JPH06314794A - Electronic device and manufacture thereof - Google Patents

Electronic device and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH06314794A
JPH06314794A JP10251193A JP10251193A JPH06314794A JP H06314794 A JPH06314794 A JP H06314794A JP 10251193 A JP10251193 A JP 10251193A JP 10251193 A JP10251193 A JP 10251193A JP H06314794 A JPH06314794 A JP H06314794A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulator layer
titanate
film
pzt
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10251193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiichirou Kashiwabara
慶一朗 柏原
Tomohito Okudaira
智仁 奥平
Hiromi Ito
博巳 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP10251193A priority Critical patent/JPH06314794A/en
Publication of JPH06314794A publication Critical patent/JPH06314794A/en
Priority to US08/374,890 priority patent/US5572052A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an electronic device of a MIS structure in which lead titanate-zirconate (PZT) or lanthanium-lead titanate-zirconate (PLZT) is deposited to form a ferroelectric insulator layer. CONSTITUTION:An electronic device having a MIS structure comprises a silicon substrate 1, a first insulator layer 2 formed on the silicon substrate 1 which is made of strontium titanate, balium titanate or balium-strontium titanate, a second insulator layer 3 formed on the first insulator layer 2 which is made of PZT or PLZT, and an electrode 4 formed on the second insulator layer 3.

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、強誘電性材料を用いた
MIS構造(金属−絶縁体−半導体構造)を有する電子
デバイスおよびその製造方法に関し、特に、MFS(m
etal−ferroelectrics−semic
onductor)構造を有する素子およびその製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic device having a MIS structure (metal-insulator-semiconductor structure) using a ferroelectric material and a method for manufacturing the same, and more particularly to MFS (m
et al-ferroelectrics-semic
The present invention relates to an element having an on structure and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)および
チタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)のような強
誘電性セラミックスは、圧電素子、焦電素子および電気
光学素子等に利用される。これらの用途は、振動子、赤
外線センサ、光スイッチ等、多岐にわたっている。
2. Description of the Related Art Ferroelectric ceramics such as lead zirconate titanate (PZT) and lead lanthanum zirconate titanate (PLZT) are used for piezoelectric elements, pyroelectric elements, electro-optical elements and the like. These applications are wide-ranging such as vibrators, infrared sensors, and optical switches.

【0003】また、最近、強誘電性セラミックスは、不
揮発性メモリのメモリセルを形成するための材料として
注目されている。図10に強誘電性セラミックスを用い
たキャパシタのヒステリシス特性を示す。キャパシタの
電極間にVcc/2または−Vcc/2の電圧を一旦印
加すると、以降電圧を取除いてもQrまたは−Qrの電
荷を蓄積しておくことが可能である。
Further, recently, ferroelectric ceramics have been attracting attention as a material for forming a memory cell of a non-volatile memory. FIG. 10 shows the hysteresis characteristic of a capacitor using ferroelectric ceramics. Once the voltage of Vcc / 2 or -Vcc / 2 is applied between the electrodes of the capacitor, it is possible to accumulate the charge of Qr or -Qr even if the voltage is subsequently removed.

【0004】そこで、強誘電性セラミックスをMOS電
界効果トランジスタ(FET)のゲート酸化膜と置き換
えることが考えられる。たとえば、図11に示すFET
において、ゲート絶縁膜110を強誘電性セラミックス
で形成し、図12に示す回路を構成するとする。
Therefore, it is conceivable to replace the ferroelectric ceramics with a gate oxide film of a MOS field effect transistor (FET). For example, the FET shown in FIG.
In, the gate insulating film 110 is formed of ferroelectric ceramics to form the circuit shown in FIG.

【0005】図12に示される回路のIN端子に図13
(a)のような電圧信号を与えると、OUT端子に図1
3(b)のような電圧信号が現れることが期待される。
すなわち、ゲート電極に正または負の電極を一旦印加す
ると、FETはスイッチのONまたはOFFの動作を
し、以降、電圧を取除いてもデータを保持できることが
期待できる。このような素子は、MFSFETと呼ば
れ、不揮発性の半導体記憶装置への適用が期待されてい
る。
The IN terminal of the circuit shown in FIG.
When a voltage signal as shown in FIG.
It is expected that a voltage signal like 3 (b) will appear.
That is, once a positive or negative electrode is applied to the gate electrode, the FET operates to turn the switch on or off, and thereafter, it can be expected that data can be retained even if the voltage is removed. Such an element is called an MFSFET and is expected to be applied to a nonvolatile semiconductor memory device.

【0006】上述したFETにおいて、ゲート絶縁膜は
常温で強誘電性を示す材料で形成されなければならな
い。PZTまたはPLZTからなる薄膜は、ゾルゲル
法、スパッタ法またはCVDにより形成することができ
る。これらの方法において、サファイア(0001)お
よびMgO(100)の単結晶上では、PZT膜および
PLZT膜は良好な結晶性を有し、かつ常温で強誘電性
を示すことが知られている。また、白金基板上において
もある程度結晶性のよいPLZT膜を形成することがで
きる。
In the above-mentioned FET, the gate insulating film must be made of a material exhibiting ferroelectricity at room temperature. The thin film made of PZT or PLZT can be formed by a sol-gel method, a sputtering method or CVD. In these methods, it is known that on a sapphire (0001) and MgO (100) single crystal, the PZT film and the PLZT film have good crystallinity and exhibit ferroelectricity at room temperature. Further, it is possible to form a PLZT film having good crystallinity even on a platinum substrate.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
基板、特にSi基板上に直接PZT膜またはPLZT膜
を形成した場合、良好な結晶性を有し、かつ強誘電性を
示す膜を得ることは困難である。アモルファスのPZT
膜またはPLZT膜によって、十分な特性をデバイスに
付与することは困難である。
However, when a PZT film or a PLZT film is formed directly on a semiconductor substrate, especially a Si substrate, it is difficult to obtain a film having good crystallinity and ferroelectricity. Is. Amorphous PZT
It is difficult to impart sufficient characteristics to the device by the film or PLZT film.

【0008】本発明の目的は、MIS構造を有するデバ
イスにおいて、PZTおよびPLZTのようなチタン酸
ジルコン酸塩からなる絶縁膜の結晶性を向上させ、常温
で強誘電性を示す膜を提供することにある。
An object of the present invention is to improve the crystallinity of an insulating film made of zirconate titanate such as PZT and PLZT in a device having a MIS structure, and to provide a film exhibiting ferroelectricity at room temperature. It is in.

【0009】本発明のさらなる目的は、実用的なMFS
構造を有する素子、特にMFSFETを提供することに
ある。
A further object of the invention is a practical MFS.
An object is to provide a device having a structure, particularly an MFSFET.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】第1の発明に従って、M
IS構造を有する電子デバイスが提供され、そこにおい
てMIS構造のための絶縁体層は、チタン酸ストロンチ
ウム(SrTiO3 )、チタン酸バリウム(BaTiO
3 )およびチタン酸バリウムストロンチウム(BaX
1-X TiO3 (0<X<1))からなる群から選択さ
れる少なくとも1つのチタン酸塩からなる第1の絶縁体
層と、第1の絶縁体層に接し、かつチタン酸ジルコン酸
塩からなる第2の絶縁体層とを備え、第1の絶縁体層
は、MIS構造のための半導体と第2の絶縁体層との間
に介在し、かつ第2の絶縁体層は常温で強誘電性を示
す。
According to the first invention, M
An electronic device having an IS structure is provided, wherein the insulator layer for the MIS structure is strontium titanate (SrTiO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ).
3 ) and barium strontium titanate (Ba X S
r 1-X TiO 3 (0 <X <1)), a first insulating layer made of at least one titanate selected from the group consisting of r 1 -X TiO 3 (0 <X <1), and a zircon titanate in contact with the first insulating layer. A second insulator layer made of an acid salt, the first insulator layer is interposed between the semiconductor for the MIS structure and the second insulator layer, and the second insulator layer is It exhibits ferroelectricity at room temperature.

