JPH08330304A - Preparation of oxide film, fabrication of semiconductor device and preparation of superconducting thin film - Google Patents

Preparation of oxide film, fabrication of semiconductor device and preparation of superconducting thin film

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JPH08330304A
JPH08330304A JP7200455A JP20045595A JPH08330304A JP H08330304 A JPH08330304 A JP H08330304A JP 7200455 A JP7200455 A JP 7200455A JP 20045595 A JP20045595 A JP 20045595A JP H08330304 A JPH08330304 A JP H08330304A
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layer
semiconductor device
bismuth
oxide film
substituted
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JP7200455A
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Inventor
Chiharu Isobe
千春 磯辺
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PURPOSE: To provide a method for preparing an oxide film by CVD using a material gas having melting point lower than that of triphenyl bismuth. CONSTITUTION: An oxide containing bismuth as a constitutive element is prepared by CVD using triphenyl bismuth having a meta position substituted with an alkyl group, which may be substituted with a halogen, as a material gas. For example, an oxide of Bi2 SrTa2 O9 is prepared by MOCVD using Tris (m- methyl phenyl) bismuth as a material gas.

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、新規のトリフェニルビ
スマス系の原料ガスを用いた有機金属化学的気相成長法
を適用した酸化物膜成膜方法、半導体装置の製造方法、
並びに超伝導体薄膜の成膜方法に関する。ここで、半導
体装置は、強誘電体薄膜を用いた不揮発性メモリセル
(所謂FERAM)若しくはDRAMから成る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an oxide film, a method for manufacturing a semiconductor device, to which a metalorganic chemical vapor deposition method using a novel triphenylbismuth-based source gas is applied,
And a method for forming a superconductor thin film. Here, the semiconductor device is composed of a nonvolatile memory cell (so-called FERAM) using a ferroelectric thin film or a DRAM.

【0002】[0002]

【従来の技術】ビスマス(Bi)を構成元素とした酸化
物膜として、所謂Y1材料系(Bi2AB29で表さ
れ、AはSr、Ba及びCaから成る群から選ばれた1
種の元素であり、BはTa及びNbから成る群から選ば
れた1種の元素であり、例えば、Bi2SrTa29
挙げることができる)、チタン酸ビスマス(Bi4Ti3
1 2、以下BTOと略す場合もある)、Bi−Sr−C
a−Cu−O系等が知られており、これらの酸化物膜は
強誘電性あるいは超伝導性といった特異な性質を有す
る。これらの酸化物膜を有機金属化学的気相成長法(Me
tal Organic ChemicalVapor Deposition 法。以下、M
OCVD法と略す)にて成膜する場合、原料ガスとし
て、通常、次の化学式で表されるトリフェニルビスマス
が用いられている(例えば、文献1,"Ferroelectric b
ismuth titanate films by hot wall metalorganic che
mical vapor deposition", J. Si, et al., J. Appl. P
hys. 73(11), 1 June 1993, pp7910-7913 を参照)。
2. Description of the Related Art An oxide film containing bismuth (Bi) as a constituent element is represented by the so-called Y1 material system (Bi 2 AB 2 O 9) , where A is 1 selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca.
B is a single element selected from the group consisting of Ta and Nb, and examples thereof include Bi 2 SrTa 2 O 9 ) and bismuth titanate (Bi 4 Ti 3
O 1 2 , sometimes abbreviated as BTO hereinafter), Bi-Sr-C
The a-Cu-O system and the like are known, and these oxide films have unique properties such as ferroelectricity or superconductivity. These oxide films are formed by metalorganic chemical vapor deposition (Me
tal Organic Chemical Vapor Deposition method. Below, M
When forming a film by the OCVD method), triphenylbismuth represented by the following chemical formula is usually used as a source gas (for example, Document 1, "Ferroelectric b").
ismuth titanate films by hot wall metalorganic che
mical vapor deposition ", J. Si, et al., J. Appl. P
hys. 73 (11), 1 June 1993, pp7910-7913).

【0003】[0003]

【化1】 Embedded image

【0004】一般に、有機金属材料をMOCVD法にお
ける原料として用いる場合、有機金属材料をガス状とし
てMOCVD反応室に供給する必要がある。従って、有
機金属材料には、出来るだけ低い温度で十分高い蒸気圧
を有することが要求される。トリフェニルビスマスは常
温・常圧で固体であり、融点は78〜80゜Cである。
それ故、トリフェニルビスマスをMOCVD法における
原料として用いる場合、トリフェニルビスマスを充填し
た原料容器(シリンダ)及び原料容器からMOCVD反
応室までの配管を、融点以上の高温に保持する必要があ
る。例えば、上記の文献1によれば、トリフェニルビス
マスの十分な蒸気圧を得るためには、原料容器の温度を
165〜170゜Cに保持する必要があるとされてい
る。
Generally, when an organometallic material is used as a raw material in the MOCVD method, it is necessary to supply the organometallic material in a gaseous state to the MOCVD reaction chamber. Therefore, the organometallic material is required to have a sufficiently high vapor pressure at a temperature as low as possible. Triphenylbismuth is a solid at room temperature and pressure and has a melting point of 78 to 80 ° C.
Therefore, when using triphenylbismuth as a raw material in the MOCVD method, it is necessary to maintain the raw material container (cylinder) filled with triphenylbismuth and the piping from the raw material container to the MOCVD reaction chamber at a high temperature equal to or higher than the melting point. For example, according to the above-mentioned Document 1, in order to obtain a sufficient vapor pressure of triphenylbismuth, it is necessary to maintain the temperature of the raw material container at 165 to 170 ° C.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】例えばBi2SrTa2
9やチタン酸ビスマス(BTO)をMOCVD法にて
成膜するとき、トリフェニルビスマスの十分な蒸気圧を
得るために、原料容器の温度を165〜170゜Cに保
持した場合、以下の問題が生じる。即ち、トリフェニル
ビスマスが長時間高温に保持されるために、原料容器内
のトリフェニルビスマスが徐々に分解し、安定した原料
ガス供給を持続することが困難になる。また、効果的な
原料ガス供給を行い、加えてMOCVD反応室への原料
ガス供給の過程で配管内でトリフェニルビスマスが再凝
集することを防ぐためには、配管を180〜200゜C
に加熱する必要がある。しかしながら、このような温度
制御には困難を伴うし、MOCVD装置全体の維持も困
難となる。
Problems to be Solved by the Invention For example, Bi 2 SrTa 2
When forming a film of O 9 or bismuth titanate (BTO) by the MOCVD method, if the temperature of the raw material container is kept at 165 to 170 ° C. in order to obtain a sufficient vapor pressure of triphenylbismuth, the following problems will occur. Occurs. That is, since triphenylbismuth is kept at a high temperature for a long time, triphenylbismuth in the raw material container is gradually decomposed, and it becomes difficult to maintain a stable supply of raw material gas. In addition, in order to effectively supply the raw material gas and also to prevent re-aggregation of triphenylbismuth in the pipe in the process of supplying the raw material gas to the MOCVD reaction chamber, the pipe is provided at 180 to 200 ° C.
Need to be heated. However, such temperature control is difficult and it is difficult to maintain the entire MOCVD apparatus.

【0006】このような問題があるので、一般に、トリ
フェニルビスマスを原料ガスとして用いたMOCVD法
でビスマスを構成元素とした酸化物膜を成膜する場合、
良好なる成膜制御性、成膜再現性を得ることが難しい。
Because of such a problem, generally, when an oxide film containing bismuth as a constituent element is formed by the MOCVD method using triphenylbismuth as a source gas,
It is difficult to obtain good film formation controllability and film formation reproducibility.

【0007】従って、本発明の目的は、トリフェニルビ
スマスより低い融点を有する材料を原料ガスとして用い
たMOCVD法を適用した酸化物膜成膜方法、半導体装
置の製造方法、並びに超伝導体薄膜の成膜方法を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an oxide film forming method, a semiconductor device manufacturing method, and a superconductor thin film of a MOCVD method using a material having a melting point lower than that of triphenylbismuth as a source gas. It is to provide a film forming method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の酸化物膜成膜方法は、ハロゲンで置換され
ることあるアルキル基でメタ位を置換されたトリフェニ
ルビスマスを原料ガスとして用いた有機金属化学的気相
成長法で、ビスマスを構成元素とした酸化物膜を成膜す
ることを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the method of forming an oxide film according to the present invention uses triphenylbismuth whose meta position is substituted with an alkyl group which may be substituted with halogen as a source gas. It is characterized in that an oxide film containing bismuth as a constituent element is formed by the metal organic chemical vapor deposition method used as.

【0009】上記の目的を達成するための本発明の半導
体装置の製造方法は、ハロゲンで置換されることあるア
ルキル基でメタ位を置換されたトリフェニルビスマスを
原料ガスとして用いた有機金属化学的気相成長法で、ビ
スマスを構成元素とした酸化物膜を基体上に成膜するこ
とを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a metal organic chemical reaction using triphenylbismuth substituted at the meta position with an alkyl group which may be substituted by halogen as a source gas. It is characterized in that an oxide film containing bismuth as a constituent element is formed on a substrate by a vapor phase growth method.

【0010】本発明の半導体装置の製造方法において
は、半導体装置は、下部電極層、ビスマス層状構造ペロ
ブスカイト型の強誘電体層及び上部電極層が積層された
キャパシタ構造を有し、強誘電体層は前記酸化物膜から
成ることを特徴とする。この場合、下部電極層が基体に
相当する。あるいは又、半導体装置は、下部電極層、ビ
スマス層状構造ペロブスカイト型の強誘電体層及び上部
電極層が積層されたキャパシタ構造、及び該下部電極層
の下に形成されたビスマス層状構造ペロブスカイト型の
バッファ層を有し、バッファ層は前記酸化物膜から成る
ことを特徴とする。この場合、バッファ層の下に形成さ
れた絶縁層が基体に相当する。尚、強誘電体層を前記酸
化物膜から構成してもよい。これらの場合、酸化物膜
を、例えばチタン酸ビスマス(Bi4Ti312)や、所
謂Y1材料系であるBi2AB29(ここで、AはS
r、Ba及びCaから成る群から選ばれた1種の元素で
あり、BはTa及びNbから成る群から選ばれた1種の
元素である)から構成することができる。酸化物膜を所
謂Y1材料系であるBi2AB29から構成する場合、
有機金属化学的気相成長法におけるビスマスを構成元素
とした酸化物膜の成膜は、1.0×102Pa乃至1.
4×103Paの圧力下、より好ましくは、6.7×1
2Pa(5Torr)乃至1.3×103Pa(10Torr)
の圧力下で行うことが好ましい。Y1材料系としては、
Bi2SrTa29を例示することができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor device has a capacitor structure in which a lower electrode layer, a bismuth layer structure perovskite type ferroelectric layer and an upper electrode layer are laminated, and the ferroelectric layer Is formed of the oxide film. In this case, the lower electrode layer corresponds to the base. Alternatively, the semiconductor device has a capacitor structure in which a lower electrode layer, a bismuth layered structure perovskite type ferroelectric layer and an upper electrode layer are stacked, and a bismuth layered structure perovskite type buffer formed under the lower electrode layer. And a buffer layer formed of the oxide film. In this case, the insulating layer formed under the buffer layer corresponds to the base. The ferroelectric layer may be composed of the oxide film. In these cases, the oxide film is formed of, for example, bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ) or so-called Y1 material system Bi 2 AB 2 O 9 (where A is S
R is one element selected from the group consisting of r, Ba and Ca, and B is one element selected from the group consisting of Ta and Nb). When the oxide film is composed of so-called Y1 material system Bi 2 AB 2 O 9 ,
The film formation of the oxide film containing bismuth as a constituent element in the metal organic chemical vapor deposition method is 1.0 × 10 2 Pa to 1.
Under a pressure of 4 × 10 3 Pa, more preferably 6.7 × 1
0 2 Pa (5 Torr) to 1.3 × 10 3 Pa (10 Torr)
It is preferable to carry out under pressure. As Y1 material system,
Bi 2 SrTa 2 O 9 can be exemplified.

【0011】上記の目的を達成するための本発明の超伝
導体薄膜の成膜方法は、ハロゲンで置換されることある
アルキル基でメタ位を置換されたトリフェニルビスマス
を原料ガスとして用いた有機金属化学的気相成長法で、
ビスマスを構成元素とした酸化物膜から成る超伝導体薄
膜を基体上に成膜することを特徴とする。尚、超伝導体
薄膜をBi−Sr−Ca−Cu−O系から構成すること
ができる。
In order to achieve the above object, a method for forming a superconductor thin film according to the present invention is an organic method using triphenylbismuth substituted at the meta position with an alkyl group which may be substituted with halogen as a source gas. With metal chemical vapor deposition,
A feature is that a superconductor thin film made of an oxide film containing bismuth as a constituent element is formed on a substrate. The superconductor thin film may be made of Bi-Sr-Ca-Cu-O system.

【0012】本発明におけるアルキル基でメタ位を置換
されたトリフェニルビスマスは、以下の化学式で表わさ
れる。尚、R1及びR2の少なくとも一方として、例えば
CH3、C25、CH(CH32、C(CH33を例示
することができ、中でも、トリス(m−メチルフェニ
ル)ビスマスをMOCVD法における原料ガスとして用
いることが好ましい。また、アルキル基を構成する水素
原子はハロゲンで置換されていてもよい。この場合、R
1及びR2の少なくとも一方としてCF3を例示すること
ができ、このような場合を含むアルキル基を、ハロゲン
で置換されることあるアルキル基と呼ぶ。
Triphenylbismuth substituted in the meta position with an alkyl group in the present invention is represented by the following chemical formula. As at least one of R 1 and R 2 , for example, CH 3 , C 2 H 5 , CH (CH 3 ) 2 and C (CH 3 ) 3 can be exemplified, and among them, tris (m-methylphenyl). Bismuth is preferably used as a source gas in the MOCVD method. Moreover, the hydrogen atom which comprises an alkyl group may be substituted by halogen. In this case, R
CF 3 can be exemplified as at least one of 1 and R 2 , and an alkyl group including such a case is referred to as an alkyl group which may be substituted with halogen.

