KR100697714B1 - METHOD OF PREPARING CRYSTALLINE ALKALINE EARTH METAL OXIDES ON A Si SUBSTRATE - Google Patents

METHOD OF PREPARING CRYSTALLINE ALKALINE EARTH METAL OXIDES ON A Si SUBSTRATE Download PDF

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Abstract

본 발명은, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 표면 위에 무정형 이산화실리콘을 갖는 Si 기판이 제공된다. 상기 기판은 700℃ 내지 800℃ 범위의 온도로 가열되고, 분자 빔 에피택시 챔버 내 약 10-9 - 10-10 Torr 범위의 압력에서 알칼리 토금속(들)의 빔에 노출된다. 분자 빔 에피택시 동안, 상기 무정형 이산화실리콘에서 결정형의 알칼리 토금속 산화물로의 변환을 측정하기 위해 상기 표면은 RHEED 기술에 의해 모니터된다. 일단 상기 알칼리 토금속 산화물이 형성되면, 부가적인 물질층, 예를 들어 알칼리 토금속 산화물, 단일 결정 강유전체 혹은 유전 상수가 높은 산화물의 추가적인 두께는 비휘발성 및 고밀도 메모리 장치의 응용을 위해 실리콘 위에 형성될 수 있다.The present invention relates to a method for producing a crystalline alkaline earth metal oxide on a Si substrate, wherein a Si substrate having amorphous silicon dioxide on its surface is provided. The substrate is heated to a temperature in the range of 700 ° C. to 800 ° C. and exposed to a beam of alkaline earth metal (s) at a pressure in the range of about 10 −9-10 -10 Torr in the molecular beam epitaxy chamber. During molecular beam epitaxy, the surface is monitored by RHEED technology to measure the conversion of amorphous silicon dioxide to crystalline alkaline earth metal oxides. Once the alkaline earth metal oxide is formed, additional thicknesses of additional material layers, such as alkaline earth metal oxides, single crystal ferroelectrics or oxides with high dielectric constants, can be formed over silicon for the application of nonvolatile and high density memory devices. .

Description

Ｓｉ 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법{METHOD OF PREPARING CRYSTALLINE ALKALINE EARTH METAL OXIDES ON A Si SUBSTRATE}METHODS OF PREPARING CRYSTALLINE ALKALINE EARTH METAL OXIDES ON A Si SUBSTRATE}

도 1은 기판 위에 이산화실리콘의 층을 갖는 Si 기판의 단면도.1 is a cross-sectional view of a Si substrate having a layer of silicon dioxide on the substrate.

도 2는 알칼리 토금속 산화물로 변환된 이산화실리콘의 층을 갖는 도 1의 Si 기판의 단면도.FIG. 2 is a cross sectional view of the Si substrate of FIG. 1 with a layer of silicon dioxide converted to an alkaline earth metal oxide; FIG.

도 3은 알칼리 토금속 산화물의 표면 위에 형성된 추가 물질을 갖는 도 2의 Si 기판의 단면도.3 is a cross-sectional view of the Si substrate of FIG. 2 with additional material formed over the surface of an alkaline earth metal oxide.

본 발명은 추가적인 제작 방법에 대비하여 실리콘 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물(crystalline alkaline earth metal oxides)을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing crystalline alkaline earth metal oxides on a silicon substrate in preparation for a further fabrication method.

