JP2565288B2 - 高誘電率薄膜の製造方法 - Google Patents
高誘電率薄膜の製造方法Info
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Description
に用いられる薄膜キャパシタの容量絶縁膜の製造方法に
関するものである。
すます小型化しており、各種電子回路に必須の回路素子
であるキャパシタの小型化も一段と重要になってきてい
る。誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタがトランジスタ
等の能動素子と同一基板上に形成され利用されている
が、能動素子の小型化に比べてキャパシタの小型化は遅
れており、電子回路の小型化を阻む大きな要因になって
きている。これは、従来用いられている誘電体薄膜がS
iO2 、Si3 N4 などの誘電率10以下の材料に限ら
れていたためである。そこで、薄膜キャパシタを小型化
する手段として、誘電率の大きな誘電体薄膜材料の開発
が緊急の課題となっている。かかる高誘電率を有する高
誘電体薄膜材料として、チタン酸ストロンチウム(以下
SrTiO3とする)、チタン酸バリウムストロンチウ
ム(以下(Ba,Sr)TiO3 とする)、ジルコン酸
チタン酸鉛(以下PZTと略称する)などのABO3 で
表されるペロブスカイト酸化物が有力な材料として期待
されている。
パッタ法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法など
の物理的成膜手段、科学的気相堆積法(以下CVDと略
称する)、ゾルーゲル法、噴射熱分解法等の科学的堆積
法が検討されている。これらの堆積法の中でもCVD法
は原料のガス流と成膜温度、成膜圧力等の成膜条件を適
当に調整することにより、1枚また多数枚に面内均一性
良く薄膜を作製でき、段差被覆性に優れた膜を作製でき
るなどの特徴から最も実用的な方法として注目されてい
る。
は、有機金属あるいはアルコキシド、錯体等の有機基を
含む金属化合物を原料として用い、成膜終了まで一定の
供給条件で原料を供給することにより成膜している。例
えばジャーナル・オブ・ケミカルベーパーデポジション
(J.of Chamical Vapor Depo
sition)第1巻(1992年)73頁−86頁に
記述されているようにTi原料としてテトライソプロキ
シチタニウム(以下TPTと略称する)、Sr原料とし
てビスーテトラメチルヘプタジオナートストロンチウム
(以下thd−Srと略称する)を用いてSrTiO3
を作製している。また、ジャパニーズ・ジャーナル・オ
ブ・アプライド・フィジクス(Japanese J.
of Applied Physics)第29巻4号
(1990年)718頁−722頁に記述されているよ
うにテトラターシャリブトキシジルコニウム(以下TB
Zと略称する)、TPT及びビスーテトラメチルヘプタ
ンジオナート鉛(以下thd−Pbと略称する)を用い
てPZTを作製している。
囲で適当な蒸気圧を有する優れた原料であるが、従来の
作製方法で成膜した場合、原料から分解した炭素(以下
Cとする)が、膜中に含まれてしまうという問題があ
る。例えばジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス
(J.of Applied Physics)第67
巻第8号(1990年)の3858頁から3861頁
に、thd−Sr、TPTを用いて作製したSrTiO
3 膜中にCが含まれていることが記述されている。Cの
量は測定手法の感度から考えると数atomic%であ
ると考えられる。このCは成膜時原料のthd−Sr、
TPTより分解し膜に取り込まれたものであり、誘電率
の低下、リーク電流の増大の原因となっている。膜中の
C量を低減するためには、Cが取り込まれにくい原料を
選択することが最も一般的な方法であるが、現状では上
記原料に変わるような良好な原料は開発されていない。
て成膜後の熱処理することにより、膜の特性の向上が試
みられている。文献によれば、thd−Sr、TPTを
用いて成膜した膜厚100nmのSrTiO3 について
第10回強誘電体応用会議講演予稿集13頁−14頁に
成膜後の酸素中で熱処理を行うことにより大きな誘電率
が得られることが記述されている。しかし、同温度でス
パッタ法で堆積した膜に比べて誘電率は小さい。これ
は、SrTiO3 の膜厚が厚すぎるために、充分な熱処
理の効果が得られなかったためと考えられる。
いはアルコキシド、錯体等の有機基を含む金属化合物を
用いるCVDにかかる問題点、すなわち、高誘電率膜中
へCが取り込まれてしまう問題を解決し、かつ薄膜の品
質を改善するものである。
はアルコキシド、錯体等の有機基を含む金属化合物を用
いて化学気相堆積法により高誘電率薄膜を製造する方法
において、金属酸化物薄膜の作製と酸素中あるいは活性
化した酸素中での熱処理を繰り返すことにより所定の膜
厚の高誘電率薄膜を作製するものである。つまり、本発
明は薄い膜厚の高誘電率膜では酸素または活性な酸素に
より容易に膜中のCが取り除かれることを利用したもの
であって、これにより膜中にCを含まない高誘電率薄膜
を作製するとが可能となり、高い誘電率を有しリーク電
流の低い薄膜を得ることができる。
適用した成膜装置を示す。成膜室1にある基板ホルダー
3上にアルゴンキャリアガスに輸送されたTPTとth
d−Srと酸素ガスの混合ガス5を吹き付け成膜する。
成膜温度(基板温度)600℃、成膜室圧力75Paと
し、Si基板上に50nmのタンタル、50nmの白金
を順次積層した基板11を用いた。SrTiO3 を10
nm成膜した後、混合ガスの供給を停止し、ゲートバル
ブ6を開け、基板を熱処理室2の基板ホルダー4に移動
し、ゲートバルブを閉じる。熱処理室に移った基板を基
板温度600℃に加熱しながら酸素ガス7を導入し、成
膜室圧力75Paで10分間熱処理をした。熱処理の
後、ゲートバルブを開け基板を成膜室に移動し再度成膜
を開始する。上記の操作を目的の膜厚が得られるまで繰
り返した。図2に本発明により作製した膜厚300nm
のSrTiO3 膜(a)と従来の熱処理を行わないで連
