JP3124849B2 - Method and apparatus for manufacturing dielectric thin film - Google Patents
Method and apparatus for manufacturing dielectric thin filmInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の製造方法と装置
に関するものである。特に、誘電体薄膜の製造に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a thin film. In particular, it relates to the production of a dielectric thin film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】薄膜化技術は、エレクトロニクス分野、
特に、半導体製造プロセスを中心に発展し、新材料の開
発と共に進歩してきた。これらの薄膜は、単体元素の場
合はごくまれで、一般に合金あるいは化合物である場合
が多く、形成方法により著しく特性が変化する。これら
新材料の創成およびそのデバイス化は、人工格子材料な
どに代表されるように、薄膜化技術の向上によるところ
が多い。2. Description of the Related Art Thin-film technology is used in the field of electronics,
In particular, it has developed mainly in the semiconductor manufacturing process, and has progressed with the development of new materials. These thin films are extremely rare in the case of a single element, and are generally alloys or compounds in many cases, and the characteristics are significantly changed depending on the forming method. The creation of these new materials and their deviceization often depend on improvements in thin film technology, as typified by artificial lattice materials.
【０００３】近年注目されている薄膜材料に、ＡＢＯ3
で構成されるペロブスカイト型構造を有する誘電体材料
がある。ここで、Ａサイトは、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒまたは
Ｌａの少なくとも１種、Ｂサイトは、ＴｉおよびＺｒの
うち少なくとも１種の元素を含む。（Ｐｂ1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 系、ＢａＴｉＯ3 系に代
表される強誘電体は、優れた強誘電性、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。特に、半導体ＩＣの分野に
おいては、新しいデバイス”不揮発性メモリー”への応
用が期待されている。また、ＳｒＴｉＯ3 系は強誘電性
こそ示さないものの、高誘電率材料として超高密度ＤＲ
ＡＭのキャパシタ絶縁膜への応用が期待されている。[0003] ABO 3
Is a dielectric material having a perovskite structure. Here, the A site contains at least one element of Pb, Ba, Sr or La, and the B site contains at least one element of Ti and Zr. (Pb 1-x La x )
(Zr y Ti 1-y) 1-x / 4 O 3 system, ferroelectric typified by BaTiO 3 system, excellent ferroelectric properties, piezoelectricity, pyroelectricity, shows an electro-optical characteristics and the like, which A variety of functional devices utilizing the technology have been studied. In particular, in the field of semiconductor ICs, application to a new device “nonvolatile memory” is expected. Although SrTiO 3 system does not show ferroelectricity, it has an ultra-high density DR as a high dielectric constant material.
The application of AM to a capacitor insulating film is expected.
【０００４】これらの材料の特性の向上あるいは集積化
のためには、その薄膜化が非常に重要である。その高性
能化を考えた場合、単結晶薄膜あるいは配向膜であるこ
とが望ましく、ヘテロエピタキシャル成長技術の開発が
重要である。これらに関する研究は、様々な薄膜堆積法
に基づいて、多くの研究機関で行われ、特定の系につい
ては、すでに実験室段階では達成されたといってよいも
のもあるが、実用化・量産化段階において、組成・結晶
構造等を制御して所望の特性を有する薄膜を再現性良く
得ることは、一般には容易ではなかった。[0004] In order to improve the characteristics of these materials or to integrate them, it is very important to make them thinner. In view of the high performance, a single crystal thin film or an oriented film is desirable, and it is important to develop a heteroepitaxial growth technique. Research on these has been carried out by many research institutions based on various thin film deposition methods.Some of the specific systems have already been achieved at the laboratory stage, but the practical use and mass production stages It has been generally not easy to obtain a thin film having desired characteristics with good reproducibility by controlling the composition and crystal structure.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】薄膜の結晶性は、基本
的に基板材料・化学組成・形成温度で制御される。一般
に、基板との格子不整合を少なくし、活性度の高い堆積
方法を用いて、化学組成を合致させれば、結晶化温度で
結晶性の薄膜が得られる。The crystallinity of a thin film is basically controlled by the substrate material, chemical composition, and formation temperature. In general, a crystalline thin film can be obtained at a crystallization temperature by reducing lattice mismatch with a substrate and using a highly active deposition method to match the chemical composition.