【0013】[0013]

【化2】 Embedded image

【0014】[0014]

【作用】本発明においては、MOCVD法において、ハ
ロゲンで置換されることあるアルキル基でメタ位を置換
されたトリフェニルビスマスを原料ガスとして用いる。
かかる原料ガスの融点は、トリフェニルビスマスの融点
よりも低い。例えば、示差熱分析法にて測定したトリス
(m−メチルフェニル)ビスマスの融点は67゜Cであ
り、トリフェニルビスマスの融点は78゜Cである。従
って、MOCVD装置における原料容器及び配管の温度
を下げることができ、MOCVD法でビスマスを構成元
素とした酸化物膜を成膜する場合、良好なる成膜制御
性、成膜再現性を得ることが可能になる。
In the present invention, triphenylbismuth whose meta position is substituted with an alkyl group which may be substituted with halogen is used as the source gas in the MOCVD method.
The melting point of the source gas is lower than that of triphenylbismuth. For example, the melting point of tris (m-methylphenyl) bismuth measured by differential thermal analysis is 67 ° C, and the melting point of triphenylbismuth is 78 ° C. Therefore, the temperature of the raw material container and the piping in the MOCVD apparatus can be lowered, and when forming an oxide film containing bismuth as a constituent element by the MOCVD method, good film formation controllability and film formation reproducibility can be obtained. It will be possible.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described based on embodiments with reference to the drawings.

【0016】(実施例1)実施例1においては、以下の
化学式で表されるトリス(m−メチルフェニル)ビスマ
ス(R1=CH3,R2=Hであり、トリス(m−トリ
ル)ビスマスとも呼ばれる)を原料ガスとして用いたM
OCVD法で、ビスマスを構成元素とした酸化物膜を成
膜する酸化物膜成膜方法に関する。酸化物膜は、Y1材
料系であるBi2SrTa29から成る。
(Example 1) In Example 1, tris (m-methylphenyl) bismuth (R 1 = CH 3 , R 2 = H) represented by the following chemical formula, and tris (m-tolyl) bismuth was used. (Also called) as the source gas
The present invention relates to an oxide film forming method for forming an oxide film containing bismuth as a constituent element by the OCVD method. The oxide film is made of Bi 2 SrTa 2 O 9 which is a Y1 material system.

【0017】[0017]

【化3】 Embedded image

【0018】MOCVD装置は、図1に概念図を示すよ
うに、ステンレススチール製の原料容器10,12、M
OCVD反応室20、原料容器10,12とMOCVD
反応室20を結ぶステンレススチール製の配管14,1
5から構成されている。また、原料容器10,12は、
恒温槽11,13内に収納され、原料容器10,12内
の原料を所望の温度に保持できる構造となっている。配
管14,15にはヒーター等の加熱手段(図示せず)が
配設され、配管内を流れる原料ガスを所望の温度に保持
し得る。MOCVD反応室20内に導入された原料ガス
は、ガス吹き付けノズル21を介して、基板ステージ2
2上に載置された基板30に吹き付けられる。これによ
って基板30の表面には薄膜が成膜する。尚、基板ステ
ージ22にはヒーター(図示せず)が組み込まれてお
り、基板30を所望の温度に加熱可能である。MOCV
D反応室20内は、真空ポンプ23によって排気され
る。
As shown in the conceptual diagram of FIG. 1, the MOCVD apparatus comprises stainless steel raw material containers 10, 12 and M.
OCVD reaction chamber 20, raw material containers 10 and 12 and MOCVD
Stainless steel piping 14,1 connecting the reaction chamber 20
It is composed of 5. In addition, the raw material containers 10 and 12 are
It is housed in the constant temperature baths 11 and 13 and has a structure capable of holding the raw materials in the raw material containers 10 and 12 at a desired temperature. A heating means (not shown) such as a heater is arranged in the pipes 14 and 15 to keep the raw material gas flowing in the pipes at a desired temperature. The raw material gas introduced into the MOCVD reaction chamber 20 is passed through the gas spray nozzle 21 and the substrate stage 2
It is sprayed onto the substrate 30 placed on the substrate 2. As a result, a thin film is formed on the surface of the substrate 30. A heater (not shown) is incorporated in the substrate stage 22 to heat the substrate 30 to a desired temperature. MOCV
The inside of the D reaction chamber 20 is evacuated by the vacuum pump 23.

【0019】MOCVD法の実施に際しては、トリス
(m−メチルフェニル)ビスマスを原料容器10に充填
し、原料容器10内のトリス(m−メチルフェニル)ビ
スマスを約100゜Cに加熱する。流量50ccのアル
ゴンガスを原料容器10内に導入し、加熱減圧下で液体
となっているトリス(m−メチルフェニル)ビスマスを
バブリングする。そして、約140゜Cに保持した配管
14に気化したトリス(m−メチルフェニル)ビスマス
を導入して、MOCVD反応室20に送る。尚、従来の
トリフェニルビスマスを用いた場合には、原料容器10
の温度を165〜170゜Cとし、配管14の温度を1
80〜200゜Cに保持する必要がある。
In carrying out the MOCVD method, tris (m-methylphenyl) bismuth is filled in the raw material container 10 and the tris (m-methylphenyl) bismuth in the raw material container 10 is heated to about 100 ° C. Argon gas having a flow rate of 50 cc is introduced into the raw material container 10 and bubbling of tris (m-methylphenyl) bismuth which is liquid under heating and reduced pressure. Then, the vaporized tris (m-methylphenyl) bismuth is introduced into the pipe 14 kept at about 140 ° C. and sent to the MOCVD reaction chamber 20. When conventional triphenylbismuth is used, the raw material container 10
And the temperature of the pipe 14 to 1
It is necessary to maintain the temperature at 80 to 200 ° C.

【0020】一方、Sr(C111922[ジス(テト
ラメチルヘプタンジオン)ストロンチウム]、及びTa
(OC255[ペンタエトキシタンタル]を異なる原
料容器12に充填し(尚、図1には1つの原料容器12
のみを図示した)、原料容器12内のSr(C1119
22及びTa(OC255のそれぞれを、約210゜
C及び約120゜Cに加熱し、それぞれの原料容器12
に流量50ccのアルゴンガスを導入し、加熱減圧下で
液体となっているこれらのソース原料をバブリングす
る。そして、Sr(C111922用の配管15を約2
20゜C、Ta(OC255用の配管を約150゜C
に保持し、これらの配管15に気化したこれらのソース
原料を導入して、配管14を経由してMOCVD反応室
20に送る。
On the other hand, Sr (C 11 H 19 O 2 ) 2 [dis (tetramethylheptanedione) strontium], and Ta
(OC 2 H 5 ) 5 [pentaethoxy tantalum] was filled in different raw material containers 12 (note that one raw material container 12 is shown in FIG. 1).
(Only shown), Sr (C 11 H 19 O in the raw material container 12
2 ) 2 and Ta (OC 2 H 5 ) 5 are heated to about 210 ° C and about 120 ° C, respectively, and each raw material container 12
Then, an argon gas having a flow rate of 50 cc is introduced to bubbling these source materials which are liquid under heating and reduced pressure. Then, connect the pipe 15 for Sr (C 11 H 19 O 2 ) 2 to about 2
20 ° C, Ta (OC 2 H 5 ) 5 piping is about 150 ° C
Then, these vaporized source materials are introduced into these pipes 15 and sent to the MOCVD reaction chamber 20 via the pipes 14.

【0021】MOCVD反応室20内の基板ステージ上
に載置された基板30を約650〜750゜Cに加熱
し、MOCVD反応室20内に、ガス状のトリス(m−
メチルフェニル)ビスマス、ガス状のSr(C1119
22、Ta(OC255、酸素ガス及び希釈用アルゴ
ンガスを導入し、MOCVD反応室20内の圧力を1.
0×102〜1.4×103Paに制御して、基板30上
に、Bi2SrTa29から成る酸化物膜を成膜する。
The substrate 30 placed on the substrate stage in the MOCVD reaction chamber 20 is heated to about 650 to 750 ° C., and gaseous tris (m-
Methylphenyl) bismuth, gaseous Sr (C 11 H 19 O
2 ) 2 , Ta (OC 2 H 5 ) 5 , oxygen gas and diluting argon gas are introduced, and the pressure in the MOCVD reaction chamber 20 is set to 1.
The oxide film made of Bi 2 SrTa 2 O 9 is formed on the substrate 30 while controlling the pressure to be 0 × 10 2 to 1.4 × 10 3 Pa.

【0022】尚、Sr、Ba及びCaのソース原料とし
て、Sr(C111922[ジス(テトラメチルヘプタ
ンジオン)ストロンチウム]、Ba(C11192
2[ジス(テトラメチルヘプタンジオン)バリウム]及
びCa(C111922[ジス(テトラメチルヘプタン
ジオン)カルシウム]を用い、Ta及びNbのソース原
料として、Ta(OC255[ペンタエトキシタンタ
ル]、Nb(OC255[ペンタエトキシニオブ]を
用いれば、Bi2AB29(ここで、AはSr、Ba及
びCaから成る群から選ばれた1種の元素であり、Bは
Ta及びNbから成る群から選ばれた1種の元素であ
る)から成る酸化物膜をMOCVD法にて基体上に成膜
するこができる。尚、元素A/Bの組み合わせとして、
Sr/Taだけでなく、Sr/Nb、Ba/Ta、Ba
/Nb、Ca/Ta、Ca/Nbを挙げることができ
る。
Sr (C 11 H 19 O 2 ) 2 [dis (tetramethylheptanedione) strontium] and Ba (C 11 H 19 O 2 ) were used as the source materials for Sr, Ba and Ca.
2 [dis (tetramethylheptanedione) barium] and Ca (C 11 H 19 O 2 ) 2 [dis (tetramethylheptanedione) calcium] were used as Ta (OC 2 H 5 ) source material for Ta and Nb. If 5 [pentaethoxy tantalum] and Nb (OC 2 H 5 ) 5 [pentaethoxy niobium] are used, Bi 2 AB 2 O 9 (where A is one selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca) is used. , And B is one element selected from the group consisting of Ta and Nb) can be formed on the substrate by MOCVD. As a combination of elements A / B,
Not only Sr / Ta, but also Sr / Nb, Ba / Ta, Ba
/ Nb, Ca / Ta, Ca / Nb can be mentioned.

【0023】(実施例2)近年、成膜技術の進歩に伴い
強誘電体薄膜を用いた不揮発性メモリセルの応用研究が
盛んに進められている。この不揮発性メモリセルは、強
誘電体薄膜の高速分極反転とその残留分極を利用する高
速書き換えが可能な不揮発性メモリセルである。現在研
究されている強誘電体薄膜不揮発性メモリセルは、強誘
電体キャパシタの蓄積電荷量の変化を検出する方式と、
強誘電体の自発分極による半導体の抵抗変化を検出する
方式の2つに分類することができる。本発明の半導体装
置の製造方法を適用すべき半導体メモリセルは前者に属
する。
(Embodiment 2) In recent years, along with the progress of film forming technology, application research of a non-volatile memory cell using a ferroelectric thin film has been actively pursued. This non-volatile memory cell is a non-volatile memory cell in which high-speed reversal of the ferroelectric thin film and high-speed rewriting utilizing the residual polarization thereof are possible. The ferroelectric thin film non-volatile memory cell currently being researched has a method of detecting a change in the stored charge amount of the ferroelectric capacitor,
It can be classified into two methods of detecting a resistance change of a semiconductor due to spontaneous polarization of a ferroelectric substance. The semiconductor memory cell to which the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied belongs to the former.

【0024】強誘電体キャパシタの蓄積電荷量の変化を
検出する方式の不揮発性メモリセルとして、例えば、強
誘電体キャパシタに選択トランジスタを付加した1キャ
パシタ+1トランジスタ構造を有する不揮発性メモリセ
ルを挙げることができる。強誘電体キャパシタは、例え
ば、下部電極と上部電極、及びそれらの間に挟まれた強
誘電体薄膜から構成されている。このタイプの不揮発性
メモリセルにおけるデータの書き込みや読み出しは、図
13に示す強誘電体のP−Eヒステリシスループを応用
して行われる。強誘電体薄膜に外部電界を加えた後、外
部電界を除いたとき、強誘電体薄膜は自発分極を示す。
そして、強誘電体薄膜の残留分極は、プラス方向の外部
電界が印加されたとき+Pr、マイナス方向の外部電界
が印加されたとき−Prとなる。ここで、残留分極が+
rの状態(図13の「D」参照)の場合を”0”と
し、残留分極が−Prの状態(図13の「A」参照)の
場合を”1”とする。
An example of a non-volatile memory cell of the type that detects a change in the amount of charge stored in the ferroelectric capacitor is a non-volatile memory cell having a one-capacitor + 1-transistor structure in which a selection transistor is added to the ferroelectric capacitor. You can The ferroelectric capacitor is composed of, for example, a lower electrode, an upper electrode, and a ferroelectric thin film sandwiched between them. Data writing and reading in this type of non-volatile memory cell are performed by applying the PE hysteresis loop of the ferroelectric substance shown in FIG. When an external electric field is removed after applying an external electric field to the ferroelectric thin film, the ferroelectric thin film exhibits spontaneous polarization.
The remanent polarization of the ferroelectric thin film becomes + P r when an external electric field in the positive direction is applied, and −P r when an external electric field in the negative direction is applied. Where remanent polarization is +
It is assumed that the state of P r (see “D” in FIG. 13) is “0”, and the state of remanent polarization is −P r (see “A” of FIG. 13) is “1”.

【0025】”1”あるいは”0”の状態を判別するた
めに、強誘電体薄膜に例えばプラス方向の外部電界を印
加する。これによって、強誘電体薄膜の分極は図13の
「C」の状態となる。このとき、データが”0”であれ
ば、強誘電体薄膜の分極状態は、「D」から「C」の状
態に変化する。一方、データが”1”であれば、強誘電
体薄膜の分極状態は、「A」から「B」を経由して
「C」の状態に変化する。データが”0”の場合には、
強誘電体薄膜の分極反転は生じない。一方、データが”
1”の場合には、強誘電体薄膜に分極反転が生じる。そ
の結果、強誘電体キャパシタの蓄積電荷量に差が生じ
る。選択されたメモリセルの選択トランジスタをオンに
することで、この蓄積電荷を信号電流として検出する。
データの読み出し後、外部電界を0にすると、データ
が”0”のときでも”1”のときでも、強誘電体薄膜の
分極状態は図13の「D」の状態となってしまう。それ
故、データが”1”の場合、マイナス方向の外部電界を
印加して、「D」、[E」という経路で「A」の状態と
し、データ”1”を書き込む。
In order to determine the state of "1" or "0", an external electric field in the positive direction, for example, is applied to the ferroelectric thin film. As a result, the polarization of the ferroelectric thin film becomes the state of "C" in FIG. At this time, if the data is "0", the polarization state of the ferroelectric thin film changes from "D" to "C". On the other hand, if the data is "1", the polarization state of the ferroelectric thin film changes from "A" to "C" via "B". If the data is "0",
The polarization reversal of the ferroelectric thin film does not occur. On the other hand, the data is "
In the case of 1 ", polarization inversion occurs in the ferroelectric thin film. As a result, there is a difference in the amount of charge stored in the ferroelectric capacitor. This storage is turned on by turning on the select transistor of the selected memory cell. The charge is detected as a signal current.
When the external electric field is set to 0 after reading the data, the polarization state of the ferroelectric thin film becomes the state of “D” in FIG. 13 regardless of whether the data is “0” or “1”. Therefore, when the data is "1", an external electric field in the negative direction is applied to bring the state of "A" through the paths "D" and "E", and the data "1" is written.

