, a perovskite type dielectric thin film containing no Zr is formed as a first layer on a substrate, and a perovskite type dielectric thin film containing Zr is formed on the first layer. Is formed.

【0012】前記本発明方法の構成においては、荷電粒
子もしくは中性粒子ビームをターゲットに照射すること
により基板上に誘電体薄膜を形成するのが好ましい。ま
た、前記本発明方法の構成においては、Zrを含まない
ペロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が50オングストロ
ーム以下であるのが好ましい。
In the above-mentioned method of the present invention, it is preferable to form a dielectric thin film on the substrate by irradiating the target with a charged particle or neutral particle beam. Further, in the above-mentioned method of the present invention, it is preferable that the film thickness of the perovskite-type dielectric thin film not containing Zr is 50 angstroms or less.

【0013】また、前記本発明方法の構成においては、
Zrを含まないペロブスカイト型誘電体薄膜が(Pb
1-x Lax )Ti1-x/4 3 (0≦x<1)の組成で構
成されるペロブスカイト型誘電体薄膜であり、Zrを含
むペロブスカイト型誘電体薄膜が(Pb1-x Lax
(Zry Ti1-y 1-x/4 3 (0≦x<1、0<y<
1)の組成で構成されるペロブスカイト型誘電体薄膜で
あるのが好ましい。
Further, in the constitution of the method of the present invention,
A perovskite-type dielectric thin film containing no Zr is (Pb
1-x La x ) Ti 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <1) is a perovskite-type dielectric thin film, and the perovskite-type dielectric thin film containing Zr is (Pb 1-x La x x )
(Zr y Ti 1-y ) 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <1, 0 <y <
It is preferably a perovskite type dielectric thin film having the composition of 1).

【0014】[0014]

【作用】前記本発明の構成によれば、Zrを含まないペ
ロブスカイト型誘電体薄膜である(Pb1-x Lax )T
1-x/4 3 (0≦x<1)とZrを含むペロブスカイ
ト型誘電体薄膜である(Pb1-x Lax )(Zry Ti
1-y 1-x/4 3 (0≦x<1、0<y<1)の結晶構
造がほぼ同じであるために、(Pb1-x Lax )Ti
1-x/4 3 (0≦x<1)薄膜に引きずられる形で(P
1-x Lax )(Zry Ti1-y 1-x/4 3 (0≦x
<1、0<y<1)薄膜を容易に結晶成長させることが
でき、その結果、強誘電性、焦電性、圧電性等の電気特
性を損なうことなく、500℃以下の基板温度で(Pb
1-x Lax )(Zry Ti1-y 1-x/ 4 3 (0≦x<
1、0<y<1)薄膜を安定に作製することができる。
According to the structure of the present invention, a perovskite type dielectric thin film containing no Zr (Pb 1-x La x ) T is formed.
A perovskite-type dielectric thin film containing i 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <1) and Zr (Pb 1-x La x ) (Zr y Ti
Since the crystal structures of 1-y ) 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <1, 0 <y <1) are almost the same, (Pb 1-x La x ) Ti
1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <1) In the form of being dragged by the thin film (P
b 1-x La x) ( Zr y Ti 1-y) 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x
<1, 0 <y <1) A thin film can be easily crystal-grown, and as a result, at a substrate temperature of 500 ° C. or lower without impairing the electrical characteristics such as ferroelectricity, pyroelectricity, and piezoelectricity ( Pb
1-x La x ) (Zr y Ti 1-y ) 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <
A thin film of 1,0 <y <1) can be stably manufactured.

【0015】前記本発明の構成において、Zrを含まな
いペロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が50オングスト
ローム以下であるという好ましい構成によれば、Zrを
含むペロブスカイト型誘電体薄膜である(Pb1-x La
x )(Zry Ti1-y 1-x/ 4 3 (0≦x<1、0<
y<1)の電気的特性に影響を及ぼすことがない。
In the above-mentioned constitution of the present invention, according to the preferable constitution that the film thickness of the perovskite type dielectric thin film not containing Zr is 50 angstroms or less, it is a perovskite type dielectric thin film containing Zr (Pb 1-x). La
x ) (Zr y Ti 1-y ) 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <1, 0 <
It does not affect the electrical characteristics of y <1).

