JPH08162614A - Mis capacitor and its manufacture - Google Patents

Mis capacitor and its manufacture

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JPH08162614A
JPH08162614A JP32391094A JP32391094A JPH08162614A JP H08162614 A JPH08162614 A JP H08162614A JP 32391094 A JP32391094 A JP 32391094A JP 32391094 A JP32391094 A JP 32391094A JP H08162614 A JPH08162614 A JP H08162614A
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Japan
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thin film
substrate
single crystal
oxide thin
oxide
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JP32391094A
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Japanese (ja)
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Yoshihiko Yano
義彦 矢野
Takao Noguchi
隆男 野口
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TDK Corp
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Abstract

PURPOSE: To obtain excellent MOS characteristics wherein hysteresis is not generated in C-V characteristics, by forming a second oxide thin film as an epitaxial film whose main component is oxide of rare earth metal of one kind out of Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho and Er, on a first oxide thin film of specific composition. CONSTITUTION: A first oxide thin film as an epitaxial film whose main component is oxide is formed on an Si single-crystal semiconductor substrate. The composition of the oxide is Zr1-x Rx O2-δ where R is rare earth metal containing Y and x=0-0.75. A second oxide thin film as an epitaxial film whose main component is oxide of one kind of rare earth metal selected out of Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho and Er is formed on the first oxide thin film. Thereby excellent MOS characteristics can be obtained without generating hysteresis in C-V characteristics.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、Si単結晶ウエハー上
に酸化物エピタキシャル薄膜および電極膜を形成してな
るMIS(Metal-Insulator-Semiconductor )キャパシ
タに関するものであり、さらに詳細には、主としてSi
FETにおけるゲートに用いられるMISキャパシタに
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) capacitor formed by forming an oxide epitaxial thin film and an electrode film on a Si single crystal wafer.
The present invention relates to a MIS capacitor used as a gate in an FET.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体結晶基板であるSi基板上に、誘
電体膜を形成、集積化した電子デバイスが考案されてい
る。半導体と誘電体では、集積度のさらに高いLSI、
SOI技術による誘電体分離LSI、不揮発性メモリ
ー、赤外線センサー、光変調器および光スイッチ、OE
IC(光・電子集積回路: opto-electronic integrate
dcircuits)等が試作されている。
2. Description of the Related Art An electronic device has been devised in which a dielectric film is formed and integrated on a Si substrate which is a semiconductor crystal substrate. For semiconductors and dielectrics, LSI with higher integration,
Dielectric isolation LSI by SOI technology, non-volatile memory, infrared sensor, optical modulator and optical switch, OE
IC (Opto-electronic integrate circuit)
dcircuits) etc. have been prototyped.

【0003】これら誘電体材料を用いた半導体デバイス
において、最適なデバイス特性およびその再現性を確保
するためには、単結晶を用いることが必要である。多結
晶体では粒界による物理量の攪乱のため、良好なデバイ
ス特性を得ることが難しい。このことは薄膜材料につい
ても同様で、できるだけ完全な単結晶に近い機能材料の
エピタキシャル膜が望まれる。Si基板上に酸化物の誘
電体および強誘電体のエピタキシャル形成が実現できる
と、Siの半導体的性質と誘電体の性質を積極的に利用
できるため、前記のようなはば広い応用が可能となって
くる。
In a semiconductor device using these dielectric materials, it is necessary to use a single crystal in order to secure optimum device characteristics and its reproducibility. In a polycrystalline body, it is difficult to obtain good device characteristics due to the disturbance of physical quantity due to grain boundaries. This also applies to the thin film material, and an epitaxial film of a functional material as close to a single crystal as possible is desired. If epitaxial formation of oxide dielectrics and ferroelectrics can be realized on a Si substrate, the semiconductor properties of Si and the properties of dielectrics can be positively utilized, so that wide application as described above is possible. Is coming.

【0004】DRAM用のキャパシタの基本となる、S
iFETにおけるゲートは、酸化膜として通常多結晶ま
たはアモルファスSiO2 膜が用いられ、MOS構造を
構成している。集積化が進むに伴い、MOSキャパシタ
の寸法は、より小さいものが要求され、現在の集積度で
は限界にきている。SiO2 の誘電率は約3であり、F
ETのゲートを働かせるための電荷をMOSキャパシタ
で確保するには、さらに大きな誘電率を有する誘電体を
SiO2 の替わりに用い、かつ良好なMOS特性を得な
ければならない。SiO2 はSiと非常に相性がよいた
め多結晶またはアモルファスの状態でSiデバイスに用
いられてきた。しかしながら、SiO2代替の他材料で
は、多結晶またはアモルファスの状態では、前述の理由
により、Siデバイスには実際に用いられていないのが
現状である。
S, which is the basis of the capacitor for DRAM,
For the gate of the iFET, a polycrystalline or amorphous SiO 2 film is usually used as an oxide film to form a MOS structure. With the progress of integration, the size of the MOS capacitor is required to be smaller, and the current degree of integration has reached the limit. SiO 2 has a dielectric constant of about 3 and F
In order to secure the charge for operating the ET gate by the MOS capacitor, it is necessary to use a dielectric having a larger dielectric constant instead of SiO 2 and obtain good MOS characteristics. Since SiO 2 has a very good compatibility with Si, it has been used for Si devices in a polycrystalline or amorphous state. However, under the present circumstances, other materials in place of SiO 2 are not actually used in Si devices in the polycrystalline or amorphous state for the above-mentioned reason.

【0005】すなわち、SiO2 に代わり、誘電率の大
きく、単結晶で、MOS(MIS)特性の優れた材料が
必要とされている。
That is, instead of SiO 2 , a material having a large dielectric constant, a single crystal, and an excellent MOS (MIS) characteristic is required.

【0006】近年、酸化物材料のYSZ(ZrO2 にY
をドープさせた材料)がSi単結晶上にエピタキシャル
成長できることが報告された。YSZは、高い化学安定
性、広いバンドギャップ(約5eV)、大きい誘電率(約
20)を具備しているためMISキャパシターに好都合
な材料である。
In recent years, the oxide material YSZ (ZrO 2
It has been reported that materials doped with Si) can be epitaxially grown on Si single crystals. YSZ is a favorable material for MIS capacitors because of its high chemical stability, wide bandgap (about 5 eV), and large dielectric constant (about 20).

【0007】このYSZを用いてMIS構造が作製、評
価され、Appl.Phys.Lett.61(2
6),28 December 1992 の第318
4ページに報告されている。この報告ではMOS(MI
S)特性として、もっとも基礎となるC−V特性を評価
しているが、C−V特性には大きなヒステリシスがみら
れ、良好なMOS(MIS)特性は得られなかった。
A MIS structure was produced and evaluated using this YSZ, and Appl. Phys. Lett. 61 (2
6), 28th December 1992, 318.
Reported on page 4. In this report, MOS (MI
As the S) characteristic, the most basic CV characteristic is evaluated, but a large hysteresis was observed in the CV characteristic, and a good MOS (MIS) characteristic was not obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
Si単結晶上に形成したエピタキシャルYSZ膜は、S
iO2 に代わるSi用誘電体膜として、有望であるが、
MOS(MIS)特性として、もっとも基礎となるC−
V特性には、ヒステリシスがみられ、良好なMOS(M
IS)特性は得られず、Siデバイス用のMISキャパ
シタとして、利用が不可能であった。そこで、本発明
は、電極/誘電体/SiのMISキャパシタにおいてC
−V特性にヒステリシスがみられず良好なMIS特性を
示すSiデバイス用のMISキャパシターおよびその製
造方法を提供することを目的とするものである。
As described above,
The epitaxial YSZ film formed on the Si single crystal is S
Although it is promising as a dielectric film for Si that replaces iO 2 ,
As the MOS (MIS) characteristics, the most basic C-
Hysteresis is seen in V characteristics, and good MOS (M
The IS) characteristic was not obtained, and it could not be used as a MIS capacitor for Si devices. Therefore, the present invention provides a C / MIS capacitor of electrode / dielectric / Si.
It is an object of the present invention to provide a MIS capacitor for Si devices that exhibits good MIS characteristics without showing hysteresis in the -V characteristic and a method for manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(12)の本発明により達成される。 (1)Si単結晶半導体基板と、この半導体基板上に形
成され、組成Zr1-x x 2-δ(ここで、RはYを含
む希土類金属であり、0≦x<1である)である酸化物
を主成分とするエピタキシャル膜であり、少なくとも前
記半導体基板に隣接する基板隣接層部分において、前記
組成式のxが0〜0.75である第1酸化物薄膜と、こ
の第1酸化物薄膜上に形成されたCe、Pr、Nd、G
d、Tb、Dy、HoおよびErのうちから選択された
少なくとも一種の希土類金属の酸化物を主成分とするエ
ピタキシャル膜である第2酸化物薄膜とを備えているこ
とを特徴とするMISキャパシタ。 (2)前記第1酸化物薄膜の希土類金属と前記第2酸化
物薄膜の希土類金属とが同一である上記(1)のMIS
キャパシタ。 (3)前記第1酸化物薄膜の前記基板隣接層部分以外の
残部層部分を有し、この残部層部分において、Zr含有
量が、前記基板隣接層部分のZr含有量と第2酸化物薄
膜のZr含有量の間に設定された上記(2)のMISキ
ャパシタ。 (4)前記第1酸化物薄膜の残部層部分は、Zr含有量
が前記基板隣接層部分のZr含有量と第2酸化物薄膜の
Zr含有量の間で徐々に減少した傾斜組成薄膜である上
記(3)のMISキャパシタ。 (5)上記(1)ないし(4)のいずれかのMISキャ
パシタを製造する方法において、真空槽内を当初1×1
-5Torr以下の真空にし、この状態で、Siの単結晶基
板を所定温度に加熱し、ついで、Zrと、少なくとも1
種の希土類金属(Yを含む)の各金属元素とのうち少な
くともZrを別々の蒸発源からZrと希土類金属の比を
制御しつつ同時に蒸発させて単結晶基板の基板表面に金
属を供給し、この金属の供給と同時もしくは所定時間以
内遅れて、上記真空槽内に酸化性ガスを導入し、真空槽
内の少なくとも単結晶基板近傍の雰囲気を1×10-4
1×10-2Torrとし、少なくもこの酸化性ガスの導入以
降はZrと希土類金属の比を制御しつつ同時に蒸発さ
せ、前記単結晶基板の基板表面に、第1酸化物薄膜また
は第1酸化物薄膜と傾斜組成薄膜ををエピタキシャル成
長させて形成し、ついで酸化性ガスの導入を維持したま
まで、Zrの蒸発を停止し、希土類金属のみ蒸発させ、
前記第1酸化物薄膜または傾斜組成薄膜上に第2酸化物
薄膜をエピタキシャル成長させて形成することを特徴と
するMISキャパシタの製造方法。 (6)前記単結晶基板の表面に、その近傍から酸化性ガ
スを噴射し、この前記単結晶基板近傍だけ他の部分より
酸化性ガス分圧の高い雰囲気を作る上記(5)のMIS
キャパシタの製造方法。 (7)前記単結晶基板を、基板表面面積が10cm2 以上
のものとするとともに、基板面内で回転することによ
り、前記酸化性ガス高分圧雰囲気を前記単結晶基板の全
体にわたって供し、この単結晶基板の全基板表面にわた
って実質的に均一な酸化物薄膜を形成する上記(6)の
MISキャパシタの製造方法。 (8)前記単結晶基板として、Si単結晶を、その(1
00)面が基板表面となるように用いる上記(5)ない
し(7)のいずれかのMISキャパシタの製造方法。 (9)前記単結晶基板として、Si単結晶にSi酸化物
保護膜を形成した基板を用いる上記(5)ないし(8)
のいずれかのMISキャパシタの製造方法。 (10)前記単結晶基板を750℃以上に加熱する上記
(5)ないし(9)のいずれかのMISキャパシタの製
造方法。 (11)前記金属の蒸発による供給からの前記酸化性ガ
ス導入までの所定時間が、前記単結晶基板に形成される
金属薄膜の膜厚換算で、5nm以下に相当する時間である
上記(5)ないし(10)のいずれかのMISキャパシ
タの製造方法。 (12)前記第1酸化物薄膜を形成する際、まずZrと
希土類金属の比を所定値に設定して同時に蒸発させて、
Zrと希土類金属の比が所定値の所定厚みの均一組成層
を形成し、その後、Zrの蒸発量を徐々に減少して、Z
rの含有量が徐々に減少した傾斜組成層を形成する上記
(5)ないし(11)のいずれかのMISキャパシタの
製造方法。
This and other objects are achieved by the present invention which is defined below as (1) to (12). (1) Si single crystal semiconductor substrate and composition Zr 1-x R x O 2 -δ formed on the semiconductor substrate (where R is a rare earth metal containing Y and 0 ≦ x <1) ) Is an epitaxial film containing an oxide as a main component, and a first oxide thin film in which x in the composition formula is 0 to 0.75 in at least a substrate adjacent layer portion adjacent to the semiconductor substrate; Ce, Pr, Nd, G formed on one oxide thin film
and a second oxide thin film, which is an epitaxial film containing, as a main component, an oxide of at least one rare earth metal selected from d, Tb, Dy, Ho, and Er. (2) The MIS according to (1), wherein the rare earth metal of the first oxide thin film and the rare earth metal of the second oxide thin film are the same.
Capacitors. (3) The first oxide thin film has a residual layer portion other than the substrate adjacent layer portion, and in this residual layer portion, the Zr content is the Zr content of the substrate adjacent layer portion and the second oxide thin film. The MIS capacitor according to the above (2), which is set between the Zr contents of. (4) The remaining layer portion of the first oxide thin film is a gradient composition thin film in which the Zr content is gradually reduced between the Zr content of the substrate adjacent layer portion and the Zr content of the second oxide thin film. The MIS capacitor according to (3) above. (5) In the method of manufacturing the MIS capacitor according to any one of (1) to (4), the inside of the vacuum chamber is initially set at 1 × 1.
A vacuum of 0 -5 Torr or less is applied, and in this state, the Si single crystal substrate is heated to a predetermined temperature, and then Zr and at least 1
At least Zr among the respective metal elements of the species rare earth metal (including Y) is simultaneously evaporated from separate evaporation sources while controlling the ratio of Zr and the rare earth metal to supply the metal to the substrate surface of the single crystal substrate, Simultaneously with or after a lapse of a predetermined time from the supply of the metal, an oxidizing gas is introduced into the vacuum chamber so that the atmosphere in the vacuum chamber at least in the vicinity of the single crystal substrate is 1 × 10 −4 to.
1 × 10 −2 Torr, and at least after the introduction of the oxidizing gas, they are evaporated at the same time while controlling the ratio of Zr and the rare earth metal, and the first oxide thin film or the first oxide is formed on the substrate surface of the single crystal substrate. A thin film of a material and a thin film of a gradient composition are formed by epitaxial growth, and then the evaporation of Zr is stopped and only the rare earth metal is evaporated while maintaining the introduction of the oxidizing gas.
A method of manufacturing a MIS capacitor, comprising forming a second oxide thin film by epitaxial growth on the first oxide thin film or the graded composition thin film. (6) The MIS according to the above (5), in which an oxidizing gas is injected from the vicinity of the surface of the single crystal substrate to create an atmosphere in which the oxidizing gas partial pressure is higher than other portions only in the vicinity of the single crystal substrate.
Method of manufacturing capacitor. (7) The single crystal substrate has a substrate surface area of 10 cm 2 or more, and is rotated in a plane of the substrate to provide the oxidizing gas high partial pressure atmosphere over the entire single crystal substrate. The method for manufacturing a MIS capacitor according to (6) above, which forms a substantially uniform oxide thin film over the entire surface of the single crystal substrate. (8) As the single crystal substrate, a Si single crystal is
The method for manufacturing a MIS capacitor according to any one of the above (5) to (7), wherein the (00) plane is used as the substrate surface. (9) As the single crystal substrate, a substrate having a Si oxide protective film formed on a Si single crystal is used (5) to (8) above.
1. A method for manufacturing a MIS capacitor according to any one of 1. (10) The method for manufacturing a MIS capacitor according to any one of (5) to (9), wherein the single crystal substrate is heated to 750 ° C. or higher. (11) The predetermined time from the supply by evaporation of the metal to the introduction of the oxidizing gas is a time corresponding to 5 nm or less in terms of the film thickness of the metal thin film formed on the single crystal substrate. A method for manufacturing a MIS capacitor according to any one of (1) to (10). (12) When forming the first oxide thin film, first, the ratio of Zr to the rare earth metal is set to a predetermined value and simultaneously evaporated,
A uniform composition layer having a predetermined thickness, in which the ratio of Zr and the rare earth metal is a predetermined value, is formed, and thereafter, the evaporation amount of Zr is gradually reduced to
The method for manufacturing a MIS capacitor according to any one of (5) to (11) above, wherein a graded composition layer in which the content of r is gradually reduced is formed.

