JPH1150255A - 強誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents

強誘電体薄膜の製造方法

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JPH1150255A
JPH1150255A JP9211851A JP21185197A JPH1150255A JP H1150255 A JPH1150255 A JP H1150255A JP 9211851 A JP9211851 A JP 9211851A JP 21185197 A JP21185197 A JP 21185197A JP H1150255 A JPH1150255 A JP H1150255A
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thin film
film
thd
ferroelectric thin
gas
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JP9211851A
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Katsuyuki Hironaka
克行 広中
Chiharu Isobe
千春 磯辺
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機金属化学気相成長法により良好なステッ
プカバレッジでＳｒxＢｉy Ｔｉz ＯW 薄膜を成膜する
ことができる強誘電体薄膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 有機金属化学気相成長法により、Ｓｒx
Ｂｉy Ｔｉz ＯW 薄膜（ただし、０．８０≦ｘ≦１．
２、３．０≦ｙ≦５．０、３．０≦ｚ≦５．０、ｗ＝１
５±ｄ、０≦ｄ≦１．０）を成膜する。原料ガスとして
は、例えば、Ｂｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ7 ）3 、Ｓｒ（ＴＨＤ）
2 およびＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 の各有機金属を所定
の組成比に混合したガスと酸化性のガスとを混合したも
の、または、ＢｉＰｈ3 、Ｓｒ（ＴＨＤ）2 およびＴｉ
（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 の各有機金属をそれぞれ有機溶媒
に溶解した液体ソースを混合した混合溶液を気化させた
ガスと酸化性のガスとを混合したものを用いる。Ｓｒx
Ｂｉy Ｔｉz ＯW 薄膜は５００〜８００℃の基板温度で
成膜してもよいし、３５０〜６５０℃の基板温度で成膜
した後、６００〜８５０℃で熱処理してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、強誘電体薄膜の
製造方法に関し、特に、強誘電体メモリの製造に適用し
て好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体メモリは、強誘電体薄膜の高速
な分極反転とその残留分極とを利用する高速書き換え可
能な不揮発性メモリである。この強誘電体メモリの強誘
電体薄膜の材料として最近注目されているものの一つ
に、Ｂｉ系層状構造ペロブスカイト型強誘電体であるＳ
ｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15がある。
【０００３】バルク試料に関する報告によれば（特開昭
５３−１２３８９９号公報）、このＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ
15のキュリー点は５３０℃であり、他のＢｉ系層状構造
ペロブスカイト型強誘電体であるＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9
のキュリー点３１０〜３３５℃や、ＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ
9 のキュリー点４２０〜４４０℃よりも高い値を持つた
め、強誘電体メモリの強誘電体薄膜の材料に用いた場合
には、温度変化による特性変動の小さい誘電体キャパシ
タの形成が可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、ＳｒＢｉ4 Ｔｉ
4 Ｏ15薄膜の成膜に関しては、スピンコート法で成膜し
た例が報告されているのみであった（特開平８−１５３
８５４号公報）。しかしながら、スピンコート法でＳｒ
Ｂｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15薄膜を成膜する場合には、下地表面に
段差が存在すると、ステップカバレッジが悪いため、微
細な誘電体キャパシタの形成が困難であり、高集積の強
誘電体メモリに適用する場合に支障が生じるという問題
があった。
【０００５】したがって、この発明の目的は、有機金属
化学気相成長法により、下地表面に段差が存在していて
も良好なステップカバレッジでＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw
薄膜を成膜することができる強誘電体薄膜の製造方法を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw
薄膜（ただし、０．８≦ｘ≦１．２、３．０≦ｙ≦５．
０、３．０≦ｚ≦５．０、ｗ＝１５±ｄ、０≦ｄ≦１．
０）を有機金属化学気相成長法により成膜するようにし
た強誘電体薄膜の製造方法であって、ＢｉＰｈ3 （ただ
し、Ｐｈ＝Ｃ6 Ｈ5 ）、Ｂｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ7 ）3 、Ｂｉ
（Ｏ−Ｃ2 Ｈ5 ）3 、Ｂｉ（Ｏ−ｉＣ3 Ｈ7 ）3 、Ｂｉ
（Ｏ−ｔＣ4 Ｈ9 ）3 およびＢｉ（Ｏ−ｔＣ5 Ｈ11）3
からなる第１の群より選ばれた少なくとも一種類の有機
金属と、Ｓｒ（ＴＨＤ）2 、Ｓｒ（ＴＨＤ）2 テトラグ
リム（tetraglyme）およびＳｒ（Ｍｅ5 Ｃ5 ）2 ．２Ｔ
ＨＦ（ただし、ＴＨＤ＝２，２，６，６−テトラメチル
（tetramethyl)−３，５−ヘプタンジオン（heptandio
n）（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）、Ｍｅ＝ＣＨ3 、ＴＨＦ＝テトラ
ヒドロフラン）からなる第２の群より選ばれた少なくと
も一種類の有機金属と、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 、Ｔ
ｉＯ（ＴＨＤ）2 およびＴｉ（ＴＨＤ）2 （ｉ−ＯＣ3
Ｈ7 ）2 （ただし、ＴＨＤ＝２，２，６，６−テトラメ
チル−３，５−ヘプタンジオン）からなる第３の群より
選ばれた少なくとも一種類の有機金属とを所定の組成比
に混合したガスと酸化性のガスとを混合した原料ガスを
用いてＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を成膜するようにし
たことを特徴とするものである。
【０００７】この発明の第２の発明は、Ｓｒx Ｂｉy Ｔ
ｉz Ｏw 薄膜（ただし、０．８≦ｘ≦１．２、３．０≦
ｙ≦５．０、３．０≦ｚ≦５．０、ｗ＝１５±ｄ、０≦
ｄ≦１．０）を有機金属化学気相成長法により成膜する
ようにした強誘電体薄膜の製造方法であって、ＢｉＰｈ
3 （ただし、Ｐｈ＝Ｃ6 Ｈ5 ）、Ｂｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ7 ）
3 、Ｂｉ（Ｏ−Ｃ2 Ｈ5 ）3 、Ｂｉ（Ｏ−ｉＣ3 Ｈ7 ）
3 、Ｂｉ（Ｏ−ｔＣ4 Ｈ9 ）3 およびＢｉ（Ｏ−ｔＣ5
Ｈ11）3 からなる第１の群より選ばれた少なくとも一種
類の有機金属と、Ｓｒ（ＴＨＤ）2 、Ｓｒ（ＴＨＤ）2
テトラグリムおよびＳｒ（Ｍｅ5 Ｃ5 ）2 ．２ＴＨＦ
（ただし、ＴＨＤ＝２，２，６，６−テトラメチル−
３，５−ヘプタンジオン、Ｍｅ＝ＣＨ3 、ＴＨＦ＝テト
ラヒドロフラン）からなる第２の群より選ばれた少なく
とも一種類の有機金属と、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4、
ＴｉＯ（ＴＨＤ）2 およびＴｉ（ＴＨＤ）2 （ｉ−ＯＣ
3 Ｈ7 ）2 （ただし、ＴＨＤ＝２，２，６，６−テトラ
メチル−３，５−ヘプタンジオン）からなる第３の群よ
り選ばれた少なくとも一種類の有機金属とをそれぞれ有
機溶媒に所定の濃度に溶解した液体を所定の組成比に混
合した混合溶液を気化させたガスと酸化性のガスとを混
合した原料ガスを用いてＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を
成膜するようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】この第２の発明において、有機溶媒は、典
型的には、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を主成分とす
るものであり、必要に応じて安定化剤などを含む。ま
た、混合溶液を気化させる気化器の温度は、典型的には