【0016】また、前記本発明方法の構成によれば、本
発明に係る誘電体薄膜を、効率よく合理的に作製するこ
とができる。また、前記本発明方法の構成において、荷
電粒子もしくは中性粒子ビームをターゲットに照射する
ことにより基板上に誘電体薄膜を形成するという好まし
い構成によれば、1keV程度の運動エネルギーを有す
る荷電粒子もしくは中性粒子ビームによって1×10-4
Torr程度の真空中でターゲットをスパッタリングす
ることにより、基板に飛来するスパッタ粒子の運動エネ
ルギーを比較的高くすることができるので、さらに低い
基板温度で高品質の(Pb1-x Lax )(Zr y Ti
1-y 1-x/4 3 (0≦x<1、0<y<1)薄膜を形
成することができる。
According to the configuration of the method of the present invention,
The dielectric thin film according to the invention can be efficiently and rationally prepared.
You can Further, in the configuration of the method of the present invention,
Irradiate the target with an electric particle or neutral particle beam
Therefore, it is preferable to form a dielectric thin film on the substrate.
According to this configuration, it has a kinetic energy of about 1 keV.
1 × 10 by charged particles or neutral particle beam-Four
Sputter the target in a vacuum of about Torr
Motion of sputtered particles flying to the substrate.
It's even lower because you can make the rugie relatively high
High quality (Pb1-xLax) (Zr yTi
1-y)1-x / 4O3(0 ≦ x <1, 0 <y <1) Form a thin film
Can be made.

【0017】[0017]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。図1に、本発明に係る誘電体薄膜の一実施
例を示す。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. FIG. 1 shows an embodiment of the dielectric thin film according to the present invention.

【0018】本誘電体薄膜を成長させる基板1として
は、配向した結晶性薄膜を得ることができる点で、誘電
体薄膜とエピタキシャル関係にあるものを用いるのが好
ましい。具体的には、酸化マグネシウム、サファイア
(α−Al2 3 )、チタン酸ストロンチウム等の単結
晶の基板や、半導体などの表面に白金などの電極を配向
させて蒸着したものを用いた。基板1の上には、Pb系
強誘電体の中でPb(Zr x Ti1-x )O3 や(Pb
1-x Lax )(Zry Ti1-y 1-x/4 3 (0≦x<
1、0<y<1)(以下、これらを「PLZT」とい
う)ほど高い誘電率ではないが、Zrを含まず比較的安
定に形成できる(Pb1-x Lax )Ti1-x/4 3 (0
≦x<1)(以下、これらを「PLT」という)薄膜2
を形成し、該PLT薄膜2の上にはZrを含有したPL
ZT薄膜3を形成した。この場合、PLT薄膜2の膜厚
としては、PLZT薄膜3の電気的特性に影響を及ぼさ
ない点で、50オングストローム以下であるのが好まし
い。
As a substrate 1 for growing the present dielectric thin film
Is a dielectric, in that an oriented crystalline thin film can be obtained.
It is preferable to use one that has an epitaxial relationship with the body thin film.
Good Specifically, magnesium oxide, sapphire
(Α-Al2O3), Strontium titanate, etc.
Align electrodes such as platinum on the surface of a crystalline substrate or semiconductor
What was made to vapor-deposit was used. On the substrate 1, Pb system
Pb (Zr xTi1-x) O3And (Pb
1-xLax) (ZryTi1-y)1-x / 4O3(0 ≦ x <
1, 0 <y <1 (hereinafter referred to as “PLZT”)
Although it does not have a high dielectric constant, it does not contain Zr and is relatively inexpensive.
Can be formed regularly (Pb1-xLax) Ti1-x / 4O 3(0
≦ x <1) (hereinafter referred to as “PLT”) thin film 2
And a PL containing Zr is formed on the PLT thin film 2.
The ZT thin film 3 was formed. In this case, the film thickness of the PLT thin film 2
Affects the electrical characteristics of the PLZT thin film 3.
In terms of absence, it is preferable that it is 50 angstroms or less
Yes.

【0019】このように基板1とPLZT薄膜3との間
にPLT薄膜2が介在する構造としたことにより、PL
ZとPLZTの結晶系がほぼ同じペロブスカイト構造を
しているために、PLT薄膜2に引きずられる形でPL
ZT薄膜3を容易に結晶成長させることができ、その結
果、強誘電性、焦電性、圧電性等の電気特性を損なうこ
となく、500℃以下の基板温度でPLZT薄膜3を安
定に作製することが可能となった。
As described above, the structure in which the PLT thin film 2 is interposed between the substrate 1 and the PLZT thin film 3 results in the PL
Since the crystal systems of Z and PLZT have almost the same perovskite structure, PL is dragged by the PLT thin film 2.
The ZT thin film 3 can be easily crystal-grown, and as a result, the PLZT thin film 3 can be stably produced at a substrate temperature of 500 ° C. or lower without impairing the electrical characteristics such as ferroelectricity, pyroelectricity, and piezoelectricity. It has become possible.

