JPH10231196A - Production of oxide laminated structure, and apparatus for chemical vapor-phase growth of organic metal compound - Google Patents

Production of oxide laminated structure, and apparatus for chemical vapor-phase growth of organic metal compound

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JPH10231196A
JPH10231196A JP9264484A JP26448497A JPH10231196A JP H10231196 A JPH10231196 A JP H10231196A JP 9264484 A JP9264484 A JP 9264484A JP 26448497 A JP26448497 A JP 26448497A JP H10231196 A JPH10231196 A JP H10231196A
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JP
Japan
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grown
laminated structure
substrate
cerium
growth
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JP9264484A
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Japanese (ja)
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Takaaki Ami
隆明 網
Masayuki Suzuki
真之 鈴木
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for producing an oxide laminated structure by growing a CeO2 layer having a (100) plane azimuth on an Si substrate having the above plane azimuth while suppressing the formation of SiO2 at the interface, and to provide an apparatus for the production process to perform the chemical vapor-phase growth of an organic metal compound. SOLUTION: The surface of an Si substrate having (100) plane azimuth is treated with an aqueous solution containing 0.2-1wt.% of HF and 0.015-0.3wt.% of H2 O2 to terminate the dangling bond on the surface with hydrogen. A CeO2 layer is grown on the processed Si substrate by MOCVD method. The Si substrate is shielded from air or oxidizing atmosphere within 30min after the hydrogen termination treatment and introduced into a reaction tube of the MOCVD apparatus. The growth of the CeO2 layer is carried out in a non-oxidizing atmosphere at the initial stage and, thereafter, performed in an oxidizing atmosphere containing 15-100vol.% of an oxidizing gas. The growing operation is carried out at a substrate temperature of 600-800 deg.C and under a reaction pressure of 0.1-10Torr.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、酸化物積層構造
の製造方法および有機金属化学気相成長装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an oxide laminated structure and a metal organic chemical vapor deposition apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】1986年の高温超伝導材料の発見
((1)Z.Phys.B.,64,189-193(1986))が契機となり、酸化
物を薄膜化する技術はここ数年で驚異的に進展しつつあ
る。また、一方では、最近、強誘電体不揮発性メモリ
(いわゆるFeRAM)が急速に脚光を浴びつつあるが
((2)Appl.Phys.Lett.,48(1986)1439 、(3)IEDM Tech.D
ig.,(1987)850 、(4)IEEE J.Solid State Circuits,23
(1988)1171 、(5)1988 IEEE Int.Solid-State Circuits
Conf.(ISSCC88),Digest of Technical Papers,THAM 1
0.6(1988)130、(6) 応用物理、第62巻、第12号、1212-1
215(1993))、そのキャパシタ材料としては、自発分極値
が大きく、プロセス温度の低いジルコニウムチタン酸鉛
(PZT)(例えば、(7)J.Appl.Phys.,70,382-388(199
1)) 、および、駆動電圧が低く、分極反転に伴う自発分
極値の劣化の少ないビスマスストロンチウムタンタレー
ト(Bi2 SrTa2 9 )((8)Nature,374(1995)62
7、(9)Appl.Phys.Lett.,66(1995)221、(10)Mater.Sci.
and Eng.,B32(1995)75 、(11)Mater.Sci. and Eng.,B32
(1995)83 、(12)Appl.Phys.Lett.,67(1995)572 、(13)
J.Appl.Pys.,78(1995)5073) 、(14)Appl.Phys.Lett.,68
(1996)566 、(15)Appl.Phys.Lett.,68(1996)690 、(16)
国際公開公報WO93/12542号)が、双璧をなし
ている。
2. Description of the Related Art The discovery of high-temperature superconducting materials in 1986 ((1) Z. Phys. B., 64, 189-193 (1986)) has triggered the technology for thinning oxides in recent years. Is evolving. On the other hand, recently, ferroelectric nonvolatile memories (so-called FeRAM) have been rapidly gaining attention ((2) Appl. Phys. Lett., 48 (1986) 1439, (3) IEDM Tech. D
ig., (1987) 850, (4) IEEE J. Solid State Circuits, 23
(1988) 1171, (5) 1988 IEEE Int.Solid-State Circuits
Conf. (ISSCC88), Digest of Technical Papers, THAM 1
0.6 (1988) 130, (6) Applied Physics, Vol. 62, No. 12, 1212-1
215 (1993)). As a capacitor material, lead zirconium titanate (PZT) having a large spontaneous polarization value and a low process temperature (for example, (7) J. Appl. Phys., 70, 382-388 (199)
1)) and bismuth strontium tantalate (Bi 2 SrTa 2 O 9 ) having a low driving voltage and a small deterioration of spontaneous polarization value due to polarization reversal ((8) Nature, 374 (1995) 62)
7, (9) Appl.Phys.Lett., 66 (1995) 221, (10) Mater.Sci.
and Eng., B32 (1995) 75, (11) Mater. Sci. and Eng., B32
(1995) 83, (12) Appl. Phys. Lett., 67 (1995) 572, (13)
J. Appl. Pys., 78 (1995) 5073), (14) Appl. Phys. Lett., 68.
(1996) 566, (15) Appl. Phys. Lett., 68 (1996) 690, (16)
International Publication No. WO 93/12542) forms a double wall.

【0003】このような極めて高機能な物性を有する酸
化物材料を半導体産業の基盤であるシリコン(Si)上
で展開することができれば、材料に高い市場性を付与す
ることが可能になる。しかしながら、これらの材料とS
iとの相互熱拡散、熱膨張率の違いなど、直接これらの
機能性酸化物材料をSi上に成膜するのは一般に容易で
ない。
If such an oxide material having extremely high physical properties can be developed on silicon (Si), which is the basis of the semiconductor industry, it is possible to impart high marketability to the material. However, these materials and S
It is generally not easy to directly form these functional oxide materials on Si, such as mutual thermal diffusion with i and differences in the coefficient of thermal expansion.

【0004】ところで、これらの機能性酸化物材料群の
ほとんどは、ペロブスカイト構造を母体とする構造をと
っている。中でも、液体窒素温度を超える臨界温度を有
するイットリウム系超伝導材料、上述のBi2 SrTa
2 9 など、異方性の極めて大きな層状ペロブスカイト
と称される構造をとるものが少なくない。これらの超伝
導材料の電流経路、分極軸は、特定の方向に限定され、
そのためデバイス化した場合、最大の特性を引き出すた
めには、配向させるか、より好ましくは下地に対してエ
ピタキシャル成長させることが必須の技術となる。
By the way, most of these functional oxide materials have a structure having a perovskite structure as a base. Among them, an yttrium-based superconducting material having a critical temperature exceeding the temperature of liquid nitrogen, the above-mentioned Bi 2 SrTa
Not a few such as 2 O 9 have a structure called an extremely anisotropic layered perovskite. The current path and polarization axis of these superconducting materials are limited to specific directions,
Therefore, in the case of a device, in order to bring out the maximum characteristics, it is essential to orient, or more preferably, to epitaxially grow the underlayer.

【0005】さて、酸化セリウム(CeO2 )は、Si
基板との優れた格子整合性を有し(ミスフィット:約
0.35%)、熱的にも安定であるため、Si基板上に
機能性酸化物を成長させる場合のバッファ層の材料とし
て最も有力な候補の一つである。実際、Si基板上にC
eO2 をエピタキシャル成長させる研究が行われている
が、その多くが最原子稠密で成長しやすいCeO2 (1
11)/Si(111)構造のものである((17)Jpn.J.
Appl.Phys.,34(1995)L688)。また、Si(100)面上
にCeO2 を成長させた場合でも、(110)配向して
しまうのが通例である((18)Jpn.J.Appl.Phys.33(1994)
5219) 。
[0005] Cerium oxide (CeO 2 ) is made of Si.
Since it has excellent lattice matching with the substrate (misfit: about 0.35%) and is thermally stable, it is the most suitable material for the buffer layer when growing a functional oxide on a Si substrate. One of the leading candidates. Actually, C on Si substrate
Research on epitaxial growth of eO 2 has been carried out, and most of them are CeO 2 (1
11) / Si (111) structure ((17) Jpn.J.
Appl. Phys., 34 (1995) L688). Further, even when CeO 2 is grown on a Si (100) plane, it is customary that the crystal will be oriented in (110) orientation ((18) Jpn.J. Appl. Phys. 33 (1994)).
5219).

【0006】一方、このCeO2 上には、ペロブスカイ
ト型酸化物がエピタキシャル成長する例があり((19)Ap
pl.Phys.Lett.,68(1996)553)、したがってCeO2 の配
向性を制御することにより、機能性酸化物の特性を生か
したデバイスの実現が可能となる。
On the other hand, there is an example in which a perovskite oxide is epitaxially grown on this CeO 2 ((19) Ap
pl. Phys. Lett., 68 (1996) 553), and therefore, by controlling the orientation of CeO 2 , it is possible to realize a device utilizing the characteristics of the functional oxide.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このような状況下、生
産性や大面積均一性に優れた有機金属化学気相成長(M
OCVD)法により、応用上最も重要な(100)Si
基板上に(100)配向したCeO2 を成長させる技術
は、極めて重要となる。とりわけ、MOCVDの場合、
高い酸素分圧下で成長を行うため、成長プロセスが酸化
性雰囲気中での熱処理に相当し、このため界面にアモル
ファス(非晶質)の酸化シリコンが生成され、これによ
ってエピタキシャル性が劣化しやすい。また、これらの
酸化物材料の成長用の有機金属化合物原料は、半導体材
料の成長用のそれに比較して融点が高く、蒸気圧が低
い。このため、多くが固体からの昇華により原料輸送さ
れる。このような場合、均一に原料の温度管理を行うこ
とが極めて重要になる。また、これらの原料は、熱的に
も不安定であることが多く、経時変化してしまうことも
少なくない。
Under these circumstances, metal-organic chemical vapor deposition (M) having excellent productivity and uniformity over a large area is desired.
The most important (100) Si for application
The technology for growing (100) -oriented CeO 2 on a substrate is extremely important. In particular, in the case of MOCVD,
Since the growth is performed under a high oxygen partial pressure, the growth process corresponds to a heat treatment in an oxidizing atmosphere, so that amorphous silicon oxide is generated at the interface, and the epitaxial property is easily deteriorated. Further, the organometallic compound raw materials for growing these oxide materials have a higher melting point and a lower vapor pressure than those for growing semiconductor materials. For this reason, many are transported by sublimation from solids. In such a case, it is extremely important to uniformly control the temperature of the raw material. In addition, these raw materials are often thermally unstable and often change with time.

【0008】したがって、この発明の目的は、界面にお
ける酸化シリコンなどの生成を抑制しつつ、(100)
面方位を有するシリコン基板上に(100)面方位を有
する酸化セリウム層を成長させて酸化物積層構造を製造
することができる酸化物積層構造の製造方法を提供する
ことにある。
[0008] Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for controlling (100)
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an oxide laminated structure which can grow a cerium oxide layer having a (100) plane orientation on a silicon substrate having a plane orientation to produce an oxide laminated structure.

【0009】この発明の他の目的は、(100)面方位
を有するシリコン基板上に(100)面方位を有する酸
化セリウム層を高配向で成長させて酸化物積層構造を製
造することができる酸化物積層構造の製造方法を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide an oxidized oxide structure in which a cerium oxide layer having a (100) plane orientation is grown on a silicon substrate having a (100) plane orientation with a high orientation to produce an oxide laminated structure. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an object laminated structure.

【0010】この発明のさらに他の目的は、これらの酸
化物積層構造の製造に用いて好適な有機金属化学気相成
長装置を提供することにある。
It is still another object of the present invention to provide a metal organic chemical vapor deposition apparatus suitable for use in manufacturing such an oxide laminated structure.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術が
有する上述の課題を解決するために、鋭意検討を行っ
た。以下にその概要を説明する。
Means for Solving the Problems The present inventor has conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. The outline is described below.

【0012】すなわち、上記の目的を達成するために
は、Si基板の表面のダングリングボンドを水素で終端
する技術が重要となる。最原子稠密であり、水酸化物イ
オンによる異方性エッチングによっても平坦化されやす
い(111)面では、このダングリングボンドが各シリ
コン原子から一つずつ表面に垂直に伸びており、pH調
整したフッ化水素(HF)−フッ化アンモニウム(NH
4 F)緩衝溶液で処理することにより、水素原子がこの
ダングリングボンドと結合して(モノハイドライド)、
原子レベルで平坦な表面が得られることがわかっている
((20)Appl.Phys.Lett.,56(1990)656)。一方、(10
0)面の場合、水酸化物イオンの存在する水溶液による
処理では平坦面が得られにくい上、各Si原子に2本の
ダングリングボンドが存在し、これに水素が結合(ダイ
ハイドライド)したときの静電反発の問題もあって、平
坦で安定した水素終端面は得られにくい。0.1wt%
HF+1wt%過酸化水素(H2 2 )((21)Jpn.J.Ap
pl.Phys.33(1994)395)またはHF:H2 2 =1:9
((22)Jpn.J.Appl.Phys.34(1995)722)という薬液組成に
より、平坦でダイハイドライドで支配的に終端されたS
i(100)表面が得られるという報告もあるが、Si
基板へのドーピングレベルなどに差異があるため、常に
このような薬液組成でダイハイドライド化された平坦面
が得られるとは限らない。
That is, in order to achieve the above object, a technique of terminating dangling bonds on the surface of a Si substrate with hydrogen is important. On the (111) plane, which is the densest atom and is easily planarized by anisotropic etching with hydroxide ions, the dangling bonds extend perpendicularly to the surface one by one from each silicon atom. Hydrogen fluoride (HF) -ammonium fluoride (NH
4 F) By treating with a buffer solution, hydrogen atoms are bonded to the dangling bonds (monohydride),
It is known that a flat surface can be obtained at the atomic level ((20) Appl. Phys. Lett., 56 (1990) 656). On the other hand, (10
In the case of the 0) plane, it is difficult to obtain a flat surface by treatment with an aqueous solution containing hydroxide ions, and when two dangling bonds exist in each Si atom and hydrogen is bonded to this (die hydride). Due to the problem of electrostatic repulsion described above, it is difficult to obtain a flat and stable hydrogen-terminated surface. 0.1wt%
HF + 1 wt% hydrogen peroxide (H 2 O 2) (( 21) Jpn.J.Ap
pl.Phys. 33 (1994) 395) or HF: H 2 O 2 = 1: 9.
(22) Jpn. J. Appl. Phys. 34 (1995) 722) The chemical composition of S is flat and is terminated dominantly by die hydride.
There is a report that an i (100) surface can be obtained.
Since there is a difference in the doping level of the substrate and the like, it is not always possible to obtain a flat surface that has been die-hydrided with such a chemical solution composition.

