JPH08264525A - Deposition of laminar compound thin film of bismuth - Google Patents

Deposition of laminar compound thin film of bismuth

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JPH08264525A
JPH08264525A JP7060284A JP6028495A JPH08264525A JP H08264525 A JPH08264525 A JP H08264525A JP 7060284 A JP7060284 A JP 7060284A JP 6028495 A JP6028495 A JP 6028495A JP H08264525 A JPH08264525 A JP H08264525A
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JP
Japan
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forming
thin film
layered compound
bismuth layered
compound thin
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Withdrawn
Application number
JP7060284A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Watanabe
均 渡辺
Takashi Mihara
孝士 三原
Hiroyuki Yoshimori
博之 由森
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a method for depositing a laminar compound thin film of bismuth through a simple process. CONSTITUTION: The method for depositing a laminar compound thin film of bismuth comprises a step for depositing the laminar compound thin film of bismuth having predetermined composition on a substrate 3 disposed oppositely to the target 2 placed in a vacuum tank 1 by irradiating the target 2 with a laser pulse beam thereby heating the target 2 locally and evaporating the substance composing the target 2, and a step for feeding an assist gas containing oxygen through a duct 8 to the step for depositing the laminar compound.

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、強誘電体メモリや強誘
電体キャパシタ等の電子デバイスに用いられるビスマス
層状化合物薄膜の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a bismuth layer compound thin film used in electronic devices such as ferroelectric memories and ferroelectric capacitors.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、強誘電体化合物は、その特異な電
気特性を利用して多くの分野に応用されている。例え
ば、圧電性を利用した圧電フィルタや超音波トランスデ
ューサに、また焦電性を利用して赤外線センサに、ある
いは電気光学効果を利用した光変調素子や光シャッタ等
の多方面に応用されている。さらにこれらの材料の薄膜
を利用した電子デバイスも考案され、薄膜化の検討が精
力的になされている。特に残留分極の安定性を利用した
強誘電体薄膜キャパシタ搭載の不揮発性メモリデバイス
は、最近の記憶容量の高密度化、高集積化競争を背景に
最も注目されている分野である。
2. Description of the Related Art Conventionally, ferroelectric compounds have been applied to many fields by utilizing their unique electrical characteristics. For example, it has been applied to piezoelectric filters and ultrasonic transducers that utilize piezoelectricity, infrared sensors that utilize pyroelectricity, and various fields such as optical modulators and optical shutters that utilize the electro-optic effect. Furthermore, electronic devices using thin films of these materials have been devised, and studies on thinning have been vigorously made. In particular, the non-volatile memory device equipped with a ferroelectric thin film capacitor utilizing the stability of remanent polarization is the field that has received the most attention due to the recent trend toward higher storage capacity and higher integration.

【0003】こうした強誘電体メモリへの応用を競って
研究されている最も代表的な材料としては、PZT(チ
タン酸ジルコン酸鉛)、PLZT(チタン酸ジルコン酸
ランタン鉛)等、一連の鉛含有複合酸化物強誘電体があ
る。これらの鉛含有複合酸化物強誘電体の薄膜は残留分
極量も他の材料に比較して大きく記録読み出しに有利で
あり、ジルコニウム−チタン比を変えることによって目
的に応じた強誘電性を任意に得られるという長所があ
り、バルクセラミックスの研究を通して膨大な物性デー
タが蓄積されており、多年にわたって多くの研究者が実
用化検討を続けて来た。しかし、前記鉛含有複合酸化物
強誘電体の薄膜は残留分極量が大きく安定して形成でき
るという長所の反面、ある回数以上の分極反転繰り返
し、即ち記憶情報の記録及び再生、によって著しく分極
反転電流が減少し読み出しが困難になってしまうという
短所を同時に有している。従って、前記鉛含有複合酸化
物強誘電体を強誘電体メモリに応用するためには、その
長所短所を考慮してデバイス設計を行わねばならない。
この様な従来の強誘電体薄膜材料のメモリデバイス応用
の問題点に対し、先に本発明者らは米国出願07/98
1133において、SrBi4 Ti4 15、SrBi2
Ta2 9 等の下記(1)式で一般的に表現されるビス
マス層状化合物強誘電体を有望な薄膜材料として提案し
た。
The most typical materials that have been studied in competition for application to such ferroelectric memories are a series of lead-containing materials such as PZT (lead zirconate titanate) and PLZT (lead lanthanum zirconate titanate). There are complex oxide ferroelectrics. These lead-containing complex oxide ferroelectric thin films have a large remanent polarization amount as compared with other materials and are advantageous for recording and reading, and by changing the zirconium-titanium ratio, the ferroelectricity can be arbitrarily changed according to the purpose. It has the advantage that it can be obtained, and a vast amount of physical property data has been accumulated through the study of bulk ceramics, and many researchers have continued to study practical application for many years. However, on the other hand, the thin film of the lead-containing complex oxide ferroelectric material has a large residual polarization amount and can be stably formed. However, it also has the disadvantage that reading becomes difficult. Therefore, in order to apply the lead-containing composite oxide ferroelectric to a ferroelectric memory, the device design must be performed in consideration of its advantages and disadvantages.
The inventors of the present invention have previously addressed the above-mentioned problems in the application of conventional ferroelectric thin film materials to memory devices.
1133, SrBi 4 Ti 4 O 15 , SrBi 2
A bismuth layer compound ferroelectric generally expressed by the following formula (1) such as Ta 2 O 9 has been proposed as a promising thin film material.

【0004】 (Bi2 2 2+(Am-1 m 3m+12- (1) ここで、Aはビスマス(Bi)、鉛(Pb)、バリウム
(Ba)、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(C
a)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、カドミウ
ム(Cd)の内から選ばれる1元素もしくは複数の元素
の組み合わせであり、Bはチタン(Ti)、ニオブ(N
b)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブ
デン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、クロム
(Cr)の内から選ばれる1つもしくは複数元素の組み
合わせであり、mは1〜5の自然数である。
(Bi 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2- (1) where A is bismuth (Bi), lead (Pb), barium (Ba), strontium ( Sr), calcium (C
a), sodium (Na), potassium (K), cadmium (Cd), or a combination of a plurality of elements, and B is titanium (Ti) or niobium (N).
b), a combination of one or more elements selected from tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), cobalt (Co), and chromium (Cr), and m is 1 It is a natural number of ~ 5.

【0005】これらの化合物は従来のPZT、PLZT
等が情報の記録再生消去の分極反転回数が106 から1
7 回を越えると分極反転電荷量が初期の値に比べて半
減してしまうのに対し、1010回以上の分極反転回数に
おいても分極反転電荷量は殆ど低下することなく優れた
耐疲労特性を示し、高い耐久性能を要する不揮発性半導
体メモリデバイス、その他の電子、光学デバイスへの幅
広い応用可能性が期待されている。
These compounds are conventional PZT and PLZT
The number of polarization reversals for recording / reproduction of information is 10 6 to 1
0 to 7 exceeds the polarization inversion charge amount times that halved compared to the initial value, excellent fatigue characteristics without also decreases little polarization inversion charge quantity in the polarization reversal number of 10 or more 10 times Therefore, it is expected to be widely applicable to non-volatile semiconductor memory devices that require high durability and other electronic and optical devices.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このようなビスマス層
状化合物薄膜を成膜する方法として本発明者らは従来、
金属の長鎖カルボン酸塩溶液または金属アルコキシド溶
液をスピンコートしてこれを熱処理することにより結晶
性薄膜を得るMOD法、ゾルゲル法等の化学的湿式成膜
法を提案してきた。これらの手法には複雑な組成を有
し、なおかつその電気特性の組成依存性が強いビスマス
層状化合物の成膜において、秤量配合による精密な組成
制御と均一な分子レベル混合が可能であるという最大の
利点がある。しかしながら、上記湿式成膜法は形成する
膜が熱処理過程で大きな体積収縮を呈するため一回の成
膜で形成できる膜厚がおよそ100nmと限度があり、
デバイス用途に必要な膜厚200nm〜500nmの膜
を形成するためには複数回の塗布〜熱処理プロセスを繰
り返して多層化しなければならず工程を単純化すること
は困難である。工程の増加に伴い必然的に膜の欠陥発生
や汚染の問題が生じやすく、数ミクロン、あるいは、サ
ブミクロン単位で均一、高品質な膜を求められる大容量
メモリなどの電子デバイスの大量生産に適しているとは
言えない。また、熱処理後の薄膜中に有機質残滓が残留
しやすく結晶性を低下させる恐れもある。
As a method for forming such a bismuth layered compound thin film, the present inventors have hitherto
A chemical wet film forming method such as a MOD method and a sol-gel method for obtaining a crystalline thin film by spin-coating a metal long-chain carboxylate solution or a metal alkoxide solution and heat-treating the solution has been proposed. These methods have the largest composition that enables precise composition control and uniform molecular level mixing by weighing and blending in the formation of bismuth layered compounds that have a complicated composition and whose electrical properties are highly composition-dependent. There are advantages. However, in the above wet film forming method, since the formed film exhibits a large volume shrinkage during the heat treatment process, the film thickness that can be formed by one film forming is limited to about 100 nm.
In order to form a film having a film thickness of 200 nm to 500 nm required for device use, it is necessary to repeat the coating to heat treatment processes a plurality of times to form a multilayer structure, and it is difficult to simplify the process. Suitable for mass production of electronic devices such as large-capacity memory that require uniform and high-quality films of several microns or sub-microns, because film defects and contamination problems tend to occur as the number of processes increases. I can't say that Further, the organic residue is likely to remain in the thin film after the heat treatment, which may reduce the crystallinity.

【0007】その点、半導体デバイスへの応用、生産性
を考慮した場合、プロセスの簡略化、不純物混入の抑
止、膜欠陥を低減した高品質薄膜の形成、他の微細加工
プロセスとの一貫性等で湿式成膜法に優る真空蒸着法、
スパッタ法等の物理成膜法の使用が潜在的に望まれてお
り、これらの物理成膜法においても精密組成制御の方法
が模索されていた。しかしながら、真空蒸着法または反
応性蒸着法では酸化物薄膜を形成するために必要な酸素
を十分供給することが原理上困難である上に、結晶化促
進のための成膜基板加熱もあまり高温まで上げることは
再蒸発の問題もあって不可能である。無数の酸素欠陥の
存在により結晶性の低い特性も不十分な薄膜しか得られ
ず、成膜後のポストアニールによってもこれを十分に回
復することはできない。
In consideration of application to semiconductor devices and productivity, process simplification, suppression of impurity contamination, formation of high quality thin film with reduced film defects, consistency with other fine processing processes, etc. Vacuum deposition method superior to wet film forming method,
The use of physical film forming methods such as the sputtering method is potentially desired, and a method for controlling a precise composition has also been sought in these physical film forming methods. However, it is difficult in principle to supply sufficient oxygen necessary for forming an oxide thin film by the vacuum vapor deposition method or the reactive vapor deposition method, and the deposition substrate is heated to a very high temperature for promoting crystallization. Raising is impossible due to the problem of re-evaporation. Due to the existence of a myriad of oxygen defects, only a thin film having insufficient crystallinity can be obtained, and post-annealing after film formation cannot sufficiently recover the thin film.

【0008】また、半導体プロセスで最も一般的に用い
られている反応性スパッタ法においても、成膜された酸
化物薄膜の表面が高エネルギープラズマに曝されて酸素
やスパッタ率も飽和蒸気圧も高いビスマスや鉛などの低
融点金属元素が再スパッタによって脱離しやすく組成変
動と結晶性低下を避けることが困難であった。本発明
は、以上のような問題点に鑑み、簡略な工程でビスマス
層状化合物薄膜を製造することが可能なビスマス層状化
合物の形成方法を提供する。
Also in the reactive sputtering method most commonly used in semiconductor processes, the surface of the formed oxide thin film is exposed to high-energy plasma, and oxygen, the sputtering rate, and the saturated vapor pressure are high. Low melting point metal elements such as bismuth and lead were easily desorbed by re-sputtering, and it was difficult to avoid composition fluctuation and deterioration of crystallinity. In view of the above problems, the present invention provides a method for forming a bismuth layered compound capable of producing a bismuth layered compound thin film by a simple process.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、ビスマス層状
化合物薄膜の形成方法において、真空中に設けたターゲ
ットにパルス状のレーザービームを照射することによっ
て照射部分を局部加熱し、前記ターゲットを構成する物
質を蒸発飛散させて、前記ターゲットに対向するように
配置された基板上に組成式(Bi2 2 2+(Am-1
m 3m+12-(ここで、Aはビスマス(Bi)、鉛(P
b)、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)、カ
ルシウム(Ca)、ナトリウム(Na)、カリウム
(K)、カドミウム(Cd)の内から選ばれる1元素も
しくは複数元素の組み合わせ、Bはチタン(Ti)、ニ
オブ(Nb)、タンタル(Ta)、タングステン
(W)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト
(Co)、クロム(Cr)の内から選ばれる1元素もし
くは複数元素の組み合わせ、m=1〜5の自然数)を有
するビスマス層状化合物を成膜する成膜工程と、前記成
膜工程において酸素を含有するアシストガスを供給する
酸素供給工程と、で構成されるビスマス層状化合物薄膜
の形成方法を提供する。
According to the present invention, in a method for forming a bismuth layered compound thin film, a target provided in a vacuum is irradiated with a pulsed laser beam to locally heat the irradiated portion to form the target. Of the composition formula (Bi 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B on the substrate arranged so as to face the target by evaporating and scattering.
m O 3m + 1 ) 2- (where A is bismuth (Bi), lead (P
b), one element or a combination of plural elements selected from barium (Ba), strontium (Sr), calcium (Ca), sodium (Na), potassium (K), and cadmium (Cd), and B is titanium (Ti ), Niobium (Nb), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), cobalt (Co), chromium (Cr), or a combination of one or more elements, m Of a bismuth layered compound having a number of 1 to 5) and an oxygen supply step of supplying an assist gas containing oxygen in the film formation step. Provide a way.

【0010】[0010]

【作用】 レーザーパルスが照射されたターゲットの表
面は局部的に極短時間に温度上昇し爆発的に構成物質を
蒸発させて原子、分子、イオンや数〜数十分子程度のク
ラスターが発生する。これらの物質は対向した成膜基板
上に飛来堆積する。成膜の過程において基板加熱の熱エ
ネルギーとアシストガスの供給が結晶化反応を促進して
目的のビスマス層状化合物の薄膜が形成される。
[Function] The surface of the target irradiated with the laser pulse locally rises in temperature for an extremely short time and explosively evaporates the constituent substances to generate atoms, molecules, ions and clusters of several to several tens of tens of atoms. These substances fly and deposit on the facing film formation substrate. During the film formation process, the heat energy for heating the substrate and the supply of the assist gas accelerate the crystallization reaction to form the target thin film of the bismuth layered compound.

【0011】[0011]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1から図5に基づいて本発明の第1実施
例を説明する。本実施例では、SrBi2 Ta2 9
ら成るビスマス層状化合物薄膜の成膜について説明す
る。図2は強誘電体であるビスマス層状化合物薄膜を有
する電子デバイスの構造を示す図である。(100)面
のシリコン単結晶基板21(図2においてはシリコン基
板と略記)上に熱酸化膜22を形成し、膜厚50nmの
チタン(Ti)あるいはタンタル(Ta)からなる下引
き層23と200nm厚みの白金からなる下部電極24
をdcマグネトロンスパッタにより成膜し、酸素雰囲気
中で700℃、30分の熱処理(基板プリベーク)を施し
成膜基板25とした。ここで、下引き層23は周知の如
く白金と酸化膜間の低い接合強度を補強するために配置
し、熱処理を施すことで接合層の役割を果たすが、必ず
しも不可欠なものではない。また下引き層23を構成す
る材料はチタン(Ti)、タンタル(Ta)に限るもの
ではなくクロム(Cr)、タングステン(W)等の他の
金属、窒化チタン、窒化シリコン等の金属窒化物、さら
にはITO(酸化インジウム錫、酸化ルテニウム、酸化
イリジウム等の導電性酸化物)をデバイス構成に応じて
用いても良い。さらに下部電極構成材料としては生成す
るビスマス層状化合物の結晶化温度以上という高温下で
金属酸化物と接触しても相互拡散や、合金化反応等を起
こさない高融点貴金属類が適しており、本実施例で使用
する白金以外にもルテニウム、レニウム、ロジウム、イ
リジウム、パラジウム等を用いても良い。基板プリベー
クは前述のように基板−下部電極間の接合強度確保のた
めに行うものであり、本実施例では熱拡散炉を用いて酸
素雰囲気流中で行ったが、スパッタ成膜槽内で下部電極
成膜直後に酸素を導入しながら基板ホルダーに内蔵され
た加熱ヒータにより所定の温度で加熱しても、真空槽内
または真空槽外に別に設けた赤外線ランプアニーラ等の
加熱装置を使用しても良い。基板プリベーク雰囲気は酸
素を富裕に含有する雰囲気であれば良く、大気中での処
理も同様の接合強度補強の効果を示す。
(Embodiment 1) A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, film formation of a bismuth layered compound thin film made of SrBi 2 Ta 2 O 9 will be described. FIG. 2 is a diagram showing the structure of an electronic device having a bismuth layer compound thin film which is a ferroelectric substance. A thermal oxide film 22 is formed on a (100) plane silicon single crystal substrate 21 (abbreviated as a silicon substrate in FIG. 2) and an undercoat layer 23 made of titanium (Ti) or tantalum (Ta) with a thickness of 50 nm is formed. Lower electrode 24 made of platinum having a thickness of 200 nm
Was formed by dc magnetron sputtering, and heat treatment (substrate pre-baking) was performed at 700 ° C. for 30 minutes in an oxygen atmosphere to obtain a film forming substrate 25. Here, as is well known, the undercoat layer 23 is arranged to reinforce the low bonding strength between platinum and the oxide film, and heat treatment is performed to function as a bonding layer, but it is not always essential. The material forming the undercoat layer 23 is not limited to titanium (Ti) and tantalum (Ta), but other metals such as chromium (Cr) and tungsten (W), metal nitrides such as titanium nitride and silicon nitride, Further, ITO (a conductive oxide such as indium tin oxide, ruthenium oxide, or iridium oxide) may be used depending on the device configuration. Further, as the lower electrode constituent material, high melting point noble metals that do not cause mutual diffusion or alloying reaction even when contacted with a metal oxide at a high temperature such as a crystallization temperature of the generated bismuth layered compound are suitable. Other than platinum used in the examples, ruthenium, rhenium, rhodium, iridium, palladium and the like may be used. The substrate pre-baking is performed to secure the bonding strength between the substrate and the lower electrode as described above. In this example, the thermal diffusion furnace was used in the flow of oxygen atmosphere. Immediately after electrode formation, oxygen may be introduced to the substrate holder to heat it at a predetermined temperature with a built-in heater, or to use a heating device such as an infrared lamp annealer separately provided inside or outside the vacuum chamber. good. The substrate pre-baking atmosphere may be an atmosphere containing abundant oxygen, and the treatment in the air also shows the same effect of reinforcing the bonding strength.

【0012】次に、このようにして下部電極24まで積
層されたシリコン基板21に強誘電体薄膜26、上部電
極27を積層するが、まず、強誘電体薄膜26の積層方
法について、図1に基づいて説明する。図1はビスマス
層状化合物の成膜装置の構成を示す図である。真空槽1
の内部に一般式(1)のビスマス層状化合物を形成する
ための組成を有するターゲット2と成膜基板3とが対向
して配置されている。
Next, the ferroelectric thin film 26 and the upper electrode 27 are laminated on the silicon substrate 21 on which the lower electrode 24 is laminated in this way. First, FIG. 1 shows a method of laminating the ferroelectric thin film 26. It will be explained based on. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a film forming apparatus for a bismuth layered compound. Vacuum tank 1
Inside, the target 2 having a composition for forming the bismuth layered compound of the general formula (1) and the film formation substrate 3 are arranged so as to face each other.

【0013】 (Bi2 2 2+(Am-1 m 3m+12- (1) ここで、Aはビスマス(Bi)、鉛(Pb)、バリウム
(Ba)、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(C
a)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、カドミウ
ム(Cd)の内から選ばれる1元素もしくは複数の元素
の組み合わせであり、Bはチタン(Ti)、ニオブ(N
b)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブ
デン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、クロム
(Cr)の内から選ばれる1つもしくは複数元素の組み
合わせであり、mは1〜5の自然数である。
(Bi 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2- (1) where A is bismuth (Bi), lead (Pb), barium (Ba), strontium ( Sr), calcium (C
a), sodium (Na), potassium (K), cadmium (Cd), or a combination of a plurality of elements, and B is titanium (Ti) or niobium (N).
b), a combination of one or more elements selected from tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), cobalt (Co), and chromium (Cr), and m is 1 It is a natural number of ~ 5.