【0026】実施例2は、トリス(m−メチルフェニ
ル)ビスマス(R1=CH3,R2=H)を原料ガスとし
て用いたMOCVD法で、ビスマスを構成元素とした酸
化物膜を基体上に成膜する半導体装置の製造方法に関す
る。酸化物膜は、Bi2SrTa29から成る。半導体
装置は上述の不揮発性メモリセル(所謂FERAM)か
ら成る。
Example 2 is a MOCVD method using tris (m-methylphenyl) bismuth (R 1 ═CH 3 , R 2 ═H) as a source gas, and an oxide film containing bismuth as a constituent element is formed on a substrate. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device which is formed into a film. The oxide film is made of Bi 2 SrTa 2 O 9 . The semiconductor device includes the above-mentioned nonvolatile memory cell (so-called FERAM).

【0027】実施例2の半導体装置の製造方法にて作製
された半導体装置の模式的な一部断面図を図2の(A)
に示す。また、半導体装置の等価回路を図2の(B)に
示す。この半導体装置は、下部電極層52、ビスマス層
状構造ペロブスカイト型の強誘電体層53及び上部電極
層54が積層されたキャパシタ構造を有する。そして、
強誘電体層53は、Bi2SrTa29から成るビスマ
スを構成元素とした酸化物膜から構成されている。この
場合、下部電極層52が基体に相当する。
FIG. 2A is a schematic partial sectional view of a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of Example 2.
Shown in An equivalent circuit of the semiconductor device is shown in FIG. This semiconductor device has a capacitor structure in which a lower electrode layer 52, a bismuth layer structure perovskite type ferroelectric layer 53 and an upper electrode layer 54 are laminated. And
The ferroelectric layer 53 is composed of an oxide film made of Bi 2 SrTa 2 O 9 and containing bismuth as a constituent element. In this case, the lower electrode layer 52 corresponds to the base.

【0028】より具体的には、この半導体装置は、シリ
コン半導体基板から成る半導体基板40に形成されたソ
ース・ドレイン領域44,45及びチャネル領域46
と、このチャネル領域46の上方に形成されたゲート電
極43と、LOCOS構造を有する素子分離領域41
と、ゲート電極43の下に形成されたゲート酸化膜42
から成る。これらのソース・ドレイン領域44,45、
チャネル領域46及びゲート電極43によって、所謂選
択トランジスタが構成されている。尚、ゲート電極43
はワード線を兼ねており、例えば、ポリシリコン、ある
いはポリサイドや金属シリサイドから構成されている。
そして、ソース・ドレイン領域44,45及びゲート電
極43は、絶縁層50によって被覆されている。絶縁層
50は、例えば、BPSGから成る。
More specifically, this semiconductor device has source / drain regions 44 and 45 and a channel region 46 formed on a semiconductor substrate 40 made of a silicon semiconductor substrate.
A gate electrode 43 formed above the channel region 46, and an element isolation region 41 having a LOCOS structure.
And a gate oxide film 42 formed under the gate electrode 43.
Consists of. These source / drain regions 44, 45,
The channel region 46 and the gate electrode 43 form a so-called select transistor. The gate electrode 43
Also serves as a word line, and is made of, for example, polysilicon, polycide, or metal silicide.
The source / drain regions 44 and 45 and the gate electrode 43 are covered with the insulating layer 50. The insulating layer 50 is made of BPSG, for example.

【0029】この半導体装置のキャパシタ構造において
は、Pt(白金)から成る下部電極層52(基体に相当
する)が、BPSGから成る絶縁層50上に形成されて
いる。また、ビスマス層状構造ペロブスカイト型のBi
2SrTa29から成る強誘電体層53が、下部電極層
52上に形成されている。更に、Ptから成る上部電極
層54が、強誘電体層53上に形成されている。
In the capacitor structure of this semiconductor device, the lower electrode layer 52 made of Pt (platinum) (corresponding to the substrate) is formed on the insulating layer 50 made of BPSG. Further, the bismuth layered structure perovskite type Bi
A ferroelectric layer 53 made of 2 SrTa 2 O 9 is formed on the lower electrode layer 52. Further, an upper electrode layer 54 made of Pt is formed on the ferroelectric layer 53.

【0030】絶縁層50、下部電極層52及び上部電極
層54の上には例えばBPSGから成る上層絶縁層60
が形成されている。そして、一方のソース・ドレイン領
域44(例えばソース領域)の上方の絶縁層50及び上
層絶縁層60にはコンタクトプラグ65が形成されてお
り、このコンタクトプラグ65は、その底部において一
方のソース・ドレイン領域44と電気的に接続されてい
る。下部電極層52の上方の上層絶縁層60にも、コン
タクトプラグ66が形成されている。そして、下部電極
層52は、コンタクトプラグ66、第1の配線層68及
びコンタクトプラグ65を介して、一方のソース・ドレ
イン領域44に電気的に接続されている。また、上部電
極層54の上方に形成されたコンタクトプラグ67を介
して、上部電極層54は第2の配線層69と電気的に接
続されている。第2の配線層69はプレート線に相当す
る。
An upper insulating layer 60 made of, for example, BPSG is formed on the insulating layer 50, the lower electrode layer 52 and the upper electrode layer 54.
Are formed. A contact plug 65 is formed in the insulating layer 50 and the upper insulating layer 60 above the one source / drain region 44 (for example, the source region), and the contact plug 65 has one source / drain at the bottom thereof. It is electrically connected to the region 44. A contact plug 66 is also formed on the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52. The lower electrode layer 52 is electrically connected to one of the source / drain regions 44 via the contact plug 66, the first wiring layer 68, and the contact plug 65. The upper electrode layer 54 is electrically connected to the second wiring layer 69 via the contact plug 67 formed above the upper electrode layer 54. The second wiring layer 69 corresponds to a plate line.

【0031】他方のソース・ドレイン領域45(例えば
ドレイン領域)は、ビットコンタクト部(図示せず)を
介してビット線(図示せず)に電気的に接続されてい
る。
The other source / drain region 45 (eg drain region) is electrically connected to a bit line (not shown) via a bit contact portion (not shown).

【0032】実施例2の半導体装置の製造方法を、半導
体基板等の模式的な一部断面図である図3〜図5を参照
して、以下、説明する。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 to 5 which are schematic partial sectional views of a semiconductor substrate and the like.

【0033】[工程−200]先ず、シリコン半導体基
板から成る半導体基板40に、公知の方法に基づきLO
COS構造を有する素子分離領域41を形成する。次
に、半導体基板40の表面を酸化してゲート酸化膜42
を形成する。そして、ポリシリコン層を例えばCVD法
にて全面に堆積させた後、フォトリソグラフィ技術及び
エッチング技術によってポリシリコン層をパターニング
し、ポリシリコンから成るゲート電極43を形成する。
尚、このゲート電極43はワード線を兼ねている。次
に、不純物イオンのイオン注入及び注入された不純物の
活性化処理を行い、ソース・ドレイン領域44,45及
びチャネル領域46を形成する。
[Step-200] First, the semiconductor substrate 40 made of a silicon semiconductor substrate is subjected to LO based on a known method.
An element isolation region 41 having a COS structure is formed. Next, the gate oxide film 42 is formed by oxidizing the surface of the semiconductor substrate 40.
To form. Then, after depositing a polysilicon layer on the entire surface by, for example, a CVD method, the polysilicon layer is patterned by a photolithography technique and an etching technique to form a gate electrode 43 made of polysilicon.
The gate electrode 43 also serves as a word line. Next, ion implantation of impurity ions and activation of the implanted impurities are performed to form the source / drain regions 44 and 45 and the channel region 46.

【0034】[工程−210]次に、半導体基板40上
に、例えばBPSGから成る絶縁層50をCVD法にて
形成する。こうして、図3の(A)に示す構造を得るこ
とができる。尚、BPSGから成る絶縁層50の成膜
後、窒素ガス雰囲気中で例えば900゜C×20分間、
絶縁層50をリフローさせることが好ましい。更には、
必要に応じて、例えば化学的機械的研磨法(CMP法)
にて絶縁層50の頂面を化学的及び機械的に研磨して絶
縁層50を平坦化したり、エッチバック法にて絶縁層5
0を平坦化することが望ましい。絶縁層50の成膜条件
を以下に例示する。 使用ガス:SiH4/PH3/B26 成膜温度:400゜C 反応圧力:常圧
[Step-210] Next, the insulating layer 50 made of, for example, BPSG is formed on the semiconductor substrate 40 by the CVD method. Thus, the structure shown in FIG. 3A can be obtained. After forming the insulating layer 50 made of BPSG, for example, 900 ° C. × 20 minutes in a nitrogen gas atmosphere.
It is preferable to reflow the insulating layer 50. Furthermore,
If necessary, for example, a chemical mechanical polishing method (CMP method)
To planarize the insulating layer 50 by chemically and mechanically polishing the top surface of the insulating layer 50, or to etch the insulating layer 5 by an etch back method.
It is desirable to flatten 0. The film forming conditions of the insulating layer 50 are illustrated below. Gas used: SiH 4 / PH 3 / B 2 H 6 Film formation temperature: 400 ° C Reaction pressure: Normal pressure

【0035】[工程−220]次に、絶縁層50上に、
基体に相当する下部電極層52を形成する。即ち、絶縁
層50の上にRFマグネトロンスパッタ法にてPtから
成る下部電極層52を堆積させる。下部電極層52の厚
さを0.1〜0.2μmとした(図3の(B)参照)。
その後、例えばイオンミリング技術を用いて下部電極層
52を所望の形状にパターニングする。RFマグネトロ
ンスパッタ条件を以下に例示する。 アノード電圧:2.6kV 入力電力 :1.1〜1.6W/cm2 プロセスガス:Ar/O2=90/10 圧力 :0.7Pa 成膜温度 :600〜750゜C 堆積速度 :5〜10mm/分
[Step-220] Next, on the insulating layer 50,
A lower electrode layer 52 corresponding to the base is formed. That is, the lower electrode layer 52 made of Pt is deposited on the insulating layer 50 by the RF magnetron sputtering method. The thickness of the lower electrode layer 52 was set to 0.1 to 0.2 μm (see FIG. 3B).
After that, the lower electrode layer 52 is patterned into a desired shape by using, for example, an ion milling technique. The RF magnetron sputtering conditions are exemplified below. Anode voltage: 2.6 kV Input power: 1.1 to 1.6 W / cm 2 Process gas: Ar / O 2 = 90/10 Pressure: 0.7 Pa Film forming temperature: 600 to 750 ° C Deposition rate: 5 to 10 mm / Min

【0036】[工程−230]その後、ハロゲンで置換
されることあるアルキル基でメタ位を置換されたトリフ
ェニルビスマスを原料ガスとして用いたMOCVD法
で、ビスマスを構成元素とした酸化物膜を基体上に成膜
する。具体的には、実施例1にて説明した酸化物膜成膜
方法と同様の条件で、トリス(m−メチルフェニル)ビ
スマスを原料ガスとして用いたMOCVD法で、基体に
相当する下部電極層52の上に、ビスマス層状構造ペロ
ブスカイト型のBi2SrTa29から成る強誘電体層
53を成膜する(図3の(C)参照)。尚、後述する
[工程−320]と同様の方法で、チタン酸ビスマスか
ら成る強誘電体層53を成膜してもよい。
[Step-230] After that, an oxide film containing bismuth as a constituent element is formed as a substrate by the MOCVD method using triphenylbismuth whose meta position is substituted with an alkyl group which may be substituted with halogen as a source gas. A film is formed on top. Specifically, the lower electrode layer 52 corresponding to the substrate is formed by the MOCVD method using tris (m-methylphenyl) bismuth as a source gas under the same conditions as the oxide film forming method described in the first embodiment. A ferroelectric layer 53 made of Bi 2 SrTa 2 O 9 of bismuth layer structure perovskite type is formed thereon (see FIG. 3C). The ferroelectric layer 53 made of bismuth titanate may be formed by the same method as in [Step-320] described later.

【0037】[工程−240]その後、強誘電体層53
上に上部電極層54を形成する。上部電極層54はPt
から成り、[工程−220]と同様の方法で成膜するこ
とができる。
[Step-240] After that, the ferroelectric layer 53
An upper electrode layer 54 is formed on top. The upper electrode layer 54 is Pt
And can be formed by the same method as in [Step-220].

【0038】[工程−250]次に、例えばイオンミリ
ング技術を用いてPtから成る上部電極層54を所望の
形状にパターニングし、更に、RIE法で強誘電体層5
3をパターニングする。こうして、図4の(A)に示す
キャパシタ構造を得ることができる。
[Step-250] Next, the upper electrode layer 54 made of Pt is patterned into a desired shape by using, for example, an ion milling technique, and further, the ferroelectric layer 5 is formed by RIE.
3 is patterned. Thus, the capacitor structure shown in FIG. 4A can be obtained.

【0039】[工程−260]次に、絶縁層50、下部
電極層52及び上部電極層54の上に、例えばBPSG
から成る上層絶縁層60を形成する。尚、上層絶縁層6
0の形成後、上層絶縁層60を平坦化処理することが望
ましい。そして、一方のソース・ドレイン領域44の上
方の絶縁層50及び上層絶縁層60に、フォトリソグラ
フィ技術及びエッチング技術を用いて、開口部61を形
成する。また、下部電極層52の上方並びに上部電極層
54の上方の上層絶縁層60にも開口部62,63を形
成する(図4の(B)参照)。
[Step-260] Next, for example, BPSG is formed on the insulating layer 50, the lower electrode layer 52 and the upper electrode layer 54.
An upper insulating layer 60 of is formed. The upper insulating layer 6
After forming 0, the upper insulating layer 60 is preferably flattened. Then, the opening 61 is formed in the insulating layer 50 and the upper insulating layer 60 above the one source / drain region 44 by using the photolithography technique and the etching technique. Further, openings 62 and 63 are formed in the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52 and above the upper electrode layer 54 (see FIG. 4B).