【0011】第1の発明において、半導体には、シリコ
ン、特にp型またはn型のSi(100)単結晶基板お
よびSi(111)単結晶基板が好ましく用いられる。
さらに、半導体として、Ge等のその他のIV族半導
体、GaAs等のIII−V族半導体、またはInP等
のII−VI族半導体等の種々の半導体を用いてもよ
い。
In the first aspect of the invention, as the semiconductor, silicon, particularly p-type or n-type Si (100) single crystal substrate and Si (111) single crystal substrate are preferably used.
Further, various semiconductors such as other IV group semiconductors such as Ge, III-V group semiconductors such as GaAs, or II-VI group semiconductors such as InP may be used as the semiconductor.

【0012】第1の発明において第1の絶縁体層は、チ
タン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸バ
リウムストロンチウムまたはそれらの組合せからなる。
これらの材料は、いずれも半導体基板上にペロブスカイ
ト型の結晶を形成しやすい。第1の発明において、第1
の絶縁体層は、通常、ペロブスカイト型の結晶構造を有
する。これらの材料の中で、Si基板上でペロブスカイ
ト型の結晶構造を容易に得られる点から、チタン酸スト
ロンチウムがより好ましい。
In the first invention, the first insulator layer is made of strontium titanate, barium titanate, barium strontium titanate or a combination thereof.
All of these materials easily form perovskite type crystals on the semiconductor substrate. In the first invention, the first
The insulating layer usually has a perovskite type crystal structure. Among these materials, strontium titanate is more preferable because a perovskite type crystal structure can be easily obtained on a Si substrate.

【0013】第1の絶縁体層は、たとえば100〜50
0Åの厚みで形成することができる。
The first insulator layer is, for example, 100 to 50.
It can be formed with a thickness of 0Å.

【0014】第1の発明において、第2の絶縁体層を形
成するジルコン酸チタン酸塩として、下記の化学組成式
で示される化合物を好ましく用いることができる。
In the first invention, a compound represented by the following chemical composition formula can be preferably used as the zirconate titanate forming the second insulator layer.

【0015】[0015]

【化1】 [Chemical 1]

【0016】上式においてy=0の場合、ジルコン酸チ
タン酸鉛(PZT)、y≠0の場合、ジルコン酸チタン
酸ランタン鉛(PLZT)となる。上式中、yは0また
は0.03〜0.1の範囲が好ましい。また、zが0.
5または0.65〜0.7の範囲の化合物がより好まし
く用いられる。
In the above formula, when y = 0, lead zirconate titanate (PZT) is obtained, and when y ≠ 0, lead lanthanum zirconate titanate (PLZT) is obtained. In the above formula, y is preferably 0 or in the range of 0.03 to 0.1. Also, z is 0.
A compound in the range of 5 or 0.65 to 0.7 is more preferably used.

【0017】さらに、ジルコン酸チタン酸塩として、P
ZTにおけるPbの一部がFeで置換されたジルコン酸
チタン酸鉄鉛(PFZT)、PZTにおけるPbの一部
がMnで置換されたジルコン酸チタン酸マンガン鉛(P
MZT)等を用いてもよい。
Further, as zirconate titanate, P
Lead iron titanate zirconate titanate (PFZT) in which part of Pb in ZT is replaced with Fe, lead manganese titanate zirconate titanate in which part of Pb in PZT is replaced with Mn (P
MZT) or the like may be used.

【0018】第1の発明において、第2の絶縁体層の厚
みは、たとえば1000〜1500Åの範囲とすること
ができる。
In the first invention, the thickness of the second insulating layer can be set in the range of, for example, 1000 to 1500Å.

【0019】第1の発明において、MIS構造のための
電極層は、Pt、Al、AlSi等のAl合金、Ti、
TiSi等のTi合金、W、WSi等のW合金、Cu、
ポリシリコンまたはそれらの組合せ等から形成すること
ができる。
In the first invention, the electrode layer for the MIS structure is Pt, Al, Al alloy such as AlSi, Ti,
Ti alloy such as TiSi, W, W alloy such as WSi, Cu,
It can be formed of polysilicon or a combination thereof.

【0020】第1の発明において、第1の絶縁体層は半
導体基板上に直接形成されてもよいし、他の膜を介して
半導体基板上に設けられてもよい。半導体基板上に他の
膜を形成し、それに接するように第1の絶縁体層を形成
する場合、他の膜として、シリコン酸化膜、シリコン窒
化膜、酸化窒化膜、TiO2 膜、Ta2 5 膜またはそ
れらの組合せ等を用いることができる。
In the first invention, the first insulator layer may be directly formed on the semiconductor substrate, or may be provided on the semiconductor substrate via another film. When another film is formed on the semiconductor substrate and the first insulator layer is formed so as to be in contact therewith, the other film may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, an oxynitride film, a TiO 2 film, or a Ta 2 O film. Five membranes or a combination thereof can be used.

【0021】第2の発明に従って、MIS構造を有する
電子デバイスの製造方法は、MIS構造のための半導体
部分を準備するステップと、半導体部分上に第3の絶縁
体層を形成するステップと、第3の絶縁体層上に、チタ
ン酸ジルコン酸塩からなる第4の絶縁体層を形成するス
テップと、MIS構造のための電極層を形成するステッ
プとを備え、さらに第3の絶縁体層を形成するステップ
は、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3 )、チタン
酸バリウム(BaTiO3 )およびチタン酸バリウムス
トロンチウム(BaX Sr1-X TiO3 (0<X<
1))からなる群から選択される少なくとも1つのチタ
ン酸塩からなる絶縁体層を形成するステップを備え、か
つ第4の絶縁体層は、上記チタン酸塩からなる絶縁体層
上に形成される。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electronic device having a MIS structure, the step of preparing a semiconductor portion for the MIS structure, the step of forming a third insulator layer on the semiconductor portion, and the step of: The step of forming a fourth insulating layer made of zirconate titanate on the insulating layer of No. 3 and the step of forming an electrode layer for the MIS structure, and further forming a third insulating layer. The forming step includes strontium titanate (SrTiO 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ), and barium strontium titanate (Ba X Sr 1-X TiO 3 (0 <X <
1)) forming an insulator layer of at least one titanate selected from the group consisting of: and a fourth insulator layer formed on the titanate insulator layer. It

【0022】第2の発明において、チタン酸ストロンチ
ウム、チタン酸バリウムおよびチタン酸バリウムストロ
ンチウムからなる群から選択される少なくとも1つのチ
タン酸塩からなる絶縁体層は、ゾルゲル法等の液相法、
スパッタリング等のPVDまたはMOCVD等のCVD
により形成することができる。チタン酸塩からなる絶縁
体層は、これらの方法により、たとえば100〜500
Åの厚みで形成することができる。
In the second invention, the insulator layer made of at least one titanate selected from the group consisting of strontium titanate, barium titanate and barium strontium titanate is a liquid phase method such as a sol-gel method,
PVD such as sputtering or CVD such as MOCVD
Can be formed by. The insulating layer made of titanate is, for example, 100 to 500 by these methods.
It can be formed with a thickness of Å.

【0023】同様に、PZTまたはPLZT等のチタン
酸ジルコン酸塩からなる第4の絶縁体層は、ゾルゲル法
等の液相法、スパッタリング等のPVDまたはMOCV
D等のCVDにより形成することができる。第4の絶縁
体層は、これらの方法により、たとえば1000〜15
00Åの厚みで形成することができる。
Similarly, the fourth insulator layer made of zirconate titanate such as PZT or PLZT is a liquid phase method such as sol-gel method, PVD or MOCV such as sputtering.
It can be formed by CVD such as D. The fourth insulator layer is, for example, 1000 to 15 by these methods.
It can be formed with a thickness of 00Å.