【0014】真空槽1にはロータリーポンプ、クライオ
ポンプ、分子ターボポンプ等の真空ポンプ(図示せず)
が接続されている。ターゲット2を照射するレーザー4
は外部に設置されており照射パルスの幅、周期、回数、
出力等の制御のための制御装置(図示せず)が接続され
ている。真空槽1の側面には内部観察用の透明な観察窓
6が設けられている。レーザー4から出力されたレーザ
ーパルス5は観察窓6を通してターゲット2表面に照射
される。観察窓6はガラス板または光学レンズから構成
されておりレーザーパルス5がターゲット2表面に正し
く焦点を結ぶように調整されている。
The vacuum chamber 1 has a vacuum pump (not shown) such as a rotary pump, a cryopump and a molecular turbo pump.
Is connected. Laser 4 irradiating target 2
Is installed outside and the width, period, number of irradiation pulses,
A control device (not shown) for controlling output and the like is connected. A transparent observation window 6 for internal observation is provided on the side surface of the vacuum chamber 1. The laser pulse 5 output from the laser 4 is applied to the surface of the target 2 through the observation window 6. The observation window 6 is composed of a glass plate or an optical lens, and is adjusted so that the laser pulse 5 is properly focused on the surface of the target 2.

【0015】一方、成膜基板3は基板ホルダー7上に固
定され、成膜中は基板ホルダー7に内蔵、もしくは別に
設けられた赤外線灯9のような加熱手段を用いて加熱さ
れる。真空槽1には外部から導管8が挿入されており成
膜基板3の表面付近へ酸素を含有するアシストガスを供
給する。このような構成において、レーザーパルス5が
照射されたターゲット2の表面は局部的に極短時間に温
度上昇し、爆発的に構成物質を蒸発させて原子、分子、
イオンや数〜数十分子程度のクラスターが発生する。こ
れらの物質は対向した成膜基板3上に飛来堆積する。成
膜の過程において基板加熱の熱エネルギーとアシストガ
スの供給が結晶化反応を促進して目的のビスマス層状化
合物の薄膜が形成される。
On the other hand, the film formation substrate 3 is fixed on the substrate holder 7, and is heated during film formation by using a heating means such as an infrared lamp 9 built in the substrate holder 7 or provided separately. A conduit 8 is inserted into the vacuum chamber 1 from the outside, and an assist gas containing oxygen is supplied to the vicinity of the surface of the film formation substrate 3. In such a configuration, the temperature of the surface of the target 2 irradiated with the laser pulse 5 locally rises in an extremely short time, and explosively evaporates the constituent substances to form atoms, molecules,
Ions and clusters of several to several tens of tens are generated. These substances fly and deposit on the film-forming substrate 3 facing each other. During the film formation process, the heat energy for heating the substrate and the supply of the assist gas accelerate the crystallization reaction to form the target thin film of the bismuth layered compound.

【0016】ここで、ターゲット2の作製方法について
述べる。まず、SrCO3 、Ta25 、Bi2 3
各粉末を重量比1:2:2.3の割合に秤量し粉砕混合
した。この混合粉末をホットプレスによりペレット成形
して電気炉中で800℃で2時間仮焼した。さらに粉砕
混合を繰り返し最終的なターゲット形状にプレス成形し
て1150℃、5時間の本焼成を行いSrBi2 Ta2
9 の焼結体を得た。X線回折法により求めた焼結体の
回折ピークパターンの結晶構造解析により目的の化合物
が形成されていることを確認した後、これを真空槽1内
のバッキングプレート(図示せず)に接合した。
Here, a method of manufacturing the target 2 will be described. First, SrCO 3 , Ta 2 O 5 , and Bi 2 O 3 powders were weighed in a weight ratio of 1: 2: 2.3, and pulverized and mixed. The mixed powder was pelletized by hot pressing and calcined in an electric furnace at 800 ° C. for 2 hours. Further, crushing and mixing are repeated to press-form into a final target shape, and main firing is performed at 1150 ° C. for 5 hours to perform SrBi 2 Ta 2
A sintered body of O 9 was obtained. After confirming that the target compound was formed by crystal structure analysis of the diffraction peak pattern of the sintered body obtained by the X-ray diffraction method, this was bonded to a backing plate (not shown) in the vacuum chamber 1. .

【0017】本実施例では焼結体ターゲットを用いたが
組成によっては焼結体が得られにくい化合物や、機械的
に脆い材料については仮焼体や各単独金属酸化物、炭酸
化物などの混合粉体ターゲットを用いても良い。特に仮
焼体、混合粉体を用いることにより本焼成の高温熱処理
過程を経ることがないので組成ズレが起こりにくい等の
利点がある。さらには本実施例では、焼結体のターゲッ
トの組成を目的化合物であるSrBi2 Ta2 9 の化
学的量論比に対して熱処理中に蒸発して欠乏しやすい酸
化ビスマスを15モル%過剰に添加することにより焼成
後の化学的量論比を得た。ビスマス層状化合物の各構成
元素を比較したとき、他の金属酸化物に比べ、ビスマス
(酸化ビスマス)は融点が低く、飽和蒸気圧も高いため
にターゲットがレーザー照射により加熱されることによ
り蒸発して基板表面まで到達しないで失われたり、基板
上に堆積しても高温の基板表面から結晶構造に取り込ま
れる前に再蒸発して薄膜から失われてしまうために、ビ
スマスを過剰に添加しておくことによって化学的量論比
に従った組成が得られるのである。
In the present embodiment, a sintered body target was used, but depending on the composition, it is difficult to obtain a sintered body, and for mechanically brittle materials, a calcined body or a mixture of individual metal oxides, carbonates, etc. A powder target may be used. In particular, by using the calcined body and the mixed powder, there is an advantage that composition deviation is unlikely to occur because the high temperature heat treatment process of the main firing is not performed. Furthermore, in the present embodiment, the composition of the target of the sintered body is 15 mol% excess of bismuth oxide which is easily vaporized and deficient during the heat treatment with respect to the stoichiometric ratio of the target compound SrBi 2 Ta 2 O 9. Was added to obtain the stoichiometric ratio after firing. When each constituent element of the bismuth layered compound is compared, compared with other metal oxides, bismuth (bismuth oxide) has a lower melting point and higher saturated vapor pressure, so that the target evaporates when heated by laser irradiation. Bismuth is added excessively because it is lost without reaching the substrate surface, or even if it is deposited on the substrate, it is re-evaporated and lost from the thin film before it is incorporated into the crystal structure from the hot substrate surface. As a result, the composition according to the stoichiometric ratio is obtained.

【0018】金属ビスマスの融点は271℃と非常に低
温であり、酸化ビスマスの融点もこれに従って817℃
と他の金属酸化物よりも数百℃低いため、真空中に置か
れた500℃〜850℃の基板表面からはビスマスの蒸
発気化を完全に防止することは困難である。ターゲット
組成の調整はビスマスのみに限らず、成膜時の基板温
度、真空度、レーザーパルスのエネルギー量等を考慮し
て形成される薄膜の最終組成が量論比に等しくなるよう
各元素において最適化することが重要である。
The melting point of metal bismuth is very low at 271 ° C., and the melting point of bismuth oxide is 817 ° C. accordingly.
Since it is lower than other metal oxides by several hundred degrees Celsius, it is difficult to completely prevent evaporation and vaporization of bismuth from the substrate surface at 500 to 850 degrees Celsius placed in vacuum. The target composition adjustment is not limited to bismuth, but it is optimal for each element so that the final composition of the thin film formed by considering the substrate temperature during deposition, vacuum degree, laser pulse energy amount, etc. will be equal to the stoichiometric ratio. Is important.

【0019】以上のようにして作製したターゲット2と
成膜基板3(シリコン基板21に熱酸化膜22、下引き
層23、下部電極24を積層したもの)を真空槽1内に
対向配置した。成膜基板3は加熱ヒーターを内蔵した回
動可能な基板ホルダー7上に固定し、ターゲット2の過
熱を防止するために、バッキングプレート(図示せず)
裏面に冷却水を流した。真空槽1をクライオポンプとロ
ータリーポンプ(両者とも図示せず)を直列に配置して
5×10-6Torrにいったん減圧した後アルゴン(A
r)を導入して雰囲気を置換し、再度減圧して2×10
-6Torrに調整した。続いて成膜基板3の表面近傍に
配置した導管8を通して酸素100%のアシストガスを
導入し成膜圧力を1×10-1Torrに調整した。成膜
は装置の外部に設けたArFエキシマレーザー4を用い
て、真空槽1の側壁に設けた観察窓6を通してレーザー
パルスをターゲット2の表面に照射した。尚、観察窓6
にはターゲット2の表面にレーザーパルスが焦点を結ぶ
ように光学レンズを配置した。エキシマレーザー4に接
続した制御装置(図示せず)を用いてレーザー出力を調
整しパルス幅10nsec、1ショット当たりのエネル
ギー密度2.2J/cm2 、照射周期を10Hzと設定
した。成膜基板3を真空槽1内部に設けた赤外線灯9を
用いて温度制御し600℃に加熱保持しながら、ターゲ
ット2にレーザーパルスを5000ショット照射した。
成膜基板3は膜厚及び強誘電特性の面内分布をなくすた
め1rpmで回転させながら成膜した。このとき得られ
た薄膜の膜厚は200nmで1ショット当たりの堆積速
度は0.04nmであった。成膜終了後、成膜基板3の
温度が100℃以下になるまで酸素ガスアシストを流し
ながら放冷してから真空槽1から取り出し、X線回折法
により薄膜の結晶性を測定した。この結果、得られた回
折ピークパターンを図4に示す。図4からSrBi2
2 9 の多結晶成薄膜が得られていることが分かっ
た。
The target 2 and the film formation substrate 3 (thickness of the thermal oxide film 22, the undercoat layer 23, and the lower electrode 24 laminated on the silicon substrate 21) produced as described above were arranged in the vacuum chamber 1 so as to face each other. The film formation substrate 3 is fixed on a rotatable substrate holder 7 having a built-in heater, and a backing plate (not shown) is provided to prevent the target 2 from overheating.
Cooling water was poured on the back side. The vacuum chamber 1 was arranged with a cryopump and a rotary pump (both not shown) in series, the pressure was once reduced to 5 × 10 −6 Torr, and then argon (A
r) was introduced to replace the atmosphere, and the pressure was reduced again to 2 × 10 5.
Adjusted to -6 Torr. Subsequently, an assist gas of 100% oxygen was introduced through a conduit 8 arranged near the surface of the film formation substrate 3 to adjust the film formation pressure to 1 × 10 −1 Torr. For film formation, an ArF excimer laser 4 provided outside the apparatus was used to irradiate the surface of the target 2 with a laser pulse through an observation window 6 provided on the side wall of the vacuum chamber 1. The observation window 6
An optical lens is arranged so that the laser pulse is focused on the surface of the target 2. The laser output was adjusted using a control device (not shown) connected to the excimer laser 4, and the pulse width was set to 10 nsec, the energy density per shot was 2.2 J / cm 2 , and the irradiation cycle was set to 10 Hz. The target 2 was irradiated with a laser pulse for 5,000 shots while the temperature of the film formation substrate 3 was controlled using an infrared lamp 9 provided inside the vacuum chamber 1 and the temperature was kept at 600 ° C.
The film formation substrate 3 was formed by rotating at 1 rpm in order to eliminate the in-plane distribution of film thickness and ferroelectric characteristics. The thickness of the thin film obtained at this time was 200 nm, and the deposition rate per shot was 0.04 nm. After completion of the film formation, the film formation substrate 3 was left to cool while flowing oxygen gas assist until the temperature became 100 ° C. or lower, then taken out from the vacuum chamber 1 and the crystallinity of the thin film was measured by an X-ray diffraction method. The diffraction peak pattern obtained as a result is shown in FIG. From Figure 4 SrBi 2 T
It was found that a polycrystalline thin film of a 2 O 9 was obtained.

【0020】次いで形成された強誘電体薄膜26の表面
に下部電極と同様のスパッタ法により白金からなる膜厚
200nmnの上部電極27を形成し、周知のフォトリ
ソグラフ工程とイオンミリングを用いて上部電極27を
パターンニングし、加熱炉にて酸素ガス中、800℃、
30分間の熱処理を施し上部電極27と強誘電体薄膜2
6の接合強度を向上させた。このようにして作製された
ビスマス層状化合物強誘電体薄膜について強誘電性の評
価を、上部電極27及び下部電極24間に電圧を印加し
て一般的なソーヤ・タワー回路を用いてヒステリシスカ
ーブを測定することによって行った。図5は以上のよう
にして得られたヒステリシスカーブである。図5から明
らかなように、良好な強誘電性ヒステリシスカーブが得
られていることが分かる。
Next, an upper electrode 27 of platinum having a thickness of 200 nm is formed on the surface of the formed ferroelectric thin film 26 by the same sputtering method as the lower electrode, and the upper electrode is formed by the well-known photolithography process and ion milling. Patterning No. 27, and in a heating furnace in oxygen gas at 800 ° C.,
After heat treatment for 30 minutes, the upper electrode 27 and the ferroelectric thin film 2
The bonding strength of No. 6 was improved. The ferroelectric property of the bismuth layered compound ferroelectric thin film thus manufactured was evaluated, and a voltage was applied between the upper electrode 27 and the lower electrode 24 to measure a hysteresis curve using a general Sawyer tower circuit. I went by. FIG. 5 is the hysteresis curve obtained as described above. As is clear from FIG. 5, it can be seen that a good ferroelectric hysteresis curve is obtained.

【0021】尚、本実施例及び以降の実施例の多くは、
相対比較を容易にするためにSrBi2 Ta2 9 薄膜
の形成について説明を行うが、本発明の主旨はこれにと
らわれることなく一般式(1)で表現されるビスマス層
状化合物全体に対してそのまま適用できることは言うま
でもない。以上のように、レーザーパルスを固体ターゲ
ットに照射してターゲット表面を瞬間的に高温に加熱し
て構成物質を蒸発させ、生じた原子、分子、イオンさら
にクラスターを対向した基板上に堆積して目的化合物の
薄膜を形成するようにした(以下、レーザーアブレーシ
ョン法という)ので、(1)必ずしも高真空を必要とせ
ず成膜圧力の許容範囲が広いため成膜のアシストガスの
大量導入が可能である、(2)レーザー光が透過性のた
めガス種の選択幅が広い、(3)ターゲット組成と形成
される薄膜組成のズレが少ない、(4)光化学的に励起
された化学種を成膜に利用できるため結晶化反応の低温
化が可能である、(5)レーザーパルスの発射数、エネ
ルギー量の調節により成膜条件の制御がリアルタイムで
可能である、(6)成膜装置の構成を単純化できる、
(7)高速成膜が可能である、(8)レーザー光による
成膜中の基板励起が可能である、等の利点がある。
Incidentally, most of the present embodiment and the following embodiments are
The formation of the SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film will be described in order to facilitate the relative comparison. However, the gist of the present invention is not limited to this, and the bismuth layered compound represented by the general formula (1) can be used as it is. It goes without saying that it can be applied. As described above, by irradiating the solid target with the laser pulse, the target surface is momentarily heated to a high temperature to evaporate the constituent substances, and the generated atoms, molecules, ions, and clusters are deposited on the facing substrate. Since a thin film of a compound is formed (hereinafter referred to as a laser ablation method), (1) a high vacuum is not necessarily required and the film deposition pressure has a wide allowable range, so that a large amount of assist gas for film deposition can be introduced. , (2) Wide selection range of gas species due to transparency of laser light, (3) Little deviation between target composition and thin film composition formed, (4) film formation of photochemically excited chemical species Since it can be used, it is possible to lower the temperature of the crystallization reaction. (5) The film forming conditions can be controlled in real time by adjusting the number of laser pulses emitted and the amount of energy. (6) Film forming apparatus You can simplify the configuration,
(7) High-speed film formation is possible, and (8) Substrate excitation during film formation by laser light is possible.

【0022】また、上記成膜法によれば、他の構成元素
に比べて蒸発しやすく欠乏しがちな酸化ビスマスを重要
な必須元素とするビスマス層状化合物の薄膜を形成する
ことができる。さらには、たとえ酸化物ターゲットを用
いても原子量が金属に比べて軽く、レーザービームの高
エネルギー励起によって金属酸化物の還元反応で脱離し
やすい酸素は成膜された膜から失われて不足しやすいた
め、結果的に多数の酸素欠陥の存在によって組成が化学
量論比からずれて結晶性が低く所望の強誘電特性に達し
ない薄膜が形成されるが、酸素を含有するアシストガス
の導入と基板加熱によって十分な熱エネルギーを供給す
ることによりに酸素不足を補いながら結晶化反応を促進
することができる。
Further, according to the above film forming method, it is possible to form a thin film of a bismuth layer compound containing bismuth oxide as an important essential element, which is more likely to be evaporated than other constituent elements and tends to be depleted. Furthermore, even if an oxide target is used, the atomic weight is lighter than that of metal, and the oxygen that is easily desorbed by the reduction reaction of the metal oxide by the high-energy excitation of the laser beam is easily lost due to loss from the deposited film. Therefore, as a result, due to the presence of many oxygen defects, the composition deviates from the stoichiometric ratio to form a thin film having low crystallinity and not reaching the desired ferroelectric properties. By supplying sufficient heat energy by heating, the crystallization reaction can be promoted while compensating for the oxygen deficiency.

【0023】一方、ビスマス層状化合物の結晶構造と強
誘電性の関係に注目した場合、異方性が非常に強くその
分極容易軸は結晶の単位格子のa、b軸方向にある。従
って形成される薄膜の結晶配向が基板面に垂直にc軸が
立つような単結晶または優先配向性を有するような場合
は十分な分極量を得ることができず、分極反転電流の検
出を動作原理とするようなデバイス用途には適さない。
この点、上記したようなレーザーアブレーション法は一
部の結晶単位も含めて飛散させ基板上に堆積するため、
これを結晶核として特に優先配向性を持たない多結晶性
薄膜を極端な高温処理を要することなく速やかに形成さ
せる効果がある。
On the other hand, paying attention to the relationship between the crystal structure and the ferroelectricity of the bismuth layered compound, the anisotropy is very strong, and its easy axis of polarization lies in the a and b axis directions of the unit cell of the crystal. Therefore, when the crystal orientation of the formed thin film is a single crystal in which the c-axis is perpendicular to the substrate surface or has a preferential orientation, a sufficient polarization amount cannot be obtained, and the polarization reversal current is detected. It is not suitable for the device application as the principle.
In this respect, the laser ablation method as described above scatters some crystal units and deposits them on the substrate,
With this as a crystal nucleus, there is an effect of rapidly forming a polycrystalline thin film having no preferential orientation, without requiring extremely high temperature treatment.

【0024】さらに、薄膜の熱処理温度の低温化を図る
ことができる。すなわち、ビスマス層状化合物薄膜の結
晶化温度は従来技術で説明したMOD法の場合700〜
900℃の高温に及ぶ。成膜基板上に構成された集積回
路素子群は半導体性単結晶基板への第三元素の拡散と絶
縁体、半導体、導電体の薄層で構成される多層構造を基
本とし、その特性は熱履歴による影響を受けやすく、特
に高温に長時間晒されるとその素子特性は大きく劣化す
る場合がある。例えばシリコン単結晶基板へのボロン、
リン等のドープ処理や各素子間を電気的に絶縁するため
に設けられるBPSG(ボロン−リン酸ガラス)の絶縁
酸化膜のリフロー平坦化などのプロセスは800〜11
00℃の温度で行われるが、上記ビスマス層状化合物薄
膜の結晶化温度範囲でも長時間にわたり処理された場合
には、拡散領域の拡大や相互干渉、強誘電体薄膜キャパ
シタを構成する電極金属や強誘電体本体を構成する元素
と基板構成元素の拡散、各層材質間の線膨張率の差に起
因するストレスの層境界への蓄積による基板変形や層間
剥離が引き起こされて素子特性が劣化すると考えられ
る。本実施例に係る薄膜形成法は上述のような利点を持
ち高結晶性の薄膜を形成できるため、従来のMOD法と
比較しても上記半導体基板上に形成された電子デバイス
の特性劣化を回避し、ビスマス層状化合物薄膜をさらに
幅広い電子デバイス用途に供することを可能とした。
Further, the heat treatment temperature of the thin film can be lowered. That is, the crystallization temperature of the bismuth layered compound thin film is 700 to 700 in the case of the MOD method described in the prior art.
It reaches temperatures as high as 900 ° C. The integrated circuit element group formed on the film formation substrate is based on the diffusion of the third element into the semiconductor single crystal substrate and a multilayer structure composed of thin layers of an insulator, a semiconductor, and a conductor. It is easily affected by history, and its element characteristics may be greatly deteriorated particularly when exposed to high temperature for a long time. For example, boron to silicon single crystal substrate,
800 to 11 are processes such as doping treatment of phosphorus or the like and reflow flattening of an insulating oxide film of BPSG (boron-phosphate glass) provided to electrically insulate each element.
Although it is performed at a temperature of 00 ° C., when it is treated for a long time even in the crystallization temperature range of the bismuth layered compound thin film, the diffusion region expands or mutual interference occurs, and the electrode metal or the strong metal constituting the ferroelectric thin film capacitor becomes stronger. It is considered that element characteristics are deteriorated due to substrate deformation and delamination due to diffusion of elements that compose the dielectric body and substrate constituent elements, and accumulation of stress due to the difference in linear expansion coefficient between each layer material at layer boundaries. . Since the thin film forming method according to the present embodiment has the advantages as described above and can form a highly crystalline thin film, the characteristic deterioration of the electronic device formed on the semiconductor substrate can be avoided even when compared with the conventional MOD method. The bismuth layered compound thin film can be used for a wider range of electronic device applications.