【0040】[工程−270]そして、例えば、各開口
部61,62,63内を含む上層絶縁層60上に、Ti
層及びTiN層を例えばスパッタ法にて成膜した後、T
iN層上にアルミニウム系合金(例えばAl−1%S
i)から成る配線材料層64を所謂高温アルミニウムス
パッタ法にて形成する(図5参照)。Ti層、TiN層
及びアルミニウム系合金から成る配線材料層の成膜条件
を以下に例示する。尚、Ti層及びTiN層を形成する
理由は、オーミックな低コンタクト抵抗を得ること、ア
ルミニウム系合金から成る配線材料層による半導体基板
40の損傷発生の防止、アルミニウム系合金の濡れ性改
善のためである。 Ti層(厚さ:20nm) プロセスガス:Ar=35sccm 圧力 :0.52Pa RFパワー :2kW 基板の加熱 :無し TiN層(厚さ:100nm) プロセスガス:N2/Ar=100/35sccm 圧力 :1.0Pa RFパワー :6kW 基板の加熱 :無し アルミニウム系合金から成る配線材料層 プロセスガス:Ar=100sccm 圧力 :0.26Pa RFパワー :15kW 基板加熱温度:475゜C
[Step-270] Then, for example, Ti is formed on the upper insulating layer 60 including the insides of the openings 61, 62, 63.
Layer and TiN layer are formed by, for example, a sputtering method, and then T
Aluminum-based alloy (for example, Al-1% S on the iN layer)
The wiring material layer 64 made of i) is formed by the so-called high temperature aluminum sputtering method (see FIG. 5). The film forming conditions for the Ti layer, the TiN layer, and the wiring material layer made of an aluminum alloy are illustrated below. The reason for forming the Ti layer and the TiN layer is to obtain an ohmic low contact resistance, to prevent the semiconductor substrate 40 from being damaged by the wiring material layer made of an aluminum alloy, and to improve the wettability of the aluminum alloy. is there. Ti layer (thickness: 20 nm) Process gas: Ar = 35 sccm Pressure: 0.52 Pa RF power: 2 kW Substrate heating: None TiN layer (thickness: 100 nm) Process gas: N 2 / Ar = 100/35 sccm Pressure: 1 0.0Pa RF power: 6kW Substrate heating: None Wiring material layer made of aluminum alloy Process gas: Ar = 100sccm Pressure: 0.26Pa RF power: 15kW Substrate heating temperature: 475 ° C

【0041】こうして、開口部61,62,63には、
アルミニウム系合金が埋め込まれ、コンタクトプラグ6
5,66,67が形成される(図5参照)。また、図2
及び図5においては、TiN層及びTi層の図示は省略
した。その後、上層絶縁層60の上の配線材料層64、
TiN層、Ti層をパターニングして、第1の配線層6
8、第2の配線層69を形成する(図2の(A)参
照)。
Thus, in the openings 61, 62, 63,
Aluminum-based alloy embedded, contact plug 6
5, 66, 67 are formed (see FIG. 5). Also, FIG.
Also, in FIG. 5, the TiN layer and the Ti layer are not shown. After that, the wiring material layer 64 on the upper insulating layer 60,
By patterning the TiN layer and the Ti layer, the first wiring layer 6
8, the second wiring layer 69 is formed (see FIG. 2A).

【0042】尚、アルミニウム系合金から成る配線材料
層の成膜は所謂高温アルミニウムスパッタ法にて行った
が、このような成膜方法に限定されるものではなく、所
謂高温リフロー法や高圧リフロー法にて行うこともでき
る。高温リフロー法においては、以下に例示する条件で
アルミニウム系合金から成る配線材料層を上層絶縁層6
0上に堆積させる。 プロセスガス : Ar=100sccm DCパワー : 20kW スパッタ圧力 : 0.4Pa 基板加熱温度 : 150゜C
The film formation of the wiring material layer made of an aluminum alloy was carried out by the so-called high temperature aluminum sputtering method, but it is not limited to such a film forming method, and the so-called high temperature reflow method or high pressure reflow method. It can also be done at. In the high temperature reflow method, a wiring material layer made of an aluminum alloy is used as the upper insulating layer 6 under the conditions exemplified below.
0 deposit. Process gas: Ar = 100 sccm DC power: 20 kW Sputtering pressure: 0.4 Pa Substrate heating temperature: 150 ° C.

【0043】その後、半導体基板40を約500゜Cに
加熱する。これによって、上層絶縁層60上に堆積した
アルミニウム系合金から成る配線材料層は流動状態とな
り、開口部61,62,63の内に流入し、開口部6
1,62,63はアルミニウム系合金で確実に埋め込ま
れ、コンタクトプラグ65,66,67が形成される。
一方、上層絶縁層60の上にはアルミニウム系合金から
成る配線材料層が残される。加熱条件を、例えば以下の
とおりとすることができる。 加熱方式 : 基板裏面ガス加熱 加熱温度 : 500゜C 加熱時間 : 2分 プロセスガス : Ar=100sccm プロセスガス圧力: 1.1×103Pa
After that, the semiconductor substrate 40 is heated to about 500.degree. As a result, the wiring material layer made of an aluminum-based alloy deposited on the upper insulating layer 60 is brought into a fluid state, flows into the openings 61, 62, 63, and the opening 6
1, 62 and 63 are surely filled with an aluminum alloy to form contact plugs 65, 66 and 67.
On the other hand, a wiring material layer made of an aluminum alloy is left on the upper insulating layer 60. The heating conditions can be set as follows, for example. Heating method: Substrate backside gas heating Heating temperature: 500 ° C Heating time: 2 minutes Process gas: Ar = 100 sccm Process gas pressure: 1.1 × 10 3 Pa

【0044】ここで、基板裏面ガス加熱方式とは、半導
体基板40の裏面に配置したヒーターブロックを所定の
温度(加熱温度)に加熱し、ヒーターブロックと半導体
基板40の裏面の間にプロセスガスを導入することによ
って半導体基板40を加熱する方式である。加熱方式と
しては、この方式以外にもランプ加熱方式等を用いるこ
とができる。
Here, the substrate backside gas heating method is to heat a heater block arranged on the backside of the semiconductor substrate 40 to a predetermined temperature (heating temperature), and apply process gas between the heater block and the backside of the semiconductor substrate 40. This is a method of heating the semiconductor substrate 40 by introducing it. As the heating method, other than this method, a lamp heating method or the like can be used.

【0045】高温リフロー法の代わりに高圧リフロー法
を採用することもできる。この場合、以下に例示する条
件にてリフロー処理を行う。 基板加熱温度:400゜C 加熱時間 :2分 加熱雰囲気 :アルゴンガス 雰囲気の圧力:106Pa以上
A high pressure reflow method can be used instead of the high temperature reflow method. In this case, the reflow process is performed under the conditions exemplified below. Substrate heating temperature: 400 ° C Heating time: 2 minutes Heating atmosphere: Argon gas Atmospheric pressure: 10 6 Pa or more

【0046】実施例2においては、下部電極層をPtか
ら構成する代わりに、例えば、ペロブスカイト構造を有
するLa−Sr−Co−O(LSCO)単独、あるいは
下からLSCO/Ptの2層から構成することもでき
る。この場合のパルスレーザアブレーション法によるL
SCOの成膜条件を以下に例示する。 ターゲット:LSCO 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、3Hz) 出力エネルギー:400mJ(1.1J/cm2) 成膜温度 :550〜600゜C 酸素濃度 :40〜120Pa
In the second embodiment, instead of the lower electrode layer made of Pt, for example, La-Sr-Co-O (LSCO) having a perovskite structure is used alone or two layers of LSCO / Pt from the bottom are used. You can also L by the pulse laser ablation method in this case
The film forming conditions of SCO are illustrated below. Target: LSCO Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 3 Hz) Output energy: 400 mJ (1.1 J / cm 2 ) Film formation temperature: 550 to 600 ° C Oxygen concentration: 40 to 120 Pa

【0047】(実施例3)強誘電体キャパシタの蓄積電
荷量の変化を検出する方式の不揮発性メモリセルにおい
ては、強誘電体層の残留分極±Prを如何に高くし、且
つ残留分極±Prを高い状態に維持するかが極めて重要
な技術的課題である。強誘電体層の残留分極±Prを高
くすることによって、”0”又は”1”のデータのどち
らのデータを半導体メモリセルが保持しているかをより
容易に且つ確実に検出することが可能になる。そのため
には、下部電極層上に強誘電体層をエピタキシャル成長
させる必要がある。
(Embodiment 3) In a non-volatile memory cell of the type which detects a change in the amount of charge stored in a ferroelectric capacitor, how much the remanent polarization ± P r of the ferroelectric layer is increased and the remanent polarization ± Maintaining P r in a high state is a very important technical issue. By increasing the remanent polarization ± P r of the ferroelectric layer, it is possible to more easily and surely detect which data, "0" or "1", the semiconductor memory cell holds. become. For that purpose, it is necessary to epitaxially grow the ferroelectric layer on the lower electrode layer.

【0048】下部電極層52をPt(100)から構成
した場合、Pt(100)の格子面間隔は、例えば、P
ZT、PLZTあるいはBi2SrTa29、Bi4Sr
Ti415、Bi2SrTi29等の格子面間隔と整合し
ている。従って、Pt(100)上にはこれらの強誘電
体材料をエピタキシャル成長させることができ、Pt
(100)上に成膜されたこれらの強誘電体層の残留分
極±Prを高くすることが可能である。しかしながら、
Pt(100)を、PBSG等のアモルファス材料から
成る絶縁層50上に形成することはできない。それ故、
これらの強誘電体層の残留分極±Prを高くすることが
できないという問題がある。
When the lower electrode layer 52 is composed of Pt (100), the lattice plane spacing of Pt (100) is, for example, P
ZT, PLZT or Bi 2 SrTa 2 O 9 , Bi 4 Sr
It matches the lattice spacing of Ti 4 O 15 and Bi 2 SrTi 2 O 9 . Therefore, these ferroelectric materials can be epitaxially grown on Pt (100),
It is possible to increase the remanent polarization ± P r of these ferroelectric layers formed on (100). However,
Pt (100) cannot be formed on the insulating layer 50 made of an amorphous material such as PBSG. Therefore,
There is a problem that the remanent polarization ± P r of these ferroelectric layers cannot be increased.

【0049】例えば、文献 "Ferroelectric La-Sr-Co-O
/Pb-Zr-Ti-O/La-Sr-Co-O heterostructure on silicon
via template growth", R. Ramesh, et al., Appl. Phy
s. Lett. 63 (26), 27 December 1993, pp. 3592-3594
(以下、文献2と呼ぶ)、文献 "Template Approaches
to Growth of Oriented Oxide Heterostructures onSiO
2/Si", Journal Of Electronic Materials, Vol. 23, N
o. 1, 1994, pp. 19-23 (以下、文献3と呼ぶ)には、
シリコン基板の上若しくはシリコン基板上に形成された
SiO2の上に、イットリウム(Y)を添加した安定化
ジルコニア(以下、YSZと略す)、c軸に配向したペ
ロブスカイト構造を有するチタン酸ビスマス(BTO)
から成るテンプレート層、ペロブスカイト構造を有する
La−Sr−Co−O(LSCO)から成る下部電極
層、PLZTから成る強誘電体層、LSCOから成る上
部電極層から構成された強誘電体キャパシタが開示され
ている。BTOから成るテンプレート層を設けない場
合、即ち、YSZ若しくはSiO2上に直接LSCO/
PLZT/LSCOを形成した場合、LSCO/PLZ
T/LSCOは[110]方位を有し、この状態ではP
LZTは低い残留分極しか示さない。然るに、BTOか
ら成るテンプレート層を形成した場合、LSCO/PL
ZT/LSCOは[001]方位を有し、この状態では
PLZTは高い残留分極を示す。
For example, the reference "Ferroelectric La-Sr-Co-O"
/ Pb-Zr-Ti-O / La-Sr-Co-O heterostructure on silicon
via template growth ", R. Ramesh, et al., Appl. Phy
s. Lett. 63 (26), 27 December 1993, pp. 3592-3594
(Hereinafter referred to as Reference 2), reference "Template Approaches"
to Growth of Oriented Oxide Heterostructures on SiO
2 / Si ", Journal Of Electronic Materials, Vol. 23, N
o. 1, 1994, pp. 19-23 (hereinafter referred to as reference 3),
Yttrium (Y) -added stabilized zirconia (hereinafter abbreviated as YSZ) on a silicon substrate or SiO 2 formed on the silicon substrate, and bismuth titanate (BTO) having a perovskite structure oriented along the c-axis. )
Disclosed is a ferroelectric capacitor composed of a template layer made of, a lower electrode layer made of La-Sr-Co-O (LSCO) having a perovskite structure, a ferroelectric layer made of PLZT, and an upper electrode layer made of LSCO. ing. When the template layer made of BTO is not provided, that is, LSCO / directly on YSZ or SiO 2.
When PLZT / LSCO is formed, LSCO / PLZ
T / LSCO has a [110] orientation, and in this state P
LZT exhibits low remanent polarization. However, when a template layer made of BTO is formed, LSCO / PL
ZT / LSCO has a [001] orientation, and in this state PLZT exhibits a high remanent polarization.

【0050】これらの文献2及び文献3に示された下部
電極を構成する材料であるLSCOの室温における比抵
抗率は90〜200μΩcmと高い値であり、出来る限
り比抵抗率の低い材料、例えばPt{100}から下部
電極を構成することが好ましい。BTOの格子定数は、
a=5.41オングストローム、b=5.43オングス
トローム、c=32.82オングストロームである。ま
た、白金Ptは面心立方構造を有し、格子定数は、a=
b=c=3.92オングストロームである。即ち、BT
Oの(110)格子面間隔は、Pt{100}の格子面
間隔とほぼ等しい。従って、c軸に配向したBTOから
成るテンプレート層(以下、バッファ層と呼ぶ)上にP
tから成る下部電極層を形成すれば、下部電極層はPt
{100}から構成され得る。
The resistivity of LSCO, which is the material forming the lower electrode shown in Documents 2 and 3, is as high as 90 to 200 μΩcm at room temperature, and a material having a resistivity as low as possible, for example, Pt. It is preferable to form the lower electrode from {100}. The lattice constant of BTO is
a = 5.41 angstrom, b = 5.43 angstrom, and c = 32.82 angstrom. Further, platinum Pt has a face-centered cubic structure, and the lattice constant is a =
b = c = 3.92 angstrom. That is, BT
The (110) lattice spacing of O is almost equal to the lattice spacing of Pt {100}. Therefore, P is formed on the template layer (hereinafter referred to as a buffer layer) made of BTO oriented in the c-axis.
If a lower electrode layer made of t is formed, the lower electrode layer is Pt.
It may be composed of {100}.

