JPH0461334A - 薄膜強誘電体およびその製造方法 - Google Patents
薄膜強誘電体およびその製造方法Info
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- JPH0461334A JPH0461334A JP2173462A JP17346290A JPH0461334A JP H0461334 A JPH0461334 A JP H0461334A JP 2173462 A JP2173462 A JP 2173462A JP 17346290 A JP17346290 A JP 17346290A JP H0461334 A JPH0461334 A JP H0461334A
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- JP
- Japan
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- film
- substrate
- titanium nitride
- thin film
- ferroelectric
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- Pending
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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。
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
本発明は 化合物薄膜等の薄膜強誘電体およびその製造
方法に関すム 従来の技術 ペロブスカイト構造の（ＰｂＩ−ｘＬａｘ）（ＺＩ”４
１＋−ｖ）ｌ−×・４Ｑｓ系に代表される酸化物強誘電
体は 優れた圧電法 焦電法 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も
特に 半導体ＩＣメモリの分野においては 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ゑ
あるいはその分極反転を利用して不揮発性ＲＡＭを構築
すべ などの新しいメモリー領域を切り開こうとする試
みがでてきていもこれらの材料の特性の向上あるいは集
積化のために１よ その薄膜化が非常に重要であり、様
々な薄膜堆積法に基づいて、多くの研究機関で行われて
き九 高性能化 高機能化を考えた場合、単結晶薄膜あ
るいはＣ軸配向膜であることが望ましく〜特く 半導体
基板上に作製する技術の開発が重要であも すなわ板Ｓ
ｉ基板上に石橋 あるいは適当な下地電極を介してヘテ
ロエピタキシャル成長させる必要があム 発明が解決しようとする課題 このような従来の薄膜強誘電体の製造方法で（よ単結晶
基板上に形成する場合でＬ 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
を得ることＣ′！、一般には容易ではなｔ〜 ペロブス
カイト構造の良好な結晶性の被膜を得るにハロ００℃前
後の高い基板温度が必要であり、そのため基板との相互
拡散や柱状成長によるピンホールなども問題で、特にＳ
ｉ基板上に直接形成するのは難し１．％ 本発明は上記課題を解決するもので、Ｓｉ基板上に結晶
性のよい安定な薄膜強誘電体を提供することを目的とし
ていも 課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するためぬ シリコン等の基板
上に形成された窒化チタニウムからなる下地電極および
緩衡膜用の薄膜の上に複合化合物薄膜を形成した構成に
よも 作用 本発明は上記した構成により、窒化チタニウムを介在さ
せることにより、Ｓｉ基板上に緻密な配向膜を形成し
強誘電体薄膜成長のための緩衝膜として働くと共に 強
誘電体薄膜とＳｉ基板との良好なコンタクトを形成する
。
