JPH08335580A - Manufacture of dielectric thin film and manufacture of ferroelectric memory device employing the dielectric thin film - Google Patents

Manufacture of dielectric thin film and manufacture of ferroelectric memory device employing the dielectric thin film

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JPH08335580A
JPH08335580A JP14174995A JP14174995A JPH08335580A JP H08335580 A JPH08335580 A JP H08335580A JP 14174995 A JP14174995 A JP 14174995A JP 14174995 A JP14174995 A JP 14174995A JP H08335580 A JPH08335580 A JP H08335580A
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JP
Japan
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thin film
srtio
heat treatment
forming
dielectric
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JP14174995A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Ogimoto
泰史 荻本
Nobuhito Ogata
信人 緒方
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Original Assignee
Sharp Corp
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide the manufacturing method of a dielectric thin film which shows on excellent performance when it is employed in an MFIS-FET type ferroelectric memory device. CONSTITUTION: The manufacturing method of a dielectric thin film consists of a process in which a silicon oxide thin film is formed on a silicon substrate, a process in which an SrTiO3 thin film is formed on the silicon oxide thin film by a sputtering method with the substrate kept heated and a process in which the heat treatment is applied after the SrTiO3 thin film is formed at a temperature not lower than the substrate heating temperature when the SrTiO3 thin film is formed and not higher than 800 deg.C.

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、不揮発メモリの強誘電
体記憶素子に用いられる誘電体薄膜の製造方法、及びそ
れを用いた強誘電体薄膜素子の製造方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a dielectric thin film used for a ferroelectric memory element of a non-volatile memory, and a method of manufacturing a ferroelectric thin film element using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シリコン単結晶基板上に形成され
る誘電体薄膜としては、シリコンとの優れた界面保護膜
で絶縁膜となるがゆえに、MOS−FETのゲート絶縁
膜に用いられるSiO2熱酸化膜が代表的なものであっ
た。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a dielectric thin film formed on a silicon single crystal substrate, SiO 2 used for a gate insulating film of a MOS-FET because it is an insulating film with an excellent interface protective film with silicon. A thermal oxide film was typical.

【0003】一方、MOS−FETのゲート絶縁膜に強
誘電体薄膜を用いた不揮発性の半導体記憶素子である、
MFS(Metal Ferroelectric Semiconductor)−FE
T(Field Effect Transistor)構造の強誘電体記憶素
子が提案されている。すなわち、MFS−FET構造の
強誘電体記憶素子は、図8に示すように、シリコン基板
101表面の不純物拡散層104、105に挟まれたチ
ャネル領域上に、強誘電体膜106とゲート電極107
とが順次形成された構成となる。このような構造の強誘
電体記憶素子は、強誘電体薄膜106の自発分極の向
き、大きさに応じて、その自発分極を補償するようにシ
リコン基板101表面のチャネル領域に誘起される電荷
により、チャネル領域の伝導率が変調されることを利用
して、メモリ内容の読み出しを行うものである。この素
子は、読み出し時にメモリ内容を破壊しない非破壊読み
出しが可能なので、優れたメモリとして注目されてい
る。
On the other hand, it is a nonvolatile semiconductor memory element using a ferroelectric thin film as a gate insulating film of a MOS-FET.
MFS (Metal Ferroelectric Semiconductor) -FE
A ferroelectric memory element having a T (Field Effect Transistor) structure has been proposed. That is, in the ferroelectric memory element having the MFS-FET structure, as shown in FIG. 8, the ferroelectric film 106 and the gate electrode 107 are formed on the channel region sandwiched between the impurity diffusion layers 104 and 105 on the surface of the silicon substrate 101.
And are sequentially formed. In the ferroelectric memory element having such a structure, depending on the direction and size of the spontaneous polarization of the ferroelectric thin film 106, the electric charges induced in the channel region on the surface of the silicon substrate 101 compensate for the spontaneous polarization. The contents of the memory are read by utilizing the fact that the conductivity of the channel region is modulated. This element has been attracting attention as an excellent memory because it can perform nondestructive reading without destroying the memory contents during reading.

【0004】しかしながら、PZT(チタン酸ジルコン
酸鉛)、SrBi2Ta29、Bi4Ti312などのペ
ロブスカイト構造を有する酸化物強誘電体薄膜をシリコ
ン基板上に直接形成して、強誘電体記憶素子を実現する
には、下記のような問題のために困難なものとなってい
る。
However, an oxide ferroelectric thin film having a perovskite structure such as PZT (lead zirconate titanate), SrBi 2 Ta 2 O 9 and Bi 4 Ti 3 O 12 is directly formed on a silicon substrate to form a strong ferroelectric film. It is difficult to realize a dielectric memory device due to the following problems.

【0005】それは、強誘電体薄膜を形成するプロセス
が500〜800℃の高温熱処理プロセスを含むため、
強誘電体の構成元素とシリコンとが相互に拡散し、シリ
コン基板との界面での反応による異なる相の生成、強誘
電性の劣化、界面のダメージ等を引き起こすというもの
である。更に、PZTにおいては、熱膨張係数の違いに
より、クラックを発生することさえある。
It is because the process of forming the ferroelectric thin film includes a high temperature heat treatment process of 500 to 800 ° C.
The constituent elements of the ferroelectric substance and silicon diffuse into each other, causing different phases due to reaction at the interface with the silicon substrate, deterioration of the ferroelectricity, damage at the interface, and the like. Further, in PZT, cracks may even occur due to the difference in thermal expansion coefficient.

【0006】このような問題を解決するため、シリコン
基板と強誘電体薄膜との間に誘電体バッファ膜を介在さ
せたMFIS(Metal Ferroelectric Insulator Semico
nductor)−FET構造が検討されており、この構造に
適用可能な誘電体薄膜やこの構造を実現するためにシリ
コン基板上への誘電体薄膜の製造方法の確立が必要とさ
れている。
In order to solve such a problem, an MFIS (Metal Ferroelectric Insulator Semico) in which a dielectric buffer film is interposed between a silicon substrate and a ferroelectric thin film.
(nductor) -FET structure has been studied, and it is necessary to establish a dielectric thin film applicable to this structure and a method of manufacturing the dielectric thin film on a silicon substrate in order to realize this structure.