【0013】本発明者は、HFとH2 2 とを含有する
水溶液におけるHFおよびH2 2の組成を種々に変え
た薬液を作製し、この薬液を用いて(100)面方位を
有するシリコン基板の表面を処理し、それにより得られ
る表面の評価を行った結果、0.2wt%以上1wt%
未満の濃度のHFと0.015wt%以上0.3wt%
未満の濃度のH2 2 とを含有する水溶液を用いるの
が、水素で終端された平坦な表面を得るのに最適である
ことを見い出した。
[0013] The present inventor has a composition of HF and H 2 O 2 in aqueous solution containing HF and H 2 O 2 to produce a drug solution was changed variously, with a (100) plane orientation by using the chemical solution As a result of treating the surface of the silicon substrate and evaluating the surface obtained thereby, 0.2 wt% or more and 1 wt%
HF with a concentration of less than 0.015 wt% or more and 0.3 wt%
It has been found that using an aqueous solution containing less than a concentration of H 2 O 2 is optimal for obtaining a flat surface terminated with hydrogen.

【0014】また、この水素終端処理を行った後、実際
に酸化セリウム層を成長させるまでには、大気中搬送、
昇温、成長などのプロセスが通常行われるが、これらの
プロセスの過程でいかにSi基板の表面の再酸化を抑制
するかが重要となる。本発明者は、このSi基板の再酸
化の防止のために、Si基板の搬送に当たっては非酸化
性雰囲気または還元性雰囲気中でSi基板を保持するこ
とが有効であり、また、Si基板の昇温または熱処理
も、非酸化性雰囲気または還元性雰囲気中で熱処理を行
うのが有効であることを見い出した。
[0014] After the hydrogen termination treatment is performed, before the cerium oxide layer is actually grown, transportation in the atmosphere,
Processes such as temperature rise and growth are usually performed, and it is important how to suppress reoxidation of the surface of the Si substrate during these processes. In order to prevent the re-oxidation of the Si substrate, it is effective to hold the Si substrate in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere when transporting the Si substrate. It has been found that it is effective to carry out the heat treatment in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere also at the temperature or the heat treatment.

【0015】一方、上記の目的を達成するためには、上
述のようなSi基板の表面処理だけでなく、酸化セリウ
ム層の成長速度や、成長に用いる有機金属化合物原料の
気化(昇華)温度などの成長パラメータの制御も重要で
ある。そこで、本発明者は、酸化セリウム層の成長速度
および有機金属化合物原料の気化(昇華)温度と得られ
る酸化セリウム層の(100)配向性との相関について
詳細に検討した結果、(100)配向の酸化セリウム層
を成長させるためには、成長速度を3.7nm/分以上
とするのが有効であることを見い出した。また、特にM
OCVD法によりそのような成長速度で酸化セリウム層
を安定して成長させるためには、セリウム原料としてセ
リウムのβ−ジケトン化合物またはセリウムのアルコキ
シドを用い、これらを190℃以上220℃以下の温度
で気化させることにより得られるガスを酸化性ガスとと
もに用いて成長を行うのが有効であることを見い出し
た。
On the other hand, in order to achieve the above object, not only the surface treatment of the Si substrate as described above, but also the growth rate of the cerium oxide layer, the vaporization (sublimation) temperature of the organometallic compound material used for the growth, and the like. Control of growth parameters is also important. Then, the present inventor examined in detail the correlation between the growth rate of the cerium oxide layer and the vaporization (sublimation) temperature of the organometallic compound raw material and the (100) orientation of the obtained cerium oxide layer. In order to grow a cerium oxide layer, it has been found that it is effective to increase the growth rate to 3.7 nm / min or more. In particular, M
In order to stably grow the cerium oxide layer at such a growth rate by the OCVD method, a β-diketone compound of cerium or an alkoxide of cerium is used as a cerium raw material, and these are vaporized at a temperature of 190 ° C. or more and 220 ° C. or less. It has been found that it is effective to carry out growth using a gas obtained by the above-mentioned treatment together with an oxidizing gas.

【0016】この発明は、以上の検討に基づいて案出さ
れたものである。
The present invention has been devised based on the above study.

【0017】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明の第1の発明による酸化物積層構造の製造方法
は、(100)面方位を有するシリコン基板上に(10
0)面方位を有する酸化セリウム層を成長させるように
した酸化物積層構造の製造方法であって、(100)面
方位を有し、かつ、その表面のダングリングボンドが水
素で終端されたシリコン基板を用いるようにしたことを
特徴とするものである。
That is, in order to achieve the above object, the method for manufacturing an oxide laminated structure according to the first invention of the present invention provides a method for manufacturing an oxide laminated structure on a silicon substrate having a (100) plane orientation.
0) A method of manufacturing an oxide laminated structure in which a cerium oxide layer having a plane orientation is grown, wherein the silicon has a (100) plane orientation and dangling bonds on its surface are terminated with hydrogen. It is characterized in that a substrate is used.

【0018】この第1の発明においては、好適には、
0.2重量%以上1重量%未満の濃度のフッ化水素と
0.015重量%以上0.3重量%未満の濃度の過酸化
水素とを含有する水溶液をシリコン基板の表面に接触さ
せることによりシリコン基板の表面のダングリングボン
ドを水素で終端する。この水溶液は、例えば、0.2重
量%以上1重量%未満の濃度の希フッ酸に30重量%の
濃度の過酸化水素水を0.05体積%以上1.0体積%
未満添加することにより作製することができる。
In the first invention, preferably,
An aqueous solution containing hydrogen fluoride at a concentration of 0.2% by weight or more and less than 1% by weight and hydrogen peroxide at a concentration of 0.015% by weight or more and less than 0.3% by weight is brought into contact with the surface of the silicon substrate. Terminate dangling bonds on the surface of the silicon substrate with hydrogen. This aqueous solution is prepared, for example, by adding 30% by weight of hydrogen peroxide to 0.05% by volume to 1.0% by volume of dilute hydrofluoric acid having a concentration of 0.2% by weight or more and less than 1% by weight.
It can be prepared by adding less than.

【0019】この第1の発明において、ダングリングボ
ンドを水素で終端する前のシリコン基板の表面は、典型
的には、自然にまたは意図的に形成された酸化シリコン
膜により覆われている。
In the first invention, the surface of the silicon substrate before terminating the dangling bonds with hydrogen is typically covered with a naturally or intentionally formed silicon oxide film.

【0020】この第1の発明においては、シリコン基板
の表面のダングリングボンドを水素で終端した後、酸化
セリウム層を成長させるまでの間、シリコン基板を非酸
化性雰囲気中に保持し、または、シリコン基板を非酸化
性雰囲気中で熱処理する。
In the first invention, the silicon substrate is kept in a non-oxidizing atmosphere until the cerium oxide layer is grown after terminating the dangling bonds on the surface of the silicon substrate with hydrogen, or The silicon substrate is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere.

【0021】この第1の発明においては、好適には、シ
リコン基板の表面のダングリングボンドを水素で終端し
た後、30分以内、より好適には15分以内にシリコン
基板を大気または酸化性雰囲気から隔離し、非酸化性雰
囲気の成長室に導入する。
In the first aspect of the present invention, preferably, after terminating dangling bonds on the surface of the silicon substrate with hydrogen, the silicon substrate is removed from the atmosphere or an oxidizing atmosphere within 30 minutes, more preferably within 15 minutes. And introduced into the growth chamber in a non-oxidizing atmosphere.

【0022】この第1の発明においては、典型的には、
有機金属化学気相成長法により酸化セリウム層を成長さ
せる。このとき、好適には、酸化セリウム層の成長初期
には非酸化性雰囲気中で成長を行い、その後、酸化性雰
囲気中で成長を行う。また、典型的には、この酸化性雰
囲気は15体積%以上100体積%未満、より好適には
50体積%以上100体積%未満の酸化性ガスを含む。
また、酸化性雰囲気中での成長は600℃以上800℃
未満、より好適には、650℃以上750℃未満の成長
温度で行う。さらにまた、この酸化性雰囲気中での成長
は0.1Torr以上10Torr以下、より好適には
1Torr以上5Torr以下の反応圧力で行う。
In the first invention, typically,
A cerium oxide layer is grown by metal organic chemical vapor deposition. At this time, preferably, the cerium oxide layer is grown in a non-oxidizing atmosphere at the initial stage of growth, and then grown in an oxidizing atmosphere. Also, typically, the oxidizing atmosphere contains 15% by volume or more and less than 100% by volume, more preferably 50% by volume or more and less than 100% by volume of the oxidizing gas.
In addition, growth in an oxidizing atmosphere is performed at 600 ° C. or more and 800 ° C.
It is performed at a growth temperature of less than 650 ° C., more preferably less than 750 ° C. Furthermore, the growth in this oxidizing atmosphere is performed at a reaction pressure of 0.1 Torr to 10 Torr, more preferably 1 Torr to 5 Torr.

【0023】この発明の第2の発明は、(100)面方
位を有するシリコン基板上に(100)面方位を有する
酸化セリウム層を成長させるようにした酸化物積層構造
の製造方法であって、酸化セリウム層を3.7nm/分
以上の成長速度で成長させるようにしたことを特徴とす
るものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an oxide laminated structure in which a cerium oxide layer having a (100) plane orientation is grown on a silicon substrate having a (100) plane orientation, The cerium oxide layer is grown at a growth rate of 3.7 nm / min or more.

【0024】この第2の発明においては、典型的には、
有機金属化学気相成長法により酸化セリウム層を成長さ
せるが、必要に応じて、他の気相成長法により酸化セリ
ウム層を成長させてもよい。
In the second invention, typically,
Although the cerium oxide layer is grown by the metal organic chemical vapor deposition method, the cerium oxide layer may be grown by another vapor deposition method as needed.

【0025】ここで、酸化セリウム層の成長速度の下限
を3.7nm/分としたのは、3.7nm/分以上の成
長速度であれば、(100)の配向度として1以上の値
が得られ、(100)配向の酸化セリウム層が得られる
からである。ただし、この配向度とは、酸化セリウム層
のX線回折測定を行った場合に観測される(111)強
度に対する(200)強度の比((200)/(11
1)強度比)を意味するものとする。
Here, the lower limit of the growth rate of the cerium oxide layer is set to 3.7 nm / min. If the growth rate is 3.7 nm / min or more, the value of the orientation of (100) is 1 or more. This is because a (100) oriented cerium oxide layer can be obtained. Note that the degree of orientation is a ratio of (200) intensity to (111) intensity ((200) / (11) observed when X-ray diffraction measurement of the cerium oxide layer is performed.
1) intensity ratio).

【0026】これに対し、酸化セリウム層の成長速度の
上限は特に存在しない。この成長速度の上限は、装置関
数などに大きく依存することが考えられる。典型的に
は、ソースボトルの体積、ソースの投入量および表面積
を大きくしてソース供給量を増加させることにより、よ
り高い成長速度を実現し、配向度を高めることが可能で
ある。一方、反応管の断面積を小さくすることにより、
単位断面積当たりのソース供給量を増加させ、成長速度
を高めることが可能である。高い配向度が得られる成長
速度の上限は、基板表面での付着、酸化、酸化セリウム
の結晶化の反応速度、ソース搬送過程でのソースの会合
などによって制約されるものであり、これは、基板温
度、酸化性ガスの分圧、反応ガスの全圧などによって複
雑に制約される。
On the other hand, there is no particular upper limit on the growth rate of the cerium oxide layer. It is considered that the upper limit of the growth rate largely depends on the device function and the like. Typically, by increasing the source bottle volume, source input and surface area to increase the source supply, higher growth rates can be achieved and the degree of orientation can be increased. On the other hand, by reducing the cross-sectional area of the reaction tube,
It is possible to increase the source supply amount per unit cross-sectional area and increase the growth rate. The upper limit of the growth rate at which a high degree of orientation can be obtained is constrained by deposition on the substrate surface, oxidation, the reaction rate of cerium oxide crystallization, source association in the source transport process, and the like. It is complicatedly restricted by the temperature, the partial pressure of the oxidizing gas, the total pressure of the reaction gas, and the like.