결정형으로 배열되고 안정한 실리콘(crystalline ordered and stable silicon)(Si) 표면은, 예를 들어 비휘발성 및 고밀도 메모리 장치를 위한 강유전체(ferroelectrics) 혹은 유전 상수가 높은 산화물(high dielectric constant oxide)과 같은 많은 장치의 응용을 위해, 실리콘 위에 단일 결정 박막(single crystal thin films)을 후속하여 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키는데 가장 바람직하다. 특히 단일 결정 산화물, 예컨대 페로브스카이트(perovskites)의 후속되는 성장을 위해서, Si 표면 위에 결정형으로 배열된 전이층(crystalline ordered transition layer)을 형성하는 것이 매우 중요하다. 몇몇 보고에 의하면, 실리콘(Si)(100) 위에서 BaO 및 BaTiO3와 같은 산화물의 성공적인 성장은, 850℃ 이상의 온도에서 반응 에피택시(reactive epitaxy)를 이용하여 Si(100) 위에서 Ba의 1/4 단일층을 증착시켜서 얻은 BaSi2[입방정의(cubic)] 주형(template)에 기초했다. 예를 들어, R. McKee et al., Appl. Phys. Lett. 59(7), pp. 782-784 (1991년 8월 12일); R. McKee et al., Appl. Phys. Lett. 63(20), pp. 2818-2820 (1993년 11월 15일); R. McKee et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol. 21, pp. 131-135 (1991년); "실리콘 기판에 산화물을 에피택셜하게 증착시키는 방법 및 상기 방법으로 제조된 구조"라는 제목의 1993년 7월 6일 등록된 미국 특허 제 5,225,031호; "에피택셜 알칼리 토금속 산화물을 기판에 증착시키는 방법 및 상기 방법으로 제조된 구조"라는 제목의 1996년 1월 9일 등록된 미국 특허 제 5,482,003호를 참조하라. 분자 빔 에피택시 표면을 제조하고 주형(예컨대, BaSi2)을 형성하기 위해서는 고온이 필요하기 때문에 실제로 상기 언급한 방법은 고온 방법이 된다. 주된 문제는, 이러한 고온 방법이 더 높은 열적 버짓(much higher thermal budget)을 필요로 하고, 이러한 구조 내에서 확산을 촉진하며, 종종 바람직하지도 알맞지도 않다는 것이다.Crystalline ordered and stable silicon (Si) surfaces have many devices, such as ferroelectrics or high dielectric constant oxide, for example for nonvolatile and high density memory devices. For the application of, it is most desirable to subsequently epitaxially grow single crystal thin films on silicon. In particular for the subsequent growth of single crystal oxides, such as perovskites, it is very important to form a crystalline ordered transition layer on the Si surface. According to some reports, the successful growth of oxides such as BaO and BaTiO 3 on silicon (Si) 100 was found to be 1/4 of Ba on Si (100) using reactive epitaxy at temperatures above 850 ° C. It was based on the BaSi 2 [cubic] template obtained by depositing a single layer. See, eg, R. McKee et al., Appl. Phys. Lett. 59 (7), pp. 782-784 (August 12, 1991); R. McKee et al., Appl. Phys. Lett. 63 (20), pp. 2818-2820 (November 15, 1993); R. McKee et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol. 21, pp. 131-135 (1991); US Patent No. 5,225,031, filed Jul. 6, 1993, entitled "Methods for Epitaxially Depositing Oxides on Silicon Substrates and Structures Produced by the Methods; See US Pat. No. 5,482,003, filed Jan. 9, 1996, entitled "Methods for Depositing Epitaxial Alkaline Earth Oxides on Substrates and Structures Prepared by the Methods." The above-mentioned method is in fact a high temperature method because high temperatures are required to produce molecular beam epitaxy surfaces and to form molds (eg BaSi 2 ). The main problem is that such high temperature methods require a higher higher thermal budget, promote diffusion within this structure, and are often undesirable and unsuitable.

따라서, 실행이 간단하고, 후속 박막 에피택시를 위한 결정형으로 배열된 웨이퍼 표면을 제공하는 저온 방법에 적합한 분자 빔 에피택시를 갖는 것이 매우 바람직하다.Thus, it is highly desirable to have molecular beam epitaxy that is simple to implement and suitable for low temperature methods that provide a wafer surface arranged in a crystalline form for subsequent thin film epitaxy.

Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 새롭고 개선된 방법을 제공하는 것이 바로 본 발명의 목적이다.It is an object of the present invention to provide a new and improved method for producing crystalline alkaline earth metal oxides on Si substrates.

저온에 적합한 분자 빔 에피택시를 사용해서 Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 새롭고 개선된 방법을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.It is another object of the present invention to provide a new and improved method for producing crystalline alkaline earth metal oxides on Si substrates using molecular beam epitaxy suitable for low temperatures.