【0025】また、ビスマス層状化合物強誘電体の中で
も大きな強誘電性残留分極量を有し、分極反転疲労特性
にも優れた化合物は少ない。SrBi4-2x{(Tay
Nb 1-y x ,Ti2-2x2 15-6x 、x=0.8〜
1.0、y=0〜1.0で表される組成物は単一相の化
合物というより異なるビスマス層状構造を有する2相混
合物である。疑似ペロブスカイト構造のBサイトにチタ
ンを一部導入することにより残留分極量を増加させるこ
とができ、同じイオン価を有するタンタル、ニオブの混
合比を変えることに優れた疲労特性と抗電界の幅を変え
ることができる。このように要求される特性により柔軟
な材料設計と自由度の高いデバイス設計が可能になり、
半導体メモリなどの用途に適したビスマス層状化合物薄
膜を提供できる。
In the bismuth layered compound ferroelectric,
Also has a large amount of ferroelectric remanent polarization, and polarization reversal fatigue characteristics
There are few excellent compounds. SrBi4-2x{(Tay,
Nb 1-y)x, Ti2-2x2O15-6x, X = 0.8 ~
The composition represented by 1.0 and y = 0 to 1.0 has a single phase.
Two-phase mixture with different bismuth layer structure rather than compound
It is a combination. Titanium on the B site of the pseudo perovskite structure
The amount of remanent polarization can be increased by introducing a part of
A mixture of tantalum and niobium having the same ionic value.
Excellent fatigue characteristics and varying coercive field width by changing the mixing ratio
Can be Flexible due to the required characteristics
Various material designs and highly flexible device designs,
Thin bismuth layer compound suitable for applications such as semiconductor memory
A membrane can be provided.

【0026】さらには、タンタル酸ニオブ酸ストロンチ
ウムビスマス:SrBi2 (Tay,Nb1-y )O9
y=0〜1.0は特に分極反転疲労特性に優れ1012
以上の分極反転を繰り返しても反転分極量の劣化がな
く、記録情報の書き込み、読み出し、消去に伴う非常に
多くの回数に及ぶ分極反転を必要とする半導体メモリデ
バイス用途に最も適している。ビスマス層状化合物の単
位結晶を構成する疑似ペロブスカイトのBサイトに4価
のチタンイオンと5価のタンタル、ニオブイオンが混在
する前述SrBi4-2x{(Tay ,Nb1-y x ,Ti
2-2x2 15-6xで表される化合物は結晶格子に関わる
歪み量が混合比1:1を中心に極端に大きくなって強誘
電性残留分極量が低下する組成範囲が存在する。これに
対してタンタル及びニオブは互いに価数が等しく、原子
半径もほとんど同じであり、結晶格子内で任意に置換し
あうことが可能なSrBi2 (Tay ,Nb1-y )O9
においては、Ta/Nb比を選ぶことによって残留分極
量及び分極反転の閾値である抗電界を制御することがで
きる。抗電界を高くするならばニオブ富裕な組成、逆に
低い方が好ましい場合はタンタル富裕側へ組成を調整す
ることで任意の抗電界を選択することが可能である。従
って、自由度の高いデバイス設計を行うことができる。
タンタル酸ストロンチウムビスマス:SrBi2 Ta2
9 は最も低電界で分極反転し、飽和度の高いヒステリ
シスカーブを示す。また疑似ペロブスカイト構造のBサ
イト原子をタンタルのみで構成することによりこの化合
物の結晶化温度はSrBi2 Nb2 9 、Nb100%
の場合800〜850℃であるのに対し100℃以上低
下し成膜に続く熱処理温度を700 ℃程度まで低温化する
ことが可能である。SrBi2 Ta2 9 の薄膜は高温
処理に適さないデバイス用材料として用いるに適した薄
膜材料である。
Further, strontium bismuth tantalate niobate: SrBi 2 (Ta y , Nb 1 -y ) O 9 ,
y = 0 to 1.0 is particularly excellent in polarization reversal fatigue characteristics, and the reversal polarization amount does not deteriorate even if the polarization reversal is repeated 10 12 times or more, and the number of times of writing, reading and erasing recorded information is extremely large. It is most suitable for semiconductor memory device applications that require extensive polarization inversion. The above-mentioned SrBi 4-2x {(Ta y , Nb 1 -y ) x , Ti in which tetravalent titanium ions and pentavalent tantalum and niobium ions are mixed at the B site of the pseudo perovskite that constitutes the unit crystal of the bismuth layered compound
The compound represented by 2-2x } 2 O 15-6x has a composition range in which the strain amount related to the crystal lattice becomes extremely large around the mixing ratio of 1: 1 and the ferroelectric remanent polarization amount decreases. On the other hand, tantalum and niobium have the same valences and almost the same atomic radii, and SrBi 2 (Ta y , Nb 1 -y ) O 9 which can be arbitrarily substituted in the crystal lattice.
In (1), by selecting the Ta / Nb ratio, it is possible to control the remanent polarization amount and the coercive electric field which is the threshold value of polarization reversal. An arbitrary coercive electric field can be selected by adjusting the composition to be rich in niobium if the coercive electric field is increased, and conversely, if the lower one is preferable, the composition is adjusted to the tantalum rich side. Therefore, it is possible to design the device with a high degree of freedom.
Strontium bismuth tantalate: SrBi 2 Ta 2
The polarization of O 9 is inverted in the lowest electric field, and shows a hysteresis curve with high saturation. In addition, the crystallization temperature of this compound is SrBi 2 Nb 2 O 9 and Nb 100% when the B site atom of the pseudo perovskite structure is composed of only tantalum.
In the case of 800 ° C. to 850 ° C., the temperature is lowered by 100 ° C. or more, and the heat treatment temperature following film formation can be lowered to about 700 ° C. The thin film of SrBi 2 Ta 2 O 9 is a thin film material suitable for use as a material for devices not suitable for high temperature processing.

【0027】また、本実施例では成膜用のレーザーとし
て、ArFエキシマレーザーを用いたが、これに限るこ
となく、XeCl、またはKrFエキシマレーザーを用
いることも可能である。例えばビスマス層状化合物のう
ちSr2 Bi2 Ta2 9 の吸収端は400nm以下で
あり、他のビスマス層状化合物の光学特性もこれに準ず
る。従ってこれよりも短い波長特性を有するレーザーで
あればターゲットに効率的に吸収され局部的な集中加熱
が行えるため本発明の薄膜形成法に適用することができ
る。従って、XeCl(波長308nm)、KrF(同
248nm)もしくはArF(同193nm)エキシマ
レーザーは波長も適当であり、パルス幅10nsecで
1ショット当たり1〜10J/cm2 とターゲットを蒸
発させるのに十分なエネルギー量を有しており成膜に適
したレーザー発光源として利用できる。
Further, although the ArF excimer laser is used as the film forming laser in this embodiment, the present invention is not limited to this, and it is also possible to use XeCl or KrF excimer laser. For example, of the bismuth layered compounds, Sr 2 Bi 2 Ta 2 O 9 has an absorption edge of 400 nm or less, and the optical characteristics of other bismuth layered compounds also conform to this. Therefore, a laser having a wavelength characteristic shorter than this can be applied to the thin film forming method of the present invention because it can be efficiently absorbed by the target and localized heating can be performed. Therefore, the XeCl (wavelength 308 nm), KrF (248 nm) or ArF (193 nm) excimer laser also has an appropriate wavelength, and is 1 to 10 J / cm 2 per shot with a pulse width of 10 nsec, which is sufficient to vaporize the target. It has energy and can be used as a laser emission source suitable for film formation.

【0028】また、本実施例では成膜中に赤外線灯9を
用いて温度制御し600℃に加熱保持しながら、ターゲ
ットにレーザーパルスを照射したが、この温度は成膜す
るビスマス層状化合物の結晶化温度以上の温度であれば
よい。このように温度設定することにより、飛来したタ
ーゲット構成物質を効率的に結晶化させて良好な多結晶
性薄膜を形成でき、良好な強誘電性を得ることができ
る。さらに好ましくは、基板加熱を500℃〜850℃
の範囲で行うとよい。レーザー照射によってターゲット
から放出される物質の一部はレーザー光のエネルギーに
よって高いエネルギー準位に励起された状態となり、こ
れらの励起種の結晶化反応への寄与も考えられるが、励
起種自体の寿命は10-6秒台と極端に短命であり、ほとん
どが基板表面到着以前に基底状態に戻ってしまい大きな
効果は期待できない。ここで基板を500〜850℃の
温度範囲に加熱することにより、熱エネルギーを付与し
て固体拡散や固相化反応を助長し、結晶化を促進するこ
とができる。基板加熱温度が500℃以下では十分な促
進効果が得られず、従って結晶化も殆ど進行しない。ま
た、850℃以上に基板加熱するといったん堆積した薄
膜から揮発性、低融点の物質、例えば酸化ビスマス、酸
化鉛などが再蒸発してしまい薄膜組成のズレが発生し、
パイロクロア相等の形成により期待するビスマス層状構
造が得られない。従って、成膜時の基板加熱温度を50
0℃から850℃の範囲とすることで形成されるビスマ
ス層状化合物薄膜の結晶性を促進向上させて良好な強誘
電性を有するデバイス応用に適した強誘電体薄膜を提供
できる。
In this embodiment, the laser pulse was irradiated to the target while the temperature was controlled and controlled at 600 ° C. by using the infrared lamp 9 during the film formation, but this temperature is the crystal of the bismuth layer compound to be formed. The temperature may be equal to or higher than the oxidation temperature. By setting the temperature in this way, it is possible to efficiently crystallize the incoming target constituent substance to form a good polycrystalline thin film and obtain a good ferroelectric property. More preferably, the substrate heating is performed at 500 ° C to 850 ° C.
It is good to do in the range of. Part of the substance emitted from the target by laser irradiation is excited to a high energy level by the energy of the laser light, and it is possible that these excited species contribute to the crystallization reaction. Is extremely short-lived on the order of 10 -6 seconds, and most of them return to the ground state before they arrive at the substrate surface, so a large effect cannot be expected. Here, by heating the substrate in a temperature range of 500 to 850 ° C., heat energy can be applied to promote solid-state diffusion or solid-phase reaction and promote crystallization. When the substrate heating temperature is 500 ° C. or lower, a sufficient accelerating effect cannot be obtained, and therefore crystallization hardly progresses. In addition, when the substrate is heated to 850 ° C. or higher, volatile and low-melting substances such as bismuth oxide and lead oxide are re-evaporated from the deposited thin film, resulting in deviation of the thin film composition.
The expected bismuth layered structure cannot be obtained due to the formation of the pyrochlore phase. Therefore, the substrate heating temperature during film formation should be 50
By setting the temperature in the range of 0 ° C. to 850 ° C., the crystallinity of the bismuth layered compound thin film formed can be promoted and improved, and a ferroelectric thin film suitable for device application having good ferroelectricity can be provided.

【0029】また、本実施例においては基板を赤外線放
射光源を熱源として加熱したが、赤外線ランプ等の赤外
線放射光源は瞬時に点灯、消灯が行えるため、基板加熱
の昇温・降温、保持温度の制御が容易に行える。例えば
基板温度を室温から数秒で500℃以上まで上げる急速
昇温が可能であり、基板ホルダーに抵抗ヒーターを内蔵
して行う基板加熱方法とは本質的に異なる基板温度の制
御が可能である。 (実施例2)次に、第2実施例について説明する。本実
施例では、Bi4 Ti3 12から成るビスマス層状化合
物薄膜の成膜について述べる。実施例1と同様にシリコ
ン基板上に熱酸化膜、下引き層、下部電極を積層し、こ
の基板に対して実施例1と同じ成膜装置を用いてBi4
Ti3 12薄膜の形成を行った。ターゲットには化学量
論比に対して酸化ビスマスを10%過剰に添加して酸化
チタンとともに焼結した焼結体ターゲットを用いた。酸
素100%のアシストガスを導入しながら成膜圧力を1
×10-1TorrでArFエキシマレーザーを用いて、
レーザーパルスをターゲットに照射、レーザー出力はパ
ルス幅10nsec、1 ショット当たりのエネルギー密
度2.2J/cm2 、照射周期を10Hzと設定した。
成膜基板は赤外線灯を用いて温度制御し630℃に加熱
保持しながら、5000ショットの照射により膜厚19
0nmでの薄膜を得た。X 線回折法により薄膜の結晶性
を測定した結果、得られた回折ピークパターンはBi4
Ti3 12の多結晶成薄膜が形成されていることを示し
た。続いて実施例1同様のプロセスにより薄膜キャパシ
タを形成しヒステリシス特性を測定した。この結果を図
8に示す。
In this embodiment, the substrate is heated by using the infrared radiation source as a heat source. However, since the infrared radiation source such as an infrared lamp can be turned on and off instantly, the heating / cooling of the substrate heating and the holding temperature can be changed. Easy to control. For example, it is possible to rapidly raise the substrate temperature from room temperature to 500 ° C. or higher in a few seconds, and it is possible to control the substrate temperature, which is essentially different from the substrate heating method performed by incorporating a resistance heater in the substrate holder. (Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. In this example, film formation of a bismuth layered compound thin film made of Bi 4 Ti 3 O 12 will be described. A thermal oxide film, an undercoat layer, and a lower electrode were laminated on a silicon substrate in the same manner as in Example 1, and the same film forming apparatus as in Example 1 was used for Bi 4 on this substrate.
A Ti 3 O 12 thin film was formed. As the target, a sintered body target was used in which bismuth oxide was added in excess of 10% with respect to the stoichiometric ratio and sintered together with titanium oxide. The film formation pressure is set to 1 while introducing an assist gas of 100% oxygen.
Using an ArF excimer laser at × 10 -1 Torr,
The target was irradiated with a laser pulse, the laser output was set to have a pulse width of 10 nsec, an energy density per shot of 2.2 J / cm 2 , and an irradiation cycle of 10 Hz.
The film formation substrate was heated to 630 ° C. while controlling the temperature with an infrared lamp, and was irradiated with 5000 shots to give a film thickness of 19
A thin film at 0 nm was obtained. As a result of measuring the crystallinity of the thin film by the X-ray diffraction method, the obtained diffraction peak pattern is Bi 4
It was shown that a polycrystalline thin film of Ti 3 O 12 was formed. Subsequently, a thin film capacitor was formed by the same process as in Example 1 and the hysteresis characteristic was measured. The result is shown in FIG.

【0030】チタン酸ビスマス(Bi4 Ti3 12)は
最も知られているビスマス層状化合物である。この材料
では疑似ペロブスカイト型正方晶のAサイト原子もビス
マスで構成されるが、他のビスマス層状化合物と同様に
優れた分極特性を有している。このため、チタン酸ビス
マス(Bi4 Ti3 12)の薄膜を本実施例に係る形成
方法をもって形成することにより他の化合物同様優れた
ビスマス層状化合物薄膜として半導体メモリなどの用途
に提供できる。 (実施例3)次に、第3実施例について説明する。本実
施例ではシリコン基板上に熱酸化膜、Ru/RuO2
層構造からなる下部電極を形成して、実施例1のSrB
2Ta2 9 焼結体ターゲット(ビスマス15% 過剰添
加)を用いて成膜実験を行った。Ru/RuO2 電極の
形成は高周波スパッタ法を用いRu金属ターゲットを用
いて500nmのRu薄膜を成膜した後、650℃の熱
処理を酸素−窒素混合雰囲気中で30分間行って酸化し
て導電性酸化ルテニウム薄膜を得、次いでこの表面に1
50nm厚の金属Ru層を再度スパッタにより形成した。
Bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ) is the best known bismuth layered compound. In this material, the A-site atom of the pseudo perovskite type tetragonal crystal is also composed of bismuth, but it has excellent polarization characteristics like other bismuth layered compounds. Therefore, by forming a thin film of bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ) by the forming method according to the present embodiment, it can be provided as a bismuth layered compound thin film which is excellent like other compounds for applications such as semiconductor memory. (Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described. In this embodiment, a thermal oxide film and a lower electrode having a Ru / RuO 2 laminated structure are formed on a silicon substrate, and SrB of the first embodiment is formed.
A film-forming experiment was conducted using an i 2 Ta 2 O 9 sintered body target (bismuth 15% excessive addition). The Ru / RuO 2 electrode is formed by forming a 500 nm Ru thin film by using a Ru metal target by using a high frequency sputtering method, and then conducting a heat treatment at 650 ° C. for 30 minutes in an oxygen-nitrogen mixed atmosphere to oxidize and make it conductive. A ruthenium oxide thin film was obtained, then 1
A 50 nm thick metal Ru layer was again formed by sputtering.

【0031】本実施例の成膜基板においてはチタン下引
き層は用いず、基板プリベークは700℃、30分間酸
素中で行った。強誘電体SrBi2 Ta2 9 の成膜は
実施例1とまったく同一の条件を用いて行い、X線回折
によるビスマス層状化合物結晶構造の確認、薄膜キャパ
シタ形成後にヒステリシス特性の確認を行った。この結
果を図8に示す。 (実施例4)次に第4実施例について説明する。本実施
例ではシリコン単結晶基板上に、熱酸化膜、下引き層、
Pt/ITO積層構造からなる下部電極を形成して、実
施例1のSrBi2 Ta2 9 焼結体ターゲット(ビス
マス15%過剰添加)を用いてSrBi2 Ta2 9
成膜を行った。Pt/ITO電極の形成は高周波スパッ
タ法を用いて酸素- アルゴンを分圧比2:8で混合した
混合スパッタガスによりITO焼結ターゲットをスパッ
タすることによって、100nmの薄膜を熱酸化膜50
0nmを形成したシリコン単結晶基板の表面に形成し
た。ITO薄膜は550℃の熱処理を酸素雰囲気中で3
0分間行って再酸化して所定の電気伝導性が得られるこ
とを確認した後、次いでこの表面に100nm厚のPt
を同スパッタ法により形成した。基板プリベークは70
0℃、30分間酸素中で行った。SrBi2 Ta2 9
の成膜は実施例1とまったく同一の条件を用いて行い、
X線回折によるビスマス層状化合物結晶構造の確認、薄
膜キャパシタ形成後にヒステリシス特性の確認を行っ
た。この結果を図8に示す。
In the film formation substrate of this example, the titanium undercoat layer was not used, and the substrate prebaking was performed at 700 ° C. for 30 minutes in oxygen. The ferroelectric SrBi 2 Ta 2 O 9 was deposited under the same conditions as in Example 1, the crystal structure of the bismuth layered compound was confirmed by X-ray diffraction, and the hysteresis characteristic was confirmed after the thin film capacitor was formed. The result is shown in FIG. (Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described. In this embodiment, a thermal oxide film, an undercoat layer, a silicon single crystal substrate,
Forming a lower electrode made of Pt / ITO laminate structure, film formation was carried out of SrBi 2 Ta 2 O 9 with SrBi 2 Ta 2 O 9 sintered body target of Example 1 (15% bismuth excessive addition) . The Pt / ITO electrode is formed by sputtering the ITO sintering target with a mixed sputter gas in which oxygen-argon is mixed at a partial pressure ratio of 2: 8 by using a high frequency sputtering method, thereby forming a thin film of 100 nm into a thermal oxide film 50.
It was formed on the surface of a silicon single crystal substrate having a thickness of 0 nm. The ITO thin film is heat-treated at 550 ° C. in an oxygen atmosphere for 3 hours.
After 0 minutes, reoxidation was performed to confirm that the desired electric conductivity was obtained, and then 100 nm thick Pt was formed on this surface.
Was formed by the same sputtering method. Substrate pre-bake is 70
It was carried out at 0 ° C. for 30 minutes in oxygen. SrBi 2 Ta 2 O 9
Was formed under the same conditions as in Example 1,
The crystal structure of the bismuth layered compound was confirmed by X-ray diffraction, and the hysteresis characteristic was confirmed after the thin film capacitor was formed. The result is shown in FIG.