【0027】この第2の発明においては、典型的には、
酸化セリウム層を3.7nm/分以上の成長速度および
1以上の配向度で成長させる。また、典型的には、酸化
セリウム層を3.7nm/分以上20nm/分以下、あ
るいは、4nm/分以上10nm/分以下の成長速度で
成長させる。
In the second invention, typically,
The cerium oxide layer is grown at a growth rate of 3.7 nm / min or more and one or more degrees of orientation. Also, typically, the cerium oxide layer is grown at a growth rate of 3.7 nm / min to 20 nm / min, or 4 nm / min to 10 nm / min.

【0028】この発明の第3の発明は、(100)面方
位を有するシリコン基板上に(100)面方位を有する
酸化セリウム層を成長させるようにした酸化物積層構造
の製造方法であって、セリウムのβ−ジケトン化合物ま
たはセリウムのアルコキシドをセリウム原料として用
い、セリウムのβ−ジケトン化合物またはセリウムのア
ルコキシドを190℃以上220℃以下の温度で気化さ
せることにより得られるガスと酸化性ガスとを用いて有
機金属化学気相成長法により酸化セリウム層を成長させ
るようにしたことを特徴とするものである。
A third aspect of the present invention is a method for producing an oxide laminated structure in which a cerium oxide layer having a (100) plane orientation is grown on a silicon substrate having a (100) plane orientation, Using a cerium β-diketone compound or cerium alkoxide as a cerium raw material, using a gas obtained by vaporizing the cerium β-diketone compound or cerium alkoxide at a temperature of 190 ° C. or more and 220 ° C. or less and an oxidizing gas The cerium oxide layer is grown by metal organic chemical vapor deposition.

【0029】この第3の発明においては、好適には、セ
リウムのβ−ジケトン化合物またはセリウムのアルコキ
シドを200℃以上210℃以下の温度で気化させるこ
とにより得られるガスと酸化性ガスとを用いて有機金属
化学気相成長法により酸化セリウム層を成長させる。
In the third invention, preferably, a gas obtained by vaporizing a cerium β-diketone compound or a cerium alkoxide at a temperature of 200 ° C. or more and 210 ° C. or less and an oxidizing gas are used. A cerium oxide layer is grown by metal organic chemical vapor deposition.

【0030】ここで、セリウムのβ−ジケトン化合物
は、具体的には、セリウムの、ジピバロイルメタン(D
PM)、アセチルアセトン(AcAc)、ヘキサフルオ
ロアセチルアセトン(HFA)などのβ−ジケトン化合
物である。また、セリウムのアルコキシドは、具体的に
は、Ce(OEt)3 、Ce(OiPr)3 、Ce(O
tBu)3 、Ce(OEt)4 、Ce(OiPr)4
Ce(OtBu)4 などである。
Here, the β-diketone compound of cerium is, specifically, dipivaloylmethane (D
PM), β-diketone compounds such as acetylacetone (AcAc) and hexafluoroacetylacetone (HFA). The alkoxide of cerium is, specifically, Ce (OEt) 3 , Ce (OiPr) 3 , Ce (O
tBu) 3 , Ce (OEt) 4 , Ce (OiPr) 4 ,
Ce (OtBu) 4 or the like.

【0031】この発明の第1、第2および第3の発明に
おいては、製造される酸化物積層構造におけるシリコン
基板と酸化セリウム層との間には、膜厚5nm以下の酸
化シリコン膜またはバッファ層と組成が異なる膜が介在
し得る。
In the first, second and third aspects of the present invention, a silicon oxide film or a buffer layer having a thickness of 5 nm or less is provided between the silicon substrate and the cerium oxide layer in the manufactured oxide laminated structure. And a film having a composition different from the above may be interposed.

【0032】この発明の第4の発明による有機金属化学
気相成長装置は、反応管に供給するガスの混合部分と反
応管のヘッドフランジと反応管の導入部分とが炉内に設
けられ、この炉により、使用する有機金属化合物原料の
気化温度以上に均一に加熱することができるようになっ
ている。
In a metal organic chemical vapor deposition apparatus according to a fourth aspect of the present invention, a mixing portion of a gas supplied to a reaction tube, a head flange of the reaction tube, and an introduction portion of the reaction tube are provided in a furnace. The furnace makes it possible to heat the organometallic compound raw material more uniformly than the vaporization temperature.

【0033】ここで、典型的には、これらの反応管に供
給するガスの混合部分と反応管のヘッドフランジと反応
管の導入部分とは炉により室温以上250℃以下の温度
に加熱することができるようになっている。
Here, typically, the mixing portion of the gas supplied to the reaction tube, the head flange of the reaction tube, and the introduction portion of the reaction tube can be heated to a temperature of room temperature or higher and 250 ° C. or lower by a furnace. I can do it.

【0034】上述のように構成されたこの発明の第1の
発明によれば、(100)面方位を有し、かつ、その表
面のダングリングボンドが水素で終端されたシリコン基
板を用いているので、その上に酸化セリウム層を成長さ
せることにより、界面における酸化シリコンの生成を抑
制しつつ、(100)面方位を有するシリコン基板上に
(100)面方位を有する酸化セリウム層が高配向した
酸化物積層構造を製造することができる。
According to the first aspect of the present invention, a silicon substrate having a (100) plane orientation and dangling bonds on its surface terminated with hydrogen is used. Therefore, the cerium oxide layer having the (100) plane orientation was highly oriented on the silicon substrate having the (100) plane orientation while suppressing the generation of silicon oxide at the interface by growing the cerium oxide layer thereon. An oxide laminated structure can be manufactured.

【0035】また、上述のように構成されたこの発明の
第2の発明によれば、酸化セリウム層を3.7nm/分
以上の成長速度で成長させるようにしているので、(1
00)面方位を有するシリコン基板上に(100)面方
位を有する酸化セリウム層が1以上の配向度で配向した
酸化物積層構造を製造することができる。
According to the second aspect of the present invention, the cerium oxide layer is grown at a growth rate of 3.7 nm / min or more.
An oxide laminated structure in which a cerium oxide layer having a (100) plane orientation is oriented at one or more degrees of orientation on a silicon substrate having a (00) plane orientation can be manufactured.

【0036】また、上述のように構成されたこの発明の
第3の発明によれば、セリウムのβ−ジケトン化合物ま
たはセリウムのアルコキシドを190℃以上220℃以
下の温度で気化させることにより得られるガスと酸化性
ガスとを用いて有機金属化学気相成長法により酸化セリ
ウム層を成長させるようにしているので、(100)面
方位を有するシリコン基板上に(100)面方位を有す
る酸化セリウム層が高配向した酸化物積層構造を安定し
て製造することができる。
According to the third aspect of the present invention, a gas obtained by vaporizing a β-diketone compound of cerium or an alkoxide of cerium at a temperature of 190 ° C. or more and 220 ° C. or less is provided. The cerium oxide layer is grown by a metal organic chemical vapor deposition method using a silicon oxide having a (100) plane orientation and a cerium oxide layer having a (100) plane orientation. A highly oriented oxide laminated structure can be manufactured stably.

【0037】また、上述のように構成されたこの発明の
第4の発明による有機金属化学気相成長装置によれば、
反応管に供給するガスの混合部分と反応管のヘッドフラ
ンジと反応管の導入部分とが炉内に設けられ、この炉に
より、使用する有機金属化合物原料の気化温度以上に均
一に加熱することができるようになっていることによ
り、これらの部分で有機金属化合物原料が固体の形で堆
積して配管などが閉塞されたりするのを有効に防止する
ことができ、これによって酸化物の成長を支障なく行う
ことができる。
Further, according to the metalorganic chemical vapor deposition apparatus according to the fourth aspect of the present invention configured as described above,
A mixing portion of the gas to be supplied to the reaction tube, a head flange of the reaction tube, and an introduction portion of the reaction tube are provided in a furnace. This makes it possible to effectively prevent the organometallic compound raw material from being deposited in a solid form in these portions and to block pipes and the like, thereby hindering oxide growth. Can be done without.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0039】まず、この発明の実施形態において用いる
CeO2 成長用MOCVD装置について説明する。図1
はこのMOCVD装置を示す。
First, the MOCVD apparatus for growing CeO 2 used in the embodiment of the present invention will be described. FIG.
Indicates this MOCVD apparatus.

【0040】図1に示すように、このMOCVD装置に
おいては、バブラ1、2、3が設けられ、それらの中に
Ce(DPM)4 、Ce(DPM)3 、Ce(HFA)
3 、Ce(HFA)4 などから必要に応じて選ばれた有
機金属化合物原料がCe原料として入れられている。こ
れらのバブラ1、2、3の本体は石英ガラスにより形成
されており、それらの中に入れられる原料の経時変化、
消費速度、気化状況などを外部から目視により正確に把
握することができるようになっている。また、これらの
バブラ1、2、3の中に入れられる原料の温度は、図示
省略した熱電対により測定することができるようになっ
ている。
As shown in FIG. 1, in this MOCVD apparatus, bubblers 1, 2, and 3 are provided, and Ce (DPM) 4 , Ce (DPM) 3 , and Ce (HFA) are included therein.
3 , an organic metal compound raw material selected as necessary from Ce (HFA) 4 or the like is contained as a Ce raw material. The bodies of these bubblers 1, 2, and 3 are formed of quartz glass, and the raw materials put in them change over time,
The consumption speed, the vaporization status, and the like can be accurately grasped visually from outside. Further, the temperature of the raw material put in these bubblers 1, 2, and 3 can be measured by a thermocouple (not shown).

【0041】この場合、バブラ1の本体、このバブラ1
に関連するバルブおよびこのバブラ1の下流に設けられ
た熱交換器4の全体は炉5内に入れられており、この炉
5により200℃以上、好ましくは250℃まで均熱加
熱することができるようになっている。同様に、バブラ
2の本体、このバブラ2に関連するバルブおよびこのバ
ブラ2の下流に設けられた熱交換器4の全体は炉6内に
入れられているとともに、バブラ3の本体、このバブラ
3に関連するバルブおよびこのバブラ3の下流に設けら
れた熱交換器4の全体は炉7内に入れられており、これ
らの炉6、7により、それぞれ200℃以上、好ましく
は250℃まで均熱加熱することができるようになって
いる。また、これらの炉5、6、7には窓(図示せず)
が取り付けられており、これらの窓を通じてバブラ1、
2、3を外部から目視により直接観測することができる
ようになっている。
In this case, the body of the bubbler 1 and the bubbler 1
The entire valve and the heat exchanger 4 provided downstream of the bubbler 1 are placed in a furnace 5, which enables uniform heating to 200 ° C. or more, preferably 250 ° C. It has become. Similarly, the entire body of the bubbler 2, the valve associated with the bubbler 2, and the heat exchanger 4 provided downstream of the bubbler 2 are entirely placed in the furnace 6, and the body of the bubbler 3, the bubbler 3 And the entire heat exchanger 4 provided downstream of the bubbler 3 are placed in a furnace 7, and the furnaces 6 and 7 respectively soak the heat up to 200 ° C. or more, preferably to 250 ° C. It can be heated. In addition, windows (not shown) are provided in these furnaces 5, 6, and 7.
Is attached, bubbler 1, through these windows
Two or three can be directly observed visually from the outside.

【0042】バブラ1、2、3内には、高純度のArガ
スがキャリアガスとして供給されるようになっており、
このキャリアガスにより、これらのバブラ1、2、3内
に発生した有機金属化合物の蒸気を配管8、9、10を
介して石英製の反応管11に搬送することができるよう
になっている。この反応管11にはさらに、配管12を
介して高純度のArガスまたはH2 ガスを直接供給する
ことができるようになっているとともに、配管13を介
して高純度のO2 ガス、N2 OガスまたはO3ガスを直
接供給することができるようになっている。符号14〜
21はガスの流量制御のためのマスフローコントローラ
を示す。
A high-purity Ar gas is supplied as a carrier gas into the bubblers 1, 2, and 3.
With this carrier gas, the vapor of the organometallic compound generated in these bubblers 1, 2, and 3 can be transported to the quartz reaction tube 11 via the pipes 8, 9, and 10. Further, high-purity Ar gas or H 2 gas can be directly supplied to the reaction tube 11 through a pipe 12, and high-purity O 2 gas or N 2 gas can be supplied through a pipe 13. O gas or O 3 gas can be directly supplied. Symbol 14 ~
Reference numeral 21 denotes a mass flow controller for controlling a gas flow rate.

【0043】反応管11の直ぐ下流の、配管8、9、1
0、12、13が合流する部分は、反応管11の例えば
ステンレス鋼製のヘッドフランジ22および反応管11
の下流側約1/3の導入部とともに炉23内に入れられ
ており、この炉23により、これらを200℃以上、好
適には250℃まで均熱加熱することができるようにな
っている。これは、これらの配管8、9、10、12、
13、これらに取り付けられたバルブ、ヘッドフランジ
22および反応管11の導入部に固体が不意に堆積して
これらの配管8、9、10、12、13などが閉塞され
るのを防止するためである。
The pipes 8, 9, 1 immediately downstream of the reaction pipe 11
The portions where 0, 12, and 13 join are the head flange 22 made of, for example, stainless steel of the reaction tube 11 and the reaction tube 11.
Are introduced into the furnace 23 together with an introduction portion about 1/3 downstream of the furnace, so that they can be uniformly heated to 200 ° C. or more, preferably to 250 ° C. This is because these pipes 8, 9, 10, 12,
13, to prevent the solids from being accidentally deposited on the valves, the head flange 22 and the introduction portion of the reaction tube 11 attached thereto, to block the pipings 8, 9, 10, 12, 13 and the like. is there.

