JPH087649A - 複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法Info
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B5/00—Single-crystal growth from gels
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 複合金属酸化物誘電体材料の成分元素から成
るゾル状態の前駆体溶液合成し(ステップ1)、これを
スピンコーティングにより薄膜化し(ステップ2)、こ
のゾル状態の薄膜を乾燥して乾燥ゲルの薄膜とし(ステ
ップ3)、その後、ゲル状態の薄膜中の有機物を熱分解
して除去すると同時にゲル状態の薄膜を結晶化させる熱
処理を施す(ステップ4)。 【効果】 ゾルゲル法により、600℃以下という低い
成膜温度で、単一配向の高い比誘電率を有する複合金属
酸化物誘電体薄膜を製造することが可能となる。
るゾル状態の前駆体溶液合成し(ステップ1)、これを
スピンコーティングにより薄膜化し(ステップ2)、こ
のゾル状態の薄膜を乾燥して乾燥ゲルの薄膜とし(ステ
ップ3)、その後、ゲル状態の薄膜中の有機物を熱分解
して除去すると同時にゲル状態の薄膜を結晶化させる熱
処理を施す(ステップ4)。 【効果】 ゾルゲル法により、600℃以下という低い
成膜温度で、単一配向の高い比誘電率を有する複合金属
酸化物誘電体薄膜を製造することが可能となる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、記憶素子、焦電素子、
圧電素子、電気光学素子等に用いられる複合金属酸化物
誘電体薄膜の製造方法に関するものである。
圧電素子、電気光学素子等に用いられる複合金属酸化物
誘電体薄膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、複合金属酸化物誘電体は、そ
の電気特性を利用して、エレクトロニクス分野において
様々な応用が検討されている。例えば、焦電性を利用し
た赤外線リニアアレイセンサ、圧電性を利用した超音波
センサ、電気光学効果を利用した導波路型光変調素器、
高誘電性を利用したDRAMやMMIC(Microwave Mo
nolithic IC)用キャパシタ等、様々な方面で用いら
れている。
の電気特性を利用して、エレクトロニクス分野において
様々な応用が検討されている。例えば、焦電性を利用し
た赤外線リニアアレイセンサ、圧電性を利用した超音波
センサ、電気光学効果を利用した導波路型光変調素器、
高誘電性を利用したDRAMやMMIC(Microwave Mo
nolithic IC)用キャパシタ等、様々な方面で用いら
れている。
【0003】特に、GaAsMMICのような大容量コ
ンデンサを内蔵するICでは、高い誘電率を有する材料
を用いることによりキャパシタ面積の縮小化が図られて
いる。
ンデンサを内蔵するICでは、高い誘電率を有する材料
を用いることによりキャパシタ面積の縮小化が図られて
いる。
【0004】このような高い誘電率を有する薄膜材料と
しては、SrTiO3(チタン酸ストロンチウム)、B
ST(チタン酸バリウムストロンチウム)、PLZT
(チタン酸ジルン酸ランタン鉛)等の複合金属酸化物誘
電体が挙げられており、現在最も有望な材料としてBS
T系材料が精力的に研究されている。そして、実用化に
あたっては、温度特性の改善と共に、様々な半導体素子
の作製プロセスに適合させるために、製造工程における
複合金属酸化物誘電体薄膜の低温成膜化が望まれてい
る。
しては、SrTiO3(チタン酸ストロンチウム)、B
ST(チタン酸バリウムストロンチウム)、PLZT
(チタン酸ジルン酸ランタン鉛)等の複合金属酸化物誘
電体が挙げられており、現在最も有望な材料としてBS
T系材料が精力的に研究されている。そして、実用化に
あたっては、温度特性の改善と共に、様々な半導体素子
の作製プロセスに適合させるために、製造工程における
複合金属酸化物誘電体薄膜の低温成膜化が望まれてい
る。
【0005】複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法に
は、真空蒸着法、スパッタリング法、レーザアブレーシ
ョン法等の物理的方法や、有機金属化合物を出発原料と
し、これらの原料を熱分解して複合金属酸化物誘電体薄
膜を得るゾルゲル法、CVD(Chemical Vapor Deposit
ion)法等の化学的方法が用いられている。
は、真空蒸着法、スパッタリング法、レーザアブレーシ