【0032】酸素を富裕に含有するアシストガスを薄膜
表面近傍に導入放出することによりビスマス層状化合物
薄膜の結晶性を向上させることが可能であるが、この様
に酸化物薄膜の成膜下地となり酸化物であるビスマス層
状化合物薄膜と直接接触して薄膜キャパシタの下部電極
を構成すべき電極層を構成する金属は高濃度の酸素雰囲
気、酸化物との接触、高温加熱条件下においても酸化さ
れにくく安定した電気伝導性を示す金属かまたは酸化さ
れても電気伝導性を失わない導電性酸化物である必要が
ある。この条件を満たす金属材料としてはルテニウム
(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、レ
ニウム(Re)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)の
いずれかの金属もしくはそれらの合金があり、また高温
処理にも安定な導電性酸化物としてはルテニウム(R
u)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)の酸化物
を挙げることができる。これらの金属または金属酸化物
はスパッタリング、真空蒸着等の周知の成膜法を用いて
容易に基板上へ成膜することができる。
It is possible to improve the crystallinity of the bismuth layered compound thin film by introducing and releasing an assist gas containing abundant oxygen in the vicinity of the thin film surface. The metal that forms the electrode layer that should form the lower electrode of a thin film capacitor by directly contacting the bismuth layered compound thin film that is a substance is stable and is not easily oxidized even in a high-concentration oxygen atmosphere, contact with oxides, and high-temperature heating conditions. The metal must be a conductive metal or a conductive oxide that does not lose its conductivity when oxidized. As a metal material satisfying this condition, there is a metal selected from ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), rhenium (Re), iridium (Ir), platinum (Pt), or an alloy thereof. As a conductive oxide that is stable even at high temperatures, ruthenium (R
Examples thereof include oxides of u), rhenium (Re), and iridium (Ir). These metals or metal oxides can be easily formed on the substrate by using a well-known film forming method such as sputtering or vacuum deposition.

【0033】但し、基板となる集積回路群が表面に形成
されている半導体基板の表面はシリコン酸化物、窒化物
等からなる幾層もの保護膜が表面に形成されているた
め、ビスマス層状化合物薄膜の成膜前に前記真空中での
加熱温度より高温かつ酸素富裕雰囲気中で熱処理するこ
とにより金属電極層- 基板表面保護膜界面の応力を緩和
し、界面整合性を向上させて金属電極層の接着性を増加
させることができる。また前記金属電極層と基板表面保
護膜の間に導電性緩衝層として前記金属酸化物を設けて
多層構造の電極層を形成することでも電極層の接着性を
向上できる。また高温環境でビスマス等他の金属と低融
点合金を形成しやすいPt層とビスマス層状化合物薄膜
との接触界面に合金形成しにくい他の金属層を設けた多
層構造電極を形成してもよい。
However, since the semiconductor substrate on which the integrated circuit group serving as the substrate is formed has a protective film of several layers made of silicon oxide, nitride or the like formed on the surface thereof, the bismuth layer compound thin film is formed. Before film formation, heat treatment is performed in an oxygen-rich atmosphere at a temperature higher than the heating temperature in the above-mentioned vacuum to relieve stress at the interface of the metal electrode layer-substrate surface protective film and improve the interface matching to improve the metal electrode layer. The adhesiveness can be increased. Further, by providing the metal oxide as a conductive buffer layer between the metal electrode layer and the substrate surface protection film to form an electrode layer having a multi-layer structure, the adhesion of the electrode layer can be improved. Further, a multi-layer structure electrode may be formed in which another metal layer that is hard to form an alloy is provided at the contact interface between the Pt layer that easily forms a low melting point alloy with another metal such as bismuth in a high temperature environment and the bismuth layered compound thin film.

【0034】以上、記載したように、ルテニウム(R
u)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、レニウ
ム(Re)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)のいず
れかの金属もしくはそれらの合金、あるいはルテニウム
(Ru)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)の酸
化物を用いて単層または多層構造でなる電極層を基板上
に設けることによって、前記ビスマス層状化合物薄膜の
成膜前に前記真空中での加熱温度より高温かつ酸素富裕
雰囲気中で熱処理を行っても、酸化されることがなく、
良好な特性の強誘電体デバイスを得ることができる。 (実施例5)次に、第5実施例について説明する。本実
施例ではシリコン単結晶基板上に、熱酸化膜、チタンま
たはタンタルからなる下引き層、白金の下部電極を形成
して、実施例1と同様に、SrBi2 Ta2 9 焼結体
ターゲット(ビスマス15% 過剰添加)を用いてSrBi
2 Ta2 9 の成膜を行った。この時、赤外線灯を用い
てビスマス層状化合物薄膜が形成される基板を750℃
で保持しながら、成膜を行った。この温度は、SrBi
2 Ta2 9 薄膜の結晶化温度が700℃であるので、
SrBi2 Ta2 9 薄膜の結晶化温度以上の温度であ
る。周知のように同組成のセラミックスと数百nm程度
の薄膜では結晶化温度に大きな差があり、SrBi2
2 9 のセラミックスの焼成には1050℃〜120
0℃の高温が必要であるが薄膜の状態ではこの温度より
およそ500℃低温化する。以上の工程で作製されたビ
スマス層状化合物薄膜のヒステリシス特性を図8に示
す。
As described above, ruthenium (R
u), rhodium (Rh), palladium (Pd), rhenium (Re), iridium (Ir), platinum (Pt), or any alloy thereof, or ruthenium (Ru), rhenium (Re), iridium ( By providing an electrode layer having a single-layer or multi-layer structure on the substrate using the oxide of Ir), the temperature is higher than the heating temperature in the vacuum and the atmosphere is rich in oxygen before the formation of the bismuth layer compound thin film. Even if it is heat treated, it will not be oxidized,
A ferroelectric device having good characteristics can be obtained. (Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described. In this example, a thermal oxide film, an undercoat layer made of titanium or tantalum, and a platinum lower electrode were formed on a silicon single crystal substrate, and the SrBi 2 Ta 2 O 9 sintered target was formed in the same manner as in Example 1. (Bismuth 15% excess addition)
A film of 2 Ta 2 O 9 was formed. At this time, the substrate on which the bismuth layer compound thin film is formed is heated to 750 ° C. using an infrared lamp.
The film formation was performed while holding at. This temperature is SrBi
Since the crystallization temperature of the 2 Ta 2 O 9 thin film is 700 ° C,
The temperature is equal to or higher than the crystallization temperature of the SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film. Known as a ceramic and several hundred nm of a thin film of the composition has a large difference in the crystallization temperature, SrBi 2 T
1050 ° C. to 120 for firing a 2 O 9 ceramics
A high temperature of 0 ° C. is required, but in the state of a thin film, the temperature is lowered by about 500 ° C. from this temperature. FIG. 8 shows the hysteresis characteristic of the bismuth layered compound thin film produced through the above steps.

【0035】このように、ビスマス層状化合物薄膜の成
膜時に、該薄膜が成膜される基板をビスマス層状化合物
の結晶化温度以上の温度に加熱しながら、成膜すること
により、飛来したターゲット構成物質を効率的に結晶化
させて良好な多結晶性薄膜を形成することができ、良好
な強誘電性を得ることができる。 (実施例6)次に、第6実施例について説明する。本実
施例ではシリコン単結晶基板上に、熱酸化膜、チタンま
たはタンタルからなる下引き層、白金の下部電極を形成
して、実施例1と同様に、SrBi2 Ta2 9 焼結体
ターゲット(ビスマス15%過剰添加)を用いてSrB
2 Ta2 9 の成膜を行った。この時、赤外線灯を用
いてビスマス層状化合物薄膜が形成される基板を750
℃で保持しながら、成膜を行った。また、成膜中に基板
表面に供給するアシストガスに酸素ラジカルを混合し
た。酸素ラジカルは酸素とN2 Oを4:1で混合して真
空層内に導入することによって発生させた。以上のよう
に、酸素ラジカルを混合すると、アシストガスに含まれ
る酸素は基板上に堆積する薄膜から酸化物の還元によっ
て脱離欠損しやすい酸素を補償して結晶化反応を円滑に
進行させるように作用する。ラジカル酸素は分子状態の
酸素よりもさらに反応活性が高く、これらをアシストガ
スに混入することにより酸化物の形成、結晶化反応の進
行をさらに効率的に促進することができる。酸素ラジカ
ル含有アシストガスを用いて成膜したビスマス層状化合
物薄膜についてX線回折によってビスマス層状化合物結
晶構造を確認し、薄膜キャパシタ形成後にヒステリシス
特性を測定した。この結果を図8に示す。
As described above, at the time of forming the bismuth layered compound thin film, the substrate on which the thin film is formed is heated to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the bismuth layered compound to form a flying target structure. A material can be efficiently crystallized to form a good polycrystalline thin film, and good ferroelectricity can be obtained. (Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment will be described. In this example, a thermal oxide film, an undercoat layer made of titanium or tantalum, and a platinum lower electrode were formed on a silicon single crystal substrate, and the SrBi 2 Ta 2 O 9 sintered target was formed in the same manner as in Example 1. SrB using (bismuth 15% excess addition)
A film of i 2 Ta 2 O 9 was formed. At this time, the substrate on which the bismuth layer compound thin film is formed is 750 using an infrared lamp.
Film formation was performed while maintaining the temperature at ℃. In addition, oxygen radicals were mixed with the assist gas supplied to the substrate surface during film formation. Oxygen radicals were generated by mixing oxygen and N 2 O in a ratio of 4: 1 and introducing them into the vacuum layer. As described above, when oxygen radicals are mixed, oxygen contained in the assist gas compensates for oxygen that is likely to be eliminated due to reduction of oxide from the thin film deposited on the substrate, and promotes the crystallization reaction smoothly. To work. Radical oxygen has a higher reaction activity than oxygen in a molecular state, and by mixing these with the assist gas, the formation of an oxide and the progress of a crystallization reaction can be promoted more efficiently. The bismuth layered compound crystal structure of the bismuth layered compound thin film formed by using the oxygen radical-containing assist gas was confirmed by X-ray diffraction, and the hysteresis characteristic was measured after the thin film capacitor was formed. The result is shown in FIG.

【0036】このように、アシストガスに、ラジカル酸
素を含有させることにより、酸素欠陥のない高結晶性の
ビスマス層状化合物薄膜が形成でき、良好な強誘電性を
を有するデバイス応用に適した強誘電体薄膜を提供でき
る。 (実施例7)次に、第7実施例について説明する。本実
施例ではシリコン単結晶基板上に、熱酸化膜、チタンま
たはタンタルからなる下引き層、白金の下部電極を形成
して、実施例1と同様に、SrBi2 Ta2 9 焼結体
ターゲット(ビスマス15%過剰添加)を用いてSrB
2 Ta2 9 の成膜を行った。この時、赤外線灯を用
いてビスマス層状化合物薄膜が形成される基板を750
℃で保持しながら、成膜を行った。また、成膜中に基板
表面に供給するアシストガスにオゾンを混合した。オゾ
ンは酸素をオゾン発生器に供給し、導管を介して真空槽
内部に導入した。オゾンの酸素中濃度は5%であった。
以上のように、オゾンを混合すると、アシストガスに含
まれる酸素は基板上に堆積する薄膜から酸化物の還元に
よって脱離欠損しやすい酸素を補償して結晶化反応を円
滑に進行させるように作用する。オゾンは分子状態の酸
素よりもさらに反応活性が高く、これらをアシストガス
に混入することにより酸化物の形成、結晶化反応の進行
をさらに効率的に促進することができる。このアシスト
ガスを用いて成膜した薄膜についてX 線回折によってビ
スマス層状化合物結晶構造を確認し、薄膜キャパシタ形
成後にヒステリシス特性を測定した。この結果を図8に
示す。
As described above, by adding radical oxygen to the assist gas, a highly crystalline bismuth layered compound thin film having no oxygen defects can be formed, and a ferroelectric having good ferroelectricity and suitable for device application A body thin film can be provided. (Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment will be described. In this example, a thermal oxide film, an undercoat layer made of titanium or tantalum, and a platinum lower electrode were formed on a silicon single crystal substrate, and the SrBi 2 Ta 2 O 9 sintered target was formed in the same manner as in Example 1. SrB using (bismuth 15% excess addition)
A film of i 2 Ta 2 O 9 was formed. At this time, the substrate on which the bismuth layer compound thin film is formed is 750 using an infrared lamp.
Film formation was performed while maintaining the temperature at ℃. Further, ozone was mixed with the assist gas supplied to the substrate surface during film formation. Ozone supplied oxygen to the ozone generator and was introduced into the vacuum chamber through a conduit. The concentration of ozone in oxygen was 5%.
As described above, when ozone is mixed, the oxygen contained in the assist gas acts to compensate the oxygen that is likely to be eliminated due to the reduction of the oxide from the thin film deposited on the substrate and to promote the crystallization reaction smoothly. To do. Ozone has a higher reaction activity than oxygen in a molecular state, and by mixing these with an assist gas, the formation of an oxide and the progress of a crystallization reaction can be promoted more efficiently. The crystal structure of the bismuth layered compound was confirmed by X-ray diffraction for the thin film formed by using this assist gas, and the hysteresis characteristic was measured after the thin film capacitor was formed. The result is shown in FIG.

【0037】実施例6と実施例7において、アシストガ
スに、酸素ラジカルまたはオゾンを混合した例を示した
が、これに限らず、酸素イオンであっても同様の効果を
得ることができる。このように、アシストガスに、酸素
イオン、ラジカル酸素、またはオゾンを含有させること
により、酸素欠陥のない高結晶性のビスマス層状化合物
薄膜が形成でき、良好な強誘電性をを有するデバイス応
用に適した強誘電体薄膜を提供できる。 (実施例8)次に、第8実施例について説明する。本実
施例ではシリコン単結晶基板上に、熱酸化膜、チタンま
たはタンタルからなる下引き層、白金の下部電極を形成
して、実施例1と同様に、SrBi2 Ta2 9 焼結体
ターゲット(ビスマス15%過剰添加)を用いてSrB
2 Ta2 9 の成膜を行った。このとき、レーザーパ
ルスを200ショット毎にいったんレーザーの発振を停
止して成膜を中断し、赤外線灯により基板を750℃ま
で加熱、10秒間保持する操作を加えて成膜を行った。
このように、レーザービームによるターゲット照射と、
基板加熱を交互に行うことにによって、基板の加熱によ
って結晶化する薄膜の膜厚が数パルスから数百パルス分
に相当するまで薄くなる。従って、常に結晶化したビス
マス層状化合物の表面層に新たな堆積が行われることに
なり、結晶化を促進することができる。基板の加熱保持
時間は一回の昇降温を行う堆積膜厚に応じて変化する
が、結晶化を促進するためには数秒間の極短時間で十分
である。しかし、温度制御の再現性、結晶性の均一化等
を考慮すると5〜10秒間の設定が適当である。また1
分を超えて加熱を行うことは成膜工程が長くなり効率的
でない。このようにして作製されたビスマス層状化合物
薄膜のヒステリシス特性を図8に示す。
In the sixth and seventh embodiments, examples in which oxygen radicals or ozone are mixed with the assist gas have been shown, but the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained with oxygen ions. Thus, by including oxygen ions, radical oxygen, or ozone in the assist gas, a highly crystalline bismuth layer compound thin film having no oxygen defects can be formed, and is suitable for device applications having good ferroelectricity. It is possible to provide a ferroelectric thin film. (Embodiment 8) Next, an eighth embodiment will be described. In this example, a thermal oxide film, an undercoat layer made of titanium or tantalum, and a platinum lower electrode were formed on a silicon single crystal substrate, and the SrBi 2 Ta 2 O 9 sintered target was formed in the same manner as in Example 1. SrB using (bismuth 15% excess addition)
A film of i 2 Ta 2 O 9 was formed. At this time, the laser oscillation was once stopped for every 200 shots of the laser pulse to interrupt the film formation, and the substrate was heated to 750 ° C. by an infrared lamp and held for 10 seconds to perform film formation.
In this way, target irradiation by laser beam,
By alternately heating the substrate, the film thickness of the thin film crystallized by heating the substrate is reduced to several pulses to several hundreds of pulses. Therefore, new deposition is always performed on the surface layer of the crystallized bismuth layer compound, and crystallization can be promoted. Although the heating and holding time of the substrate changes depending on the deposited film thickness that is raised and lowered once, an extremely short time of several seconds is sufficient to promote crystallization. However, considering reproducibility of temperature control, homogenization of crystallinity, etc., the setting of 5 to 10 seconds is appropriate. Again 1
If the heating is performed for more than a minute, the film forming process becomes long and it is not efficient. The hysteresis characteristics of the bismuth layered compound thin film thus produced are shown in FIG.

【0038】以上のように、レーザービームによるター
ゲット照射と、基板加熱を交互に行うことによって、結
晶化したビスマス層状化合物薄膜の表面に新たなビスマ
ス層状化合物薄膜が積層されることになるので、結晶化
が促進され、高結晶化度のビスマス層状化合物薄膜を形
成することができる。 (実施例9)次に、第9実施例について説明する。本実
施例ではシリコン単結晶基板上に、熱酸化膜、チタンま
たはタンタルからなる下引き層、白金の下部電極を形成
して、実施例1と同様に、SrBi2 Ta2 9 焼結体
ターゲット(ビスマス15%過剰添加)を用いてSrB
2 Ta2 9 の成膜を行った。この時、ビスマス層状
化合物を成膜する基板の周囲に電磁誘導コイルを設け
て、ビスマス層状化合物薄膜が形成される基板を750
℃で保持しながら、成膜を行った。電磁誘導方式による
基板加熱は通電のオン・オフにより瞬時に基板の昇温・
降温、保持温度の制御が容易に行え、基板ホルダーに抵
抗ヒーターを内蔵して行う基板加熱方法とは本質的に異
なる基板温度の制御が可能である。また、レーザーパル
スのターゲット照射(薄膜の堆積)、電磁誘導方式によ
る基板加熱を短時間ずつ交互に行うことによって一回で
加熱結晶化する薄膜を極端に薄くすることができるた
め、膜厚方向の密度分布をほぼ一様にすることができ結
晶化反応の速度も一定にできる。結晶化の反応速度が一
定であれば成長する結晶粒子の粒径分布も狭くなり薄膜
内部における種々の特性分布も一定した良好な薄膜を形
成できる。さらに、電磁誘導方式の加熱を停止すること
により基板は速やかに室温近傍まで冷却されるため、次
層が堆積する場合に構成元素の再蒸発が抑制されて化学
量論組成の保持が容易になる。以上のようにして作製さ
れたビスマス層状化合物薄膜のヒステリシス特性を図8
に示す。
As described above, by alternately irradiating the target with the laser beam and heating the substrate, a new bismuth layered compound thin film is laminated on the surface of the crystallized bismuth layered compound thin film. Crystallization is promoted, and a bismuth layered compound thin film having high crystallinity can be formed. (Ninth Embodiment) Next, a ninth embodiment will be described. In this example, a thermal oxide film, an undercoat layer made of titanium or tantalum, and a platinum lower electrode were formed on a silicon single crystal substrate, and the SrBi 2 Ta 2 O 9 sintered target was formed in the same manner as in Example 1. SrB using (bismuth 15% excess addition)
A film of i 2 Ta 2 O 9 was formed. At this time, an electromagnetic induction coil is provided around the substrate on which the bismuth layered compound is formed to form a substrate on which the bismuth layered compound thin film is formed.
Film formation was performed while maintaining the temperature at ℃. The substrate heating by the electromagnetic induction method instantly raises the temperature of the substrate by turning the power on and off.
It is possible to easily control the temperature lowering and holding temperature, and it is possible to control the substrate temperature which is essentially different from the substrate heating method performed by incorporating a resistance heater in the substrate holder. In addition, by irradiating the laser pulse target (deposition of thin film) and heating the substrate by electromagnetic induction alternately for a short time, it is possible to extremely thin the thin film that is heated and crystallized at one time. The density distribution can be made almost uniform and the crystallization reaction rate can be made constant. If the reaction rate of crystallization is constant, the grain size distribution of growing crystal grains is narrowed, and a good thin film with various characteristic distributions inside the thin film can be formed. Further, by stopping the heating of the electromagnetic induction system, the substrate is cooled rapidly to near room temperature, so that when the next layer is deposited, the re-evaporation of the constituent elements is suppressed and the stoichiometric composition is easily maintained. . FIG. 8 shows hysteresis characteristics of the bismuth layered compound thin film produced as described above.
Shown in

【0039】このように、電磁誘導加熱によって基板を
加熱することにより、基板の昇温・降温、保持温度の制
御を容易に行うことができる。また、レーザービームの
照射による薄膜堆積と電磁誘導方式による基板加熱を交
互に行うことにより高品質のビスマス層状化合物薄膜を
提供することができる。 (実施例10)次に、図3に基づいて第10実施例につ
いて説明する。真空槽33の内部に一般式(1)のビス
マス層状化合物を形成するための組成を有するターゲッ
ト31と成膜基板32とが対向して配置されている。真
空槽33にはロータリーポンプ、クライオポンプ、分子
ターボポンプ等の真空ポンプ(図示せず)が接続されて
いる。ターゲット31を照射するレーザー36は外部に
設置されており照射パルスの幅、周期、回数、出力等の
制御のための制御装置(図示せず)が接続されている。
真空槽33の側面には内部観察用の透明な観察窓37が
設けられている。レーザー36から出力されたレーザー
パルスは観察窓37を通してターゲット31の表面に照
射される。観察窓37はガラス板または光学レンズから
構成されておりレーザーパルスがターゲット31表面に
正しく焦点を結ぶように調整されている。また、真空槽
33の外部にArF エキシマレーザーで構成される基板加
熱用レーザー39がさらに設置され、ミラー40、観察
窓41を介して成膜基板32の表面をレーザーパルスが
走査できるように構成されている。一方、成膜基板32
は回転基板ホルダー34上に固定され、回転基板ホルダ
ー34に内蔵、もしくは別に設けられた加熱手段を用い
て加熱される。真空槽33には外部から導管35が挿入
されており、成膜基板32の表面付近へ酸素を含有する
アシストガスを供給する。このような構成において、レ
ーザーパルスが照射されたターゲット31の表面は局部
的に極短時間に温度上昇し、爆発的に構成物質を蒸発さ
せて原子、分子、イオンや数〜数十分子程度のクラスタ
ーが発生する。これらの物質は対向した成膜基板32上
に飛来堆積する。成膜の過程において基板加熱の熱エネ
ルギーとアシストガスの供給が結晶化反応を促進して目
的のビスマス層状化合物の薄膜が形成される。
As described above, by heating the substrate by electromagnetic induction heating, it is possible to easily control the temperature rise / fall and the holding temperature of the substrate. Further, by alternately performing thin film deposition by laser beam irradiation and substrate heating by an electromagnetic induction method, a high quality bismuth layer compound thin film can be provided. (Tenth Embodiment) Next, a tenth embodiment will be described with reference to FIG. Inside the vacuum chamber 33, a target 31 having a composition for forming the bismuth layered compound of the general formula (1) and a film formation substrate 32 are arranged to face each other. A vacuum pump (not shown) such as a rotary pump, a cryopump, and a molecular turbo pump is connected to the vacuum chamber 33. The laser 36 for irradiating the target 31 is installed outside and connected to a control device (not shown) for controlling the width, period, number of times, output, etc. of the irradiation pulse.
A transparent observation window 37 for internal observation is provided on the side surface of the vacuum chamber 33. The laser pulse output from the laser 36 is applied to the surface of the target 31 through the observation window 37. The observation window 37 is composed of a glass plate or an optical lens, and is adjusted so that the laser pulse is properly focused on the surface of the target 31. Further, a substrate heating laser 39 composed of an ArF excimer laser is further installed outside the vacuum chamber 33, and is configured so that a laser pulse can scan the surface of the film formation substrate 32 via a mirror 40 and an observation window 41. ing. On the other hand, the film formation substrate 32
Is fixed on the rotary substrate holder 34, and is heated by using a heating means built in the rotary substrate holder 34 or separately provided. A conduit 35 is inserted into the vacuum chamber 33 from the outside, and an assist gas containing oxygen is supplied to the vicinity of the surface of the film formation substrate 32. In such a configuration, the temperature of the surface of the target 31 irradiated with the laser pulse locally rises in an extremely short time, and explosively evaporates the constituent substances, so that atoms, molecules, ions, and several to several tens of tens of particles are formed. Clusters occur. These substances fly and deposit on the film-forming substrate 32 facing each other. During the film formation process, the heat energy for heating the substrate and the supply of the assist gas accelerate the crystallization reaction to form the target thin film of the bismuth layered compound.