【0010】[0010]

【発明の作用・効果】本発明のMISキャパシタは、S
i単結晶基板、このSi単結晶基板上に形成された組成
Zr1-x x 2-δ(ここで、RはYを含む希土類金属
であり、好ましくはx=0〜0.75、さらに好ましく
はx=0.20〜0.50である)のエピタキシャル膜
の層を含む第1酸化物薄膜、およびこの第1酸化物薄膜
上に形成されたCe、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、
HoおよびErのうちから選択された少なくとも一種の
希土類金属の酸化物のエピタキシャル膜である第2酸化
物薄膜を備えた構造により、MOS(MIS)素子を構
成すると、その最も基礎となるC−V特性においてヒス
テリシスを生じさせることなく、良好なMOS(MI
S)特性を得ることができる。
The MIS capacitor of the present invention is
i single crystal substrate, composition Zr 1-x R x O 2 -δ formed on the Si single crystal substrate (where R is a rare earth metal containing Y, preferably x = 0 to 0.75, More preferably, x = 0.20 to 0.50), a first oxide thin film including a layer of an epitaxial film, and Ce, Pr, Nd, Gd, Tb formed on the first oxide thin film, Dy,
When a MOS (MIS) device is constructed with a structure including a second oxide thin film which is an epitaxial film of an oxide of at least one rare earth metal selected from Ho and Er, the most basic CV Good MOS (MI
S) characteristics can be obtained.

【0011】また、特に、単結晶基板をその面内で回転
させるときには、10cm2 以上の大面積で均一で高品質
の酸化物薄膜を得ることができる。これに対し、従来
は、単結晶基板上に酸化物薄膜を形成する場合、基板面
積が2.25cm2 (約15×15mm2 程度が最大であっ
た。
Further, in particular, when the single crystal substrate is rotated in its plane, a uniform and high quality oxide thin film can be obtained in a large area of 10 cm 2 or more. On the other hand, conventionally, when forming an oxide thin film on a single crystal substrate, the maximum substrate area is 2.25 cm 2 (about 15 × 15 mm 2 ).

【0012】[0012]

【具体的構成】本発明のMISキャパシタは、Si単結
晶半導体基板、この半導体基板上に形成された第1酸化
物薄膜、およびこの第1酸化物薄膜上に形成された第2
酸化物薄膜を備えている。
A MIS capacitor of the present invention comprises a Si single crystal semiconductor substrate, a first oxide thin film formed on this semiconductor substrate, and a second oxide thin film formed on this first oxide thin film.
It has an oxide thin film.

【0013】上記第1酸化物薄膜は、組成Zr1-x x
2-δ(ここで、RはYを含む希土類金属であり、0≦
x<1である)である酸化物を主成分とするエピタキシ
ャル膜であり、少なくとも前記半導体基板に隣接する基
板隣接層部分において、前記組成式のxが0〜0.7
5、好ましくは0.2〜0.50である。以下、本明細
書では、このエピタキシャル膜をRがPrである場合で
代表させて、PSZ(praseodymium stabilized zircon
ia)と称することがある。第1酸化物薄膜において、上
記基板隣接層部分以外の部分、すなわち残部層部分の組
成は、上記組成式において、xの値が1未満であって、
基板隣接層部分におけるxの値より大ききことが望まし
い。すなわち、第1酸化物薄膜においては、全体が均一
組成であってもよいし、上記の条件を満足する範囲でZ
rとRの組成比が膜厚方向に変化してもよい。
The first oxide thin film has the composition Zr 1-x R x
O 2 − δ (where R is a rare earth metal containing Y, and 0 ≦
x <1) is an epitaxial film containing an oxide as a main component, and x in the composition formula is 0 to 0.7 in at least a substrate adjacent layer portion adjacent to the semiconductor substrate.
5, preferably 0.2 to 0.50. Hereinafter, in the present specification, this epitaxial film is represented by a case where R is Pr and is represented by PSZ (praseodymium stabilized zircon).
ia). In the first oxide thin film, the composition of the portion other than the substrate adjacent layer portion, that is, the remaining layer portion has a value of x of less than 1 in the above composition formula,
It is desirable to be larger than the value of x in the substrate adjacent layer portion. That is, the first oxide thin film may have a uniform composition as a whole, or may have a composition of Z in the range satisfying the above conditions.
The composition ratio of r and R may change in the film thickness direction.

【0014】上記第1酸化物薄膜において、エピタキシ
ャル膜の結晶性は、少なくとも上記基板隣接層部分のx
の範囲に依存し、xが0.2未満の小さい領域ではZr
1-xx2-δは正方晶の結晶になる。それ以上では、
立方晶になる。正方晶より立方晶の方が規則正しく配列
しているため、立方晶は結晶の対向性が正方晶より高
く、結晶性に優れる。この第1酸化物薄膜上に形成され
る第2酸化物薄膜の結晶性は、該第1酸化物薄膜の結晶
性の影響を受けるため、上記のように、第1酸化物薄膜
におけるxの値は、0.2以上の立方晶領域が好まし
い。
In the first oxide thin film, the crystallinity of the epitaxial film is at least x in the layer adjacent to the substrate.
Zr in a small region where x is less than 0.2 depending on the range of
1-x R x O 2- δ becomes a tetragonal crystal. Above that,
It becomes cubic. Since cubic crystals are more regularly arranged than tetragonal crystals, cubic crystals have higher crystal opposition than tetragonal crystals and are excellent in crystallinity. Since the crystallinity of the second oxide thin film formed on this first oxide thin film is affected by the crystallinity of the first oxide thin film, the value of x in the first oxide thin film is as described above. Is preferably a cubic region of 0.2 or more.

【0015】一方、xが0.75を越える領域では立方
晶であるが目的とする結晶面以外の面が混入する。例え
ばZr1-xx2-δの(100)エピタキシャル膜を
得ようとすると、xが0.75を越える領域では(11
1)の結晶が混入する。
On the other hand, in the region where x exceeds 0.75, although it is a cubic crystal, planes other than the intended crystal plane are mixed. For example, if an attempt is made to obtain a (100) epitaxial film of Zr 1-x R x O 2 -δ, in the region where x exceeds 0.75, (11
The crystals of 1) are mixed.

【0016】すなわち、正方晶および立方晶のできる範
囲と、目的とする結晶面が得られる範囲からZr1-x
x2-δにおいてxは0〜0.75、好ましくは0.2
〜0.5の範囲で格子の対称性に優れた高結晶性のエピ
タキシャル膜が得られる。
That is, from the range where tetragonal and cubic crystals can be formed and the range where a target crystal plane can be obtained, Zr 1-x R
In x O 2 − δ, x is 0 to 0.75, preferably 0.2
A highly crystalline epitaxial film excellent in lattice symmetry can be obtained in the range of up to 0.5.

【0017】なお、酸素欠陥を含まない酸化ジルコニウ
ムは、化学式ZrO2 で表わせられるが、Yを含む希土
類を添加した酸化ジルコニウムは、添加した金属元素の
種類、量および価数により酸素の量が変化するため、本
発明の酸化物薄膜の組成を化学式Zr1-xx2-δと
δを用いて表わした。δは通常0〜0.5程度である。
Zirconium oxide containing no oxygen deficiency is represented by the chemical formula ZrO 2 , but zirconium oxide containing a rare earth element containing Y changes in the amount of oxygen depending on the type, amount and valence of the added metal element. Therefore, the composition of the oxide thin film of the present invention is represented by the chemical formulas Zr 1-x R x O 2- δ and δ. δ is usually about 0 to 0.5.