방법 중에 모니터링(monitoring)을 거의 필요로 하지 않는 단순화된 방법을 이용해서 Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 새롭고 개선된 방법을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.It is another object of the present invention to provide a new and improved method for producing crystalline alkaline earth metal oxides on Si substrates using a simplified method that requires little monitoring in the process.

결정형으로 배열된 웨이퍼 표면을 제공하는 Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 새롭고 개선된 방법을 제공하는 것이 본 발명의 추가적인 목적이다.It is a further object of the present invention to provide a new and improved method for producing crystalline alkaline earth metal oxides on Si substrates which provide crystalline arrayed wafer surfaces.

Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 새롭고 개선된 방법으로서, 후속되는 방법 단계들을 불필요하게 복잡하게 만들지 않는, 그러한 방법을 제공하는 것이 본 발명의 추가적인 목적이다.It is a further object of the present invention to provide a new and improved method for producing crystalline alkaline earth metal oxides on a Si substrate, which does not unnecessarily complicate subsequent method steps.

상기 문제와 다른 문제들은 적어도 부분적으로 해결되고, 상기 목적과 그 밖의 목적들은 Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법에서 실현되며, 기판의 표면에 이산화실리콘(silicon dioxide)을 갖는 Si 기판이 제공된다. 이 기판은 이산화실리콘의 승화 온도 이하로 가열되고, 기판의 표면은 무정형(amorphous) 이산화실리콘을 결정형 알칼리 토금속 산화물로 변환시키기 위한 알칼리 토금속 빔에 노출된다. 비휘발성 및 고밀도 메모리 장치의 응용에 사용하기 위해 실리콘 위에는 추가적인 두께의 알칼리 토금속 산화물, 단일 결정 강유전체 또는 유전 상수가 높은 산화물이, 응용에 따라 상기 알칼리 토금속 산화물에 알맞게 형성될 수 있다.The above and other problems are at least partially solved, and the above and other objects are realized in a method for producing a crystalline alkaline earth metal oxide on a Si substrate, provided by a Si substrate having silicon dioxide on the surface of the substrate. do. The substrate is heated below the sublimation temperature of silicon dioxide and the surface of the substrate is exposed to an alkaline earth metal beam for converting amorphous silicon dioxide into crystalline alkaline earth metal oxide. Additional thicknesses of alkaline earth metal oxides, single crystal ferroelectrics or oxides with high dielectric constants may be formed on silicon for use in nonvolatile and high density memory devices, depending on the application.

이제, 동일한 요소가 동일한 번호로 표기된 도면을 살펴보면, 도 1은 이산화실리콘(11)이 그 표면에 형성된 실리콘(Si) 기판(10)을 도시한다. 실리콘 산화물(일반적으로, Si02)은 관련 기술에서 잘 공지된 바와 같이, 일단 실리콘 기판(10)이 공기(산소)에 노출되거나 또는 산화물이 제어 방식으로 계획적으로 성장될 수 있다면 자연스럽게 존재한다. 매우 좋은 SiO2/Si 경계면은 실리콘 기술에서 일반적으로 얻을 수 있다. 그러나, 이산화실리콘 층(11)은 단일 결정형이기보다는 무정형이고, 기판 위에 추가적인 단일 결정 물질을 성장시킬 목적으로 산화물/실리콘 경계면에서 무정형 실리콘 층(11)을 포함하지 않고 단일 결정 산화물이 제공되는 것이 바람직하다.Referring now to the drawings in which like elements are denoted by the same numerals, FIG. 1 shows a silicon (Si) substrate 10 in which silicon dioxide 11 is formed on its surface. Silicon oxide (generally, Si0 2 ) is naturally present once the silicon substrate 10 is exposed to air (oxygen) or the oxide can be intentionally grown in a controlled manner, as is well known in the art. Very good SiO 2 / Si interfaces are commonly found in silicon technology. However, it is preferred that the silicon dioxide layer 11 is amorphous rather than single crystalline and that a single crystal oxide is provided without including the amorphous silicon layer 11 at the oxide / silicon interface for the purpose of growing additional single crystal material on the substrate. Do.

