JPH0978249A - 誘電体薄膜の作製方法 - Google Patents

誘電体薄膜の作製方法

Info

Publication number
JPH0978249A
JPH0978249A JP23647595A JP23647595A JPH0978249A JP H0978249 A JPH0978249 A JP H0978249A JP 23647595 A JP23647595 A JP 23647595A JP 23647595 A JP23647595 A JP 23647595A JP H0978249 A JPH0978249 A JP H0978249A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
thickness
film
heat treatment
dielectric thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP23647595A
Other languages
English (en)
Inventor
Mototoshi Nishizawa
元亨 西沢
Mineharu Tsukada
峰春 塚田
Kazuaki Kurihara
和明 栗原
Nobuo Kamehara
伸男 亀原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP23647595A priority Critical patent/JPH0978249A/ja
Publication of JPH0978249A publication Critical patent/JPH0978249A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 BSTの優れた高誘電性を保ちながら,利用
可能な程度に薄くBST膜を作製する方法を提供する。 【解決手段】 1) Ba ,Sr,Tiの各有機金属塩あるい
は金属アルコキシドを溶媒に溶かした溶液を所定量混合
し,基板上にスピンコートして,熱処理することにより
(Ba1-x Srx )TiO3 薄膜(0 ≦x≦1)を形成する際に,
熱処理後の1層の厚みを10〜30 nm とし,スピンコート
と熱処理を繰り返すことにより厚さ70〜300 nmの薄膜を
形成する誘電体薄膜の作製方法, 2)前記熱処理は酸素雰囲気中で温度 650〜850 ℃で行
う, 3)白金を下部電極に用いたシリコンウエハ上に成膜す
る場合,前記組成xの範囲を0.05〜0.6 とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は有機金属熱分解法
(MOD法)により(Ba,Sr)TiO3(以下BST)系薄膜
を形成する方法に関する。
【0002】(Ba1-xSix )TiO3 系薄膜は,比誘電率が高
く,BaとSrの比率を変えることによりキュリー点を制御
することができるために,DRAMやマルチチップモジ
ュール(MCM)用の薄膜キャパシタとして期待されて
いる材料である。
【0003】
【従来の技術】一般に基板上に高誘電率の薄膜を形成す
る方法として,スパッタ法,CVD法等が用いられてい
るが,成膜が容易で,低コストであり,加工性に富む等
の利点を有するため,ゾルゲル法,MOD法等の,溶液
を用いたスピンコートによる成膜が注目されている。M
OD法は,有機金属原料を基板上にスピンコートし,熱
分解,結晶化により,薄膜を形成する方法である。MO
D法の従来技術では,薄膜は無配向膜のみが得られてお
り,粒子配向したBST薄膜は得られていない。
【0004】このため,BSTの有する高誘電性を十分
に活用できていない。また,これまでにMOD法により
作製された薄膜では厚さが約 180 nm 程度と厚く,厚さ
150nm 以下の薄膜は,誘電率の低下のために利用が困難
と考えられていた。また,膜厚を厚くしなければならな
いために成膜にも時間を要し,他の成膜法と比較した場
合の優位性に欠けていた。
【0005】なお,従来技術として, (1) K.Arita et.al., Si-LSI Process technology for
Integrating Ferroelectric Capacitors, Jpn.J.Appl.P
hys.Vol.33(1994) pp.5397-5399. (2) K.Sato et.al., DIelctric Properties of (Ba,St)
TiO3 Thin Films Deposited by RF Sputtering, Jpn.J.