【0020】一方、以上のような構造を採らず、基板1
の上に直接PLZT薄膜3を形成する場合には、Pbと
Zrとの親和力の悪さなどから基板温度を650℃以上
の高温にしなければならず、また、ペロブスカイト構造
のPLZT薄膜を再現性よく形成することは困難であっ
た。
On the other hand, without adopting the above structure, the substrate 1
When the PLZT thin film 3 is formed directly on the substrate, the substrate temperature must be set to a high temperature of 650 ° C. or higher due to the poor affinity between Pb and Zr, and the PLZT thin film having the perovskite structure is formed with good reproducibility. It was difficult to do.

【0021】図2に、本実施例で用いた薄膜形成装置の
概略図を示す。本形成装置は、その主たる堆積機構とし
て、イオン源4、5、6及び7による最大4元のイオン
ビームスパッタ機構を備えており、それに対応してター
ゲット8、9、10及び11が設置されている。そし
て、イオンビーム電流の制御及びシャッタリングによっ
て、誘電体薄膜の組成及び構造を制御できるようにされ
ている。ペロブスカイト構造の結晶性薄膜を成長させる
基板1としては、前記した理由から、酸化マグネシウ
ム、サファイア(α−Al2 3 )、チタン酸ストロン
チウム等の単結晶の基板やシリコン単結晶基板の上部に
白金を配向させて蒸着したものなどを用いる。尚、ター
ゲットを照射する粒子としてイオンを一旦中性化したも
のを用いれば、金属以外のターゲットを使用する場合に
有効である。
FIG. 2 shows a schematic view of the thin film forming apparatus used in this embodiment. This forming apparatus is provided with a maximum 4-element ion beam sputtering mechanism by ion sources 4, 5, 6 and 7 as a main deposition mechanism, and targets 8, 9, 10 and 11 are installed correspondingly. There is. The composition and structure of the dielectric thin film can be controlled by controlling the ion beam current and shuttering. As the substrate 1 on which the crystalline thin film having the perovskite structure is grown, for the above-mentioned reason, a platinum single crystal substrate such as magnesium oxide, sapphire (α-Al 2 O 3 ), strontium titanate or the like, or a silicon single crystal substrate is used. What is orientated and vapor deposited is used. It should be noted that it is effective to use a target other than a metal, by using the ion-neutralized particles as the particles for irradiating the target.

【0022】次に、図2に示す薄膜形成装置を用いて、
誘電体薄膜を作製する場合について説明する。基板1と
してMgO(100)単結晶基板及び単結晶Si上部に
Pt(111)を蒸着したものを用い、ターゲット8、
9、10及び11としてそれぞれPb、La、Zr及び
Tiの金属ターゲットを用いた。そして、イオン源4、
5、6及び7からアルゴンイオンビームを照射し、各タ
ーゲットを構成する元素を独立に蒸発させて基板1上に
スパッタリング蒸着を行った。ここで、基板1の表面温
度は450℃に保持した。また、形成槽内には、オゾ
ン、酸化窒素などの酸化性ガスを減圧下(トータルガス
圧で1×10-5〜1×10-4Torr)で流し、形成す
る誘電体薄膜が十分酸化されるようにした。尚、基板表
面にイオンビーム照射あるいは紫外線照射を行えば、基
板温度をさらに下げることができる。
Next, using the thin film forming apparatus shown in FIG.
The case of producing a dielectric thin film will be described. As the substrate 1, a MgO (100) single crystal substrate and a single crystal Si on which Pt (111) is vapor-deposited are used.
Metal targets of Pb, La, Zr, and Ti were used as 9, 10, and 11, respectively. And the ion source 4,
Argon ion beams were irradiated from Nos. 5, 6 and 7 to evaporate the elements constituting each target independently to perform sputtering vapor deposition on the substrate 1. Here, the surface temperature of the substrate 1 was kept at 450 ° C. In addition, an oxidizing gas such as ozone or nitric oxide is passed under reduced pressure (total gas pressure of 1 × 10 −5 to 1 × 10 −4 Torr) in the forming tank to sufficiently oxidize the formed dielectric thin film. It was to so. If the substrate surface is irradiated with an ion beam or ultraviolet rays, the substrate temperature can be further lowered.