【0018】第1酸化物薄膜の膜厚は、0.5〜50n
m、特に1〜30nm程度が好ましい。上述のように、第
1酸化物薄膜は、第2酸化物薄膜を(100)でエピタ
キシャル成長させるために必要である。第1酸化物薄膜
無しでは、第2酸化物薄膜は(111)配向が強くな
り、(100)のエピタキシャル膜は得られない。その
ため、第1酸化物薄膜の膜厚は、結晶性および表面性の
優れる範囲内で用いることが好ましい。第1酸化物薄膜
の膜厚が0.5nm未満であると、Si基板表面を第1酸
化物薄膜で完全に被覆することができず、第2酸化物薄
膜の酸化物の結晶性が劣化する。そのため、0.5nm以
上、特に1nm以上であることが好ましい。また、膜厚が
厚すぎると、第1酸化物薄膜の表面の凹凸が大きくなる
傾向があり、第1酸化物薄膜の凹凸が激しいと、第2酸
化物薄膜の酸化物の結晶性が劣化する。成膜の方法にも
依存するが、第1酸化物薄膜の膜厚が50nmを超える
と、3nm以上の凹凸が現れ易い。そこで、第1酸化物薄
膜の膜厚は、50nm以下、特に30nm以下であることが
好ましい。
The thickness of the first oxide thin film is 0.5 to 50 n.
m, especially about 1 to 30 nm is preferable. As mentioned above, the first oxide thin film is necessary for epitaxially growing the second oxide thin film at (100). Without the first oxide thin film, the second oxide thin film has a strong (111) orientation, and a (100) epitaxial film cannot be obtained. Therefore, the film thickness of the first oxide thin film is preferably used within the range of excellent crystallinity and surface property. If the thickness of the first oxide thin film is less than 0.5 nm, the surface of the Si substrate cannot be completely covered with the first oxide thin film, and the crystallinity of the oxide of the second oxide thin film deteriorates. . Therefore, it is preferably 0.5 nm or more, and particularly preferably 1 nm or more. Further, if the film thickness is too thick, the irregularities on the surface of the first oxide thin film tend to become large, and if the irregularities of the first oxide thin film are severe, the crystallinity of the oxide of the second oxide thin film deteriorates. . Although it depends on the film forming method, when the film thickness of the first oxide thin film exceeds 50 nm, irregularities of 3 nm or more are likely to appear. Therefore, the thickness of the first oxide thin film is preferably 50 nm or less, particularly 30 nm or less.

【0019】上記第1酸化物薄膜において、膜組成は均
一であってもよい。またZrとRの組成を膜厚方向に変
化させてもよい。この場合には、上記x=0〜0.75
である基板隣接層部分以外の部分である残部層部分は、
Zr含有量が該基板隣接層部分のZr含有量と第2酸化
物薄膜のZr含有量の間に設定されることが好ましい。
このとき、用いる希土類金属の種類は同一であることが
好ましい。この残部層部分は、特に、Zr含有量が基板
隣接層部分のZr含有量と第2酸化物薄膜のZr含有量
の間で徐々に減少した傾斜組成薄膜であることが好まし
い。また、R含有量の異なる複数層で構成してもよい。
すなわち、残部層部分の組成は、組成Zr1-xx2-
δ(ここで、RはYを含む希土類金属であり、x=0〜
1未満である)である。この残部層部分の存在により、
第1酸化物薄膜から第2酸化物薄膜までの組成が徐々に
変化し、第1酸化物薄膜と第2酸化物薄膜との間の格子
のミスフィットが小さいか、あるいは存在しなくなり、
高結晶性のエピタキシャル膜が得られる。この意味で
は、残部層部分は、組成傾斜膜であり、Zr含有量が、
基板隣接層部分のZr含有量から第2酸化物薄膜のZr
含有量であるゼロに徐々に減少するものが特に好まし
い。上記残部層部分の層厚は、1〜49.5nm程度とす
ることが好ましい。なお、このように残部層部分を形成
する場合には、上記基板隣接層部分は、0.5〜49nm
程度とし、基板隣接層部分と残部層部分の層厚の合計が
1.5〜50nm程度となるようにすることが好ましい。
さらに、第1酸化物膜は、上記基板隣接層部分が上記組
成条件を満たす範囲でxが徐々に増大する傾斜組成を有
していてもよい。この場合、第1酸化物薄膜は、その全
体が、組成Zr1-xx2-δ(ここで、RはYを含む
希土類金属であり、x=0〜0.75である)から、x
が連続的に徐々に増大する傾斜組成となっていてもよ
い。すなわち、基板隣接層部分と残部層部分が渾然一体
となって第1酸化物薄膜を形成していてもよい。
The film composition of the first oxide thin film may be uniform. Further, the composition of Zr and R may be changed in the film thickness direction. In this case, x = 0 to 0.75
The remaining layer portion other than the substrate adjacent layer portion is
It is preferable that the Zr content is set between the Zr content of the substrate adjacent layer portion and the Zr content of the second oxide thin film.
At this time, it is preferable that the types of rare earth metals used are the same. The remaining layer portion is preferably a gradient composition thin film in which the Zr content gradually decreases between the Zr content of the substrate adjacent layer portion and the Zr content of the second oxide thin film. Moreover, you may comprise by several layers from which R content differs.
That is, the composition of the balance layer is Zr 1-x R x O 2-
δ (where R is a rare earth metal containing Y, and x = 0 to
It is less than 1). Due to the existence of this remaining layer portion,
The composition from the first oxide thin film to the second oxide thin film gradually changes, and the misfit of the lattice between the first oxide thin film and the second oxide thin film is small or does not exist,
A highly crystalline epitaxial film can be obtained. In this sense, the balance layer portion is a composition gradient film, and the Zr content is
From the Zr content of the layer adjacent to the substrate to the Zr of the second oxide thin film
Those that gradually decrease to the content of zero are particularly preferable. The layer thickness of the remaining layer portion is preferably about 1 to 49.5 nm. When the remaining layer portion is formed as described above, the substrate adjacent layer portion has a thickness of 0.5 to 49 nm.
It is preferable that the total layer thickness of the substrate adjacent layer portion and the remaining layer portion is about 1.5 to 50 nm.
Furthermore, the first oxide film may have a graded composition in which x gradually increases within a range where the substrate adjacent layer portion satisfies the above composition condition. In this case, the entire first oxide thin film has the composition Zr 1-x R x O 2 -δ (where R is a rare earth metal containing Y and x = 0 to 0.75). , X
May have a gradient composition that gradually and continuously increases. That is, the substrate adjacent layer portion and the remaining layer portion may be naturally integrated to form the first oxide thin film.

【0020】第2酸化物薄膜は、Ce、Pr、Nd、G
d、Tb、Dy、HoおよびErのうちから選択された
少なくとも一種の希土類金属の酸化物を主成分とするエ
ピタキシャル膜である。なお、Ce、Pr、Nd、G
d、Tb、Dy、HoおよびErのうちで、二以上の希
土類金属を用いるとき、その組成比は任意である。C
e、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、HoおよびErは
共に希土類金属であるが、希土類金属のうちでも、Y、
La、Sm、Eu、Yb等は主成分としては用いない。
その理由は、Y、La、Sm、Eu、Ybは、上記第1
酸化物薄膜層上でエピタキシャル成長しないか、MIS
キャパシタとしたとき、C−V特性に大きなヒステリシ
スが生じたりするからである。なお、Y、La、Sm、
Eu、Ybは、希土類金属中、20モル%以下であるな
ら含有されていてもよい。また、上記第1酸化物薄膜お
よび第2酸化物薄膜には、その特性を改善するため、添
加物を導入してもよい。例えば、第1酸化物薄膜および
第2酸化物薄膜に、Ca、Mgなどのアルカリ土類をド
ーピングすると、膜のピンホールを減少させ、MISキ
ャパシタのリークを抑制することができる。また、Al
およびSiは、膜の抵抗率を向上させる効果がある。さ
らに、Mn、Fe、Co、Niなどの遷移金属は、第1
酸化物薄膜および第2酸化物薄膜の材料中に不純物によ
る準位(トラップ準位)を形成することができ、この準
位を利用することにより導電性の制御が可能になる。
The second oxide thin film is made of Ce, Pr, Nd, G
It is an epitaxial film containing, as a main component, an oxide of at least one rare earth metal selected from d, Tb, Dy, Ho and Er. In addition, Ce, Pr, Nd, G
When two or more rare earth metals are used among d, Tb, Dy, Ho and Er, the composition ratio is arbitrary. C
Although e, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho and Er are all rare earth metals, among rare earth metals, Y,
La, Sm, Eu, Yb and the like are not used as main components.
The reason is that Y, La, Sm, Eu, and Yb are the first
Does not grow epitaxially on the oxide thin film layer or MIS
This is because when a capacitor is used, a large hysteresis may occur in the C-V characteristic. In addition, Y, La, Sm,
Eu and Yb may be contained in the rare earth metal as long as they are 20 mol% or less. In addition, an additive may be introduced into the first oxide thin film and the second oxide thin film in order to improve the characteristics thereof. For example, when the first oxide thin film and the second oxide thin film are doped with an alkaline earth such as Ca or Mg, pinholes in the film can be reduced and leakage of the MIS capacitor can be suppressed. Also, Al
And Si has the effect of improving the resistivity of the film. Furthermore, transition metals such as Mn, Fe, Co, and Ni are the first
A level (trap level) due to impurities can be formed in the materials of the oxide thin film and the second oxide thin film, and the conductivity can be controlled by utilizing this level.

【0021】第2酸化物薄膜の膜厚は、0.5〜50n
m、好ましくは1〜30nm程度である。その理由は、第
2酸化物薄膜の膜厚が0.5nm未満であると、第1酸化
物薄膜表面の第2酸化物による被覆が不完全で、第1お
よび第2酸化物を積み重ねたことによる本発明の効果が
認められなくなる。すなわち、MIS素子にした場合、
良好なC−V特性が得られない。そのため、0.5nm以
上、特に1nm以上であることが好ましい。また膜厚が厚
すぎると、第1および第2の酸化物薄膜の膜厚の合計が
大きくなり、MIS容量が低下してしまう。第1酸化物
薄膜と第2酸化物薄膜の合計の膜厚は、5〜100nm程
度とすることが好ましい。この合計の膜厚が5nm未満で
あると、MISキャパシタを構成したとき、リークを生
じる傾向がある。これは、膜にピンホールが発生する可
能性が高くなるためであると考えられる。一方、膜厚が
100nm以上であると、MISキャパシタの容量が低下
する。以上のように第2酸化物の膜厚は、第1酸化物の
膜厚を考慮して0.5〜50nm、好ましくは1〜30nm
程度がよい。
The thickness of the second oxide thin film is 0.5 to 50 n.
m, preferably about 1 to 30 nm. The reason is that when the thickness of the second oxide thin film is less than 0.5 nm, the surface of the first oxide thin film is not completely covered with the second oxide, and the first and second oxides are stacked. The effect of the present invention due to is not recognized. That is, when the MIS element is used,
Good C-V characteristics cannot be obtained. Therefore, it is preferably 0.5 nm or more, and particularly preferably 1 nm or more. On the other hand, if the film thickness is too large, the total film thickness of the first and second oxide thin films becomes large, resulting in a decrease in MIS capacity. The total thickness of the first oxide thin film and the second oxide thin film is preferably about 5 to 100 nm. If the total film thickness is less than 5 nm, leakage tends to occur when the MIS capacitor is constructed. It is considered that this is because the possibility that pinholes are generated in the film increases. On the other hand, when the film thickness is 100 nm or more, the capacitance of the MIS capacitor is reduced. As described above, the thickness of the second oxide is 0.5 to 50 nm, preferably 1 to 30 nm in consideration of the thickness of the first oxide.
The degree is good.

【0022】本発明のMISキャパシタの第2酸化物薄
膜の反射高速電子線回折(Reflection High Energy Ele
ctron Diffraction −以下、RHEEDと称することが
ある)像は、そのストリーク性が高い。すなわち、RH
EED像がストリークであって、しかもシャープであ
る。以上により、本発明の第2酸化物薄膜は、単結晶と
なり、MISキャパシタの絶縁層に用いると、粒界によ
る物理量の撹乱等がなくなり、良好な機能を発揮する。
Reflection high energy electron diffraction of the second oxide thin film of the MIS capacitor of the present invention.
ctron Diffraction-Hereinafter, it may be referred to as RHEED) The image has a high streak property. That is, RH
The EED image is streak and sharp. As described above, the second oxide thin film of the present invention becomes a single crystal, and when it is used for the insulating layer of the MIS capacitor, the physical quantity is not disturbed by grain boundaries and the good function is exhibited.