ョン法等の物理的方法や、有機金属化合物を出発原料と
し、これらの原料を熱分解して複合金属酸化物誘電体薄
膜を得るゾルゲル法、CVD(Chemical Vapor Deposit
ion)法等の化学的方法が用いられている。
【0006】上記の複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方
法の中でも、ゾルゲル法は、原子レベルの均質な混合が
可能であることや、工業的に低コストである等の利点か
ら広く利用されている。
法の中でも、ゾルゲル法は、原子レベルの均質な混合が
可能であることや、工業的に低コストである等の利点か
ら広く利用されている。
【0007】ここで、ゾルゲル法について、BST薄膜
を作製するための従来の製造方法について説明する。ま
ず、バリウム、ストロンチウム、及びチタンそれぞれの
アルコキシド等の有機金属化合物を、エタノール、プロ
パノール、ブタノール、メトキシエタノール、酢酸等の
適当な溶媒中で混合調整する。そして、その後、下記の
ような工程で、BST複合金属酸化物誘電体薄膜が作製
される。
を作製するための従来の製造方法について説明する。ま
ず、バリウム、ストロンチウム、及びチタンそれぞれの
アルコキシド等の有機金属化合物を、エタノール、プロ
パノール、ブタノール、メトキシエタノール、酢酸等の
適当な溶媒中で混合調整する。そして、その後、下記の
ような工程で、BST複合金属酸化物誘電体薄膜が作製
される。
【0008】(1)下記の化1の構造に示すような2次
元鎖状構造を有する複合アルコキシドのゾルから成る前
駆体溶液を作製するために、窒素等の不活性ガス雰囲気
中にて加熱・撹拌する工程。
元鎖状構造を有する複合アルコキシドのゾルから成る前
駆体溶液を作製するために、窒素等の不活性ガス雰囲気
中にて加熱・撹拌する工程。
【0009】
【化1】
【0010】(2)このゾル(前駆体溶液)をスピンコ
ート法やディップコート法等で、基板上に塗布成膜する
工程。なお、この工程において、2次元鎖状構造のゾル
は、空気中の水分により加水分解され、その後に引き続
いて起こる縮重合反応によって、下記の化2に示すよう
な3次元網目構造のゲルとなる。
ート法やディップコート法等で、基板上に塗布成膜する
工程。なお、この工程において、2次元鎖状構造のゾル
は、空気中の水分により加水分解され、その後に引き続
いて起こる縮重合反応によって、下記の化2に示すよう
な3次元網目構造のゲルとなる。
【0011】
【化2】
【0012】(3)(2)の工程において反応生成した
アルコールや網目構造に取り込まれなかった残留水分
を、膜中より離脱させるために、得られた膜状のゲルを
加熱・撹拌する工程。
アルコールや網目構造に取り込まれなかった残留水分
を、膜中より離脱させるために、得られた膜状のゲルを
加熱・撹拌する工程。
【0013】(4)ゲル状態から膜中の有機物成分を熱
分解除去して、アモルファス状態の膜を形成するため
に、350℃〜450℃の温度域で加熱処理する工程。
分解除去して、アモルファス状態の膜を形成するため
に、350℃〜450℃の温度域で加熱処理する工程。
【0014】(5)アモルファス状態の膜を結晶化させ
るために、650℃〜750℃の温度域で加熱処理する
工程。
るために、650℃〜750℃の温度域で加熱処理する
工程。
【0015】なお、所望の膜厚のBST複合金属酸化物
誘電体薄膜を得るためには、(2)から(4)の工程を
複数回繰り返し、最後に(5)の工程を行う。
誘電体薄膜を得るためには、(2)から(4)の工程を
複数回繰り返し、最後に(5)の工程を行う。
【0016】以上のようにして、BST複合金属酸化物
誘電体薄膜を作製することができる。
誘電体薄膜を作製することができる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、GaAsMMICに用いられるHBT(Hetero-jun
ction Bipolar Transistor)構造においては、トランジ
スタ特性維持のための成膜温度として、成膜温度を60
0℃以下とすることが必要である。
ば、GaAsMMICに用いられるHBT(Hetero-jun
ction Bipolar Transistor)構造においては、トランジ
スタ特性維持のための成膜温度として、成膜温度を60
0℃以下とすることが必要である。
【0018】一方、上記のような従来の複合金属酸化物
誘電体薄膜の製造方法において、(4)から(5)の工
程、即ちアモルファス化のための工程を経て結晶化のた
めの熱処理を行う工程を施すことにより作製された複合