【０００６】酸化物誘電体の薄膜化において従来最も一
般的に用いられていたスパッタリング法では、結晶性の
薄膜を得るには600 ℃前後の高い基板温度と酸化性雰囲
気が必要である。しかしながら、構成元素の蒸気圧やス
パッタ率の違いによって、ターゲット材料である酸化物
焼結体と形成された薄膜とのあいだに化学組成のずれが
生じ易く、さらに、微妙なスパッタリング条件の違いに
よって、組成・結晶性・モフォロジー等が著しく影響を
受ける。これらは、均一性・再現性が要求される量産段
階において、大きな障害であった。In the sputtering method most commonly used in the past for thinning an oxide dielectric, a high substrate temperature of about 600 ° C. and an oxidizing atmosphere are required to obtain a crystalline thin film. However, due to differences in the vapor pressure and sputtering rate of the constituent elements, a shift in the chemical composition is likely to occur between the oxide sintered body as the target material and the formed thin film, and further, due to subtle differences in sputtering conditions, Composition, crystallinity, morphology, etc. are significantly affected. These were major obstacles in the mass production stage where uniformity and reproducibility were required.
【０００７】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、ペロブスカイト型酸化物誘電体を安定性・均一性・
再現性良く実現する方法と装置を提供することを目的と
する。In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a perovskite-type oxide dielectric with stability, uniformity, and stability.
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for realizing the reproducibility.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の誘電体薄膜の製造方法は、ＡＢＯ3で構成
されるペロブスカイト型複合化合物薄膜を作成するに際
し、基板温度をペロブスカイト型の結晶性薄膜が得られ
る温度に保ったまま、基板上に前記薄膜を構成する成分
を堆積させる堆積工程と堆積させない非堆積工程とを交
互に繰り返すことからなるという構成を備えたものであ
る。ここで、Ａサイトは、Ｐｂ、Ｂａ、ＳｒまたはＬａ
の少なくとも１種、Ｂサイトは、ＴｉおよびＺｒのうち
少なくとも１種の元素を含む。To achieve the above object, according to an aspect of manufacturing method of a dielectric thin film of the present invention, when to create a perovskite type complex compound thin film composed of ABO 3
Then , while maintaining the substrate temperature at a temperature at which a perovskite-type crystalline thin film is obtained, components constituting the thin film on the substrate
And a non-deposition step of not depositing are alternately repeated. Here, the A site is Pb, Ba, Sr or La
The B site contains at least one element of Ti and Zr.
【０００９】前記構成においては、薄膜の堆積方法とし
てスパッタ法を用い、基板を周期的にターゲット上を通
過させ、ターゲット上の堆積工程と非堆積工程とを周期
的に繰り返すことが好ましい。In the above structure, it is preferable that a substrate is periodically passed over a target by using a sputtering method as a method of depositing a thin film, and a deposition step and a non-deposition step on the target are periodically repeated.
【００１０】次に本発明の誘電体薄膜の製造装置は、Ａ
ＢＯ3で構成されるペロブスカイト型複合化合物薄膜を
作成するに際し、基板温度をペロブスカイト型の結晶性
薄膜が得られる温度に保つ手段と、基板上に前記薄膜を
構成する成分を堆積させる堆積手段と堆積させない非堆
積手段とを交互に繰り返す機構を含むという構成を備え
たものである。ここで、Ａサイトは、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ
またはＬａの少なくとも１種、Ｂサイトは、Ｔｉおよび
Ｚｒのうち少なくとも１種の元素を含む。Next, the apparatus for producing a dielectric thin film of the present invention
Perovskite-type composite compound thin film composed of BO 3
Means for maintaining the substrate temperature at a temperature at which a perovskite-type crystalline thin film can be obtained; and
The present invention has a configuration including a mechanism for alternately repeating a deposition means for depositing constituent components and a non-deposition means for not depositing the constituents. Here, site A is Pb, Ba, Sr
Alternatively, at least one element of La and the B site include at least one element of Ti and Zr.
【００１１】前記構成においては、薄膜の堆積手段がス
パッタ法であり、基板を周期的にターゲット上を通過さ
せる手段と、ターゲット上の堆積工程と非堆積工程とを
周期的に繰り返す手段を備えたことが好ましい。In the above structure, the means for depositing the thin film is a sputtering method, and includes means for periodically passing the substrate over the target, and means for periodically repeating the deposition step and the non-deposition step on the target. Is preferred.