【0051】また、ペロブスカイト型構造を有するPZ
Tの格子定数は、a=b=3.93オングストロームで
ある。即ち、Pt{100}の格子面間隔はPZTの例
えば(100)面の格子面間隔とほぼ一致している。一
方、ビスマス層状構造ペロブスカイト型の強誘電体材料
のa軸及びb軸の格子定数(単位:オングストローム)
並びに(110)格子面間隔(単位:オングストロー
ム)を以下に例示する。 強誘電体材料名 格子定数 格子面間隔 Bi2SrTa29 5.512 3.898 Bi2SrNb29 5.500 3.889 Bi2BaTa29 5.556 3.929 Bi4SrTi415 5.420 3.833
Further, PZ having a perovskite structure
The lattice constant of T is a = b = 3.93 angstrom. That is, the lattice plane spacing of Pt {100} substantially matches the lattice plane spacing of, for example, the (100) plane of PZT. On the other hand, the a-axis and b-axis lattice constants of the bismuth layered perovskite type ferroelectric material (unit: angstrom)
The (110) lattice spacing (unit: angstrom) is illustrated below. Ferroelectric material name Lattice constant Lattice spacing Bi 2 SrTa 2 O 9 5.512 3.898 Bi 2 SrNb 2 O 9 5.500 3.889 Bi 2 BaTa 2 O 9 5.556 3.929 Bi 4 SrTi 4 O 15 5.420 3.833

【0052】一般に、Pt{100}から成る下部電極
層の格子面間隔と、強誘電体層を構成する材料の格子面
間隔の差が3%以内ならば、下部電極層上に強誘電体層
をエピタキシャル成長させることができる。従って、P
t{100}から成る下部電極層上に、PZT系化合物
又はビスマス層状構造ペロブスカイト型の強誘電体材料
から成る強誘電体層をエピタキシャル成長させることが
できる。その結果、下部電極層上に形成された強誘電体
層には高い残留分極±Prを付与することができ、優れ
た性能を有する半導体素子を作製することが可能にな
る。
Generally, if the difference between the lattice plane spacing of the lower electrode layer made of Pt {100} and the lattice plane spacing of the material forming the ferroelectric layer is within 3%, the ferroelectric layer is formed on the lower electrode layer. Can be epitaxially grown. Therefore, P
A ferroelectric layer made of a PZT compound or a bismuth layer structure perovskite type ferroelectric material can be epitaxially grown on the lower electrode layer made of t {100}. As a result, a high remanent polarization ± P r can be imparted to the ferroelectric layer formed on the lower electrode layer, and a semiconductor element having excellent performance can be manufactured.

【0053】また、白金の比抵抗率は15〜20μΩc
mであり、LSCOより低抵抗であるため、半導体素子
においては好ましい材料である。
The resistivity of platinum is 15 to 20 μΩc.
m, which has a lower resistance than LSCO, and is a preferable material for semiconductor devices.

【0054】実施例2にて説明した半導体装置において
は、絶縁層50の上にPtから成る下部電極層52を形
成した。これに対して、実施例3においては、半導体装
置は、下部電極層52、ビスマス層状構造ペロブスカイ
ト型の強誘電体層53及び上部電極層54が積層された
キャパシタ構造、及び下部電極層52の下に形成された
ビスマス層状構造ペロブスカイト型のバッファ層51を
有し、このバッファ層51はビスマスを構成元素とした
酸化物膜から構成されている。実施例3の半導体装置の
製造方法にて作製された半導体装置の模式的な一部断面
図を図7の(B)に示す。
In the semiconductor device described in Example 2, the lower electrode layer 52 made of Pt was formed on the insulating layer 50. On the other hand, in the third embodiment, the semiconductor device has a capacitor structure in which the lower electrode layer 52, the bismuth layer structure perovskite type ferroelectric layer 53 and the upper electrode layer 54 are stacked, and the lower electrode layer 52. And a bismuth layered structure perovskite type buffer layer 51 formed in the above. The buffer layer 51 is composed of an oxide film containing bismuth as a constituent element. A schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of Example 3 is shown in FIG.

【0055】実施例3の半導体装置のキャパシタ構造に
おいては、より具体的には、バッファ層51が、BPS
Gから成る絶縁層50(基体に相当する)上に形成され
ている。バッファ層51はc軸に配向したビスマス層状
構造ペロブスカイト型のBi4Ti312(BTO)から
成る。更に、Pt{100}から成る下部電極層52
が、バッファ層51上に形成されている。また、エピタ
キシャル成長にて下部電極層52上に形成された強誘電
体層53は、実施例3においても、Bi2SrTa29
から成る。更に、Pt{100}から成る上部電極層5
4が、強誘電体層53上に形成されている。これらの点
を除き、実施例3の半導体装置の構造は、実施例2の半
導体装置の構造と実質的に同一である。実施例3の半導
体装置の製造方法を、半導体基板等の模式的な一部断面
図である図6及び図7を参照して、以下、説明する。
In the capacitor structure of the semiconductor device of the third embodiment, more specifically, the buffer layer 51 is made of BPS.
It is formed on the insulating layer 50 made of G (corresponding to the base). The buffer layer 51 is composed of a bismuth layer structure perovskite type Bi 4 Ti 3 O 12 (BTO) oriented in the c-axis. Further, the lower electrode layer 52 made of Pt {100}
Are formed on the buffer layer 51. In addition, the ferroelectric layer 53 formed on the lower electrode layer 52 by epitaxial growth also has the Bi 2 SrTa 2 O 9 layer in the third embodiment.
Consists of. Furthermore, the upper electrode layer 5 made of Pt {100}
4 is formed on the ferroelectric layer 53. Except for these points, the structure of the semiconductor device of Example 3 is substantially the same as the structure of the semiconductor device of Example 2. A method for manufacturing a semiconductor device of Example 3 will be described below with reference to FIGS. 6 and 7 which are schematic partial cross-sectional views of a semiconductor substrate and the like.

【0056】[工程−300]先ず、実施例2の[工程
−200]と同様に、シリコン半導体基板から成る半導
体基板40に、公知の方法に基づき素子分離領域41、
ゲート酸化膜42、ゲート電極43、ソース・ドレイン
領域44,45及びチャネル領域46を形成する。
[Step-300] First, as in the case of [Step-200] of the second embodiment, a semiconductor substrate 40 made of a silicon semiconductor substrate is formed on a semiconductor substrate 40 by a known method.
A gate oxide film 42, a gate electrode 43, source / drain regions 44 and 45, and a channel region 46 are formed.

【0057】[工程−310]次に、実施例2の[工程
−210]と同様に、半導体基板40上にアモルファス
材料から成る絶縁層50を形成する。即ち、例えばアモ
ルファス材料であるBPSGから成る絶縁層50(基体
に相当する)を例えばCVD法にて全面に堆積させる。
こうして、図6の(A)に示す構造を得ることができ
る。
[Step-310] Next, as in [Step-210] of the second embodiment, the insulating layer 50 made of an amorphous material is formed on the semiconductor substrate 40. That is, for example, an insulating layer 50 (corresponding to a substrate) made of BPSG which is an amorphous material is deposited on the entire surface by, for example, the CVD method.
Thus, the structure shown in FIG. 6A can be obtained.

【0058】[工程−320]次に、基体に相当する絶
縁層50上に、酸化物膜であるバッファ層51を形成す
る。即ち、ハロゲンで置換されることあるアルキル基で
メタ位を置換されたトリフェニルビスマスを原料ガスと
して用いたMOCVD法で、ビスマスを構成元素とした
酸化物膜を基体上に成膜する。具体的には、以下に説明
する酸化物膜成膜方法で、チタン酸ビスマスBi4Ti3
12から成り高配向性を有する(即ち、c軸に配向し
た)バッファ層51を、基体に相当する絶縁層50上に
成膜する(図6の(B)参照)。バッファ層51の厚さ
を0.01〜0.02μmとした。
[Step-320] Next, the buffer layer 51, which is an oxide film, is formed on the insulating layer 50 corresponding to the base. That is, an oxide film containing bismuth as a constituent element is formed on a substrate by the MOCVD method using triphenylbismuth whose meta position is substituted with an alkyl group which may be substituted with halogen as a source gas. Specifically, according to the oxide film forming method described below, bismuth titanate Bi 4 Ti 3 is used.
A buffer layer 51 made of O 12 and having a high orientation (that is, oriented in the c-axis) is formed on the insulating layer 50 corresponding to the substrate (see FIG. 6B). The thickness of the buffer layer 51 was 0.01 to 0.02 μm.

【0059】図1に示すように、バッファ層51の成膜
に際しては、トリス(m−メチルフェニル)ビスマスを
原料容器10に充填し、原料容器10内のトリス(m−
メチルフェニル)ビスマスを約100゜Cに加熱する。
流量50ccのアルゴンガスを原料容器10内に導入
し、加熱減圧下で液体となっているトリス(m−メチル
フェニル)ビスマスをバブリングする。そして、約14
0゜Cに保持した配管14に気化したトリス(m−メチ
ルフェニル)ビスマスを導入して、MOCVD反応室2
0に送る。
As shown in FIG. 1, when forming the buffer layer 51, tris (m-methylphenyl) bismuth is filled in the raw material container 10 and the tris (m-
Heat the methylphenyl) bismuth to about 100 ° C.
Argon gas having a flow rate of 50 cc is introduced into the raw material container 10 and bubbling of tris (m-methylphenyl) bismuth which is liquid under heating and reduced pressure. And about 14
The vaporized tris (m-methylphenyl) bismuth was introduced into the pipe 14 kept at 0 ° C., and the MOCVD reaction chamber 2
Send to 0.

【0060】一方、テトライソプロポキシチタンを原料
容器12に充填し、原料容器12内のテトライソプロポ
キシチタンを約40゜Cに加熱する。流量50ccのア
ルゴンガスを原料容器12内に導入し、加熱減圧下で液
体となっているテトライソプロポキシチタンをバブリン
グする。そして、約80゜Cに保持した配管15に気化
したテトライソプロポキシチタンを導入して、配管14
を経由してMOCVD反応室20に送る。
On the other hand, tetraisopropoxy titanium is filled in the raw material container 12, and the tetraisopropoxy titanium in the raw material container 12 is heated to about 40 ° C. Argon gas having a flow rate of 50 cc is introduced into the raw material container 12, and tetraisopropoxytitanium, which is liquid under heating and reduced pressure, is bubbled. Then, vaporized tetraisopropoxy titanium is introduced into the pipe 15 kept at about 80 ° C.
To the MOCVD reaction chamber 20 via.

【0061】MOCVD反応室20内の基板ステージ上
に載置された基板30を約700゜Cに加熱し、MOC
VD反応室20内に、ガス状のトリス(m−メチルフェ
ニル)ビスマス、ガス状のテトライソプロポキシチタン
ガス、酸素ガス及び希釈用アルゴンガスを導入すると、
基板30上に、チタン酸ビスマス(Bi4Ti312)か
ら成る酸化物膜が成膜する。即ち、チタン酸ビスマス
(Bi4Ti312)から成り高配向性を有する(即ち、
c軸に配向した)バッファ層51を、基体に相当する絶
縁層50上に成膜することができる。
The substrate 30 placed on the substrate stage in the MOCVD reaction chamber 20 is heated to about 700 ° C.
When gaseous tris (m-methylphenyl) bismuth, gaseous tetraisopropoxytitanium gas, oxygen gas and diluting argon gas are introduced into the VD reaction chamber 20,
An oxide film made of bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ) is formed on the substrate 30. That is, it is made of bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ) and has a high orientation (that is,
A buffer layer 51 (oriented to the c-axis) can be deposited on the insulating layer 50 corresponding to the substrate.

【0062】尚、バッファ層51を、実施例1と同様の
方法で成膜したBi2SrTa29から構成することも
できる。
The buffer layer 51 may be made of Bi 2 SrTa 2 O 9 formed by the same method as in Example 1.

【0063】[工程−330]その後、バッファ層51
上に下部電極層52を形成する。即ち、バッファ層51
の上にRFマグネトロンスパッタ法にてPtから成り高
配向性を有する下部電極層52を堆積させる。下部電極
層52の厚さを0.1〜0.2μmとした。RFマグネ
トロンスパッタ条件は、実施例2の[工程−220]と
同様とすることができる。尚、Ptから成る下部電極層
52は{100}面を有する。言い換えれば、下部電極
層52を構成する白金Ptの{100}面は、バッファ
層51の表面に対して平行に形成されている。
[Step-330] After that, the buffer layer 51
A lower electrode layer 52 is formed on top. That is, the buffer layer 51
A lower electrode layer 52 made of Pt and having a high orientation is deposited thereon by RF magnetron sputtering. The thickness of the lower electrode layer 52 was set to 0.1 to 0.2 μm. The RF magnetron sputtering conditions can be the same as in [Step-220] of the second embodiment. The lower electrode layer 52 made of Pt has a {100} plane. In other words, the {100} plane of platinum Pt forming the lower electrode layer 52 is formed parallel to the surface of the buffer layer 51.

【0064】その後、例えばイオンミリング技術を用い
て下部電極層52を所望の形状にパターニングし、更
に、例えばRIE法にてBTOから成る酸化物膜である
バッファ層51を所望の形状にパターニングする(図6
の(C)参照)。
Thereafter, the lower electrode layer 52 is patterned into a desired shape by using, for example, an ion milling technique, and further, the buffer layer 51 which is an oxide film made of BTO is patterned into a desired shape by, for example, the RIE method ( Figure 6
(See (C)).

