JPH0435033A - 薄膜強誘電体の製造方法 - Google Patents

薄膜強誘電体の製造方法

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JPH0435033A
JPH0435033A JP2143113A JP14311390A JPH0435033A JP H0435033 A JPH0435033 A JP H0435033A JP 2143113 A JP2143113 A JP 2143113A JP 14311390 A JP14311390 A JP 14311390A JP H0435033 A JPH0435033 A JP H0435033A
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JP
Japan
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thin film
substrate
vapor deposition
producing
gas
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JP2143113A
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English (en)
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Hideaki Adachi
秀明 足立
Shigenori Hayashi
重徳 林
Kentaro Setsune
瀬恒 謙太郎
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明6え 薄膜強誘電体の製造方法に関すム従来の技
術 PbTi0a、   PLZT[(Pb+−xLax)
(ZruTil−y)+−+clzOs コ。
BaTiOs等に代表される多元系酸化物強誘電体は優
れた圧電性、焦電性、電気光学特性等を示しこれを利用
した種々の機能デバイスが検討されている。特く 半導
体ICメモリの分野において(よその高い誘電率を利用
してDRAMのキャパシタ絶縁膜に用い4 また(よ 
その分極反転を利用して不揮発性RAMを構築すゑ な
どの新しいメモリー領域を切り開こうとする試みがでて
きている。
これらの材料の特性の向上または集積化のためにζ瓜 
その薄膜化が非常に重要であり、特K シリコン基板上
に作製する技術の開発が重要であaさらに 高性能(1
,高機能化を考えた場合、単結晶薄膜またはC軸配向膜
であることが望ましt、%これらに関する研究(よ ス
パッタ蒸着を中心凶いくつかの研究機関で行われてきた
 しかし 多元複合酸化物であることか収 組成 結晶
構造等を制御して所望の特性を有する薄膜強誘電体を得
ることは 一般には容易ではなかっ九 発明が解決しようとする課題 しかしながら上記従来の製造方法において、薄膜強誘電
体の作製を複雑にしている原因の一つ番へ成膜時の温度
が比較的高いということが挙げられる。すなわちこの種
の材料It、  作製される薄膜強誘電体の結晶構造が
基板温度に依存し 結晶化温度より低い場合には非晶質
膜力丈 高い場合には結晶質の薄膜が形成される。この
種の薄膜強誘電体の場合、結晶化温度はだいたい550
〜600℃程度である。したがって成膜は600℃程度
以上の温度で行うた数 蒸気圧の高い元素の制御が難し
く、またシリコン基板上に形成された素子上に成膜する
場合には素子を損なうという課題を有してい九 加えて
このような比較的高い基板温度で(戴 基体と薄膜強誘
電体の相互拡散や柱状成長によるピンホールが生じるな
どの課題を有してい九本発明は上記従来の課題を解決す
るもので、組成制御性良く膜形成を行(\ ピンホール
の無い結晶性の高い薄膜を焦 さらにシリコン基板上に
形成された素子上に低温で膜形成できる薄膜強誘電体の
製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明の薄膜強誘電体の製造
方法でζ友 電子共鳴マイクロ波プラズマにより生成さ
れた酸素の活性種を基体に照射しつつ薄膜強誘電体を蒸
着荷より形成するものであもまた 第2の製造方法ζ友
 オゾンガスを導入した雰囲気のもとで薄膜強誘電体の
蒸着を行うものである。
さらに第3の製造方法Cヨ  原子状酸素を導入した雰
囲気のもとで薄膜強誘電体の蒸着を行うものである。
さらに第4の製造方法i上 NaOガスを導入した雰囲
気のもとで薄膜強誘電体の蒸着を行うというものである
作用 従来の方法におけるこの種の薄膜強誘電体の作製温度が
600℃程度に達するのに対し 本発明の製造方法を用
いると作製温度が50〜100℃程度低下できも この