【0044】この炉23と炉5、6、7との間の部分の
配管8、9、10、12、13の外周面にはテープヒー
タ24が巻かれており、このテープヒータ24により、
これらの配管8、9、10、12、13を200℃以
上、好適には250℃まで加熱することができるように
なっている。これもまた、これらの配管8、9、10、
12、13の内部に固体が不意に堆積して閉塞されるの
を防止するためである。これらの配管8、9、10、1
2、13の温度は、図示省略した熱電対により測定する
ことができるようになっている。
A tape heater 24 is wound around the outer peripheral surfaces of the pipes 8, 9, 10, 12, and 13 in a portion between the furnace 23 and the furnaces 5, 6, and 7.
These pipes 8, 9, 10, 12, and 13 can be heated to 200 ° C. or more, preferably to 250 ° C. Again, these pipes 8, 9, 10,
This is to prevent solids from unexpectedly accumulating in the interiors of the tubes 12 and 13 and blocking the solids. These pipes 8, 9, 10, 1
The temperatures 2 and 13 can be measured by a thermocouple not shown.

【0045】反応管11内には、例えばSiCでコーテ
ィングされたグラファイト製のサセプタ25が設置さ
れ、その上に基板(図示せず)を載せるようになってい
る。このサセプタ25は、反応管11の外部から、例え
ば楕円集光加熱式の赤外ランプ26により加熱すること
ができるようになっている。
A susceptor 25 made of, for example, graphite coated with SiC is provided in the reaction tube 11, and a substrate (not shown) is placed thereon. The susceptor 25 can be heated from outside the reaction tube 11 by, for example, an elliptical condensing heating type infrared lamp 26.

【0046】反応管11の上流側には、例えばステンレ
ス鋼製のボックス状の容器27が、この反応管11と一
体に取り付けられている。この容器27は、反応管11
とともに成長室を構成している。この容器27には、圧
力計28、29、30および圧力スイッチ31が取り付
けられている。
On the upstream side of the reaction tube 11, for example, a box-shaped container 27 made of stainless steel is attached integrally with the reaction tube 11. This container 27 is used for the reaction tube 11.
Together, it constitutes a growth room. The container 27 is provided with pressure gauges 28, 29, 30 and a pressure switch 31.

【0047】この容器27には減圧用の配管32が接続
されている。この配管32は、L字型バルブ33、ダス
ト除去用の室温に保持されたフィルター34、自動圧力
調整機35、ゲートバルブ36およびバタフライバルブ
37を介して、メカニカルブースターポンプ38および
ロータリーポンプ39と接続されている。そして、反応
管11に原料を供給して成長を行った後の排ガスは、フ
ィルター34を通されて未反応の原料が除去された後に
メカニカルブースターポンプ38により吸引され、さら
にロータリーポンプ39を通過し、その後、スクラバー
(図示せず)で処理されるようになっている。
The vessel 27 is connected to a pressure reducing pipe 32. The piping 32 is connected to a mechanical booster pump 38 and a rotary pump 39 via an L-shaped valve 33, a filter 34 for keeping dust removed at room temperature, an automatic pressure regulator 35, a gate valve 36, and a butterfly valve 37. Have been. The exhaust gas after the growth by supplying the raw material to the reaction tube 11 is passed through the filter 34 to remove the unreacted raw material, then is sucked by the mechanical booster pump 38, and further passes through the rotary pump 39. , And then processed by a scrubber (not shown).

【0048】この場合、自動圧力調整機35により、反
応管11内の圧力変動を抑制することができるようにな
っている。すなわち、容器27に取り付けられた圧力計
40の出力に応じてモータ41を駆動し、それによって
自動圧力調整機35の圧力調整機構を駆動することによ
り、反応管11内の圧力変動を抑制することができるよ
うになっている。
In this case, the automatic pressure regulator 35 can suppress the pressure fluctuation in the reaction tube 11. That is, the pressure fluctuation in the reaction tube 11 is suppressed by driving the motor 41 in accordance with the output of the pressure gauge 40 attached to the container 27 and thereby driving the pressure adjusting mechanism of the automatic pressure regulator 35. Is available.

【0049】配管32のうち、自動圧力調整機35の直
ぐ下流の部分は、配管8、9、10の合流部の下流側の
部分と接続されているとともに、炉23の手前の部分で
配管12、13と接続されている。また、配管32のう
ち、ゲートバルブ36の直ぐ上流の部分には、ベント用
の配管42が接続されている。
The portion of the pipe 32 immediately downstream of the automatic pressure regulator 35 is connected to the downstream side of the junction of the pipes 8, 9, and 10, and the pipe 12 , 13 are connected. A vent pipe 42 is connected to a portion of the pipe 32 immediately upstream of the gate valve 36.

【0050】一方、サセプタ25は、トランスファーロ
ッド43の一端に取り付けられている。そして、このト
ランスファーロッド43を、その他端に取り付けられた
例えばステンレス鋼製のフランジ44とともに容器27
を通してその長手方向に移動させることにより、サセプ
タ25を、トランスファーロッド43およびフランジ4
4と一体に、容器27に取り付けられたパスボックス4
5内に収容することができるようになっている。ここ
で、このパスボックス45は、外部から手袋で操作する
ことができるようになっているグローブボックスからな
り、このパスボックス45内でサセプタ25に対する基
板の装着または脱着を行うことができるようになってい
る。
On the other hand, the susceptor 25 is attached to one end of the transfer rod 43. Then, this transfer rod 43 is attached to the container 27 together with, for example, a stainless steel flange 44 attached to the other end.
The susceptor 25 is moved in the longitudinal direction through the transfer rod 43 and the flange 4.
4 and the pass box 4 attached to the container 27
5 can be accommodated. Here, the pass box 45 is formed of a glove box that can be operated with gloves from the outside, and the mounting and dismounting of the substrate with respect to the susceptor 25 can be performed in the pass box 45. ing.

【0051】パスボックス45にはパージボックス46
が取り付けられている。これらのパスボックス45およ
びパージボックス46には、配管47を通じて高純度の
2ガスを供給することができるようになっている。ま
た、パスボックス45にはベント用の配管48が接続さ
れている。さらに、配管47と配管42との間には、流
量計49が接続されている。
The pass box 45 includes a purge box 46.
Is attached. High-purity N 2 gas can be supplied to the pass box 45 and the purge box 46 through a pipe 47. A vent pipe 48 is connected to the pass box 45. Further, a flow meter 49 is connected between the pipe 47 and the pipe 42.

【0052】次に、この発明の第1の実施形態による酸
化物積層構造の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the oxide laminated structure according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0053】この第1の実施形態においては、まず、
(100)面方位のSi基板に例えばいわゆるRCA洗
浄を施して表面を清浄化する。次に、このSi基板を例
えばPFA製のウェハーキャリアに装填し、このウェハ
ーキャリアを、0.2wt%以上1wt%未満の濃度の
フッ化水素と0.015wt%以上0.3wt%未満の
濃度の過酸化水素とを含有する水溶液からなる薬液を満
たした例えばPFA製の洗浄槽に入れて例えば2分間処
理を行う。これによって、Si基板の表面の自然酸化膜
を除去すると同時に、その表面のダングリングボンドを
水素で終端する。ここで、この水素終端処理用の薬液
は、具体的には、例えば、高純度の半導体用フッ化水素
酸(50wt%)を純水で100倍に希釈して0.5w
t%の希フッ酸を作り、これに体積分率で0.05〜1
%の高純度の特級過酸化水素水(30wt%)を添加し
て撹拌することにより作製する。この後、ウェハーキャ
リアを純水フロー中に極短時間ディッピングしてSi基
板の表面の薬液を除去し、さらに窒素ガンでN2 ガスを
吹き付けて表面の水滴を除去する。
In the first embodiment, first,
For example, a so-called RCA cleaning is performed on the (100) -oriented Si substrate to clean the surface. Next, the Si substrate is loaded into a wafer carrier made of, for example, PFA, and the wafer carrier is mixed with hydrogen fluoride having a concentration of 0.2 wt% or more and less than 1 wt% and a hydrogen concentration of 0.015 wt% or more and less than 0.3 wt%. For example, it is placed in a cleaning tank made of, for example, PFA filled with a chemical solution composed of an aqueous solution containing hydrogen peroxide, and treated for 2 minutes, for example. Thus, the natural oxide film on the surface of the Si substrate is removed, and at the same time, the dangling bonds on the surface are terminated with hydrogen. Here, for example, the chemical solution for hydrogen termination treatment is, for example, a high-purity hydrofluoric acid for semiconductors (50 wt%) diluted 100 times with pure water to 0.5 w
t% diluted hydrofluoric acid is prepared, and the volume fraction is 0.05 to 1
% Hydrogen peroxide (30 wt%) with high purity and stirring. Thereafter, the wafer carrier is dipped in a pure water flow for a very short time to remove the chemical solution on the surface of the Si substrate, and further, N 2 gas is blown with a nitrogen gun to remove water droplets on the surface.

【0054】このようにしてSi基板の表面の水素終端
処理を行った後、30以内、好適には15分以内にその
Si基板を速やかに図1に示すMOCVD装置の反応管
11内に導入し、サセプタ25上に設置する。次に、反
応管11内を1×10-2Torr以下の圧力まで減圧
し、この反応管11内のO2 、水蒸気などを除去する。
次に、できるだけ速やかに反応管11内に数Torr程
度以上のArやN2 などの不活性ガスを導入してこの反
応管11内に含まれていたO2 などを追い出した後、こ
の反応管11内を再び減圧して酸化性ガスを完全に除去
する。この後、メカニカルブースターポンプ38を反応
管11から遮断する。次に、マスフローコントローラ1
6により流量制御を行いながら、100sccm程度の
流量での純H2 ガスを反応管11内に導入する。このよ
うにして反応管11内の圧力が760Torr前後に達
したところで、ベント用の配管42に取り付けられたバ
ルブを開き、圧力を800Torr前後で一定に保持す
る。水素の排ガスは、十分な量のN2 などの不活性ガス
で1vol%以下に希釈した後、大気中に放出する。次
に、基板温度を例えば100℃/min程度の昇温速度
で600〜800℃、例えば700℃まで昇温した後、
所定の時間、例えば10分程度H2 雰囲気中に保持し、
水素終端処理後のSi基板の表面の再酸化層を完全に除
去する。次に、反応管11内のH2 ガスの供給を停止し
た後、この反応管11内をArガスでパージする。この
後、メカニカルブースターポンプ38によりこの反応管
11内を成長圧力まで減圧する。このように、大気圧程
度の還元性雰囲気中で昇温および熱処理を行うことによ
り、水素終端処理後のSi基板の表面の再酸化を最小限
に抑えることができる。
After performing the hydrogen termination treatment on the surface of the Si substrate in this manner, the Si substrate is quickly introduced into the reaction tube 11 of the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 within 30 minutes, preferably within 15 minutes. , On the susceptor 25. Next, the pressure inside the reaction tube 11 is reduced to a pressure of 1 × 10 −2 Torr or less, and O 2 , water vapor and the like in the reaction tube 11 are removed.
Next, as soon as possible, an inert gas such as Ar or N 2 of several Torr or more is introduced into the reaction tube 11 to drive out O 2 and the like contained in the reaction tube 11. The pressure inside the chamber 11 is reduced again to completely remove the oxidizing gas. Thereafter, the mechanical booster pump 38 is shut off from the reaction tube 11. Next, the mass flow controller 1
While controlling the flow rate by 6, pure H 2 gas at a flow rate of about 100 sccm is introduced into the reaction tube 11. When the pressure in the reaction tube 11 reaches about 760 Torr in this way, the valve attached to the vent pipe 42 is opened, and the pressure is kept constant at about 800 Torr. The hydrogen exhaust gas is released to the atmosphere after being diluted to 1 vol% or less with a sufficient amount of an inert gas such as N 2 . Next, after raising the substrate temperature to, for example, 600 to 800 ° C., for example, 700 ° C. at a rate of about 100 ° C./min,
Hold in a H 2 atmosphere for a predetermined time, for example, about 10 minutes,
The reoxidized layer on the surface of the Si substrate after the hydrogen termination treatment is completely removed. Next, after the supply of the H 2 gas in the reaction tube 11 is stopped, the inside of the reaction tube 11 is purged with Ar gas. Thereafter, the pressure inside the reaction tube 11 is reduced to the growth pressure by the mechanical booster pump 38. As described above, by performing the temperature increase and the heat treatment in a reducing atmosphere at about the atmospheric pressure, it is possible to minimize the reoxidation of the surface of the Si substrate after the hydrogen termination treatment.