【0023】なお、本発明のMISキャパシタにおいて
は、Si単結晶基板の基板表面、すなわち薄膜形成表面
側が浅く(例えば、5nm程度以下)酸化され、SiO2
等の層が形成されていてもよい。これは、第1酸化物薄
膜に用いる希土類金属の種類によっては、第1酸化物薄
膜の酸化物の酸素がSi単結晶基板の基板表面に拡散す
る場合があるからである。また、成膜の方法によって
は、第1酸化物薄膜形成時にSi基板表面にSi酸化層
が残留する場合があるからである。
In the MIS capacitor of the present invention, the substrate surface of the Si single crystal substrate, that is, the thin film forming surface side is shallowly oxidized (for example, about 5 nm or less) and is oxidized to SiO 2
And other layers may be formed. This is because oxygen of the oxide of the first oxide thin film may diffuse to the substrate surface of the Si single crystal substrate depending on the type of rare earth metal used for the first oxide thin film. Also, depending on the film formation method, the Si oxide layer may remain on the surface of the Si substrate during the formation of the first oxide thin film.

【0024】次に、本発明のMISキャパシタの製造方
法について詳細に説明する。
Next, the method for manufacturing the MIS capacitor of the present invention will be described in detail.

【0025】なお、本発明の製造方法を実施するにあた
っては、図1に示したような蒸着装置1を用いることが
望ましい。
When carrying out the manufacturing method of the present invention, it is desirable to use the vapor deposition apparatus 1 as shown in FIG.

【0026】蒸着装置1は、真空槽1aを有し、この真
空槽1a内には、上部に単結晶基板2を保持するホルダ
3が配置されている。このホルダ3は、回転軸4を介し
てモータ5に接続されており、このモータ5によって回
転され、上記単結晶基板2をその基板面内で回転させる
ことができるようになっている。上記ホルダ3内には、
単結晶基板2を加熱するヒータ6が内蔵されている。
The vapor deposition apparatus 1 has a vacuum chamber 1a, in which a holder 3 for holding a single crystal substrate 2 is arranged. The holder 3 is connected to a motor 5 via a rotary shaft 4, and is rotated by the motor 5 so that the single crystal substrate 2 can be rotated within the substrate surface. In the holder 3,
A heater 6 for heating the single crystal substrate 2 is built in.

【0027】蒸着装置1は、また、酸化性ガス供給装置
7を備えており、この酸化性ガス供給装置7の酸化性ガ
ス供給口8は、上記ホルダ3の直ぐ下方に配置されてい
る。これによって、酸化性ガスは、単結晶基板2近傍で
その分圧が高くされるようになっている。ホルダ3の更
に下方には、Zr蒸発部9および希土類金属蒸発部10
が配置されている。これらのZr蒸発部9および希土類
金属蒸発部10には、それぞれの金属源の他に、電子線
発生装置等の金属源に蒸発のためのエネルギを供給する
ためのエネルギ供給装置が配置されている。なお、図に
おいて、Pは、真空ポンプである。
The vapor deposition apparatus 1 also includes an oxidizing gas supply device 7, and the oxidizing gas supply port 8 of the oxidizing gas supply device 7 is arranged immediately below the holder 3. As a result, the partial pressure of the oxidizing gas is increased near the single crystal substrate 2. Further below the holder 3, there are a Zr evaporation section 9 and a rare earth metal evaporation section 10.
Is arranged. In addition to the respective metal sources, an energy supply device for supplying energy for vaporization to a metal source such as an electron beam generator is arranged in the Zr vaporization part 9 and the rare earth metal vaporization part 10. . In the figure, P is a vacuum pump.

【0028】本発明の電子デバイス用基板の製造方法に
おいては、まず、上記ホルダに単結晶基板をセットす
る。このとき、単結晶基板としては、Siの単結晶基板
が用いられ、目的の酸化物薄膜が形成される基板表面と
して、(100)面が選択される。基板表面上に形成さ
れる機能膜をエピタキシャル成長させた単結晶とし、し
かも結晶を適切な方位とするためである。なお、基板表
面は、鏡面仕上げのウエハーを用い表面をエッチング洗
浄しておくことが好ましい。エッチング洗浄は40%フ
ッ化アンモニウム水溶液等によりおこなう。本発明のM
ISキャパシタを製造するために用いるSi単結晶基板
は、例えば10cm2 以上の基板面積を持つことができ
る。これにより、MISキャパシタを従来に比べて極め
て安価なものとすることができる。なお、基板の面積の
上限は特にないが、現状では400cm2 程度である。こ
れにより、現在2インチ〜8インチのSiウエハーを用
いた半導体プロセス、特に6インチタイプが主流で、こ
れに対応が可能である。
In the method for manufacturing a substrate for an electronic device of the present invention, first, the single crystal substrate is set in the holder. At this time, a Si single crystal substrate is used as the single crystal substrate, and the (100) plane is selected as the substrate surface on which the target oxide thin film is formed. This is because the functional film formed on the substrate surface is a single crystal epitaxially grown, and the crystal has an appropriate orientation. It is preferable that the surface of the substrate is cleaned by etching using a mirror-finished wafer. Etching cleaning is performed with a 40% ammonium fluoride aqueous solution or the like. M of the present invention
The Si single crystal substrate used to manufacture the IS capacitor can have a substrate area of, for example, 10 cm 2 or more. As a result, the MIS capacitor can be made much cheaper than the conventional one. Although there is no particular upper limit on the area of the substrate, it is currently about 400 cm 2 . As a result, semiconductor processes using Si wafers of 2 to 8 inches, particularly 6-inch type, are currently the mainstream, and it is possible to cope with this.

【0029】次に、真空槽内を真空ポンプにより10-5
Torr程度以上に排気したのち、単結晶基板を加熱する。
洗浄されたSi基板は表面が活性であり、真空内の残留
ガスにより汚染されやすい。そのため、昇温中は単結晶
基板の雑物による汚染をさけるため、できるだけ高真空
に排気する。真空度の上限(圧力の下限)は特にない
が、作業性を考えると通常10-7Torr程度である。ま
た、汚染を避ける方法として、意識的にSiO2 等の層
厚0.5〜2nm程度の酸化物保護層を形成し、Si基
板を保護すると効果的である。この酸化物保護層は、通
常、後述する還元除去により、成膜直前で除去される。
この酸化物保護層の形成は、真空槽内で、基板温度を5
00〜700℃程度に昇温し、基板近傍が10-4〜10
-2Torrになるように純酸素を導入し、熱酸化させること
により行なうことが好ましい。成膜時における加熱温度
はZrO2 の結晶化のために400℃以上が望ましく、
さらに、約750℃以上が結晶性が優れ、特に分子レベ
ル膜結晶表面平坦性を得るためには850℃以上が好ま
しい。なお、単結晶基板の加熱温度の上限は、1300
℃程度である。
Next, the inside of the vacuum chamber is set to 10 -5 by a vacuum pump.
After evacuation to about Torr or higher, the single crystal substrate is heated.
The cleaned Si substrate has an active surface and is easily contaminated by residual gas in a vacuum. Therefore, during the temperature rise, the single crystal substrate is evacuated to a vacuum as high as possible in order to avoid contamination by foreign matters. There is no particular upper limit to the degree of vacuum (lower limit to the pressure), but in consideration of workability, it is usually about 10 -7 Torr. Further, as a method for avoiding contamination, it is effective to intentionally form an oxide protective layer such as SiO 2 having a layer thickness of about 0.5 to 2 nm to protect the Si substrate. This oxide protective layer is usually removed just before film formation by reduction removal described later.
This oxide protective layer is formed in a vacuum chamber at a substrate temperature of 5
The temperature was raised to about 00 to 700 ° C, and the area near the substrate was 10 -4 to 10
It is preferable to introduce pure oxygen so as to be -2 Torr and perform thermal oxidation. The heating temperature during film formation is preferably 400 ° C. or higher for crystallization of ZrO 2 .
Further, about 750 ° C. or higher has excellent crystallinity, and particularly 850 ° C. or higher is preferable in order to obtain the crystal level flatness of the molecular level film. Note that the upper limit of the heating temperature of the single crystal substrate is 1300.
It is about ℃.

【0030】次いで、Zrおよび希土類の金属(ここで
はPrを例にとる)のうち少なくともZrを電子ビーム
等で加熱し蒸発を行う。このとき、後記する酸化性ガス
の真空槽への導入は未だ行なっていない。
Next, at least Zr of Zr and a rare earth metal (Pr is taken as an example here) is heated by an electron beam or the like to evaporate. At this time, introduction of an oxidizing gas described later into the vacuum chamber has not been performed yet.

【0031】ZrおよびPrと酸化性ガスの単結晶基板
へ供給するタイミングには注意を要する。最適な酸素の
供給タイミングは、Zrおよび希土類金属のうち少なく
ともZrを、基板表面へ到達した金属元素がすべて金属
薄膜を形成するとしたときの厚みに換算して、総量で5
nm以下、特に0.01〜5nm供給した後が特に望まし
い。このZrと希土類金属の供給は、成膜前に微量形成
している酸化物を還元除去し、基板格子情報をZrO2
を主成分とする膜に伝わらせ、エピタキシャル成長をス
ムーズに行わせる。
Attention must be paid to the timing of supplying Zr and Pr and the oxidizing gas to the single crystal substrate. The optimum supply timing of oxygen is at least Zr of Zr and rare earth metals, converted to the thickness when all metal elements reaching the substrate surface form a metal thin film, and the total amount is 5
It is particularly desirable to supply the film having a thickness of less than or equal to nm, particularly 0.01 to 5 nm. This supply of Zr and the rare earth metal reduces and removes a small amount of oxide formed before film formation, and the substrate lattice information is ZrO 2
Is transmitted to the film containing as a main component, and epitaxial growth is smoothly performed.

【0032】例えば、Si基板にYSZ膜を形成する場
合を例にとると、Zr金属およびPr金属の酸化反応は
1000K において Zr+O2 =ZrO2 △G=−187.6(kcal/mol) Pr+3/4 O2 =1/2 Pr2 3 △G=−181.5(kcal/mol) で、自由エネルギー変化はともに負で大きい。すなわ
ち、ZrおよびPrは酸化しやすく、還元剤として働く
ことを示している。Si基板表面のSiO2 との固相反
応を想定すると
Taking the case of forming a YSZ film on a Si substrate as an example, the oxidation reaction of Zr metal and Pr metal is Zr + O 2 = ZrO 2 ΔG = -187.6 (kcal / mol) Pr + 3 / 4 O 2 = 1/2 Pr 2 O 3 ΔG = -181.5 (kcal / mol), and the changes in free energy are both negative and large. That is, it is shown that Zr and Pr are easily oxidized and act as a reducing agent. Assuming a solid-state reaction with SiO 2 on the Si substrate surface

【0033】 SiO2 +Zr=ZrO2 +Si △G=−43.129(kcal/mol) △Gから考えるとSiO2 がZrにより還元されること
を示している。Prについても同様である。この反応に
より、成膜直前での基板表面の酸化膜除去が可能とな
る。すなわち、PSZの成膜前にZr+Pr金属を供給
し、その後、酸素、Zr、Prを供給し、PSZを成長
させることにより良好なPSZのエピタキシャル成長が
実現できる。なお、基板表面の非酸化度が良好な場合等
においては、金属の蒸発による基板への供給と酸化性ガ
スの供給を同時に行ってもよい。
SiO 2 + Zr = ZrO 2 + Si ΔG = −43.129 (kcal / mol) Considering from ΔG, SiO 2 is reduced by Zr. The same applies to Pr. By this reaction, the oxide film on the substrate surface can be removed immediately before the film formation. That is, favorable ZZ epitaxial growth can be realized by supplying Zr + Pr metal before film formation of PSZ and then supplying oxygen, Zr, and Pr to grow PSZ. When the degree of non-oxidation of the substrate surface is good, the supply of the metal to the substrate by evaporation and the supply of the oxidizing gas may be performed simultaneously.