【0023】まず、第1層を形成するために、Pb、L
a及びTiターゲット8、9及び11にそれぞれ1ke
V程度のアルゴンイオンビームを照射し、(Pb1-x
x)Ti1-x/4 3 (x=0.15)の組成を有する
膜厚約30オングストロームのPLT層2を形成した。
次いで、第2層を形成するために、Pb、Zr及びTi
ターゲット8、10及び11によるイオンビームスパッ
タリングを行い、PLT薄膜2の上に(Pb1-x
x )(Zry Ti1-y 1-x/4 3 (x=0、y=
0.50)の組成を有する膜厚約700オングストロー
ムのPLZT薄膜3を形成した。
First, in order to form the first layer, Pb, L
1 ke for a and Ti targets 8, 9 and 11 respectively
Irradiate with an argon ion beam of about V (Pb 1-x L
A PLT layer 2 having a composition of a x ) Ti 1-x / 4 O 3 (x = 0.15) and a film thickness of about 30 Å was formed.
Then Pb, Zr and Ti to form the second layer
Ion beam sputtering is performed with the targets 8, 10 and 11 and (Pb 1-x L
a x ) (Zr y Ti 1-y ) 1-x / 4 O 3 (x = 0, y =
A PLZT thin film 3 having a composition of 0.50) and a film thickness of about 700 angstrom was formed.

【0024】図3に、MgO(100)単結晶基板上に
形成した誘電体薄膜のX線回折強度を示す。図3に示す
ように、(011)に配向したPLZT薄膜の形成を確
認することができた。
FIG. 3 shows the X-ray diffraction intensity of the dielectric thin film formed on the MgO (100) single crystal substrate. As shown in FIG. 3, formation of the (011) -oriented PLZT thin film could be confirmed.

【0025】図4に、単結晶Si上部にPt(111)
を蒸着した基板上に形成した誘電体薄膜のX線回折強度
を示す。図4に示すように、主に(111)に配向した
PLZT薄膜の形成を確認することができた。
In FIG. 4, Pt (111) is formed on the single crystal Si.
2 shows the X-ray diffraction intensity of the dielectric thin film formed on the substrate on which was vapor-deposited. As shown in FIG. 4, the formation of the PLZT thin film oriented mainly in (111) could be confirmed.

【0026】図5に、MgO(100)単結晶基板上に
形成した誘電体薄膜の分極反転特性を示す。良好な強誘
電特性を示しており、このときの比誘電率は800以上
の値を示した。尚、単結晶Si上部にPt(111)を
蒸着した基板上に形成した誘電体薄膜についても、同様
の電気特性を示すことが確認された。
FIG. 5 shows the polarization inversion characteristics of the dielectric thin film formed on the MgO (100) single crystal substrate. It showed excellent ferroelectric properties, and the relative permittivity at this time was 800 or more. It was confirmed that the dielectric thin film formed on the substrate in which Pt (111) was vapor-deposited on the single crystal Si also showed similar electric characteristics.