【００１２】[0012]
【作用】前記本発明の構成によれば、ＡＢＯ3 で構成さ
れるペロブスカイト型複合化合物薄膜に対し、基板温度
をペロブスカイト型の結晶性薄膜が得られる温度に保っ
たまま、基板上に薄膜を堆積させる堆積工程と堆積させ
ない非堆積工程とを交互に繰り返すことにより、安定性
・均一性・再現性良く製造することができる。According to the structure of the present invention, a thin film is deposited on a perovskite-type composite compound thin film composed of ABO 3 while maintaining the substrate temperature at a temperature at which a perovskite-type crystalline thin film can be obtained. By alternately repeating the deposition step in which the deposition is performed and the non-deposition step in which the deposition is not performed, the semiconductor device can be manufactured with good stability, uniformity, and reproducibility.
【００１３】堆積速度の向上は、量産段階ではスループ
ットを上げる上で好ましいが、非熱平衡状態において高
速で形成された薄膜は、結晶粒の大きさが小さいなど、
モフォロジーが悪くなる、安定性を欠くなどの問題が生
じやすい。本発明にかかる薄膜の製造方法においては、
高い堆積速度の条件下で、基板温度を形成温度付近に保
ったまま堆積しない工程を間欠的に導入すことにより、
堆積した薄膜を逐次安定化させ、誘電体薄膜の高品質化
を図ろうとするものである。特にその方法として、複数
の基板を用意し蒸着源上を周期的に通過させ、堆積−安
定化−堆積−安定化・・・・と周期的に繰り返す工程を実現
すれば、スループットの点でも優れたものとなる。本発
明者らは、このような薄膜形成装置を開発し、これを用
いて、従来、形成温度が高く組成制御・結晶性制御が困
難で、量産化技術の開発が全くなされていなかったペロ
ブスカイト型酸化物誘電体を安定性・均一性・再現性良
く実現できる。[0013] It is preferable to increase the deposition rate in order to increase the throughput in the mass production stage. However, a thin film formed at a high speed in a non-thermal equilibrium state has a small crystal grain size.
Problems such as poor morphology and lack of stability are likely to occur. In the method for producing a thin film according to the present invention,
By intermittently introducing a process that does not deposit while maintaining the substrate temperature near the formation temperature under conditions of high deposition rate,
The purpose of the present invention is to stabilize the deposited thin film sequentially to improve the quality of the dielectric thin film. Particularly, as a method, if a plurality of substrates are prepared and periodically passed over the evaporation source, and a process of periodically repeating deposition-stabilization-deposition-stabilization... It will be. The present inventors have developed such a thin film forming apparatus, and using this apparatus, a perovskite type, which has conventionally been difficult to control the composition and crystallinity due to a high forming temperature and has not been developed for mass production at all. An oxide dielectric can be realized with good stability, uniformity, and reproducibility.
【００１４】本発明にかかる薄膜製造方法および装置に
おいては、複数の基板を用意し蒸着源上を周期的に通過
させ、堆積−安定化−堆積−安定化・・・・と周期的に繰り
返すことにより、堆積した薄膜を逐次安定化させ、スル
ープットの点でも優れた工程を実現している点に大きな
特色がある。In the method and apparatus for manufacturing a thin film according to the present invention, a plurality of substrates are prepared and periodically passed over an evaporation source, and a cycle of deposition-stabilization-deposition-stabilization is repeated periodically. This has a great feature in that the deposited thin film is sequentially stabilized, thereby realizing a process excellent in throughput.