【0065】尚、Pt{100}から成る下部電極層を
パルスレーザ堆積法によって成膜することも可能であ
る。パルスレーザ堆積法によるPt{100}の成膜条
件を、以下に例示する。 パルスレーザ堆積法による成膜条件 ターゲット:Pt 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、5Hz、1.1J/cm2) 成膜温度 :500〜600゜C
The lower electrode layer made of Pt {100} can be formed by the pulse laser deposition method. The film forming conditions of Pt {100} by the pulse laser deposition method are illustrated below. Film forming conditions by pulsed laser deposition method Target: Pt Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 5 Hz, 1.1 J / cm 2 ) Film formation temperature: 500 to 600 ° C

【0066】[工程−340]次いで、下部電極層52
上に、実施例1と同様の方法で、Bi2SrTa29
ら成る強誘電体層53をエピタキシャル成長させる。
尚、下部電極層52の表面に対するエピタキシャル成長
したBi2SrTa29から成る強誘電体層53の方位
は[110]である。
[Step-340] Next, the lower electrode layer 52.
A ferroelectric layer 53 made of Bi 2 SrTa 2 O 9 is epitaxially grown thereon by the same method as in the first embodiment.
The orientation of the ferroelectric layer 53 made of Bi 2 SrTa 2 O 9 epitaxially grown on the surface of the lower electrode layer 52 is [110].

【0067】尚、[工程−320]と同様に、トリス
(m−メチルフェニル)ビスマスを原料ガスとして用い
たMOCVD法で、基体に相当する下部電極層52の上
に、ビスマス層状構造ペロブスカイト型のBi4Ti3
12(BTO)から成る強誘電体層を成膜することもでき
る。
In the same manner as in [Step-320], the bismuth layer structure perovskite type is formed on the lower electrode layer 52 corresponding to the substrate by the MOCVD method using tris (m-methylphenyl) bismuth as a source gas. Bi 4 Ti 3 O
It is also possible to deposit a ferroelectric layer made of 12 (BTO).

【0068】更には、PZTから成る強誘電体層を、下
部電極層52上で、マグネトロンスパッタ法にてエピタ
キシャル成長させることもできる。成膜条件を以下に例
示する。PZTから成る強誘電体層は(100)面を有
する。言い換えれば、下部電極層52の表面に対するエ
ピタキシャル成長したPZTから成る強誘電体層の方位
は[100]である。尚、ターゲットをPLZTに交換
すれば、PLZTから成る強誘電体層を下部電極層52
上でエピタキシャル成長させることができる。 ターゲット :PZT プロセスガス :Ar/O2=90体積%/10体
積% 圧力 :4Pa パワー :50W 成膜温度 :500゜C 強誘電体層の厚さ :0.1〜0.3μm
Further, the ferroelectric layer made of PZT can be epitaxially grown on the lower electrode layer 52 by the magnetron sputtering method. The film forming conditions are exemplified below. The ferroelectric layer made of PZT has a (100) plane. In other words, the orientation of the ferroelectric layer of epitaxially grown PZT with respect to the surface of the lower electrode layer 52 is [100]. If the target is replaced with PLZT, the ferroelectric layer made of PLZT is replaced with the lower electrode layer 52.
It can be epitaxially grown on. Target: PZT process gas: Ar / O 2 = 90% by volume / 10% by volume Pressure: 4 Pa Power: 50 W Film formation temperature: 500 ° C Thickness of ferroelectric layer: 0.1-0.3 μm

【0069】あるいは又、PZTあるいはPLZTから
成る強誘電体層をパルスレーザアブレーション法にて形
成することもできる。この場合の成膜条件を以下に例示
する。 ターゲット:PZT又はPLZT 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、3Hz) 出力エネルギー:400mJ(1.1J/cm2) 成膜温度 :550〜600゜C 酸素濃度 :40〜120Pa
Alternatively, the ferroelectric layer made of PZT or PLZT can be formed by the pulse laser ablation method. The film forming conditions in this case are exemplified below. Target: PZT or PLZT Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 3 Hz) Output energy: 400 mJ (1.1 J / cm 2 ) Film formation temperature: 550 to 600 ° C Oxygen concentration: 40 to 120 Pa

【0070】あるいは又、強誘電体層をBi2SrTa2
9から構成し、パルスレーザアブレーション法にて形
成することもできる。Bi2SrTa29から成る強誘
電体層の成膜条件を以下に例示する。尚、Bi2SrT
29の成膜後、800゜C×1時間、酸素雰囲気中で
ポストベーキングを行うことが望ましい。 ターゲット:Bi2SrTa29 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、5Hz) 成膜温度 :500゜C 酸素濃度 :3Pa
Alternatively, the ferroelectric layer is made of Bi 2 SrTa 2
It can also be formed of O 9 and formed by a pulse laser ablation method. The film forming conditions for the ferroelectric layer made of Bi 2 SrTa 2 O 9 will be illustrated below. In addition, Bi 2 SrT
After the a 2 O 9 film is formed, it is desirable to perform post baking in an oxygen atmosphere at 800 ° C. for 1 hour. Target: Bi 2 SrTa 2 O 9 Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25nsec, 5Hz) Film formation temperature: 500 ° C Oxygen concentration: 3Pa

【0071】[工程−350]その後、強誘電体層53
上に上部電極層54を形成する。上部電極層54はPt
{100}から成り、実施例2の[工程−220]と同
様の方法で成膜することができる。
[Step-350] Then, the ferroelectric layer 53.
An upper electrode layer 54 is formed on top. The upper electrode layer 54 is Pt
It is made of {100} and can be formed by the same method as in [Step-220] of the second embodiment.

【0072】[工程−360]次に、例えばイオンミリ
ング技術を用いてPtから成る上部電極層54を所望の
形状にパターニングし、更にRIE法で強誘電体層53
をパターニングする。こうして、図7の(A)に示す構
造の半導体装置のキャパシタ構造を得ることができる。
[Step-360] Next, the upper electrode layer 54 made of Pt is patterned into a desired shape by using, for example, an ion milling technique, and further, the ferroelectric layer 53 is formed by RIE.
Pattern. Thus, the capacitor structure of the semiconductor device having the structure shown in FIG. 7A can be obtained.

【0073】[工程−370]次に、実施例2の[工程
−260]及び[工程−270]と同様の工程を経て、
図7の(B)に示した構造を有する半導体装置を作製す
ることができる。
[Step-370] Next, through the steps similar to [Step-260] and [Step-270] of Example 2,
A semiconductor device having the structure shown in FIG. 7B can be manufactured.

【0074】尚、実施例3において、基体を、絶縁層5
0から構成する代わりに、例えば、酸化イットリウムY
23を添加した酸化ジルコニウムZrO2である安定化
ジルコニア(YSZ)から成る下地層にて構成すること
もできる。かかる下地層は、例えば、以下に成膜条件を
例示するMOCVD法又はパルスレーザ堆積法にて形成
することができる。尚、この場合には、安定化ジルコニ
アから成る下地層を形成する前に、選択トランジスタの
上に、例えばSiO2から成る層間絶縁層を形成してお
く。 MOCVD法による成膜条件 ソース材料:Zr(C49O)4 Y(C111923 成膜温度 :550〜650゜C 成膜圧力 :27〜400Pa 酸素濃度 :50% パルスレーザ堆積法による成膜条件 ターゲット:ZrO2/Y 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、5Hz、1.1J/cm2) 成膜温度 :500゜C 酸素濃度 :3Pa
In the third embodiment, the substrate is replaced by the insulating layer 5
Instead of being composed of 0, for example, yttrium oxide Y
It can also be composed of an underlayer made of stabilized zirconia (YSZ) which is zirconium oxide ZrO 2 added with 2 O 3 . Such an underlayer can be formed by, for example, the MOCVD method or the pulse laser deposition method whose film forming conditions are exemplified below. In this case, before forming the base layer made of stabilized zirconia, an interlayer insulating layer made of, for example, SiO 2 is formed on the select transistor. Deposition conditions source material by MOCVD: Zr (C 4 H 9 O ) 4 Y (C 11 H 19 O 2) 3 deposition temperature: 550 to 650 ° C deposition pressure: 27~400Pa oxygen concentration: 50% Pulse Film forming conditions by laser deposition method Target: ZrO 2 / Y Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 5 Hz, 1.1 J / cm 2 ) Film formation temperature: 500 ° C Oxygen concentration: 3 Pa

【0075】(実施例4)実施例4は、ハロゲンで置換
されることあるアルキル基でメタ位を置換されたトリフ
ェニルビスマスを原料ガスとして用いたMOCVD法
で、ビスマスを構成元素とした酸化物膜から成る超伝導
体薄膜を基体上に成膜する超伝導体薄膜の成膜方法に関
する。酸化物膜は、Bi−Sr−Ca−Cu−O系であ
る。
Example 4 Example 4 is an MOCVD method using triphenylbismuth substituted in the meta position with an alkyl group which may be substituted with halogen as a source gas, and an oxide containing bismuth as a constituent element. The present invention relates to a method for forming a superconductor thin film, which comprises forming a superconductor thin film made of a film on a substrate. The oxide film is of Bi-Sr-Ca-Cu-O system.

【0076】実施例4においては、実施例1にて説明し
たMOCVD装置を用い、基体としてSi(100)を
使用する。MOCVD法における原料ガスを以下に示
す。 Bi源:トリス(m−メチルフェニル)ビスマス Sr源:Sr(C111922 [Sr(tmh
d)2] Ca源:Ca(C111922 [Ca(tmh
d)2] Cu源:Cu(C5722 [Cu(acac)2
In the fourth embodiment, the MOCVD apparatus described in the first embodiment is used and Si (100) is used as the substrate. Raw material gases in the MOCVD method are shown below. Bi source: tris (m-methylphenyl) bismuth Sr source: Sr (C 11 H 19 O 2 ) 2 [Sr (tmh
d) 2 ] Ca source: Ca (C 11 H 19 O 2 ) 2 [Ca (tmh
d) 2 ] Cu source: Cu (C 5 H 7 O 2 ) 2 [Cu (acac) 2 ]

【0077】各原料を原料容器中で適切な温度に加熱
し、MOCVD反応室20内の基板ステージ22上に載
置されそして適切な温度に加熱されたSi(100)か
ら成る基板30上に、Arキャリアガス、酸素ガス及び
上記の各原料ガスを導入することによって、基板30上
にBi−Sr−Ca−Cu−O系の酸化膜から成る超伝
導体薄膜を成膜することができる。
Each raw material is heated to a proper temperature in the raw material container, placed on the substrate stage 22 in the MOCVD reaction chamber 20 and heated to a proper temperature on the substrate 30 made of Si (100). By introducing the Ar carrier gas, the oxygen gas, and the above-mentioned source gases, a superconductor thin film made of a Bi—Sr—Ca—Cu—O-based oxide film can be formed on the substrate 30.

【0078】参考のため、以下、トリス(m−メチルフ
ェニル)ビスマスの合成方法の概要を説明する。
For reference, the outline of the method for synthesizing tris (m-methylphenyl) bismuth will be described below.

【0079】先ず、十分乾燥した金属マグネシウムを5
0〜60゜Cに加熱した状態で、テトラヒドロフラン
(THF)に溶解したm−クロロトルエンを金属マグネ
シウムに滴下して、m−マグネシウムトルエンを生成す
る。次に、THFに溶解したBiCl3を冷却したm−
マグネシウムトルエンに滴下し、加熱還流する。その
後、飽和NH4Cl水溶液を滴下し、デカンテーション
を行い、無水MgSO4を用いて脱水する。その後、減
圧蒸留を行い、トリス(m−メチルフェニル)ビスマス
を得る。また、2−クロロ−4−メチルトルエンをm−
クロロトルエンの代わりに用いれば、トリス(3,5−
ジメチルフェニル)ビスマスを合成することができる。
First, the well-dried metallic magnesium was mixed with 5
With heating at 0 to 60 ° C, m-chlorotoluene dissolved in tetrahydrofuran (THF) is added dropwise to metallic magnesium to produce m-magnesium toluene. Next, BiCl 3 dissolved in THF was cooled with m-.
Add dropwise to magnesium toluene and heat to reflux. Then, a saturated NH 4 Cl aqueous solution is added dropwise, decantation is performed, and dehydration is performed using anhydrous MgSO 4 . Then, vacuum distillation is performed to obtain tris (m-methylphenyl) bismuth. In addition, 2-chloro-4-methyltoluene is m-
If used in place of chlorotoluene, tris (3,5-
Dimethylphenyl) bismuth can be synthesized.

【0080】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。本発明の半導体装置の作製方法において説明し
た半導体装置の構造は例示であり、適宜設計変更するこ
とが可能である。
Although the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. The structure of the semiconductor device described in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is an example, and the design can be changed as appropriate.

【0081】例えば、上部電極層がプレート線を兼ねて
いる構造とすることもできる。即ち、このような構造を
有する半導体装置のキャパシタ構造においては、実施例
2の[工程−230]における強誘電体層53の形成の
後、強誘電体層53を所望の形状にパターニングする。
次いで、全面に上層絶縁層60を形成した後、絶縁層5
0及び上層絶縁層60に開口部61を形成し、下部電極
層52の上方の上層絶縁層60に開口部62を形成す
る。次いで、開口部61,62内を含む上層絶縁層60
の上に、順にTi層、TiN層、アルミニウム系合金か
ら成る配線材料層64を形成する。その後、上層絶縁層
60の上の配線材料層64、TiN層、Ti層をパター
ニングして、アルミニウム系合金から成る配線材料層等
から成る第1の配線層68を形成する(図8の(A)参
照)。その後、全面に例えばBPSGから成る第2の絶
縁層70を形成する。そして強誘電体層53の上方の上
層絶縁層60及び第2の絶縁層70に開口部71を形成
し、次いで、実施例2の[工程−240]と同様に、開
口部71内を含む第2の絶縁層70上にPt膜を成膜す
る。その後、開口部71内にPt膜を残し、第2の絶縁
層70の上のPt膜をパターニングする。これによっ
て、強誘電体層53の上にPtから成る上部電極層54
Aが形成される。しかも、この上部電極層54Aは開口
部71を介して第2の絶縁層70の上を延び、第2の配
線層69Aを構成し、プレート線としても機能する(図
8の(B)参照)。尚、上部電極層54A及び第2の配
線層69Aをアルミニウム系合金から構成することもで
きる。
For example, the upper electrode layer may also serve as a plate line. That is, in the capacitor structure of the semiconductor device having such a structure, after forming the ferroelectric layer 53 in [Process-230] of the second embodiment, the ferroelectric layer 53 is patterned into a desired shape.
Next, after forming the upper insulating layer 60 on the entire surface, the insulating layer 5 is formed.
0 and the upper insulating layer 60, an opening 61 is formed, and an opening 62 is formed in the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52. Next, the upper insulating layer 60 including the inside of the openings 61 and 62
A Ti material layer, a TiN layer, and a wiring material layer 64 made of an aluminum-based alloy are sequentially formed thereon. Then, the wiring material layer 64, the TiN layer, and the Ti layer on the upper insulating layer 60 are patterned to form a first wiring layer 68 made of a wiring material layer made of an aluminum alloy ((A in FIG. 8). )reference). After that, the second insulating layer 70 made of, for example, BPSG is formed on the entire surface. Then, an opening 71 is formed in the upper insulating layer 60 and the second insulating layer 70 above the ferroelectric layer 53, and then, as in [Step-240] of the second embodiment, the opening 71 including the inside of the opening 71 is formed. A Pt film is formed on the second insulating layer 70. After that, the Pt film is left in the opening 71, and the Pt film on the second insulating layer 70 is patterned. As a result, the upper electrode layer 54 made of Pt is formed on the ferroelectric layer 53.
A is formed. Moreover, the upper electrode layer 54A extends over the second insulating layer 70 through the opening 71 to form the second wiring layer 69A and also functions as a plate line (see FIG. 8B). . The upper electrode layer 54A and the second wiring layer 69A may be made of an aluminum alloy.