【0024】第2の発明においてスパッタ法を用いる場
合、チタン酸塩からなる絶縁体層を形成するに際し、ス
パッタターゲットとしてチタン酸ストロンチウム、チタ
ン酸バリウムまたはチタン酸バリウムストロンチウムの
ための化学量論的組成を有するセラミックス焼結体を好
ましく用いることができる。第4の絶縁体層を形成する
に際しては、チタン酸ジルコン酸鉛またはチタン酸ジル
コン酸ランタン鉛等のための化学量論的組成を有するセ
ラミックス焼結体を好ましく用いることができる。
When the sputtering method is used in the second invention, a stoichiometric composition for strontium titanate, barium titanate or barium strontium titanate as a sputtering target when forming an insulator layer made of titanate is used. It is possible to preferably use a ceramics sintered body having When forming the fourth insulator layer, a ceramic sintered body having a stoichiometric composition for lead zirconate titanate, lead lanthanum zirconate titanate, or the like can be preferably used.

【0025】スパッタガスとしては、ArとO2 の混合
ガスが好ましく用いられる。2種類のセラミックス焼結
体を用いて、チタン酸塩からなる絶縁体層および第4の
絶縁体層を連続的に形成してもよい。
As the sputtering gas, a mixed gas of Ar and O 2 is preferably used. An insulating layer made of titanate and a fourth insulating layer may be continuously formed by using two kinds of ceramics sintered bodies.

【0026】スパッタ法において、絶縁体層を堆積する
ための基板は、500〜700℃に加熱することができ
る。このような高温での堆積では、as grownで
ペロブスカイト型結晶構造を有する膜を得ることができ
る。一方、基板の温度を300℃程度の温度に設定して
もよい。このような温度でのスパッタリングの後、50
0℃〜700℃の温度でのニーリングにより、ペロブス
カイト型の結晶構造を有する膜を形成することができ
る。
In the sputtering method, the substrate for depositing the insulating layer can be heated to 500 to 700 ° C. By depositing at such a high temperature, a film having a perovskite type crystal structure can be obtained by as grown. On the other hand, the temperature of the substrate may be set to a temperature of about 300 ° C. After sputtering at such temperature, 50
A film having a perovskite type crystal structure can be formed by performing the annealing at a temperature of 0 ° C to 700 ° C.

【0027】第2の発明において、絶縁体層を形成する
ためCVDを好ましく用いることができる。CVDにお
いて、Pbのソース原料として、Pbのβ−ジケトン錯
体を好ましく用いることができる。Pbのβ−ジケトン
錯体は、以下の構造式で示すことができる。
In the second invention, CVD can be preferably used to form the insulator layer. In the CVD, a β-diketone complex of Pb can be preferably used as a source material of Pb. The β-diketone complex of Pb can be represented by the following structural formula.

【0028】[0028]

【化2】 [Chemical 2]

【0029】Pbのβ−ジケトン錯体は、毒性が低いた
め、その取扱いに伴う危険性は低い。Pbのβ−ジケト
ン錯体は、従来のソース原料と比べて相対的に低い融点
を有するため、その気化を相対的に低温で容易に行なう
ことができる。CVDにおいて、気化されたPbのβ−
ジケトン錯体は、ほとんど分解されることなく、基板上
に到達させることができる。このような点から、Pbの
β−ジケトン錯体は、工業上実用的である。
Since the β-diketone complex of Pb has low toxicity, the risk associated with its handling is low. Since the β-diketone complex of Pb has a relatively low melting point as compared with the conventional source material, its vaporization can be easily performed at a relatively low temperature. Β- of vaporized Pb in CVD
The diketone complex can reach the substrate with almost no decomposition. From these points, the β-diketone complex of Pb is industrially practical.

【0030】Pbのβ−ジケトン錯体の好ましい例とし
て、アセチルアセトナト鉛(上式中R1 =CH3 、R2
=CH3 )、ジピバロイルメタナト鉛(上式中R1 =C
(CH3 3 、R2 =C(CH3 3 )、ヘプタフルオ
ロブタノイルピバロイルメタナト鉛(上式中R1 =C3
7 、R2 =C(CH3 )3 )およびヘキサフルオロア
セチルアセトナト鉛等を挙げることができる。さらに、
CVDプロセスの低温化を図るため、より低い融点を有
するトリメチルヘプタンジオナト鉛(TMHPD)(上
式中R1 =CH(CH3 2 、R2 =C(CH3
3 (融点77℃))を用いてもよい。
As a preferable example of the β-diketone complex of Pb, lead acetylacetonato (in the above formula, R 1 ═CH 3 , R 2
= CH 3 ), dipivaloylmethanatolead (R 1 = C in the above formula)
(CH 3) 3, R 2 = C (CH 3) 3), heptafluorobutanoyl pivaloyl meth isocyanatomethyl lead (in the above formula R 1 = C 3
F 7 , R 2 ═C (CH 3 ) 3) and lead hexafluoroacetylacetonato can be mentioned. further,
To lower the temperature of the CVD process, trimethylheptanedionato lead (TMHPD) having a lower melting point (in the above formula, R 1 ═CH (CH 3 ) 2 and R 2 ═C (CH 3 )
3 (melting point 77 ° C.) may be used.

【0031】これらのPbソース原料は、加熱溶融され
たものの中にキャリアガスを吹込むことによってCVD
のための環境にその蒸気が輸送されてもよいし、固体を
加熱により昇華させてキャリアガスでその蒸気をCVD
の環境に輸送してもよい。これらの場合において、キャ
リアガスには通常窒素ガスが用いられる。
These Pb source materials are CVD-processed by blowing a carrier gas into the heated and melted material.
The vapor may be transported to the environment for heating or subliming the solid by heating and vaporizing the vapor with a carrier gas.
May be transported to the environment. In these cases, nitrogen gas is usually used as the carrier gas.

【0032】Zrソース原料として、25℃、1atm
で液体のジルコニウムアルコキシド(Zr(OR)4
を好ましく用いることができる。ジルコニウムアルコキ
シドは、たとえば、ジルコニウムメトキシド、ジルコニ
ウムエトキシド、ジルコニウムプロポキシドおよびジル
コニウムブトキシドからなる群から選択することができ
る。ジルコニウムアルコキシドのとくに好ましい例とし
て、四第3ブトキシジルコニウムを挙げることができ
る。
As a Zr source material, 25 ° C., 1 atm
Liquid zirconium alkoxide (Zr (OR) 4 )
Can be preferably used. The zirconium alkoxide can be selected, for example, from the group consisting of zirconium methoxide, zirconium ethoxide, zirconium propoxide and zirconium butoxide. As a particularly preferable example of the zirconium alkoxide, quaternary butoxyzirconium can be mentioned.

【0033】Tiソース原料として、25℃、1atm
で液体のチタンアルコキシド(Ti(OR′)4 )を好
ましく用いることができる。チタンアルコキシドは、た
とえば、チタンメトキシド、チタンエトキシド、チタン
プロポキシドおよびチタンブトキシドからなる群から選
択することができる。とくに好ましいチタンアルコキシ
ドとして、テトライソプロポキシチタンを挙げることが
できる。
As a Ti source material, 25 ° C., 1 atm
Thus, liquid titanium alkoxide (Ti (OR ') 4 ) can be preferably used. The titanium alkoxide can be selected, for example, from the group consisting of titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide and titanium butoxide. Tetraisopropoxy titanium can be mentioned as a particularly preferable titanium alkoxide.

【0034】Laソース原料として、Laのβ−ジケト
ン錯体を好ましく用いることができる。とくに好ましい
Laのβ−ジケトン錯体として、たとえばトリジピバロ
イルメタナトランタン(La(DPM)3 )を挙げるこ
とができる。
As the La source material, a β-diketone complex of La can be preferably used. A particularly preferable β-diketone complex of La is, for example, tridipivaloylmethanatrantan (La (DPM) 3 ).

【0035】Baソース原料として、Baのβ−ジケト
ン錯体を好ましく用いることができる。好ましいBaの
β−ジケトン錯体として、たとえばビスジピバロイルメ
タナトバリウム(Ba(DPM)2 )を挙げることがで
きる。
As the Ba source material, a β-diketone complex of Ba can be preferably used. Examples of preferable β-diketone complex of Ba include bisdipivaloylmethanatobarium (Ba (DPM) 2 ).