【００１５】[0015]
【実施例】以下本発明の一実施例を図面と共に説明す
る。図１に本発明にかかる薄膜形成装置の一実施例を示
す。本形成装置は、ペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜
を作製する際最も一般的に用いられるマグネトロンスパ
ッタ法を用いている。スパッタチャンバー１内には、焼
結した酸化物強誘電体材料をスパッタターゲット２、
３、４として同一円周上の対象な位置に設置してあり、
最大３元の同時スパッタ蒸着が可能である。基板５は、
基板ホルダ−６の回転によって、ターゲット２、３、４
の直上を通過するように、基板ホルダ−６の上に放射状
に配置されている。基板加熱の機構としては、光源７に
よるランプ加熱方式を用いている。本構成により、Ａｒ
とＯ2 の混合ガス雰囲気で各ターゲットをスパッタリン
グしながら、基板ホルダ−を回転させれば、基板温度が
一定の状態で、基板とターゲットとの位置関係によって
薄膜の堆積速度が周期的に変化することになる。その周
期は、基板ホルダ−６の回転速度および使用ターゲット
数によって変えることができ、薄膜の堆積速度の最大値
は、スパッタリング電力等のスパッタリング条件の調整
によって最適な値にすることができる。また、スリット
板８には、組成の均一性等薄膜の基本的特性が確保でき
る適切な形状の穴が開いており、基板ホルダ−６は、プ
ラズマからの電子およびイオンの衝撃を抑制するために
電位的には浮かせてある。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention. The present forming apparatus uses a magnetron sputtering method most commonly used for producing a perovskite-type oxide dielectric thin film. In a sputtering chamber 1, a sintered oxide ferroelectric material is sputtered with a sputter target 2,
It is installed at the target position on the same circumference as 3, 4
Simultaneous sputter deposition of up to three elements is possible. The substrate 5
By rotating the substrate holder 6, the targets 2, 3, 4
Are disposed radially on the substrate holder 6 so as to pass right above the substrate holder 6. As a mechanism for heating the substrate, a lamp heating method using the light source 7 is used. With this configuration, Ar
And while sputtering the target in a mixed gas atmosphere of O 2, the substrate holder - is rotated, and the substrate temperature is at a constant state, the deposition rate of the thin film varies periodically depending on the positional relationship between the substrate and the target Will be. The period can be changed depending on the rotation speed of the substrate holder 6 and the number of targets used, and the maximum value of the deposition rate of the thin film can be set to an optimum value by adjusting sputtering conditions such as sputtering power. In addition, the slit plate 8 is provided with a hole having an appropriate shape that can secure the basic characteristics of the thin film such as the uniformity of the composition, and the substrate holder -6 is used to suppress the impact of electrons and ions from the plasma. It is floating in terms of potential.
【００１６】次に、本発明の具体的一実施例として、Ｐ
ｂ0.9 Ｌａ0.1 Ｔｉ0.975 Ｏ3 膜を形成する場合につい
て説明する。ターゲット２、３、４に、焼結した酸化物
強誘電体［Ｐｂ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 ＋０．２ＰｂＯ］
（直径６インチ）を、基板５としては、酸化マグネシウ
ムＭｇＯの(100) 面を用い、2 〜3 μm の膜厚の薄膜を
形成した。Next, as a specific embodiment of the present invention, P
The case of forming a b 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 film will be described. A sintered oxide ferroelectric [Pb 0.9 La 0.1 TiO 3 +0.2 PbO] was formed on targets 2, 3, and 4
A thin film having a thickness of 2 to 3 μm was formed using a (100 inch) plane of magnesium oxide MgO (diameter 6 inches) as the substrate 5.
【００１７】本発明者らは、結晶性の高いペロブスカイ
ト構造の薄膜を形成させるためには、基板の温度範囲と
して550 〜650 ℃が適当であることを確認した。また、
ＡｒとＯ2 の混合比としては、Ａｒ／Ｏ2 ＝20〜5 、圧
力としては、0.1 〜0.5Pa が適当であった。また、堆積
速度は、ターゲット−基板間距離80〜90mmにおいて、タ
ーゲット１個当り、200 〜400 Ｗの入力パワーで0.5 〜
2.5 オングストローム/sが得られた。薄膜の結晶性・モ
フォロジー等は、これらスパッタリング条件と共に変化
し、誘電率、焦電係数等の電気特性が変化する。これら
の様相は、材料組成によって異なり、個別に最適化する
必要がある。The present inventors have confirmed that the temperature range of the substrate is preferably 550 to 650 ° C. in order to form a thin film having a perovskite structure with high crystallinity. Also,
The mixing ratio of Ar and O 2 was suitably Ar / O 2 = 20-5, and the pressure was suitably 0.1-0.5 Pa. Further, the deposition rate is 0.5 to 0.5 at an input power of 200 to 400 W per target at a target-substrate distance of 80 to 90 mm.
2.5 Å / s was obtained. The crystallinity, morphology, and the like of the thin film change with these sputtering conditions, and electrical characteristics such as a dielectric constant and a pyroelectric coefficient change. These aspects depend on the material composition and need to be individually optimized.