金属酸化物誘電体薄膜は、単一配向になり難く、ランダ
ム配向となってしまう。そして、比誘電率の高い複合金
属酸化物誘電体薄膜を得るには、上記従来の複合金属酸
化物誘電体薄膜の製造方法における(5)の工程のよう
な結晶化処理の際に、650℃〜750℃の高温で加熱
処理する必要があった。
誘電体薄膜の製造方法において、(4)から(5)の工
程、即ちアモルファス化のための工程を経て結晶化のた
めの熱処理を行う工程を施すことにより作製された複合
金属酸化物誘電体薄膜は、単一配向になり難く、ランダ
ム配向となってしまう。そして、比誘電率の高い複合金
属酸化物誘電体薄膜を得るには、上記従来の複合金属酸
化物誘電体薄膜の製造方法における(5)の工程のよう
な結晶化処理の際に、650℃〜750℃の高温で加熱
処理する必要があった。
【0019】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、低い成膜温度で、かつ比誘
電率の高い複合金属酸化物誘電体薄膜を得るための製造
方法を提供することを目的としている。
めになされたものであって、低い成膜温度で、かつ比誘
電率の高い複合金属酸化物誘電体薄膜を得るための製造
方法を提供することを目的としている。
【0020】
【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、複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法
において、複合金属酸化物誘電体材料の成分元素から成
るゾル状態の前駆体溶液を薄膜化し、そのゾル状態の薄
膜を乾燥して乾燥ゲルの薄膜とした後、ゲル状態の薄膜
中の有機物を熱分解して除去すると同時にゲル状態の薄
膜を結晶化させる熱処理を施している。
め、本発明では、複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法
において、複合金属酸化物誘電体材料の成分元素から成
るゾル状態の前駆体溶液を薄膜化し、そのゾル状態の薄
膜を乾燥して乾燥ゲルの薄膜とした後、ゲル状態の薄膜
中の有機物を熱分解して除去すると同時にゲル状態の薄
膜を結晶化させる熱処理を施している。
【0021】また、本発明では、上記の複合金属酸化物
誘電体薄膜の製造方法において、前駆体溶液を、Baの
ジエトキシド、Srのジエトキシド、及びTiのイソプ
ロポキシドを成分としている。
誘電体薄膜の製造方法において、前駆体溶液を、Baの
ジエトキシド、Srのジエトキシド、及びTiのイソプ
ロポキシドを成分としている。
【0022】そして、本発明では、上記の複合金属酸化
物誘電体薄膜の製造方法において、ゲル状態の薄膜中の
有機物を熱分解して除去すると同時に前記ゲル状態の薄
膜を結晶化させる熱処理の温度条件を、500℃〜60
0℃としている。
物誘電体薄膜の製造方法において、ゲル状態の薄膜中の
有機物を熱分解して除去すると同時に前記ゲル状態の薄
膜を結晶化させる熱処理の温度条件を、500℃〜60
0℃としている。
【0023】
【作用】本発明の複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法
によれば、上記のように、ゾルゲル法による複合金属酸
化物誘電体薄膜の製造方法において、ゲル状態の薄膜中
の有機物を熱分解して除去すると同時にゲル状態の薄膜
を結晶化させる熱処理を施しているので、低温で結晶化
が可能となる。そして、本発明によれば、単一配向で高
い比誘電率を有する複合金属酸化物誘電体薄膜を製造す
ることができる。
によれば、上記のように、ゾルゲル法による複合金属酸
化物誘電体薄膜の製造方法において、ゲル状態の薄膜中
の有機物を熱分解して除去すると同時にゲル状態の薄膜
を結晶化させる熱処理を施しているので、低温で結晶化
が可能となる。そして、本発明によれば、単一配向で高
い比誘電率を有する複合金属酸化物誘電体薄膜を製造す
ることができる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。図1は本発明の一実施例の複合金属酸
化物誘電体薄膜の製造方法により作製した複合金属酸化
物誘電体薄膜素子の構造を示す断面図である。図1に示
すように、この複合金属酸化物誘電体薄膜素子は、n型
シリコン基板1の表面に、膜厚が200nmのシリコン
熱酸化膜2を形成し、その上に、膜厚が30nmのTi
膜3、膜厚が200nmのPt膜4、膜厚が200nm
の複合金属酸化物誘電体薄膜である(Ba0.7Sr0.3)
TiO3薄膜(以下、BST薄膜と称す)5、膜厚が1