方法に関すム 従来の技術 ペロブスカイト構造の（ＰｂＩ−ｘＬａｘ）（ＺＩ”４
１＋−ｖ）ｌ−×・４Ｑｓ系に代表される酸化物強誘電
体は 優れた圧電法 焦電法 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も
特に 半導体ＩＣメモリの分野においては 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ゑ
あるいはその分極反転を利用して不揮発性ＲＡＭを構築
すべ などの新しいメモリー領域を切り開こうとする試
みがでてきていもこれらの材料の特性の向上あるいは集
積化のために１よ その薄膜化が非常に重要であり、様
々な薄膜堆積法に基づいて、多くの研究機関で行われて
き九 高性能化 高機能化を考えた場合、単結晶薄膜あ
るいはＣ軸配向膜であることが望ましく〜特く 半導体
基板上に作製する技術の開発が重要であも すなわ板Ｓ
ｉ基板上に石橋 あるいは適当な下地電極を介してヘテ
ロエピタキシャル成長させる必要があム 発明が解決しようとする課題 このような従来の薄膜強誘電体の製造方法で（よ単結晶
基板上に形成する場合でＬ 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
を得ることＣ′！、一般には容易ではなｔ〜 ペロブス
カイト構造の良好な結晶性の被膜を得るにハロ００℃前
後の高い基板温度が必要であり、そのため基板との相互
拡散や柱状成長によるピンホールなども問題で、特にＳ
ｉ基板上に直接形成するのは難し１．％ 本発明は上記課題を解決するもので、Ｓｉ基板上に結晶
性のよい安定な薄膜強誘電体を提供することを目的とし
ていも 課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するためぬ シリコン等の基板
上に形成された窒化チタニウムからなる下地電極および
緩衡膜用の薄膜の上に複合化合物薄膜を形成した構成に
よも 作用 本発明は上記した構成により、窒化チタニウムを介在さ
せることにより、Ｓｉ基板上に緻密な配向膜を形成し
強誘電体薄膜成長のための緩衝膜として働くと共に 強
誘電体薄膜とＳｉ基板との良好なコンタクトを形成する
。
実施例
本発明の一実施例を図面と共に説明する。
第１図において、基板１には導電性のＳｉ基板、例えば
ｐタイプのＳｉ（１００”）基板を想定して用いもこれ
をバッファエッチして、表面の酸化ＭＳｉＯ２を取り除
く。この上に下地電極２七して窒化チタニウム膜を形成
すも 窒化チタニウムの形成方法としては 様々な方法
が可能である力丈 例えば高周波マグネトロンスパッタ
リング法で形成する。スパッタリング法の場合でＬ チ
タン金属をターゲットとし アルゴンと窒素雰囲気で反
応性スパッタリングする等の方法もある力丈 ここでは
窒化チタニウム粉末をターゲットとして、アルゴンガ
ス雰囲気でスパッタリングしζ アルゴン圧０．４バス
カ／ｋ 基板温度５００ｔＡ スパッタ電力１６０
Ｗて０６１μｍの窒化チタニウム膜を形成Ｌ 第２図
のＸ線回折パターンに示すような 結晶性の被膜を得た
形成された窒化チタニウムＭは 格子定数も（Ｐｂ＋
−ｗＬａｘ ）（Ｚｒｉ＋Ｔｌ＋−ｙ）＋−＋＋ｚａＯ
ｓのそれに近く、緩衝膜として有効で、エピタキシャル
成長が期待できも 本発明者らＧ１ このような結晶
性の窒化チタニウム膜を得るに（よ 基板温度として３
５０〜７５０℃が適当であることを見いだした 次に 下地電極（２）として形成した窒化チタニウムの
上低 薄膜強誘電体３として（Ｐｂ＋−ｘＬａｘ）（Ｚ
ｒｙＴｉ＋−ｖ）＋−ｘｚ４０ｓを形成する。形成方法
として、例えば高周波マグネトロンスパッタリング法を
用いも ターゲットとして、焼結した酸化物強誘電体材
銖 例えばＰｂｓ、ｔ＠Ｌａｓ、ｔ＋Ｔｉｓ、ｓｓＯ＊
粉末をターゲットとして用いも 形成条件ｉ友Ａｒと０
２の３＝２の混合ガス雰囲気で、ガス圧力０．４Ｐａ、
スパッタリング電力１６０Ｖ／、 基板温度６０
０＼ スパッタリング時間２時間で膜厚０，３μｍの被
膜を得九 被膜形成也 直ちに形成槽内に酸素ガスを導