１８０〜２５０℃である。反応室中の原料ガスの圧力
は、典型的には０．１〜５０Ｔｏｒｒであり、好適には
１〜１０Ｔｏｒｒである。
【０００９】この発明において、成膜されるＳｒx Ｂｉ
y Ｔｉz Ｏw 薄膜は、典型的には、そのＳｒ、Ｂｉおよ
びＴｉの原子組成比をそれぞれｐ、ｑ、ｒとしたとき、
ｐ、ｑ、ｒが３．０≦ｑ／ｐ≦６．０、３．０≦ｒ／ｐ
≦６．０で表される範囲にある。
【００１０】この発明においては、典型的には、Ｓｒx
Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を５００〜８００℃の基板温度で
成膜する。あるいは、Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を３
５０〜６５０℃の基板温度で成膜した後、このＳｒx Ｂ
ｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を酸化性雰囲気中において６００〜
８５０℃で熱処理する。
【００１１】この発明において、Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏ
w 薄膜は種々の下地上に成膜されるが、例えば、Ｉｒa
Ｐｔb Ｒｕc （ただし、ａ、ｂ、ｃは原子％で表した組
成）で表され、その組成範囲が０≦ａ≦１００、０≦ｂ
≦１００、０≦ｃ≦１００、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００）であ
る導電材料からなる電極が設けられた基板上に成膜され
る場合もあるし、Ｉｒa Ｐｔb Ｒｕc Ｏd （ただし、
ａ、ｂ、ｃ、ｄは原子％で表した組成）で表され、その
組成範囲が０≦ａ≦９０、０≦ｂ≦９０、０≦ｃ≦９
０、０≦ｄ≦１０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）である導
電材料からなる電極が設けられた基板上に成膜される場
合もある。
【００１２】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、有機金属化学気相成長法によりＳｒx Ｂｉy Ｔｉz
Ｏw 薄膜を成膜するようにしていることにより、良好な
ステップカバレッジを得ることができる。
【００１３】
【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。
【００１４】図１はこの発明の第１の実施形態を示し、
強誘電体メモリに用いられる誘電体キャパシタの形成方
法を示す。
【００１５】図１に示すように、この第１の実施形態に
おいては、まず、Ｓｉ基板１１の表面に例えば熱酸化法
により例えば膜厚３００ｎｍのＳｉＯ2 膜１２を成膜し
た後、その上に例えばスパッタリング法により例えば膜
厚３０ｎｍのＴｉ膜１３および例えば膜厚２００ｎｍの
Ｐｔ膜１４を順次成膜する。Ｔｉ膜１３は接合層として
用いられ、Ｐｔ膜１４は下部電極として用いられる。
【００１６】次に、Ｐｔ膜１４上に有機金属化学気相成
長（ＭＯＣＶＤ）法により基板温度３５０〜６５０℃で
例えば膜厚２００ｎｍのＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜１
５（ただし、０．８≦ｘ≦１．２、３．０≦ｙ≦５．
０、３．０≦ｚ≦５．０、ｗ＝１５±ｄ、０≦ｄ≦１．
０）を成膜する。具体的には、Ｐｔ膜１４まで成膜した
Ｓｉ基板１１を図示省略したＭＯＣＶＤ装置の反応室内
のサセプタ上に設置して３５０〜６５０℃の基板温度に
加熱し、保持する。そして、Ｂｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ7）3 、
Ｓｒ（ＴＨＤ）2 およびＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 の各
有機金属をそれぞれ流量２００ＳＣＣＭ、２５０ＳＣＣ
Ｍおよび５０ＳＣＣＭのＡｒキャリアガスとともに反応
室の前段で例えば流量５００ＳＣＣＭの酸素ガスと混合
した後、この混合ガスを原料ガスとして反応室に導入す
る。このとき、反応室中の原料ガスの圧力は例えば１〜
１０Ｔｏｒｒとする。
【００１７】次に、このようにして成膜されたＳｒx Ｂ
ｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜１５を例えば常圧の酸素雰囲気中に
おいて例えば７５０℃で例えば１時間熱処理する。
【００１８】次に、このＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜１
５上に例えばスパッタリング法により例えば膜厚２００
ｎｍのＰｔ膜１６を成膜する。このＰｔ膜１６は上部電