00nmのPt上部電極6を、それぞれ順次形成した構
造となっている。なお、ここで、シリコン熱酸化膜2
は、パッシベーション層となる絶縁膜として設けたもの
であり、これに限定されるものではない。また、Pt膜
4は、この上に酸化物膜を形成するので、非酸化性膜の
Ptを用いた。そして、Ti膜3は、シリコン熱酸化膜
2とPt膜4の密着性を考慮して用いており、この他
に、Ta膜やTiN膜等を用いても良い。
照して説明する。図1は本発明の一実施例の複合金属酸
化物誘電体薄膜の製造方法により作製した複合金属酸化
物誘電体薄膜素子の構造を示す断面図である。図1に示
すように、この複合金属酸化物誘電体薄膜素子は、n型
シリコン基板1の表面に、膜厚が200nmのシリコン
熱酸化膜2を形成し、その上に、膜厚が30nmのTi
膜3、膜厚が200nmのPt膜4、膜厚が200nm
の複合金属酸化物誘電体薄膜である(Ba0.7Sr0.3)
TiO3薄膜(以下、BST薄膜と称す)5、膜厚が1
00nmのPt上部電極6を、それぞれ順次形成した構
造となっている。なお、ここで、シリコン熱酸化膜2
は、パッシベーション層となる絶縁膜として設けたもの
であり、これに限定されるものではない。また、Pt膜
4は、この上に酸化物膜を形成するので、非酸化性膜の
Ptを用いた。そして、Ti膜3は、シリコン熱酸化膜
2とPt膜4の密着性を考慮して用いており、この他
に、Ta膜やTiN膜等を用いても良い。
【0025】続いて、図1に示した複合金属酸化物誘電
体薄膜素子の製造方法について説明する。まず、n型シ
リコン基板1の表面に、膜厚が200nmのシリコン熱
酸化膜2を形成する。なお、本実施例では、シリコン熱
酸化膜の形成方法として、シリコン基板1表面を100
0℃で熱酸化することによって形成した。そして、この
シリコン熱酸化膜2上に、膜厚が30nmのTi膜3を
スパッタ法により形成し、さらにこの上に、膜厚が20
0nmである(111)配向のPt膜4を形成し、これ
を基板として用いた。
体薄膜素子の製造方法について説明する。まず、n型シ
リコン基板1の表面に、膜厚が200nmのシリコン熱
酸化膜2を形成する。なお、本実施例では、シリコン熱
酸化膜の形成方法として、シリコン基板1表面を100
0℃で熱酸化することによって形成した。そして、この
シリコン熱酸化膜2上に、膜厚が30nmのTi膜3を
スパッタ法により形成し、さらにこの上に、膜厚が20
0nmである(111)配向のPt膜4を形成し、これ
を基板として用いた。
【0026】次いで、この基板のPt膜4上に複合金属
酸化物誘電体薄膜としてBST薄膜を形成する工程を、
図2のフローチャートを用いて説明する。(Ba0.7S
r0.3)TiO3薄膜(BST薄膜)を形成するための前
駆体溶液として、Baのジエトキシド(Ba(OC
2H5)2)、Srのジエトキシド(Sr(OC
2H5)2)、及びTiのイソプロポキシド(Ti(OC
H(CH3)2)を、イソプロパノール中で加熱、撹拌す
ることにより、2次元鎖状構造を有する複合アルコキシ
ドのゾルから成る前駆体溶液を作製する(ステップ
1)。なお、本実施例では、安定化剤としてアセチルア
セトンを添加した。また、前駆体溶液の溶媒としては、
メトキシエタノールや酢酸等も用いることができる。
酸化物誘電体薄膜としてBST薄膜を形成する工程を、
図2のフローチャートを用いて説明する。(Ba0.7S
r0.3)TiO3薄膜(BST薄膜)を形成するための前
駆体溶液として、Baのジエトキシド(Ba(OC
2H5)2)、Srのジエトキシド(Sr(OC
2H5)2)、及びTiのイソプロポキシド(Ti(OC
H(CH3)2)を、イソプロパノール中で加熱、撹拌す
ることにより、2次元鎖状構造を有する複合アルコキシ
ドのゾルから成る前駆体溶液を作製する(ステップ
1)。なお、本実施例では、安定化剤としてアセチルア
セトンを添加した。また、前駆体溶液の溶媒としては、
メトキシエタノールや酢酸等も用いることができる。
【0027】この前駆体溶液を、先述の基板上に滴下
し、回転速度200rpmで3秒間、回転速度2000
rpmで20秒間の条件において、順次スピンコートす
る(ステップ2)。なお、このスピンコーティングの工
程により膜化されたゾル状態の前駆体溶液の表面積が著
しく大きくなるので、この工程と同時及び次の工程まで
の間に、膜化された前駆体溶液のゾルが空気中の水分に
より加水分解され、その後に引き続いて起こる縮重合反
応により、3次元網目構造のゲルとなる。
し、回転速度200rpmで3秒間、回転速度2000
rpmで20秒間の条件において、順次スピンコートす
る(ステップ2)。なお、このスピンコーティングの工