【0007】現在、このようなMFIS−FET構造の
誘電体薄膜や誘電体薄膜の製造方法として様々なものが
検討されているが、シリコン基板上に清浄な界面を保ち
ながら誘電体薄膜を形成するのに、超高真空又は高真空
中での成膜方法がよく用いられている。例えば、SrT
iO3/SrO、SrTiO3/SrF2、SrTiO3
CaF2等の2層構造の誘電体バッファ膜を、高真空蒸
着法を用いて形成したものが報告されている(第42回
応用物理学関係連合講演会30p-D-4:K.Itani,etal.等参
照)。
At present, various dielectric thin films having such an MFIS-FET structure and various methods for manufacturing the dielectric thin films are being studied, but the dielectric thin films are formed on a silicon substrate while maintaining a clean interface. However, a film forming method in an ultra-high vacuum or a high vacuum is often used. For example, SrT
iO 3 / SrO, SrTiO 3 / SrF 2 , SrTiO 3 /
It has been reported that a two-layer dielectric buffer film such as CaF 2 is formed by using a high vacuum deposition method (The 42nd Joint Lecture on Applied Physics 30p-D-4: K.Itani, et al.).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
MFIS−FET構造において、シリコン基板側にフッ
化物薄膜を用いたSrTiO3/SrF2、SrTiO3
/CaF2等の誘電体バッファ層では、シリコン基板と
の界面が比較的清浄に形成できるが、その誘電体バッフ
ァ層上に500〜800℃の高温で酸化物強誘電体薄膜
を成膜するプロセスにおいて、シリコン基板と誘電体バ
ッファ層との界面等がダメージを受ける等の問題を生じ
る。また、シリコン基板側に酸化物を用いたSrTiO
3/SrOのような誘電体バッファ層では、誘電体バッ
ファ層上への高温プロセスによる強誘電体薄膜の形成時
に、シリコンと誘電体バッファ層との界面で反応が起こ
るという問題が発生する。
However, in the above MFIS-FET structure, SrTiO 3 / SrF 2 and SrTiO 3 using a fluoride thin film on the silicon substrate side are used.
The interface with the silicon substrate can be formed relatively cleanly with a dielectric buffer layer such as / CaF 2 , but a process of forming an oxide ferroelectric thin film on the dielectric buffer layer at a high temperature of 500 to 800 ° C. In the above, there arises a problem that the interface between the silicon substrate and the dielectric buffer layer is damaged. In addition, SrTiO 3 using an oxide on the silicon substrate side
A dielectric buffer layer such as 3 / SrO has a problem that a reaction occurs at the interface between silicon and the dielectric buffer layer when the ferroelectric thin film is formed on the dielectric buffer layer by a high temperature process.

【0009】これらの問題点は、従来のMFIS−FE
T構造では、記憶素子としての特性を悪化させる様々な
要因となっていた。
These problems are caused by the conventional MFIS-FE.
In the T structure, there have been various factors that deteriorate the characteristics of the memory element.

【0010】そこで、発明者らは、MFIS−FET構
造の誘電体バッファ層として、SrTiO3/SiO2
電体バッファ層を適用することを提案した。すなわち、
上記従来のSrTiO3/SrO、SrTiO3/SrF
2、SrTiO3/CaF2等の2層構造誘電体バッファ
層では、シリコン基板との界面における問題があったの
で、シリコン基板との界面保護性に最も優れている熱酸
化シリコン(SiO2)膜をシリコン基板側に配したS
rTiO3/SiO2誘電体バッファ層に着眼したのであ
る。
Therefore, the inventors have proposed to apply the SrTiO 3 / SiO 2 dielectric buffer layer as the dielectric buffer layer of the MFIS-FET structure. That is,
The above conventional SrTiO 3 / SrO, SrTiO 3 / SrF
2. The two-layer structure dielectric buffer layer such as SrTiO 3 / CaF 2 had a problem at the interface with the silicon substrate, and thus the thermal silicon oxide (SiO 2 ) film having the best interface protection property with the silicon substrate. S on the silicon substrate side
We focused on the rTiO 3 / SiO 2 dielectric buffer layer.

【0011】SrTiO3/SiO2誘電体バッファ層
は、 高温の強誘電体薄膜成膜プロセスに耐え得る界面保護
膜となる絶縁膜 強誘電体薄膜が結晶化可能である下地誘電体薄膜 という特性が期待できる優れた誘電体バッファ層と成り
得ると考えられる。
The SrTiO 3 / SiO 2 dielectric buffer layer is an insulating film serving as an interface protective film capable of withstanding the high temperature ferroelectric thin film forming process. The ferroelectric thin film has a characteristic of being a base dielectric thin film which can be crystallized. It is considered that it can be expected to be an excellent dielectric buffer layer.

【0012】ところが、シリコン基板上にSiO2熱酸
化膜を形成し、続いて基板加熱した状態でスパッタリン
グ法によりSrTiO3薄膜を成膜することにより得ら
れるSrTiO3/SiO2誘電体バッファ層では、Sr
TiO3/SiO2薄膜中に正の固定電荷が存在し、フラ
ットバンド電圧Vfb(バンド理論においてシリコン基板
とゲート電極とのそれぞれの価電子準位を等しくする
(シリコン基板とゲート電極とのそれぞれの価電子準位
をフラットバンドにする)のに必要なシリコン基板−ゲ
ート電極間への印加電圧)が、負バイアス方向にシフト
(ネガティヴ・シフト:negarive-shift)してしまうこ
とが判明した。
However, in a SrTiO 3 / SiO 2 dielectric buffer layer obtained by forming a SiO 2 thermal oxide film on a silicon substrate and subsequently forming a SrTiO 3 thin film by a sputtering method while heating the substrate, Sr
There is a positive fixed charge in the TiO 3 / SiO 2 thin film, and the flat band voltage V fb (in the band theory, the valence levels of the silicon substrate and the gate electrode are made equal (the silicon substrate and the gate electrode are made equal to each other. It was found that the voltage applied between the silicon substrate and the gate electrode, which is necessary for making the valence level of (i.e., a flat band), shift in the negative bias direction (negative shift).

【0013】このVfbのネガティヴ・シフトは、しきい
値電圧Vth(シリコン基板−ゲート電極間の電圧印加に
よりシリコン基板の価電子準位とゲート電極の価電子準
位が逆転するときに生じる反転層が、形成し始めるとき
のシリコン基板−ゲート電極間の電圧)のずれを生じさ
せ、 (a)n型のチャネルを用いた場合には、ソース−ドレイ
ン間の漏れ電流の増加 (b)p型のチャネルを用いた場合には、動作電圧のしき
い値の増大 という問題を引き起こすため、MFIS−FET構造の
強誘電体記憶素子の実用化にとって大きな問題となる。
This negative shift of V fb occurs when the threshold voltage V th (the valence level of the silicon substrate and the valence level of the gate electrode are reversed by the voltage application between the silicon substrate and the gate electrode). The inversion layer causes a shift in the voltage between the silicon substrate and the gate electrode at the time of starting formation, and (a) increases the leakage current between the source and drain when an n-type channel is used (b) When the p-type channel is used, it causes a problem that the threshold value of the operating voltage increases, which is a serious problem for practical use of the ferroelectric memory element having the MFIS-FET structure.