極として用いられる。
【００１９】この後、例えば酸素雰囲気中において例え
ば７５０℃で例えば１０分間熱処理する。
【００２０】このようにして形成された誘電体キャパシ
タのＰｔ膜１４とＰｔ膜１６との間に電圧を印加して分
極（Ｐ）−電圧（Ｖ）ヒステリシスを測定した結果、強
誘電体メモリで重要な誘電分極値（残留分極値）２Ｐr
＝１０〜２０μＣ／ｃｍ2 、抗電力２Ｅc ＝１５０〜２
２０ｋＶ／ｃｍの値が得られた。
【００２１】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、ＭＯＣＶＤ法によりＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜１
５を成膜しているので、下地表面に段差が存在していて
も、良好なステップカバレッジを得ることができる。こ
のため、微細な誘電体キャパシタを形成することが可能
となり、高集積の強誘電体メモリの製造が可能となる。
また、ＭＯＣＶＤ法は生産性が高いので、強誘電体メモ
リの量産に適している。さらに、Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏ
w 薄膜１５はキュリー点が高いことから、温度変化によ
る特性変動が小さい。以上により、動作温度補償範囲の
広い大容量の強誘電体メモリを実現することが可能とな
る。
【００２２】次に、この発明の第２の実施形態による誘
電体キャパシタの形成方法について説明する。この第２
の実施形態においては、Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜１
５の成膜方法が第１の実施形態と異なる。
【００２３】図１に示すように、この第２の実施形態に
おいては、まず、Ｓｉ基板１１の表面に例えば熱酸化法
により膜厚３００ｎｍのＳｉＯ2 膜１２を成膜した後、
その上に例えばスパッタリング法により例えば膜厚３０
ｎｍのＴｉ膜１３および例えば膜厚２００ｎｍのＰｔ膜
１４を順次成膜する。Ｔｉ膜１３は接合層として用いら
れ、Ｐｔ膜１４は下部電極として用いられる。
【００２４】次に、Ｐｔ膜１４上にＭＯＣＶＤ法により
基板温度３５０〜６５０℃で例えば膜厚２００ｎｍのＳ
ｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜１５（ただし、０．８≦ｘ≦
１．２、３．０≦ｙ≦５．０、３．０≦ｚ≦５．０、ｗ
＝１５±ｄ、０≦ｄ≦１．０）を成膜する。具体的に
は、Ｐｔ膜１４まで成膜したＳｉ基板１１を図示省略し
たＭＯＣＶＤ装置の反応室内のサセプタ上に設置して３
５０〜６５０℃の基板温度に加熱し、保持する。そし
て、ＢｉＰｈ3 、Ｓｒ（ＴＨＤ）2 およびＴｉ（ｉ−Ｏ
Ｃ3 Ｈ7 ）4 の各有機金属をそれぞれ所定の濃度でＴＨ
Ｆ溶媒中に溶解した液体ソースを所定の割合で混合した
混合溶液を例えば２００℃に保持された気化器に送り込
み、ガス化する。そして、このガスを例えば流量５００
ＳＣＣＭのＡｒキャリアガスとともに搬送して反応室の
前段で例えば流量５００ＳＣＣＭの酸素ガスと混合した
後、この混合ガスを原料ガスとして反応室に導入する。
このとき、反応室中の原料ガスの圧力は例えば１〜１０
Ｔｏｒｒとする。
【００２５】次に、このようにして成膜されたＳｒx Ｂ
ｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜１５を例えば常圧の酸素雰囲気中に
おいて例えば７５０℃で例えば１時間熱処理する。
【００２６】次に、このＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜１
５上に例えばスパッタリング法により例えば膜厚２００
ｎｍのＰｔ膜１６を成膜する。このＰｔ膜１６は上部電
極として用いられる。
【００２７】この後、例えば酸素雰囲気中において例え
ば７５０℃で例えば１０分間熱処理する。
【００２８】このようにして形成された誘電体キャパシ
タのＰｔ膜１４とＰｔ膜１６との間に電圧を印加してＰ
−Ｖヒステリシスを測定した結果、２Ｐr ＝１０〜２２
μＣ／ｃｍ2 、２Ｅc ＝１５０〜２２０ｋＶ／ｃｍの値
が得られた。
【００２９】この第２の実施形態によっても、第１の実
施形態と同様な利点を得ることができる。
【００３０】次に、この発明の第３の実施形態による誘
電体キャパシタの形成方法について説明する。この第３
の実施形態においては、下部電極および上部電極の材料
が第１および第２の実施形態と異なる。
【００３１】この第３の実施形態においては、まず、図
２に示すように、Ｓｉ基板２１上に例えばスパッタリン
グ法により例えば膜厚１００ｎｍのＩｒＯ2 膜２２およ