【0040】以上のような構成において、ビスマス層状
化合物薄膜の成膜時に基板加熱用レーザー39からのレ
ーザーパルスでミラー40、観察窓41を介して成膜基
板32の表面を走査し、成膜基板32の加熱を行った。
このとき回転基板ホルダー34に内蔵する抵抗加熱ヒー
ターを併用し、基板温度を750℃に保って成膜を行っ
た。基板加熱用レーザー39の発振はアブレーション用
のレーザー36と同期させ、レーザー36からのレーザ
ーパルスに対して遅延時間を5μsecに設定して基板
照射を行った。また、パルス幅は10nsecとし、1
0Hzの間隔で走査した。このとき、出力は0.3J/
cm2 のエネルギー密度に調節した。このようにして作
製されたビスマス層状化合物薄膜のヒステリシス特性を
図8に示す。
In the above-described structure, when the bismuth layer compound thin film is formed, the surface of the film formation substrate 32 is scanned by the laser pulse from the substrate heating laser 39 through the mirror 40 and the observation window 41 to form the film formation substrate. 32 was heated.
At this time, a resistance heater built into the rotating substrate holder 34 was also used, and the substrate temperature was kept at 750 ° C. to form a film. The oscillation of the substrate heating laser 39 was synchronized with the ablation laser 36, and the substrate irradiation was performed with the delay time set to 5 μsec with respect to the laser pulse from the laser 36. The pulse width is 10 nsec and 1
Scanning was performed at 0 Hz intervals. At this time, the output is 0.3 J /
The energy density was adjusted to cm 2 . The hysteresis characteristics of the bismuth layered compound thin film thus produced are shown in FIG.

【0041】基板加熱用レーザー39は成膜に用いるエ
キシマレーザーと同じ発振波長を有する同種のレーザー
であっても、異なる波長特性を有するものであっても薄
膜の吸収特性に見合った波長のレーザーであればかまわ
ない。またその出力はターゲットから放出される高エネ
ルギー準位の励起種が基板到達前に失活し基底状態に戻
ってしまうのを再励起することを目的とするため、アブ
レーション用のレーザー36に比較して数分の1から数
十分の1で十分な効果を発揮することができる。
The substrate heating laser 39 may be a laser of the same kind having the same oscillation wavelength as the excimer laser used for film formation, or a laser having a wavelength suitable for the absorption characteristics of the thin film, even if it has different wavelength characteristics. I don't care. In addition, its output is for the purpose of re-exciting that the high-energy-level excited species emitted from the target are deactivated before returning to the substrate and return to the ground state, so that they are compared with the laser 36 for ablation. In addition, a sufficient effect can be exhibited with a fraction of a few to a few tenths.

【0042】また、基板の高温加熱は他の手段と併用し
て成膜を行うことが好ましく、本実施例のように抵抗加
熱を用いても、他の実施例で述べたような赤外線灯や電
磁誘導加熱と併用しても同様の効果を発揮することがで
きる。レーザー照射により再励起されて反応活性を取り
戻した微粒子はビスマス層状化合物の結晶化反応を効率
的に促進することができる。
Further, it is preferable that the substrate is heated at a high temperature in combination with other means to form a film. Even if the resistance heating is used as in this embodiment, the infrared lamp or the infrared lamp as described in other embodiments is used. The same effect can be exhibited even when used together with electromagnetic induction heating. The fine particles re-excited by laser irradiation and regaining the reaction activity can efficiently promote the crystallization reaction of the bismuth layered compound.

【0043】このように、成膜基板の加熱をエキシマレ
ーザーなどの高エネルギータイプのレーザーからのレー
ザーパルスを走査することによって行うことにより、レ
ーザーパルスによりターゲットから放出された励起種は
非常に短命なので結晶化反応には大きな寄与は期待でき
ないため、基底状態になった粒子を再励起することによ
り結晶化反応を促進することができる。さらにレーザー
光による基板加熱も赤外線照射、電磁誘導と同様にオン
・オフして瞬時の基板の昇温・降温、保持温度の制御が
容易に行える。レーザーパルスのターゲット照射(薄膜
の堆積)、基板加熱用レーザーからのレーザー光による
基板加熱を同期させながら交互に行うことによって、一
回で加熱結晶化する薄膜を薄くすることができるため膜
厚方向の密度分布をほぼ一様にすることができ、結晶化
反応の速度も一定にできる。結晶化の反応速度が一定で
あれば成長する結晶粒子の粒径分布も狭くなり薄膜内部
における種々の特性分布も一定した良好な薄膜を形成で
きる。さらに、レーザーを消灯することにより基板は速
やかに室温近傍まで冷却されて、次層を堆積する場合に
構成元素の再蒸発が抑制されるため、化学量論組成の保
持が容易になる。 (実施例11)次に、第11実施例について説明する。
以上の実施例ではターゲットとして焼結体ターゲットを
用いた例を示したが、必ずしもターゲットは焼結体であ
る必要はなく、焼結体が得られにくい組成を有する化合
物や、機械的に脆い材料を利用する場合などその状況に
応じて仮焼体や各単独金属酸化物、炭酸化物などの混合
粉末からなるターゲットを用いることができる。
As described above, since the film-forming substrate is heated by scanning the laser pulse from the high energy type laser such as the excimer laser, the excited species emitted from the target by the laser pulse has a very short life. Since no significant contribution can be expected to the crystallization reaction, the crystallization reaction can be promoted by re-exciting the particles in the ground state. Further, substrate heating by laser light can be easily turned on / off similarly to infrared irradiation and electromagnetic induction to instantly raise / lower the substrate temperature and control the holding temperature. Target irradiation of laser pulse (deposition of thin film) and substrate heating by laser light from the substrate heating laser are performed alternately in synchronization with each other, so that the thin film that is heated and crystallized at one time can be thinned. The density distribution of can be made almost uniform, and the rate of crystallization reaction can be made constant. If the reaction rate of crystallization is constant, the grain size distribution of growing crystal grains is narrowed, and a good thin film with various characteristic distributions inside the thin film can be formed. Further, by turning off the laser, the substrate is quickly cooled to near room temperature, and re-evaporation of constituent elements is suppressed when depositing the next layer, so that the stoichiometric composition can be easily maintained. (Eleventh Embodiment) Next, an eleventh embodiment will be described.
In the above examples, an example using a sintered compact target was shown, but the target does not necessarily have to be a sintered compact, and a compound having a composition that makes it difficult to obtain a sintered compact or a mechanically brittle material Depending on the situation, such as when using, a target made of a mixed powder of a calcined body, individual metal oxides, carbonates, etc. can be used.

【0044】本実施例では、SrBi2 Ta2 9 薄膜
を形成するためにSrCO3 、Ta 2 5 、Bi2 3
の各粉末を重量比1:2:2.3の割合に秤量し粉砕混
合した。この混合粉末をホットプレスによりペレット成
形して電気炉中で800℃で2時間仮焼し、さらに粉砕
混合を繰り返して得た仮焼体粉末をホットプレスにより
円板状に成形してターゲットに用いた。さらにこれをバ
ッキングプレートに接合して真空槽内部に固定した。以
上のようにして作製されたターゲットを用いて成膜した
ビスマス層状化合物薄膜のヒステリシス特性を図8に示
す。
In this embodiment, SrBi2Ta2O9Thin film
To form SrCO3, Ta 2OFive, Bi2O3
Weigh each powder in a ratio of 1: 2: 2.3 and crush and mix.
It matched. This mixed powder is pelletized by hot pressing.
Shape and calcine in electric furnace at 800 ℃ for 2 hours, then crush
The calcined powder obtained by repeating the mixing is hot pressed.
It was molded into a disc shape and used as a target. In addition,
It was fixed to the inside of the vacuum chamber by joining it to a locking plate. Since
A film was formed using the target manufactured as described above.
Figure 8 shows the hysteresis characteristics of the bismuth layered compound thin film.
You

【0045】このように、仮焼体、混合粉末ターゲット
を用いることにより本焼成の高温熱処理過程を経ること
がないので組成ズレが起こりにくくなる。また秤量によ
り微妙な仕込み組成が確実に実施できるため多元素系化
合物や複雑な組成の薄膜形成を容易に行うことができ
る。また、あらかじめ焼成された結晶体であるターゲッ
トからは結晶性の微粒子も大量に放出されるため、これ
らの微粒子が成膜基板上に結晶性薄膜が再度形成される
際の核として作用することにより、結晶化反応を速やか
に起こさせることができる。従って、焼結粉末または焼
結体をターゲットに用いることにより高結晶性、高特性
のビスマス層状化合物薄膜が形成できる。 (実施例12)次に、第12実施例について説明する。
本実施例ではシリコン単結晶基板上に、熱酸化膜、チタ
ンまたはタンタルからなる下引き層、白金の下部電極を
形成して、実施例1と同様に、SrBi2 Ta2 9
結体ターゲットを用いてSrBi2 Ta2 9 の成膜を
行った。ここで、焼結ターゲット組成を炭酸ストロンチ
ウム、五酸化タンタルは化学量論比通りに、酸化ビスマ
スを50%過剰に添加して成膜を行った。このようにし
て成膜したビスマス層状化合物のヒステリシス特性を図
8に示す。
As described above, by using the calcined body and the mixed powder target, the composition deviation is less likely to occur since the high temperature heat treatment process of the main firing is not performed. Also, since a delicate charged composition can be surely carried out by weighing, it is possible to easily form a thin film of a multi-element compound or a complicated composition. In addition, since a large amount of crystalline fine particles are also emitted from the target that is a pre-fired crystalline body, these fine particles act as nuclei when the crystalline thin film is formed again on the deposition substrate. Thus, the crystallization reaction can be rapidly caused. Therefore, a bismuth layered compound thin film having high crystallinity and characteristics can be formed by using the sintered powder or the sintered body as a target. (Embodiment 12) Next, a twelfth embodiment will be described.
In this example, a thermal oxide film, an undercoat layer made of titanium or tantalum, and a platinum lower electrode were formed on a silicon single crystal substrate, and the SrBi 2 Ta 2 O 9 sintered target was formed in the same manner as in Example 1. Was used to form a film of SrBi 2 Ta 2 O 9 . Here, the sintering target composition was strontium carbonate, and tantalum pentoxide was formed into a film by adding 50% excess of bismuth oxide in the stoichiometric ratio. The hysteresis characteristics of the bismuth layered compound formed in this way are shown in FIG.

【0046】ビスマス層状化合物の結晶の単位格子は強
誘電性を発現するABO3 型の複合酸化物ペロブスカイ
ト正方晶に類似の重畳構造からなる層と、これを挟持す
る酸化ビスマス層の繰り返し多層構造から形成されてい
る。ビスマス層状化合物の強誘電性の発現は一般式にお
けるビスマスの組成分率よりも疑似ペロブスカイト構造
を構成する元素の相対比率に大きく依存する。所定のビ
スマス層状化合物の化学量論式におけるビスマスの組成
分率を基準とし100%としたとき、薄膜組成における
ビスマスの組成分率が量論組成比の50%から150%
の幅広い範囲にわたって、得られた薄膜の強誘電性ヒス
テリシスカーブは残留分極の存在を示す。薄膜中のビス
マスの組成分率が量論組成比の50%未満ではほとんど
強誘電性は喪失し一般的な誘電体と同一の特性を示すよ
うになる。デバイス用途に実際供し得る残留分極量が得
られるのは100%以上の場合である。また、同ビスマ
スが150%を大きく超える場合には薄膜の絶縁性が低
下して短絡してしまいデバイス用として機能を全く失っ
てしまう。従って、実用的な薄膜性能が発現するのはタ
ーゲット組成において成膜中に喪失するビスマスを補償
し、かつ薄膜の絶縁耐圧性が確保できる化学量論比の0
%から50%の範囲でビスマスを過剰に含有することが
必要である。
The unit cell of the crystal of the bismuth layered compound is composed of a layer having a layered structure similar to that of the ABO 3 type complex oxide perovskite tetragonal crystal exhibiting ferroelectricity and a repeating multi-layer structure of a bismuth oxide layer sandwiching the layer. Has been formed. The development of the ferroelectricity of the bismuth layered compound depends more on the relative proportion of the elements constituting the pseudo-perovskite structure than on the compositional fraction of bismuth in the general formula. When the composition fraction of bismuth in the stoichiometric formula of a given bismuth layered compound is taken as 100%, the composition fraction of bismuth in the thin film composition is 50% to 150% of the stoichiometric composition ratio.
The ferroelectric hysteresis curve of the resulting thin film shows the presence of remanent polarization over a wide range of. When the composition fraction of bismuth in the thin film is less than 50% of the stoichiometric composition ratio, the ferroelectric property is almost lost and the same properties as general dielectrics are exhibited. The remanent polarization amount that can actually be used for device applications is obtained in the case of 100% or more. Further, if the bismuth content exceeds 150%, the insulating property of the thin film deteriorates and a short circuit occurs, and the function for a device is completely lost. Therefore, the practical thin film performance is expressed by a stoichiometric ratio of 0 which can compensate for bismuth lost during film formation in the target composition and can secure the dielectric strength of the thin film.
It is necessary to contain excess bismuth in the range of 50% to 50%.

【0047】従って、ビスマス層状化合物薄膜形成用に
供するターゲット組成を、ビスマスの量が化学量論組成
に対して0〜50%過剰になるように調整することによ
り、強誘電性残留分極量が大きく、低い抗電界と良好な
飽和特性を有した電子デバイス用途に適したビスマス層
状化合物薄膜を獲得することができる。 (実施例13)次に、第13実施例について説明する。
本実施例ではシリコン単結晶基板上に、熱酸化膜、チタ
ンまたはタンタルからなる下引き層、白金の下部電極を
形成して、実施例1と同様に、SrBi2 Ta2 9
結体ターゲットを用いてSrBi2 Ta2 9 の成膜を
行った。ここで、焼結ターゲット組成を炭酸ストロンチ
ウム、酸化ビスマス、五酸化タンタルの配合量を各々の
化学量論比に一致させて配合した焼結体を用いて成膜を
行った。このようにして得られたビスマス層状化合物薄
膜のヒステリシス特性を図8に示す。 (実施例14)次に、第14実施例について説明する。
実施例1と同様にして形成したSrBi2 Ta2 9
膜を真空槽から取り出して、酸素雰囲気の熱処理炉にお
いて750℃、60分の加熱処理を行った。加熱処理後
の薄膜について薄膜キャパシタを形成してヒステリシス
特性を測定した結果を図8に示す。
Therefore, by adjusting the target composition used for forming the bismuth layered compound thin film so that the amount of bismuth is in excess of 0 to 50% with respect to the stoichiometric composition, the amount of ferroelectric remanent polarization becomes large. It is possible to obtain a bismuth layered compound thin film suitable for electronic device applications, which has a low coercive electric field and good saturation characteristics. (Embodiment 13) Next, a thirteenth embodiment will be described.
In this example, a thermal oxide film, an undercoat layer made of titanium or tantalum, and a platinum lower electrode were formed on a silicon single crystal substrate, and the SrBi 2 Ta 2 O 9 sintered target was formed in the same manner as in Example 1. Was used to form a film of SrBi 2 Ta 2 O 9 . Here, film formation was performed using a sintered body in which the sintering target composition was strontium carbonate, bismuth oxide, and tantalum pentoxide in the respective stoichiometric ratios. The hysteresis characteristic of the bismuth layered compound thin film thus obtained is shown in FIG. (Fourteenth Embodiment) Next, a fourteenth embodiment will be described.
The SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film formed in the same manner as in Example 1 was taken out from the vacuum chamber and heat-treated at 750 ° C. for 60 minutes in a heat treatment furnace in an oxygen atmosphere. FIG. 8 shows the result of measurement of hysteresis characteristics by forming a thin film capacitor on the thin film after the heat treatment.