에피택셜 전이층은 Si 기판(10) 위에서 후속되는 단일 결정 산화물을 성장시키는데 필수적이다. 바륨, 스트론튬, 칼슘 등과 같은 알칼리 토금속이 실리콘 기판에서 안정하다는 것이 증명되었다. 예를 들면, BaSi2/BaO 전이층은, 상기 언급된 논문 및 특허 출원에서 기술된 바와 같이 분자 빔 에피택시(MBE : Molecular Beam Epitaxy)에 의해 실리콘 기판에서 성장해왔다. 이러한 전이층은 반응 에피택시와 MBE에 의해 깨끗한 Si 기판 표면에서 성장한다. 그러나, BaSi2 전이층의 성장은 정밀한 두께 제어를 필요로 하고, 후속되는 BaO 성장은 또한 바륨 플럭스(flux)와 산소의 압력에 의존한다. 정밀한 두께와 압력 제어는 성장 방법(growth of process)을 실질적으로 복잡하게 만들어, 이러한 방법의 비용과 시간을 증가시킨다.An epitaxial transition layer is necessary for growing the subsequent single crystal oxide on the Si substrate 10. Alkaline earth metals such as barium, strontium, calcium and the like have been proven to be stable on silicon substrates. For example, BaSi 2 / BaO transition layers have been grown on silicon substrates by Molecular Beam Epitaxy (MBE) as described in the above mentioned papers and patent applications. This transition layer grows on the clean Si substrate surface by reaction epitaxy and MBE. However, growth of the BaSi 2 transition layer requires precise thickness control, and subsequent BaO growth also depends on the barium flux and the pressure of oxygen. Precise thickness and pressure control substantially complicate the growth of process, increasing the cost and time of such a process.

Si 기판(10)과 무정형 이산화실리콘 층(11)은 무정형 이산화실리콘 층(11)의 승화 온도 이하로 가열된다. 일반적으로, 이산화실리콘이 850℃를 초과하는 온도에서 승화하므로, 기판(10)은 바람직하게 700℃-800℃ 범위의 온도에서 가열된다. 이것은 분자 빔 에피택시 챔버(chamber)에서 실행될 수 있거나, 기판(10)이 적어도 부분적으로 제조 챔버(preparation chamber) 내에서 가열되고, 다음에 성장 챔버로 옮겨져 가열이 완료될 수 있다.The Si substrate 10 and the amorphous silicon dioxide layer 11 are heated below the sublimation temperature of the amorphous silicon dioxide layer 11. In general, since the silicon dioxide sublimes at a temperature above 850 ° C., the substrate 10 is preferably heated at a temperature in the range of 700 ° C.-800 ° C. This may be done in a molecular beam epitaxy chamber or the substrate 10 may be at least partially heated in a preparation chamber and then transferred to the growth chamber to complete heating.

성장 챔버 내(growth chamber)의 압력은 대략 10-9-10-10 torr 범위로 감소한다.The pressure in the growth chamber decreases to approximately 10 -9 -10 -10 torr range.