び例えば膜厚１００ｎｍのＩｒ膜２３を順次成膜する。
このＩｒ膜２３は下部電極として用いられる。
【００３２】次に、Ｉｒ膜２３上にＭＯＣＶＤ法により
基板温度３５０〜６５０℃で例えば膜厚２００ｎｍのＳ
ｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜２４（ただし、０．８≦ｘ≦
１．２、３．０≦ｙ≦５．０、３．０≦ｚ≦５．０、ｗ
＝１５±ｄ、０≦ｄ≦１．０）を成膜する。具体的に
は、Ｉｒ膜２３まで成膜したＳｉ基板２１を図示省略し
たＭＯＣＶＤ装置の反応室内のサセプタ上に設置して３
５０〜６５０℃の基板温度に加熱し、保持する。そし
て、ＢｉＰｈ3 、Ｓｒ（ＴＨＤ）2 およびＴｉ（ｉ−Ｏ
Ｃ3 Ｈ7 ）4 の各有機金属をそれぞれ所定の濃度でＴＨ
Ｆ溶媒中に溶解した液体ソースを所定の割合で混合した
混合溶液を例えば２００℃に保持された気化器に送り込
み、ガス化する。そして、このガスを例えば流量５００
ＳＣＣＭのＡｒキャリアガスとともに搬送して反応室の
前段で例えば流量５００ＳＣＣＭの酸素ガスと混合した
後、この混合ガスを原料ガスとして反応室に導入する。
このとき、反応室中の原料ガスの圧力は例えば１〜１０
Ｔｏｒｒとする。
【００３３】次に、このようにして成膜されたＳｒx Ｂ
ｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜２４を例えば常圧の酸素雰囲気中に
おいて例えば７５０℃で例えば１時間熱処理する。
【００３４】次に、このＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜２
４上に例えばスパッタリング法により例えば膜厚１００
ｎｍのＩｒ膜２５を成膜する。このＩｒ膜２５は上部電
極として用いられる。
【００３５】この後、例えば酸素雰囲気中において例え
ば７５０℃で例えば１０分間熱処理する。
【００３６】このようにして形成された誘電体キャパシ
タのＩｒ膜２３とＩｒ膜２５との間に電圧を印加してＰ
−Ｖヒステリシスを測定した結果、２Ｐr ＝１０〜２２
μＣ／ｃｍ2 、２Ｅc ＝１５０〜２２０ｋＶ／ｃｍの値
が得られた。
【００３７】この第３の実施形態によっても、第１の実
施形態と同様な利点を得ることができる。
【００３８】次に、この発明の第４の実施形態による誘
電体キャパシタの形成方法について説明する。この第４
の実施形態においては、下部電極および上部電極の材料
が第１、第２および第３の実施形態と異なる。
【００３９】この第４の実施形態においては、まず、図
３に示すように、Ｓｉ基板３１上に例えばスパッタリン
グ法により膜厚１００ｎｍのＩｒＯ2 膜３２および例え
ば膜厚１００ｎｍのＩｒ0.7 Ｒｕ0.3 膜３３を順次成膜
する。このＩｒ0.7 Ｒｕ0.3膜３３は下部電極として用
いられる。
【００４０】次に、Ｉｒ0.7 Ｒｕ0.3 膜３３上にＭＯＣ
ＶＤ法により基板温度３５０〜６５０℃で例えば膜厚２
００ｎｍのＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜３４（ただし、
０．８≦ｘ≦１．２、３．０≦ｙ≦５．０、３．０≦ｚ
≦５．０、ｗ＝１５±ｄ、０≦ｄ≦１．０）を成膜す
る。具体的には、Ｉｒ0.7 Ｒｕ0.3 膜３３まで成膜した
Ｓｉ基板３１を図示省略したＭＯＣＶＤ装置の反応室内
のサセプタ上に設置して３５０〜６５０℃の基板温度に
加熱し、保持する。そして、ＢｉＰｈ3 、Ｓｒ（ＴＨ
Ｄ）2 およびＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 の各有機金属を
それぞれ所定の濃度でＴＨＦ溶媒中に溶解した液体ソー
スを所定の割合で混合した混合溶液を例えば２００℃に
保持された気化器に送り込み、ガス化する。そして、こ
のガスを例えば流量５００ＳＣＣＭのＡｒキャリアガス
とともに搬送して反応室の前段で例えば流量５００ＳＣ
ＣＭの酸素ガスと混合した後、この混合ガスを原料ガス
として反応室に導入する。このとき、反応室中の原料ガ
スの圧力は例えば１〜１０Ｔｏｒｒとする。
【００４１】次に、このようにして成膜されたＳｒx Ｂ
ｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜３４を例えば常圧の酸素雰囲気中に
おいて例えば７００℃で例えば１時間熱処理する。
【００４２】次に、このＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜３
４上に例えばスパッタリング法により例えば膜厚１００
ｎｍのＩｒ0.7 Ｒｕ0.3 膜３５を成膜する。このＩｒ
0.7 Ｒｕ0.3 膜３５は上部電極として用いられる。