【0048】以上のように、基板上に堆積した薄膜を酸
素富裕雰囲気中でビスマス層状化合物の結晶化温度以上
に加熱処理して結晶化し多結晶性薄膜を形成することに
より、真空中で形成された薄膜の結晶化程度を制御し、
結晶粒子の粒径を残留分極特性を十全に発揮し得る大き
さに均等化することができる。また、同時に粒界に偏析
した過剰添加ビスマスを蒸発させて薄膜の全体組成を化
学量論比に限りなく近づけることが可能になる。従っ
て、薄膜の特性を均一化し、強誘電性残留分極量が大き
く、低い抗電界と良好な飽和特性を有した電子デバイス
用途に適したビスマス層状化合物薄膜を獲得することが
できる。また、ビスマス層状化合物の結晶化は650℃
から緩やかに起こり800℃前後でほぼ一定化する。低
温での結晶化反応ほど速度が遅くゆっくりと結晶成長す
るため均一な結晶化膜が得られるが、結晶化せずに残留
する非晶質成分も多い。一方、高温での結晶化は反応速
度が急激に速まるため短時間で結晶化度の高い薄膜が得
られるが各グレインが一気に成長するため幅広の粒径分
布になってしまう。従って、好ましくは、650℃〜8
50℃で加熱処理することによってレーザーアブレーシ
ョン法により形成された薄膜をさらに結晶化速度を制御
しながら徐々に結晶成長させて均質な結晶性薄膜を形成
することができる。同時にレーザーアブレーションで形
成された薄膜中に含まれる多くの結晶欠陥を、焼成処理
を施すことで修正し欠陥密度を低減させることが可能と
なる。また、成膜時の基板加熱温度よりも高温の650
〜850℃で長時間をかけて加熱処理することにより薄
膜中の残留応力を緩和し、粒界に偏析した過剰添加ビス
マスを蒸発させて薄膜の全体組成を化学量論比に近づけ
ることができる。従って、加熱処理温度を目的のビスマ
ス層状化合物の結晶化温度以上の温度、好ましくは60
0℃〜850℃とすることにより結晶を十分成長させ、
目的化合物薄膜の強誘電性を十全に引き出し、電子デバ
イス用途に適したビスマス層状化合物薄膜を形成するこ
とが可能となる。さらに好ましくは、ビスマス層状化合
物薄膜を成膜する際に行う成膜基板の加熱工程の加熱温
度よりも高い温度で熱処理を行うことにより、結晶化が
より促進され、良好な薄膜を得ることができる。 (実施例15)次に、第15実施例について説明する。
実施例1と同様に形成したSrBi2Ta2 9 薄膜を
真空槽から取り出して、酸素雰囲気中で昇温速度125
℃/ 秒、加熱処理時間30秒の急速昇温加熱処理により
加熱処理を施した。このようにして作製したビスマス層
状化合物薄膜のヒステリシス特性を図8に示す。
As described above, the thin film deposited on the substrate is heated in the oxygen-rich atmosphere to a temperature higher than the crystallization temperature of the bismuth layer compound to crystallize to form a polycrystalline thin film, which is formed in vacuum. Control the degree of crystallization of the thin film,
The particle size of the crystal particles can be equalized to a size that can fully exhibit the remanent polarization characteristics. At the same time, it becomes possible to evaporate the excessively added bismuth segregated at the grain boundaries and bring the overall composition of the thin film to a stoichiometric ratio as close as possible. Therefore, it is possible to obtain a bismuth layer compound thin film suitable for electronic device applications, which has uniform thin film characteristics, a large amount of ferroelectric remanent polarization, a low coercive electric field, and good saturation characteristics. Also, the crystallization of the bismuth layered compound is 650 ° C.
Then, it gradually occurs, and becomes almost constant at around 800 ° C. A crystallization reaction at a lower temperature has a slower rate and the crystal grows slowly, so that a uniform crystallization film can be obtained, but many amorphous components remain without crystallization. On the other hand, in crystallization at high temperature, the reaction rate rapidly increases, so that a thin film with high crystallinity can be obtained in a short time, but each grain grows at a stretch, resulting in a wide grain size distribution. Therefore, it is preferably 650 ° C to 8
By heating at 50 ° C., the thin film formed by the laser ablation method can be gradually crystallized while controlling the crystallization rate to form a homogeneous crystalline thin film. At the same time, many crystal defects contained in the thin film formed by laser ablation can be corrected by performing a baking treatment to reduce the defect density. In addition, 650 which is higher than the substrate heating temperature during film formation
By heat-treating at ˜850 ° C. for a long time, the residual stress in the thin film is relaxed, and the excessively added bismuth segregated at the grain boundaries can be evaporated to bring the overall composition of the thin film close to the stoichiometric ratio. Therefore, the heat treatment temperature is equal to or higher than the crystallization temperature of the target bismuth layered compound, preferably 60.
By making the temperature from 0 ° C to 850 ° C, the crystal is sufficiently grown,
By fully utilizing the ferroelectricity of the target compound thin film, it is possible to form a bismuth layer compound thin film suitable for electronic device applications. More preferably, by performing heat treatment at a temperature higher than the heating temperature of the heating step of the film formation substrate performed when forming the bismuth layered compound thin film, crystallization is further promoted and a good thin film can be obtained. . (Fifteenth Embodiment) Next, a fifteenth embodiment will be described.
The SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film formed in the same manner as in Example 1 was taken out of the vacuum chamber and heated in an oxygen atmosphere at a heating rate of 125
The heat treatment was performed by a rapid temperature rising heat treatment at a temperature of 30 ° C./sec for 30 seconds. The hysteresis characteristic of the bismuth layered compound thin film thus produced is shown in FIG.

【0049】急速昇温加熱処理を目的のビスマス層状化
合物の結晶化温度以上の温度であるである600℃〜8
50℃で施すことにより結晶化薄膜が形成される。すな
わち、この急速昇温加熱により形成された薄膜中に残留
する非晶質相や不完全な結晶相の内部に目的のビスマス
層状化合物の微小な結晶核が発生する。薄膜は急激な温
度変化を伴って結晶化温度以上に一気に加熱されるため
引き起こされる機械的な引っ張りやせん断応力、熱的な
歪み、集中が生じてこれらを中心に結晶核が生成し、残
留する非晶質相の結晶化が効率的にすすめられる。結晶
化温度以上の処理温度条件を選択することによって結晶
核の発生密度、速度を制御でき、さらに保持時間に対応
した結晶成長が促される。発生する結晶核の密度を高め
ることにより均一な結晶化反応が促進され、同時に既に
形成された結晶粒同士の融合も起こり粒径の揃った緻密
なビスマス層状化合物薄膜が短時間で形成される。
600 ° C. to 8 which is a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the bismuth layer compound for the purpose of rapid heating treatment.
By applying at 50 ° C., a crystallized thin film is formed. That is, minute crystal nuclei of the target bismuth layered compound are generated inside the amorphous phase or incomplete crystal phase remaining in the thin film formed by this rapid heating. The thin film is heated above the crystallization temperature all at once with a sudden temperature change, which causes mechanical tensile and shear stresses, thermal strain, and concentration, and crystal nuclei are formed around these and remain. Crystallization of the amorphous phase is efficiently promoted. By selecting a treatment temperature condition equal to or higher than the crystallization temperature, the generation density and rate of crystal nuclei can be controlled, and crystal growth corresponding to the holding time is promoted. By increasing the density of the generated crystal nuclei, a uniform crystallization reaction is promoted, and at the same time, the already formed crystal grains are fused with each other to form a dense bismuth layer compound thin film having a uniform grain size in a short time.

【0050】上述の急速昇温加熱によって微細結晶核を
生成するためには薄膜内部の急激な温度上昇を必要とす
る。昇温速度1℃/秒以下では温度変化が緩やかすぎて
殆ど核生成を起こすことはできず、200℃/秒以上は
精度の高い温度制御を行うためにハロゲンランプ等を熱
源とする加熱装置の上限であり実現不可能な速度であ
る。結晶核の生成は非常に短い時間、例えば1秒以内、
で起こっていると考えられるが実際には基板全体の温度
が安定するまでさらに長い時間がかかる。実用上有効な
処理時間範囲は5〜300秒であり、これ以上長時間の
加熱は生成した結晶核のランダムな成長を促し、急速に
結晶化反応が進み過ぎることによって粒径のバラツキが
大きくなって一様な粒径分布が得られなくなる。
In order to generate fine crystal nuclei by the above-mentioned rapid heating, a rapid temperature rise inside the thin film is required. At a temperature rise rate of 1 ° C / sec or less, the temperature change is too gradual to cause almost no nucleation, and at 200 ° C / sec or more, a heating device using a halogen lamp or the like as a heat source for highly accurate temperature control. It is an upper limit and an unrealizable speed. The formation of crystal nuclei takes a very short time, for example within 1 second,
It is thought that this is happening, but it actually takes a longer time for the temperature of the entire substrate to stabilize. The practically effective treatment time range is 5 to 300 seconds, and heating for a longer time promotes random growth of the generated crystal nuclei, and the crystallization reaction proceeds too rapidly, resulting in large variation in particle size. And a uniform particle size distribution cannot be obtained.

【0051】従って、昇温速度1〜200℃/ 秒、加熱
処理時間5〜300秒の急速昇温加熱処理を行うことに
より、組成欠陥がなく非晶質相の殆ど残留しない均一な
大きさと密度を持ったビスマス層状化合物の多結晶性薄
膜を形成することができ、目的化合物薄膜の強誘電性を
十全に引き出し電子デバイス用途に適したビスマス層状
化合物薄膜を提供できる。 (実施例16)次に、第16実施例について説明する。
実施例1と同様に形成したSrBi2Ta2 9 薄膜を
真空槽から取り出して、酸素雰囲気中で昇温速度125
℃/ 秒、加熱処理時間30秒の急速昇温加熱処理により7
00℃で加熱処理を施し、次いで酸素雰囲気中で加熱炉
に入れて800℃、30分の加熱処理を行った。このよう
にして得られたビスマス層状化合物薄膜のヒステリシス
特性を図8に示す。
Therefore, by performing the rapid heating treatment at a heating rate of 1 to 200 ° C./sec and a heating treatment time of 5 to 300 seconds, a uniform size and density with no composition defects and almost no amorphous phase remaining. It is possible to form a polycrystalline thin film of a bismuth layered compound having the above properties, and to fully exploit the ferroelectricity of the target compound thin film to provide a bismuth layered compound thin film suitable for electronic device applications. (Sixteenth Embodiment) Next, a sixteenth embodiment will be described.
The SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film formed in the same manner as in Example 1 was taken out of the vacuum chamber and heated in an oxygen atmosphere at a heating rate of 125
℃ / sec, heat treatment time 30 seconds
A heat treatment was performed at 00 ° C., and then the mixture was placed in a heating furnace in an oxygen atmosphere and heat treated at 800 ° C. for 30 minutes. The hysteresis characteristic of the bismuth layered compound thin film thus obtained is shown in FIG.

【0052】急速昇温加熱処理は短時間で均一な結晶化
反応が促進し、粒径の揃った緻密なビスマス層状化合物
薄膜が短時間で形成する。しかし、急速昇温加熱処理の
急激な温度変化によって急激な結晶化に伴い粒界や薄膜
と下部電極の界面、または下部電極と基板の界面に大き
なストレスが残留して時間経過とともにクラックが発生
したり、各層間の剥離が起こる場合がある。従って、急
速昇温加熱処理に続いて、さらに急速昇温加熱処理の温
度と等しいかもしくは以上で時間をかけて焼成すること
によりこれらの残留ストレスを緩和することができる。
The rapid temperature rising heat treatment promotes uniform crystallization reaction in a short time, and a dense bismuth layered compound thin film having a uniform grain size is formed in a short time. However, due to the rapid crystallization caused by the rapid temperature change of the rapid heating process, a large stress remains at the grain boundary, the interface between the thin film and the lower electrode, or the interface between the lower electrode and the substrate, causing cracks over time. Or, peeling between layers may occur. Therefore, these residual stresses can be alleviated by firing after the rapid heating treatment by further heating at a temperature equal to or higher than the temperature of the rapid heating treatment.

【0053】加熱炉処理は100℃/ 分以下の極めてゆ
っくりとした昇温速度で加熱し5分以上で効果を発揮し
始める。好ましくは30分から300分程度の時間をか
けてゆっくりと加熱炉処理を施すことによって、急速昇
温法による極短時間の温度変化で形成される多くの結晶
欠陥を修正し欠陥密度を低減させ、各層間や層中に残留
するストレスを緩和することができる。
In the heating furnace treatment, heating is performed at an extremely slow temperature rising rate of 100 ° C./min or less, and the effect starts to appear in 5 minutes or more. By slowly performing the heating furnace treatment preferably for about 30 minutes to 300 minutes, many crystal defects formed by an extremely short time temperature change by the rapid temperature rising method are corrected to reduce the defect density, The stress remaining in each layer or in each layer can be relieved.

【0054】以上のように、酸素富裕雰囲気中で昇温速
度1〜200℃/ 秒の急速昇温加熱による加熱処理温度
がビスマス層状化合物の結晶化温度以上で、処理時間が
5秒〜300秒の短時間熱処理する工程と、さらに続い
て加熱炉中で相対的に長時間の熱処理を行う焼成工程を
行うことにより結晶欠陥の少ない均一な粒径分布とこれ
に基づく高品質、高特性のビスマス層状化合物薄膜を形
成することができる。その結果、極めて優れた強誘電性
と絶縁耐圧性を有する薄膜キャパシタを製造できる。 (実施例17)次に、図6に基づいて第17実施例を説
明する。真空槽(省略)中にそれぞれ炭酸ストロンチウ
ム、酸化ビスマス、酸化タンタルからなる3個のターゲ
ット61、62、63を設置し、真空槽外に三本のAr
Fエキシマレーザー64、65、66を各ターゲットに
対応させて配置した。成膜基板67は公転、自転が可能
な回転基板ホルダー68上に各ターゲットと対向するよ
うに配置した。さらに成膜基板が描く円周の直上にハロ
ゲンランプで構成される加熱ランプ69を設けて堆積し
た薄膜を加熱結晶化するようにし、基板表面近傍に導管
を通じて酸素ガスをアシストガスとして導入供給した。
ここで、真空槽のベース圧力を5×10-6Torr、酸素
導入した成膜圧力を1×10-1Torrに調整し、炭酸
ストロンチウム、酸化ビスマス、酸化タンタルの各ター
ゲットに対してレーザー出力をそれぞれパルス幅10n
sec、1ショット当たりのエネルギー密度2.2〜
3.5J/cm2 、照射周期を10Hzと調整して成膜
を行った。加熱ランプ69の直下を通過する成膜基板6
7の温度を700℃となるように加熱ランプ69の出力
を保持しながら、回転基板ホルダー68により成膜基板
67を1rpmで自公転させて、ターゲット直下を基板
通過時に基板上に堆積可能な有効レーザーパルスを20
00ショットずつ照射した。このとき得られた薄膜の膜
厚は220nmであった。成膜終了後、基板の温度が1
00℃以下になるまで酸素ガスアシストを流しながら放
冷してから真空槽から取り出し、X線回折法により薄膜
の結晶性を測定した。この結果、得られた回折ピークパ
ターンを図7に示す。図7からSrBi2 Ta2 9
多結晶性薄膜が得られていることが分かった。
As described above, in the oxygen-rich atmosphere, the heat treatment temperature by the rapid temperature rising heating at the temperature raising rate of 1 to 200 ° C./sec is the crystallization temperature of the bismuth layered compound or more, and the treatment time is 5 seconds to 300 seconds. By performing a heat treatment process for a short time and a firing process for performing a heat treatment for a relatively long time in a heating furnace, a uniform grain size distribution with few crystal defects and a high-quality, high-characteristic bismuth based on this distribution are obtained. A layered compound thin film can be formed. As a result, a thin film capacitor having extremely excellent ferroelectricity and dielectric strength can be manufactured. (Seventeenth Embodiment) Next, a seventeenth embodiment will be described with reference to FIG. Three targets 61, 62, and 63 made of strontium carbonate, bismuth oxide, and tantalum oxide were installed in a vacuum chamber (omitted), and three Ars were placed outside the vacuum chamber.
The F excimer lasers 64, 65, 66 were arranged corresponding to each target. The film formation substrate 67 was arranged on the rotating substrate holder 68 capable of revolving and rotating so as to face each target. Further, a heating lamp 69 composed of a halogen lamp was provided immediately above the circumference drawn by the film-forming substrate to heat and crystallize the deposited thin film, and oxygen gas was introduced and supplied as an assist gas through a conduit near the substrate surface.
Here, the base pressure of the vacuum chamber was adjusted to 5 × 10 -6 Torr and the film formation pressure with oxygen introduced was adjusted to 1 × 10 -1 Torr, and laser output was applied to each target of strontium carbonate, bismuth oxide, and tantalum oxide. Pulse width 10n each
sec, energy density per shot 2.2
The film was formed by adjusting the irradiation frequency to 3.5 J / cm 2 and the irradiation frequency to 10 Hz. Film-forming substrate 6 passing directly under the heating lamp 69
While maintaining the output of the heating lamp 69 so that the temperature of 7 becomes 700 ° C., the film formation substrate 67 is revolved at 1 rpm by the rotating substrate holder 68 so that the film can be deposited on the substrate directly under the target when passing through the substrate. 20 laser pulses
Irradiation was performed every 00 shots. The thickness of the thin film obtained at this time was 220 nm. After film formation, the substrate temperature is 1
It was left to cool while flowing oxygen gas assist until the temperature became 00 ° C. or lower, then taken out from the vacuum chamber, and the crystallinity of the thin film was measured by an X-ray diffraction method. The diffraction peak pattern obtained as a result is shown in FIG. From FIG. 7, it was found that a polycrystalline thin film of SrBi 2 Ta 2 O 9 was obtained.

【0055】さらに、薄膜表面に上部電極を形成し、他
の実施例同様に薄膜キャパシタを形成してヒステリシス
特性を観察したところ、飽和度が高く明瞭な分極反転の
閾値(抗電界)を有する強誘電性ヒステリシスカーブが
観察された。図8にヒステリシス特性を示す。本実施例
では各元素毎の堆積速度を独自にコントロールして形成
薄膜の組成を任意に制御できる。レーザーパルスによる
ターゲットの照射は本実施例のように順番に行っても、
さらには1枚の成膜基板に対して同時または交互に堆積
するように行っても同様の効果が期待できる。
Further, when an upper electrode was formed on the surface of the thin film and a thin film capacitor was formed in the same manner as in the other examples and the hysteresis characteristics were observed, a strong saturation and a clear threshold value (coercive electric field) for polarization reversal were observed. A dielectric hysteresis curve was observed. FIG. 8 shows the hysteresis characteristic. In this embodiment, the composition of the formed thin film can be arbitrarily controlled by independently controlling the deposition rate of each element. Irradiation of the target by the laser pulse is performed in order as in this embodiment,
Further, the same effect can be expected by performing simultaneous or alternating deposition on one film forming substrate.

【0056】また、使用するレーザー光源は各ターゲッ
ト毎に設けても、一本のレーザー光源からターゲットの
数だけビームスプリッター等の光学装置を用いて分割照
射したり、ガルバノミラー等の駆動式反射鏡等を利用し
てレーザーの発振と同期させながら各ターゲットを照射
してもよい。ビームの光学分割を行う場合は分割するビ
ームのエネルギー密度、複数のターゲットを走査する場
合は各ターゲットに応じたパルス幅を変化させて必要な
アブレーションエネルギーを得ることができる。
Further, even if the laser light source to be used is provided for each target, the laser light source is dividedly irradiated from one laser light source by the number of targets using an optical device such as a beam splitter, or a driving type reflection mirror such as a galvano mirror. Alternatively, each target may be irradiated while being synchronized with the laser oscillation. The required ablation energy can be obtained by changing the energy density of the beam to be divided when the beam is optically divided, and by changing the pulse width according to each target when scanning a plurality of targets.

【0057】また、各元素に対応した数のターゲットは
必ずしも必要ではなく、複数の元素を有する混合物また
は化合物を1個のターゲットに含有させても良い。但
し、このターゲットに含有される混合物または化合物が
ほぼ同じ光学特性(吸収端)を有し、かつレーザーアブ
レーションによる放出物質の量、即ち基板表面への堆積
速度が等しいか、もしくはレーザーパルスの出力、エネ
ルギー密度により制御可能であることが重要である。例
えば、蒸発しやすい酸化ビスマスからなるターゲットと
タンタル酸ストロンチウムSrTa2 6 の焼結体から
なる2つのターゲットを用いての成膜は可能であり、必
要なレーザー光源も2本でよく装置の構成も簡略化でき
る。
The number of targets corresponding to each element is not always necessary, and a mixture or compound having a plurality of elements may be contained in one target. However, the mixture or compound contained in this target has almost the same optical characteristics (absorption edge), and the amount of the substance emitted by laser ablation, that is, the deposition rate on the substrate surface is equal, or the laser pulse output, It is important to be controllable by the energy density. For example, it is possible to form a film by using a target made of bismuth oxide, which easily evaporates, and two targets made of a sintered body of strontium tantalate SrTa 2 O 6 , and only two laser light sources are required. Can also be simplified.

【0058】以上のように、目的のビスマス層状化合物
を構成する元素またはその化合物、さらにまたはそれら
を複成分とする複数のターゲットと単一もしくは各々の
ターゲットに対応する複数のレーザー光源を各ターゲッ
トの放出物が一点に集中するように真空槽中に配置しそ
の焦点に成膜基板を配置するとともに、各ターゲットに
対して同時または交互にレーザーパルスを照射してター
ゲットの構成物質を蒸発飛散させて、対向する加熱基板
上に各ターゲットに対応する酸化物薄膜を順次多層堆積
してビスマス層状化合物の多結晶性薄膜を形成すること
によって、各ターゲットそれぞれに対応するレーザーパ
ルスのパルス幅、周期、発射数さらにはレーザー出力を
調整することにより、成膜基板上への堆積量を制御する
ことが可能となるため、形成される薄膜組成を厳密に制
御することができ、高特性の強誘電体薄膜を形成するこ
とができる。 (実施例18)次に、第18実施例について説明する。
実施例17に示す構成において、基板上に形成する多層
薄膜の最外層にビスマスを除く他の金属酸化物薄膜、即
ち酸化ストロンチウムまたは酸化タンタルの薄膜を形成
し、成膜後真空槽から取り出して酸素雰囲気の熱処理炉
において750℃、60分の加熱処理を行った。加熱処
理後の薄膜について薄膜キャパシタを形成してヒステリ
シス特性を測定した。この結果を図8に示す。
As described above, the elements constituting the desired bismuth layered compound or the compounds thereof, or a plurality of targets each containing them as a multi-component and a single or a plurality of laser light sources corresponding to each target are provided for each target. The emission material is placed in a vacuum chamber so that it is concentrated at one point, the deposition substrate is placed at the focal point, and the laser pulse is irradiated to each target simultaneously or alternately to evaporate the constituent substances of the target. , The pulse width, period, and firing of the laser pulse corresponding to each target by sequentially depositing a plurality of oxide thin films corresponding to each target on opposing heating substrates to form a polycrystalline thin film of bismuth layered compound It is possible to control the amount of deposition on the film formation substrate by adjusting the number and further the laser output. Because the thin film composition to be formed can be strictly controlled, it is possible to form a ferroelectric thin film of high characteristics. (Embodiment 18) Next, an eighteenth embodiment will be described.
In the structure shown in Example 17, a metal oxide thin film other than bismuth, that is, a strontium oxide or tantalum oxide thin film is formed on the outermost layer of the multilayer thin film formed on the substrate, and after forming the film, it is taken out from the vacuum chamber and oxygen is removed. Heat treatment was performed at 750 ° C. for 60 minutes in a heat treatment furnace in an atmosphere. Hysteresis characteristics were measured by forming a thin film capacitor on the thin film after the heat treatment. The result is shown in FIG.