場合なぜ作製温度の低下ができたのかは定かではない力
(蒸着時の導入雰囲気中にこの種の薄膜強誘電体の結晶
構造を構成し易くする酸素の活性種が存在するためであ
ると考えられる。また本発明の製造方法により良好に結
晶構造の構築が行われるたべ できた薄膜強誘電体の誘
電的性質もバルク材料と同等の特性を示す。
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明すも (実施例1) 第1図は本発明の一実施例における薄膜強誘電体の製造
方法に用いる蒸着装置内部の概略構成回出ある。図にお
いて1は蒸発鳳 2は基4*、3は基体加熱用ヒータス
 4はマイクロ波源 5は磁場発生源 6はガス導入管
、 7は真空槽であもこの装置を用いて4元系複合酸化
物強誘電体P L Z T [(Pb+−xLax)(
ZruTi+−w)+−x/40slの薄膜作製を行っ
た 蒸発源1として、Pb、 La、 ZrおよびTi
の合金を用し入 電子ビーム加熱により蒸発させた 基
体2は白金板とヒ 膜組成をPb@、 e2Las、5
aZrs、 esTis、5sosに調整しk ガス導
入管6より酸素ガスを入札マイクロ波電源4で2.45
GHzのマイクロ波を発生させ磁場発生源5により87
5ガウス程度の磁場をかけると電子のザイクロトロン共
鳴が生し この放電により生じた酸素の活性種を白金基
体2に照射しつつヒーター3により500℃程度に加熱
された基体2上に 薄膜作製を行った この結果 良好
な結晶構造の薄膜強誘電体が形成され九 この薄膜強誘
電体の誘電特性を、金薄膜を上部電極として測定し九 
第2図は種々の雰囲気のもとで作製したPLZT薄膜の
室温での誘電率と膜形成時基板温度との相関図である。
通常の酸素ガスを導入して膜形成した場合には曲線2O
の結果となる力丈 本実施例の電子共鳴マイクロ波プラ
ズマにより生成された酸素の活性種を照射した場合には
曲線21となり、同じ特性の膜が100℃低温で作製さ
れ かつ誘電率の飽和値もバルク材料と同じ値の400
0に達することが確認され九 すなりち実施例1の方法
により、低温で良質の薄膜強誘電体が形成されることが
判る。
なおこの方法ζよ 電子共鳴マイクロ波プラズマ放電を
用いたスパッタ蒸着にも有効であり、同様に作製温度の
低温化が見い出され九 またこの方法ζよ (Pb、 Ba、 Sr、 Ca)(Nb、 Zn、 
Mg、 Ti)Osなどの他の複合酸化物に対しても有
効であることを確認した (実施例2) 第3図は実施例2で用いた蒸着装置内部の概略構成図で
ある。同図において、 2は白金基体 3はヒーター、
 7は真空攬 31はpb蒸発棟32はLa蒸発It 
33はZr蒸発採 34はTi蒸発淑35はガス導入管
を示す。各蒸発源31〜34の蒸発量を調整し 白金基
体2上に組成 Pbs、o2La@、eaZr@、esTis、*sO
sの薄膜強誘電体を作製し九 その際 導入管35より
10cm3/分程度のオゾンガス(O8)を人れ 白金
基体2の近傍に噴出させ丸 オゾンガス(よ 酸素を原
料とするオゾン発生器により発生させたものであり、導
入した酸素ガスの約10%が有効にオゾンとなっている
。加熱した基体2上に薄膜作製を行ったとこへ 良好な
結晶構造の薄膜強誘電体が形成されム この方法で作製
した薄膜強誘電体の誘電率の基板温度依存性を第2図の
曲線22に示す。通常の酸素ガスを用いた曲線2Oと比
べて同じ特性の膜が100℃程度低温で形成され かつ
誘電率の飽和値もバルク材料と同じ値の4000に達す
ることが確認され九 (実施例3) 本実施例で(よ 第3図と同様の装置を用いて、ガス導
入管35より5cm’/分程度の原子状酸素(○)を大
株 白金基体2の近傍に噴出させた原子状酸素はガス導
入管で酸素を流す途中でマイクロ波放電を行い発生させ
た 加熱した白金基体2上に薄膜作製を行ったとこへ 
良好な結晶構造の薄膜強誘電体が形成され丸 この方法
で作製した薄膜強誘電体の誘電率の基板温度依存性を第
2図の曲線23に示す。通常の酸素ガスを用いた曲線2
Oと比べて同じ特性の膜が100℃程度低温で形成され
 かつ誘電率の飽和値もバルク材料と同じ値程度に達す
ることが確認され九 (実施例4) 第4図は実施例4で用いた蒸着装置内部の概略構成図で
ある。同図において、 lはPb、 La、 Zrおよ
びTiの合金蒸発緑 2は白金基体 3はヒーター、7
は真空樵 35はガス導入管、41は紫外線光源である
。電子ビーム加熱で蒸発源1の蒸発を行(\ 白金基体
2上に組成 Pb@、*2Las 、5sZr@、esTi@、5s
Osの薄膜を作製し九 その際 導入管35より10a
m’/分程度のN 2Oガスを入れ 白金基体2の近傍
に噴出させ丸 さらに波長300 nm程度の紫外線光
を照射しつつ加熱した白金基体2上に薄膜作製を行った
とこへ 良好な結晶構造の薄膜強誘電体が形成され九 