【0034】次に、Zr金属、希土類金属(以下の説明
ではPrで代表して説明する)および酸化性ガスを単結
晶基板に供給し、ZrO2 を主成分とする薄膜を得る。
ここで、成膜速度は、0.05〜1.00nm/s、好まし
くは0.100〜0.500nm/sとすることが望まし
い。その理由は、遅すぎると、基板の酸化が起こり、ま
た早すぎると形成される薄膜の結晶性が悪く表面に凸凹
が生じる。したがって、成膜速度は導入される酸素量で
最適値が決定される。このため、ZrO2 を主成分とす
る薄膜の蒸着に先立ち、Zr、Prの各金属が蒸着源に
加えた電力量条件により、単位時間あたりどの程度蒸発
し、Zr、Pr、ZrO2 、PrOx の蒸着膜を形成す
るかを真空蒸着槽内の基板近傍に設置した膜厚計により
金属ごとに測定し校正しておく。上記酸化性ガスとして
は、酸素、オゾン、原子状酸素、NO2 等を用いること
ができる。ここでは、以下酸素を用いることとして説明
する。酸素は真空ポンプで継続的に槽内を排気しつつ真
空蒸着槽内に設けられたノズルにより、2〜50cc/
分、好ましくは5〜25cc/分の酸素ガスを継続的に噴
射させ、真空槽内の少なくとも単結晶基板近傍に10-4
〜10-2Torr程度の酸素雰囲気を作る。最適酸素量は、
チャンバーの大きさ、ポンプの排気速度その他の要因に
より決まり、あらかじめ適当な流量を求めておく。ここ
で酸素ガス圧の上限を10-2Torrとしたのは、同真空槽
内にある蒸発源中の金属源を劣化させることなく、かつ
その蒸発速度を一定に蒸着させるためである。さらに真
空蒸着槽に酸素ガスを導入するに際しては、単結晶基板
の表面にその近傍から酸素ガスを噴射し、単結晶基板近
傍付近にだけ高い酸素分圧の雰囲気をつくるとよく、こ
れにより少ない酸素導入量で基板上での反応をより促進
させることができる。この時、真空槽内は継続的に排気
されているので真空槽のほとんどの部分は10-4−10
-6Torrの低い圧力になっている。また単結晶基板の1cm
2 程度の狭い領域では、この方法で単結晶基板上で酸化
反応を促進することができるが、基板面積が10cm2
上、たとえば直径2インチの大きな単結晶基板面積に成
膜するためには図1のように基板を回転させ、高酸素分
圧を基板全面に供給することにより、大面積での膜作製
が可能となる。このとき、基板の回転数は、10rpm 以
上であることが望ましい。回転数が遅いと膜厚方向およ
び面内でZr、Pr、Oのそれぞれの組成分布が生じる
ためである。この基板の回転数の上限は特にないが、通
常は真空装置の機構上120rpm 程度である。
Next, a Zr metal, a rare earth metal (which will be represented by Pr in the following description) and an oxidizing gas are supplied to the single crystal substrate to obtain a thin film containing ZrO 2 as a main component.
Here, the film formation rate is 0.05 to 1.00 nm / s, preferably 0.100 to 0.500 nm / s. The reason is that if it is too slow, the substrate will be oxidized, and if it is too fast, the crystallinity of the formed thin film will be poor and unevenness will occur on the surface. Therefore, the optimum film formation rate is determined by the amount of oxygen introduced. Therefore, prior to the vapor deposition of a thin film containing ZrO 2 as a main component, how much each metal of Zr and Pr evaporates per unit time depending on the electric power condition applied to the vapor deposition source, and Zr, Pr, ZrO 2 , PrO x Whether or not the vapor-deposited film is formed is measured and calibrated for each metal by a film thickness meter installed near the substrate in the vacuum vapor deposition tank. As the oxidizing gas, oxygen, ozone, atomic oxygen, NO 2 or the like can be used. Here, it is assumed that oxygen is used below. Oxygen is continuously discharged from the chamber with a vacuum pump, and 2 to 50 cc /
Minute, preferably 5 to 25 cc / min of oxygen gas is continuously jetted, and 10 -4 at least near the single crystal substrate in the vacuum chamber.
Create an oxygen atmosphere of about -10 -2 Torr. The optimum amount of oxygen is
Determine an appropriate flow rate in advance, depending on the size of the chamber, pumping speed of the pump, and other factors. Here, the upper limit of the oxygen gas pressure is set to 10 -2 Torr so that the metal source in the evaporation source in the vacuum chamber is not deteriorated and the evaporation rate is constant. Further, when introducing oxygen gas into the vacuum vapor deposition tank, it is preferable to inject oxygen gas onto the surface of the single crystal substrate from its vicinity to create an atmosphere with a high oxygen partial pressure only near the single crystal substrate, and to reduce oxygen The amount introduced can further promote the reaction on the substrate. At this time, since the vacuum chamber is continuously evacuated, most of the vacuum chamber is 10 -4 -10.
-6 Torr low pressure. 1 cm of single crystal substrate
In a narrow region of about 2 , the oxidation reaction can be promoted on the single crystal substrate by this method, but in order to form a film with a substrate area of 10 cm 2 or more, for example, a large single crystal substrate area of 2 inches in diameter, By rotating the substrate as in 1 and supplying a high oxygen partial pressure to the entire surface of the substrate, a film can be formed in a large area. At this time, the rotation speed of the substrate is preferably 10 rpm or more. This is because when the rotation speed is slow, the composition distributions of Zr, Pr, and O occur in the film thickness direction and in the plane. There is no particular upper limit to the rotation speed of the substrate, but it is usually about 120 rpm due to the mechanism of the vacuum device.

【0035】上記ZrO2 への希土類金属(Yを含む)
の添加は以下の効果がある。
Rare earth metal (including Y) to ZrO 2
Has the following effects.

【0036】ZrO2 単体は高温から立方晶→正方晶→
室温で単斜晶と相転移を起こす。立方晶を安定化するた
めに、希土類金属(Yを含む)を添加したものが安定化
ジルコニアである。ZrO2 をSi上にエピタキシャル
成長させ、さらにその上に第2酸化物薄膜である希土類
酸化物薄膜をエピタキシャル成長させるために、ZrO
2 は対称性の高い立方晶であることが好ましい。そのた
め、Zr、希土類金属(Yを含む)の各金属元素を別々
の蒸発源からZr/希土類金属の比を制御しつつ同時に
蒸発させて単結晶基板に蒸着せしめる。ここで、蒸発源
からの希土類金属(Yを含む)/Zrのモル比は、0〜
3.0、好ましくは0.25〜1.0であることが好ま
しい。これにより、上記好ましい組成比の第1酸化物薄
膜を得ることができる。なお、上記のように、第1酸化
物薄膜において、傾斜組成部分を設ける場合には、Zr
の供給量を徐々に減らし、最後にはゼロとして、第2酸
化物薄膜の形成に移行することが好ましい。
From the high temperature, ZrO 2 simple substance is cubic crystal → tetragonal crystal →
It undergoes a phase transition with monoclinic crystals at room temperature. Stabilized zirconia is obtained by adding a rare earth metal (including Y) in order to stabilize the cubic crystal. In order to epitaxially grow ZrO 2 on Si and further epitaxially grow a second oxide thin film, a rare earth oxide thin film, on ZrO 2.
2 is preferably a cubic crystal with high symmetry. Therefore, each metal element of Zr and rare earth metal (including Y) is simultaneously evaporated from separate evaporation sources while controlling the ratio of Zr / rare earth metal to be deposited on the single crystal substrate. Here, the rare earth metal (including Y) / Zr molar ratio from the evaporation source is 0 to
It is preferably 3.0, preferably 0.25 to 1.0. As a result, the first oxide thin film having the above preferable composition ratio can be obtained. As described above, when the graded composition portion is provided in the first oxide thin film, Zr
It is preferable to gradually reduce the supply amount of the above, and finally to zero, and then shift to the formation of the second oxide thin film.

【0037】ついで、蒸発源からのZrの供給を停止
し、希土類金属のみの供給として、第2酸化物薄膜を形
成する。このとき、雰囲気の条件特に酸化性ガスの導入
条件や基板の回転条件、基板の温度条件等は上記の第1
酸化物薄膜の形成時と同じであってよい。
Then, the supply of Zr from the evaporation source is stopped and only the rare earth metal is supplied to form the second oxide thin film. At this time, the atmospheric conditions, particularly the oxidizing gas introduction conditions, the substrate rotation conditions, the substrate temperature conditions, etc., are the same as those in the above first
It may be the same as when forming the oxide thin film.

【0038】以上、製造方法の詳細を説明したが、この
製造方法は、従来の真空蒸着法、スパッタリング法、レ
ーザーアブレーション法の比較において特に明確なごと
く、不純物の介在の余地のない、しかも制御しやすい操
作条件化で実施しうるため、再現性よく完全性が高い目
的物を大面積で得るのに好適である。さらに本方法をM
BE装置を用いても、全く同様にして目的薄膜を得るこ
とができる。
Although the manufacturing method has been described in detail above, this manufacturing method has no room for inclusion of impurities and is controlled, as is particularly clear when comparing the conventional vacuum deposition method, sputtering method and laser ablation method. Since it can be carried out under easy operating conditions, it is suitable for obtaining a target substance having high reproducibility and high integrity in a large area. Furthermore, this method is
Even if the BE apparatus is used, the target thin film can be obtained in exactly the same manner.

【0039】以上のようにして得られたMISキャパシ
タ材料は、電極が形成され、半導体プロセスにより、微
細加工されて、多数のMISキャパシタとされる。本発
明のMISキャパシタは、C−V特性においてヒステリ
シスをほとんど生ずることがなく、ヒステリシスを生じ
たとしても、そのヒステリシスはC値の半値における電
圧の幅(以下、ヒステリシス値と称する)で0.8V 程
度以下である。また、MIS(Metal-Insulator-Semico
nductor )構造の絶縁層(Insulator )の見掛け上の誘
電率を20程度と大きくすることができる。上記のよう
なMISキャパシタは、DRAM用のFETとして利用
できる。SiO2 を絶縁層に用いた従来のMISキャパ
シタに比べ、本発明のMISキャパシタは、絶縁層の誘
電率が10〜20と、従来の5〜10倍になるため、現
在限界にきている集積度をさらに上げることが可能とな
る。
The MIS capacitor material obtained as described above is formed with electrodes and finely processed by a semiconductor process to obtain a large number of MIS capacitors. The MIS capacitor of the present invention hardly causes hysteresis in the C-V characteristic, and even if the hysteresis occurs, the hysteresis is 0.8 V in the voltage width at half the C value (hereinafter referred to as the hysteresis value). It is below the level. In addition, MIS (Metal-Insulator-Semico
The apparent dielectric constant of the insulating layer (Insulator) of the nductor structure can be increased to about 20. The MIS capacitor as described above can be used as a FET for DRAM. Compared with a conventional MIS capacitor using SiO 2 as an insulating layer, the MIS capacitor of the present invention has an insulating layer having a dielectric constant of 10 to 20, which is 5 to 10 times that of the conventional MIS capacitor. It is possible to further increase the degree.

【0040】また、MISキャパシタ材料の第2酸化物
薄膜上に、強誘電体を形成し、電極形成、微細加工等の
半導体プロセスを施すことにより、強誘電体ゲートFE
Tとして利用可能であり、不揮発性メモリの実現が可能
となる。第2酸化物膜材料の結晶と強誘電体材料の結晶
を最適に選択することにより、エピタキシャル構造が実
現でき、粒界による物理量の攪乱等がなくなり、良好な
機能を発揮する。また、本MISキャパシタに用いた誘
電体材料中に浮遊ゲートを設けることにより、フラッシ
ュメモリ等の基本セルに用いられるトンネル酸化膜材料
としても応用が可能である。本発明は、その他のMOS
デバイス、半導体素子用のキャパシタに利用でき、価値
は大きい。
Further, a ferroelectric material is formed on the second oxide thin film of the MIS capacitor material, and a semiconductor process such as electrode formation and microfabrication is performed to obtain a ferroelectric gate FE.
It can be used as T, and a nonvolatile memory can be realized. By optimally selecting the crystal of the second oxide film material and the crystal of the ferroelectric material, an epitaxial structure can be realized, and the disturbance of the physical quantity due to the grain boundary is eliminated and a good function is exhibited. Further, by providing a floating gate in the dielectric material used for this MIS capacitor, it can be applied as a tunnel oxide film material used for a basic cell such as a flash memory. The present invention relates to other MOS
It can be used as a capacitor for devices and semiconductor elements and has great value.