【００１８】上記スパッタリング条件を設定することに
より各ターゲット直上での薄膜の堆積速度は決まるが、
薄膜の堆積速度の時間変化および平均形成速度は、使用
ターゲット数と基板ホルダ−の回転速度により異なる。Although the deposition rate of the thin film immediately above each target is determined by setting the above sputtering conditions,
The change over time in the deposition rate of the thin film and the average formation rate vary depending on the number of targets used and the rotation speed of the substrate holder.
【００１９】まず、基板ホルダーを回転させずにターゲ
ット直上に設置した基板に対し、堆積速度と形成される
薄膜の特性を調べた。この場合、勿論、平均形成速度＝
堆積速度である。堆積速度は、主にターゲットへの入力
パワーによって制御し、ターゲットを損傷しない安定し
た状態で、最大2.5 オングストローム/sまで変化させる
ことができた。First, the deposition rate and the characteristics of the formed thin film were examined on a substrate placed directly above the target without rotating the substrate holder. In this case, of course, the average forming speed =
Deposition rate. The deposition rate was controlled mainly by the input power to the target, and could be varied up to 2.5 Å / s in a stable state without damaging the target.
【００２０】プラズマ発光分光法で分析した結果、形成
された薄膜の金属元素組成比は、化学量論比Pb：La：Ti
＝0.9 ：0.1 ：0.975 に対し、Pbが10％程度変化する程
度でほぼ一致することが確認された。また、薄膜の結晶
性は、Ｘ線回折法で分析した結果、図２に示す様に、ペ
ロブスカイト構造を有し、回折ピーク(001) 、(100)、
(002) および(200) より見積られる格子定数はａ＝3.94
オングストローム、ｂ＝4.09オングストロームと文献値
とよく一致していることが確認できた。また、回折ピー
ク(001) および(002) が際だって強く、分極軸であるｃ
軸方向に強く配向していることがわかる。電気的特性
は、結晶性に優れｃ軸配向性の高いものほど、大きな焦
電係数γと適度に小さい誘電率εを有し、赤外線センサ
として高い感度（γ／εに比例）が期待でき、また、不
揮発性メモリ媒体としても優れた特性が期待できる。Ｘ
線回折デ−タから読み取れる結晶性に関する指標とし
て、回折ピーク(001) の半値幅FWHMとｃ軸配向率α＝I
(001)／[I(001) ＋I(100)] 、（I(001)およびI(100)は
ピーク(001) および(100) の回折強度）がある。堆積速
度0.5 〜2.5 オングストローム/sの範囲で作製した薄膜
について評価した結果、FWHM＝0.2 ゜、α＝96〜100 ％
が得られ、これらのデ−タから見る限りは、堆積速度に
かかわらず優れた結晶性の薄膜ができていると考えられ
る。As a result of analysis by plasma emission spectroscopy, the composition ratio of metal elements in the formed thin film was determined to be stoichiometric Pb: La: Ti
= 0.9: 0.1: 0.975, it was confirmed that Pb was almost the same, with a change of about 10%. The crystallinity of the thin film was analyzed by X-ray diffraction. As shown in FIG. 2, the thin film had a perovskite structure and diffraction peaks (001), (100),
The lattice constant estimated from (002) and (200) is a = 3.94
Angstroms, b = 4.09 Angstroms, which was well in agreement with the literature values. The diffraction peaks (001) and (002) are remarkably strong, and the polarization axis c
It can be seen that they are strongly oriented in the axial direction. As for the electrical characteristics, the higher the crystallinity and the higher the c-axis orientation, the larger the pyroelectric coefficient γ and the appropriately small dielectric constant ε, and high sensitivity (in proportion to γ / ε) can be expected as an infrared sensor. Also, excellent characteristics can be expected as a nonvolatile memory medium. X
As an index relating to the crystallinity which can be read from the line diffraction data, the half width FWHM of the diffraction peak (001) and the c-axis orientation ratio α = I
(001) / [I (001) + I (100)], where (I (001) and I (100) are diffraction intensities of peaks (001) and (100)). As a result of evaluating a thin film formed at a deposition rate of 0.5 to 2.5 angstroms / s, FWHM = 0.2 mm and α = 96 to 100%
From these data, it is considered that an excellent crystalline thin film is formed regardless of the deposition rate.