【0059】前述のようにレーザーアブレーション成膜
に続いて加熱炉等を用いて結晶化温度以上で比較的長時
間の加熱処理を施すことにより結晶化程度を一様にし、
結晶粒子の粒径を残留分極特性を十全に発揮し得る大き
さに均等化することができる。但し処理温度によっては
基板上に堆積した酸化ビスマスが処理中に再蒸発してし
まう可能性がある。最外層にビスマス以外の薄膜を積層
することによって、酸化ビスマスの表面が雰囲気に直接
曝されて蒸発することを防止できる。本実施例の場合、
酸化ストロンチウム薄膜を最外層とすると真空槽から取
り出して外気に曝されると短時間で空気中の水分と反応
して水酸化物を生じ結晶化反応を阻害する結果となるた
め、比較的安定な酸化タンタルを最外層とする方が好ま
しい。
As described above, after the laser ablation film formation, a heating furnace or the like is used to perform a heat treatment at a temperature not lower than the crystallization temperature for a relatively long time to make the crystallization degree uniform.
The particle size of the crystal particles can be equalized to a size that can fully exhibit the remanent polarization characteristics. However, depending on the processing temperature, the bismuth oxide deposited on the substrate may re-evaporate during the processing. By stacking a thin film other than bismuth on the outermost layer, it is possible to prevent the surface of bismuth oxide from being directly exposed to the atmosphere and evaporating. In the case of this embodiment,
When the strontium oxide thin film is used as the outermost layer, if it is taken out of the vacuum chamber and exposed to the outside air, it will react with moisture in the air in a short time to form a hydroxide, which will hinder the crystallization reaction. It is preferable to use tantalum oxide as the outermost layer.

【0060】以上のように、ビスマス層状化合物の構成
元素中で他の元素に比べて蒸発しやすい低融点金属であ
るビスマスを多層薄膜の最外層とせず他の元素の酸化物
で薄膜表面を被覆することによりビスマスの表面からの
蒸発を抑制し、ビスマス層状化合物の組成ズレを防止す
ることができ、化学量論組成を厳密制御して高特性の強
誘電体薄膜を形成することができる。
As described above, bismuth, which is a low melting point metal that is more likely to evaporate than other elements in the constituent elements of the bismuth layered compound, is not used as the outermost layer of the multilayer thin film, and the thin film surface is coated with an oxide of another element. By doing so, evaporation of bismuth from the surface can be suppressed, composition deviation of the bismuth layered compound can be prevented, and stoichiometric composition can be strictly controlled to form a ferroelectric thin film with high characteristics.

【0061】以上18実施例の薄膜キャパシタについて
ヒステリシス特性を測定した結果を図8にまとめて示
す。いずれも良好な強誘電性ヒステリシス特性を示し
た。実施例1は本発明による成膜法によって図5に示し
たような極めて飽和度が高く、残留分極量2Prも1
7.0μC/cm2 と大きな値が得られた。これに対
し、実施例2のBi4 Ti3 12薄膜は分極量は4.6
μC/cm2 でSrBi2 Ta 2 9 に比較すると小さ
いが抗電界が低く低電圧で分極反転し得る良好な強誘電
性の薄膜であった。その他の実施例が示すように酸素ま
たはオゾン、酸素ラジカルの供給、基板の加熱等本発明
の要件によってさらに本発明の成膜法による強誘電体薄
膜の特性は改良されたことが明らかである。実施例12
ではターゲット組成においてビスマスを化学量論比の50
% 過剰に配合して形成薄膜中のビスマス量の増加によっ
て抗電界が減少している。これを超えると薄膜の絶縁耐
圧性が低下してリーク電流が増加したり極端な場合キャ
パシタがショートすることが容易に理解できる。逆に実
施例13が示すように薄膜中のビスマス量が減少すると
残留分極量が低下する。薄膜中のビスマスの組成分率が
量論組成を下回るとデバイス用途に十分な分極反転電流
が得られなくなる。さらに、実施例14〜16に明らか
なように成膜後の加熱処理がさらに薄膜の強誘電性を向
上させる効果が明瞭に現れている。
About the thin film capacitors of the eighteenth embodiment
The results of measuring the hysteresis characteristics are summarized in Fig. 8.
You All show good ferroelectric hysteresis characteristics
Was. Example 1 is shown in FIG. 5 by the film forming method according to the present invention.
The saturation level is extremely high and the residual polarization quantity 2Pr is 1
7.0 μC / cm2And a big value was obtained. Against this
And Bi of Example 2FourTi3O12The thin film has a polarization of 4.6.
μC / cm2At SrBi2Ta 2O9Small compared to
However, it has a low coercive electric field and good ferroelectricity that can reverse polarization at low voltage.
It was a thin film. As shown in other examples, oxygen or
Or ozone, oxygen radical supply, substrate heating, etc.
Depending on the requirements of the
It is clear that the properties of the membrane have been improved. Example 12
Then, in the target composition, bismuth was added to the stoichiometric ratio of 50
% Overly blended to increase the amount of bismuth in the formed thin film.
The coercive electric field is decreasing. Beyond this, the insulation resistance of the thin film
In the extreme case, the pressure decreases and the leakage current increases.
It is easy to understand that Pashita is short-circuited. On the contrary
When the amount of bismuth in the thin film decreases as shown in Example 13,
The amount of residual polarization decreases. The compositional fraction of bismuth in the thin film
Below the stoichiometric composition, sufficient polarization reversal current for device applications
Will not be obtained. Furthermore, it is clear in Examples 14 to 16.
Thus, the heat treatment after film formation further improves the ferroelectricity of the thin film.
The effect of making it appear clearly.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上のように、酸素雰囲気中でターゲッ
トにレーザーパルスを照射することによりビスマス層状
化合物を成膜したので、簡略な工程のビスマス層状化合
物薄膜の形成方法を提供することが可能となる。
As described above, since the bismuth layered compound is formed by irradiating the target with the laser pulse in the oxygen atmosphere, it is possible to provide a method for forming a bismuth layered compound thin film in a simple process. Become.

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

【図1】 実施例1のビスマス層状化合物薄膜の形成方
法に係る成膜装置を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a film forming apparatus according to a method for forming a bismuth layered compound thin film of Example 1.

【図2】 実施例1から実施例18に係る強誘電体デバ
イスを示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a ferroelectric device according to Examples 1 to 18;

【図3】 実施例10のビスマス層状化合物薄膜の形成
方法に係る成膜装置を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a film forming apparatus according to a method for forming a bismuth layered compound thin film of Example 10.

【図4】 実施例1に係る方法で作成されたビスマス層
状化合物薄膜のX線回折図。
4 is an X-ray diffraction diagram of a bismuth layer compound thin film prepared by the method according to Example 1. FIG.

【図5】 実施例1に係る方法で作成されたビスマス層
状化合物薄膜のヒステリシスカーブ。
5 is a hysteresis curve of a bismuth layered compound thin film prepared by the method according to Example 1. FIG.

【図6】 実施例17、18のビスマス層状化合物薄膜
の形成方法に係る成膜装置を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a film forming apparatus according to a method for forming a bismuth layer compound thin film of Examples 17 and 18.

【図7】 実施例17に係る方法で作成されたビスマス
層状化合物薄膜のX線回折図。
7 is an X-ray diffraction diagram of a bismuth layered compound thin film prepared by the method according to Example 17. FIG.

【図8】 全18実施例の薄膜キャパシタについてヒス
テリシス特性を測定した結果を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing the results of measuring the hysteresis characteristics of the thin film capacitors of all 18 examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、33・・・ 真空槽 2、31、61、62、63・・・ ターゲット 3、32、67・・・ 成膜基板 4、36・・・ レーザー 8、35・・・ 導管 1, 33 ... Vacuum chamber 2, 31, 61, 62, 63 ... Target 3, 32, 67 ... Deposition substrate 4, 36 ... Laser 8, 35 ... Conduit

───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 21/8242 H01L 29/78 371 21/8247 29/788 29/792 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 21/8242 H01L 29/78 371 21/8247 29/788 29/792