程により膜化されたゾル状態の前駆体溶液の表面積が著
しく大きくなるので、この工程と同時及び次の工程まで
の間に、膜化された前駆体溶液のゾルが空気中の水分に
より加水分解され、その後に引き続いて起こる縮重合反
応により、3次元網目構造のゲルとなる。
【0028】次に、反応生成されたアルコールや網目構
造に取り込まれなかった残留水分を膜中から離脱させる
ため、100℃で10分間の熱処理による乾燥を行い乾
燥ゲルを作製する(ステップ3)。そして、このように
して作製した乾燥ゲルの膜中の有機物の熱分解と、膜の
結晶化とを同時に行うために、大気圧の大気中で、55
0℃で30分間という条件において、熱処理を施して焼
成する(ステップ4)。
造に取り込まれなかった残留水分を膜中から離脱させる
ため、100℃で10分間の熱処理による乾燥を行い乾
燥ゲルを作製する(ステップ3)。そして、このように
して作製した乾燥ゲルの膜中の有機物の熱分解と、膜の
結晶化とを同時に行うために、大気圧の大気中で、55
0℃で30分間という条件において、熱処理を施して焼
成する(ステップ4)。
【0029】ステップ2からステップ4の工程を繰り返
すことにより、所望の膜厚の複合金属酸化物誘電体薄膜
を得ることができ、本実施例では、ステップ2からステ
ップ4の工程を5回繰り返すことにより、膜厚が200
nmのBST薄膜5を得ることができた。
すことにより、所望の膜厚の複合金属酸化物誘電体薄膜
を得ることができ、本実施例では、ステップ2からステ
ップ4の工程を5回繰り返すことにより、膜厚が200
nmのBST薄膜5を得ることができた。
【0030】以上のようにして作製した本実施例のBS
T薄膜について、X線回折パターンを測定した結果を図
3に示す。図3によれば、シリコン基板の(400)の
ピークとPt膜の(111)のピーク以外に、BST薄
膜の(111)のピークが観察される。このことから、
本実施例において作製したBST薄膜が、ペロブスカイ
ト構造で結晶化しており、かつ(111)に単一配向し
ていることがわかる。
T薄膜について、X線回折パターンを測定した結果を図
3に示す。図3によれば、シリコン基板の(400)の
ピークとPt膜の(111)のピーク以外に、BST薄
膜の(111)のピークが観察される。このことから、
本実施例において作製したBST薄膜が、ペロブスカイ
ト構造で結晶化しており、かつ(111)に単一配向し
ていることがわかる。
【0031】次に、上記のようにして作製したBST薄
膜5の上に、真空蒸着法を用いて膜厚が100nmで1
00μmφのPt上部電極6を形成し、比誘電率の測定
を行った。その測定は、Ti膜3及びPt膜から成る下
部電極と、Pt上部電極6との間に配線を施し、インピ
ーダンスアナライザを用いて、測定周波数1kHz、印
加電圧±0.1Vの条件で行った。この測定結果は、図
4に示すように、比誘電率が約500と非常に高い値と
なった。
膜5の上に、真空蒸着法を用いて膜厚が100nmで1
00μmφのPt上部電極6を形成し、比誘電率の測定
を行った。その測定は、Ti膜3及びPt膜から成る下
部電極と、Pt上部電極6との間に配線を施し、インピ
ーダンスアナライザを用いて、測定周波数1kHz、印
加電圧±0.1Vの条件で行った。この測定結果は、図
4に示すように、比誘電率が約500と非常に高い値と
なった。
【0032】なお、上記実施例では、図2におけるステ
ップ4の工程、即ちゲル状態の薄膜中の有機物を熱分解
して除去すると同時にゲル状態の薄膜を結晶化させる熱
処理において、温度を550℃としたものについて説明
したが、この温度が500℃〜600℃の条件とし、他
の条件を上記実施例と同様にして作製したものであれ
ば、単一配向の高い比誘電率を有する複合酸化物誘電体
薄膜が得られている。
ップ4の工程、即ちゲル状態の薄膜中の有機物を熱分解
して除去すると同時にゲル状態の薄膜を結晶化させる熱
処理において、温度を550℃としたものについて説明
したが、この温度が500℃〜600℃の条件とし、他
の条件を上記実施例と同様にして作製したものであれ
ば、単一配向の高い比誘電率を有する複合酸化物誘電体
薄膜が得られている。
【0033】比較例として、図5に示すような工程によ
り、BST薄膜を作製した。この作製工程において、ス
テップ11からステップ13までの工程は、上記の実施
例のステップ1からステップ3までの工程と同様のもの
であり、ステップ14とステップ15との工程が上記の
実施例と異なり、この工程について説明する。
り、BST薄膜を作製した。この作製工程において、ス
テップ11からステップ13までの工程は、上記の実施
