JP4593766B2 - Ferroelectric film evaluation method, ferroelectric film evaluation apparatus, and storage medium - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャパシタ等の半導体素子の構成部材である強誘電体膜の強誘電特性の評価方法、強誘電体膜の評価装置、及び半導体装置の製造方法並びに記憶媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置を構成する素子の材料として、Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)を始めとする強誘電体材料が注目されている。また、既にPZTをキャパシタ材料として用いたFeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)が実用化されている。
【0003】
従来では、PZT等からなる強誘電体膜の強誘電特性を測定するには、以下のような手法を用いる。
即ち、先ず、強誘電体膜を一対の電極で挟んだ構造のサンプルを形成する。
次に、このサンプルの電極に電圧を印加して、強誘電体の電界に対する分極のヒステレシスを測定する。
そして、その測定値の大小により、強誘電体膜の強誘電性の強さを評価する。
【0004】
このようにして調べた強誘電体膜の強誘電性から、強誘電体膜を有する半導体素子の電気的特性を推測している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、PZTなどの強誘電体材料をFeRAMやDRAM(Dynamic Random Access Memory)等のメモリ構成部材として使う場合、従来の誘電体材料に比べて元素数が多く不安定であり、製造工程や電極材料によっては酸素や鉛等の元素が強誘電体膜から離脱してしまうことにより組成比が変わってしまう場合がある。
そうすると、強誘電体膜の強誘電性が変化して、極端な場合には強誘電性が無くなってしまうこともある。
【0006】
製造途中の半導体素子の強誘電体膜の強誘電性を調べ、工程管理や不良品のスクリーニングに用いようとしても、従来の方法では、電極が無い状態で強誘電性を調べることができない。このため従来では、強誘電体膜自体の強誘電性を調べようとしても、強誘電体膜の両側に電極を形成しなければならなかった。
【0007】
そこで本発明の目的は、電極がない状態でも素子構成部材である強誘電体膜の強誘電特性を評価することができ、例えば製造途中で強誘電体膜の強誘電性を回復させて製造歩留まりを向上させることを可能とする信頼性の高い強誘電体膜の評価方法、強誘電体膜の評価装置、及び半導体装置の製造方法並びに記憶媒体を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【0009】
本発明の強誘電体膜の評価方法は、強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目する。
【0010】
そして、回折ピークの分裂の有無を判別し、分裂している場合には、各回折ピーク位置を基に分極値を算出し、分裂していない場合には、所定の回折線の半値幅を見積もり、前記半値幅に基いて回折ピーク分離を行なって分極値を算出することを特徴とする。
【0013】
更に具体的には、強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線及び(h00)回折線の半値幅を検出し、
検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定する。
【0014】
また、他の具体例としては、強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定する。
【0015】
また、更に他の具体例としては、強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(h00)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出する。
【0016】
また、更に他の具体例としては、強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出する。
【0017】
また、更に他の具体例としては、強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を検出し、強誘電体の前記結晶構造が立方晶の場合には、前記強誘電体膜の(hkl)回折線を検出し、各々の前記結晶群における結晶の量と歪の大きさを測定する。
【0018】
また、本発明は、前記各評価方法を実現する手段を備えた評価装置、及び前記各評価方法をプログラムとして備えたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を対象とする。
【0019】
本発明の強誘電体膜の評価方法(評価装置)においては、X線回折を用いて強誘電体膜の強誘電特性を調べる。X線回折では、出現した回折ピークの位置を検出することにより、結晶格子の長さ(格子定数)を知ることができる。
【0020】
一方、強誘電体膜は自発分極を有しており、この自発分極の発生により、その発生した方向に格子定数が伸びる。即ち、自発分極の発生あるいは消失などによる格子定数の変化を測定することにより、強誘電体膜の強誘電特性を知ることができる。
【0021】
このように、本発明では、成膜した強誘電体膜について直接的に強誘電特性を調べることができ、しかも表面内又は膜厚方向を問わず局所的な検知が可能であることから、半導体素子等の製造途中で形成した強誘電体膜の強誘電特性をきめ細かく多面的に評価することができる。
【0022】
更に本発明では、強誘電体膜が方位の異なる複数の結晶からなる結晶群を有する場合に、強誘電体膜を回転させて前記測定を実行することにより、各結晶の割合及び各結晶毎の強誘電特性を知ることができる。
【0023】
また、本発明の半導体装置の製造方法においては、X線回折を使用して、強誘電体膜の強誘電特性を調べて良否を判定し、不良と判定したときはその素子と同一ロットの素子に対し、強誘電体に酸素または鉛等を導入して強誘電性を回復させる処理や、成膜条件を修正したロット処理等を行なう。これらの工程により、製造歩留まりを向上させることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した好適な諸実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0025】
(第1の実施形態)
図1〜図3は、本実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
本実施形態では、便宜上、強誘電体膜の評価方法をステップ順に説明するが、当該評価方法を実現するための評価装置も開示する。この評価装置は、通常のX線回折装置及び出現ピーク位置の測定装置(カウンター、位置敏感型比例計数管(Position Sensitive Proportional Counter:PSPC)、写真、イメージングプレート(Imaging Plate:IP)など)を含み、後述するように、当該評価方法を記憶した記憶媒体のプログラムにより駆動するように構成されている。
【0026】
成膜された強誘電体膜の強誘電特性を評価するに際して、先ず、強誘電体膜の強誘電体の結晶構造を特定する(ステップS1)。結晶構造としては、正方晶、斜方晶、菱面体晶、立方晶の4種に分類する。
【0027】
ステップS1で結晶構造が正方晶である場合、強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定可能であるか否かを判定する(ステップS11)。
【0028】
ステップS11で前記測定が可能である場合、2θ/ωスキャン等の手法により、(h00)/(0k0)/(00l)回折線を測定する(ステップS21)。
【0029】
続いて、ステップS21で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS22)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS12)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0030】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(hhh)回折線を測定する(ステップS23)。
【0031】
続いて、強誘電体膜の(hhh)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS24)。
【0032】
続いて、算出された(hhh)回折線の半値幅を用いて、(h00)/(0k0)/(00l)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS25)。
【0033】
続いて、算出された(h00)/(0k0)/(00l)回折線の位置における半値幅を用いて、(h00)/(0k0)回折線と(00l)回折線に2ガウス関数でフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS26)。
【0034】
そして、分離された各々の回折ピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS12)。
【0035】
しかる後、算出されたa軸とc軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS2)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS3)。
【0036】
ステップS11で強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定できない場合、2θ/ωスキャン等の手法により、h=k=lを除く(hkl)回折線を測定する(ステップS31)。
【0037】
続いて、ステップS31で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS32)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS12)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0038】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(hhh)回折線を測定する(ステップS33)。
【0039】