【００４３】この後、例えば酸素雰囲気中において例え
ば７００℃で例えば１０分間熱処理する。
【００４４】このようにして形成された誘電体キャパシ
タのＩｒ0.7 Ｒｕ0.3 膜３３とＩｒ0.7 Ｒｕ0.3 膜３５
との間に電圧を印加してＰ−Ｖヒステリシスを測定した
結果、２Ｐr ＝５〜１８μＣ／ｃｍ2 、２Ｅc ＝１５０
〜２３０ｋＶ／ｃｍの値が得られた。
【００４５】この第４の実施形態によっても、第１の実
施形態と同様な利点を得ることができる。
【００４６】次に、この発明の第５の実施形態による誘
電体キャパシタの形成方法について説明する。この第５
の実施形態においては、Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜の
成膜後に高温、長時間の熱処理を行わないことが第１、
第２、第３および第４の実施形態と異なる。また、下部
電極および上部電極の材料としては第３の実施形態と同
じものを用いる。
【００４７】図２に示すように、この第５の実施形態に
おいては、まず、Ｓｉ基板２１上に例えばスパッタリン
グ法により例えば膜厚１００ｎｍのＩｒＯ2 膜２２およ
び例えば膜厚１００ｎｍのＩｒ膜２３を順次成膜する。
このＩｒ膜２３は下部電極として用いられる。
【００４８】次に、Ｉｒ膜２３上にＭＯＣＶＤ法により
基板温度５００〜８００℃で例えば膜厚２００ｎｍのＳ
ｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜２４（ただし、０．８≦ｘ≦
１．２、３．０≦ｙ≦５．０、３．０≦ｚ≦５．０、ｗ
＝１５±ｄ、０≦ｄ≦１．０）を成膜する。具体的に
は、Ｉｒ膜２３まで成膜したＳｉ基板２１を図示省略し
たＭＯＣＶＤ装置の反応室内のサセプタ上に設置して５
００〜８００℃の基板温度に加熱し、保持する。そし
て、Ｂｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ7 ）3 、Ｓｒ（ＴＨＤ）2 および
Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 の各有機金属をそれぞれ流量
２００ＳＣＣＭ、２５０ＳＣＣＭおよび５０ＳＣＣＭの
Ａｒキャリアガスとともに反応室の前段で例えば流量５
００ＳＣＣＭの酸素ガスと混合した後、この混合ガスを
原料ガスとして反応室に導入する。このとき、反応室中
の原料ガスの圧力は例えば１〜１０Ｔｏｒｒとする。
【００４９】次に、このＳｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜２
４上に例えばスパッタリング法により例えば膜厚１００
ｎｍのＩｒ膜２５を成膜する。このＩｒ膜２５は上部電
極として用いられる。
【００５０】この後、例えば常圧の酸素雰囲気中におい
て例えば７５０℃で例えば１０分間熱処理する。
【００５１】このようにして形成された誘電体キャパシ
タのＩｒ膜２３とＩｒ膜２５との間に電圧を印加してＰ
−Ｖヒステリシスを測定した結果、２Ｐr ＝１０〜１８
μＣ／ｃｍ2 、抗電力２Ｅc ＝１５０〜２２０ｋＶ／ｃ
ｍの値が得られた。
【００５２】この第５の実施形態によっても、第１の実
施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５３】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。
【００５４】例えば、上述の第１、第２、第３、第４お
よび第５の実施形態において挙げた数値、構造、電極材
料、プロセスなど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、構造、電極材料、プロセスなど
を用いてもよい。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を有機金属化学気相成
長法により成膜するようにしていることにより、良好な
ステップカバレッジを得ることができ、したがって微細
な誘電体キャパシタを形成することができ、高集積の強
誘電体メモリを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態による誘電体キャパ
シタの形成方法を説明するための断面図である。
【図２】この発明の第３の実施形態による誘電体キャパ
シタの形成方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の第４の実施形態による誘電体キャパ
シタの形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１・・・Ｓｉ基板、１４、１６・・・Ｐ
ｔ膜、１５、２４、３４・・・Ｂｉx Ｓｒy Ｔｉz Ｏw