【0055】次に、適切な流量、例えば100sccm
のArキャリアガスおよび適切な流量、例えば700s
ccmのAr希釈ガスを反応管11内に導入し、自動圧
力調整機35により、反応管11内の反応圧力を0.1
〜10Torr、例えば2Torrに保持する。このと
き、Arキャリアガスはバブラ1、2、3を通さず、配
管12を通すようにする。バブラ1、2、3はあらかじ
め150〜250℃程度の適切な温度に正確に加熱して
おく。反応管11内の圧力およびSi基板の温度が安定
した後、Arキャリアガスの経路をバブラ1、2、3の
うち使用するものを通過するように切り換えて反応管1
1内に導入する。この段階では、反応管11内の酸素分
圧は実質的に0であるため、Si基板の表面が再酸化さ
れることはほとんどない。この状態では、Si基板上に
CeO2 は成長せず、アモルファス状の金属Ce、条件
によっては有機金属化合物原料の不完全分解物が堆積す
ると考えられる。この後、Ar希釈ガスを同じ流量の酸
素またはその他の酸化性ガスに切り換える。この段階
で、CeO2 の成長が始まり、同時に熱酸化により初期
成長層の酸化が行われる。
Next, an appropriate flow rate, for example, 100 sccm
Ar carrier gas and an appropriate flow rate, for example, 700 s
An Ar dilution gas of ccm was introduced into the reaction tube 11, and the reaction pressure in the reaction tube 11 was set to 0.1 by an automatic pressure regulator 35.
It is kept at 10 Torr, for example, 2 Torr. At this time, the Ar carrier gas does not pass through the bubblers 1, 2, and 3, but passes through the pipe 12. The bubblers 1, 2, and 3 are accurately heated in advance to an appropriate temperature of about 150 to 250 ° C. After the pressure in the reaction tube 11 and the temperature of the Si substrate are stabilized, the path of the Ar carrier gas is switched so as to pass through one of the bubblers 1, 2, and 3 to be used.
Introduce into 1. At this stage, since the oxygen partial pressure in the reaction tube 11 is substantially 0, the surface of the Si substrate is hardly reoxidized. In this state, CeO 2 does not grow on the Si substrate, and it is considered that amorphous metal Ce and, depending on conditions, incomplete decomposition products of the organometallic compound raw material are deposited. Thereafter, the Ar dilution gas is switched to the same flow rate of oxygen or another oxidizing gas. At this stage, the growth of CeO 2 starts, and at the same time, the initial growth layer is oxidized by thermal oxidation.

【0056】以上により、(100)面方位のSi基板
上に(100)面方位のCeO2 層が成長した酸化物積
層構造が製造される。
As described above, the oxide laminated structure in which the CeO 2 layer having the (100) plane is grown on the Si substrate having the (100) plane is manufactured.

【0057】図2に、過酸化水素水無添加の0.5wt
%の希フッ酸で処理を行ったSi基板の表面のFT−I
R−ATR(Fourier-transform infrared attenuated
total reflection)スペクトラを示す。図2より、明ら
かにピークはスプリットしており、低波数側のメインピ
ークが目的のSi−H2 (ダイハイドライド)に、高波
数側のピークがSi−H3 (トリハイドライド)に対応
する。Si基板の(100)表面では、本来このSi−
2 で終端されていることが理想的であるが、平坦性が
十分でない場合、凸部で最表面のSiのダングリングボ
ンドが余分に存在する傾向にあるため、これがSi−H
3 の生成に寄与すると考えられている。以後、これらの
Si−H2 およびSi−H3 の吸光度を評価パラメータ
とする。
FIG. 2 shows 0.5 wt.
% FT-I on the surface of a Si substrate treated with dilute hydrofluoric acid
R-ATR (Fourier-transform infrared attenuated
total reflection) spectra. From FIG. 2, clearly the peak is split, the main peak on the low frequency side is the purpose of the Si-H 2 (dihydride), corresponding to the peak is Si-H 3 of the high frequency side (tri hydride). On the (100) surface of the Si substrate, the Si-
Ideally, it is terminated with H 2 , but if the flatness is not sufficient, there is a tendency that extra dangling bonds of Si on the outermost surface tend to be present at the projections.
It is thought to contribute to the formation of 3 . Thereafter, the absorbance of these Si-H 2 and Si-H 3 and evaluation parameters.

【0058】図3に、Si−H2 の吸光度、Si−H3
の吸光度およびSi−H2 ピークの半値幅(FWHM)
の薬液への30wt%過酸化水素水の添加量依存性を示
す。図3より、微量の過酸化水素水の添加でSi−H2
の吸光度が急増し、シャープなスペクトラが得られるこ
とがわかる。一方、Si−H3 の吸光度は、過酸化水素
水の添加とともに、極緩やかに減少する傾向にある。図
3より、過酸化水素水の添加量は0.05〜0.5vo
l%程度、より好適には0.2vol%が最適であるこ
とがわかる。
[0058] Figure 3, the absorbance of Si-H 2, Si-H 3
Half-width of the absorbance and Si-H 2 peak (FWHM)
4 shows the dependency of the addition amount of 30 wt% hydrogen peroxide water to the chemical solution of Example 1. From FIG 3, Si-H 2 with the addition of hydrogen peroxide traces
It can be seen that the absorbance sharply increased and a sharp spectrum was obtained. On the other hand, the absorbance of Si-H 3 is, with the addition of hydrogen peroxide tends to decrease very slowly. From FIG. 3, the addition amount of the hydrogen peroxide solution is 0.05 to 0.5 vo.
It is understood that about 1%, more preferably 0.2% by volume is optimal.

【0059】図4に、これらのSi基板の表面のAFM
(Atomic force microscopy)による平坦性の評価指針で
あるRrms (Root mean square roughness)を示す。水
素終端処理以前の表面に比べ、微量の過酸化水素水の添
加によって、平坦性が改善されることがわかる。ところ
が、0.5vol%以上の過酸化水素の添加では、むし
ろ平坦性が悪化することがわかる。これは、FT−IR
−ATRの結果と一致しており、やはり0.2vol%
程度が最適であることがわかる。
FIG. 4 shows the AFM of the surface of these Si substrates.
Shows the (Atomic force microscopy) by R rms is of Guideline for flatness (Root mean square roughness). It can be seen that the flatness is improved by adding a small amount of hydrogen peroxide solution as compared with the surface before the hydrogen termination treatment. However, it can be seen that the addition of 0.5 vol% or more of hydrogen peroxide actually deteriorates the flatness. This is FT-IR
-Consistent with ATR results, again 0.2 vol%
It turns out that the degree is optimal.

【0060】図5には、Si−H2 の吸光度およびSi
−H3 の吸光度の経時変化を示す。図5に示すように、
水素終端処理を行った後、最初20分程度はほぼ吸光度
に変化はないが、その後減少し始め、2時間程度でほぼ
ピークが消失することがわかる。一方、OSi−Hの吸
光度は時間の経過とともに増加しており、これは、大気
中でSi基板の表面が酸化(バックボンドの酸化)され
ていくことを示す。このことから、水素終端処理後、3
0分以内に、より好適には15分以内に、Si基板を反
応管11内に導入することが望ましいことがわかる。
FIG. 5 shows the absorbance of Si—H 2 and Si
Shows the time course of absorbance -H 3. As shown in FIG.
It can be seen that, after the hydrogen termination treatment, the absorbance does not substantially change for about 20 minutes at first, but then begins to decrease, and the peak almost disappears in about 2 hours. On the other hand, the absorbance of OSi-H increases with the elapse of time, which indicates that the surface of the Si substrate is oxidized (oxidation of the back bond) in the air. Therefore, after hydrogen termination,
It can be seen that it is desirable to introduce the Si substrate into the reaction tube 11 within 0 minutes, more preferably within 15 minutes.

【0061】基板温度を600〜800℃、反応圧力を
2〜10Torr、酸素分圧を0〜87.5%の範囲で
CeO2 の成長を行い、X線回折法により成長層の配向
性を評価した。ただし、有機金属化合物原料の温度は2
10℃、キャリアガスはAr、O2 の総流量は800s
ccmとした。図6に、ランダム配向しているCeO2
のX線回折図形を示す。図6からわかるように、(11
1)のメインピークのほか、(200)、(220)、
(311)および(222)ピークが観測される。一
方、図7に、(100)配向しているCeO2 の典型的
なX線回折図形を示す。図7から、弱い(111)ピー
ク、さらに微弱な(311)ピーク以外はほぼ(20
0)ピークのみが観測され、強く(100)配向してい
ることが示唆されている。これらより、評価関数として
は、(111)強度、(200)強度および(200)
/(111)強度比をとることができる。
CeO 2 is grown at a substrate temperature of 600 to 800 ° C., a reaction pressure of 2 to 10 Torr and an oxygen partial pressure of 0 to 87.5%, and the orientation of the grown layer is evaluated by X-ray diffraction. did. However, the temperature of the organometallic compound raw material is 2
10 ° C., carrier gas is Ar, total flow of O 2 is 800 s
ccm. FIG. 6 shows a randomly oriented CeO 2
3 shows an X-ray diffraction pattern of the sample. As can be seen from FIG.
In addition to the main peak of 1), (200), (220),
(311) and (222) peaks are observed. On the other hand, FIG. 7 shows a typical X-ray diffraction pattern of (100) -oriented CeO 2 . From FIG. 7, except for the weak (111) peak and the weaker (311) peak, almost (20)
0) Only the peak was observed, suggesting that it was strongly (100) oriented. From these, the evaluation functions are (111) intensity, (200) intensity and (200) intensity.
/ (111) intensity ratio.

【0062】図8に、これらの評価関数の基板温度依存
性を示す。ここで、反応圧力は2Torr、酸素分圧は
87.5%に固定し、Arキャリアガス流量は100s
ccm、O2 流量は700sccmとした。図8から、
(200)/(111)強度比は、700℃前後で最適
化されることがわかる。また、低温側では配向性が弱く
なり、一方、高温側では逆に(111)配向性が強まる
傾向にあることがわかる。
FIG. 8 shows the substrate temperature dependence of these evaluation functions. Here, the reaction pressure was fixed at 2 Torr, the oxygen partial pressure was fixed at 87.5%, and the Ar carrier gas flow rate was 100 s.
The ccm and O 2 flow rates were 700 sccm. From FIG.
It can be seen that the (200) / (111) intensity ratio is optimized around 700 ° C. Further, it can be seen that the orientation tends to be weaker on the low temperature side, while the (111) orientation tends to be stronger on the high temperature side.

【0063】図9に、評価関数の反応圧力依存性を示
す。ここで、基板温度は600℃および700℃、酸素
分圧は87.5%に固定した。図9より、最適反応圧力
は、基板温度に依存するが、1〜5Torr程度である
ことが示唆される。
FIG. 9 shows the reaction pressure dependence of the evaluation function. Here, the substrate temperature was fixed at 600 ° C. and 700 ° C., and the oxygen partial pressure was fixed at 87.5%. FIG. 9 suggests that the optimum reaction pressure depends on the substrate temperature but is about 1 to 5 Torr.

【0064】図10に、評価関数の酸素分圧依存性を示
す。ここで、基板温度は700℃、反応圧力は2Tor
rに固定した。図10より、配向性の強い(100)面
方位のCeO2 層を成長させるためには、50%以上の
酸素分圧が有効であることがわかる。ただし、あまりに
酸素分圧を上げすぎると、成長速度が低下する。
FIG. 10 shows the oxygen partial pressure dependence of the evaluation function. Here, the substrate temperature is 700 ° C., and the reaction pressure is 2 Torr.
r. FIG. 10 shows that an oxygen partial pressure of 50% or more is effective for growing a CeO 2 layer having a strong (100) plane orientation. However, if the oxygen partial pressure is too high, the growth rate will decrease.

【0065】また、高分解能透過型電子顕微鏡により、
(100)面方位のSi基板とその上に最適化された条
件で成長された(100)面方位のCeO2 層との界面
の格子像を観察したところ、界面には約2nmの厚さの
SiO2 膜が介在していた。CeO2 層の厚さは150
nmであった。
Further, with a high-resolution transmission electron microscope,
Observation of the lattice image of the interface between the (100) -oriented Si substrate and the (100) -oriented CeO 2 layer grown thereon under optimized conditions revealed that the interface had a thickness of about 2 nm. The SiO 2 film was interposed. The thickness of the CeO 2 layer is 150
nm.

【0066】以上のように、この第1の実施形態によれ
ば、(100)面方位のSi基板の表面のダングリング
ボンドの水素終端処理および成長条件(基板温度、反応
圧力、酸素分圧、原料供給速度など)の最適化により、
界面におけるSiO2 の生成を抑制しつつ、(100)
面方位のSi基板上に(100)面方位のCeO2 層を
高配向で成長させることができ、これによって良好な酸
化物積層構造を製造することができる。また、CeO2
層の成長には生産性の高いMOCVD法を用いているの
で、酸化物積層構造の生産性が高い。
As described above, according to the first embodiment, the hydrogen termination treatment and the growth conditions (substrate temperature, reaction pressure, oxygen partial pressure, dangling bond) of the dangling bond on the surface of the (100) -oriented Si substrate are performed. Optimization of raw material supply speed, etc.)
While suppressing the generation of SiO 2 at the interface, (100)
A CeO 2 layer having a (100) plane orientation can be grown on a Si substrate having a plane orientation with a high orientation, whereby a good oxide laminated structure can be manufactured. In addition, CeO 2
Since a highly productive MOCVD method is used for growing the layer, the productivity of the oxide stacked structure is high.

【0067】この第1の実施形態による酸化物積層構造
の製造方法は、(100)面方位のSi基板上で展開さ
れる酸化物エレクトロニクスに適用して好適なものであ
り、例えば、(100)面方位のSi基板上に機能性酸
化物を直接成長させるのが困難である場合におけるその
Si基板上にCeO2 からなるバッファ層を成長させた
構造のほか、そのSi基板上に素子分離膜やMOSFE
Tの絶縁膜などを成長させた構造などの製造に用いるこ
とができる。
The method for manufacturing an oxide laminated structure according to the first embodiment is suitable for application to oxide electronics developed on a Si substrate having a (100) plane orientation. In addition to a structure in which a buffer layer made of CeO 2 is grown on a Si substrate when it is difficult to directly grow a functional oxide on a Si substrate with a plane orientation, an element isolation film or the like is formed on the Si substrate. MOSFE
It can be used for manufacturing a structure in which a T insulating film or the like is grown.