【0082】LOCOS構造を有する素子分離領域41
の代わりに、素子分離領域はトレンチ構造を有していて
もよい。ゲート電極43やビット線は、ポリシリコン層
から構成する代わりに、ポリサイドや金属シリサイドか
ら構成することもできる。絶縁層として、BPSGの代
わりに、SiO2、PSG、BSG、AsSG、PbS
G、SbSG、SOG、SiON、SiN、NSG、L
TO等の公知の絶縁材料、あるいはこれらの絶縁材料を
積層したものを挙げることができる。絶縁層の平滑化
は、例えばレジストエッチバック法等にて行ってもよ
い。強誘電体層は複数の強誘電体材料が積層された構造
を有していてもよい。
Element isolation region 41 having LOCOS structure
Alternatively, the element isolation region may have a trench structure. The gate electrode 43 and the bit line may be made of polycide or metal silicide instead of being made of a polysilicon layer. As an insulating layer, instead of BPSG, SiO 2 , PSG, BSG, AsSG, PbS
G, SbSG, SOG, SiON, SiN, NSG, L
A known insulating material such as TO or a laminated material of these insulating materials can be given. The insulating layer may be smoothed by, for example, a resist etch back method. The ferroelectric layer may have a structure in which a plurality of ferroelectric materials are laminated.

【0083】実施例2の[工程−260]や実施例3の
[工程−370]において、絶縁層50及び上層絶縁層
60に形成した開口部61にアルミニウム系合金を埋め
込むことによって、コンタクトプラグ65を形成する代
わりに、コンタクトプラグ65Aを所謂ブランケットタ
ングステンCVD法にて形成することもできる。そのた
めには、絶縁層50及び上層絶縁層60に開口部61を
形成した後、実施例2の[工程−260]と同様にTi
層及びTiN層をスパッタ法で成膜する。その後、Ti
N層の上にタングステンから成る配線材料層64Aを、
以下に例示する条件のCVD法にて堆積させる(図9の
(A)参照)。 使用ガス:WF6/H2/Ar=40/400/2250
sccm 圧力 :10.7kPa 成膜温度:450゜C
In the [process-260] of the second embodiment and the [process-370] of the third embodiment, the contact plug 65 is formed by embedding an aluminum-based alloy in the openings 61 formed in the insulating layer 50 and the upper insulating layer 60. Instead of forming the contact plug 65A, the contact plug 65A can be formed by a so-called blanket tungsten CVD method. For that purpose, after forming the openings 61 in the insulating layer 50 and the upper insulating layer 60, Ti is formed in the same manner as in [Step-260] of the second embodiment.
The layer and the TiN layer are formed by the sputtering method. Then Ti
A wiring material layer 64A made of tungsten is formed on the N layer,
It is deposited by the CVD method under the conditions exemplified below (see FIG. 9A). Gas used: WF 6 / H 2 / Ar = 40/400/2250
sccm pressure: 10.7kPa film formation temperature: 450 ° C

【0084】その後、絶縁層50上のタングステンから
成る配線材料層64A及びTiN層、Ti層をエッチン
グして除去する(図9の(B)参照)。エッチングの条
件を、例えば以下のとおりとすることができる。 第1段階のエッチング:タングステン層のエッチング 使用ガス :SF6/Ar/He=110/90/5scc
m 圧力 :46Pa RFパワー:275W 第2段階のエッチング:TiN層/Ti層のエッチング 使用ガス :Ar/Cl2=75/5sccm 圧力 :6.5Pa RFパワー:250W
After that, the wiring material layer 64A made of tungsten, the TiN layer and the Ti layer on the insulating layer 50 are removed by etching (see FIG. 9B). The etching conditions can be set as follows, for example. First stage etching: Etching of tungsten layer Gas used: SF 6 / Ar / He = 110/90 / 5scc
m pressure: 46 Pa RF power: 275 W Second stage etching: TiN layer / Ti layer etching Working gas: Ar / Cl 2 = 75/5 sccm Pressure: 6.5 Pa RF power: 250 W

【0085】こうして、開口部61にタングステンが埋
め込まれたコンタクトプラグ65Aが形成される。その
後、下部電極層52の上方並びに上部電極層54の上方
の上層絶縁層60に開口部62,63を形成し、次い
で、実施例2の[工程−260]と同様に、Ti層、T
iN層、アルミニウム系合金から成る配線材料層64を
スパッタ法で成膜した後、これらの各層をパターニング
し、第1の配線層68及び第2の配線層69を形成する
(図10参照)。
In this way, the contact plug 65A in which tungsten is embedded in the opening 61 is formed. After that, openings 62 and 63 are formed in the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52 and above the upper electrode layer 54, and then a Ti layer and a T layer are formed in the same manner as in [Step-260] of the second embodiment.
After the iN layer and the wiring material layer 64 made of an aluminum alloy are formed by the sputtering method, these layers are patterned to form the first wiring layer 68 and the second wiring layer 69 (see FIG. 10).

【0086】尚、不純物をドーピングしたポリシリコン
を開口部61内に埋め込むことで、コンタクトプラグ6
5を形成してもよい。また、コンタクトプラグ65の頂
面は絶縁層50の表面と略同一平面内に存在していても
よいし、コンタクトプラグ65の頂面は絶縁層50の表
面から突出していても凹んでいてもよい。あるいは又、
コンタクトプラグ65の頂部が上層絶縁層60の上に延
在していてもよい。この場合には、開口部61の近傍の
上層絶縁層60上にポリシリコン層あるいはタングステ
ンから成る配線材料層64A等が残るように、フォトリ
ソグラフィ技術を用いてポリシリコン層あるいは配線材
料層64A及びTiN層/Ti層のエッチングを行えば
よい。
The contact plug 6 is formed by filling the opening 61 with polysilicon doped with impurities.
5 may be formed. Further, the top surface of the contact plug 65 may be substantially in the same plane as the surface of the insulating layer 50, or the top surface of the contact plug 65 may be projected or recessed from the surface of the insulating layer 50. . Alternatively,
The top of the contact plug 65 may extend on the upper insulating layer 60. In this case, the polysilicon layer or the wiring material layer 64A and the TiN layer are formed by photolithography so that the polysilicon layer or the wiring material layer 64A made of tungsten remains on the upper insulating layer 60 near the opening 61. The layer / Ti layer may be etched.

【0087】あるいは又、絶縁層50及び上層絶縁層6
0に開口部61を形成し、下部電極層52の上方の上層
絶縁層60に開口部62を形成する。次いで、開口部6
1,62内を含む上層絶縁層60の上に、順にTi層、
TiN層、タングステンから成る配線材料層64Aを形
成する。その後、上層絶縁層60の上のタングステンか
ら成る配線材料層64A、TiN層、Ti層をパターニ
ングして、配線材料層64A等から成る第1の配線層6
8Aを形成し、併せて、コンタクトプラグ65A,66
Aを形成してもよい。その後、上部電極層54の上方の
上層絶縁層60に開口部63を形成し、次いで、実施例
2の[工程−260]と同様に、Ti層、TiN層、ア
ルミニウム系合金から成る配線材料層をスパッタ法で成
膜した後、第2の配線層69を形成するためにこれらの
各層をパターニングする。こうして、図11に示す構造
を得ることができる。
Alternatively, the insulating layer 50 and the upper insulating layer 6
An opening 61 is formed at 0, and an opening 62 is formed in the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52. Then the opening 6
1, 62 on the upper insulating layer 60 including the inside,
A wiring material layer 64A made of a TiN layer and tungsten is formed. Then, the wiring material layer 64A made of tungsten, the TiN layer, and the Ti layer on the upper insulating layer 60 are patterned to form the first wiring layer 6 made of the wiring material layer 64A and the like.
8A is formed and, in addition, contact plugs 65A and 66 are formed.
A may be formed. After that, an opening 63 is formed in the upper insulating layer 60 above the upper electrode layer 54, and then a wiring material layer made of a Ti layer, a TiN layer, and an aluminum-based alloy as in [Step-260] of the second embodiment. Is formed by sputtering, and then these layers are patterned in order to form the second wiring layer 69. In this way, the structure shown in FIG. 11 can be obtained.

【0088】更には、絶縁層50に、例えばブランケッ
トタングステンCVD法にてコンタクトプラグ65Aを
形成した後、実施例2の[工程−220]と同様の方法
で、絶縁層50上にコンタクトプラグ65Aと接続され
た下部電極層52を形成してもよい。その後、実施例2
の[工程−230]、[工程−240]、[工程−25
0]を実行する。次いで、絶縁層50及び上部電極層5
4の上に、例えばBPSGから成る上層絶縁層60を形
成する。そして、上部電極層54の上方の上層絶縁層6
0に開口部を形成した後、実施例2の[工程−270]
と同様の方法で、開口部内にコンタクトプラグ67を形
成し、上層絶縁層60上に配線層69Bを形成する。こ
うして、図12に示す構造を有する半導体装置を得るこ
とができる。
Further, after the contact plug 65A is formed on the insulating layer 50 by, for example, the blanket tungsten CVD method, the contact plug 65A is formed on the insulating layer 50 by the same method as in [Step-220] of the second embodiment. The connected lower electrode layer 52 may be formed. Then, Example 2
[Process-230], [Process-240], and [Process-25]
0] is executed. Next, the insulating layer 50 and the upper electrode layer 5
An upper insulating layer 60 made of, for example, BPSG is formed on the upper surface of the insulating layer 4. Then, the upper insulating layer 6 above the upper electrode layer 54.
After forming the opening at 0, [Process-270] of Example 2
A contact plug 67 is formed in the opening and a wiring layer 69B is formed on the upper insulating layer 60 by the same method as described above. Thus, the semiconductor device having the structure shown in FIG. 12 can be obtained.

【0089】アルミニウム系合金として、例えば、純ア
ルミニウム、Al−Si、Al−Cu、Al−Si−C
u、Al−Ge、Al−Si−Ge等の種々のアルミニ
ウム合金から構成することができる。あるいは又、アル
ミニウム系合金の代わりに、ポリシリコン、チタン、チ
タン合金、銅、銅合金、タングステン、タングステン合
金を用いて第1あるいは第2の配線層を形成することも
できる。実施例においては、コンタクトプラグの下地を
Ti/TiNの2層構成としたが、Ti、あるいはTi
Nの1層構成とすることもできる。また、コンタクトプ
ラグは、TiW、TiNW、WSi2、MoSi2等から
構成することもできる。
Examples of aluminum alloys include pure aluminum, Al-Si, Al-Cu, and Al-Si-C.
It can be composed of various aluminum alloys such as u, Al-Ge and Al-Si-Ge. Alternatively, instead of the aluminum alloy, polysilicon, titanium, titanium alloy, copper, copper alloy, tungsten, or tungsten alloy can be used to form the first or second wiring layer. In the embodiment, the base of the contact plug has a two-layer structure of Ti / TiN.
It is also possible to have a single layer structure of N. The contact plug can also be made of TiW, TiNW, WSi 2 , MoSi 2, or the like.

【0090】また、コンタクトプラグ及び第1の配線層
を介して一方のソース・ドレイン領域と電気的に接続さ
れた強誘電体層の代わりに、一方のソース・ドレイン領
域と電気的に接続されたコンタクトプラグに対して電気
的に接続された配線を設け、かかる配線に電気的に接続
された別の接続孔(例えばビアホール)を形成し、そし
て、この接続孔に強誘電体層が電気的に接続された態様
とすることもできる。あるいは又、素子分離領域の上に
下部電極層やバッファ層を形成することで、半導体装置
におけるキャパシタ構造を形成することもできる。この
場合には、素子分離領域が基体に相当する。
Further, instead of the ferroelectric layer electrically connected to one source / drain region via the contact plug and the first wiring layer, it is electrically connected to one source / drain region. A wiring electrically connected to the contact plug is provided, another connection hole (for example, a via hole) electrically connected to the wiring is formed, and the ferroelectric layer is electrically connected to the connection hole. It may be connected. Alternatively, a capacitor structure in a semiconductor device can be formed by forming a lower electrode layer or a buffer layer on the element isolation region. In this case, the element isolation region corresponds to the base.

【0091】ビット線は、例えば、以下の方法で形成す
ることができる。即ち、実施例2の[工程−200]と
[工程−210]の間において、下層絶縁層を形成し、
他方のソース・ドレイン領域45の上方の下層絶縁層
に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い
て開口部を形成する。そして、開口部内を含む下層絶縁
層上に例えばCVD法でポリシリコン層を堆積させる。
これによって、開口部内にポリシリコンが埋め込まれた
ビットコンタクト部が形成される。その後、下層絶縁層
上のポリシリコン層をパターニングする。こうして、ビ
ットコンタクト部を介して他方のソース・ドレイン領域
45に電気的に接続されたポリシリコンから成るビット
線が形成される。その後、ビット線を含む下層絶縁層の
上に絶縁層50を形成する。尚、ビット線の形成手順は
任意であり、例えば第2の配線層を形成した後にビット
線を形成することも可能である。
The bit line can be formed, for example, by the following method. That is, a lower insulating layer is formed between [Step-200] and [Step-210] of Example 2,
An opening is formed in the lower insulating layer above the other source / drain region 45 by using a photolithography technique and an etching technique. Then, a polysilicon layer is deposited on the lower insulating layer including the inside of the opening by, for example, the CVD method.
As a result, a bit contact portion in which polysilicon is embedded in the opening is formed. Then, the polysilicon layer on the lower insulating layer is patterned. Thus, a bit line made of polysilicon electrically connected to the other source / drain region 45 via the bit contact portion is formed. After that, the insulating layer 50 is formed on the lower insulating layer including the bit line. The procedure for forming the bit line is arbitrary. For example, the bit line can be formed after forming the second wiring layer.