【0041】[0041]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below by showing specific examples of the present invention.

【0042】実施例1 酸化物薄膜を成長させる単結晶基板として、その表面が
(100)面となるように切断し、鏡面研磨したSi単
結晶ウエハーを用いた。鏡面表面は購入後40%フッ化
アンモニウム水溶液により、エッチング洗浄を行った。
なお、Si基板は、直径2インチの円形基板を用いた。
Example 1 As a single crystal substrate on which an oxide thin film was grown, a Si single crystal wafer which was cut so that its surface was a (100) plane and mirror-polished was used. After purchase, the mirror surface was cleaned by etching with a 40% ammonium fluoride aqueous solution.
A circular substrate having a diameter of 2 inches was used as the Si substrate.

【0043】真空槽内に設置された回転および加熱機構
を備えた基板ホルダーに上記単結晶基板を固定し、真空
蒸着槽を10-6Torrまでポンプにより排気した。その
後、基板洗浄面をSi酸化物を用いて保護するため、6
00℃で、酸素を基板付近にノズルから25cc/分の
割合で導入し、基板表面に、約1nmのSi酸化物膜を
熱酸化で形成した。ついで、再び真空蒸着槽を10-6To
rrまで排気した後、基板を900℃に加熱し回転させ
た。回転数は20rpm とした。
The above single crystal substrate was fixed on a substrate holder equipped with a rotation and heating mechanism installed in a vacuum chamber, and the vacuum deposition chamber was evacuated to 10 -6 Torr by a pump. After that, in order to protect the cleaned surface of the substrate with Si oxide, 6
At 00 ° C., oxygen was introduced into the vicinity of the substrate from a nozzle at a rate of 25 cc / min, and a Si oxide film of about 1 nm was formed on the substrate surface by thermal oxidation. Then, the vacuum deposition tank is again set to 10 -6 To
After exhausting to rr, the substrate was heated to 900 ° C. and rotated. The rotation speed was 20 rpm.

【0044】その後、金属ZrおよびPrをそれぞれ独
立した蒸発源からPr/Zrモル比で0.45に制御し
つつ同時に供給した。この時は酸素を導入しない。供給
量をZr+Pr合金の膜厚に換算して0.2nmに達した
ならば、ノズルから酸素ガスを25cc/分の割合で導入
し、金属と酸素を反応させ厚さ約25nmのPSZ(Zr
2 にPrをドープさせた材料)膜を形成した。
Thereafter, the metals Zr and Pr were simultaneously supplied from independent evaporation sources while controlling the Pr / Zr molar ratio to 0.45. At this time, oxygen is not introduced. When the supply amount is converted to the film thickness of Zr + Pr alloy and reaches 0.2 nm, oxygen gas is introduced from the nozzle at a rate of 25 cc / min to react metal and oxygen with PSZ (Zr of about 25 nm thickness).
A film in which O 2 was doped with Pr) was formed.

【0045】ついで、Zr蒸発源を止め、Pr蒸発源の
みの供給でPr酸化物を25nm成膜し、PSZとPr酸
化物の2層膜を得た(サンプルNo. 1の膜構造)。ま
た、第1酸化物薄膜を形成する際、上記Pr/Zrモル
比0.45での成膜を10nmし、10nmの均一組成層を
形成した後、Zrの供給を徐々に減らし、最後はZrの
量をゼロとするようにして、傾斜組成層を30nm形成
し、この傾斜組成層の上に厚さ10nmのPr酸化物の薄
膜を形成した(サンプルNo. 2の膜構造)。さらに、真
空槽内に、Zr蒸発源およびPr蒸発源に加えて、他の
希土類金属R’すなわちY,La,Ce,Nd,Sm,
Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,ErおよびYbのうち
の一種の蒸発源を配し、Zr蒸発源を止めた後、Prの
替わりに、上記希土類金属R’のうち一種を供給し、
R’酸化物を25nm成膜し、PSZとR’酸化物の2層
膜を得た(サンプルNo. 3〜14の膜構造)。なお、こ
れらのサンプルNo. 3〜14においては、第1酸化物薄
膜の組成をサンプルNo. 1と同じにした。さらに、Zr
蒸発源を止めた後、Prに加えてGdを同時に供給し、
PrとGdの複合酸化物を25nm成膜し、PSZとPr
とGd複合R酸化物の2層膜を得た(サンプルNo. 15
の膜構造)。
Then, the Zr evaporation source was stopped and Pr oxide was deposited to a thickness of 25 nm by supplying only the Pr evaporation source to obtain a two-layer film of PSZ and Pr oxide (film structure of sample No. 1). Further, when forming the first oxide thin film, the film having a Pr / Zr molar ratio of 0.45 was formed to 10 nm, a uniform composition layer of 10 nm was formed, and then Zr supply was gradually reduced. The gradient composition layer was formed to have a thickness of 30 nm so as to be zero, and a 10 nm-thick Pr oxide thin film was formed on the gradient composition layer (the film structure of Sample No. 2). Further, in the vacuum chamber, in addition to the Zr evaporation source and the Pr evaporation source, other rare earth metals R ′, that is, Y, La, Ce, Nd, Sm,
An evaporation source of one of Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er and Yb is arranged, and after stopping the Zr evaporation source, one of the rare earth metals R ′ is supplied instead of Pr,
An R'oxide having a film thickness of 25 nm was formed to obtain a two-layer film of PSZ and R'oxide (the film structure of Sample Nos. 3 to 14). In addition, in these sample Nos. 3 to 14, the composition of the first oxide thin film was the same as that of the sample No. 1. Furthermore, Zr
After stopping the evaporation source, Gd is simultaneously supplied in addition to Pr,
A 25 nm film of Pr and Gd composite oxide was formed to form PSZ and Pr.
And a Gd complex R oxide two-layer film was obtained (Sample No. 15
Membrane structure).

【0046】サンプルNo. 1で得られた薄膜(以下、こ
れを2層膜と称することがある)について測定したX線
の結果を図2に示す。図にはPSZの(002)ピーク
が明瞭に観察されている。このピークは、はじめに25
nm形成したPSZの結晶からの回折であり、Si基板の
結晶構造、対称性を反映した方位に強く配向した結晶膜
が得られていることがわかる。さらにこのピークの左側
にピークがみられる。これは、Pr酸化物のピークであ
り、PSZと同様にPSZの結晶構造、対称性を反映し
た方位に強く配向した結晶膜が得られていることがわか
る。
FIG. 2 shows the result of X-ray measurement of the thin film obtained in Sample No. 1 (hereinafter, this may be referred to as a two-layer film). In the figure, the (002) peak of PSZ is clearly observed. This peak is 25
It is understood that the diffraction is from the PSZ crystal having a thickness of nm, and a crystal film strongly oriented in an orientation reflecting the crystal structure and symmetry of the Si substrate is obtained. Furthermore, a peak is seen on the left side of this peak. This is a peak of Pr oxide, and it can be seen that a crystal film strongly oriented in an orientation reflecting the crystal structure and symmetry of PSZ, similar to PSZ, is obtained.

【0047】さらに、図3にこの薄膜のRHEED ( R
eflection High Energy Electron Diffraction )パター
ンを示す。電子線の入射方向はSi基板の〔110〕方
向からのものと〔100〕方向からのものを示した。こ
の結果からわかるように、この構造の薄膜表面の回折パ
ターンは、PrO2 の結晶構造であるホタル石型を示す
スポットが得られており、膜は単結晶で形成されている
ことが分かる。
Further, FIG. 3 shows the RHEED (R
eflection High Energy Electron Diffraction) pattern. The incident direction of the electron beam is shown from the [110] direction and the [100] direction of the Si substrate. As can be seen from these results, in the diffraction pattern on the surface of the thin film having this structure, spots showing a fluorite type having a PrO 2 crystal structure are obtained, and it is understood that the film is formed of a single crystal.

【0048】また、サンプルNo. 2で得られた傾斜組成
を有する薄膜(以下、この薄膜を傾斜組成膜と称し、サ
ンプルNo. 1で得られた薄膜を2層膜と称することがあ
る)のRHEEDパターンを図4に示した。この構造の
薄膜表面の回折パターンは、図3の2層膜の場合に比べ
て、スポットがシャープでストリーク状になっているこ
とが分かる。これにより、膜は単結晶で、その表面の平
坦性がさらに優れていることが分かる。すなわち、傾斜
組成膜は2層膜より結晶性に優れている。これは、上記
2層膜では、第1酸化物薄膜と第2酸化物薄膜の間で格
子のミスフィットが多少存在するが、傾斜組成膜では、
徐々に組成が変化するため、ミスフィットがもはや存在
しないため、高結晶性のエピタキシャル膜が得られるも
のと考えられる。
A thin film having a gradient composition obtained in Sample No. 2 (hereinafter, this thin film is referred to as a gradient composition film, and the thin film obtained in Sample No. 1 may be referred to as a two-layer film). The RHEED pattern is shown in FIG. It can be seen that the diffraction pattern on the surface of the thin film of this structure has a sharp spot and a streak shape as compared with the case of the two-layer film of FIG. From this, it is found that the film is a single crystal and the surface flatness is further excellent. That is, the graded composition film is superior to the two-layer film in crystallinity. This is because there is some misfit of the lattice between the first oxide thin film and the second oxide thin film in the above two-layer film, but in the gradient composition film,
Since the composition gradually changes and the misfit no longer exists, it is considered that a highly crystalline epitaxial film can be obtained.

【0049】つぎに、上記構造膜の最表面のPr酸化物
表面に面積約0.15mm2 のPt電極膜を形成し、上部
電極とし、SiウエハーにはAlによるオーミック電極
を設けたMISキャパシターを作製した。また、PSZ
のみおよび従来のYSZのみのエピタキシャル誘電体に
よるMISキャパシタをそれぞれサンプルNo. 16およ
び17とした。Siウエハーは5Ωcmのp型ウエハーで
ある。
Next, a Pt electrode film having an area of about 0.15 mm 2 was formed on the Pr oxide surface on the outermost surface of the above structure film, and used as an upper electrode, and a MIS capacitor having an ohmic electrode made of Al provided on the Si wafer was formed. It was made. Also, PSZ
And the conventional YSZ-only epitaxial dielectric MIS capacitors were designated as sample Nos. 16 and 17, respectively. The Si wafer is a 5Ωcm p-type wafer.

【0050】サンプルNo. 1ないし17のMISキャパ
シタのC−V特性を図5ないし21に示す。C−V特性
は、1MHz で、バイアス電圧を0.4V/sec で変化させ
て測定した。これらの図に示されたC−V特性から明瞭
なように、本発明において、第2酸化物薄膜の希土類金
属種として選択したPr、Ce、Nd、Gd、Tb、D
y、HoおよびErを用いたサンプルNo. 1、2、5、
6、9、10、11、12、13および15(Pr+G
d)においては、C−V特性においてヒステリシスが全
くないか、あってもヒステリシス幅値が0.8V 以下で
あった。これに対し、第2酸化物薄膜に上記以外の希土
類金属種を用いたサンプルNo. 3、7、8および14、
ならびに第2酸化物薄膜を設けなかったサンプルNo. 1
6および17においては、ヒステリシス値が約1.5V
以上と大きなヒステリシス幅値が見られた。なお、La
を用いたサンプルNo. 4では、ヒステリシス幅値は比較
的小さかったが、ヒステリシス曲線が交差するととも
に、中間に小さなC値のピークが存在し、容量変化曲線
がなだらかになってしまった。MISデバイス用素子の
C−V曲線はヒステリシスがなく、変化が急峻である必
要がある。また、図には示さなかったが、Laを用いた
サンプルNo. 4では、その薄膜表面のRHEEDパター
ンがリングまたはハローになってしまい、完全なエピタ
キシャル成長しているものとは認められなかった。
CV characteristics of the MIS capacitors of Sample Nos. 1 to 17 are shown in FIGS. The C-V characteristic was measured at 1 MHz while changing the bias voltage at 0.4 V / sec. As is clear from the CV characteristics shown in these figures, in the present invention, Pr, Ce, Nd, Gd, Tb and D selected as the rare earth metal species of the second oxide thin film were selected.
Sample No. 1, 2, 5 using y, Ho and Er,
6, 9, 10, 11, 12, 13, and 15 (Pr + G
In d), there was no hysteresis in the C-V characteristics, or the hysteresis width value was 0.8 V or less. On the other hand, sample Nos. 3, 7, 8 and 14 in which a rare earth metal species other than the above is used for the second oxide thin film,
And sample No. 1 without the second oxide thin film
In 6 and 17, the hysteresis value is about 1.5V
A large hysteresis width value was seen as above. Note that La
In the sample No. 4 in which No. 4 was used, the hysteresis width value was relatively small, but the hysteresis curves intersected with each other, and a small C value peak was present in the middle, and the capacitance change curve became gentle. The C-V curve of the MIS device element has no hysteresis and needs to have a sharp change. Although not shown in the figure, in sample No. 4 using La, the RHEED pattern on the surface of the thin film became a ring or a halo, and it was not recognized that perfect epitaxial growth was performed.