일단 기판(10)이 적절하게 가열되고, 성장 챔버 내의 압력이 적절하게 감소되면, 표면에 이산화실리콘 층(11)을 갖는 기판(10)의 표면은 도 2에 도시된 바와 같이 알칼리 토금속 빔에 노출된다. 바람직한 실시예에서, 이러한 빔은 저항성 가열 유출 셀(resistively heating effusion cells)에 의해 생성되거나 또는 e-빔 증발 소스(e-beam evaporation sources)로부터 나오는 바륨, 스트론튬 또는 2개의 결합물이다. 특정한 실시예에서, 기판(10) 및 무정형 이산화실리콘 층(11)은 바륨의 빔에 노출된다. 바륨은 이산화실리콘에서 실리콘을 치환하고, 층(11)을 알칼리 토금속 산화물 층(BaO의 결정형 완충층)(12)으로 변환시킨다. 일반적으로, 치환된 실리콘은 휘발성 산화 실리콘(SiO)을 형성하거나 또는 기판(10)의 순수한 실리콘과 결합하지만, Si/BaO 경계면에서 BaSi2의 형성이 배제되지 않는다.Once the substrate 10 is properly heated and the pressure in the growth chamber is appropriately reduced, the surface of the substrate 10 having the silicon dioxide layer 11 on the surface is exposed to an alkaline earth metal beam as shown in FIG. 2. do. In a preferred embodiment, this beam is barium, strontium or a combination of two, produced by resistive heating effusion cells or exiting from e-beam evaporation sources. In a particular embodiment, the substrate 10 and the amorphous silicon dioxide layer 11 are exposed to a beam of barium. Barium displaces silicon in silicon dioxide and converts layer 11 into an alkaline earth metal oxide layer (crystalline buffer layer of BaO) 12. Generally, substituted silicon forms volatile silicon oxide (SiO) or binds to pure silicon of the substrate 10, but the formation of BaSi 2 at the Si / BaO interface is not excluded.

이산화실리콘에서 알칼리 토금속 산화물 층(12)으로의 변환은, 알칼리 토금속 산화물에 대한 엔탈피 변화[또는 생성열(heat of formation)(ΔH)]가 산소 원자 당 이산화실리콘에 대한 엔탈피 변화보다 더 크다는 사실에 기초한다. 예를 들어, 또한 입방정형(cubic) 알칼리 토금속 산화물의 격자 상수(lattice constant)를 나열하는 아래의 표 1을 참조한다.The conversion of silicon dioxide to alkaline earth metal oxide layer 12 is based on the fact that the enthalpy change (or heat of formation (ΔH)) for the alkaline earth metal oxide is greater than the enthalpy change for silicon dioxide per oxygen atom. do. For example, see also Table 1 below, which lists the lattice constants of cubic alkaline earth metal oxides.

산화물oxide SiO2 SiO 2 BaOBaO SrOSrO CaOCaO MgOMgO △H(O 당)(kJ/mol)ΔH (per O) (kJ / mol) -455.4-455.4 -548.0-548.0 -592.0-592.0 -634.9-634.9 -601.6-601.6 ao(Å)a o (Å) 5.5425.542 5.1605.160 4.7994.799 4.2084.208

이것이 의미하는 바는, 산화 바륨과 같이 열역학적으로 알칼리성인 토금속 산화물이 SiO2보다 더 안정되고, 다음의 반응이 일어난다는 것이다:This means that thermodynamically alkaline earth metal oxides, such as barium oxide, are more stable than SiO 2 and the following reactions occur:

Ba + SiO2 --→BaO + SiO 및Ba + SiO 2- → BaO + SiO And

2Ba + SiO2 --→2BaO + Si2Ba + SiO 2- → 2BaO + Si

입방정의 단일 결정형 BaO(ao = 5.542Å)는 Si(ao = 5.432Å)과 밀접하게 격자 매치되므로(closely lattice matched)(1.6% 미스매치), 만일 Si의 온도가 충분히 높게 유지는 되지만(일반적으로 700℃ 내지 800℃의 범위) SiO2의 승화 온도보다 낮으면, BaO의 에피텍셜 층은 쉽게 Si 표면 위에 형성될 것이다. SiO2에 대해 가장 낮게 기록된 승화 온도는 850℃이다. 완전한 격자 매치는 (Ba, Sr)O 층을 제조하기 위해 Ba와 Sr 플럭스(flux)를 혼합함으로써 제공될 수 있다.Cubic single crystal BaO (a o = 5.542 kPa) is closely lattice matched (1.6% mismatch) with Si (a o = 5.432 kPa), but if the temperature of Si is kept high enough ( Below the sublimation temperature of SiO 2 ), typically in the range of 700 ° C. to 800 ° C., the epitaxial layer of BaO will readily form on the Si surface. The lowest recorded sublimation temperature for SiO 2 is 850 ° C. Complete lattice match can be provided by mixing Ba and Sr flux to produce a (Ba, Sr) O layer.