【0014】このような問題点は、スパッタ法によりS
rTiO3薄膜を形成するため、スパッタガスのプラズ
マによってSiO2薄膜がダメージを受けることや、S
rTiO3薄膜中の欠陥等が物理的原因となり、SrT
iO3/SiO2薄膜中に正の固定電荷が存在してしまう
ことに起因していると考えられる。
Such a problem is caused by the S method by the sputtering method.
Since the rTiO 3 thin film is formed, the SiO 2 thin film is damaged by the plasma of the sputtering gas, and the S
Physical defects such as defects in the rTiO 3 thin film cause SrT
It is considered that this is due to the presence of positive fixed charges in the iO 3 / SiO 2 thin film.

【0015】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであって、MFIS−FET型の強誘
電体記憶素子に用いて好適な誘電体薄膜の製造方法を提
供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method for manufacturing a dielectric thin film suitable for use in an MFIS-FET type ferroelectric memory element. To aim.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、シリコン基板上に酸化シリコン薄膜を
形成する工程と、その酸化シリコン薄膜上にSrTiO
3薄膜を基板加熱した状態でスパッタリング法により形
成する工程と、そのSrTiO3薄膜形成工程の後に、
SrTiO3形成時の基板加熱の温度以上かつ800℃
以下で熱処理する工程とから成る誘電体薄膜の製造方法
としている。
In order to solve the above problems, according to the present invention, a step of forming a silicon oxide thin film on a silicon substrate and SrTiO 3 on the silicon oxide thin film.
A step of forming by sputtering 3 With thin and heating the substrate after the SrTiO 3 thin film formation process,
Above the substrate heating temperature during SrTiO 3 formation and 800 ° C
The method for producing a dielectric thin film comprises the following steps of heat treatment.

【0017】さらに、本発明では、上記の誘電体薄膜の
製造方法において、熱処理工程を酸素雰囲気中で行うこ
ととしている。
Further, in the present invention, in the above-mentioned method for manufacturing a dielectric thin film, the heat treatment step is performed in an oxygen atmosphere.

【0018】また、本発明では、上記の誘電体薄膜の製
造方法において、熱処理工程を不活性ガス雰囲気中で行
うこととしている。
Further, in the present invention, in the above-mentioned method for producing a dielectric thin film, the heat treatment step is performed in an inert gas atmosphere.

【0019】また、本発明では、上記の誘電体薄膜の成
膜方法において、熱処理工程を酸素と不活性ガスとの混
合ガス雰囲気中で行うこととしている。
Further, in the present invention, in the above-described method for forming a dielectric thin film, the heat treatment step is performed in a mixed gas atmosphere of oxygen and an inert gas.

【0020】また、本発明では、シリコン基板表面に2
つの不純物拡散層を形成する工程と、そのシリコン基板
表面の2つの不純物拡散層に挟まれたチャネル領域上に
酸化シリコン薄膜を形成する工程と、その酸化シリコン
薄膜上にSrTiO3薄膜を基板加熱した状態でスパッ
タリング法により形成する工程と、そのSrTiO3
膜形成工程の後に、前記SrTiO3形成時の基板加熱
の温度以上かつ800℃以下で熱処理する工程と、Sr
TiO3薄膜上に強誘電体薄膜を形成する工程とから成
る強誘電体記憶素子の製造方法としている。
Further, according to the present invention, 2 is formed on the surface of the silicon substrate.
Forming one impurity diffusion layer, forming a silicon oxide thin film on the channel region sandwiched between the two impurity diffusion layers on the surface of the silicon substrate, and heating the SrTiO 3 thin film on the silicon oxide thin film. In the state by a sputtering method, after the SrTiO 3 thin film forming step, a step of performing a heat treatment at a temperature of the substrate heating temperature at the time of forming the SrTiO 3 or higher and 800 ° C. or lower, and Sr
A method of manufacturing a ferroelectric memory element comprising the step of forming a ferroelectric thin film on a TiO 3 thin film.

【0021】[0021]

【作用】本発明によれば、スパッタ法によるSrTiO
3薄膜の形成後、熱処理工程を施すことにより、SiO2
薄膜のダメージが解消されると共に、SrTiO3薄膜
が結晶化膜となり、SrTiO3薄膜中の構成原子が欠
陥位置から格子位置に存在させるようにして、SrTi
3/SiO2薄膜中の正の固定電荷を解消することがで
きるものと考えられる。
According to the present invention, SrTiO 2 formed by the sputtering method
3 after formation of a thin film, by heat treatment step, SiO 2
The damage to the thin film is eliminated, the SrTiO 3 thin film becomes a crystallized film, and the constituent atoms in the SrTiO 3 thin film are made to exist from the defect position to the lattice position.
It is considered that the positive fixed charges in the O 3 / SiO 2 thin film can be eliminated.

【0022】また、本発明の熱処理工程の処理温度とし
ては、スパッタ法によるSrTiO3薄膜形成時の基板
加熱温度以上の温度で、かつ、シリコンを用いた素子の
製造プロセスとして可能な温度である800℃以下の処
理温度で、効果が得られるものである。
Further, the processing temperature of the heat treatment step of the present invention is a temperature not lower than the substrate heating temperature at the time of forming the SrTiO 3 thin film by the sputtering method, and a temperature which is possible as a manufacturing process of an element using silicon 800 The effect can be obtained at a processing temperature of ℃ or below.

【0023】また、本発明の熱処理工程は、酸素雰囲気
中、又は不活性ガス雰囲気中、又は不活性ガスと酸素と
の混合ガス雰囲気中で行うことが好ましいものである。
ここで、不活性ガスとは、He、Ne、Ar等の希ガス
のみを意味するものでなく、これの希ガスに加えてN2
等の反応性に乏しいガスを意味するものである。
The heat treatment step of the present invention is preferably performed in an oxygen atmosphere, an inert gas atmosphere, or a mixed gas atmosphere of an inert gas and oxygen.
Here, the inert gas does not mean only a rare gas such as He, Ne, and Ar, but N 2 in addition to the rare gas.
It means a gas with poor reactivity such as.

【0024】このような本発明の作用により、Vfb及び
thのシフトを抑制することが可能となる。したがっ
て、本発明の誘電体薄膜の製造方法によれば、MFIS
−FET構造強誘電体記憶素子のシリコン基板−強誘電
体薄膜間の誘電体バッファ層の特性を、大きく改善する
ことができる。ゆえに、本発明の強誘電体記憶素子の製
造方法によれば、誘電体バッファ層の特性改善により、
素子特性に優れたMFIS−FET構造強誘電体記憶素
子を実現することが可能となる。
By the operation of the present invention as described above, the shifts of V fb and V th can be suppressed. Therefore, according to the method for producing a dielectric thin film of the present invention, the MFIS
The characteristics of the dielectric buffer layer between the silicon substrate and the ferroelectric thin film of the FET structure ferroelectric memory element can be greatly improved. Therefore, according to the method for manufacturing a ferroelectric memory element of the present invention, by improving the characteristics of the dielectric buffer layer,
It is possible to realize a MFIS-FET structure ferroelectric memory element having excellent element characteristics.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図1は、本発明の誘電体薄膜の製造方法
により、作製したサンプルの要部断面図であり、シリコ
ン基板1上に、酸化シリコン膜2と、SrTiO3薄膜
3が順次形成されたものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a sample manufactured by the method for manufacturing a dielectric thin film of the present invention, in which a silicon oxide film 2 and a SrTiO 3 thin film 3 are sequentially formed on a silicon substrate 1. .