Claims (76)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ビスマス層状化合物薄膜の形成方法にお
いて、真空中に設けたターゲットにパルス状のレーザー
ビームを照射することによって照射部分を局部加熱し、
前記ターゲットを構成する物質を蒸発飛散させて、前記
ターゲットに対向するように配置された基板上に組成式
(Bi2 2 2+(Am-1 m 3m+12-(ここで、A
はビスマス(Bi)、鉛(Pb)、バリウム(Ba)、
ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、ナトリ
ウム(Na)、カリウム(K)、カドミウム(Cd)の
内から選ばれる1元素もしくは複数元素の組み合わせ、
Bはチタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タンタル(T
a)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、鉄
(Fe)、コバルト(Co)、クロム(Cr)の内から
選ばれる1元素もしくは複数元素の組み合わせ、m=1
〜5の自然数)を有するビスマス層状化合物を成膜する
成膜工程と、前記成膜工程において酸素を含有するアシ
ストガスを供給する酸素供給工程と、を有することを特
徴とするビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
1. A method for forming a bismuth layered compound thin film, in which a target provided in a vacuum is irradiated with a pulsed laser beam to locally heat the irradiated portion,
The composition of the target is evaporated and scattered, and the composition formula (Bi 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2- (on the substrate arranged so as to face the target). Where A
Is bismuth (Bi), lead (Pb), barium (Ba),
One element or a combination of two or more elements selected from strontium (Sr), calcium (Ca), sodium (Na), potassium (K), and cadmium (Cd);
B is titanium (Ti), niobium (Nb), tantalum (T
a), one element or a combination of a plurality of elements selected from tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), cobalt (Co), and chromium (Cr), m = 1
A bismuth layered compound having a natural number of 5 to 5) and an oxygen supplying step of supplying an assist gas containing oxygen in the film forming step. Forming method.
【請求項2】 前記成膜工程において、前記基板を前記
ビスマス層状化合物の結晶化温度以上の温度に加熱する
加熱工程をさらに有することを特徴とする請求項1に記
載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
2. The formation of the bismuth layered compound thin film according to claim 1, further comprising a heating step of heating the substrate to a temperature equal to or higher than a crystallization temperature of the bismuth layered compound in the film forming step. Method.
【請求項3】 前記結晶化温度以上の温度は500℃〜
850℃の範囲であることを特徴とする請求項2に記載
のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
3. The temperature above the crystallization temperature is 500.degree.
The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 2, wherein the temperature is in the range of 850 ° C.
【請求項4】 前記成膜工程の前に、前記基板上に白金
(Pt)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、レ
ニウム(Re)、イリジウム(Ir)、パラジウム(P
d)のいずれかの金属もしくはそれらの合金からなる電
極層を形成する電極層形成工程と、酸素を有する雰囲気
中で前記電極層の形成された基板の熱処理を行う熱処理
工程とをさらに有することを特徴とする請求項1から請
求項3のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜
の形成方法。
4. Prior to the film forming step, platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), rhenium (Re), iridium (Ir), palladium (P) are formed on the substrate.
d) further comprising an electrode layer forming step of forming an electrode layer made of any metal or an alloy thereof, and a heat treatment step of heat treating the substrate on which the electrode layer is formed in an atmosphere containing oxygen. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of claims 1 to 3, which is characterized.
【請求項5】 前記成膜工程の前に、前記基板上にルテ
ニウム(Ru)、レニウム(Re)、イリジウム(I
r)のうちの少なくとも1元素の酸化物からなる電極層
を形成する電極層形成工程と、酸素を有する雰囲気中で
前記電極層の形成された基板の熱処理を行う熱処理工程
とをさらに有することを特徴とする請求項1から請求項
3のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形
成方法。
5. The ruthenium (Ru), rhenium (Re), iridium (I) is formed on the substrate before the film forming step.
further comprising an electrode layer forming step of forming an electrode layer made of an oxide of at least one element of r), and a heat treatment step of performing heat treatment on the substrate on which the electrode layer is formed in an atmosphere containing oxygen. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of claims 1 to 3, which is characterized.
【請求項6】 前記電極層は多層構造を有することを特
徴とする請求項4または請求項5のいずれか1項に記載
のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
6. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 4, wherein the electrode layer has a multi-layer structure.
【請求項7】 前記熱処理工程の処理温度は前記加熱工
程の処理温度よりも高いことを特徴とする請求項4から
請求項6のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄
膜の形成方法。
7. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 4, wherein the processing temperature of the heat treatment step is higher than the processing temperature of the heating step.
【請求項8】 前記電極層形成工程前に、前記基板と前
記電極層を接合するための下引き層を形成する下引き層
形成工程をさらに有することを特徴とする請求項4から
請求項7のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄
膜の形成方法。
8. The method according to claim 4, further comprising a subbing layer forming step of forming a subbing layer for joining the substrate and the electrode layer before the electrode layer forming step. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of 1.
【請求項9】 前記レーザーがXeCl、KrF、およ
びArFエキシマレーザーのうちのいずれか1つである
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項
に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
9. The bismuth layered compound thin film according to claim 1, wherein the laser is any one of XeCl, KrF, and ArF excimer lasers. Forming method.
【請求項10】 前記アシストガスが、さらに酸素イオ
ン、ラジカル酸素、およびオゾンのうちの少なくとも1
つを含有することを特徴とする請求項1から請求項9の
いずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方
法。
10. The assist gas is at least one of oxygen ions, radical oxygen, and ozone.
The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of claims 1 to 9, further comprising:
【請求項11】 前記成膜工程と前記加熱工程を交互に
行うことを特徴とする請求項2または請求項3のいずれ
か1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
11. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 2, wherein the film forming step and the heating step are performed alternately.
【請求項12】 前記加熱工程において、赤外線放射光
源を熱源として基板を加熱することを特徴とする請求項
11に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
12. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 11, wherein in the heating step, the substrate is heated by using an infrared radiation light source as a heat source.
【請求項13】 前記加熱工程において、電磁誘導加熱
により基板を加熱することを特徴とする請求項11に記
載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
13. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 11, wherein the substrate is heated by electromagnetic induction heating in the heating step.
【請求項14】 前記加熱工程において、レーザー光照
射の走査により基板を加熱することを特徴とする請求項
11に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
14. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 11, wherein in the heating step, the substrate is heated by scanning with laser light irradiation.
【請求項15】 前記ターゲットが焼結粉末または焼結
体からなることを特徴とする請求項1から請求項14の
いずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方
法。
15. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 1, wherein the target is made of sintered powder or a sintered body.
【請求項16】 前記ターゲットが金属化合物の混合仮
焼粉末または仮焼体からなることを特徴とする請求項1
から請求項14のいずれか1項に記載のビスマス層状化
合物薄膜の形成方法。
16. The target is made of a mixed calcined powder or calcined body of metal compounds.
15. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 14.
【請求項17】 前記ターゲットが前記組成式における
化学量論組成を超えてビスマスを過剰に含有することを
特徴とする請求項1から請求項16のいずれか1項に記
載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
17. The bismuth layered compound thin film according to claim 1, wherein the target contains an excess of bismuth in excess of the stoichiometric composition in the composition formula. Forming method.
【請求項18】 前記ビスマスの過剰量が前記組成式で
表される化学量論組成に対して0〜50%の範囲である
ことをことを特徴とする請求項17に記載のビスマス層
状化合物薄膜の形成方法。
18. The bismuth layered compound thin film according to claim 17, wherein the excess amount of bismuth is in the range of 0 to 50% with respect to the stoichiometric composition represented by the composition formula. Forming method.
【請求項19】 前記成膜工程の後に、前記ビスマス層
状化合物を酸素を有する雰囲気中で前記ビスマス層状化
合物の結晶化温度以上の温度に加熱処理して結晶化し多
結晶性薄膜を形成する結晶化工程をさらに有することを
特徴とする請求項1から請求項18のいずれか1項に記
載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
19. After the film forming step, the bismuth layer compound is crystallized by heat treatment in an atmosphere containing oxygen to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the bismuth layer compound to form a polycrystalline thin film. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of claims 1 to 18, further comprising a step.
【請求項20】 前記結晶化温度以上の温度は650℃
以上850℃以下の範囲であることを特徴とする請求項
19に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
20. The temperature above the crystallization temperature is 650 ° C.
The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 19, wherein the temperature is in the range of 850 ° C or lower.
【請求項21】 前記成膜工程の後に、前記ビスマス層
状化合物を酸素を有する雰囲気中で前記ビスマス層状化
合物の結晶化温度以上の温度に加熱処理して結晶化し多
結晶性薄膜を形成する結晶化工程をさらに有し、前記結
晶化工程における結晶化温度以上の温度は前記加熱工程
における結晶化温度以上の温度以上であることを特徴と
する請求項2または請求項3のいずれか1項に記載のビ
スマス層状化合物薄膜の形成方法。
21. After the film forming step, the bismuth layer compound is crystallized by heat treatment in an atmosphere containing oxygen to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the bismuth layer compound to form a polycrystalline thin film. 4. The method according to claim 2, further comprising a step, wherein a temperature equal to or higher than a crystallization temperature in the crystallization step is equal to or higher than a crystallization temperature in the heating step. Of forming a bismuth layered compound thin film of.
【請求項22】 前記結晶化工程における結晶化温度以
上の温度は650℃以上850℃以下の範囲であること
を特徴とする請求項21に記載のビスマス層状化合物薄
膜の形成方法。
22. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 21, wherein the crystallization temperature or higher in the crystallization step is in the range of 650 ° C. or higher and 850 ° C. or lower.
【請求項23】 前記結晶化工程において、昇温速度1
〜200℃/ 秒、加熱処理時間5〜300秒の急速昇温
加熱工程を有することを特徴とする請求項19に記載の
ビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
23. In the crystallization step, a heating rate 1
20. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 19, further comprising a rapid temperature rising and heating step of ~ 200 ° C / second and a heat treatment time of 5 to 300 seconds.
【請求項24】 前記結晶化工程において、前記急速昇
温加熱工程の後に、前記急速昇温加熱処理工程において
到達する温度以上の温度で、処理時間が5〜300分の
熱処理工程を有することを特徴とする請求項23に記載
のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
24. In the crystallization step, after the rapid heating and heating step, there is a heat treatment step for 5 to 300 minutes at a temperature equal to or higher than the temperature reached in the rapid heating and heating step. 24. The method of forming a bismuth layered compound thin film according to claim 23.
【請求項25】 ビスマス層状化合物薄膜の形成方法に
おいて、真空中に設けたターゲットにパルス状のレーザ
ービームを照射することによって照射部分を局部加熱
し、前記ターゲットを構成する物質を蒸発飛散させて、
前記ターゲットに対向するように配置された基板上に組
成式SrBi4-2x{(Tay ,Nb1− x ,Ti
2-2x2 15-6x (ここで、xは0.8〜1.0の実
数、yは0〜1.0の実数)を有するビスマス層状化合
物を成膜する成膜工程と、前記成膜工程において酸素を
含有するアシストガスを供給する酸素供給工程と、を有
することを特徴とするビスマス層状化合物薄膜の形成方
法。請求項1において、ビスマス層状化合物がで表され
る化合物であるビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
25. In the method for forming a bismuth layered compound thin film, a target provided in a vacuum is irradiated with a pulsed laser beam to locally heat the irradiated part to evaporate and disperse a substance constituting the target,
The composition formula SrBi 4-2x {(Ta y , Nb 1 -y ) x , Ti is formed on the substrate arranged to face the target.
2-2x } 2 O 15-6x (where x is a real number of 0.8 to 1.0 and y is a real number of 0 to 1.0); An oxygen supplying step of supplying an assist gas containing oxygen in the film forming step, and a method of forming a bismuth layered compound thin film. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 1, wherein the bismuth layered compound is a compound represented by.
【請求項26】 前記ビスマス層状化合物が組成式Sr
Bi2 (Tay ,Nb1-y )O9 (ここで、y=0〜
1.0の実数)で表される化合物であることを特徴とす
る請求項25に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方
法。
26. The bismuth layered compound has a composition formula Sr.
Bi 2 (Ta y , Nb 1 -y ) O 9 (where y = 0 to
26. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 25, which is a compound represented by a real number of 1.0).
【請求項27】 前記ビスマス層状化合物が組成式Sr
Bi2 Ta2 9 で表される化合物であることを特徴と
する請求項26に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成
方法。
27. The bismuth layered compound has a composition formula Sr.
27. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 26, which is a compound represented by Bi 2 Ta 2 O 9 .
【請求項28】 前記成膜工程において、前記基板を前
記ビスマス層状化合物の結晶化温度以上の温度に加熱す
る加熱工程をさらに有することを特徴とする請求項25
から請求項27のいずれか1項に記載のビスマス層状化
合物薄膜の形成方法。
28. The film forming step, further comprising a heating step of heating the substrate to a temperature equal to or higher than a crystallization temperature of the bismuth layered compound.
28. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 27.
【請求項29】 前記結晶化温度以上の温度は500℃
〜850℃の範囲であることを特徴とする請求項28に
記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
29. The temperature above the crystallization temperature is 500.degree.
29. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 28, wherein the temperature is in the range of 850C.
【請求項30】 前記成膜工程の前に、前記基板上に白
金(Pt)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、
レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、パラジウム
(Pd)のいずれかの金属もしくはそれらの合金からな
る電極層を形成する電極層形成工程と、酸素を有する雰
囲気中で前記電極層の形成された基板の熱処理を行う熱
処理工程とをさらに有することを特徴とする請求項25
から請求項29のいずれか1項に記載のビスマス層状化
合物薄膜の形成方法。
30. Prior to the film forming step, platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru),
An electrode layer forming step of forming an electrode layer made of a metal of rhenium (Re), iridium (Ir), palladium (Pd) or an alloy thereof, and a substrate on which the electrode layer is formed in an atmosphere containing oxygen. 26. A heat treatment step of performing the heat treatment according to claim 25.
30. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 29.
【請求項31】 前記成膜工程の前に、前記基板上にル
テニウム(Ru)、レニウム(Re)、イリジウム(I
r)のうちの少なくとも1元素の酸化物からなる電極層
を形成する電極層形成工程と、酸素を有する雰囲気中で
前記電極層の形成された基板の熱処理を行う熱処理工程
とをさらに有することを特徴とする請求項25から請求
項29のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜
の形成方法。
31. Prior to the film forming step, ruthenium (Ru), rhenium (Re), iridium (I) is formed on the substrate.
further comprising an electrode layer forming step of forming an electrode layer made of an oxide of at least one element of r), and a heat treatment step of heat treating the substrate on which the electrode layer is formed in an atmosphere containing oxygen. 30. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 25, which is characterized by the above.
【請求項32】 前記電極層は多層構造を有することを
特徴とする請求項30または請求項31のいずれか1項
に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
32. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 30, wherein the electrode layer has a multilayer structure.
【請求項33】 前記熱処理工程の処理温度は前記加熱
工程の処理温度よりも高いことを特徴とする請求項30
から請求項32のいずれか1項に記載のビスマス層状化
合物薄膜の形成方法。
33. The processing temperature of the heat treatment step is higher than the processing temperature of the heating step.
33. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 32.
【請求項34】 前記電極層形成工程前に、前記基板と
前記電極層を接合するための下引き層を形成する下引き
層形成工程をさらに有することを特徴とする請求項30
から請求項33のいずれか1項に記載のビスマス層状化
合物薄膜の形成方法。
34. A subbing layer forming step of forming a subbing layer for joining the substrate and the electrode layer is further provided before the electrode layer forming step.
34. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 33.
【請求項35】 前記レーザーがXeCl、KrF、お
よびArFエキシマレーザーのうちのいずれか1つであ
ることを特徴とする請求項25から請求項34のいずれ
か1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
35. The bismuth layered compound thin film according to claim 25, wherein the laser is one of a XeCl, KrF, and ArF excimer laser. Forming method.
【請求項36】 前記アシストガスが、さらに酸素イオ
ン、ラジカル酸素、およびオゾンのうちの少なくとも1
つを含有することを特徴とする請求項25から請求項3
5のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形
成方法。
36. The assist gas is at least one of oxygen ions, radical oxygen, and ozone.
25 to claim 3 characterized by containing one.
6. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of 5 above.
【請求項37】 前記成膜工程と前記加熱工程を交互に
行うことを特徴とする請求項28または請求項29のい
ずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方
法。
37. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 28, wherein the film forming step and the heating step are performed alternately.
【請求項38】 前記加熱工程において、赤外線放射光
源を熱源として基板を加熱することを特徴とする請求項
37に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
38. The method for forming a bismuth layer compound thin film according to claim 37, wherein in the heating step, the substrate is heated by using an infrared radiation light source as a heat source.
【請求項39】 前記加熱工程において、電磁誘導加熱
により基板を加熱することを特徴とする請求項37に記
載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
39. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 37, wherein in the heating step, the substrate is heated by electromagnetic induction heating.
【請求項40】 前記加熱工程において、レーザー光照
射の走査により基板を加熱することを特徴とする請求項
37に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
40. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 37, wherein in the heating step, the substrate is heated by scanning with laser light irradiation.
【請求項41】 前記ターゲットが焼結粉末または焼結
体からなることを特徴とする請求項25から請求項40
のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成
方法。
41. The method according to claim 25, wherein the target is made of sintered powder or a sintered body.
The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of 1.
【請求項42】 前記ターゲットが金属化合物の混合仮
焼粉末または仮焼体からなることを特徴とする請求項2
5から請求項40のいずれか1項に記載のビスマス層状
化合物薄膜の形成方法。
42. The target is made of a mixed calcined powder of a metal compound or a calcined body.
The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of claims 5 to 40.
【請求項43】 前記ターゲットが前記組成式における
化学量論組成を超えてビスマスを過剰に含有することを
特徴とする請求項25から請求項42のいずれか1項に
記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
43. The bismuth layered compound thin film according to claim 25, wherein the target contains excess bismuth in excess of the stoichiometric composition in the composition formula. Forming method.
【請求項44】 前記ビスマスの過剰量が前記組成式で
表される化学量論組成に対して0〜50%の範囲である
ことをことを特徴とする請求項43に記載のビスマス層
状化合物薄膜の形成方法。
44. The bismuth layered compound thin film according to claim 43, wherein the excess amount of bismuth is in the range of 0 to 50% with respect to the stoichiometric composition represented by the composition formula. Forming method.
【請求項45】 前記成膜工程の後に、前記ビスマス層
状化合物を酸素を有する雰囲気中で前記ビスマス層状化
合物の結晶化温度以上の温度に加熱処理して結晶化し多
結晶性薄膜を形成する結晶化工程をさらに有することを
特徴とする請求項25から請求項44のいずれか1項に
記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
45. After the film forming step, the bismuth layer compound is crystallized by heat treatment in an atmosphere containing oxygen to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the bismuth layer compound to form a polycrystalline thin film. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of claims 25 to 44, further comprising a step.
【請求項46】 前記結晶化温度以上の温度は650℃
以上850℃以下の範囲であることを特徴とする請求項
45に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
46. The temperature above the crystallization temperature is 650 ° C.
46. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 45, wherein the temperature is in the range of 850 [deg.] C. or lower.
【請求項47】 前記成膜工程の後に、前記ビスマス層
状化合物を酸素を有する雰囲気中で前記ビスマス層状化
合物の結晶化温度以上の温度に加熱処理して結晶化し多
結晶性薄膜を形成する結晶化工程をさらに有し、前記結
晶化工程における結晶化温度以上の温度は前記加熱工程
における結晶化温度以上の温度以上であることを特徴と
する請求項28または請求項29のいずれか1項に記載
のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
47. After the film forming step, the bismuth layer compound is crystallized by heat treatment in an atmosphere containing oxygen to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the bismuth layer compound to form a polycrystalline thin film. 30. The method according to claim 28, further comprising a step, wherein a temperature equal to or higher than a crystallization temperature in the crystallization step is equal to or higher than a crystallization temperature in the heating step. Of forming a bismuth layered compound thin film of.
【請求項48】 前記結晶化工程における結晶化温度以
上の温度は650℃以上850℃以下の範囲であること
を特徴とする請求項47に記載のビスマス層状化合物薄
膜の形成方法。
48. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 47, wherein the crystallization temperature or higher in the crystallization step is in the range of 650 ° C. or higher and 850 ° C. or lower.
【請求項49】 前記結晶化工程において、昇温速度1
〜200℃/ 秒、加熱処理時間5〜300秒の急速昇温
加熱工程を有することを特徴とする請求項45に記載の
ビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
49. In the crystallization step, a heating rate 1
46. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 45, further comprising a rapid temperature rising heating step of ~ 200 ° C / second and a heat treatment time of 5 to 300 seconds.
【請求項50】 前記結晶化工程において、前記急速昇
温加熱工程の後に、前記急速昇温加熱処理工程において
到達する温度以上の温度で、処理時間が5〜300分の
熱処理工程を有することを特徴とする請求項49に記載
のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
50. In the crystallization step, after the rapid heating step, there is a heat treatment step at a temperature not lower than the temperature reached in the rapid heating step for 5 to 300 minutes. 50. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 49.
【請求項51】 ビスマス層状化合物薄膜の形成方法に
おいて、真空中に設けたターゲットにパルス状のレーザ
ービームを照射することによって照射部分を局部加熱
し、前記ターゲットを構成する物質を蒸発飛散させて、
前記ターゲットに対向するように配置された基板上に組
成式Bi4 Ti3 12を有するビスマス層状化合物を成
膜する成膜工程と、前記成膜工程において酸素を含有す
るアシストガスを供給する酸素供給工程と、を有するこ
とを特徴とするビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
51. In the method for forming a bismuth layered compound thin film, a target provided in a vacuum is irradiated with a pulsed laser beam to locally heat the irradiated portion to evaporate and scatter a substance constituting the target,
A film forming step of forming a bismuth layered compound having a composition formula Bi 4 Ti 3 O 12 on a substrate arranged so as to face the target; and oxygen supplying an assist gas containing oxygen in the film forming step. A method of forming a bismuth layered compound thin film, comprising:
【請求項52】 前記成膜工程において、前記基板を前
記ビスマス層状化合物の結晶化温度以上の温度に加熱す
る加熱工程をさらに有することを特徴とする請求項51
に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
52. The film forming step, further comprising a heating step of heating the substrate to a temperature equal to or higher than a crystallization temperature of the bismuth layered compound.
7. A method for forming a bismuth layered compound thin film according to.
【請求項53】 前記結晶化温度以上の温度は500℃
〜850℃の範囲であることを特徴とする請求項52に
記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
53. The temperature above the crystallization temperature is 500.degree.
53. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 52, wherein the temperature is in the range of 850C.
【請求項54】 前記成膜工程の前に、前記基板上に白
金(Pt)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、
レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、パラジウム
(Pd)のいずれかの金属もしくはそれらの合金からな
る電極層を形成する電極層形成工程と、酸素を有する雰
囲気中で前記電極層の形成された基板の熱処理を行う熱
処理工程とをさらに有することを特徴とする請求項51
から請求項53のいずれか1項に記載のビスマス層状化
合物薄膜の形成方法。
54. Prior to the film forming step, platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru),
An electrode layer forming step of forming an electrode layer made of a metal of rhenium (Re), iridium (Ir), palladium (Pd) or an alloy thereof, and a substrate on which the electrode layer is formed in an atmosphere containing oxygen. 52. A heat treatment step of performing the heat treatment according to claim 51.
54. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 53.
【請求項55】 前記成膜工程の前に、前記基板上にル
テニウム(Ru)、レニウム(Re)、イリジウム(I
r)のうちの少なくとも1元素の酸化物からなる電極層
を形成する電極層形成工程と、酸素を有する雰囲気中で
前記電極層の形成された基板の熱処理を行う熱処理工程
とをさらに有することを特徴とする請求項51から請求
項53のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜
の形成方法
55. Prior to the film forming step, ruthenium (Ru), rhenium (Re), iridium (I) is formed on the substrate.
further comprising an electrode layer forming step of forming an electrode layer made of an oxide of at least one element of r), and a heat treatment step of performing heat treatment on the substrate on which the electrode layer is formed in an atmosphere containing oxygen. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of claims 51 to 53, wherein
【請求項56】 前記電極層は多層構造を有することを
特徴とする請求項54または請求項55のいずれか1項
に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
56. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 54, wherein the electrode layer has a multilayer structure.
【請求項57】 前記熱処理工程の処理温度は前記加熱
工程の処理温度よりも高いことを特徴とする請求項54
から請求項56のいずれか1項に記載のビスマス層状化
合物薄膜の形成方法。
57. The treatment temperature of the heat treatment step is higher than the treatment temperature of the heating step.
57. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 56.
【請求項58】 前記電極層形成工程前に、前記基板と
前記電極層を接合するための下引き層を形成する下引き
層形成工程をさらに有することを特徴とする請求項54
から請求項57のいずれか1項に記載のビスマス層状化
合物薄膜の形成方法。
58. The method according to claim 54, further comprising, before the electrode layer forming step, an undercoat layer forming step of forming an undercoat layer for joining the substrate and the electrode layer.
58. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 57.
【請求項59】 前記レーザーがXeCl、KrF、お
よびArFエキシマレーザーのうちのいずれか1つであ
ることを特徴とする請求項51から請求項58のいずれ
か1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
59. The bismuth layered compound thin film according to claim 51, wherein the laser is one of a XeCl, KrF, and ArF excimer laser. Forming method.
【請求項60】 前記アシストガスが、さらに酸素イオ
ン、ラジカル酸素、およびオゾンのうちの少なくとも1
つを含有することを特徴とする請求項51から請求項5
9のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形
成方法。
60. The assist gas further comprises at least one of oxygen ions, radical oxygen, and ozone.
51 to claim 5, characterized in that
10. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of 9 above.
【請求項61】 前記成膜工程と前記加熱工程を交互に
行うことを特徴とする請求項52または請求項53のい
ずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方
法。
61. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 52 or 53, wherein the film forming step and the heating step are performed alternately.
【請求項62】 前記加熱工程において、赤外線放射光
源を熱源として基板を加熱することを特徴とする請求項
61に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
62. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 61, wherein in the heating step, the substrate is heated by using an infrared radiation light source as a heat source.
【請求項63】 前記加熱工程において、電磁誘導加熱
により基板を加熱することを特徴とする請求項61に記
載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
63. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 61, wherein in the heating step, the substrate is heated by electromagnetic induction heating.
【請求項64】 前記加熱工程において、レーザー光照
射の走査により基板を加熱することを特徴とする請求項
61に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
64. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 61, wherein in the heating step, the substrate is heated by scanning with laser light irradiation.
【請求項65】 前記ターゲットが焼結粉末または焼結
体からなることを特徴とする請求項51から請求項64
のいずれか1項に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成
方法。
65. The method according to claim 51, wherein the target is made of sintered powder or a sintered body.
The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of 1.
【請求項66】 前記ターゲットが金属化合物の混合仮
焼粉末または仮焼体からなることを特徴とする請求項5
1から請求項64のいずれか1項に記載のビスマス層状
化合物薄膜の形成方法。
66. The target according to claim 5, wherein the target is composed of a mixed calcined powder or calcined body of metal compounds.
The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of claims 1 to 64.
【請求項67】 前記ターゲットが前記組成式における
化学量論組成を超えてビスマスを過剰に含有することを
特徴とする請求項51から請求項66のいずれか1項に
記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
67. The bismuth layered compound thin film according to claim 51, wherein the target contains excess bismuth in excess of the stoichiometric composition in the composition formula. Forming method.
【請求項68】 前記ビスマスの過剰量が前記組成式で
表される化学量論組成に対して0〜50%の範囲である
ことをことを特徴とする請求項67に記載のビスマス層
状化合物薄膜の形成方法。
68. The bismuth layered compound thin film according to claim 67, wherein the excess amount of bismuth is in the range of 0 to 50% with respect to the stoichiometric composition represented by the composition formula. Forming method.
【請求項69】 前記成膜工程の後に、前記ビスマス層
状化合物を酸素を有する雰囲気中で前記ビスマス層状化
合物の結晶化温度以上の温度に加熱処理して結晶化し多
結晶性薄膜を形成する結晶化工程をさらに有することを
特徴とする請求項51から請求項68のいずれか1項に
記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
69. After the film forming step, the bismuth layered compound is crystallized by heat treatment in an atmosphere containing oxygen to a temperature not lower than the crystallization temperature of the bismuth layered compound to form a polycrystalline thin film. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to any one of claims 51 to 68, further comprising a step.
【請求項70】 前記結晶化温度以上の温度は650℃
以上850℃以下の範囲であることを特徴とする請求項
69に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
70. The temperature above the crystallization temperature is 650 ° C.
70. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 69, wherein the temperature is in the range of 850 ° C. or higher.
【請求項71】 前記成膜工程の後に、前記ビスマス層
状化合物を酸素を有する雰囲気中で前記ビスマス層状化
合物の結晶化温度以上の温度に加熱処理して結晶化し多
結晶性薄膜を形成する結晶化工程をさらに有し、前記結
晶化工程における結晶化温度以上の温度は前記加熱工程
における結晶化温度以上の温度以上であることを特徴と
する請求項52または請求項53のいずれか1項に記載
のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
71. After the film forming step, the bismuth layered compound is crystallized by heating at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the bismuth layered compound in an atmosphere containing oxygen to form a polycrystalline thin film. 54. The method according to claim 52, further comprising a step, wherein a temperature equal to or higher than a crystallization temperature in the crystallization step is equal to or higher than a crystallization temperature in the heating step. Of forming a bismuth layered compound thin film of.
【請求項72】 前記結晶化工程における結晶化温度以
上の温度は650℃以上850℃以下の範囲であること
を特徴とする請求項71に記載のビスマス層状化合物薄
膜の形成方法。
72. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 71, wherein the crystallization temperature or higher in the crystallization step is in the range of 650 ° C. or higher and 850 ° C. or lower.
【請求項73】 前記結晶化工程において、昇温速度1
〜200℃/ 秒、加熱処理時間5〜300秒の急速昇温
加熱工程を有することを特徴とする請求項69に記載の
ビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
73. In the crystallization step, a heating rate 1
70. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to claim 69, comprising a rapid temperature rising heating step of ~ 200 ° C / second and a heat treatment time of 5 to 300 seconds.
【請求項74】 前記結晶化工程において、前記急速昇
温加熱工程の後に、前記急速昇温加熱処理工程において
到達する温度以上の温度で、処理時間が5〜300分の
熱処理工程を有することを特徴とする請求項73に記載
のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
74. In the crystallization step, after the rapid heating and heating step, there is a heat treatment step at a temperature equal to or higher than the temperature reached in the rapid heating and heating step for a processing time of 5 to 300 minutes. 74. The method of forming a bismuth layered compound thin film according to claim 73.
【請求項75】 ビスマス層状化合物薄膜の形成方法に
おいて、真空中に設けた金属酸化物からなる複数のター
ゲットに対して独立にパルス状のレーザービームを照射
することによって照射部分を局部加熱し、前記ターゲッ
トを構成する物質を蒸発飛散させて、前記ターゲットに
対向するように配置された基板上に組成式(Bi
2 2 2+(Am-1 m 3m+12-(ここで、Aはビス
マス(Bi)、鉛(Pb)、バリウム(Ba)、ストロ
ンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、ナトリウム
(Na)、カリウム(K)、カドミウム(Cd)の内か
ら選ばれる1元素もしくは複数元素の組み合わせ、Bは
チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、
タングステン(W)、モリブデン(Mo)、鉄(F
e)、コバルト(Co)、クロム(Cr)の内から選ば
れる1元素もしくは複数元素の組み合わせ、m=1〜5
の自然数)を有するビスマス層状化合物を成膜する成膜
工程と、前記成膜工程において酸素を含有するアシスト
ガスを供給する酸素供給工程と、を有することを特徴と
するビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
75. In the method for forming a bismuth layered compound thin film, the irradiation portion is locally heated by independently irradiating a pulsed laser beam to a plurality of targets made of a metal oxide provided in a vacuum, The substance forming the target is evaporated and scattered, and the composition formula (Bi) is formed on the substrate arranged so as to face the target.
2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2- (where A is bismuth (Bi), lead (Pb), barium (Ba), strontium (Sr), calcium (Ca) , A combination of one or more elements selected from sodium (Na), potassium (K) and cadmium (Cd), B is titanium (Ti), niobium (Nb), tantalum (Ta),
Tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (F
e), one element or a combination of a plurality of elements selected from cobalt (Co) and chromium (Cr), m = 1 to 5
Method for forming a bismuth layered compound thin film, comprising: a film forming step of forming a bismuth layered compound having a natural number of 1) and an oxygen supplying step of supplying an assist gas containing oxygen in the film forming step. .
【請求項76】 前記複数のターゲットに照射するレー
ザービームはビスマス以外の金属酸化物薄膜が最上層に
積層されるように制御されることを特徴とする請求項7
5に記載のビスマス層状化合物薄膜の形成方法。
76. The laser beam for irradiating the plurality of targets is controlled so that a metal oxide thin film other than bismuth is laminated on the uppermost layer.
5. The method for forming a bismuth layered compound thin film according to item 5.
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