일반적으로, 실리콘 기판(10) 위의 무정형 이산화실리콘 층(11)은 약 50Å의 두께로서 알칼리 토금속 산화물 층{수용가능한 전이층(acceptable transition layer)}(12)을 제공한다. 특정한 응용에 따라 더 얇거나 또는 더 두꺼운 층들이 사용될 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 그러나, 더 두꺼운 산화물층이 사용된다면, 더 오랫 동안 더 두꺼운 산화물 층이 알칼리 토금속 분자빔(molecular beam)에 노출되어야 하므로, 알칼리 토금속 산화물 층으로의 변환은 많은 시간이 필요할 수 있다. 무정형 이산화실리콘 층의 두께는 쉽고 매우 정확하게 제어될 수 있으므로, 이것은 궁극적으로 알칼리 토금속 산화물 층을 매우 정확하게 제어한다.Generally, amorphous silicon dioxide layer 11 on silicon substrate 10 provides an alkaline earth metal oxide layer (acceptable transition layer) 12 with a thickness of about 50 microns. It should be understood that thinner or thicker layers may be used depending on the particular application. However, if a thicker oxide layer is used, the conversion to the alkaline earth metal oxide layer may take a lot of time since the thicker oxide layer must be exposed to the alkaline earth metal beam for a longer time. Since the thickness of the amorphous silicon dioxide layer can be easily and very precisely controlled, this ultimately controls the alkaline earth metal oxide layer very accurately.

무정형 이산화실리콘 층(11)은 알칼리 토금속(들)의 빔에 노출되기 때문에, 표면은 반사 고 에너지 전자 회절(RHEED: Reflection High Energy Electron Diffraction) 기술을 이용해서 모니터되는데, 이 기술은 종래 기술에 잘 기록되어 있고 본래 위치, 즉 성장 챔버 내에서 노출 단계를 실행하면서 사용될 수 있다. 이러한 RHEED 기술은 표면 결정 구조를 발견하거나 또는 감지하기 위해 사용되고, 본 방법에서는 변환 방법이 완료되었을 때 무정형 이산화실리콘에 대한 특징이 없었던 것에서 진하고 날카로운 줄무늬(streak)로 빠르게 변한다. 일단 특정한 제조 방법이 제공되고 진행된다면, 물론 모든 기판에서 RHEED 기술을 실행할 필요가 없다는 것이 이해될 것이다.Since amorphous silicon dioxide layer 11 is exposed to a beam of alkaline earth metal (s), the surface is monitored using Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED) technology, which is well known in the art. It is recorded and can be used while performing the exposure step in its original location, ie the growth chamber. This RHEED technique is used to discover or detect surface crystal structures, and the method quickly changes from the lack of features for amorphous silicon dioxide to the dark and sharp streaks when the conversion method is completed. Once a particular manufacturing method is provided and proceeded, it will of course be understood that there is no need to implement RHEED technology on all substrates.

따라서, Si 기판에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 새롭고 개선된 방법은, 저온에 적합한 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy)를 사용하고 방법 중에 모니터링을 거의 필요로 하지 않는 단순화된 방법을 사용하여 개시된다. 근본적으로, 이 방법은 균일성과 두께를 더욱 잘 조절하는 자체-제한 방법(self-limiting process)이다. 또한, 이것은 종래 기술 방법에 비해 저온 방법이다. 게다가, 이 방법은 응용에 따라서 비휘발성 및 고밀도 메모리 장치의 응용을 위해, 실리콘 위에 추가 두께의 알칼리 토금속 산화물, 단일 결정 강유전체 또는 유전상수가 높은 산화물[도 3의 층 또는 층들(15)로 도시된]을 성장시키는데 사용될 수 있는, 결정형으로 배열된 웨이퍼 표면(crystalline ordered wafer surface)을 제공한다.
우리는 본 발명의 특정한 실시예를 나타내고 설명했지만, 추가적인 변형과 개선이 당업자에게 일어날 것이다. 따라서 우리는 본 발명이, 도시된 특별한 형태로 제한되지 않는 것이 이해되기를 바라고, 첨부된 청구항에서 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않는 모든 변형들을 포함하고자 한다.Thus, a new and improved method for producing crystalline alkaline earth metal oxides on Si substrates is disclosed using a simplified method that uses molecular beam epitaxy suitable for low temperatures and requires little monitoring during the method. . In essence, this is a self-limiting process that provides better control of uniformity and thickness. This is also a low temperature method compared to the prior art methods. In addition, this method is shown as an additional thickness of alkaline earth metal oxides, single crystal ferroelectrics or high dielectric constant oxides (layer or layers 15 of FIG. 3) on silicon for application of nonvolatile and high density memory devices, depending on the application. It provides a crystalline ordered wafer surface that can be used to grow.
While we have shown and described certain embodiments of the present invention, further modifications and improvements will occur to those skilled in the art. We therefore wish that it will be understood that the invention is not limited to the particular form shown, and includes all modifications that do not depart from the spirit and scope of the invention in the appended claims.