【0068】次に、この発明の第2の実施形態による酸
化物積層構造の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the oxide laminated structure according to the second embodiment of the present invention will be described.

【0069】この第2の実施形態においては、まず、
(100)面方位のSi基板に例えばRCA洗浄を施し
て表面を清浄化する。次に、このSi基板を例えばPF
A製のウェハーキャリアに装填し、このウェハーキャリ
アを、例えば0.5wt%の希フッ酸に0.2vol%
の30wt%特級過酸化水素水を添加した薬液を満たし
た例えばPFA製の洗浄槽に入れて約2分間処理を行
う。このように処理されたSi基板の表面は、Si−H
2 で支配的に終端されており、原子レベルで平坦であ
る。この後、ウェハーキャリアを純水フロー中に極短時
間ディッピングしてSi基板の表面の薬液を除去し、さ
らに窒素ガンでN2 ガスを吹き付けて表面の水滴を除去
する。
In the second embodiment, first,
For example, RCA cleaning is performed on the (100) plane oriented Si substrate to clean the surface. Next, this Si substrate is
A is loaded in a wafer carrier made of A, and the wafer carrier is added to, for example, 0.5 vol% dilute hydrofluoric acid in 0.2 vol%.
And placed in a washing tank made of, for example, PFA filled with a chemical solution to which 30% by weight of a special grade hydrogen peroxide solution has been added, and treated for about 2 minutes. The surface of the Si substrate treated in this manner is Si-H
It is dominated by 2 and flat at the atomic level. Thereafter, the wafer carrier is dipped in a pure water flow for a very short time to remove the chemical solution on the surface of the Si substrate, and further, N 2 gas is blown with a nitrogen gun to remove water droplets on the surface.

【0070】このようにしてSi基板の表面の水素終端
処理を行った後、好適には15分以内に、そのSi基板
を速やかに図1に示すMOCVD装置の反応管11内に
導入し、サセプタ25上に設置する。次に、反応管11
内を1×10-2Torr以下の圧力まで減圧し、この反
応管11内のO2 、水蒸気などを除去する。次に、でき
るだけ速やかに反応管11内に数Torr程度以上のA
rやN2 などの不活性ガスを導入してこの反応管11内
に含まれていたO2 などを追い出した後、この反応管1
1内を再び減圧して酸化性ガスを完全に除去する。この
後、メカニカルブースターポンプ38を反応管11から
遮断する。次に、マスフローコントローラ16により流
量制御を行いながら、100sccm程度の流量で純H
2 ガスを反応管11内に導入する。このようにして反応
管11内の圧力が760Torr前後に達したところ
で、ベント用の配管42に取り付けられたバルブを開
き、圧力を800Torr前後で一定に保持する。次
に、基板温度を例えば100℃/min程度の昇温速度
で例えば700℃まで昇温した後、例えば10分程度H
2雰囲気中に保持し、水素終端処理後のSi基板の表面
の再酸化層を完全に除去する。次に、反応管11内のH
2 ガスの供給を停止した後、この反応管11内をArガ
スでパージする。この後、メカニカルブースターポンプ
38によりこの反応管11内を成長圧力まで減圧する。
このように、大気圧程度の還元性雰囲気中で昇温および
熱処理を行うことにより、水素終端処理後のSi基板の
表面の再酸化を最小限に抑えることができる。
After performing the hydrogen termination on the surface of the Si substrate in this manner, the Si substrate is promptly introduced into the reaction tube 11 of the MOCVD apparatus shown in FIG. 25. Next, the reaction tube 11
The pressure inside the reaction tube 11 is reduced to a pressure of 1 × 10 −2 Torr or less, and O 2 , water vapor and the like in the reaction tube 11 are removed. Next, as soon as possible, A
After introducing an inert gas such as r or N 2 to drive out O 2 and the like contained in the reaction tube 11, the reaction tube 1
The pressure in the chamber 1 is reduced again to completely remove the oxidizing gas. Thereafter, the mechanical booster pump 38 is shut off from the reaction tube 11. Next, while controlling the flow rate by the mass flow controller 16, pure H at a flow rate of about 100 sccm.
Two gases are introduced into the reaction tube 11. When the pressure in the reaction tube 11 reaches about 760 Torr in this way, the valve attached to the vent pipe 42 is opened, and the pressure is kept constant at about 800 Torr. Next, after the substrate temperature is raised to, for example, 700 ° C. at a rate of about 100 ° C./min, for example, H
2 The atmosphere is maintained, and the reoxidized layer on the surface of the Si substrate after the hydrogen termination is completely removed. Next, the H in the reaction tube 11 is
After stopping the supply of the two gases, the inside of the reaction tube 11 is purged with Ar gas. Thereafter, the pressure inside the reaction tube 11 is reduced to the growth pressure by the mechanical booster pump 38.
As described above, by performing the temperature increase and the heat treatment in a reducing atmosphere at about the atmospheric pressure, it is possible to minimize the reoxidation of the surface of the Si substrate after the hydrogen termination treatment.

【0071】次に、適切な流量、例えば100sccm
のArキャリアガスおよび適切な流量、例えば700s
ccmのAr希釈ガスを反応管11内に導入し、自動圧
力調整機35により、反応管11内の反応圧力を所定の
圧力、例えば2Torrに保持する。このとき、Arキ
ャリアガスはバブラ1、2、3を通さず、配管12を通
すようにする。バブラ1、2、3はあらかじめ190〜
220℃の範囲内の温度に正確に加熱しておく。反応管
11内の圧力およびSi基板の温度が安定した後、Ar
キャリアガスの経路をバブラ1、2、3のうち使用する
ものを通過するように切り換えて反応管11内に導入す
る。この段階では、反応管11内の酸素分圧は実質的に
0であるため、Si基板の表面が再酸化されることはほ
とんどない。この状態では、Si基板上にCeO2 は成
長せず、アモルファス状の金属Ce、条件によっては有
機金属化合物原料の不完全分解物が堆積すると考えられ
る。この後、Ar希釈ガスを同じ流量の酸素またはその
他の酸化性ガスに切り換える。この段階で、CeO2
成長が始まり、同時に熱酸化により初期成長層の酸化が
行われる。このとき、CeO2 の成長速度は3.7〜2
0nm/minとする。
Next, an appropriate flow rate, for example, 100 sccm
Ar carrier gas and an appropriate flow rate, for example, 700 s
An Ar dilution gas of ccm is introduced into the reaction tube 11, and the reaction pressure in the reaction tube 11 is maintained at a predetermined pressure, for example, 2 Torr by the automatic pressure regulator 35. At this time, the Ar carrier gas does not pass through the bubblers 1, 2, and 3, but passes through the pipe 12. Bubblers 1, 2, and 3 are 190-
Precisely heat to a temperature in the range of 220 ° C. After the pressure in the reaction tube 11 and the temperature of the Si substrate are stabilized, Ar
The path of the carrier gas is switched so as to pass through one of the bubblers 1, 2, and 3 and is introduced into the reaction tube 11. At this stage, since the oxygen partial pressure in the reaction tube 11 is substantially 0, the surface of the Si substrate is hardly reoxidized. In this state, CeO 2 does not grow on the Si substrate, and it is considered that amorphous metal Ce and, depending on conditions, incomplete decomposition products of the organometallic compound raw material are deposited. Thereafter, the Ar dilution gas is switched to the same flow rate of oxygen or another oxidizing gas. At this stage, the growth of CeO 2 starts, and at the same time, the initial growth layer is oxidized by thermal oxidation. At this time, the growth rate of CeO 2 is 3.7 to 2
0 nm / min.

【0072】以上により、(100)面方位のSi基板
上に(100)面方位のCeO2 層が成長した酸化物積
層構造が製造される。
As described above, the oxide laminated structure in which the CeO 2 layer having the (100) plane is grown on the Si substrate having the (100) plane is manufactured.

【0073】ここで、CeO2 層の成長速度とCe原料
の昇華温度との相関の測定結果について説明する。ただ
し、CeO2 層の成長は、基板温度700℃、反応圧力
2Torr、酸素分圧87.5%の条件の下で行った。
Arキャリアガス流量は100sccm、酸素流量は7
00sccmで一定とした。CeO2 層の成長速度はエ
リプソメトリで、配向性は基板の影響が現れない、入射
角を5°に固定した薄膜X線回折法により評価した。C
e原料としてはCe(DPM)4 を用い、160〜25
0℃の範囲の昇華温度で成長を行った。また、ここで
は、全ての試料で膜厚が概ね(100±15)nm程度
になるよう、成長時間を調節した。
Here, the measurement result of the correlation between the growth rate of the CeO 2 layer and the sublimation temperature of the Ce raw material will be described. However, the growth of the CeO 2 layer was performed under the conditions of a substrate temperature of 700 ° C., a reaction pressure of 2 Torr, and an oxygen partial pressure of 87.5%.
Ar carrier gas flow rate is 100 sccm, oxygen flow rate is 7
It was constant at 00 sccm. The growth rate of the CeO 2 layer was evaluated by ellipsometry, and the orientation was evaluated by a thin film X-ray diffraction method in which the angle of incidence was fixed at 5 ° without the influence of the substrate. C
e As a raw material, Ce (DPM) 4 is used,
Growth was performed at a sublimation temperature in the range of 0 ° C. Here, the growth time was adjusted so that the film thickness of all samples was approximately (100 ± 15) nm.

【0074】図11に、CeO2 層の成長速度とCe
(DPM)4 の昇華温度との相関の測定結果を示す。熱
力学的に安定な温度領域では、蒸気圧が温度に対して指
数関数的に増大するため、成長速度も同様の挙動を示す
ことが一般的である。図11でも、昇華温度が200℃
前後まではこの傾向が見られ、供給律速状態であること
がうかがえる(図11中破線で示す曲線を参照)。とこ
ろが、210〜220℃ではCe(DPM)4 のメルト
が生じ、昇華からバブリング状態に推移するが、この温
度領域では昇華温度の増加に伴う成長速度の増加速度が
鈍化する。これはCe(DPM)4 の液化による表面積
の減少や、Ce(DPM)4 の分解による蒸気圧の低下
が原因と考えられる。図11より、220〜230℃に
成長速度のピークがあると推察されるが、この温度領域
はCe(DPM)4 の経時変化が速く、安定した成長を
行うことができない。一方、250℃程度まで昇華温度
を上げると、明らかな成長速度の減少が認められる。
FIG. 11 shows the growth rate of the CeO 2 layer and the CeO 2 layer.
The measurement result of the correlation between (DPM) 4 and the sublimation temperature is shown. In a thermodynamically stable temperature range, the vapor pressure increases exponentially with respect to temperature, so that the growth rate generally shows the same behavior. Also in FIG. 11, the sublimation temperature is 200 ° C.
This tendency is observed before and after, which indicates that the supply is in a rate-determined state (see a curve shown by a broken line in FIG. 11). However, at 210 ° C. to 220 ° C., a melt of Ce (DPM) 4 occurs and the state changes from sublimation to a bubbling state. However, in this temperature range, the growth rate of the growth rate accompanying the increase in the sublimation temperature becomes slow. This decrease and the surface area by liquefaction of Ce (DPM) 4, lowering of the vapor pressure due to the decomposition of Ce (DPM) 4 is considered to be caused. From FIG. 11, it can be inferred that the growth rate has a peak at 220 to 230 ° C., but in this temperature region, Ce (DPM) 4 changes rapidly with time, and stable growth cannot be performed. On the other hand, when the sublimation temperature is increased to about 250 ° C., a clear decrease in the growth rate is observed.

【0075】図12に、ランダム配向しているCeO2
のX線回折図形を示す。図12からわかるように、(1
11)のメインピークのほか、(200)、(22
0)、(311)および(222)ピークが観測され
る。ここで、CeO2 は対称性の高い(空間群:Fm3
m)立方晶系の蛍石型結晶構造をとり、(100)配向
の評価関数として、X線回折図形における(200)/
(111)強度比をとることができる。
FIG. 12 shows that the randomly oriented CeO 2
3 shows an X-ray diffraction pattern of the sample. As can be seen from FIG.
11) In addition to the main peak, (200), (22)
0), (311) and (222) peaks are observed. Here, CeO 2 has high symmetry (space group: Fm3
m) It has a cubic fluorite-type crystal structure, and as a function of evaluating the (100) orientation, (200) /
A (111) intensity ratio can be obtained.

【0076】図13に、この評価関数、すなわち(20
0)/(111)強度比の昇華温度依存性を示す。図1
3からわかるように、(200)/(111)強度比の
昇華温度依存性は、成長速度の昇華温度依存性と類似し
た挙動を示しており、やはり220〜230℃の昇華温
度に成長速度のピークがあると推察される。低温(16
0℃前後)では、明瞭なCeO2 の回折図形を示さなか
った。一方、250℃程度では、ランダム配向に近い結
果となった。
FIG. 13 shows this evaluation function, that is, (20)
It shows the sublimation temperature dependence of the 0) / (111) intensity ratio. FIG.
As can be seen from FIG. 3, the dependence of the (200) / (111) intensity ratio on the sublimation temperature shows a behavior similar to the dependence of the growth rate on the sublimation temperature. It is presumed that there is a peak. Low temperature (16
(Around 0 ° C.) did not show a clear CeO 2 diffraction pattern. On the other hand, at about 250 ° C., the result was close to random orientation.