【0026】先ず、本実施例でのサンプルの作製につい
て説明する。シリコン基板1として、p型で抵抗率が8
〜12ΩcmのSi(100)基板1を用い、この表面
をドライ熱酸化することにより膜厚が30nmのシリコ
ン酸化膜(SiO2薄膜)2を形成した。そして、この
SiO2薄膜2上に、RF−マグネトロンスパッタリン
グ法により、膜厚が30nmのSrTiO3薄膜3を形
成した。このときのSrTiO3薄膜の成膜は、スパ
ッタターゲットにSrTiO3の焼結体ターゲット(純
度:4N(99.99%))を用い、成膜室内を一旦
2×10-4Paまで真空排気した後、基板加熱温度を
400℃、RFパワーを50W、スパッタガスをAr:
2=8:2の混合ガス(成膜室内のガス圧:2Pa)
として行った。
First, the preparation of the sample in this embodiment will be described. The silicon substrate 1 is p-type and has a resistivity of 8
A Si (100) substrate 1 having a thickness of -12 Ωcm was used, and the surface thereof was subjected to dry thermal oxidation to form a silicon oxide film (SiO 2 thin film) 2 having a thickness of 30 nm. Then, the SrTiO 3 thin film 3 having a film thickness of 30 nm was formed on the SiO 2 thin film 2 by the RF-magnetron sputtering method. In forming the SrTiO 3 thin film at this time, a sintered target of SrTiO 3 (purity: 4N (99.99%)) was used as a sputtering target, and the film forming chamber was once evacuated to 2 × 10 −4 Pa. After that, the substrate heating temperature is 400 ° C., the RF power is 50 W, and the sputter gas is Ar:
O 2 = mixed gas of 8: 2 (gas pressure in film forming chamber: 2 Pa)
Went as.

【0027】このようにして、Si基板上にSiO2
膜とSrTiO3薄膜とを順次形成したサンプルを、S
rTiO3薄膜の成膜に用いたスパッタ装置から取り出
し、赤外線ランプを用いた熱処理装置により、処理時間
を30分間とし、大気圧の酸素雰囲気中で熱処理を行っ
た。このときの熱処理の処理温度としては、スパッタリ
ング法によるSrTiO3薄膜の形成時の基板加熱温度
以上であり、かつ、シリコンを用いた素子製造プロセス
として可能な温度である、500℃、600℃、700
℃、800℃とした。これら、4種類の温度による熱処
理を行い、4種類のサンプルを作製した。
In this way, the sample obtained by sequentially forming the SiO 2 thin film and the SrTiO 3 thin film on the Si substrate was
It was taken out from the sputtering apparatus used for forming the rTiO 3 thin film, and heat treatment was performed in an oxygen atmosphere at atmospheric pressure for 30 minutes by a heat treatment apparatus using an infrared lamp. The processing temperature of the heat treatment at this time is 500 ° C., 600 ° C., 700, which is higher than the substrate heating temperature at the time of forming the SrTiO 3 thin film by the sputtering method and is a temperature that is possible in the element manufacturing process using silicon.
℃ and 800 ℃. Heat treatment was performed at these four types of temperatures to produce four types of samples.

【0028】これら熱処理温度が異なる4種類のサンプ
ルについて、C−V特性の測定からVfbの負バイアス方
向へのシフト(ネガティヴ・シフト)を求めた結果を図
2に示す。このときの測定条件は、上部電極としてHg
(水銀)−プローブ(面積≒0.5mmφ)を用い、上
部電極−Si基板裏面間に、振幅15mVrmsで92
0kHzの正弦波にDCバイアスを−10〜+10Vま
で印加し(バイアスの掃引速度ΔV=500mV/se
c.)、測定を行ったものである。
FIG. 2 shows the results of obtaining the shift (negative shift) of V fb in the negative bias direction from the measurement of the CV characteristics for these four types of samples having different heat treatment temperatures. The measurement conditions at this time were Hg as the upper electrode.
(Mercury) -Probe (area ≈ 0.5 mmφ) was used, and the amplitude was 15 mVrms between the upper electrode and the back surface of the Si substrate.
DC bias was applied to a sine wave of 0 kHz up to −10 to +10 V (bias sweep rate ΔV = 500 mV / se.
c. ), Was measured.

【0029】図2の縦軸はVfbのネガティヴ・シフト
(V)を示している。この図2によれば、本実施例の熱
処理工程を施す前のもの(as-depo)でのVfbのネガテ
ィヴ・シフトが−5.4Vであったが、熱処理温度50
0℃のサンプルでは−1.4V、熱処理温度600℃の
サンプルでは−1.8V、熱処理温度700℃のサンプ
ルでは−1.7V、熱処理温度500℃のサンプルでは
−1.5Vと、いずれのサンプルにおいても、Vfbのネ
ガティヴ・シフトが大きく減少して改善できていること
がわかる。
The vertical axis of FIG. 2 shows the negative shift (V) of V fb . According to FIG. 2, the negative shift of V fb before the heat treatment step of this example (as-depo) was −5.4 V, but the heat treatment temperature 50
-1.4V for a sample at 0 ° C, -1.8V for a sample at a heat treatment temperature of 600 ° C, -1.7V for a sample at a heat treatment temperature of 700 ° C, and -1.5V for a sample at a heat treatment temperature of 500 ° C. It can be seen that the negative shift of V fb is greatly reduced and can be improved.

【0030】次に、上記実施例で作製した熱処理温度が
異なる4種類のサンプルについて、X線回折による観察
結果について説明する。本実施例の熱処理工程を施す前
のもの(as-depo)のX線回折を観察すると、回折ピー
クを示さないアモルファス薄膜であったが、熱処理工程
を施したサンプルでは、SrTiO3薄膜の(11
0)、(200)の回折ピークを示し、SrTiO3
膜が結晶化していることがわかった。このときの、本実
施例の熱処理温度が異なる4種類のサンプルでの、Sr
TiO3薄膜の(110)、(200)のX線回折ピー
ク強度の観察結果を図3に示す。
Next, the observation results by X-ray diffraction of four types of samples prepared in the above-mentioned examples and having different heat treatment temperatures will be described. When X-ray diffraction of the as-depo sample before the heat treatment step of this example was observed, it was an amorphous thin film showing no diffraction peak, but in the sample subjected to the heat treatment step, the SrTiO 3 thin film (11
The diffraction peaks of (0) and (200) were shown, and it was found that the SrTiO 3 thin film was crystallized. At this time, Sr in four types of samples with different heat treatment temperatures of this example
The observation results of the X-ray diffraction peak intensities of (110) and (200) of the TiO 3 thin film are shown in FIG.