この方法で作製した薄膜強誘電体の誘電率の基板温度依
存性を第2図の曲線24.25に示す。曲線24はNe
Oガスのみを導大した場合、曲線25はNeO導入に加
えて紫外線光を照射した場合である。通常の酸素ガスを
用いた曲線2Oと比べてNaOガスでは約30℃の形成
温度低下が認められるが(曲線24)、さらに紫外線光
を用いると100℃程度低温で形成され(曲線25)、
誘電率の飽和値もバルク材料と同じ値の4000に達す
ることが確認され丸 このことは紫外線光の照射でN2
Oガスがより効果的に有効な酸素の活性種を放出するた
めと思われる。
またこの方法Cよ (Pb、 Ba、 Sr、 Ca )(Nb、 Zn、
 Mg、 Ti )Onなどの他の強誘電体複合酸化物
に対しても有効であっ九 発明の効果 以上のように本発明(よ 酸素の活性種を基体に照射し
つつ膜形成することにより従来より低温で作製でき、ま
た制御性の良いプロセスで欠陥の少ない良質な膜をシリ
コン基板上などに形成できる優れた薄膜強誘電体の製造
方法を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1の薄膜強誘電体の製造方法に
用いる製造装置の概略構成凰 第2図は種々の雰囲気の
もとで作製したPLZT薄膜の室温での誘電率と膜形成
時基板温度との相関医 第3図は本発明の実施例2およ
び実施例3で用いた製造装置内部の概略構成は 第4図
は本発明の実施例4で用いた製造装置内部の概略構成図
である。 1・・・蒸発損 2・・・基4*、3・・・基体加熱用
ヒーター、 4・・・マイクロ波源 5・・・磁場発生
淑6・・・ガス導入悦

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ABO_3で表わされる強誘電体化合物の薄膜作
    製において、電子共鳴マイクロ波プラズマにより生成さ
    れた酸素の活性種を基体に照射しつつ蒸着を行う薄膜強
    誘電体の製造方法。 ここで、Aは、鉛(Pb)、バリウム(Ba)、ストロ
    ンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、ランタン(L
    a)のうち少なくとも1種以上、Bはチタン(Ti)、
    ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、マグネシウム
    (Mg)、亜鉛(Zn)のうち少なくとも1種以上で構
    成される。
  2. (2)ABO_3で表わされる強誘電体化合物の薄膜作
    製において、オゾンガスを導入した雰囲気のもとで蒸着
    を行う薄膜強誘電体の製造方法。 ここで、Aは、Pb、Ba、Sr、Ca、Laのうち少
    なくとも1種以上、BはTi、Zr、Nb、Mg、Zn
    のうち少なくとも1種以上で構成される。
  3. (3)ABO_3で表わされる強誘電体化合物の薄膜作
    製において、原子状酸素を導入した雰囲気のもとで蒸着
    を行う薄膜強誘電体の製造方法。 ここで、Aは、Pb、Ba、Sr、Ca、Laのうち少
    なくとも1種あるいは2種以上、BはTi、Zr、Nb
    、Mg、Znのうち少なくとも1種あるいは2種以上で
    構成される。
  4. (4)ABO_3で表わされる強誘電体化合物の薄膜作
    製において、一酸化二窒素(N_2O)ガスを導入した
    雰囲気のもとで蒸着を行う薄膜強誘電体の製造方法。 ここで、Aは、Pb、Ba、Sr、Ca、Laのうち少
    なくとも1種以上、BはTi、Zr、Nb、Mg、Zn
    のうち少なくとも1種以上で構成される。
  5. (5)N_2Oガスを導入して蒸着する際に、紫外光を
    基体または基体付近に照射す請求項4記載の薄膜強誘電
    体の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7018676B2 (en) * 2000-03-29 2006-03-28 Seiko Epson Corporation Method and device for manufacturing ceramics, semiconductor device and piezoelectric device
JPWO2005117103A1 (ja) * 2004-05-28 2008-04-03 富士通株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP2011195348A (ja) * 2010-03-17 2011-10-06 Yukio Watabe 酸化物強誘電体の分極電場の増大法

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