薄膜、２３、２５・・・Ｉｒ膜、３３、３５・・・Ｉｒ
0.7 Ｒｕ0.3 膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/108 Ｈ０１Ｌ 29/78 ３７１ 21/8242 21/8247 29/788 29/792

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜（ただし、
    ０．８≦ｘ≦１．２、３．０≦ｙ≦５．０、３．０≦ｚ
    ≦５．０、ｗ＝１５±ｄ、０≦ｄ≦１．０）を有機金属
    化学気相成長法により成膜するようにした強誘電体薄膜
    の製造方法であって、 ＢｉＰｈ3 （ただし、Ｐｈ＝Ｃ6 Ｈ5 ）、Ｂｉ（ｏ−Ｃ
    7 Ｈ7 ）3 、Ｂｉ（Ｏ−Ｃ2 Ｈ5 ）3 、Ｂｉ（Ｏ−ｉＣ
    3 Ｈ7 ）3 、Ｂｉ（Ｏ−ｔＣ4 Ｈ9 ）3 およびＢｉ（Ｏ
    −ｔＣ5 Ｈ11）3 からなる第１の群より選ばれた少なく
    とも一種類の有機金属と、Ｓｒ（ＴＨＤ）2 、Ｓｒ（Ｔ
    ＨＤ）2 テトラグリムおよびＳｒ（Ｍｅ5 Ｃ5 ）2 ．２
    ＴＨＦ（ただし、ＴＨＤ＝２，２，６，６−テトラメチ
    ル−３，５−ヘプタンジオン、Ｍｅ＝ＣＨ3 、ＴＨＦ＝
    テトラヒドロフラン）からなる第２の群より選ばれた少
    なくとも一種類の有機金属と、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）
    4、ＴｉＯ（ＴＨＤ）2 およびＴｉ（ＴＨＤ）2 （ｉ−
    ＯＣ3 Ｈ7 ）2 （ただし、ＴＨＤ＝２，２，６，６−テ
    トラメチル−３，５−ヘプタンジオン）からなる第３の
    群より選ばれた少なくとも一種類の有機金属とを所定の
    組成比に混合したガスと酸化性のガスとを混合した原料
    ガスを用いて上記Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を成膜す
    るようにしたことを特徴とする強誘電体薄膜の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 上記Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を５０
    ０〜８００℃の基板温度で成膜するようにしたことを特
    徴とする請求項１記載の強誘電体薄膜の製造方法。
  3. 【請求項３】 上記Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を３５
    ０〜６５０℃の基板温度で成膜した後、上記Ｓｒx Ｂｉ
    y Ｔｉz Ｏw 薄膜を酸化性雰囲気中において６００〜８
    ５０℃の温度で熱処理するようにしたことを特徴とする
    請求項１記載の強誘電体薄膜の製造方法。
  4. 【請求項４】 反応室中の上記原料ガスの圧力が０．１
    〜５０Ｔｏｒｒであることを特徴とする請求項１記載の
    強誘電体薄膜の製造方法。
  5. 【請求項５】 Ｉｒa Ｐｔb Ｒｕc （ただし、ａ、ｂ、
    ｃは原子％で表した組成）で表され、その組成範囲が０
    ≦ａ≦１００、０≦ｂ≦１００、０≦ｃ≦１００、ａ＋
    ｂ＋ｃ＝１００）である導電材料からなる電極が設けら
    れた基板上に上記Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を成膜す
    るようにしたことを特徴とする請求項１記載の強誘電体
    薄膜の製造方法。
  6. 【請求項６】 Ｉｒa Ｐｔb Ｒｕc Ｏd （ただし、ａ、
    ｂ、ｃ、ｄは原子％で表した組成）で表され、その組成
    範囲が０≦ａ≦９０、０≦ｂ≦９０、０≦ｃ≦９０、０
    ≦ｄ≦１０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）である導電材料
    からなる電極が設けられた基板上に上記Ｓｒx Ｂｉy Ｔ
    ｉz Ｏw 薄膜を成膜するようにしたことを特徴とする請
    求項１記載の強誘電体薄膜の製造方法。
  7. 【請求項７】 Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜（ただし、
    ０．８≦ｘ≦１．２、３．０≦ｙ≦５．０、３．０≦ｚ
    ≦５．０、ｗ＝１５±ｄ、０≦ｄ≦１．０）を有機金属
    化学気相成長法により成膜するようにした強誘電体薄膜
    の製造方法であって、 ＢｉＰｈ3 （ただし、Ｐｈ＝Ｃ6 Ｈ5 ）、Ｂｉ（ｏ−Ｃ
    7 Ｈ7 ）3 、Ｂｉ（Ｏ−Ｃ2 Ｈ5 ）3 、Ｂｉ（Ｏ−ｉＣ