例のステップ1からステップ3までの工程と同様のもの
であり、ステップ14とステップ15との工程が上記の
実施例と異なり、この工程について説明する。
【0034】ステップ11からステップ13までの工程
により作製した乾燥ゲルの膜中から有機物を熱分解除去
し、この膜をアモルファス状態とするために、大気圧の
大気中で、450℃で60分間という条件において、熱
処理を施して仮焼成する(ステップ14)。そして、ス
テップ12からステップ14の工程を5回繰り返すこと
により、膜厚が200nmのBST薄膜を作製する。最
後に、赤外線高速アニーリング装置を用いて、結晶化の
ための熱処理であるRTA(Rapid Thermal Annealin
g)を施す(ステップ15)。ここで、このRTAの条
件を、大気圧の100%酸素雰囲気中で、550℃で1
5秒間としたものと、大気圧の100%酸素雰囲気中
で、650℃で15秒間としたものとの2種類のBST
薄膜を作製し、前者の条件によるものを比較例1とし、
後者の条件によるものを比較例2とする。
により作製した乾燥ゲルの膜中から有機物を熱分解除去
し、この膜をアモルファス状態とするために、大気圧の
大気中で、450℃で60分間という条件において、熱
処理を施して仮焼成する(ステップ14)。そして、ス
テップ12からステップ14の工程を5回繰り返すこと
により、膜厚が200nmのBST薄膜を作製する。最
後に、赤外線高速アニーリング装置を用いて、結晶化の
ための熱処理であるRTA(Rapid Thermal Annealin
g)を施す(ステップ15)。ここで、このRTAの条
件を、大気圧の100%酸素雰囲気中で、550℃で1
5秒間としたものと、大気圧の100%酸素雰囲気中
で、650℃で15秒間としたものとの2種類のBST
薄膜を作製し、前者の条件によるものを比較例1とし、
後者の条件によるものを比較例2とする。
【0035】上記の比較例1のBST薄膜のX線回折パ
ターンを測定した結果を図6に、また、比較例2のBS
T薄膜のX線回折パターンを測定した結果を図7に示
す。図6によれば、550℃でRTAを施した比較例1
では、シリコン基板の(400)のピークとPt膜の
(111)のピークしか観察されず、比較例1のBST
薄膜が結晶化していないことがわかる。また、図7によ
れば、550℃でRTAを施した比較例2では、シリコ
ン基板の(400)のピークとPt膜の(111)のピ
ーク以外に、BST薄膜の(100)、(110)、
(200)、及び(211)の3種類のピークが観察さ
れ、比較例2のBST薄膜は、ペロブスカイト構造で結
晶化はしているが、ランダム配向となっていることがわ
かる。
ターンを測定した結果を図6に、また、比較例2のBS
T薄膜のX線回折パターンを測定した結果を図7に示
す。図6によれば、550℃でRTAを施した比較例1
では、シリコン基板の(400)のピークとPt膜の
(111)のピークしか観察されず、比較例1のBST
薄膜が結晶化していないことがわかる。また、図7によ
れば、550℃でRTAを施した比較例2では、シリコ
ン基板の(400)のピークとPt膜の(111)のピ
ーク以外に、BST薄膜の(100)、(110)、
(200)、及び(211)の3種類のピークが観察さ
れ、比較例2のBST薄膜は、ペロブスカイト構造で結
晶化はしているが、ランダム配向となっていることがわ
かる。
【0036】上記の比較例1及び比較例2のBST薄膜
の比誘電率を測定するため、先述の実施例と同様に、B
ST薄膜上にPt上部電極を形成し、先述の実施例と同
条件で、比誘電率の測定を行った。その結果は、図4に
示すように、比較例1では約13、比較例2では約16
0という値になった。このことから、先述の実施例と比
較例とを比較すると、本発明の複合金属酸化物誘電体薄
膜の製造方法により作製した複合金属酸化物誘電体薄膜
が、非常に高い比誘電率を示していることがわかる。
の比誘電率を測定するため、先述の実施例と同様に、B
ST薄膜上にPt上部電極を形成し、先述の実施例と同
条件で、比誘電率の測定を行った。その結果は、図4に
示すように、比較例1では約13、比較例2では約16
0という値になった。このことから、先述の実施例と比
較例とを比較すると、本発明の複合金属酸化物誘電体薄
膜の製造方法により作製した複合金属酸化物誘電体薄膜
が、非常に高い比誘電率を示していることがわかる。
【0037】なお、上記実施例において、複合金属酸化
物誘電体薄膜の材料としてBSTを用いたが、本発明は
これに限定されるものでなく、PZT、PLZT等のP
b系複合金属酸化物誘電体や、STO(SrTiO3)