【0036】Srソース原料として、Srのβ−ジケト
ン錯体を好ましく用いることができる。好ましいSrの
β−ジケトン錯体として、たとえばビスジピバロイルメ
タナトストロンチウム(Sr(DPM)2 )が挙げられ
る。
As the Sr source material, a β-diketone complex of Sr can be preferably used. Examples of preferable β-diketone complex of Sr include bisdipivaloylmethanatostrontium (Sr (DPM) 2 ).

【0037】加えて、ソース原料の酸化剤として、酸素
およびオゾンの少なくともいずれかを用いることができ
る。
In addition, at least one of oxygen and ozone can be used as an oxidant for the source material.

【0038】第2の発明において、チタン酸塩からなる
絶縁体層または第4の絶縁体層は、上述した原料を用い
て熱CVDにより好ましく形成することができる。熱C
VDにおいて、基板は、たとえば600〜700℃に加
熱される。
In the second invention, the insulating layer made of titanate or the fourth insulating layer can be preferably formed by thermal CVD using the above-mentioned raw materials. Heat C
In VD, the substrate is heated to, for example, 600-700 ° C.

【0039】第2の発明において、半導体には、シリコ
ン、特にp型またはn型のSi(100)単結晶基板ま
たはSi(111)単結晶基板が好ましく用いられる。
さらに半導体として、Ge等のその他のIV族半導体、
GaAs等のIII−V族半導体、またはInP等のI
I−VI族半導体等の種々の半導体を用いてもよい。
In the second aspect of the invention, as the semiconductor, silicon, particularly p-type or n-type Si (100) single crystal substrate or Si (111) single crystal substrate is preferably used.
Further, as a semiconductor, other IV group semiconductors such as Ge,
Group III-V semiconductors such as GaAs or I such as InP
Various semiconductors such as I-VI group semiconductors may be used.

【0040】第2の発明において、上述した[化1]の
化学組成式で示されるジルコン酸チタン酸塩からなる第
4の絶縁層が好ましく形成される。さらに、第4の絶縁
体層はPFZTまたはPMZT等から形成されてもよ
い。
In the second invention, the fourth insulating layer made of zirconate titanate represented by the chemical composition formula [Chemical Formula 1] is preferably formed. Furthermore, the fourth insulator layer may be formed of PFZT, PMZT, or the like.

【0041】第2の発明において、MIS構造のための
電極層は、Pt、Al、AlSi等のAl合金、Ti、
TiSi等のTi合金、W、WSi等のW合金、もしく
はCu等の金属、またはポリシリコンもしくは珪化タン
グステンなどのシリコン化合物から生成することができ
る。
In the second invention, the electrode layer for the MIS structure is Pt, Al, Al alloy such as AlSi, Ti,
It can be produced from a Ti alloy such as TiSi, a W alloy such as W or WSi, a metal such as Cu, or a silicon compound such as polysilicon or tungsten silicide.

【0042】第2の発明において、第3の絶縁体層は、
チタン酸塩からなる絶縁体層の他に絶縁体層を含んでも
よい。この場合、第3の絶縁体層を形成するステップ
は、チタン酸塩からなる絶縁体層を形成するステップの
前に他の絶縁体層を形成するステップを含む。半導体上
に他の絶縁膜がまず形成され、その上にチタン酸塩から
なる絶縁体層が形成される。次いで、チタン酸塩からな
る絶縁体層上に第4の絶縁体層が形成される。他の絶縁
体層として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化窒
化膜、TiO2 膜、Ta2 5 膜またはそれらの組合せ
等を形成することができる。
In the second invention, the third insulator layer is
An insulating layer may be included in addition to the insulating layer made of titanate. In this case, the step of forming the third insulator layer includes the step of forming another insulator layer before the step of forming the insulator layer made of titanate. Another insulating film is first formed on the semiconductor, and an insulating layer made of titanate is formed thereon. Then, a fourth insulator layer is formed on the insulator layer made of titanate. As another insulator layer, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an oxynitride film, a TiO 2 film, a Ta 2 O 5 film, or a combination thereof can be formed.

【0043】[0043]

【作用】本発明者らは、半導体基板上に優れた特性を示
す強誘電体層をいかにして設けるかについて研究を行な
ってきた。PZTおよびPLZT等のチタン酸ジルコン
酸塩から絶縁体膜を形成する場合、膜の材料がペロブス
カイト型の結晶構造を有するようになることが重要な鍵
であった。Si基板上に、直接PZT膜またはPLZT
膜を形成しても、ペロブスカイト型の結晶構造を有する
膜を得ることは困難であった。
The present inventors have conducted research on how to provide a ferroelectric layer having excellent characteristics on a semiconductor substrate. When forming an insulator film from zirconate titanate such as PZT and PLZT, it was an important key that the material of the film had a perovskite type crystal structure. PZT film or PLZT directly on Si substrate
Even if the film was formed, it was difficult to obtain a film having a perovskite type crystal structure.

【0044】そこで、本発明者らは、半導体基板等のP
ZTやPLZTと物性のかなり異なる異種材料上にペロ
ブスカイト型結晶を形成しやすい材料を見出すべく検討
を行なった。その結果、好ましい材料として、チタン酸
ストロンチウム、チタン酸バリウムおよびチタン酸バリ
ウムストロンチウムが見出された。次いで、これらの材
料からなる薄膜の上にPZT膜またはPLZT膜を形成
した結果、ペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電
体膜が形成できることが見出された。これは、半導体基
板上に形成されるチタン酸ストロンチウム等のペロブス
カイト型結晶が、PZTまたはPLZTの結晶成長のた
めの初期核として働くからであると考えられた。すなわ
ち、下地の結晶構造に対して、PZTまたはPLZT等
をヘテロエピタキシャル成長させることが可能になると
考えられた。
Therefore, the inventors of the present invention used P for a semiconductor substrate or the like.
A study was conducted to find a material that easily forms a perovskite-type crystal on a different material whose physical properties are significantly different from those of ZT and PLZT. As a result, strontium titanate, barium titanate and barium strontium titanate were found as preferable materials. Then, as a result of forming a PZT film or a PLZT film on a thin film made of these materials, it was found that a ferroelectric film having a perovskite type crystal structure can be formed. It is considered that this is because the perovskite type crystal such as strontium titanate formed on the semiconductor substrate acts as an initial nucleus for crystal growth of PZT or PLZT. That is, it was considered that PZT, PLZT, or the like can be heteroepitaxially grown on the underlying crystal structure.

【0045】以上に述べてきたとおり、第1の発明に従
う電子デバイスにおいて、チタン酸ストロンチウム、チ
タン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウムまた
はそれらの組合せからなる第1の絶縁体層に接して設け
られ、PZTまたはPLZT等のチタン酸ジルコン酸塩
からなる第2の絶縁体層は、ペロブスカイト型の結晶構
造を有し、かつ常温において強誘電性を示す。したがっ
て、本発明の構造は、MFS構造を有する実用的な電子
デバイスを実現するものである。
As described above, in the electronic device according to the first aspect of the invention, the PZT is provided in contact with the first insulating layer made of strontium titanate, barium titanate, barium strontium titanate or a combination thereof. Alternatively, the second insulating layer made of zirconate titanate such as PLZT has a perovskite type crystal structure and exhibits ferroelectricity at room temperature. Therefore, the structure of the present invention realizes a practical electronic device having an MFS structure.

【0046】また、上述したように、チタン酸ストロン
チウム、チタン酸バリウムまたはチタン酸バリウムスト
ロンチウムは、半導体基板等のPZTやPLZTと物性
のかなり異なる材料上に、容易にペロブスカイト型結晶
を形成することができる。第2の発明に従う製造方法で
は、第3の絶縁体層形成ステップにおいて、チタン酸塩
からなる絶縁体層が形成される。チタン酸塩からなる絶
縁体層上にPZTまたはPLZT等のチタン酸ジルコン
酸塩からなる絶縁体層を形成すれば、ペロブスカイト型
結晶構造を有する強誘電体層を得ることが可能となる。
このようなプロセスによれば、MFS構造を有する電子
デバイスを容易に製造することができる。
Further, as described above, strontium titanate, barium titanate or barium strontium titanate can easily form a perovskite type crystal on a material having physical properties considerably different from those of PZT or PLZT such as a semiconductor substrate. it can. In the manufacturing method according to the second aspect of the invention, in the third insulator layer forming step, the insulator layer made of titanate is formed. By forming an insulating layer made of zirconate titanate such as PZT or PLZT on an insulating layer made of titanate, a ferroelectric layer having a perovskite type crystal structure can be obtained.
According to such a process, an electronic device having an MFS structure can be easily manufactured.