【００２１】次に、MgO 基板をエッチングして薄膜を遊
離させ、その表裏に電極をつけて膜厚方向の電気的性
質、おもに焦電特性を評価した。誘電率εおよび焦電係
数γを評価した結果、ε〜170 、γ〜5 ×10-8C/cm2 ・
K 程度の高いセンサ感度が期待できる堆積速度には上限
があり、1.8 オングストローム/s以下の場合に限られ
た。1.8 オングストローム/s以上の堆積速度で形成した
薄膜については、例えば、2.5 オングストローム/sでε
〜400 、γ〜4 ×10-8C/cm2 ・K のようにセンサ感度が
低くなる傾向が見られた。これらは、結晶粒の成長状態
などのモフォロジーあるいは安定性に起因する問題と考
えられる。このような堆積速度の上限値は、化合物薄膜
の組成および成膜条件によって異なるが、1.0 〜2.0 オ
ングストローム/sの範囲にあることを本発明者らは確認
した。Next, the MgO substrate was etched to release a thin film, and electrodes were attached to the front and back surfaces thereof to evaluate electrical properties in the film thickness direction, mainly pyroelectric properties. As a result of evaluating the dielectric constant ε and the pyroelectric coefficient γ, ε ~ 170, γ ~ 5 × 10 -8 C / cm 2
There is an upper limit to the deposition rate at which sensor sensitivity as high as K can be expected, and it is limited to the case of 1.8 Å / s or less. For a thin film formed at a deposition rate of 1.8 Å / s or more, for example, ε at 2.5 Å / s
400400 and γ〜4 × 10 -8 C / cm 2 · K tended to lower the sensor sensitivity. These are considered to be problems caused by morphology or stability such as the growth state of crystal grains. The present inventors have confirmed that the upper limit of such a deposition rate is in the range of 1.0 to 2.0 angstroms / s, depending on the composition of the compound thin film and the film forming conditions.
【００２２】本発明者らは、堆積速度が大きい状態でも
結晶粒の十分な成長と安定化を確保するために、非堆
積、すなわち薄膜を堆積しない、安定化工程を間欠的・
周期的に導入することを検討した。図１において、ター
ゲット２、３のみスパッタリングし、基板ホルダ−６を
回転させると、図３に示すように、ターゲット上での堆
積工程と堆積速度〜０オングストローム/sの非堆積工程
を周期的に繰り返すことになり、平均形成速度はターゲ
ット上での堆積速度の約1/3 となる。ターゲット上での
堆積速度を、先ほどの基板ホルダ−を回転せず低いセン
サ感度しか得られなかった、2.5 オングストローム/sに
した状態で、基板ホルダ−を4rpmで回転させ、非堆積工
程を周期的に取り入れることの効果を検討した。ただし
この場合、同程度の膜厚を得るために形成時間を３倍と
した。形成された薄膜のＸ線回折からみた結晶性は、FW
HM＝0.2 ゜、α＝98％と良好で、焦電特性もε〜170 、
γ〜5 ×10-8C/cm2 ・K 程度と、堆積速度が低い（本実
施例の場合、1.8 オングストローム/s以下）場合と同等
の高いセンサ感度が期待できる結果が得られた。In order to secure sufficient growth and stabilization of crystal grains even in a state where the deposition rate is high, the present inventors have conducted intermittent stabilization steps that do not deposit, that is, do not deposit a thin film.
We considered introducing it periodically. In FIG. 1, when only the targets 2 and 3 are sputtered and the substrate holder 6 is rotated, as shown in FIG. 3, the deposition process on the target and the non-deposition process at a deposition rate of 0 Å / s are periodically performed. In other words, the average formation rate is about 1/3 of the deposition rate on the target. The substrate holder was rotated at 4 rpm while the deposition rate on the target was set at 2.5 Å / s, where only the low sensor sensitivity was obtained without rotating the substrate holder. We examined the effect of incorporating it. However, in this case, the formation time was tripled in order to obtain the same film thickness. The crystallinity of the formed thin film from X-ray diffraction is FW
HM = 0.2mm, α = 98%, good pyroelectric properties ε ~ 170,
γ〜5 × 10 −8 C / cm 2 · K, which is the same as the case where the deposition rate is low (1.8 angstrom / s or less in the present embodiment), can be expected.