Appl.Phys.Vol.32(1993) pp.4126-4130. 等のペーパにも高誘電率の薄膜を形成する内容が記載さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は,BSTの優
れた高誘電性を保ちながら,利用可能な程度に薄くBS
T膜を作製する方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は, 1) Ba ,Sr,Tiの各有機金属塩あるいは金属アルコキ
シドを溶媒に溶かした溶液を所定量混合し,基板上にス
ピンコートして,熱処理することにより(Ba1-x Srx )T
iO3 薄膜(0 ≦x≦1)を形成する際に,熱処理後の1層
の厚みを10〜30 nm とし,スピンコートと熱処理を繰り
返すことにより厚さ70〜300 nmの薄膜を形成する誘電体
薄膜の作製方法,あるいは 2)前記熱処理は酸素雰囲気中で温度 650〜850 ℃で行
う前記1記載の誘電体薄膜の作製方法,あるいは 3)白金を下部電極に用いたシリコンウエハ上に成膜す
る場合,前記組成xの範囲を0.05〜0.6 とする前記1あ
るいは2記載の誘電体薄膜の作製方法により達成され
る。
【0008】本発明においては,単金属の有機金属化合
物(例えば酢酸バリウムなど)を溶媒に溶解させたもの
を,Ba,Sr,Tiのそれぞれについて用意し原料〔 (株)
高純度化学研究所製のスピンコート材料〕とする。
【0009】これらの原料を(Ba1-x SrX ) TiO3組成と
なるよう混合し,塗布溶液とする。これを熱処理後の1
層の厚さが10〜30 nm となるように溶液の濃度およびス
ピンコート条件を決定し,1層のコーティング毎に完全
に結晶化するまで熱処理を行う。さらに,所定の膜厚と
なるまでこの操作を繰り返す。
【0010】ここで,所定の膜厚は70〜300 nmが適切で
ある。厚さ 300 nm より大では膜厚が大きいためスピン
コートの回数が多くなり,残留炭素等の影響により誘電
損失が大きくなる。また, 厚さが70μm未満では誘電率
が低下する (図2参照)。
【0011】また,1 層の厚さが10〜30 nm が適切であ
る理由は,厚さが 10 nm未満では所望膜厚に達するまで
に繰り返すコーティング回数が多く,従って生産効率が
悪い。また,厚さが30 nm より大では熱分解が不完全で
あるため,残留炭素の量が多くなり誘電損失が大きくな
る。
【0012】また,熱処理温度が 650℃未満では, 熱分
解が不完全であり,炭素が多く存在するために誘電損失
は大きくなる。また 850℃より高温では電極を構成する
原子の拡散が起こるため不都合である (図3参照)。
【0013】さらに,組成xの値を0.05〜0.6 とするこ
とにより,Pt/SiO2/Siウエハ上に(100) 面の優先配向を
促し(図1のx=0.2 参照),比誘電率を高くすることが
できる (図2参照)。
【0014】この結果, (Ba1-x SrX ) TiO3薄膜を,基
板上に,膜厚150 nm以下の場合でもリークがなく,また
比誘電率の低下も少ないように成膜することが可能とな
る。また,上式xの値を特定することにより,(100) 方
向に優先配向した薄膜を形成でき,比誘電率が高い状態
の薄膜を作製できる。
【0015】
【発明の実施の形態】高純度化学研究所(株)製のスピ
ンコート材料を用いて,(Ba1-XSrX )TiO3(x=0.2, 0.