【0027】図1に示す構造の誘電体薄膜を応用したも
のとして、上記製造方法によってメモリ素子を作製し
た。誘電体薄膜を上記のように構成したことにより、安
定したPLZT薄膜からなるキャパシタ部を得ることが
でき、また、多元イオンビームスパッタリング法によっ
て低基板温度によるメモリ素子の作製が可能となったこ
とから、基板中に形成されるトランジスタ部や配線に用
いられるAlの熱拡散による性能の低下を防止すること
ができた。また、誘電体薄膜の膜厚を1500オングス
トローム以下としても、絶縁破壊やピンホールなどによ
る電流リークのない良好な電気特性を示した。このた
め、小さな面積でもメモリとしての動作に充分な蓄積電
荷を確保することができ、その結果、メモリ素子の集積
度を大幅に向上させることができた。
As an application of the dielectric thin film having the structure shown in FIG. 1, a memory element was manufactured by the above manufacturing method. By configuring the dielectric thin film as described above, it is possible to obtain a stable capacitor part made of a PLZT thin film, and it is possible to manufacture a memory element at a low substrate temperature by the multiple ion beam sputtering method. It was possible to prevent performance deterioration due to thermal diffusion of Al used for the transistor portion and wiring formed in the substrate. Further, even when the film thickness of the dielectric thin film was set to 1500 angstroms or less, good electric characteristics were exhibited without current leakage due to dielectric breakdown or pinholes. Therefore, it is possible to secure a sufficient amount of accumulated charge for operation as a memory even with a small area, and as a result, it is possible to greatly improve the degree of integration of the memory element.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る誘電
体薄膜の構成によれば、Zrを含まないペロブスカイト
型誘電体薄膜である(Pb1-x Lax )Ti1-x/4 3
(0≦x<1)とZrを含むペロブスカイト型誘電体薄
膜である(Pb1-x Lax )(Zry Ti1-y 1-x/4
3 (0≦x<1、0<y<1)の結晶構造がほぼ同じ
であるために、(Pb1-x Lax )Ti1-x/4 3 (0
≦x<1)薄膜に引きずられる形で(Pb1-x Lax
(Zry Ti1-y 1-x/4 3 (0≦x<1、0<y<
1)薄膜を容易に結晶成長させることができ、その結
果、強誘電性、焦電性、圧電性等の電気特性を損なうこ
となく、500℃以下の基板温度で(Pb 1-x Lax
(Zry Ti1-y 1-x/4 3 (0≦x<1、0<y<
1)薄膜を安定に作製することができる。
As described above, the dielectric according to the present invention
According to the structure of the body thin film, the perovskite containing no Zr
Type dielectric thin film (Pb1-xLax) Ti1-x / 4O3
Perovskite-type dielectric thin film containing (0 ≦ x <1) and Zr
It is a film (Pb1-xLax) (ZryTi1-y)1-x / 4
O3The crystal structures of (0 ≦ x <1, 0 <y <1) are almost the same.
Therefore, (Pb1-xLax) Ti1-x / 4O3(0
≦ x <1) In the form of being dragged by the thin film (Pb1-xLax)
(ZryTi1-y)1-x / 4O3(0 ≦ x <1, 0 <y <
1) The thin film can be easily crystal-grown and
As a result, the electrical characteristics such as ferroelectricity, pyroelectricity and piezoelectricity may be impaired.
At a substrate temperature below 500 ° C (Pb 1-xLax)
(ZryTi1-y)1-x / 4O3(0 ≦ x <1, 0 <y <
1) A thin film can be stably manufactured.

【0029】本発明の構成において、Zrを含まないペ
ロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が50オングストロー
ム以下であるという好ましい構成によれば、Zrを含む
ペロブスカイト型誘電体薄膜である(Pb1-x Lax
(Zry Ti1-y 1-x/4 3 (0≦x<1、0<y<
1)の電気的特性に影響を及ぼすことがない。
In the constitution of the present invention, a Zr-free
The thickness of the rovskite type dielectric thin film is 50 angstrom
According to a preferable configuration of being Zm or less, Zr is included.
Perovskite type dielectric thin film (Pb1-xLax)
(ZryTi1-y)1-x / 4O 3(0 ≦ x <1, 0 <y <
It does not affect the electrical characteristics of 1).

【0030】また、本発明に係る誘電体薄膜の製造方法
によれば、本発明に係る誘電体薄膜を、効率よく合理的
に作製することができる。また、本発明方法の構成にお
いて、荷電粒子もしくは中性粒子ビームをターゲットに
照射することにより基板上に誘電体薄膜を形成するとい
う好ましい構成によれば、1×10-4Torr程度の真
空中で1keV程度の運動エネルギーを有する荷電粒子
もしくは中性粒子ビームによってターゲットをスパッタ
リングすることにより、基板に飛来するスパッタ粒子の
運動エネルギーを比較的高くすることができるので、さ
らに低い基板温度で高品質の(Pb1-x Lax )(Zr
y Ti1-y 1-x/4 3 (0≦x<1、0<y<1)薄
膜を形成することができる。
Further, according to the method for producing a dielectric thin film of the present invention, the dielectric thin film of the present invention can be efficiently and reasonably produced. Further, in the configuration of the method of the present invention, according to a preferred configuration in which the dielectric thin film is formed on the substrate by irradiating the target with a charged particle beam or a neutral particle beam, in a vacuum of about 1 × 10 −4 Torr. By sputtering the target with a charged particle or neutral particle beam having a kinetic energy of about 1 keV, the kinetic energy of sputtered particles flying to the substrate can be made relatively high, so that a high quality ( Pb 1-x La x ) (Zr
It is possible to form a y Ti 1-y ) 1-x / 4 O 3 (0 ≦ x <1, 0 <y <1) thin film.