【0047】また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸
バリウムおよびチタン酸バリウムストロンチウムは、P
ZTまたはPLZTに比べて高い電気抵抗を示し、優れ
た絶縁性を有する。このため、チタン酸塩からなる絶縁
体層とチタン酸ジルコン酸塩からなる絶縁体層を積層す
れば、チタン酸ジルコン酸塩の膜を単独で用いるよりも
電気抵抗を高めることができる。より高い電気抵抗を有
する積層構造は、リーク電流を抑制するという点から、
特にFETのゲート絶縁膜として有用である。
Further, strontium titanate, barium titanate and barium strontium titanate are P
It has a higher electric resistance than ZT or PLZT and has excellent insulating properties. Therefore, by stacking the insulating layer made of titanate and the insulating layer made of zirconate titanate, the electric resistance can be increased as compared with the case where the zirconate titanate film is used alone. The laminated structure having higher electrical resistance suppresses leakage current,
In particular, it is useful as a gate insulating film of FET.

【0048】以下に、本発明のより具体的な例を示す。Hereinafter, more specific examples of the present invention will be shown.

【0049】[0049]

【実施例】第1の発明に従う電子デバイスについて、M
IS構造の部分(たとえば、半導体装置におけるトラン
ジスタのゲート部分)の一具体例を図1に示す。図1を
参照して、p型またはn型のシリコン(100)単結晶
またはシリコン(111)単結晶等からなるシリコン基
板1上には、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウ
ム、チタン酸バリウムストロンチウム、またはそれらの
組合せからなる第1の絶縁体層2が形成されている。第
1の絶縁体層2上には、PZTまたはPLZTからなる
第2の絶縁体層3が形成される。第2の絶縁体層3上に
は、白金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、
チタン合金、タングステン、タングステン合金もしくは
銅などの金属、またはポリシリコンもしくは珪化タング
ステンなどのシリコン化合物からなる電極4が形成され
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An electronic device according to the first invention is
FIG. 1 shows a specific example of an IS structure portion (for example, a gate portion of a transistor in a semiconductor device). Referring to FIG. 1, on a silicon substrate 1 made of p-type or n-type silicon (100) single crystal, silicon (111) single crystal, or the like, strontium titanate, barium titanate, barium strontium titanate, or A first insulator layer 2 made of a combination thereof is formed. A second insulator layer 3 made of PZT or PLZT is formed on the first insulator layer 2. On the second insulator layer 3, platinum, aluminum, aluminum alloy, titanium,
An electrode 4 made of a metal such as titanium alloy, tungsten, a tungsten alloy or copper, or a silicon compound such as polysilicon or tungsten silicide is formed.

【0050】このような構造は次のようにして形成する
ことができる。図2を参照して、まず図2(a)に示す
ようにシリコン基板11を準備する。次に、図2(b)
に示すように、シリコン基板11上に第1の絶縁体層1
2を形成する。第1の絶縁体層12は、たとえばスパッ
タ法により形成することができる。
Such a structure can be formed as follows. Referring to FIG. 2, first, a silicon substrate 11 is prepared as shown in FIG. Next, FIG. 2 (b)
As shown in, the first insulator layer 1 is formed on the silicon substrate 11.
Form 2. The first insulator layer 12 can be formed by, for example, a sputtering method.

【0051】図3は、第1の絶縁体層を形成するための
スパッタ装置を模式的に示している。図3を参照して、
反応室31内では、薄膜を形成するための基板32がサ
セプタ33に取付けられる。サセプタ33は、抵抗加熱
により400〜700℃、好ましくは500〜600℃
に加熱される。反応室31は、ロータリーポンプ34お
よびクライオポンプ35により排気することができる。
ターゲット材36には、化学量論的組成比を有するセラ
ミックス焼結体を用いることができる。セラミックス焼
結体として、組成比SrTiO3 、BaTiO3 または
BaX Sr1-XTiO3 (0<X<1)の材料が用いら
れる。
FIG. 3 schematically shows a sputtering apparatus for forming the first insulator layer. Referring to FIG.
In the reaction chamber 31, a substrate 32 for forming a thin film is attached to the susceptor 33. The susceptor 33 is 400 to 700 ° C., preferably 500 to 600 ° C. by resistance heating.
To be heated. The reaction chamber 31 can be evacuated by the rotary pump 34 and the cryopump 35.
As the target material 36, a ceramic sintered body having a stoichiometric composition ratio can be used. As the ceramic sintered body, a material having a composition ratio of SrTiO 3 , BaTiO 3 or Ba X Sr 1-X TiO 3 (0 <X <1) is used.

【0052】反応室31には、ガス流量制御装置37お
よび37´を有する配管系38を通じてアルゴンまたは
酸素ガスが供給される。、ガスの組成は流量制御によっ
て可変であるが、Ar/O2 比は、5/1〜9/1の範
囲が好ましい。
Argon or oxygen gas is supplied to the reaction chamber 31 through a pipe system 38 having gas flow rate control devices 37 and 37 '. The composition of the gas can be changed by controlling the flow rate, but the Ar / O 2 ratio is preferably in the range of 5/1 to 9/1.

【0053】基板32とターゲット36の間には高周波
電源39により13.56MHzの高周波が印加され
る。入力電力は、200〜1kWの範囲が用いられる。
基板とターゲット間の距離は50〜100mmである。
以上述べてきた成膜条件によって、15〜30分間でチ
タン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムまたはチタン
酸バリウムストロンチウムからなる絶縁体層を500〜
1000Åの厚みで得ることができる。
A high frequency power of 13.56 MHz is applied between the substrate 32 and the target 36 by a high frequency power supply 39. The input power is in the range of 200 to 1 kW.
The distance between the substrate and the target is 50 to 100 mm.
According to the film forming conditions described above, an insulating layer made of strontium titanate, barium titanate, or barium strontium titanate can be applied in an amount of 500-
It can be obtained with a thickness of 1000Å.

【0054】次いで、PZTまたはPLZTからなる第
2の絶縁体層をゾルゲル法によって形成することができ
る。この絶縁体層を形成するため、図4に示すようなフ
ローに従うゾルゲル法が用いられる。PZTを形成する
場合、ゾルゲル溶液として酢酸鉛、テトラブトキシジル
コニウムおよびテトラプロポキシチタンを有機溶媒に溶
かしたものが用いられる。PLZTを形成する場合、こ
れらの原料にさらに酢酸ランタンが加えられる。
Then, a second insulator layer made of PZT or PLZT can be formed by the sol-gel method. To form this insulator layer, a sol-gel method that follows the flow shown in FIG. 4 is used. When forming PZT, a sol-gel solution prepared by dissolving lead acetate, tetrabutoxyzirconium and tetrapropoxytitanium in an organic solvent is used. To form PLZT, lanthanum acetate is further added to these raw materials.