【0031】図3の縦軸は回折ピーク強度(CPS)を
示しており、この図3を見ると、熱処理工程を施す前の
もの(アニールなし)では回折ピークを示していない
が、熱処理工程により結晶化され、(110)の回折ピ
ーク強度は700℃と800℃の熱処理温度のサンプル
が最も大きくなっており、(200)の回折ピーク強度
は800℃の熱処理温度のサンプルが最も大きくなって
いる。このことから、本実施例の熱処理工程によれば、
熱処理温度が500℃、600℃、700℃、及び80
0℃のいずれのサンプルにおいても、SrTiO3薄膜
を結晶化でき、殊に熱処理温度800℃のサンプルが最
も結晶化を促進できていることがわかる。
The vertical axis of FIG. 3 shows the diffraction peak intensity (CPS). Looking at this FIG. 3, there is no diffraction peak before the heat treatment step (without annealing), but due to the heat treatment step. Crystallized, the (110) diffraction peak intensity is highest in the samples at the heat treatment temperatures of 700 ° C. and 800 ° C., and the (200) diffraction peak intensity is the highest in the sample at the heat treatment temperature of 800 ° C. . From this, according to the heat treatment step of the present embodiment,
Heat treatment temperatures of 500 ° C, 600 ° C, 700 ° C, and 80
It can be seen that the SrTiO 3 thin film can be crystallized in any of the samples at 0 ° C., and particularly the sample at the heat treatment temperature of 800 ° C. can promote the crystallization most.

【0032】また、本実施例のサンプルの誘電率を測定
すると、スパッタリング法によるSrTiO3薄膜形成
工程後の熱処理工程を施す前のアモルファスSrTiO
3薄膜が20〜30であったのに対して、熱処理工程を
施したサンプルでは、70〜75に上昇した。このこと
から、MFIS−FET構造においては、誘電体バッフ
ァ層の誘電率が大きい方が、強誘電体薄膜に電圧が印加
され易くなので、この構造に用いるのに良好な特性を示
していることがわかった。
Further, when the dielectric constant of the sample of this example was measured, amorphous SrTiO 3 before the heat treatment step after the SrTiO 3 thin film forming step by the sputtering method was performed.
3 The thin film had a thickness of 20 to 30, while the sample subjected to the heat treatment step had a rise to 70 to 75. From this, in the MFIS-FET structure, the larger the dielectric constant of the dielectric buffer layer is, the easier the voltage is applied to the ferroelectric thin film, and therefore the better characteristics are shown for use in this structure. all right.

【0033】また、本実施例で作製したサンプルのSr
TiO3薄膜表面は、緻密で平坦なものであったので、
実際の素子作製時に、微細加工が可能な良好なものであ
ることが確認できた。
Further, the Sr of the sample produced in this embodiment is
Since the surface of the TiO 3 thin film was dense and flat,
It was confirmed that it was a good one that could be finely processed at the time of actual device fabrication.

【0034】次いで、第2の実施例として、上記第1の
実施例の熱処理工程の条件のうち、ガス雰囲気のみをO
2雰囲気に代えて不活性ガスであるN2雰囲気にしたもの
について説明する。
Next, as a second embodiment, of the conditions of the heat treatment process of the first embodiment, only the gas atmosphere is O 2
An N 2 atmosphere that is an inert gas instead of the 2 atmosphere will be described.

【0035】第2の実施例では、SrTiO3薄膜形成
後の熱処理工程をN2雰囲気中で行い、その他のサンプ
ル作製条件を第1の実施例と同じにしてサンプルを作製
した。そして、ここで作製したサンプルについても、第
1の実施例と同様に、C−V特性の測定によるVfbのネ
ガティヴ・シフトの評価及びX線回折の観察を行ったと
ころ、第1と同様の結果が得られた。このうち、SrT
iO3薄膜形成後の熱処理工程の処理温度を800℃と
したサンプルについて、C−V特性の測定によるVfb
ネガティヴ・シフトの評価及びX線回折の観察の結果
を、それぞれ図4及び図5に示す。なお、図4及び図5
において、比較のために、第1の実施例の熱処理温度が
800℃のサンプルのデータも示されている。
In the second embodiment, the heat treatment process after forming the SrTiO 3 thin film was performed in an N 2 atmosphere, and the other sample preparation conditions were the same as those in the first embodiment to prepare a sample. Then, with respect to the sample manufactured here, the negative shift of V fb by the measurement of the CV characteristics and the observation of X-ray diffraction were performed in the same manner as in the first example, and the same as in the first example. Results were obtained. Of these, SrT
4 and 5 show the results of the evaluation of the negative shift of V fb by the measurement of the CV characteristics and the observation of the X-ray diffraction for the sample in which the treatment temperature in the heat treatment step after forming the iO 3 thin film was 800 ° C., respectively. Shown in. 4 and 5
For comparison, the data of the sample having the heat treatment temperature of the first example of 800 ° C. is also shown in FIG.

【0036】図4から、N2雰囲気中で熱処理工程を施
したサンプルではVfbのネガティヴ・シフトが−0.6
Vとなり、第1の実施例のO2雰囲気中で熱処理工程を
施したものと比較すると、更に0.9VもVfbのネガテ
ィヴ・シフトが低減され、Vfbのネガティヴ・シフトを
著しく改善できた結果となった。また、図5から、第1
の実施例のものより回折ピーク強度は小さいものの、第
2の実施例においても、SrTiO3薄膜の結晶化がで
きていることがわかる。
From FIG. 4, the negative shift of V fb is -0.6 in the sample subjected to the heat treatment in the N 2 atmosphere.
V, which was 0.9 V, and the negative shift of V fb was further reduced by 0.9 V as compared with the heat treatment step in the O 2 atmosphere of the first embodiment, and the negative shift of V fb was remarkably improved. It became a result. Also, from FIG.
Although the diffraction peak intensity is smaller than that of the second embodiment, it can be seen that the SrTiO 3 thin film can be crystallized also in the second embodiment.

【0037】また、第2の実施例のサンプルの誘電率を
測定すると、第1の実施例と同様に、熱処理工程による
誘電率の上昇が観察された。そして、第2の実施例で作
製したサンプルのSrTiO3薄膜表面も、第1の実施
例のものと同様、緻密で平坦なものであった。
When the dielectric constant of the sample of the second embodiment was measured, an increase in the dielectric constant due to the heat treatment step was observed as in the first embodiment. The surface of the SrTiO 3 thin film of the sample manufactured in the second embodiment was also dense and flat, as in the case of the first embodiment.