【0092】半導体装置から、強誘電体薄膜を用いた不
揮発性メモリセル(は所謂FERAM)のみならず、D
RAMを構成することもできる。この場合には、強誘電
体薄膜の分極のみを利用する。即ち、外部電極による最
大(飽和)分極Pmaxと外部電極が0の場合の残留分極
rとの差(Pmax−Pr)が、電源電圧に対して一定の
比例関係を有する特性を利用する。強誘電体薄膜の分極
状態は、常に飽和分極(Pmax)と残留分極(Pr)の間
にあり、反転しない。データはリフレッシュによって保
持される。
From the semiconductor device, not only the non-volatile memory cell using the ferroelectric thin film (so-called FERAM) but also D
A RAM can also be configured. In this case, only the polarization of the ferroelectric thin film is used. That is, the characteristic that the difference (P max −P r ) between the maximum (saturation) polarization P max due to the external electrode and the remnant polarization P r when the external electrode is 0 has a constant proportional relationship with the power supply voltage is used. To do. The polarization state of the ferroelectric thin film is always between the saturation polarization (P max ) and the remanent polarization (P r ) and is not inverted. Data is retained by refresh.

【0093】[0093]

【発明の効果】本発明においては、MOCVD法におい
て、ハロゲンで置換されることあるアルキル基でメタ位
を置換されたトリフェニルビスマスを原料ガスとして用
いるので、従来のトリフェニルビスマスと比較して、よ
り低い温度でトリフェニルビスマスと同等あるいはそれ
以上の蒸気圧を得ることができ、原料ガスを得るための
気化温度を低い温度とすることができる。従って、MO
CVD法において、MOCVD装置における原料容器1
0の加熱温度を低い温度とすることができ、原料容器1
0内の原料の長時間に亙る加熱による分解を低減するこ
とが可能になり、酸化物膜の成膜の再現性が向上する。
また、原料容器10の加熱温度や配管14の加熱温度を
下げることができるので、MOCVD装置における温度
制御が容易になり、MOCVD装置の維持も容易にな
る。
INDUSTRIAL APPLICABILITY In the present invention, since triphenylbismuth whose meta position is substituted with an alkyl group which may be substituted with halogen is used as a source gas in the MOCVD method, compared with conventional triphenylbismuth, A vapor pressure equal to or higher than that of triphenylbismuth can be obtained at a lower temperature, and the vaporization temperature for obtaining the source gas can be set to a lower temperature. Therefore, MO
In the CVD method, the raw material container 1 in the MOCVD apparatus
The heating temperature of 0 can be set to a low temperature, and the raw material container 1
It is possible to reduce decomposition of the raw material within 0 due to heating for a long time, and the reproducibility of the oxide film formation is improved.
Further, since the heating temperature of the raw material container 10 and the heating temperature of the pipe 14 can be lowered, the temperature control in the MOCVD apparatus becomes easy and the MOCVD apparatus can be maintained easily.

【0094】尚、本発明の半導体装置の製造方法におい
て、下部電極層をPt{100}から構成すれば、かか
る下部電極層の格子面間隔は、ペロブスカイト型構造を
有するPZT系化合物やビスマス層状構造ペロブスカイ
ト型の強誘電体材料の格子面間隔とほぼ等しい。それ
故、下部電極層上に強誘電体層をエピタキシャル成長さ
せることができるので、下部電極層上に形成された強誘
電体層には高い残留分極±Prを付与することができ、
優れた動作性能を有する半導体素子を作製することがで
きる。一方、Pt{100}から成る下部電極層を例え
ばBi2AB29で表される所謂Y1材料系やチタン酸
ビスマスといったビスマス層状構造ペロブスカイト型の
バッファ層上に形成すれば、チタン酸ビスマスの(11
0)格子面間隔はPt{100}の格子面間隔とほぼ等
しいので、かかるバッファ層上に高配向性を有する下部
電極層を形成することができる。白金の比抵抗率は、L
SCOより低抵抗の15〜20μΩcmであり、半導体
素子において使用するのに好ましい材料である。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, if the lower electrode layer is made of Pt {100}, the lattice spacing of the lower electrode layer is such that the PZT-based compound having a perovskite type structure or the bismuth layer structure. It is almost equal to the lattice spacing of the perovskite type ferroelectric material. Therefore, since the ferroelectric layer can be epitaxially grown on the lower electrode layer, a high remanent polarization ± P r can be imparted to the ferroelectric layer formed on the lower electrode layer.
A semiconductor element having excellent operating performance can be manufactured. On the other hand, if a lower electrode layer made of Pt {100} is formed on a so-called Y1 material system represented by Bi 2 AB 2 O 9 or a bismuth layer structure perovskite type buffer layer such as bismuth titanate, (11
0) Since the lattice plane spacing is substantially equal to the lattice plane spacing of Pt {100}, it is possible to form a lower electrode layer having high orientation on the buffer layer. The resistivity of platinum is L
It has a resistance of 15 to 20 μΩcm, which is lower than that of SCO, and is a preferable material for use in a semiconductor device.

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

【図1】本発明の方法の実施に適したMOCVD装置の
概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of an MOCVD apparatus suitable for carrying out the method of the present invention.

【図2】実施例2の半導体装置の製造方法にて作製され
た半導体装置の模式的な一部断面図、及び等価回路図で
ある。
2A and 2B are a schematic partial cross-sectional view and an equivalent circuit diagram of a semiconductor device manufactured by a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment.

【図3】実施例2の半導体装置の製造方法を説明するた
めの半導体基板等の模式的な一部断面図である。
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment.

【図4】図3に引き続き、実施例2の半導体装置の製造
方法を説明するための半導体基板等の模式的な一部断面
図である。
FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor substrate etc. for explaining the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment, following FIG. 3;

【図5】図4に引き続き、実施例2の半導体装置の製造
方法を説明するための半導体基板等の模式的な一部断面
図である。
FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment, following FIG. 4;

【図6】実施例3の半導体装置の製造方法を説明するた
めの半導体基板等の模式的な一部断面図である。
FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment.

【図7】図6に引き続き、実施例3の半導体装置の製造
方法を説明するための半導体基板等の模式的な一部断面
図である。
FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor substrate etc. for explaining the method for manufacturing the semiconductor device of the third embodiment, following FIG. 6;

【図8】変形された本発明の半導体装置の製造方法を説
明するための半導体基板等の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 8 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a modified method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図9】変形された本発明の半導体装置の製造方法を説
明するための半導体基板等の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a modified method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図10】図9に引き続き、変形された本発明の半導体
装置の製造方法を説明するための半導体基板等の模式的
な一部断面図である。
FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor substrate or the like for explaining the manufacturing method of the modified semiconductor device of the present invention, following FIG. 9;

【図11】変形された本発明の半導体装置の製造方法を
説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 11 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a modified method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図12】変形された本発明の半導体装置の製造方法を
説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 12 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a modified method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図13】強誘電体のP−Eヒステリシスループ図であ
る。
FIG. 13 is a PE hysteresis loop diagram of a ferroelectric substance.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,12 原料容器 11,13 恒温槽 14,15 配管 20 MOCVD反応室 22 基板ステージ 30 基板 40 半導体基板 41 素子分離領域 42 ゲート酸化膜 43 ゲート電極 44,45 ソース・ドレイン領域 46 チャネル領域 50 絶縁層 51 バッファ層 52 下部電極層 53 強誘電体層 54,54A 上部電極層 60 上層絶縁層 61,62,63,71 開口部 64,64A 配線材料層 65,65A,66,66A,67 コンタクトプラグ 68,68A 第1の配線層 69,69A 第2の配線層 70 第2の絶縁層 10, 12 Raw material container 11, 13 Constant temperature bath 14, 15 Piping 20 MOCVD reaction chamber 22 Substrate stage 30 Substrate 40 Semiconductor substrate 41 Element isolation region 42 Gate oxide film 43 Gate electrode 44, 45 Source / drain region 46 Channel region 50 Insulation layer 51 buffer layer 52 lower electrode layer 53 ferroelectric layer 54, 54A upper electrode layer 60 upper insulating layer 61, 62, 63, 71 opening 64, 64A wiring material layer 65, 65A, 66, 66A, 67 contact plug 68, 68A First wiring layer 69, 69A Second wiring layer 70 Second insulating layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C30B 29/22 501 7202−4G C30B 29/22 501E H01L 39/24 ZAA H01L 39/24 ZAAB ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location C30B 29/22 501 7202-4G C30B 29/22 501E H01L 39/24 ZAA H01L 39/24 ZAAB

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ハロゲンで置換されることあるアルキル基
でメタ位を置換されたトリフェニルビスマスを原料ガス
として用いた有機金属化学的気相成長法で、ビスマスを
構成元素とした酸化物膜を成膜することを特徴とする酸
化物膜成膜方法。
1. An oxide film containing bismuth as a constituent element is obtained by a metalorganic chemical vapor deposition method using triphenylbismuth substituted at a meta position with an alkyl group which may be substituted with halogen as a source gas. A method for forming an oxide film, which comprises forming a film.
【請求項2】ハロゲンで置換されることあるアルキル基
でメタ位を置換されたトリフェニルビスマスは、トリス
(m−メチルフェニル)ビスマスから成ることを特徴と
する請求項1に記載の酸化物膜成膜方法。
2. The oxide film according to claim 1, wherein the triphenylbismuth substituted at the meta position with an alkyl group which may be substituted with halogen is tris (m-methylphenyl) bismuth. Deposition method.
【請求項3】ハロゲンで置換されることあるアルキル基
でメタ位を置換されたトリフェニルビスマスを原料ガス
として用いた有機金属化学的気相成長法で、ビスマスを
構成元素とした酸化物膜を基体上に成膜することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
3. An oxide film containing bismuth as a constituent element is obtained by a metal organic chemical vapor deposition method using triphenylbismuth substituted in the meta position with an alkyl group which may be substituted with halogen as a source gas. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a film on a substrate.
【請求項4】半導体装置は、下部電極層、ビスマス層状
構造ペロブスカイト型の強誘電体層及び上部電極層が積
層されたキャパシタ構造を有し、該強誘電体層は前記酸
化物膜から成ることを特徴とする請求項3に記載の半導
体装置の製造方法。
4. A semiconductor device has a capacitor structure in which a lower electrode layer, a bismuth layer structure perovskite type ferroelectric layer and an upper electrode layer are laminated, and the ferroelectric layer is composed of the oxide film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein
【請求項5】半導体装置は、下部電極層、ビスマス層状
構造ペロブスカイト型の強誘電体層及び上部電極層が積
層されたキャパシタ構造、及び該下部電極層の下に形成
されたビスマス層状構造ペロブスカイト型のバッファ層
を有し、該バッファ層は前記酸化物膜から成ることを特
徴とする請求項3又は請求項4に記載の半導体装置の製
造方法。
5. A semiconductor device comprising a capacitor structure in which a lower electrode layer, a bismuth layered structure perovskite type ferroelectric layer and an upper electrode layer are stacked, and a bismuth layered structure perovskite type formed below the lower electrode layer. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the buffer layer is formed of the oxide film.
【請求項6】ハロゲンで置換されることあるアルキル基
でメタ位を置換されたトリフェニルビスマスは、トリス
(m−メチルフェニル)ビスマスから成ることを特徴と
する請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導
体装置の製造方法。
6. The triphenylbismuth substituted at the meta position with an alkyl group which may be substituted with halogen comprises tris (m-methylphenyl) bismuth. 2. A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項7】酸化物膜は、Bi2AB29(ここで、A
はSr、Ba及びCaから成る群から選ばれた1種の元
素であり、BはTa及びNbから成る群から選ばれた1
種の元素である)から成ることを特徴とする請求項3乃
至請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方
法。
7. The oxide film is formed of Bi 2 AB 2 O 9 (where A 2
Is an element selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca, and B is 1 selected from the group consisting of Ta and Nb.
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is a seed element).
【請求項8】有機金属化学的気相成長法におけるビスマ
スを構成元素とした酸化物膜の成膜は、1.0×102
Pa乃至1.4×103Paの圧力下で行うことを特徴
とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
8. An oxide film containing bismuth as a constituent element in metalorganic chemical vapor deposition is 1.0 × 10 2
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the method is performed under a pressure of Pa to 1.4 × 10 3 Pa.
【請求項9】酸化物膜は、Bi2SrTa29から成る
ことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の半導体
装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the oxide film is made of Bi 2 SrTa 2 O 9 .
【請求項10】ハロゲンで置換されることあるアルキル
基でメタ位を置換されたトリフェニルビスマスを原料ガ
スとして用いた有機金属化学的気相成長法で、ビスマス
を構成元素とした酸化物膜から成る超伝導体薄膜を基体
上に成膜することを特徴とする超伝導体薄膜の成膜方
法。
10. An organic metal chemical vapor deposition method using triphenylbismuth substituted in the meta position with an alkyl group which may be substituted with halogen as a source gas, and from an oxide film containing bismuth as a constituent element. A method for forming a superconductor thin film, comprising: forming a superconductor thin film on a substrate.
【請求項11】ハロゲンで置換されることあるアルキル
基でメタ位を置換されたトリフェニルビスマスは、トリ
ス(m−メチルフェニル)ビスマスから成ることを特徴
とする請求項10に記載の超伝導体薄膜の成膜方法。
11. The superconductor according to claim 10, wherein the triphenylbismuth substituted in the meta position with an alkyl group which may be substituted with halogen is tris (m-methylphenyl) bismuth. Thin film forming method.
【請求項12】超伝導体薄膜は、Bi−Sr−Ca−C
u−O系であることを特徴とする請求項10又は請求項
11に記載の超伝導体薄膜の成膜方法。
12. The superconductor thin film is made of Bi-Sr-Ca-C.
It is u-O type | system | group, The film-forming method of the superconductor thin film of Claim 10 or Claim 11 characterized by the above-mentioned.
JP7200455A 1995-03-30 1995-07-13 Preparation of oxide film, fabrication of semiconductor device and preparation of superconducting thin film Pending JPH08330304A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004112056A1 (en) * 2003-06-12 2004-12-23 Tdk Corporation Multilayer unit
US6916944B2 (en) 2003-04-08 2005-07-12 Tosoh Corporation Bismuth compound, process of producing the same, and process of producing a film

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