【0055】図4に示すように、ゾルゲル溶液を、スパ
ッタ法によって形成された第1の絶縁体層上にスピンコ
ートし、乾燥および仮焼成を行なうことにより厚み約5
00Å程度の膜が得られる。図に示すように、乾燥は1
00〜200℃の温度で10分間、N2 雰囲気下で行な
われる。仮焼成は300〜500℃の温度で30分間、
2 雰囲気下で行なわれる。スピンコートから仮焼成ま
での工程を4〜5回繰返し、所望の膜厚を得る。得られ
た膜を、500〜700℃で30分間程度、O 2 雰囲気
中で本焼成することによりPZT膜またPLZT膜を得
る。
As shown in FIG. 4, a sol-gel solution was added to the spa.
On the first insulator layer formed by the sputtering method.
Thickness of about 5 by heating, drying and calcination
A film of about 00Å can be obtained. As shown in the figure, the drying is 1
10 minutes at a temperature of 00 to 200 ° C., N2Go under the atmosphere
Be seen. The calcination is performed at a temperature of 300 to 500 ° C. for 30 minutes,
O2It is done in an atmosphere. From spin coating to temporary firing
The above step is repeated 4 to 5 times to obtain a desired film thickness. Obtained
The film at 500-700 ° C for 30 minutes 2atmosphere
PZT film or PLZT film is obtained by main baking in
It

【0056】一方、PZT膜またはPLZT膜はCVD
により形成することもできる。図5は、PZTまたはP
LZT膜を形成するためのCVD装置を模式的に示して
いる。CVDを行なうための反応室56内で薄膜を形成
するための基板54がサセプタ60に取付けられる。反
応室56には、基板を加熱するための赤外線ヒーター5
5が設けられる。反応室56は、ロータリーポンプ57
aおよびメカニカルブースターポンプ57bを備える真
空ポンプ57により排気することができる。
On the other hand, the PZT film or PLZT film is formed by CVD.
Can also be formed. FIG. 5 shows PZT or P
1 schematically shows a CVD apparatus for forming an LZT film. A substrate 54 for forming a thin film in a reaction chamber 56 for performing CVD is attached to a susceptor 60. The reaction chamber 56 has an infrared heater 5 for heating the substrate.
5 are provided. The reaction chamber 56 is a rotary pump 57.
It can be evacuated by a vacuum pump 57 including a and a mechanical booster pump 57b.

【0057】また、反応室56は、バルブ40jおよび
ガス流量制御装置41cを有する配管系を介して酸素ま
たはオゾンの供給装置と接続される。さらに反応室56
は、配管系を介してソース原料を収容するためのタンク
51、52、53および44と接続される。Pbソース
原料を収容するためのタンク51には、バルブ40cお
よびガス流量制御装置41aを有する配管系を介してN
2 供給装置58aが接続される。タンク51は、バルブ
40aを有する配管系を介して反応室56のノズル48
に接続される。N2 を供給する配管系とPbソース原料
を供給する配管系の間には、バルブ40bを有するバイ
パスが設けられる。
Further, the reaction chamber 56 is connected to a supply device for oxygen or ozone through a pipe system having a valve 40j and a gas flow rate control device 41c. Further reaction chamber 56
Is connected to tanks 51, 52, 53 and 44 for containing the source material via a piping system. The tank 51 for containing the Pb source material is supplied with N through a piping system having a valve 40c and a gas flow rate control device 41a.
2 The supply device 58a is connected. The tank 51 is provided with the nozzle 48 of the reaction chamber 56 via a piping system having a valve 40a.
Connected to. A bypass having a valve 40b is provided between the piping system that supplies N 2 and the piping system that supplies the Pb source material.

【0058】同様に、Zrソース原料を収容するための
タンク52は、バルブ40fおよびガス流量制御装置4
1bを介してN2 供給装置58bが接続され、かつバル
ブ40dを介してノズル48に接続される。バルブ40
eを有するバイパスも上述と同様に設けられる。
Similarly, the tank 52 for accommodating the Zr source material has a valve 40f and a gas flow rate controller 4.
An N 2 supply device 58b is connected via 1b and a nozzle 48 via a valve 40d. Valve 40
A bypass with e is also provided as above.

【0059】さらに、Tiソース原料を収容するための
タンク53は、バルブ40iおよびガス流量制御装置4
1dを介してN2 供給装置58cに接続され、かつバル
ブ40gを介してノズル48に接続される。バルブ40
hを有するバイパスも上述と同様に設けられる。
Further, the tank 53 for accommodating the Ti source material is provided with the valve 40i and the gas flow rate control device 4.
It is connected to the N 2 supply device 58c via 1d and to the nozzle 48 via the valve 40g. Valve 40
A bypass with h is also provided as above.

【0060】Laソース原料を供給するためのタンク4
4は、バルブ40kを有する配管系を介して反応室56
のノズル48に接続され、かつバルブ40mおよびガス
流量制御装置41eを有する配管系を介してN2 供給装
置58dと接続される。他の原料供給系と同様に、バル
ブ40nを有するバイパスが設けられる。
Tank 4 for supplying La source material
4 is a reaction chamber 56 through a piping system having a valve 40k.
Is connected to the nozzle 48 and is connected to the N 2 supply device 58d through a pipe system having a valve 40m and a gas flow rate control device 41e. As with the other raw material supply system, a bypass having a valve 40n is provided.

【0061】タンク51,52,53および44からそ
れぞれ延びる配管系は、ノズル48に至るまでに合流し
ている。また、原料を供給するための配管系は、リボン
ヒータ49によって加熱することができる。
The piping systems respectively extending from the tanks 51, 52, 53 and 44 are joined to reach the nozzle 48. The piping system for supplying the raw material can be heated by the ribbon heater 49.

【0062】上記CVD装置において、タンク51内に
は、純度99.5%以上のジピバロイルメタナト鉛が収
容され、120℃〜140℃、好ましくは135℃の温
度に保持される。また、タンク52内には、純度99.
99%の四第3ブトキシジルコニウム(Zr(O−t−
4 9 4 )が収容され、30℃〜50℃、好ましく
は30℃の温度に保持される。タンク53内には、純度
99.999%のテトライソプロポキシチタン(Ti
(O−i−C3 7 4 )が収容され、30℃〜50℃
好ましくは30℃の温度に保持される。また、タンク4
4には、トリジピバロイルメタナトランタン(La(D
PM)3 )が収容され、175℃〜180℃の温度に保
持される。なお、これらのソース原料は市販品として入
手することができる。
In the above CVD apparatus, the tank 51 contains lead dipivaloylmethanato lead having a purity of 99.5% or more and is maintained at a temperature of 120 ° C. to 140 ° C., preferably 135 ° C. In the tank 52, the purity is 99.
99% quaternary butoxyzirconium (Zr (Ot-
C 4 H 9 ) 4 ) is housed and kept at a temperature of 30 ° C to 50 ° C, preferably 30 ° C. In the tank 53, tetraisopropoxy titanium (Ti) with a purity of 99.999% is
(O-i-C 3 H 7) 4) is housed, 30 ° C. to 50 ° C.
It is preferably maintained at a temperature of 30 ° C. Also, tank 4
4 has tridipivaloylmethanatrantan (La (D
PM) 3 ) is housed and kept at a temperature of 175 ° C to 180 ° C. Note that these source materials can be obtained as commercial products.

【0063】絶縁体層の形成に際して、反応室56内の
圧力は真空ポンプ57aにより10Torr程度にまで
下げられる。基板54は、赤外線ヒータ55によって6
50℃の温度に加熱される。次いで、各バルブを開いて
原料を収容するタンクにN2供給装置からそれぞれN2
ガスを導入する。このとき、各タンク内の原料ソースは
気化され、N2 キャリアガスで反応室56に運ばれる。
同時に、酸素ガス(半導体グレードのもの)またはオゾ
ンガス(オゾン濃度50〜95g/Nm3 )がバルブ4
0jを介して反応室56に供給される。
At the time of forming the insulator layer, the pressure in the reaction chamber 56 is lowered to about 10 Torr by the vacuum pump 57a. The substrate 54 is fixed by the infrared heater 55.
It is heated to a temperature of 50 ° C. Then, each of the N 2 supply device to a tank containing ingredients by opening the valves N 2
Introduce gas. At this time, the source material in each tank is vaporized and carried to the reaction chamber 56 by N 2 carrier gas.
At the same time, oxygen gas (semiconductor grade) or ozone gas (ozone concentration 50 to 95 g / Nm 3 ) is applied to the valve 4.
It is supplied to the reaction chamber 56 via 0j.