続で成膜した同じ膜厚のSrTiO3 膜(b)内のC量
をオージェ電子分光法により分析した結果を示す。図よ
り従来の方法では4atomic%のCが含まれている
のに対して、本発明により作製した膜ではCが観測され
ていない。さらに図2で分析した試料について、SrT
iO3 膜上に300ミクロン□の金電極を作製すること
によりキャパシタ構造を作りリーク電流及び容量を測定
した。その結果、1.65Vの電圧印加時で従来の膜の
リーク電流が100nA/cm2 であったのに対して、
本発明に作製した膜では10n/Acm2 を得た。容量
から計算した誘電率も従来の膜が150であったのに対
して本発明により作製した膜は250に向上した。以上
の結果から本発明によりリーク電流、誘電率とも特性が
向上することが明らかとなった。本発明により得られた
特性は、従来最も良好な特性の得られているスパッタ法
によるものと同等の結果である。 (実施例2)図1と同様の装置を用い、熱処理を行う際
のガスにオゾンを用いてSrTiO3 を作製した。Sr
TiO3 膜作製の条件は実施例1と同じにし、10nm
成膜後、基板を熱処理室に移し、オゾンガス8を導入し
熱処理室の圧力を75Paとした。実施例2により作製
した膜についてオージェ電子分光法により膜中のCを分
析した結果、Cが含まれていないことを確認した。更に
リーク電流、容量の測定の結果、1.65V電圧印加時
で9nA/cm2 、誘電率250を得ており、本発明に
よる効果を確認した。 (実施例3)図1と同様の装置を用い、熱処理を行う際
に酸素プラズマを用いてSrTiO3 を作製した。Sr
TiO3 膜作製の条件は実施例1と同じにい、10nm
成膜後、基板を熱処理室に移し、ECRプラズマ化され
た酸素ガス9を基板上方から導入した。熱処理室の圧力
を1Paとした。ECRプラズマ発生の為のマイクロ波
(2.45GHz)電力は600W、磁気コイル電流1
0は18.5Aとした。実施例3により作製した膜につ
いてはオージェ電子分光法により膜中のCを分析した結
果、Cが含まれていないことを確認した。更にリーク電
流、容量の測定の結果、1.65V電圧印加時で8nA
/cm2 、誘電率240を得ており、本発明の効果を確
認した。
場合について実施例1〜3において示したが、実施例1
から3の方法で熱処理を繰り返す膜厚を5nmから55
nmまで変化させた場合のSrTiO3 膜(膜厚300
nm)の誘電率を図3に示す。これにより酸素ガス、オ
ゾン、酸素プラズマいずれの場合も膜厚が10nm以上
になると誘電率は低下しはじめ、膜厚20nm以上では
本発明の効果が見られなくなることが認められた。
キシド、錯体等の有機基を含む金属化合物を用いた化学
気相堆積法により作製した高誘電率薄膜のCを取り除く
ことが可能となり、高誘電率、低リーク電流の高誘電率
薄膜を作製することが可能となった。
D法による薄膜製造装置を示す図である。
iO3 膜(a)と従来の熱処理を行わないで連続で成膜
した同じ膜厚のSrTiO3 膜(b)内のC量をオージ
ェ電子分光法により分析した結果である。
変化させた場合のSrTiO3膜(膜厚300nm)の
誘電率を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 有機金属あるいはアルコキシド、錯体等
の有機基を含む金属化合物を用いて化学気相堆積法によ
り高誘電率薄膜を製造する方法において、20nm以下
の金属酸化物薄膜を堆積し、酸素雰囲気中で熱処理する
ことを繰り返すことにより所定の膜厚の高誘電率薄膜を
作製する事を特徴とする高誘電率薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5203790A JP2565288B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 高誘電率薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5203790A JP2565288B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 高誘電率薄膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0758292A JPH0758292A (ja) | 1995-03-03 |
JP2565288B2 true JP2565288B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=16479802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5203790A Expired - Lifetime JP2565288B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 高誘電率薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2565288B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11220104A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-08-10 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP4621241B2 (ja) * | 2002-03-18 | 2011-01-26 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 |
-
1993
- 1993-08-18 JP JP5203790A patent/JP2565288B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0758292A (ja) | 1995-03-03 |
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