などのゾルゲル法にて成膜可能な複合金属酸化物誘電体
材料であれば、本発明を適用可能である。
物誘電体薄膜の材料としてBSTを用いたが、本発明は
これに限定されるものでなく、PZT、PLZT等のP
b系複合金属酸化物誘電体や、STO(SrTiO3)
などのゾルゲル法にて成膜可能な複合金属酸化物誘電体
材料であれば、本発明を適用可能である。
【0038】なお、上記実施例において、基板としてシ
リコン基板を用いたが、これに限定されるものではな
く、GaAs基板等も用いることができる。例えば、G
aAs基板を用いる場合には、GaAs基板上に窒化シ
リコン膜を形成して、上記実施例と同様に下部電極を形
成した上に、本発明により複合酸化物誘電体薄膜を形成
することができる。
リコン基板を用いたが、これに限定されるものではな
く、GaAs基板等も用いることができる。例えば、G
aAs基板を用いる場合には、GaAs基板上に窒化シ
リコン膜を形成して、上記実施例と同様に下部電極を形
成した上に、本発明により複合酸化物誘電体薄膜を形成
することができる。
【0039】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複合金
属酸化物誘電体薄膜の製造方法において、ゲル状態の薄
膜中の有機物を熱分解して除去すると同時にゲル状態の
薄膜を結晶化させる熱処理を施しているので、600℃
以下という低い成膜温度で、単一配向の高い比誘電率を
有する複合金属酸化物誘電体薄膜を製造することが可能
となる。したがって、本発明は、GaAsMMICに用
いられるHBT構造等の素子において、その特性維持の
ため600℃以下の成膜温度が必要とされる素子の複合
金属酸化物誘電体薄膜の製造方法に応用することができ
る。
属酸化物誘電体薄膜の製造方法において、ゲル状態の薄
膜中の有機物を熱分解して除去すると同時にゲル状態の
薄膜を結晶化させる熱処理を施しているので、600℃
以下という低い成膜温度で、単一配向の高い比誘電率を
有する複合金属酸化物誘電体薄膜を製造することが可能
となる。したがって、本発明は、GaAsMMICに用
いられるHBT構造等の素子において、その特性維持の
ため600℃以下の成膜温度が必要とされる素子の複合
金属酸化物誘電体薄膜の製造方法に応用することができ
る。
【0040】さらに、複合金属酸化物誘電体薄膜は高誘
電率薄膜としても用いることができ、従来、高集積回路
の半導体素子の製造プロセスにおいて、高誘電体薄膜の
成膜温度が高かったために、高誘電率キャパシタを形成
する工程の順序が制約されていたという問題をも、本発
明により解決することができる。即ち、本発明によれ
ば、高誘電体薄膜の低温成膜が可能であるので、高誘電
率キャパシタを形成する工程の順序の制約を低減するこ
とができ、したがって、高集積回路の半導体素子の設計
の自由度を向上させることができ、様々な素子構造の設
計を可能とする。また、素子設計の自由度が向上できる
ので、低温成膜による製造コストの低下だけでなく、素
子自体のコスト低減も図ることができる。
電率薄膜としても用いることができ、従来、高集積回路
の半導体素子の製造プロセスにおいて、高誘電体薄膜の
成膜温度が高かったために、高誘電率キャパシタを形成
する工程の順序が制約されていたという問題をも、本発
明により解決することができる。即ち、本発明によれ
ば、高誘電体薄膜の低温成膜が可能であるので、高誘電
率キャパシタを形成する工程の順序の制約を低減するこ
とができ、したがって、高集積回路の半導体素子の設計
の自由度を向上させることができ、様々な素子構造の設
計を可能とする。また、素子設計の自由度が向上できる
ので、低温成膜による製造コストの低下だけでなく、素
子自体のコスト低減も図ることができる。
【図1】本発明の複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法
に基づいて作製した複合酸化物誘電体薄膜素子の構成を
示す断面図である。
に基づいて作製した複合酸化物誘電体薄膜素子の構成を
示す断面図である。
【図2】本発明の複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法
の一実施例の工程を示すフローチャートである。
の一実施例の工程を示すフローチャートである。
【図3】本実施例による複合金属酸化物誘電体薄膜のX
線回折パターンを示す図である。
線回折パターンを示す図である。
【図4】本実施例、比較例1、及び比較例2による複合
金属酸化物誘電体薄膜の比誘電率の測定結果を示す図で
ある。
金属酸化物誘電体薄膜の比誘電率の測定結果を示す図で