【0064】キャリアN2 ガスの流量は、マスフロコン
トローラまたはフロメータを備えるガス流量制御装置に
よって50〜200sccmに調節される。酸素ガスお
よびオゾンを含む気体の流量は、マスフロコントローラ
またはフロメータを備えるガス流量制御装置によって5
00〜2000sccm、典型的には1000sccm
に調節される。また、リボンヒータ49により原料供給
系は50〜200℃に保持される。原料混合ガスは、反
応室56内で酸素またはオゾンと混合され、かつ酸化さ
れる。以上のプロセスにより、PZTまたはPLZTか
らなる絶縁体膜が、1000〜2000Å、好ましくは
約1500Åの厚みで形成される。
The flow rate of the carrier N 2 gas is adjusted to 50 to 200 sccm by a gas flow rate control device equipped with a mass flow controller or flow meter. The flow rate of the gas containing oxygen gas and ozone is controlled by a gas flow rate controller equipped with a mass flow controller or flow meter.
00-2000 sccm, typically 1000 sccm
Is adjusted to. The raw material supply system is maintained at 50 to 200 ° C. by the ribbon heater 49. The raw material mixed gas is mixed with oxygen or ozone in the reaction chamber 56 and is oxidized. Through the above process, an insulating film made of PZT or PLZT is formed with a thickness of 1000 to 2000Å, preferably about 1500Å.

【0065】次に、以上のプロセスを用いて形成される
絶縁体層上に、スパッタ法など常法に従って電極層を形
成すれば、図1に示すようなMIS構造が形成される。
Next, an electrode layer is formed on the insulator layer formed by the above process according to a conventional method such as a sputtering method to form a MIS structure as shown in FIG.

【0066】シリコン(002)基板上にSrTiO3
膜およびPZT膜を積層した場合のX線回折パターンを
図6(b)に示す。一方、シリコン基板上にPZTを直
接堆積した場合のX線回折パターンを図6(a)に示
す。
SrTiO 3 was deposited on a silicon (002) substrate.
The X-ray diffraction pattern when the film and the PZT film are laminated is shown in FIG. On the other hand, the X-ray diffraction pattern when PZT is directly deposited on the silicon substrate is shown in FIG.

【0067】このような回折パターンを示す絶縁層の形
成プロセスは次のとおりであった。まず、Si基板上に
は、上述したスパッタ法により、約35nmの厚みでS
rTiO3 が堆積された。次に、650℃の温度でO2
雰囲気下の熱処理により、SrTiO3 について結晶成
長を行なった。その後、SrTiO3 膜上にPZT膜が
上述したCVDに従って形成された。一方、PZT膜の
みを形成する場合、CVDが用いられた。
The process for forming the insulating layer showing such a diffraction pattern was as follows. First, on the Si substrate, by the above-mentioned sputtering method, S with a thickness of about 35 nm is formed.
rTiO 3 was deposited. Then, at a temperature of 650 ° C., O 2
Crystal growth was performed on SrTiO 3 by heat treatment in an atmosphere. Then, the PZT film was formed on the SrTiO 3 film by the above-mentioned CVD. On the other hand, when forming only the PZT film, CVD was used.

【0068】図6(a)と図6(b)とを比較して明ら
かなように、チタン酸ストロンチウム膜上に形成された
PZT膜は、良好な結晶性を示している。一方、シリコ
ン基板上に直接形成されたPZT膜は結晶構造をほとん
ど有していない。
As is clear from comparison between FIGS. 6A and 6B, the PZT film formed on the strontium titanate film exhibits good crystallinity. On the other hand, the PZT film formed directly on the silicon substrate has almost no crystal structure.

【0069】また、以上のようにしてチタン酸ストロン
チウム膜上に形成されたPZT膜の上にPt電極を設け
てC−V特性を測定した。その結果を図7に示す。図7
(a)は、p型シリコン基板上に2つの絶縁体層を形成
した場合のC−V特性を示している。図7(b)はn型
シリコン基板を用いた場合である。図に示すように、n
型およびp型基板の双方において、強誘電性によっても
たらされるヒステリシスループが見られた。
Further, the Pt electrode was provided on the PZT film formed on the strontium titanate film as described above, and the CV characteristics were measured. The result is shown in FIG. 7. Figure 7
(A) shows C-V characteristics when two insulator layers are formed on a p-type silicon substrate. FIG. 7B shows the case where an n-type silicon substrate is used. As shown in the figure, n
Hysteresis loops caused by ferroelectricity were found in both p-type and p-type substrates.

【0070】以上に示したプロセスを用いて、たとえば
図8および図9に示すようなMFSFETを製作するこ
とが可能である。
By using the process described above, it is possible to manufacture an MFSFET as shown in FIGS. 8 and 9, for example.

【0071】図8に示すFETでは、Si基板81上に
形成されるゲート絶縁膜80が、チタン酸ストロンチウ
ム、チタン酸バリウムまたはチタン酸バリウムストロン
チウムからなる第1の絶縁体層82と、その上に形成さ
れ、PZTまたはPLZTからなる第2の絶縁体層83
とから構成される。第2の絶縁体層83上には、ゲート
電極84が設けられている。Si基板81には、ソース
/ドレイン領域85がそれぞれ形成され、これらの領域
に接触するよう電極86および86′がそれぞれ設けら
れている。
In the FET shown in FIG. 8, the gate insulating film 80 formed on the Si substrate 81 includes the first insulating layer 82 made of strontium titanate, barium titanate or barium strontium titanate, and the first insulating layer 82 formed thereon. The second insulator layer 83 formed and made of PZT or PLZT
Composed of and. A gate electrode 84 is provided on the second insulator layer 83. Source / drain regions 85 are formed on the Si substrate 81, and electrodes 86 and 86 'are provided so as to contact these regions, respectively.

【0072】図9に示すFETでは、第1の絶縁体層8
2と基板81との間にシリコン酸化膜92が介在する。
第1の絶縁体層82はシリコン酸化膜92上に設けられ
ている。他の構造は、図8に示すFETと同様である。
なお、図9に示すFETにおいて、シリコン酸化膜の代
わりにシリコン窒化膜、酸化窒化膜等の他の絶縁膜を形
成してもよい。
In the FET shown in FIG. 9, the first insulator layer 8 is used.
A silicon oxide film 92 is interposed between the substrate 2 and the substrate 81.
The first insulator layer 82 is provided on the silicon oxide film 92. Other structures are similar to those of the FET shown in FIG.
In the FET shown in FIG. 9, another insulating film such as a silicon nitride film or an oxynitride film may be formed instead of the silicon oxide film.

【0073】なお、上述したプロセスにおいて、第1の
絶縁体層はゾルゲル法またはCVDにより形成してもよ
い。一方、第2の絶縁体層はスパッタ法により形成する
こともできる。
In the above process, the first insulator layer may be formed by the sol-gel method or CVD. On the other hand, the second insulator layer can also be formed by a sputtering method.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上説明してきたように、第1の発明に
従う電子デバイスにおいて、PZTまたはPLZT等の
チタン酸ジルコン酸塩からなる絶縁体層は、MIS構造
内でペロブスカイト型結晶構造を有することができ、か
つ十分な強誘電性を示す。第1の発明は、実用的なMF
S構造を有するデバイスを実現する。第1の発明に従う
デバイスは、特にMFSFETに有用である。
As described above, in the electronic device according to the first aspect of the invention, the insulator layer made of zirconate titanate such as PZT or PLZT may have a perovskite type crystal structure within the MIS structure. It is possible and exhibits sufficient ferroelectricity. The first invention is a practical MF
A device having an S structure is realized. The device according to the first invention is particularly useful for MFSFETs.

【0075】第2の発明の製造方法によれば、MFS構
造を有する実用的なデバイスが容易に形成される。
According to the manufacturing method of the second invention, a practical device having an MFS structure can be easily formed.

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

【図1】本発明に従う電子デバイスについてMIS構造
の一具体例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a specific example of a MIS structure for an electronic device according to the present invention.

【図2】本発明に従って電子デバイスのMIS構造を形
成するためのプロセスを示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a process for forming a MIS structure of an electronic device according to the present invention.