4, 0.6 ) の各組成となるように各原料を混合して塗布
溶液としたこの塗布溶液を 2インチφのPt/SiO2/Siウエ
ハ上にスピンコートし,乾燥後,O2雰囲気中, 700℃
で,10分間熱処理した。この際,熱処理時の昇温速度を
2〜20℃/分で行った。さらに,所定の膜厚を得るため
にこの操作を全部で5回繰り返した。最後に上部電極と
して1 mmφのPtをスパッタ法により形成した。
【0016】得られた膜について,結晶構造をX線回折
法(XRD)により調べた。さらに,誘電特性をインピ
ーダンスアナライザを用いて周波数 1 kHzで測定し,膜
厚を触針式膜厚計により測定した。
【0017】図1にXRDの結果を示す。x=0.2 の場
合には, (100)面および (200)面の回折ピークが強く,
BST薄膜が (100)配向していることが分かる。さら
に,xの値が増加すると(100) 面のピークが次第に弱く
なり,配向性が弱くなっていることが分かる。触針式膜
厚計による膜厚測定の結果,薄膜の膜厚は約120 nmであ
ることが分かった。
【0018】図2は膜厚の異なる(Ba1-XSrX )TiO3 薄膜
の誘電特性を示す図である。図は,組成x( 0 〜0.8)に
対する比誘電率εr の関係を示す図である。パラメータ
は厚さ (t=125 nmとt=75 nm)である。
【0019】図において,xの範囲は0.05〜0.6 の範囲
で比誘電率が高くなることが示されている。ここで, 下
限のx=0.05 は上限のx=0.6 と同程度の比誘電率ε
r 値を示す。
【0020】これより, 膜厚が150 nm以下でも,スパッ
タ法,CVD法と同等の高い誘電率を示すことが分かっ
た。図3は(Ba1-XSrX )TiO3 (x=0.4)薄膜の膜厚t=1
50 nmに対して,熱処理温度(400 〜800 ℃) と誘電損
失(tanδ) の関係を示す図である。
【0021】熱処理温度が 650℃未満では, 熱分解が不
十分であり,炭素が多く存在するために誘電損失は大き
くなる。また 850℃より高温では電極を構成する原子の
拡散が起こるため不都合である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
MOD法によりBST薄膜を作製する場合,薄膜がPt/S
iO2/Siウエハ上で配向性を有し,かつ膜厚 150 nm 以下
でも比誘電率の高いBST薄膜を作製することができ,
キャパシタの大容量化に有効に作用し,半導体素子とし
て用いた場合に非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 BST薄膜のX線回折パターン
【図2】 膜厚の異なるBST薄膜の誘電特性を示す図
【図3】 熱処理温度と誘電損失の関係を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 和明 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 亀原 伸男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ba ,Sr,Tiの各有機金属塩あるいは金属
    アルコキシドを溶媒に溶かした溶液を混合し,基板上に
    スピンコートして,熱処理することにより(Ba1-x S
    rx )TiO3 薄膜(0 ≦x≦1)を形成する際に,熱処理後
    の1層の厚みを10〜30 nm とし,スピンコートと熱処理
    を繰り返すことにより厚さ70〜300 nmの薄膜を形成する
    ことを特徴とする誘電体薄膜の作製方法。
  2. 【請求項2】 前記熱処理は酸素雰囲気中で温度 650〜
    850 ℃で行うことを特徴とする請求項1記載の誘電体薄
    膜の作製方法。
  3. 【請求項3】 白金を下部電極に用いたシリコンウエハ
    上に成膜する場合,前記組成xの範囲を0.05〜0.6 とす
    ることを特徴とする請求項1あるいは2記載の誘電体薄
    膜の作製方法。
JP23647595A 1995-09-14 1995-09-14 誘電体薄膜の作製方法 Withdrawn JPH0978249A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23647595A JPH0978249A (ja) 1995-09-14 1995-09-14 誘電体薄膜の作製方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23647595A JPH0978249A (ja) 1995-09-14 1995-09-14 誘電体薄膜の作製方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0978249A true JPH0978249A (ja) 1997-03-25

Family

ID=17001296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23647595A Withdrawn JPH0978249A (ja) 1995-09-14 1995-09-14 誘電体薄膜の作製方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0978249A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7883905B2 (en) 2005-07-29 2011-02-08 Tdk Corporation Process for producing a BST thin-film capacitor having increased capacity density and reduced leakage current density
WO2011027833A1 (ja) * 2009-09-02 2011-03-10 三菱マテリアル株式会社 誘電体薄膜の形成方法及び該誘電体薄膜を有する薄膜キャパシタ
JP2011079733A (ja) * 2009-10-06 2011-04-21 Advantest Corp 製造装置および製造方法
CN103805969A (zh) * 2013-12-27 2014-05-21 电子科技大学 一种掺锆的CaCu3Ti4O12薄膜的制备方法