ある。
【図5】比較例の複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法
の一実施例の工程を示すフローチャートである。
の一実施例の工程を示すフローチャートである。
【図6】比較例1による複合金属酸化物誘電体薄膜のX
線回折パターンを示す図である。
線回折パターンを示す図である。
【図7】比較例2による複合金属酸化物誘電体薄膜のX
線回折パターンを示す図である。
線回折パターンを示す図である。
1 シリコン基板 2 シリコン熱酸化膜 3 Ti膜 4 Pt膜 5 複合金属酸化物誘電体薄膜 6 Pt上部電極
───────────────────────────────────────────────────── 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 37/02 41/24 (72)発明者 大谷 昇 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 木場 正義 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (3)
- 【請求項1】 複合金属酸化物誘電体材料の成分元素か
ら成るゾル状態の前駆体溶液を薄膜化し、該ゾル状態の
薄膜を乾燥して乾燥ゲルの薄膜とした後、該ゲル状態の
薄膜中の有機物を熱分解して除去すると同時に前記ゲル
状態の薄膜を結晶化させる熱処理を施すことを特徴とす
る複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項2】 前記前駆体溶液が、Baのジエトキシ
ド、Srのジエトキシド、及びTiのイソプロポキシド
を成分とすることを特徴とする請求項1に記載の複合金
属酸化物誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項3】 前記ゲル状態の薄膜中の有機物を熱分解
して除去すると同時に前記ゲル状態の薄膜を結晶化させ
る熱処理の温度条件が、500℃〜600℃であること
を特徴とする請求項1又は2に記載の複合金属酸化物誘
電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13402694A JP3007795B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法 |
US08/435,135 US5593495A (en) | 1994-06-16 | 1995-05-05 | Method for manufacturing thin film of composite metal-oxide dielectric |
DE1995618121 DE69518121T2 (de) | 1994-06-16 | 1995-05-09 | Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilms eines Verbund-Metalloxid-Dielektrikums |
EP19950303112 EP0687750B1 (en) | 1994-06-16 | 1995-05-09 | Method for manufacturing thin film of composite metal-oxide dielectric |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13402694A JP3007795B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH087649A true JPH087649A (ja) | 1996-01-12 |
JP3007795B2 JP3007795B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=15118647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13402694A Expired - Fee Related JP3007795B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 複合金属酸化物誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
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