【図3】本発明に従って絶縁体層を製造するためのスパ
ッタ装置を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a sputtering apparatus for manufacturing an insulating layer according to the present invention.

【図4】本発明に従ってゾルゲル法により絶縁体層を製
造するためのフローを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a flow for producing an insulator layer by a sol-gel method according to the present invention.

【図5】本発明に従って絶縁体層を製造するためのCV
D装置を示す模式図である。
FIG. 5: CV for producing an insulator layer according to the invention
It is a schematic diagram which shows D device.

【図6】シリコン基板上に形成されたPZT膜のX線回
折パターンを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a PZT film formed on a silicon substrate.

【図7】本発明に従って形成されたMIS構造のC−V
特性を示す図である。
FIG. 7 is a CV of a MIS structure formed according to the present invention.
It is a figure which shows a characteristic.

【図8】本発明に従う電子デバイスの一具体例を示す模
式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a specific example of an electronic device according to the present invention.

【図9】本発明に従う電子デバイスのもう一つの具体例
を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic view showing another specific example of the electronic device according to the present invention.

【図10】強誘電性セラミックスを用いたキャパシタン
スのヒステリーシス特性を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the hysteresis characteristic of capacitance using ferroelectric ceramics.

【図11】強誘電性セラミックスをゲート絶縁膜に用い
たFETを説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining an FET using ferroelectric ceramics for a gate insulating film.

【図12】FETの回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram of an FET.

【図13】強誘電性セラミックスをゲート絶縁膜に用い
たFETの信号特性を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining signal characteristics of an FET using ferroelectric ceramics for a gate insulating film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 シリコン基板 2、12 第1の絶縁体層 3、13 第2の絶縁体層 4、14 電極 なお、図中、同一符号は同一部分または相当部分を示
す。
1, 11 Silicon substrate 2, 12 First insulator layer 3, 13 Second insulator layer 4, 14 Electrode In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding portions.

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/784 29/94 C 41/24 9274−4M H01L 41/22 Z ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/784 29/94 C 41/24 9274-4M H01L 41/22 Z

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MIS構造を有する電子デバイスであっ
て、 前記MIS構造のための絶縁体層が、 チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムおよびチタ
ン酸バリウムストロンチウムからなる群から選択される
少なくとも1つのチタン酸塩からなる第1の絶縁体層
と、 前記第1の絶縁体層に接し、かつチタン酸ジルコン酸塩
からなる第2の絶縁体層とを備え、 前記第1の絶縁体層は、前記MIS構造のための半導体
と前記第2の絶縁体層との間に介在し、かつ前記第2の
絶縁体層が、常温で強誘電性を示す、電子デバイス。
1. An electronic device having a MIS structure, wherein the insulator layer for the MIS structure is at least one titanic acid selected from the group consisting of strontium titanate, barium titanate and barium strontium titanate. A first insulator layer made of a salt; and a second insulator layer made of zirconate titanate in contact with the first insulator layer, wherein the first insulator layer is the MIS. An electronic device, which is interposed between a semiconductor for structure and the second insulating layer, and wherein the second insulating layer exhibits ferroelectricity at room temperature.
【請求項2】 MIS構造を有する電子デバイスの製造
方法であって、 前記MIS構造のための半導体部分を準備するステップ
と、 前記半導体部分上に第3の絶縁体層を形成するステップ
と、 前記第3の絶縁体層上に、チタン酸ジルコン酸塩からな
る第4の絶縁体層を形成するステップと、 前記MIS構造のための電極層を形成するステップとを
備え、 前記第3の絶縁体層を形成するステップが、チタン酸ス
トロンチウム、チタン酸バリウムおよびチタン酸バリウ
ムストロンチウムからなる群から選択される少なくとも
1つのチタン酸塩からなる絶縁体層を形成するステップ
を備え、かつ前記第4の絶縁体層は、前記チタン酸塩か
らなる絶縁体層上に形成される、電子デバイスの製造方
法。
2. A method of manufacturing an electronic device having a MIS structure, comprising: preparing a semiconductor portion for the MIS structure; forming a third insulator layer on the semiconductor portion; A step of forming a fourth insulator layer made of zirconate titanate on the third insulator layer; and a step of forming an electrode layer for the MIS structure, the third insulator The step of forming a layer comprises forming an insulator layer of at least one titanate selected from the group consisting of strontium titanate, barium titanate and barium strontium titanate, and said fourth insulating layer A method of manufacturing an electronic device, wherein the body layer is formed on the insulator layer made of the titanate.
JP10251193A 1992-07-24 1993-04-28 Electronic device and manufacture thereof Withdrawn JPH06314794A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10251193A JPH06314794A (en) 1993-04-28 1993-04-28 Electronic device and manufacture thereof
US08/374,890 US5572052A (en) 1992-07-24 1995-01-19 Electronic device using zirconate titanate and barium titanate ferroelectrics in insulating layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10251193A JPH06314794A (en) 1993-04-28 1993-04-28 Electronic device and manufacture thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06314794A true JPH06314794A (en) 1994-11-08

Family

ID=14329413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10251193A Withdrawn JPH06314794A (en) 1992-07-24 1993-04-28 Electronic device and manufacture thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06314794A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100275120B1 (en) * 1997-12-30 2001-01-15 김영환 Method for forming ferroelectric film of capacitors
JP2010118673A (en) * 1996-12-23 2010-05-27 Alcatel-Lucent Usa Inc Integrated circuit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010118673A (en) * 1996-12-23 2010-05-27 Alcatel-Lucent Usa Inc Integrated circuit
KR100275120B1 (en) * 1997-12-30 2001-01-15 김영환 Method for forming ferroelectric film of capacitors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5572052A (en) Electronic device using zirconate titanate and barium titanate ferroelectrics in insulating layer
JP3436617B2 (en) Manufacturing method of ferroelectric thin film
US5757061A (en) Ferroelectric thin film coated substrate, producing method thereof and capacitor structure element using thereof
EP1777203B1 (en) Ferroelectric capacitor, semiconductor device, and other element
US5478610A (en) Metalorganic chemical vapor deposition of layered structure oxides
US5821005A (en) Ferroelectrics thin-film coated substrate and manufacture method thereof and nonvolatile memory comprising a ferroelectrics thinfilm coated substrate
US7247504B2 (en) Ferroelectric capacitor, process for production thereof and semiconductor device using the same
JP3480624B2 (en) Ferroelectric thin film coated substrate, method of manufacturing the same, and capacitor structure element
JPH09504500A (en) Chemical vapor deposition process for making superlattice materials
KR100433819B1 (en) Process for fabricating layered superlattice materials and making electronic devices including same
JPH11502673A (en) Laminated superlattice material and low-temperature manufacturing method of electronic device including the same
EP2248765A1 (en) Ceramic film and manufacturing method therefor, semiconductor device and piezoelectric device
US5625587A (en) Rare earth manganate films made by metalorganic decomposition or metalorganic chemical vapor deposition for nonvolatile memory devices
JP2000169297A (en) Production of thin ferroelectric oxide film, thin ferroelectric oxide film and thin ferroelectric oxide film element
US20040241330A1 (en) Method of manufacturing ceramic film and pressure heat treatment device used therefor
US5620739A (en) Thin film capacitors on gallium arsenide substrate and process for making the same
US6133092A (en) Low temperature process for fabricating layered superlattice materials and making electronic devices including same
JPH0689986A (en) Electronic device and its manufacturing method
CN1453832A (en) Gas phase growth method of oxidative dielectric thin film
JPH06314794A (en) Electronic device and manufacture thereof
KR100348387B1 (en) Ferroelectric thin film device and method of producing the same
JPH09282943A (en) Manufacture of ferroelectric crystal thin film and ferroelectric capacitor
EP0877100B1 (en) Process for fabricating solid-solution of layered perovskite materials
JP2000208715A (en) Structure of ferroelectric thin film and its chemical vapor phase growth
JP3277097B2 (en) Manufacturing method of ferroelectric thin film

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20000704