【0077】図14に、(200)/(111)強度比
の成長速度依存性を示す。図14より、ここで示した成
長条件では、成長速度が高いほど(100)配向が顕著
であることがわかる。
FIG. 14 shows the growth rate dependence of the (200) / (111) intensity ratio. FIG. 14 shows that under the growth conditions shown here, the higher the growth rate, the more prominent the (100) orientation.

【0078】以上のように、この第2の実施形態によれ
ば、第1の実施形態と同様な、(100)面方位のSi
基板の表面のダングリングボンドの水素終端処理および
成長条件(基板温度、反応圧力、酸素分圧、原料供給速
度など)の最適化に加えて、CeO2 の成長速度および
Ce原料の昇華温度の最適化により、(100)面方位
のSi基板上に(100)面方位のCeO2 層を高配向
で成長させることができ、これによって良好な酸化物積
層構造を製造することができる。また、CeO2 層の成
長には生産性の高いMOCVD法を用いているので、酸
化物積層構造の生産性が高い。
As described above, according to the second embodiment, the same (100) plane Si orientation as in the first embodiment is used.
In addition to hydrogen termination of dangling bonds on the surface of the substrate and optimization of growth conditions (substrate temperature, reaction pressure, oxygen partial pressure, raw material supply rate, etc.), optimal growth rate of CeO 2 and sublimation temperature of Ce raw material As a result, a CeO 2 layer having a (100) plane orientation can be grown on a Si substrate having a (100) plane orientation with a high orientation, whereby a favorable oxide laminated structure can be manufactured. Further, since the MOO method with high productivity is used for growing the CeO 2 layer, the productivity of the oxide laminated structure is high.

【0079】次に、この発明の第3の実施形態による酸
化物積層構造の製造方法について説明する。この第3の
実施形態においては、Arキャリアガス流量の制御によ
りCeO2 の成長速度の制御を行う。
Next, a method for manufacturing an oxide laminated structure according to the third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the growth rate of CeO 2 is controlled by controlling the flow rate of Ar carrier gas.

【0080】この第3の実施形態においては、CeO2
の成長を、基板温度700℃、反応圧力2Torr、酸
素分圧87.5%の条件の下で行う。また、Arキャリ
アガス流量は10〜100sccm、酸素流量は700
sccmで一定とした。このとき、Arキャリアガスの
変動により、酸素分圧および総流量が変化することのな
いよう、適量のAr希釈ガスを導入し、Arキャリアガ
スとこのAr希釈ガスとの流量の総和が常に100sc
cmとなるように制御を行った。また、Ce(DPM)
4 の昇華温度は210℃で一定とした。その他のこと
は、第2の実施形態と同様である。
In the third embodiment, CeO 2
Is grown under the conditions of a substrate temperature of 700 ° C., a reaction pressure of 2 Torr, and an oxygen partial pressure of 87.5%. The Ar carrier gas flow rate is 10 to 100 sccm, and the oxygen flow rate is 700
It was constant at sccm. At this time, an appropriate amount of the Ar diluent gas is introduced so that the oxygen partial pressure and the total flow rate do not change due to the fluctuation of the Ar carrier gas, and the total sum of the flow rates of the Ar carrier gas and the Ar diluent gas is always 100 sc.
cm. Also, Ce (DPM)
The sublimation temperature of 4 was kept constant at 210 ° C. The other points are the same as in the second embodiment.

【0081】図15に、CeO2 の成長速度とArキャ
リアガス流量との相関の測定結果を示す。図15からわ
かるように、20sccmまではArキャリアガス流量
の増加に伴ってほぼ直線的に成長速度が増加しており、
これより供給律速状態であることがうかがえるが、それ
以上にArキャリアガス流量を増加させても成長速度は
飽和する傾向にある。ここで、Arキャリアガス流量の
絶対値は、典型的な装置関数であり、ソースボトルや反
応管の容積および断面積、ソース量(表面積)などとの
関連によって決定されるべきであることは当然である。
FIG. 15 shows the results of measurement of the correlation between the growth rate of CeO 2 and the flow rate of the Ar carrier gas. As can be seen from FIG. 15, up to 20 sccm, the growth rate increases almost linearly with an increase in the flow rate of the Ar carrier gas.
This indicates that the supply is rate-controlled, but the growth rate tends to be saturated even if the flow rate of the Ar carrier gas is further increased. Here, the absolute value of the flow rate of the Ar carrier gas is a typical device function, and should be determined in relation to the volume and cross-sectional area of the source bottle and the reaction tube, the source amount (surface area), and the like. It is.

【0082】図16に、(200)/(111)強度比
のArキャリアガス流量依存性を示す。図16より、A
rキャリアガス流量の増大に伴って(100)配向性が
増加することがわかる。
FIG. 16 shows the dependence of the (200) / (111) intensity ratio on the flow rate of the Ar carrier gas. According to FIG.
It can be seen that the (100) orientation increases as the flow rate of the r carrier gas increases.

【0083】図17に、(200)/(111)強度比
の成長速度依存性を示す。図17より、やはり成長速度
の増大に伴って(100)配向性が急増することがわか
る。
FIG. 17 shows the growth rate dependence of the (200) / (111) intensity ratio. From FIG. 17, it can be seen that the (100) orientation rapidly increases with the growth rate as well.

【0084】一般に、高品質膜、特にエピタキシャル膜
では、成長速度が低い方が得やすいのが通例である。本
系ではこれが当てはまらないわけであるが、これはま
ず、現段階ではエピタキシャル膜ではないこと、また、
CeO2 においては、(111)配向と(100)配向
とに大きな表面エネルギーの差があり、(100)配向
が熱平衡的には得られにくいことと関連していると推察
される。また、MOCVD法では、高い酸素分圧下で成
長を行うため、Si基板表面の酸化を抑制することが重
要になる。この点からも高い成長速度による成長が有効
であると考えられる。
In general, a high-quality film, particularly an epitaxial film, is generally easier to obtain at a lower growth rate. Although this is not the case in our system, this is firstly not an epitaxial film at this stage.
In CeO 2 , there is a large difference in surface energy between the (111) orientation and the (100) orientation, which is presumed to be related to the fact that the (100) orientation is difficult to obtain in thermal equilibrium. In addition, in the MOCVD method, since growth is performed under a high oxygen partial pressure, it is important to suppress oxidation of the Si substrate surface. From this point, it is considered that growth at a high growth rate is effective.

【0085】以上のように、この第3の実施形態によれ
ば、(100)面方位のSi基板の表面のダングリング
ボンドの水素終端処理および成長条件(基板温度、反応
圧力、酸素分圧、原料供給速度など)の最適化ならびに
Arキャリアガス流量の制御によるCeO2 の成長速度
の最適化により、(100)面方位のSi基板上に(1
00)面方位のCeO2 層を高配向で成長させることが
でき、これによって良好な酸化物積層構造を製造するこ
とができる。
As described above, according to the third embodiment, the hydrogen termination treatment and the growth conditions (substrate temperature, reaction pressure, oxygen partial pressure, dangling bond) on the surface of the (100) -oriented Si substrate are performed. Optimization of the growth rate of CeO 2 by controlling the flow rate of the Ar carrier gas by optimizing the feed rate of the raw material, etc.
The CeO 2 layer having the (00) plane orientation can be grown with high orientation, whereby a good oxide laminated structure can be manufactured.

【0086】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

【0087】例えば、上述の第1、第2および第3の実
施形態において用いた数値はあくまでも例に過ぎず、必
要に応じて、これと異なる数値を用いてもよい。また、
上述の第1、第2および第3の実施形態において用いた
MOCVD装置の構成も例に過ぎず、これと異なる構成
のMOCVD装置を用いてもよい。
For example, the numerical values used in the first, second and third embodiments are merely examples, and different numerical values may be used as necessary. Also,
The configuration of the MOCVD apparatus used in the first, second, and third embodiments is merely an example, and an MOCVD apparatus having a different configuration may be used.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上述べたように、この発明の第1の発
明による酸化物積層構造の製造方法によれば、(10
0)面方位を有し、かつ、その表面のダングリングボン
ドが水素で終端されたシリコン基板を用いていることに
より、界面における酸化シリコンの生成を抑制しつつ、
(100)面方位を有するシリコン基板上に(100)
面方位を有する酸化セリウム層を成長させて酸化物積層
構造を製造することができる。
As described above, according to the method of manufacturing an oxide laminated structure according to the first aspect of the present invention, (10
0) By using a silicon substrate having a plane orientation and dangling bonds on its surface terminated with hydrogen, while suppressing the generation of silicon oxide at the interface,
(100) on a silicon substrate having a (100) plane orientation
An oxide laminated structure can be manufactured by growing a cerium oxide layer having a plane orientation.

【0089】また、この発明の第2の発明による酸化物
積層構造の製造方法によれば、酸化セリウム層を3.7
nm/分以上の成長速度で成長させるようにしているこ
とにより、(100)面方位を有するシリコン基板上に
(100)面方位を有する酸化セリウム層を高配向で成
長させて酸化物積層構造を製造することができる。
Further, according to the method of manufacturing an oxide laminated structure according to the second aspect of the present invention, the cerium oxide layer is formed to have a thickness of 3.7.
By growing at a growth rate of at least nm / min, a cerium oxide layer having a (100) plane orientation is grown in a high orientation on a silicon substrate having a (100) plane orientation to form an oxide laminated structure. Can be manufactured.

【0090】また、この発明の第3の発明による酸化物
積層構造の製造方法によれば、セリウムのβ−ジケトン
化合物またはセリウムのアルコキシドをセリウム原料と
して用い、そのセリウムのβ−ジケトン化合物またはセ
リウムのアルコキシドを190℃以上220℃以下の温
度で気化させることにより得られるガスと酸化性ガスと
を用いて有機金属化学気相成長法により酸化セリウム層
を成長させるようにしているので、(100)面方位を
有するシリコン基板上に(100)面方位を有する酸化
セリウム層を高配向で成長させて酸化物積層構造を製造
することができる。
Further, according to the third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an oxide laminated structure, wherein a cerium β-diketone compound or cerium alkoxide is used as a cerium raw material, and the cerium β-diketone compound or cerium Since the cerium oxide layer is grown by metal organic chemical vapor deposition using a gas obtained by vaporizing the alkoxide at a temperature of 190 ° C. to 220 ° C. and an oxidizing gas, the (100) plane An oxide laminated structure can be manufactured by growing a cerium oxide layer having a (100) plane orientation on a silicon substrate having an orientation with high orientation.

【0091】また、この発明の第4の発明による有機金
属化学気相成長法によれば、反応管に供給するガスの混
合部分と反応管のヘッドフランジと反応管の導入部分と
が炉内に設けられ、この炉により、使用する有機金属化
合物原料の気化温度以上に均一に加熱することができる
ようになっているので、酸化物の成長を支障なく行うこ
とができる。
Further, according to the metal organic chemical vapor deposition method according to the fourth aspect of the present invention, the mixing portion of the gas supplied to the reaction tube, the head flange of the reaction tube, and the introduction portion of the reaction tube are placed in the furnace. In this case, the furnace can be uniformly heated to a temperature equal to or higher than the vaporization temperature of the organometallic compound raw material to be used, so that oxide growth can be performed without any trouble.

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

【図1】この発明の実施形態による酸化物積層構造の製
造に用いられるCeO2 成長用MOCVD装置を示す略
線図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a MOCVD apparatus for growing CeO 2 used for manufacturing an oxide laminated structure according to an embodiment of the present invention.

【図2】過酸化水素水無添加の0.5wt%希フッ酸に
よる処理を行った(100)面方位のSi基板の表面の
FT−IR−ATRスペクトラを示す略線図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an FT-IR-ATR spectrum of a surface of a Si substrate having a (100) plane orientation and subjected to a treatment with 0.5 wt% diluted hydrofluoric acid without addition of hydrogen peroxide water.

【図3】薬液による水素終端処理を行った(100)面
方位のSi基板のSi−H2 吸光度、Si−H3 吸光度
およびSi−H2 ピークの半値幅の30wt%過酸化水
素の添加量依存性を示す略線図である。
FIG. 3 shows the amounts of Si-H 2 absorbance, Si-H 3 absorbance and 30 wt% hydrogen peroxide of the half-width of the Si-H 2 peak of a (100) -oriented Si substrate subjected to hydrogen termination treatment with a chemical solution. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating dependency.

【図4】薬液による水素終端処理を行った(100)面
方位のSi基板の表面のAFMによるRrms の30wt
%過酸化水素の添加量依存性を示す略線図である。
FIG. 4 shows an RFM of 30 wt % of Rrms by AFM on the surface of a (100) oriented Si substrate subjected to a hydrogen termination treatment with a chemical solution.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the dependence of the amount of hydrogen peroxide added.

【図5】薬液による水素終端処理を行った(100)面
方位のSi基板のSi−H2 吸光ピークおよびSi−H
3 吸光ピークの経時変化を示す略線図である。
FIG. 5 shows the Si—H 2 absorption peak and the Si—H of a Si substrate having a (100) plane orientation subjected to hydrogen termination treatment with a chemical solution.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a temporal change of an absorption peak.

【図6】ランダム配向しているCeO2 のX線回折図形
を示す略線図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an X-ray diffraction pattern of randomly oriented CeO 2 .

【図7】(100)配向しているCeO2 のX線回折図
形を示す略線図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an X-ray diffraction pattern of (100) -oriented CeO 2 .

【図8】CeO2 の(111)強度、(200)強度お
よび(200)/(111)強度比の基板温度依存性を
示す略線図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing substrate temperature dependence of (111) intensity, (200) intensity, and (200) / (111) intensity ratio of CeO 2 .