入して１キロパスカルとＬ−、１００℃／時で徐冷し總
形成層雰囲気と形成された被膜の酸素含有量の定量的
な関係は明らかではない力丈 結晶性の高い被膜を形成
するために（よ 酸化性雰囲気が必要で、被膜形成終了
後直ちに酸素ガスを導入し徐冷すること（訳制御法 安
定性良く被膜を形成する上で重要であることを見いだし
な プラズマ発光分光法で分析した結果 形成された被膜
の金属元素組成比ｆ＊ Ｐｂ： Ｌａ： Ｔｉ＝ ０
．７９＋０．２１＋ ０．９５と化学量論比 すなわち
ターゲット組成に一致することが確認されち また被膜
の結晶性４１ Ｘ線回折法で分析した結果 第３図に
示すよう圏 ペロブスカイト構造を有することを確認し
た また（Ｐｂ＋−ｘＬａｘ ）（ＺｒｖＴｉ＋−ｖ ）＋
−ｘ−４０ｓにおいてＸおよびｙはそれぞれ０以上１未
満の範囲の数値で実験し 同様の結果を得九 本発明者
らζよ 結晶性の高い被膜を形成させるためには 基板
の温度範囲として３５０〜７５０℃が適当であるこ七を
確認した被膜の結晶性は 基板温度の上昇と共Ｅ、
アモルファス→バイロクロア相→ペロブスカイト相と変
化するバ それに応じて、誘電風 分極反転特性等の特
性が変化すも 薄膜強誘電体のどの特性を利用するか（
よ 用途によって異なるので、被膜の結晶帳 組恋 表
面状態を最適なものとするには基板温度と被膜の特性と
の関係により、基板温度を決める必要があム 次に 上部電極４として金を直径０．８ｍｍのマスクを
用いて真空蒸着した 膜厚が比較的薄いにもかかわらず
、ピンホールはなく、良好な電気的特性を示し７−ｏ
ＬＣＲメータを用いて測定した比誘電率（よ 周波数１
００Ｈｚで６００と大きかった またソーヤ・タワー回
路を用いて測定した分極反転特性を示すＤ−Ｅヒステリ
シス（よ 第４図に示すように良好な強誘電性を示しへ 比較のだ＆ ５ｉ（１００）基板上に直接形成した場
合に３表 結晶性はあまり良好でなく、電気的性質も比
誘電率が周波数１００Ｈｚで１００とやや小さく、また
Ｄ−Ｅヒステリシス（よ 強誘電性を示すものへ特性的
には良好でなかっ九 強誘電体の結晶法Ｓｉ基板との界
面での相互拡散やＳｉＯ２の形成等の問題があると考え
られも この種の５元化合物被膜の構成元素や結晶性の違いによ
る強誘電性の変化の詳細は明かではなｌ、％またその用
途によって要求される特性もかなり異なることが考えら
れも しかしながら本発明によって、Ｓｉ基板上にも良
好な導電膜を介して所望の特性を有する薄膜強誘電体を
形成することができ、本発明は薄膜強誘電体作成上 極
めて有効な方法を確立するものであ４ 発明の効果 以上の実施例から明らかなように 本発明によれば 単
結晶基板と複合化合物薄膜の間に窒化チタニウム薄膜を
介在させているので、結晶性のよい安定な薄膜強誘電体
を提供できも
ｐタイプのＳｉ（１００”）基板を想定して用いもこれ
をバッファエッチして、表面の酸化ＭＳｉＯ２を取り除
く。この上に下地電極２七して窒化チタニウム膜を形成
すも 窒化チタニウムの形成方法としては 様々な方法
が可能である力丈 例えば高周波マグネトロンスパッタ
リング法で形成する。スパッタリング法の場合でＬ チ
タン金属をターゲットとし アルゴンと窒素雰囲気で反
応性スパッタリングする等の方法もある力丈 ここでは
窒化チタニウム粉末をターゲットとして、アルゴンガ
ス雰囲気でスパッタリングしζ アルゴン圧０．４バス
カ／ｋ 基板温度５００ｔＡ スパッタ電力１６０
Ｗて０６１μｍの窒化チタニウム膜を形成Ｌ 第２図
のＸ線回折パターンに示すような 結晶性の被膜を得た
形成された窒化チタニウムＭは 格子定数も（Ｐｂ＋
−ｗＬａｘ ）（Ｚｒｉ＋Ｔｌ＋−ｙ）＋−＋＋ｚａＯ
ｓのそれに近く、緩衝膜として有効で、エピタキシャル
成長が期待できも 本発明者らＧ１ このような結晶
性の窒化チタニウム膜を得るに（よ 基板温度として３
５０〜７５０℃が適当であることを見いだした 次に 下地電極（２）として形成した窒化チタニウムの
上低 薄膜強誘電体３として（Ｐｂ＋−ｘＬａｘ）（Ｚ