【0051】なお、明瞭のため、各サンプルにおけるヒ
ステリシス値を表1にまとめた。次に説明する実施例2
のサンプルについてもヒステリシス値を表1に示した。
For the sake of clarity, the hysteresis values for each sample are summarized in Table 1. Example 2 described next
Table 1 also shows the hysteresis value of the sample.

【0052】[0052]

【表1】 [Table 1]

【0053】実施例2 真空槽内に、Zr蒸発源、および希土類金属Rすなわち
Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,T
b,Dy,Ho,ErおよびYbのうちの一種の蒸発源
を配し、先ず、Zrと上記希土類金属RすなわちY,L
a,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho,ErおよびYbのうちの一種を供給して、基
板上に上記RでドープしたZrO2 の層を10nm形成
し、ついで、Zrの供給を徐々に減らし、最後はZrの
量をゼロとするようにして、組成傾斜層を30nm形成し
て、第1酸化物薄膜を形成し、この後、第2酸化物薄膜
として厚さ10nmのR酸化物薄膜を形成し、サンプルN
o. 18〜30の薄膜を形成した。これらのサンプルの
薄膜についても、上記と同様にRHEEDによる結晶評
価を行なった。サンプルNo. 18〜30の薄膜のRHE
EDパターンを図22〜34に示した。なお、これらの
図において、(a)は電子線の入射方向がSi基板の
〔110〕方向からのもの、(b)は電子線の入射方向
がSi基板の〔100〕方向からのものをそれぞれ示し
た。
Example 2 In a vacuum chamber, a Zr evaporation source and a rare earth metal R, that is, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, T were used.
An evaporation source of one of b, Dy, Ho, Er and Yb is arranged, and first, Zr and the rare earth metal R, that is, Y and L
a, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, D
One of y, Ho, Er and Yb is supplied to form a layer of ZrO 2 doped with R on the substrate to a thickness of 10 nm, then the supply of Zr is gradually reduced, and finally the amount of Zr is zero. As described above, a composition gradient layer having a thickness of 30 nm is formed to form a first oxide thin film, and then an R oxide thin film having a thickness of 10 nm is formed as a second oxide thin film.
o. A thin film of 18-30 was formed. The thin films of these samples were also subjected to crystal evaluation by RHEED in the same manner as above. Sample No. 18-30 thin film RHE
The ED patterns are shown in FIGS. In these figures, (a) shows the incident direction of the electron beam from the [110] direction of the Si substrate, and (b) shows the incident direction of the electron beam from the [100] direction of the Si substrate. Indicated.

【0054】これらのRHEEDパターンから分かるよ
うに、第2酸化物薄膜の希土類金属として、本発明で選
択したCe、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Hoおよ
びErを用いたサンプルでは、単結晶を示すスポットパ
ターンが得られており、エピタキシャル成長が実現でき
たことが確認できた。しかし、La,Sm,Eu,Yb
を用いた場合には、第1酸化物薄膜および第2酸化物薄
膜の希土類金属を同一のものとしても、RHEEDパタ
ーンがリングまたはハローになり、エピタキシャル成長
が不可能であることが確認できた。なお、Yを用いた場
合には、エピタキシャル成長が可能であるが、後に説明
するようにC−V特性に大きなヒステリシスが観られ
る。
As can be seen from these RHEED patterns, in the sample using Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho and Er selected in the present invention as the rare earth metal of the second oxide thin film, the single crystal was used. It was confirmed that epitaxial growth could be realized because the spot pattern showing “” was obtained. However, La, Sm, Eu, Yb
It was confirmed that even if the first oxide thin film and the second oxide thin film had the same rare earth metal, the RHEED pattern became a ring or a halo, and epitaxial growth was impossible. It should be noted that when Y is used, epitaxial growth is possible, but a large hysteresis is observed in the CV characteristic as described later.

【0055】さらに、上記サンプルの薄膜に上記実施例
1と同様に電極を設け、サンプルNo. 18〜30を作製
し、これらのサンプルにつき、実施例1と同様にC−V
特性を調べたところ、図35〜47に示したC−V特性
が得られた。上記実施例1の場合と同様、本発明で選択
したCe、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Hoおよび
Erを用いたサンプルでは、表1に示したように、ヒス
テリシスが全くないか、あっても極小さいものであっ
た。しかし、これ以外の希土類金属を用いた場合には、
第1酸化物薄膜および第2酸化物薄膜の希土類金属を同
一のものとしても、ヒステリシスが本発明のものに比べ
て極めて大きかった。なお、Laを用いたサンプルNo.
4では、ヒステリシス幅値は比較的小さかったが、ヒス
テリシス曲線が交差するとともに、中間にC値の小さな
ピークが現れ、容量変化が緩慢になった。
Further, electrodes were provided on the thin films of the above samples in the same manner as in Example 1 above to prepare sample Nos. 18 to 30, and these samples were subjected to CV in the same manner as in Example 1.
When the characteristics were examined, the CV characteristics shown in FIGS. 35 to 47 were obtained. As in the case of Example 1 above, the samples using Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, and Er selected in the present invention have no hysteresis as shown in Table 1. But it was very small. However, when using other rare earth metals,
Even if the rare earth metals of the first oxide thin film and the second oxide thin film were the same, the hysteresis was extremely larger than that of the present invention. In addition, sample No. using La.
In No. 4, the hysteresis width value was relatively small, but when the hysteresis curves crossed, a peak with a small C value appeared in the middle, and the capacitance change became slow.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による多層
膜は、組成Zr1-xx2 −δのエピタキシャル酸化
物膜上に、特定の希土類金属のエピタキシャル酸化物膜
を形成した構造をしているため、YSZ膜のように、C
−V特性に、ヒステリシスがみられることなく、良好な
MOS特性が得られる。このMIS構造はSiデバイス
用のMISキャパシターとして、利用価値のきわめて高
いものである。
As described above, the multilayer film according to the present invention has a structure in which an epitaxial oxide film of a specific rare earth metal is formed on an epitaxial oxide film of the composition Zr 1-x R x O 2 -δ. Therefore, like the YSZ film, C
Good MOS characteristics can be obtained without showing hysteresis in the −V characteristics. This MIS structure is extremely useful as a MIS capacitor for Si devices.

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

【図1】本発明の電子デバイス用基板の製造方法に用い
られる蒸着装置の1例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a vapor deposition apparatus used in a method for manufacturing an electronic device substrate of the present invention.

【図2】単結晶基板上に得られたサンプルNo. 1の膜構
造のX線回折図である。
FIG. 2 is an X-ray diffraction diagram of the film structure of Sample No. 1 obtained on a single crystal substrate.

【図3】サンプルNo. 1の薄膜の結晶構造を示す図面代
用写真であって、Si単結晶基板の[110]および
[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速電
子線回折パターンを示す図である。
FIG. 3 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure of a thin film of Sample No. 1, showing a reflected high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図4】サンプルNo. 2の薄膜の結晶構造を示す図面代
用写真であって、Si単結晶基板の[110]および
[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速電
子線回折パターンを示す図である。
FIG. 4 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure of a thin film of Sample No. 2, showing a reflection high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図5】サンプルNo. 1のMISキャパシタのC−V特
性を示すグラフ図である。
FIG. 5 is a graph showing the CV characteristics of the MIS capacitor of sample No. 1.

【図6】サンプルNo. 2のMISキャパシタのC−V特
性を示すグラフ図である。
FIG. 6 is a graph showing the CV characteristics of the MIS capacitor of sample No. 2.

【図7】サンプルNo. 3のMISキャパシタのC−V特
性を示すグラフ図である。
FIG. 7 is a graph showing the CV characteristics of the MIS capacitor of sample No. 3.

【図8】サンプルNo. 4のMISキャパシタのC−V特
性を示すグラフ図である。
FIG. 8 is a graph showing the CV characteristics of the MIS capacitor of sample No. 4.

【図9】サンプルNo. 5のMISキャパシタのC−V特
性を示すグラフ図である。
FIG. 9 is a graph showing the CV characteristics of the MIS capacitor of sample No. 5.

【図10】サンプルNo. 6のMISキャパシタのC−V
特性を示すグラフ図である。
FIG. 10: C-V of MIS capacitor of sample No. 6
It is a graph which shows a characteristic.

【図11】サンプルNo. 7のMISキャパシタのC−V
特性を示すグラフ図である。
FIG. 11 C-V of MIS capacitor of sample No. 7
It is a graph which shows a characteristic.

【図12】サンプルNo. 8のMISキャパシタのC−V
特性を示すグラフ図である。
FIG. 12: C-V of MIS capacitor of sample No. 8
It is a graph which shows a characteristic.

【図13】サンプルNo. 9のMISキャパシタのC−V
特性を示すグラフ図である。
FIG. 13: CV of MIS capacitor of sample No. 9
It is a graph which shows a characteristic.

【図14】サンプルNo. 10のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 14 C- of the MIS capacitor of sample No. 10
It is a graph which shows V characteristic.

【図15】サンプルNo. 11のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 15 C- of the MIS capacitor of sample No. 11
It is a graph which shows V characteristic.

【図16】サンプルNo. 12のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 16 C- of the MIS capacitor of sample No. 12
It is a graph which shows V characteristic.

【図17】サンプルNo. 13のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 17 C- of the MIS capacitor of sample No. 13
It is a graph which shows V characteristic.

【図18】サンプルNo. 14のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 18 C- of the MIS capacitor of sample No. 14
It is a graph which shows V characteristic.

【図19】サンプルNo. 15のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 19 C- of the MIS capacitor of sample No. 15
It is a graph which shows V characteristic.

【図20】サンプルNo. 16のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 20 C- of the MIS capacitor of sample No. 16
It is a graph which shows V characteristic.

【図21】サンプルNo. 17のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 21 C- of the MIS capacitor of sample No. 17
It is a graph which shows V characteristic.

【図22】サンプルNo. 18の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 22 is a drawing-substituting photograph showing the crystal structure of the thin film of Sample No. 18, showing a reflected high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図23】サンプルNo. 19の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
23 is a drawing-substituting photograph showing the crystal structure of a thin film of Sample No. 19, showing a reflected high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from the [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図24】サンプルNo. 20の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 24 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure of a thin film of Sample No. 20, showing a reflection high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図25】サンプルNo. 21の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
25 is a drawing-substituting photograph showing the crystal structure of the thin film of Sample No. 21, showing a reflected high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図26】サンプルNo. 22の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 26 is a drawing-substituting photograph showing the crystal structure of the thin film of Sample No. 22, showing a reflection high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from the [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図27】サンプルNo. 23の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 27 is a drawing-substituting photograph showing the crystal structure of the thin film of Sample No. 23, which shows a reflection high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from the [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図28】サンプルNo. 24の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
28 is a drawing-substitute photograph showing the crystal structure of a thin film of Sample No. 24, which shows a reflection high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図29】サンプルNo. 25の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 29 is a drawing-substituting photograph showing the crystal structure of the thin film of Sample No. 25, which shows a reflected high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from the [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図30】サンプルNo. 26の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 30 is a drawing-substituting photograph showing the crystal structure of the thin film of Sample No. 26, which shows a reflected high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from the [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図31】サンプルNo. 27の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 31 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure of a thin film of Sample No. 27, which shows a reflection high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図32】サンプルNo. 28の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 32 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure of a thin film of Sample No. 28, showing a reflected high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図33】サンプルNo. 29の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 33 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure of a thin film of Sample No. 29, which shows a reflection high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図34】サンプルNo. 30の薄膜の結晶構造を示す図
面代用写真であって、Si単結晶基板の[110]およ
び[100]方向から電子線を入射した場合の反射高速
電子線回折パターンを示す図である。
FIG. 34 is a drawing-substituting photograph showing a crystal structure of a thin film of Sample No. 30, showing a reflected high-energy electron diffraction pattern when an electron beam is incident from [110] and [100] directions of a Si single crystal substrate. FIG.