【図9】CeO2 の(111)強度、(200)強度お
よび(200)/(111)強度比の反応圧力依存性を
示す略線図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing the reaction pressure dependence of the (111) intensity, the (200) intensity, and the (200) / (111) intensity ratio of CeO 2 .

【図10】CeO2 の(111)強度、(200)強度
および(200)/(111)強度比の酸素分圧依存性
を示す略線図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the oxygen partial pressure dependence of the (111) intensity, the (200) intensity, and the (200) / (111) intensity ratio of CeO 2 .

【図11】CeO2 の成長速度のCe(DPM)4 の昇
華温度依存性を示す略線図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing the sublimation temperature dependence of Ce (DPM) 4 on the growth rate of CeO 2 .

【図12】ランダム配向しているCeO2 のX線回折図
形を示す略線図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an X-ray diffraction pattern of randomly oriented CeO 2 .

【図13】CeO2 の(200)/(111)強度比の
昇華温度依存性を示す略線図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing the sublimation temperature dependence of the (200) / (111) intensity ratio of CeO 2 .

【図14】CeO2 の(200)/(111)強度比の
成長速度依存性を示す略線図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing the growth rate dependence of the (200) / (111) intensity ratio of CeO 2 .

【図15】CeO2 の成長速度のArキャリアガス流量
依存性を示す略線図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing the dependence of the growth rate of CeO 2 on the flow rate of an Ar carrier gas.

【図16】CeO2 の(200)/(111)強度比の
Arキャリアガス流量依存性を示す略線図である。
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating the dependence of the (200) / (111) intensity ratio of CeO 2 on the flow rate of an Ar carrier gas.

【図17】CeO2 の(200)/(111)強度比の
成長速度依存性を示す略線図である。
FIG. 17 is a schematic diagram showing the growth rate dependence of the (200) / (111) intensity ratio of CeO 2 .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、3・・・バブラ、5、6、7、23・・・炉、
11・・・反応管、22・・・ヘッドフランジ、25・
・・サセプタ、26・・・赤外ランプ
1, 2, 3, ... bubbler, 5, 6, 7, 23 ... furnace,
11 ... reaction tube, 22 ... head flange, 25
..Susceptors, 26 ... Infrared lamps

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 39/02 ZAA H01L 39/02 ZAAB 39/24 ZAA 39/24 ZAAB // H01L 21/205 21/205 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 39/02 ZAA H01L 39/02 ZAAB 39/24 ZAA 39/24 ZAAB // H01L 21/205 21/205

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (100)面方位を有するシリコン基板
上に(100)面方位を有する酸化セリウム層を成長さ
せるようにした酸化物積層構造の製造方法であって、 (100)面方位を有し、かつ、その表面のダングリン
グボンドが水素で終端されたシリコン基板を用いるよう
にしたことを特徴とする酸化物積層構造の製造方法。
1. A method of manufacturing an oxide laminated structure in which a cerium oxide layer having a (100) plane orientation is grown on a silicon substrate having a (100) plane orientation. And a silicon substrate whose surface has dangling bonds terminated with hydrogen.
【請求項2】 0.2重量%以上1重量%未満の濃度の
フッ化水素と0.015重量%以上0.3重量%未満の
濃度の過酸化水素とを含有する水溶液を上記シリコン基
板の表面に接触させることにより上記シリコン基板の表
面のダングリングボンドを水素で終端するようにしたこ
とを特徴とする請求項1記載の酸化物積層構造の製造方
法。
2. An aqueous solution containing 0.2% by weight or more and less than 1% by weight of hydrogen fluoride and 0.015% by weight or more and less than 0.3% by weight of hydrogen peroxide is applied to the silicon substrate. 2. The method according to claim 1, wherein dangling bonds on the surface of the silicon substrate are terminated with hydrogen by contacting the surface.
【請求項3】 ダングリングボンドを水素で終端する前
の上記シリコン基板の表面は自然にまたは意図的に形成
された酸化シリコン膜により覆われていることを特徴と
する請求項1記載の酸化物積層構造の製造方法。
3. The oxide according to claim 1, wherein the surface of said silicon substrate before terminating dangling bonds with hydrogen is covered with a silicon oxide film formed naturally or intentionally. Manufacturing method of laminated structure.
【請求項4】 上記シリコン基板の表面のダングリング
ボンドを水素で終端した後、上記酸化セリウム層を成長
させるまでの間、上記シリコン基板を非酸化性雰囲気中
に保持するようにしたことを特徴とする請求項1記載の
酸化物積層構造の製造方法。
4. The silicon substrate is kept in a non-oxidizing atmosphere until the cerium oxide layer is grown after terminating dangling bonds on the surface of the silicon substrate with hydrogen. The method for manufacturing an oxide laminated structure according to claim 1.
【請求項5】 上記シリコン基板の表面のダングリング
ボンドを水素で終端した後、上記酸化セリウム層を成長
させるまでの間、上記シリコン基板を非酸化性雰囲気中
で熱処理するようにしたことを特徴とする請求項1記載
の酸化物積層構造の製造方法。
5. The heat treatment of the silicon substrate in a non-oxidizing atmosphere after terminating dangling bonds on the surface of the silicon substrate with hydrogen and growing the cerium oxide layer. The method for manufacturing an oxide laminated structure according to claim 1.
【請求項6】 上記シリコン基板の表面のダングリング
ボンドを水素で終端した後、30分以内に上記シリコン
基板を大気または酸化性雰囲気から隔離し、非酸化性雰
囲気の成長室に導入するようにしたことを特徴とする請
求項1記載の酸化物積層構造の製造方法。
6. After terminating dangling bonds on the surface of the silicon substrate with hydrogen, the silicon substrate is isolated from the atmosphere or an oxidizing atmosphere within 30 minutes and introduced into a growth chamber in a non-oxidizing atmosphere. The method for manufacturing an oxide laminated structure according to claim 1, wherein:
【請求項7】 有機金属化学気相成長法により上記酸化
セリウム層を成長させるようにしたことを特徴とする請
求項1記載の酸化物積層構造の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the cerium oxide layer is grown by metal organic chemical vapor deposition.
【請求項8】 上記酸化セリウム層の成長初期に非酸化
性雰囲気中で成長を行うようにしたことを特徴とする請
求項7記載の酸化物積層構造の製造方法。
8. The method according to claim 7, wherein the cerium oxide layer is grown in a non-oxidizing atmosphere at an early stage of growth.
【請求項9】 上記酸化セリウム層の成長初期に非酸化
性雰囲気中で成長を行った後、酸化性雰囲気中で成長を
行うようにしたことを特徴とする請求項7記載の酸化物
積層構造の製造方法。
9. The oxide laminated structure according to claim 7, wherein the cerium oxide layer is grown in a non-oxidizing atmosphere at an early stage of the growth, and then grown in an oxidizing atmosphere. Manufacturing method.
【請求項10】 上記酸化性雰囲気が15体積%以上1
00体積%未満の酸化性ガスを含むことを特徴とする請
求項9記載の酸化物積層構造の製造方法。
10. The method according to claim 1, wherein the oxidizing atmosphere is at least 15% by volume.
The method for producing an oxide laminated structure according to claim 9, wherein the method includes an oxidizing gas of less than 00% by volume.
【請求項11】 上記酸化性雰囲気が50体積%以上1
00体積%未満の酸化性ガスを含むことを特徴とする請
求項9記載の酸化物積層構造の製造方法。
11. The method according to claim 1, wherein the oxidizing atmosphere is at least 50% by volume.
The method for producing an oxide laminated structure according to claim 9, wherein the method includes an oxidizing gas of less than 00% by volume.
【請求項12】 上記酸化性雰囲気中での成長を600
℃以上800℃未満の基板温度で行うようにしたことを
特徴とする請求項9記載の酸化物積層構造の製造方法。
12. The growth in said oxidizing atmosphere is performed for 600 minutes.
The method according to claim 9, wherein the method is performed at a substrate temperature of not less than 800 ° C. and less than 800 ° C. 11.
【請求項13】 上記酸化性雰囲気中での成長を650
℃以上750℃未満の基板温度で行うようにしたことを
特徴とする請求項9記載の酸化物積層構造の製造方法。
13. The method according to claim 13, wherein the growth in the oxidizing atmosphere is 650.
The method according to claim 9, wherein the method is performed at a substrate temperature of not lower than 750 ° C. and lower than 750 ° C. 11.
【請求項14】 上記酸化性雰囲気中での成長を0.1
Torr以上10Torr以下の反応圧力で行うように
したことを特徴とする請求項9記載の酸化物積層構造の
製造方法。
14. The method according to claim 14, wherein the growth in the oxidizing atmosphere is 0.1%.
The method according to claim 9, wherein the reaction is performed at a reaction pressure of not less than Torr and not more than 10 Torr.
【請求項15】 上記酸化性雰囲気中での成長を1To
rr以上5Torr以下の反応圧力で行うようにしたこ
とを特徴とする請求項9記載の酸化物積層構造の製造方
法。
15. The growth in the oxidizing atmosphere is performed for 1 To
10. The method according to claim 9, wherein the reaction is performed at a reaction pressure of rr or more and 5 Torr or less.
【請求項16】 (100)面方位を有するシリコン基
板上に(100)面方位を有する酸化セリウム層を成長
させるようにした酸化物積層構造の製造方法であって、 上記酸化セリウム層を3.7nm/分以上の成長速度で
成長させるようにしたことを特徴とする酸化物積層構造
の製造方法。
16. A method for manufacturing an oxide laminated structure in which a cerium oxide layer having a (100) plane orientation is grown on a silicon substrate having a (100) plane orientation. A method of manufacturing an oxide laminated structure, wherein the oxide is grown at a growth rate of 7 nm / min or more.
【請求項17】 上記酸化セリウム層を3.7nm/分
以上の成長速度および1以上の配向度で成長させるよう
にしたことを特徴とする請求項16記載の酸化物積層構
造の製造方法。
17. The method according to claim 16, wherein the cerium oxide layer is grown at a growth rate of 3.7 nm / min or more and a degree of orientation of 1 or more.
【請求項18】 上記酸化セリウム層を3.7nm/分
以上20nm/分以下の成長速度で成長させるようにし
たことを特徴とする請求項16記載の酸化物積層構造の
製造方法。
18. The method according to claim 16, wherein the cerium oxide layer is grown at a growth rate of 3.7 nm / min to 20 nm / min.
【請求項19】 上記酸化セリウム層を4nm/分以上
10nm/分以下の成長速度で成長させるようにしたこ
とを特徴とする請求項16記載の酸化物積層構造の製造
方法。
19. The method according to claim 16, wherein the cerium oxide layer is grown at a growth rate of 4 nm / min to 10 nm / min.
【請求項20】 (100)面方位を有するシリコン基
板上に(100)面方位を有する酸化セリウム層を成長
させるようにした酸化物積層構造の製造方法であって、 セリウムのβ−ジケトン化合物またはセリウムのアルコ
キシドをセリウム原料として用い、上記セリウムのβ−
ジケトン化合物またはセリウムのアルコキシドを190
℃以上220℃以下の温度で気化させることにより得ら
れるガスと酸化性ガスとを用いて有機金属化学気相成長
法により上記酸化セリウム層を成長させるようにしたこ
とを特徴とする酸化物積層構造の製造方法。
20. A method for manufacturing an oxide laminated structure in which a cerium oxide layer having a (100) plane orientation is grown on a silicon substrate having a (100) plane orientation, comprising a cerium β-diketone compound or Using an alkoxide of cerium as a cerium raw material, β-
Diketone compound or cerium alkoxide
An oxide layered structure wherein the cerium oxide layer is grown by metal organic chemical vapor deposition using a gas obtained by vaporizing at a temperature of not less than 220 ° C. and an oxidizing gas. Manufacturing method.
【請求項21】 上記セリウムのβ−ジケトン化合物ま
たはセリウムのアルコキシドを200℃以上210℃以
下の温度で気化させることにより得られるガスと酸化性
ガスとを用いて有機金属化学気相成長法により上記酸化
セリウム層を成長させるようにしたことを特徴とする請
求項20記載の酸化物積層構造の製造方法。
21. A metal-organic chemical vapor deposition method using an oxidizing gas and a gas obtained by vaporizing the β-diketone compound of cerium or the alkoxide of cerium at a temperature of 200 ° C. or more and 210 ° C. or less. 21. The method according to claim 20, wherein the cerium oxide layer is grown.
【請求項22】 反応管に供給するガスの混合部分と上
記反応管のヘッドフランジと上記反応管の導入部分とが
炉内に設けられ、この炉により、使用する有機金属化合
物原料の気化温度以上に均一に加熱することができるよ
うになっていることを特徴とする有機金属化学気相成長
装置。
22. A mixing part for gas supplied to a reaction tube, a head flange of the reaction tube, and a part for introducing the reaction tube are provided in a furnace. Metal organic chemical vapor deposition apparatus characterized in that it can be uniformly heated.
【請求項23】 上記反応管に供給するガスの混合部分
と反応管のヘッドフランジと反応管の導入部分とを上記
炉により室温以上250℃以下の温度に加熱することが
できるようになっていることを特徴とする請求項22記
載の有機金属化学気相成長装置。
23. The mixing part of the gas supplied to the reaction tube, the head flange of the reaction tube, and the introduction part of the reaction tube can be heated to a temperature of room temperature or higher and 250 ° C. or lower by the furnace. 23. The metal organic chemical vapor deposition apparatus according to claim 22, wherein:
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