【0038】次いで、第3の実施例として、上記第1の
実施例の熱処理工程の条件のうち、ガス雰囲気のみを、
2雰囲気に代えて不活性ガスのN2とO2との混合ガス
雰囲気にしたものについて説明する。第3の実施例で
は、SrTiO3薄膜形成後の熱処理工程をO2とN2
の混合ガス雰囲気中で行い、その他のサンプル作製条件
を第1の実施例と同じにしてサンプルを作製した。ただ
し、ここで、混合ガスのO2とN2との混合比は、O2
2=8:2、5:5、2:8の3種類について検討行
った。すると、いずれの混合比の場合でも、第1及び第
2の実施例と同様に、C−V特性の測定によるVfbのネ
ガティヴ・シフトの評価及びX線回折の観察を行ったと
ころ、Vfbのネガティヴ・シフトの低減とSrTiO3
薄膜の結晶化が、上記第1及び第2の実施例と同様に確
認された。
Next, as a third embodiment, of the conditions of the heat treatment step of the first embodiment, only the gas atmosphere is
A description will be given of the case of using a mixed gas atmosphere of an inert gas N 2 and O 2 instead of the O 2 atmosphere. In the third example, the heat treatment process after forming the SrTiO 3 thin film was performed in a mixed gas atmosphere of O 2 and N 2, and other sample production conditions were the same as those in the first example to produce a sample. However, here, the mixing ratio of O 2 and N 2 in the mixed gas is O 2 :
Three types of N 2 = 8: 2, 5: 5, 2: 8 were examined. Then, at any mixing ratio, as in the first and second embodiments, when the negative shift of V fb was evaluated by the measurement of the CV characteristics and the X-ray diffraction was observed, V fb was obtained. Negative shift of SrTiO 3
Crystallization of the thin film was confirmed as in the first and second examples.

【0039】また、第3の実施例のサンプルの誘電率を
測定すると、第1及び第2の実施例と同様に、熱処理工
程による誘電率の上昇が観察された。そして、第3の実
施例で作製したサンプルのSrTiO3薄膜表面も、第
1及び第2の実施例のものと同様、緻密で平坦なもので
あった。
When the dielectric constant of the sample of the third embodiment was measured, an increase in the dielectric constant due to the heat treatment step was observed, as in the first and second embodiments. The surface of the SrTiO 3 thin film of the sample manufactured in the third embodiment was also dense and flat, as in the first and second embodiments.

【0040】なお、上記第2及び第3の本実施例では、
不活性ガスとしてN2を用いたが、これ以外に、Ar、
He等も用いることができる。しかし、実際の素子製造
に用いる場合には、生産コストを考慮すると、N2、A
rが好ましい。
In the second and third embodiments,
N 2 was used as the inert gas, but in addition to this, Ar,
He or the like can also be used. However, when it is used for actual device production, considering the production cost, N 2 , A
r is preferred.

【0041】なお、上記第1〜3の実施例において、ス
パッタリング法によるSrTiO3薄膜形成工程後の熱
処理工程を、処理時間30分で行ったが、1分以上で本
発明の効果を得られることが確認できており、これらの
実施例の処理時間に限定されるものではない。
In the first to third embodiments, the heat treatment step after the SrTiO 3 thin film forming step by the sputtering method was performed for 30 minutes, but the effect of the present invention can be obtained in 1 minute or more. Can be confirmed, and the processing time of these examples is not limited.

【0042】なお、上記第1〜3の実施例において、S
i基板としてp型を用いたが、n型でもよい。また、シ
リコン酸化膜の膜厚を30nm、SrTiO3薄膜の膜
厚を30nmとしたが、これらに限定されるものではな
いが、シリコン酸化膜の膜厚が5〜50nm、SrTi
3薄膜の膜厚が10〜150nmであることが望まし
い。
In the above first to third embodiments, S
Although the p-type is used as the i-substrate, it may be n-type. Although the thickness of the silicon oxide film is 30 nm and the thickness of the SrTiO 3 thin film is 30 nm, the thickness of the silicon oxide film is 5 to 50 nm, and the thickness of the SrTi 3 thin film is not limited to these.
The thickness of the O 3 thin film is preferably 10 to 150 nm.

【0043】次いで、上記の実施例と同条件で作製した
SrTiO3薄膜上に、強誘電体薄膜を形成してMFI
S−FET構造の強誘電体記憶素子を作製した第4の実
施例について、図6を用いて説明する。
Then, a ferroelectric thin film is formed on the SrTiO 3 thin film produced under the same conditions as in the above-mentioned embodiment to form MFI.
A fourth embodiment in which a ferroelectric memory element having an S-FET structure is manufactured will be described with reference to FIG.

【0044】図6は、第4の実施例で作製した強誘電体
記憶素子の基本構成を示す要部断面図であり、p型Si
(100)基板11の表面に、2つの不純物拡散層1
4、15に挟まれたチャネル領域上に、SiO2薄膜1
2が配置され、そのSiO2薄膜12上に、SrTiO3
膜13が配置され、更に、そのSrTiO3薄膜13上
に強誘電体薄膜16及びゲート電極17が順次配置され
た構造となっている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the essential part showing the basic structure of the ferroelectric memory element manufactured in the fourth embodiment.
Two impurity diffusion layers 1 are formed on the surface of the (100) substrate 11.
A SiO 2 thin film 1 is formed on the channel region sandwiched between 4 and 15.
2 is arranged, and SrTiO 3 is deposited on the SiO 2 thin film 12.
The film 13 is arranged, and the ferroelectric thin film 16 and the gate electrode 17 are sequentially arranged on the SrTiO 3 thin film 13.

【0045】本実施例での素子の作製は、あらかじめS
i基板11表面上に、イオン注入法により、ソース領域
及びドレイン領域となるn+不純物拡散層14、15を
形成した後、上記第1〜3の実施例と同様にして、Si
基板11上に、ドライ熱酸化によりSiO2薄膜12
(膜厚30nm)を、RFスパッタリング法によりSr
TiO3薄膜13(膜厚30nm)を順次形成した。そ
して、上記第1〜3の実施例と同様の熱処理工程を施し
た。
In the fabrication of the element in this embodiment, S
After the n + impurity diffusion layers 14 and 15 to be the source region and the drain region are formed on the surface of the i substrate 11 by the ion implantation method, Si is formed in the same manner as in the first to third embodiments.
A SiO 2 thin film 12 is formed on the substrate 11 by dry thermal oxidation.
(Film thickness of 30 nm) was formed into Sr by RF sputtering method.
A TiO 3 thin film 13 (thickness 30 nm) was sequentially formed. Then, the same heat treatment process as in the first to third embodiments was performed.