상술한 바와 같이, 본 발명은 실리콘 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법을 불필요하게 복잡하게 만들지 않고 새롭게 개선하는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of newly improving the method of producing a crystalline alkaline earth metal oxide on a silicon substrate without unnecessary complexity.

Claims (10)

Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물(crystalline alkaline earth metal oxide)을 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a crystalline alkaline earth metal oxide on a Si substrate, 승화 온도(sublimation temperature)를 갖는 이산화실리콘을 Si 기판 표면 위에 제공하는 단계,Providing silicon dioxide having a sublimation temperature on the Si substrate surface, 상기 기판을 상기 이산화실리콘의 승화 온도 이하로 가열하는 단계, 및Heating the substrate to below the sublimation temperature of the silicon dioxide, and 상기 기판의 표면을 알칼리 토금속(들) 빔(beam)에 노출시키는 단계를 포함하는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.Exposing the surface of the substrate to an alkaline earth metal (s) beam. 제 1항에 있어서, 상기 알칼리 토금속은 바륨(barium), 스트론튬(strontium), 칼슘(calcium), 마그네슘(magnesium) 및 이들의 결합물 중 어느 하나를 포함하는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.The crystalline alkaline earth metal oxide of claim 1, wherein the alkaline earth metal comprises any one of barium, strontium, calcium, magnesium, and combinations thereof. How to. 제 1항에 있어서, 상기 Si 기판 표면 위에 이산화실리콘을 제공하는 단계는, 상기 Si 기판 표면 위에 무정형 이산화실리콘(11)을 제공하는 단계, 또는 Si 기판을 제공하고, 상기 Si 기판 표면 위에서 산화물을 형성하는 단계 중 어느 하나를 포함하는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein providing silicon dioxide over the Si substrate surface comprises: providing amorphous silicon dioxide 11 over the Si substrate surface, or providing a Si substrate, and forming an oxide on the Si substrate surface. A method for producing a crystalline alkaline earth metal oxide on a Si substrate, comprising any of the steps. 제 1항에 있어서, 상기 기판을 상기 이산화실리콘의 승화 온도 이하로 가열하는 단계는, 상기 기판을 700℃ 내지 800℃ 범위의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.The crystalline alkaline earth metal oxide of claim 1, wherein heating the substrate below the sublimation temperature of the silicon dioxide comprises heating the substrate to a temperature in the range of 700 ° C. to 800 ° C. 7. How to. 제 1항에 있어서, 상기 기판의 표면을 알칼리 토금속(들) 빔에 노출시키는 단계는 분자 빔 에피택시 챔버(molecular beam epitaxy chamber)에서 실행되는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein exposing the surface of the substrate to an alkaline earth metal (s) beam is performed in a molecular beam epitaxy chamber. 제 5항에 있어서, 분자 빔 에피택시 챔버에서 상기 기판의 표면을 알칼리 토금속(들) 빔에 노출시키는 단계는 상기 챔버 내에서 약 10-9 - 10-10 Torr 범위 내로 압력을 낮추는 것을 포함하는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.The method of claim 5, wherein exposing the surface of the substrate to an alkaline earth metal (s) beam in a molecular beam epitaxy chamber comprises lowering the pressure within the range of about 10 −9 −10 −10 Torr in the chamber. A method for producing a crystalline alkaline earth metal oxide on a Si substrate. 