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

【図1】本発明に係る誘電体薄膜の構造の一実施例を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of a dielectric thin film according to the present invention.

【図2】本発明の一実施例の誘電体薄膜の製造方法に用
いた薄膜形成装置の概略図である。
FIG. 2 is a schematic view of a thin film forming apparatus used in a method of manufacturing a dielectric thin film according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例の誘電体薄膜の製造方法によ
りMgO(100)単結晶基板上に形成された誘電体薄
膜のX線回折強度を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction intensity of a dielectric thin film formed on a MgO (100) single crystal substrate by a method of manufacturing a dielectric thin film according to an example of the present invention.

【図4】本発明の一実施例の誘電体薄膜の製造方法によ
り単結晶Si上部にPt(111)を蒸着した基板上に
形成された誘電体薄膜のX線回折強度を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction intensity of a dielectric thin film formed on a substrate in which Pt (111) is vapor-deposited on an upper surface of single crystal Si by the method for manufacturing a dielectric thin film according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例の誘電体薄膜の製造方法によ
り形成された誘電体薄膜の分極反転特性を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing polarization inversion characteristics of a dielectric thin film formed by a method for manufacturing a dielectric thin film according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 PLT薄膜 3 PLZT薄膜 4、5、6、7 イオン源 8、9、10、11 ターゲット 1 substrate 2 PLT thin film 3 PLZT thin film 4, 5, 6, 7 ion source 8, 9, 10, 11 target

───────────────────────────────────────────────────── 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 C23C 14/34 N 9046−4K H01G 4/10 9375−5E H01L 21/285 S 7376−4M 21/64 7630−4M 41/08 // H01L 27/108 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI Technical display location C23C 14/34 N 9046-4K H01G 4/10 9375-5E H01L 21/285 S 7376-4M 21 / 64 7630-4M 41/08 // H01L 27/108

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Zrを含まないペロブスカイト型誘電体
薄膜と、Zrを含むペロブスカイト型誘電体薄膜との積
層構造を有する誘電体薄膜。
1. A dielectric thin film having a laminated structure of a perovskite type dielectric thin film containing no Zr and a perovskite type dielectric thin film containing Zr.
【請求項2】 基板上に第1層としてZrを含まないペ
ロブスカイト型誘電体薄膜を形成し、前記第1層の上に
Zrを含むペロブスカイト型誘電体薄膜を形成する誘電
体薄膜の製造方法。
2. A method of manufacturing a dielectric thin film, comprising forming a Zr-free perovskite-type dielectric thin film as a first layer on a substrate and forming a Zr-containing perovskite-type dielectric thin film on the first layer.
【請求項3】 荷電粒子もしくは中性粒子ビームをター
ゲットに照射することにより基板上に誘電体薄膜を形成
する請求項2に記載の誘電体薄膜の製造方法。
3. The method for producing a dielectric thin film according to claim 2, wherein the target is irradiated with a charged particle beam or a neutral particle beam to form the dielectric thin film on the substrate.
【請求項4】 Zrを含まないペロブスカイト型誘電体
薄膜の膜厚が50オングストローム以下である請求項1
に記載の誘電体薄膜又は請求項2に記載の誘電体薄膜の
製造方法。
4. The Zr-free perovskite-type dielectric thin film has a thickness of 50 angstroms or less.
The method for producing the dielectric thin film according to claim 1 or the dielectric thin film according to claim 2.
【請求項5】 Zrを含まないペロブスカイト型誘電体
薄膜が(Pb1-x La x )Ti1-x/4 3 (0≦x<
1)の組成で構成されるペロブスカイト型誘電体薄膜で
あり、Zrを含むペロブスカイト型誘電体薄膜が(Pb
1-x Lax )(Zry Ti1-y 1-x/4 3 (0≦x<
1、0<y<1)の組成で構成されるペロブスカイト型
誘電体薄膜である請求項1に記載の誘電体薄膜又は請求
項2に記載の誘電体薄膜の製造方法。
5. A perovskite type dielectric containing no Zr.
The thin film is (Pb1-xLa x) Ti1-x / 4O3(0 ≦ x <
A perovskite-type dielectric thin film composed of the composition of 1)
And a perovskite-type dielectric thin film containing Zr (Pb
1-xLax) (ZryTi1-y)1-x / 4O3(0 ≦ x <
Perovskite type composed of 1,0 <y <1)
The dielectric thin film or claim according to claim 1, which is a dielectric thin film.
Item 3. A method for producing a dielectric thin film according to item 2.
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