【００２３】この結果は、堆積−非堆積（安定化）−堆
積−非堆積（安定化）・・・・と周期的に繰り返すことによ
り、高速で堆積した薄膜に対し、十分な結晶粒の成長と
安定化を確保する工程が逐次与えられたことによるとお
もわれる。また、本発明により形成された薄膜は十分な
安定化が施されており、長期安定性、信頼性の面でも優
れていると考えられる。This result is obtained by repeating the sequence of deposition-non-deposition (stabilization) -deposition-non-deposition (stabilization)... It is thought that the process of ensuring stability was given sequentially. The thin film formed according to the present invention is sufficiently stabilized, and is considered to be excellent in long-term stability and reliability.
【００２４】さらに、この際、複数の基板を用意しター
ゲット上を連続的・周期的に通過させれば、同一のター
ゲット上で堆積を繰り返す場合にくらべて、基板の取り
付け・昇温・降温等に要する時間を削減できるので、ス
ループットの点でも優れている。また、すべての基板に
同時に堆積できるような、大きなターゲットを１つ使用
する構成を用いても、均一性が確保できる基板設置範囲
はむしろ少なく、本発明にかかる方法は、量産性の点に
おいても優れている。Furthermore, at this time, if a plurality of substrates are prepared and continuously and periodically passed over the target, the mounting of the substrates, the temperature rise and the temperature decrease, etc., as compared with the case where the deposition is repeated on the same target. Since the time required for the process can be reduced, the throughput is also excellent. Further, even when a configuration using one large target that can be deposited simultaneously on all substrates is used, the substrate installation range that can ensure uniformity is rather small, and the method according to the present invention is also advantageous in terms of mass productivity. Are better.
【００２５】本発明のように、非堆積工程を間欠的に取
り入れて薄膜の高品質化をはかる試みは実験室レベルで
は検討されていたが、主にシャッターや蒸着源の制御に
よる場合が多く、スループット点で劣り、また、いずれ
も蒸着源の擾乱が懸念される。上記実施例では、堆積速
度0 オングストローム/sの非堆積工程を安定化工程とし
ているが、原理的には、低堆積速度（上記実施例の場
合、1.8 オングストローム/s以下）であれば、高速堆積
時に形成された薄膜を安定させながらその上に堆積して
も問題ない。また、高堆積速度で連続形成される時間が
長すぎるとそれに続く安定化工程の効果が十分発揮され
ない恐れがあり、堆積速度を変化させる周期や高速堆積
時間の割合についてはさらに検討する必要がある。Attempts to improve the quality of thin films by intermittently incorporating a non-deposition process as in the present invention have been studied at the laboratory level, but in many cases mainly by controlling shutters and evaporation sources. It is inferior in throughput, and in any case, there is concern about disturbance of the deposition source. In the above embodiment, the non-deposition process at a deposition rate of 0 Å / s is used as the stabilization process. There is no problem if the sometimes formed thin film is deposited thereon while being stabilized. In addition, if the time of continuous formation at a high deposition rate is too long, the effect of the subsequent stabilization step may not be sufficiently exerted, and it is necessary to further study the cycle of changing the deposition rate and the ratio of the high-speed deposition time. .
【００２６】本発明にかかる薄膜製造装置は、ペロブス
カイト型酸化物誘電体の他、高温超電導体等類似の多元
系の酸化物の薄膜化に有効である。これらの材料の実用
化にあたっては、量産性・安定性・均一性・再現性を確
立する必要がある。その点で、複数の基板を用意し蒸着
源上を周期的に通過させ、高速堆積−安定化−高速堆積
−安定化・・・・と周期的に繰り返すことにより、安定性と
量産性を両立させた優れた工程を実現している本製造装
置はきわめて有効である。The thin film manufacturing apparatus according to the present invention is effective for thinning a multi-component oxide such as a high-temperature superconductor other than a perovskite oxide dielectric. For practical use of these materials, it is necessary to establish mass productivity, stability, uniformity, and reproducibility. At this point, both stability and mass productivity are achieved by preparing a plurality of substrates, passing them over the evaporation source periodically, and repeating periodically high-speed deposition-stabilization-high-speed deposition-stabilization ... The present manufacturing apparatus which realizes the excellent process performed is extremely effective.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、酸
化物誘電体を薄膜化する製造装置およびプロセスが提供
され、工業上極めて大きな価値を有するものである。用
いられる誘電体は、多元系の酸化物でその化学組成や結
晶性のみならずモフォロジーによってもその特性が大き
く影響されるが、本発明により非常に高精度の薄膜が実
現できる。As described above, according to the present invention, a manufacturing apparatus and a process for thinning an oxide dielectric are provided, which have extremely high industrial value. The dielectric used is a multi-component oxide, whose properties are greatly affected not only by its chemical composition and crystallinity but also by its morphology. However, the present invention can realize a very high-precision thin film.