제 1항에 있어서, 상기 이산화실리콘에서 결정형 알칼리 토금속 산화물(12)로의 변환을 측정하기 위해, 상기 노출 단계 동안 RHEED 기술에 의해 상기 표면을 모니터링하는 단계를 포함하는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.The crystalline alkaline earth metal oxide of claim 1 comprising monitoring the surface by RHEED technology during the exposing step to determine the conversion of the silicon dioxide to crystalline alkaline earth metal oxide 12. How to manufacture. 제 1항에 있어서, 상기 노출 단계에 이어 상기 기판 위에 부가적인 물질층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.The method of claim 1, further comprising forming an additional layer of material on the substrate following the exposing step. Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물(15)을 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a crystalline alkaline earth metal oxide (15) on a Si substrate, 상기 Si 기판(10) 표면 위에 무정형 이산화실리콘(amorphous silicon dioxide)(11)을 제공하는 단계,Providing amorphous silicon dioxide (11) on the surface of the Si substrate (10), 상기 기판을 700℃ 내지 800℃ 범위의 온도로 가열하는 단계,Heating the substrate to a temperature in the range of 700 ° C. to 800 ° C., 분자 빔 에피택시 챔버 내 약 10-9 - 10-10 Torr 범위 내의 압력에서 상기 기판 표면을 알칼리 토금속의 빔에 노출시키는 단계, 및Exposing the substrate surface to a beam of alkaline earth metal at a pressure in the range of about 10 -9-10 -10 Torr in a molecular beam epitaxy chamber, and 상기 무정형의 이산화실리콘(11)에서 결정형의 알칼리 토금속 산화물(12)로의 변환을 측정하기 위해 상기 노출 단계 동안 RHEED 기술에 의해 상기 표면을 모니터링하는 단계를 포함하는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.Producing a crystalline alkaline earth metal oxide on a Si substrate, comprising monitoring the surface by RHEED technology during the exposure step to determine the conversion of amorphous silicon dioxide (11) to crystalline alkaline earth metal oxide (12). How to. Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물(15)을 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a crystalline alkaline earth metal oxide (15) on a Si substrate, 상기 Si 기판(10) 표면 위에 무정형 이산화실리콘(11)을 제공하는 단계,Providing amorphous silicon dioxide 11 on the surface of the Si substrate 10, 상기 기판을 700℃ 내지 800℃ 범위의 온도로 가열하는 단계,Heating the substrate to a temperature in the range of 700 ° C. to 800 ° C., 분자 빔 에피택시 챔버 내 약 10-9 - 10-10 Torr 범위 내의 압력에서 상기 기판 표면을 바륨, 스트론튬, 및 바륨-스트론튬 중 어느 하나의 빔에 노출시키는 단 계,Exposing the substrate surface to a beam of any one of barium, strontium, and barium-strontium at a pressure within the range of about 10 -9-10 -10 Torr in a molecular beam epitaxy chamber, 상기 무정형의 이산화실리콘에서 결정형 산화 바륨(12), 산화 스트론튬, 및 산화 바륨-스트론튬 중 어느 하나로의 변환을 측정하기 위해 상기 노출 단계 동안 RHEED 기술에 의해 상기 표면을 모니터링하는 단계, 및Monitoring the surface by RHEED technology during the exposure step to measure the conversion from amorphous silicon dioxide to crystalline barium oxide 12, strontium oxide, and barium-strontium oxide, and 상기 무정형의 이산화실리콘에서 결정형 산화 바륨, 산화 스트론튬, 및 산화 바륨-스트론튬 중 어느 하나로의 변환에 이어 부가적인 물질층을 형성하는 단계를 포함하는, Si 기판 위에 결정형 알칼리 토금속 산화물을 제조하는 방법.Forming an additional material layer in the amorphous silicon dioxide following conversion to crystalline barium oxide, strontium oxide, and barium-strontium oxide.
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