ｒｙＴｉ＋−ｖ）＋−ｘｚ４０ｓを形成する。形成方法
として、例えば高周波マグネトロンスパッタリング法を
用いも ターゲットとして、焼結した酸化物強誘電体材
銖 例えばＰｂｓ、ｔ＠Ｌａｓ、ｔ＋Ｔｉｓ、ｓｓＯ＊
粉末をターゲットとして用いも 形成条件ｉ友Ａｒと０
２の３＝２の混合ガス雰囲気で、ガス圧力０．４Ｐａ、
スパッタリング電力１６０Ｖ／、 基板温度６０
０＼ スパッタリング時間２時間で膜厚０，３μｍの被
膜を得九 被膜形成也 直ちに形成槽内に酸素ガスを導
入して１キロパスカルとＬ−、１００℃／時で徐冷し總
形成層雰囲気と形成された被膜の酸素含有量の定量的
な関係は明らかではない力丈 結晶性の高い被膜を形成
するために（よ 酸化性雰囲気が必要で、被膜形成終了
後直ちに酸素ガスを導入し徐冷すること（訳制御法 安
定性良く被膜を形成する上で重要であることを見いだし
な プラズマ発光分光法で分析した結果 形成された被膜
の金属元素組成比ｆ＊ Ｐｂ： Ｌａ： Ｔｉ＝ ０
．７９＋０．２１＋ ０．９５と化学量論比 すなわち
ターゲット組成に一致することが確認されち また被膜
の結晶性４１ Ｘ線回折法で分析した結果 第３図に
示すよう圏 ペロブスカイト構造を有することを確認し
た また（Ｐｂ＋−ｘＬａｘ ）（ＺｒｖＴｉ＋−ｖ ）＋
−ｘ−４０ｓにおいてＸおよびｙはそれぞれ０以上１未
満の範囲の数値で実験し 同様の結果を得九 本発明者
らζよ 結晶性の高い被膜を形成させるためには 基板
の温度範囲として３５０〜７５０℃が適当であるこ七を
確認した被膜の結晶性は 基板温度の上昇と共Ｅ、
アモルファス→バイロクロア相→ペロブスカイト相と変
化するバ それに応じて、誘電風 分極反転特性等の特
性が変化すも 薄膜強誘電体のどの特性を利用するか（
よ 用途によって異なるので、被膜の結晶帳 組恋 表
面状態を最適なものとするには基板温度と被膜の特性と
の関係により、基板温度を決める必要があム 次に 上部電極４として金を直径０．８ｍｍのマスクを
用いて真空蒸着した 膜厚が比較的薄いにもかかわらず
、ピンホールはなく、良好な電気的特性を示し７−ｏ
ＬＣＲメータを用いて測定した比誘電率（よ 周波数１
００Ｈｚで６００と大きかった またソーヤ・タワー回
路を用いて測定した分極反転特性を示すＤ−Ｅヒステリ
シス（よ 第４図に示すように良好な強誘電性を示しへ 比較のだ＆ ５ｉ（１００）基板上に直接形成した場
合に３表 結晶性はあまり良好でなく、電気的性質も比
誘電率が周波数１００Ｈｚで１００とやや小さく、また
Ｄ−Ｅヒステリシス（よ 強誘電性を示すものへ特性的
には良好でなかっ九 強誘電体の結晶法Ｓｉ基板との界
面での相互拡散やＳｉＯ２の形成等の問題があると考え
られも この種の５元化合物被膜の構成元素や結晶性の違いによ
る強誘電性の変化の詳細は明かではなｌ、％またその用
途によって要求される特性もかなり異なることが考えら
れも しかしながら本発明によって、Ｓｉ基板上にも良
好な導電膜を介して所望の特性を有する薄膜強誘電体を
形成することができ、本発明は薄膜強誘電体作成上 極
めて有効な方法を確立するものであ４ 発明の効果 以上の実施例から明らかなように 本発明によれば 単
結晶基板と複合化合物薄膜の間に窒化チタニウム薄膜を
介在させているので、結晶性のよい安定な薄膜強誘電体
を提供できも
第１図は本発明の一実施例の薄膜強誘電体の基本構成断
面医 第２図は第１図の窒化チタニウムのＸ線回折パタ
ーンを示す図 第３図は第１図の薄膜強誘電体の結晶性
を表わすＸ線回折パターンを示す皿 第４図は第１図の
薄膜強誘電体の分極反転特性を表わすＤ−Ｅヒステリシ
スを示す図であム ト・・・基板（シリコン等）、 ２・・・・下地電極（
窒化チタニウム膜）、 ３・・・・薄膜強誘電化代理人
の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名鳳叛（シリコン′
Ｉり 第１図 薄膜強誘電体 誼２図 ２θ （度〕
面医 第２図は第１図の窒化チタニウムのＸ線回折パタ
ーンを示す図 第３図は第１図の薄膜強誘電体の結晶性