JP2014218407A (ja) * 2013-05-10 2014-11-20 株式会社村田製作所 配向膜およびその製造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7883905B2 (en) 2005-07-29 2011-02-08 Tdk Corporation Process for producing a BST thin-film capacitor having increased capacity density and reduced leakage current density
WO2011027833A1 (ja) * 2009-09-02 2011-03-10 三菱マテリアル株式会社 誘電体薄膜の形成方法及び該誘電体薄膜を有する薄膜キャパシタ
US8891227B2 (en) 2009-09-02 2014-11-18 Mitsubishi Materials Corporation Process of forming dielectric thin film and thin film capacitor having said dielectric thin film
JP2011079733A (ja) * 2009-10-06 2011-04-21 Advantest Corp 製造装置および製造方法
JP2014218407A (ja) * 2013-05-10 2014-11-20 株式会社村田製作所 配向膜およびその製造方法
CN103805969A (zh) * 2013-12-27 2014-05-21 电子科技大学 一种掺锆的CaCu3Ti4O12薄膜的制备方法
CN103805969B (zh) * 2013-12-27 2016-01-20 电子科技大学 一种掺锆的CaCu3Ti4O12薄膜的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pontes et al. Study of the dielectric and ferroelectric properties of chemically processed BaxSr1− xTiO3 thin films
JP3113141B2 (ja) 強誘電体結晶薄膜被覆基板、その製造方法及び強誘電体結晶薄膜被覆基板を用いた強誘電体薄膜デバイス
JP3476932B2 (ja) 強誘電体薄膜及び強誘電体薄膜被覆基板並びに強誘電体薄膜の製造方法
Pontes et al. Low temperature synthesis and electrical properties of PbTiO3 thin films prepared by the polymeric precursor method
WO1994010702A1 (en) Process for fabricating layered superlattice materials and making electronic devices including same
Nunes et al. Microstructural and ferroelectric properties of PbZr1− xTixO3 thin films prepared by the polymeric precursor method
Madeswaran et al. Sol–gel synthesis and property studies of layered perovskite bismuth titanate thin films
JPH1180181A (ja) ビスマス系層状ペロブスカイト化合物強誘電体薄膜用前駆体の製造方法
JPH0978249A (ja) 誘電体薄膜の作製方法
US5620739A (en) Thin film capacitors on gallium arsenide substrate and process for making the same
Selvaraj et al. Sol-gel processing of oriented PbTiO3 thin films with lead acetylacetonate as the lead precursor
JP3873125B2 (ja) 強誘電体薄膜の作製方法、及び強誘電体薄膜
Chae et al. Preparation of SrBi 2 Ta 2 O 9 thin films with a single alkoxide sol–gel precursor
JPH08111411A (ja) 強誘電体薄膜の製造方法
JP2000154008A (ja) ゾル―ゲル法を用いて強誘電性薄膜を製造する方法
Liu et al. Thick layer deposition of lead perovskites using diol-based chemical solution approach
JP2002261093A (ja) ゾル−ゲル工程を利用した強誘電体薄膜の製造方法
CA2163130C (en) Thin film capacitors on gallium arsenide substrate and process for making the same
Imhoff et al. Chelate route for the synthesis of PbZr x Ti 1− x O 3 thin films
JP3359436B2 (ja) PbTiO3配向膜の製造方法
Hosokura et al. Fabrication and electrical characterization of epitaxially grown (Ba, Sr) TiO3 thin films prepared by sol-gel method
US6007868A (en) Method of manufacturing ferroelectric bismuth-titanate layers on a substrate from solution
Song et al. A study on microstructure and electrical properties of Pb0. 8La0. 1Ca0. 1Ti0. 975O3 thin films prepared by metal-organic decomposition
WO2005010895A1 (ja) 強誘電体薄膜形成用液状組成物および強誘電体薄膜の製造方法
US6327135B1 (en) Thin film capacitors on gallium arsenide substrate

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20021203