【図35】サンプルNo. 18のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 35 is C- of the MIS capacitor of sample No. 18.
It is a graph which shows V characteristic.

【図36】サンプルNo. 19のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 36 is C- of the MIS capacitor of sample No. 19.
It is a graph which shows V characteristic.

【図37】サンプルNo. 20のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 37 is C- of the MIS capacitor of sample No. 20.
It is a graph which shows V characteristic.

【図38】サンプルNo. 21のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 38 is C- of the MIS capacitor of sample No. 21.
It is a graph which shows V characteristic.

【図39】サンプルNo. 22のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 39 is C- of the MIS capacitor of sample No. 22.
It is a graph which shows V characteristic.

【図40】サンプルNo. 23のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 40: C- of MIS capacitor of sample No. 23
It is a graph which shows V characteristic.

【図41】サンプルNo. 24のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 41 is C- of the MIS capacitor of sample No. 24.
It is a graph which shows V characteristic.

【図42】サンプルNo. 25のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 42 is C- of the MIS capacitor of sample No. 25.
It is a graph which shows V characteristic.

【図43】サンプルNo. 26のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 43 C- of the MIS capacitor of sample No. 26
It is a graph which shows V characteristic.

【図44】サンプルNo. 27のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 44 is C- of the MIS capacitor of sample No. 27.
It is a graph which shows V characteristic.

【図45】サンプルNo. 28のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 45 is C- of the MIS capacitor of sample No. 28.
It is a graph which shows V characteristic.

【図46】サンプルNo. 29のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 46 is C- of the MIS capacitor of sample No. 29.
It is a graph which shows V characteristic.

【図47】サンプルNo. 30のMISキャパシタのC−
V特性を示すグラフ図である。
FIG. 47 C- of MIS capacitor of sample No. 30
It is a graph which shows V characteristic.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 蒸着装置 1a 真空槽 2 単結晶基板 3 ホルダ 4 回転軸 5 モータ 6 ヒータ 7 酸化性ガス供給装置 8 酸化性ガス供給口 9 Zr蒸発部 10 希土類金属蒸発部 1 Vapor Deposition Device 1a Vacuum Chamber 2 Single Crystal Substrate 3 Holder 4 Rotating Shaft 5 Motor 6 Heater 7 Oxidizing Gas Supply Device 8 Oxidizing Gas Supply Port 9 Zr Evaporating Part 10 Rare Earth Metal Evaporating Part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C30B 25/16 H01L 29/43 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location C30B 25/16 H01L 29/43

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si単結晶半導体基板と、 この半導体基板上に形成され、組成Zr1-x x 2-δ
(ここで、RはYを含む希土類金属であり、0≦x<1
である)である酸化物を主成分とするエピタキシャル膜
であり、少なくとも前記半導体基板に隣接する基板隣接
層部分において、前記組成式のxが0〜0.75である
第1酸化物薄膜と、 この第1酸化物薄膜上に形成されたCe、Pr、Nd、
Gd、Tb、Dy、HoおよびErのうちから選択され
た少なくとも一種の希土類金属の酸化物を主成分とする
エピタキシャル膜である第2酸化物薄膜とを備えている
ことを特徴とするMISキャパシタ。
1. A Si single crystal semiconductor substrate and a composition Zr 1-x R x O 2- δ formed on the semiconductor substrate.
(Here, R is a rare earth metal containing Y, and 0 ≦ x <1
A first oxide thin film in which x in the composition formula is 0 to 0.75, at least in a substrate adjacent layer portion adjacent to the semiconductor substrate. Ce, Pr, Nd, formed on the first oxide thin film,
A MIS capacitor, comprising: a second oxide thin film, which is an epitaxial film whose main component is an oxide of at least one rare earth metal selected from Gd, Tb, Dy, Ho, and Er.
【請求項2】 前記第1酸化物薄膜の希土類金属と前記
第2酸化物薄膜の希土類金属とが同一である請求項1の
MISキャパシタ。
2. The MIS capacitor according to claim 1, wherein the rare earth metal of the first oxide thin film and the rare earth metal of the second oxide thin film are the same.
【請求項3】 前記第1酸化物薄膜の前記基板隣接層部
分以外の残部層部分を有し、この残部層部分において、
Zr含有量が、前記基板隣接層部分のZr含有量と第2
酸化物薄膜のZr含有量の間に設定された請求項2のM
ISキャパシタ。
3. A remaining layer portion other than the substrate adjacent layer portion of the first oxide thin film, wherein the remaining layer portion,
The Zr content is equal to the Zr content of the layer adjacent to the substrate and the second
3. The M of claim 2 set between the Zr contents of the oxide thin film.
IS capacitor.
【請求項4】 前記第1酸化物薄膜の残部層部分は、Z
r含有量が前記基板隣接層部分のZr含有量と第2酸化
物薄膜のZr含有量の間で徐々に減少した傾斜組成薄膜
である請求項3のMISキャパシタ。
4. The remaining layer portion of the first oxide thin film is Z
The MIS capacitor according to claim 3, wherein the r content is a graded composition thin film in which the r content is gradually reduced between the Zr content of the adjacent layer portion of the substrate and the Zr content of the second oxide thin film.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかのMISキ
ャパシタを製造する方法において、 真空槽内を当初1×10-5Torr以下の真空にし、この状
態で、Siの単結晶基板を所定温度に加熱し、 ついで、Zrと、少なくとも1種の希土類金属(Yを含
む)の各金属元素とのうち少なくともZrを別々の蒸発
源からZrと希土類金属の比を制御しつつ同時に蒸発さ
せて単結晶基板の基板表面に金属を供給し、 この金属の供給と同時もしくは所定時間以内遅れて、上
記真空槽内に酸化性ガスを導入し、真空槽内の少なくと
も単結晶基板近傍の雰囲気を1×10-4〜1×10-2To
rrとし、少なくもこの酸化性ガスの導入以降はZrと希
土類金属の比を制御しつつ同時に蒸発させ、前記単結晶
基板の基板表面に、第1酸化物薄膜または第1酸化物薄
膜と傾斜組成薄膜ををエピタキシャル成長させて形成
し、 ついで酸化性ガスの導入を維持したままで、Zrの蒸発
を停止し、希土類金属のみ蒸発させ、前記第1酸化物薄
膜または傾斜組成薄膜上に第2酸化物薄膜をエピタキシ
ャル成長させて形成することを特徴とするMISキャパ
シタの製造方法。
5. The method for manufacturing a MIS capacitor according to claim 1, wherein the vacuum chamber is initially evacuated to a vacuum of 1 × 10 −5 Torr or less, and the Si single crystal substrate is kept at a predetermined temperature in this state. Then, at least Zr of Zr and each metal element of at least one rare earth metal (including Y) is simultaneously evaporated from separate evaporation sources while controlling the ratio of Zr and rare earth metal. A metal is supplied to the substrate surface of the crystal substrate, an oxidizing gas is introduced into the vacuum chamber at the same time as or after a delay of a predetermined time from the metal supply, and the atmosphere in the vacuum chamber at least near the single crystal substrate is set to 1 × 10 -4 to 1 × 10 -2 To
rr, and at least after the introduction of the oxidizing gas, they are simultaneously vaporized while controlling the ratio of Zr and the rare earth metal, and the first oxide thin film or the first oxide thin film and the gradient composition are formed on the substrate surface of the single crystal substrate. The thin film is formed by epitaxial growth, and then the evaporation of Zr is stopped and only the rare earth metal is evaporated while maintaining the introduction of the oxidizing gas, and the second oxide is formed on the first oxide thin film or the gradient composition thin film. A method of manufacturing a MIS capacitor, which comprises forming a thin film by epitaxial growth.
【請求項6】 前記単結晶基板の表面に、その近傍から
酸化性ガスを噴射し、この前記単結晶基板近傍だけ他の
部分より酸化性ガス分圧の高い雰囲気を作る請求項5の
MISキャパシタの製造方法。
6. The MIS capacitor according to claim 5, wherein an oxidizing gas is injected from the vicinity of the surface of the single crystal substrate to create an atmosphere having a partial pressure of the oxidizing gas higher than other portions only in the vicinity of the single crystal substrate. Manufacturing method.
【請求項7】 前記単結晶基板を、基板表面面積が10
cm2 以上のものとするとともに、基板面内で回転するこ
とにより、前記酸化性ガス高分圧雰囲気を前記単結晶基
板の全体にわたって供し、この単結晶基板の全基板表面
にわたって実質的に均一な酸化物薄膜を形成する請求項
6のMISキャパシタの製造方法。
7. The single crystal substrate has a substrate surface area of 10
By making the surface area cm 2 or more and rotating in the plane of the substrate, the oxidizing gas high partial pressure atmosphere is provided over the entire single crystal substrate, and is substantially uniform over the entire surface of the single crystal substrate. The method for manufacturing a MIS capacitor according to claim 6, wherein an oxide thin film is formed.
【請求項8】 前記単結晶基板として、Si単結晶を、
その(100)面が基板表面となるように用いる請求項
5ないし7のいずれかのMISキャパシタの製造方法。
8. A Si single crystal is used as the single crystal substrate,
8. The method for manufacturing a MIS capacitor according to claim 5, wherein the (100) plane is used as a substrate surface.
【請求項9】 前記単結晶基板として、Si単結晶にS
i酸化物保護膜を形成した基板を用いる請求項5ないし
8のいずれかのMISキャパシタの製造方法。
9. The single crystal substrate is made of Si single crystal and S.
9. The method for manufacturing a MIS capacitor according to claim 5, wherein a substrate having an i oxide protection film formed thereon is used.
【請求項10】 前記単結晶基板を750℃以上に加熱
する請求項5ないし9のいずれかのMISキャパシタの
製造方法。
10. The method for manufacturing a MIS capacitor according to claim 5, wherein the single crystal substrate is heated to 750 ° C. or higher.
【請求項11】 前記金属の蒸発による供給からの前記
酸化性ガス導入までの所定時間が、前記単結晶基板に形
成される金属薄膜の膜厚換算で、5nm以下に相当する時
間である請求項5ないし10のいずれかのMISキャパ
シタの製造方法。
11. The predetermined time from the supply of the metal by evaporation to the introduction of the oxidizing gas is a time corresponding to 5 nm or less in terms of the film thickness of the metal thin film formed on the single crystal substrate. 11. The method for manufacturing a MIS capacitor according to any one of 5 to 10.
【請求項12】 前記第1酸化物薄膜を形成する際、ま
ずZrと希土類金属の比を所定値に設定して同時に蒸発
させて、Zrと希土類金属の比が所定値の所定厚みの均
一組成層を形成し、 その後、Zrの蒸発量を徐々に減少して、Zrの含有量
が徐々に減少した傾斜組成層を形成する請求項5ないし
11のいずれかのMISキャパシタの製造方法。
12. When forming the first oxide thin film, first, a ratio of Zr to the rare earth metal is set to a predetermined value and simultaneously evaporated to form a uniform composition having a predetermined ratio of Zr to the rare earth metal and a predetermined thickness. 12. The method for manufacturing a MIS capacitor according to claim 5, wherein a layer is formed, and thereafter, the evaporation amount of Zr is gradually reduced to form a graded composition layer in which the Zr content is gradually reduced.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998013300A1 (en) * 1996-09-27 1998-04-02 Rohm Co., Ltd. Ferroelectric material, method of manufacturing the same, semiconductor memory, and method of manufacturing the same
US6899965B2 (en) 1999-03-17 2005-05-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dielectric film and method for forming the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998013300A1 (en) * 1996-09-27 1998-04-02 Rohm Co., Ltd. Ferroelectric material, method of manufacturing the same, semiconductor memory, and method of manufacturing the same
US6245451B1 (en) * 1996-09-27 2001-06-12 Rohm Co., Ltd. Ferroelectric material, method of manufacturing the same, semiconductor memory, and method of manufacturing the same
US6899965B2 (en) 1999-03-17 2005-05-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dielectric film and method for forming the same

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