を表わすＸ線回折パターンを示す皿 第４図は第１図の
薄膜強誘電体の分極反転特性を表わすＤ−Ｅヒステリシ
スを示す図であム ト・・・基板（シリコン等）、 ２・・・・下地電極（
窒化チタニウム膜）、 ３・・・・薄膜強誘電化代理人
の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名鳳叛（シリコン′
Ｉり 第１図 薄膜強誘電体 誼２図 ２θ （度〕
Claims (3)
- （１）シリコン等の基板上に形成された窒化チタニウム
膜からなる下地電極および緩衡膜用の薄膜と、その薄膜
の上に形成された（Ｐｂ＿１＿−＿ｘＬａ＿ｘ）（Ｚｒ
＿ｙＴｉ＿１＿−＿ｙ）＿１＿ｘ＿／＿４Ｏ＿３で構成
された複合化合物薄膜とを有する薄膜強誘電体。ここに
ｘおよびｙは、それぞれ０以上１未満の数値である。 - （２）単結晶基板上に下地電極および緩衡膜用の窒化チ
タニウム膜を形成する工程と、その窒化チタニウム膜の
上に（Ｐｂ＿１＿−＿ｘＬａ＿ｘ）（Ｚｒ＿ｙＴｉ＿１
＿−＿ｙ）＿１＿−＿ｘ＿／＿４Ｏ＿３で構成された複
合化合物薄膜を形成する工程とを有する薄膜強誘電体の
製造方法。ここに、ｘおよびｙは、それぞれ０以上１未
満の数値である。 - （３）薄膜形成時の基板温度を３５０℃以上７５０℃以
下に設定した請求項（２）記載の薄膜強誘電体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2173462A JPH0461334A (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 薄膜強誘電体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2173462A JPH0461334A (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 薄膜強誘電体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0461334A true JPH0461334A (ja) | 1992-02-27 |
Family
ID=15960925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2173462A Pending JPH0461334A (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | 薄膜強誘電体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0461334A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5932871A (en) * | 1995-11-08 | 1999-08-03 | Olympus Optical Co., Ltd. | Microscope having a confocal point and a non-confocal point, and a confocal point detect method applied thereto |
-
1990
- 1990-06-29 JP JP2173462A patent/JPH0461334A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5932871A (en) * | 1995-11-08 | 1999-08-03 | Olympus Optical Co., Ltd. | Microscope having a confocal point and a non-confocal point, and a confocal point detect method applied thereto |
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