【図１】本発明の一実施例の薄膜製造装置の基本構成断
面図である。FIG. 1 is a sectional view of a basic configuration of a thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施例の誘電体薄膜の結晶性をあら
わすＸ線回折パターンを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern representing the crystallinity of a dielectric thin film according to one embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施例の誘電体薄膜の堆積工程を示
す図である。FIG. 3 is a view showing a deposition process of a dielectric thin film according to one embodiment of the present invention.
１ スパッタチャンバー ２ ターゲット ３ ターゲット ４ ターゲット ５ 基板 ６ 基板ホルダー ７ 光源 ８ スリット板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sputter chamber 2 Target 3 Target 4 Target 5 Substrate 6 Substrate holder 7 Light source 8 Slit plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北川 雅俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 出口 隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 高山 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−69512（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C30B 1/00 - 35/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masatoshi Kitagawa 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Ryoichi Takayama 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. JP-A-3-69512 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 C30B 1/00-35/00
Claims (4)
複合化合物薄膜を作成するに際し、基板温度をペロブス
カイト型の結晶性薄膜が得られる温度に保ったまま、基
板上に前記薄膜を構成する成分を堆積させる堆積工程と
堆積させない非堆積工程とを交互に繰り返すことからな
る誘電体薄膜の製造方法。ここで、Ａサイトは、Ｐｂ、
Ｂａ、ＳｒまたはＬａの少なくとも１種、Ｂサイトは、
ＴｉおよびＺｒのうち少なくとも１種の元素を含む。In preparing a perovskite-type composite compound thin film composed of ABO 3 , the components constituting the thin film are deposited on a substrate while maintaining the substrate temperature at a temperature at which a perovskite-type crystalline thin film is obtained. A method of manufacturing a dielectric thin film, comprising alternately repeating a deposition step of depositing and a non-deposition step of not depositing. Here, site A is Pb,
At least one kind of Ba, Sr or La, the B site is
Contains at least one element of Ti and Zr.
い、基板を周期的にターゲット上を通過させ、ターゲッ
ト上の堆積工程と非堆積工程とを周期的に繰り返すこと
からなる請求項１記載の誘電体薄膜の製造方法。2. The dielectric material according to claim 1, wherein a sputtering method is used as a method for depositing the thin film, the substrate is periodically passed over the target, and a deposition step and a non-deposition step on the target are periodically repeated. Manufacturing method of body thin film.
複合化合物薄膜を作成するに際し、基板温度をペロブス
カイト型の結晶性薄膜が得られる温度に保つ手段と、基
板上に前記薄膜を構成する成分を堆積させる堆積手段と
堆積させない非堆積手段とを交互に繰り返す機構を含む
誘電体薄膜の製造装置。ここで、Ａサイトは、Ｐｂ、Ｂ
ａ、ＳｒまたはＬａの少なくとも１種、Ｂサイトは、Ｔ
ｉおよびＺｒのうち少なくとも１種の元素を含む。3. A means for maintaining a substrate temperature at a temperature at which a perovskite-type crystalline thin film can be obtained when preparing a perovskite-type composite compound thin film composed of ABO 3 , and depositing a component constituting the thin film on a substrate. An apparatus for manufacturing a dielectric thin film including a mechanism for alternately repeating deposition means for depositing and non-deposition means for not depositing. Here, site A is Pb, B
at least one of a, Sr or La, and the B site is T
It contains at least one element of i and Zr.
板を周期的にターゲット上を通過させる手段と、ターゲ
ット上の堆積工程と非堆積工程とを周期的に繰り返す手
段を備えた請求項３記載の誘電体薄膜の製造装置。4. A method according to claim 3, wherein the means for depositing the thin film is a sputtering method, comprising means for periodically passing the substrate over the target, and means for periodically repeating the deposition step and the non-deposition step on the target. An apparatus for manufacturing a dielectric thin film according to the above.
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1992
- 1992-12-01 JP JP04321573A patent/JP3124849B2/en not_active Expired - Lifetime
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