【0046】それから、本実施例では、強誘電体薄膜1
6として、Bi系層状構造強誘電体材料の一つであるS
rBi2Ta29からなる薄膜を、ゾルーゲル法を用い
て成膜した。このゾルーゲル法による成膜時の熱処理の
条件としては、熱処理温度が700〜800℃で、処理
時間が10分〜60分間という条件が好ましく、本実施
例では、熱処理温度800℃で30分間成膜を行い、膜
厚が200nmのSrBi2Ta29薄膜を形成した。
そして、スパッタリング法により、ゲート電極17とし
てPt電極を形成した。その後、レジストによりマスク
を行いエッチング技術を用いて、SiO2薄膜12、S
rTiO3薄膜13、強誘電体薄膜(SrBi2Ta29
薄膜)16、及びゲート電極(Pt電極)17のチャネ
ル部分以外を取り除き、図5に示したようなMFSFE
T構造の強誘電体記憶素子の作製を完了した。
Then, in this embodiment, the ferroelectric thin film 1 is used.
6, S which is one of the Bi-based layered structure ferroelectric materials
A thin film of rBi 2 Ta 2 O 9 was formed by using the sol-gel method. The conditions for heat treatment during film formation by the sol-gel method are preferably a heat treatment temperature of 700 to 800 ° C. and a treatment time of 10 minutes to 60 minutes. In this example, the heat treatment temperature is 800 ° C. for 30 minutes. Then, a SrBi 2 Ta 2 O 9 thin film having a film thickness of 200 nm was formed.
Then, a Pt electrode was formed as the gate electrode 17 by the sputtering method. After that, a mask is made with a resist and an SiO 2 thin film 12, S
rTiO 3 thin film 13, ferroelectric thin film (SrBi 2 Ta 2 O 9
The thin film) 16 and the gate electrode (Pt electrode) 17 except for the channel portion are removed, and MFSFE as shown in FIG.
The fabrication of the T structure ferroelectric memory element was completed.

【0047】このようにして作製した本実施例の強誘電
体記憶素子において、スパッタリング法によるSrTi
3薄膜形成後の熱処理工程を、N2雰囲気中で、熱処理
温度800℃、処理時間30分間行ったものについて、
高周波C−V特性を測定を行った。このときの高周波C
−V特性の測定条件は、ゲート電極面積が2×10-3
2で、周波数1MHz、ゲート電圧の掃引は−10V
から+10V及び−10Vから+10Vとした。
In the ferroelectric memory element of the present example produced in this way, SrTi formed by the sputtering method was used.
The heat treatment process after the O 3 thin film formation was performed in a N 2 atmosphere at a heat treatment temperature of 800 ° C. for a treatment time of 30 minutes.
The high frequency C-V characteristic was measured. High frequency C at this time
The measurement condition of the −V characteristic is that the gate electrode area is 2 × 10 −3 c
m 2, and the frequency 1MHz, the sweep of the gate voltage is -10V
To + 10V and -10V to + 10V.

【0048】図7はその高周波C−V特性の測定結果を
示したものであり、横軸はゲート電極とシリコン基板と
の間に印加したゲート電圧(V)であり、縦軸はゲート
電極−シリコン基板間の静電容量(pF)である。この
図7によれば、本実施例の強誘電体記憶素子は、メモリ
ウインドウが約3Vの良好なヒステリシス曲線を描いて
た。また、Vfbのネガティヴ・シフトの抑制による漏れ
電流の低減や動作電圧の低減など、本発明を強誘電体記
憶素子に適用すれば、記憶素子として良好な特性が得ら
れることが確認できた。
FIG. 7 shows the measurement results of the high frequency C-V characteristics, where the horizontal axis is the gate voltage (V) applied between the gate electrode and the silicon substrate, and the vertical axis is the gate electrode-. It is the capacitance (pF) between silicon substrates. According to FIG. 7, the ferroelectric memory element of this example has a good hysteresis curve with a memory window of about 3V. Further, it has been confirmed that when the present invention is applied to a ferroelectric memory element, such as a reduction in leakage current and a reduction in operating voltage by suppressing the negative shift of V fb , good characteristics as a memory element can be obtained.

【0049】なお、強誘電体薄膜材料や電極材料は、上
記実施例に限定されるものではなく、例えば、強誘電体
材料として、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やBi系
層状構造強誘電体等の強誘電体材料を用いることができ
る。ここで、Bi系層状構造強誘電体とは、上記SrB
2Ta29の他、代表的なものにBi4Ti312があ
るが、これ以外には、SrBi2Nb29、BaBi2
29、BaBi2Ta29、Pb2Bi2Nb29、P
bBi2Ta29、SrBi4Ti415、BaBi4Ti
415、PbBi4Ti415、Na0.5Bi4.5Ti
415、K0.5Bi4.5Ti415、Sr2Bi4Ti
518、Ba2Bi4Ti518、Pb2Bi4Ti518
がある。これらのBi系層状構造強誘電体材料は、誘電
率がおおよそ200以下程度であり、PZTよりも小さ
な誘電率を示す。このような小さい誘電率の強誘電体薄
膜をMFIS−FET構造に用いれば、ゲート電極に電
圧を印加する際に、強誘電体薄膜に電圧が加われ易くな
るので、より低電圧駆動が可能となる。また、強誘電体
薄膜の成膜方法についても、ゾル−ゲル法のほかに、ス
パッタリング法、MOCVD法、などを用いることがで
き、上記実施例に限定されるものではない。
The ferroelectric thin film material and the electrode material are not limited to those in the above embodiments. For example, as the ferroelectric material, PZT (lead zirconate titanate) or Bi type layered structure ferroelectric material is used. Ferroelectric materials such as Here, the Bi-based layered structure ferroelectric substance means the above-mentioned SrB.
In addition to i 2 Ta 2 O 9 , typical ones include Bi 4 Ti 3 0 12 but other than this, SrBi 2 Nb 2 O 9 and BaBi 2 N are also available.
b 2 O 9 , BaBi 2 Ta 2 O 9 , Pb 2 Bi 2 Nb 2 O 9 , P
bBi 2 Ta 2 O 9 , SrBi 4 Ti 4 O 15 , BaBi 4 Ti
4 O 15 , PbBi 4 Ti 4 O 15 , Na 0.5 Bi 4.5 Ti
4 O 15 , K 0.5 Bi 4.5 Ti 4 O 15 , Sr 2 Bi 4 Ti
5 O 18 , Ba 2 Bi 4 Ti 5 O 18 , Pb 2 Bi 4 Ti 5 O 18 and the like. These Bi-based layered structure ferroelectric materials have a dielectric constant of about 200 or less, which is smaller than that of PZT. When a ferroelectric thin film having such a small dielectric constant is used in the MFIS-FET structure, a voltage is easily applied to the ferroelectric thin film when a voltage is applied to the gate electrode, so that lower voltage driving becomes possible. . Further, as the method for forming the ferroelectric thin film, besides the sol-gel method, a sputtering method, a MOCVD method, or the like can be used, and the method is not limited to the above embodiment.