    3 Ｈ7 ）3 、Ｂｉ（Ｏ−ｔＣ4 Ｈ9 ）3 およびＢｉ（Ｏ
    −ｔＣ5 Ｈ11）3 からなる第１の群より選ばれた少なく
    とも一種類の有機金属と、Ｓｒ（ＴＨＤ）2 、Ｓｒ（Ｔ
    ＨＤ）2 テトラグリムおよびＳｒ（Ｍｅ5 Ｃ5 ）2 ．２
    ＴＨＦ（ただし、ＴＨＤ＝２，２，６，６−テトラメチ
    ル−３，５−ヘプタンジオン、Ｍｅ＝ＣＨ3 、ＴＨＦ＝
    テトラヒドロフラン）からなる第２の群より選ばれた少
    なくとも一種類の有機金属と、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）
    4、ＴｉＯ（ＴＨＤ）2 およびＴｉ（ＴＨＤ）2 （ｉ−
    ＯＣ3 Ｈ7 ）2 （ただし、ＴＨＤ＝２，２，６，６−テ
    トラメチル−３，５−ヘプタンジオン）からなる第３の
    群より選ばれた少なくとも一種類の有機金属とをそれぞ
    れ有機溶媒に所定の濃度に溶解した液体を所定の組成比
    に混合した混合溶液を気化させたガスと酸化性のガスと
    を混合した原料ガスを用いて上記Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏ
    w 薄膜を成膜するようにしたことを特徴とする強誘電体
    薄膜の製造方法。
  8. 【請求項８】 上記有機溶媒がテトラヒドロフランを主
    成分とすることを特徴とする請求項７記載の強誘電体薄
    膜の製造方法。
  9. 【請求項９】 上記混合溶液を気化させる気化器の温度
    が１８０〜２５０℃であることを特徴とする請求項７記
    載の強誘電体薄膜の製造方法。
  10. 【請求項１０】 反応室中の上記原料ガスの圧力が０．
    １〜５０Ｔｏｒｒであることを特徴とする請求項７記載
    の強誘電体薄膜の製造方法。
  11. 【請求項１１】 上記Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を５
    ００〜８００℃の基板温度で成膜するようにしたことを
    特徴とする請求項７記載の強誘電体薄膜の製造方法。
  12. 【請求項１２】 上記Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を３
    ５０〜６５０℃の基板温度で成膜した後、上記Ｓｒx Ｂ
    ｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を酸化性雰囲気中において６００〜
    ８５０℃の温度で熱処理するようにしたことを特徴とす
    る請求項７記載の強誘電体薄膜の製造方法。
  13. 【請求項１３】 Ｉｒa Ｐｔb Ｒｕc （ただし、ａ、
    ｂ、ｃは原子％で表した組成）で表され、その組成範囲
    が０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦１００、０≦ｃ≦１００、
    ａ＋ｂ＋ｃ＝１００）である導電材料からなる電極が設
    けられた基板上に上記Ｓｒx Ｂｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を成
    膜するようにしたことを特徴とする請求項７記載の強誘
    電体薄膜の製造方法。
  14. 【請求項１４】 Ｉｒa Ｐｔb Ｒｕc Ｏd （ただし、
    ａ、ｂ、ｃ、ｄは原子％で表した組成）で表され、その
    組成範囲が０≦ａ≦９０、０≦ｂ≦９０、０≦ｃ≦９
    ０、０≦ｄ≦１０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００）である導
    電材料からなる電極が設けられた基板上に上記Ｓｒx Ｂ
    ｉy Ｔｉz Ｏw 薄膜を成膜するようにしたことを特徴と
    する請求項７記載の強誘電体薄膜の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087688A (en) * 1998-03-03 2000-07-11 Fuji Electric Co., Ltd. Field effect transistor

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US6087688A (en) * 1998-03-03 2000-07-11 Fuji Electric Co., Ltd. Field effect transistor

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