【0050】なお、第4の実施例についても、上記第1
〜3の実施例と同様に、Si基板の種類、シリコン酸化
膜の膜厚、SrTiO3薄膜の膜厚等は、この実施例に
限定されるものではない。
The first embodiment is also applied to the fourth embodiment.
As in the third to third embodiments, the type of Si substrate, the thickness of the silicon oxide film, the thickness of the SrTiO 3 thin film, etc. are not limited to those in this embodiment.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上のように、本発明の誘電体薄膜の製
造方法によれば、SiO2薄膜のダメージを解消すると
共に、SrTiO3薄膜を結晶化させることができるの
で、SrTiO3/SiO2薄膜中に存在した固定電荷を
消失させることができ、フラットバンド電圧Vfb及びし
きい値電圧Vthのシフトを良く制することが可能とな
る。さらに、SrTiO3薄膜を結晶化させることがで
き、誘電率を高くすることができるので、強誘電体記憶
素子に適用した場合、誘電体薄膜に電圧を印加され易く
することができる。
As described above, according to the method for producing a dielectric thin film of the present invention, damage to the SiO 2 thin film can be eliminated and the SrTiO 3 thin film can be crystallized. Therefore, SrTiO 3 / SiO 2 The fixed charges existing in the thin film can be eliminated, and the shifts of the flat band voltage V fb and the threshold voltage V th can be well suppressed. Furthermore, since the SrTiO 3 thin film can be crystallized and the dielectric constant can be increased, it is possible to easily apply a voltage to the dielectric thin film when applied to a ferroelectric memory element.

【0052】また、本発明の強誘電体記憶素子の製造方
法によれば、素子特性に優れ、更に低電圧駆動が可能
で、漏れ電流が低減できるので、低消費電力の強誘電体
記憶素子を実現することができる、。
Further, according to the method of manufacturing a ferroelectric memory element of the present invention, the element characteristics are excellent, the low voltage driving is possible, and the leakage current can be reduced. Can be realized ,.

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

【図1】本発明の一実施例の誘電体薄膜の製造方法によ
り作製したサンプルの要部断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts of a sample manufactured by a method for manufacturing a dielectric thin film according to an embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例で作製したサンプルのC−V特性
の測定からVfbのネガティヴ・シフトを求めた結果を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the results of obtaining the negative shift of V fb from the measurement of the CV characteristics of the sample manufactured in the first example.

【図3】第1の実施例で作製したサンプルのSrTiO
3薄膜のX線回折ピーク強度の観察結果を示す図であ
る。
FIG. 3 is a sample SrTiO 3 produced in the first embodiment.
It is a figure which shows the observation result of the X-ray-diffraction peak intensity of 3 thin films.

【図4】第2の実施例で作製したサンプルのC−V特性
の測定からVfbのネガティヴ・シフトを求めた結果を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the results of obtaining the negative shift of V fb from the measurement of the CV characteristics of the sample manufactured in the second example.

【図5】第2の実施例で作製したサンプルのSrTiO
3薄膜のX線回折ピーク強度の観察結果を示す図であ
る。
FIG. 5 is a sample SrTiO 3 produced in the second embodiment.
It is a figure which shows the observation result of the X-ray-diffraction peak intensity of 3 thin films.

【図6】第4の実施例で作製したMSIF−FET構造
の強誘電体記憶素子の要部断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part of a ferroelectric memory element having an MSIF-FET structure manufactured in a fourth example.

【図7】第4の実施例で作製したMSIF−FET構造
の強誘電体記憶素子の高周波C−V特性の測定結果を示
した図である。
FIG. 7 is a diagram showing measurement results of high frequency CV characteristics of a ferroelectric memory element having an MSIF-FET structure manufactured in a fourth example.

【図8】従来のMSF−FET構造の強誘電体記憶素子
の要部断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a conventional ferroelectric memory element having an MSF-FET structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 シリコン基板 2,12 SiO2薄膜 3,13 SrTiO3薄膜 14,15 不純物拡散層 16 強誘電体薄膜 17 ゲート電極1, 11 Silicon substrate 2, 12 SiO 2 thin film 3, 13 SrTiO 3 thin film 14, 15 Impurity diffusion layer 16 Ferroelectric thin film 17 Gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/43 H01L 29/62 G 21/8247 29/78 371 29/788 29/792 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/43 H01L 29/62 G 21/8247 29/78 371 29/788 29/792

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板上に酸化シリコン薄膜を形
成する工程と、 該酸化シリコン薄膜上にSrTiO3薄膜を基板加熱し
た状態でスパッタリング法により形成する工程と、 該SrTiO3薄膜形成工程の後に、前記SrTiO3
成時の基板加熱の温度以上かつ800℃以下で熱処理す
る工程とから成る誘電体薄膜の製造方法。
1. A step of forming a silicon oxide thin film on a silicon substrate, a step of forming a SrTiO 3 thin film on the silicon oxide thin film by a sputtering method with the substrate being heated, and after the SrTiO 3 thin film forming step, A method of manufacturing a dielectric thin film, which comprises a step of performing a heat treatment at a temperature not lower than a substrate heating temperature and not higher than 800 ° C. at the time of forming SrTiO 3 .
【請求項2】 前記熱処理工程を酸素雰囲気中で行うこ
とを特徴とする請求項1に記載の誘電体薄膜の製造方
法。
2. The method for producing a dielectric thin film according to claim 1, wherein the heat treatment step is performed in an oxygen atmosphere.
【請求項3】 前記熱処理工程を不活性ガス雰囲気中で
行うことを特徴とする請求項1に記載の誘電体薄膜の製
造方法。
3. The method for producing a dielectric thin film according to claim 1, wherein the heat treatment step is performed in an inert gas atmosphere.
【請求項4】 前記熱処理工程を酸素と不活性ガスとの
混合ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項1に記
載の誘電体薄膜の製造方法。
4. The method for producing a dielectric thin film according to claim 1, wherein the heat treatment step is performed in a mixed gas atmosphere of oxygen and an inert gas.
【請求項5】 シリコン基板表面に2つの不純物拡散層
を形成する工程と、 該シリコン基板表面の2つの不純物拡散層に挟まれたチ
ャネル領域上に酸化シリコン薄膜を形成する工程と、 該酸化シリコン薄膜上にSrTiO3薄膜を基板加熱し
た状態でスパッタリング法により形成する工程と、 該SrTiO3薄膜形成工程の後に、前記SrTiO3
成時の基板加熱の温度以上かつ800℃以下で熱処理す
る工程と、 前記SrTiO3薄膜上に強誘電体薄膜を形成する工程
とから成る強誘電体記憶素子の製造方法。
5. A step of forming two impurity diffusion layers on the surface of a silicon substrate, a step of forming a silicon oxide thin film on a channel region sandwiched between the two impurity diffusion layers of the surface of the silicon substrate, and the silicon oxide. A step of forming a SrTiO 3 thin film on the thin film by a sputtering method in a state where the substrate is heated, and a step of performing a heat treatment after the SrTiO 3 thin film forming step at a temperature of the substrate heating temperature at the time of forming the SrTiO 3 or more and 800 ° C. or less, And a step of forming a ferroelectric thin film on the SrTiO 3 thin film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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