続いて、強誘電体膜の(hhh)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS34)。
【0040】
続いて、算出された(hhh)回折線の半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS35)。
【0041】
続いて、算出されたh=k=lを除く(hkl)回折線の位置における半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線に多重ガウス関数、例えば2ガウス、3ガウス関数でフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS36)。
【0042】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS12)。
【0043】
しかる後、算出されたa軸とc軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS2)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS3)。
【0044】
ステップS1で結晶構造が斜方晶である場合、強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定可能であるか否かを判定する(ステップS13)。
【0045】
ステップS13で前記測定が可能である場合、2θ/ωスキャン等の手法により、(h00)/(0k0)/(00l)回折線を測定する(ステップS41)。
【0046】
続いて、ステップS41で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS42)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS14)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0047】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(hhh)回折線を測定する(ステップS43)。
【0048】
続いて、強誘電体膜の(hhh)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS44)。
【0049】
続いて、算出された(hhh)回折線の半値幅を用いて、(h00)/(0k0)/(00l)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS45)。
【0050】
続いて、算出された(h00)/(0k0)/(00l)回折線の位置における半値幅を用いて、(h00)回折線、(0k0)回折線及び(00l)回折線に3ガウス関数でフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS46)。
【0051】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS14)。
【0052】
しかる後、算出されたa軸、b軸、c軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS2)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS3)。
【0053】
ステップS13で強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定できない場合、2θ/ωスキャン等の手法により、h=k=lを除く(hkl)回折線を測定する(ステップS51)。
【0054】
続いて、ステップS51で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS52)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS14)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0055】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(hhh)回折線を測定する(ステップS53)。
【0056】
続いて、強誘電体膜の(hhh)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS54)。
【0057】
続いて、算出された(hhh)回折線の半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS55)。
【0058】
続いて、算出されたh=k=lを除く(hkl)回折線の位置における半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線に多重ガウス関数、例えば3ガウス、6ガウス関数でフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS56)。
【0059】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS14)。
【0060】
しかる後、算出されたa軸、b軸、c軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS2)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS3)。
【0061】
ステップS1で結晶構造が菱面体晶である場合、強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線が測定可能であるか否かを判定する(ステップS15)。
【0062】
ステップS15で前記測定が可能である場合、2θ/ωスキャン等の手法により、(hhh)/(−hhh)回折線を測定する(ステップS61)。
【0063】
続いて、ステップS61で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS62)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS16)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0064】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(h00)回折線を測定する(ステップS63)。
【0065】
続いて、強誘電体膜の(h00)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS64)。
【0066】
続いて、算出された(h00)回折線の半値幅を用いて、(hhh)/(−hhh)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS65)。
【0067】
続いて、算出された(hhh)/(−hhh)回折線の位置における半値幅を用いて、(hhh)回折線と(−hhh)回折線に2ガウス関数でフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS66)。
【0068】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS16)。
【0069】
しかる後、算出されたa軸とα角の格子定数から歪の値を求め(ステップS2)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS3)。
【0070】
ステップS15で強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線が測定できない場合、2θ/ωスキャン等の手法により、h,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を測定する(ステップS71)。
【0071】
続いて、ステップS71で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS72)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS16)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0072】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(h00)回折線を測定する(ステップS73)。
【0073】
続いて、強誘電体膜の(h00)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS74)。
【0074】
続いて、算出された(h00)回折線の半値幅を用いて、h,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS75)。
【0075】
続いて、算出されたh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の位置における半値幅を用いて、h,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線に多重ガウス関数、例えば2ガウス、3ガウス、4ガウス関数でフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS76)。
【0076】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS16)。
【0077】
しかる後、算出されたa軸とα角の格子定数から歪の値を求め(ステップS2)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS3)。
【0078】
ステップS1で結晶構造が立方晶である場合には、歪が発生しないために分極値は0と算出される(ステップS17)。
【0079】
本実施形態によれば、従来では必須と考えられていた電界を印加するための電極がない状態でも、素子構成部材である強誘電体膜の強誘電特性を評価することができ、例えば製造途中で強誘電体膜の強誘電性を回復させて製造歩留まりを向上させることが可能となる。
【0080】
(第2の実施形態)
図4〜図6は、本実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、強誘電体膜の評価方法(評価装置)をステップ順に説明するが、回折ピークの半値幅が温度に依存して変化する場合に適合した技術を開示する点で第1の実施形態と相違する。
【0081】
成膜された強誘電体膜の強誘電特性を評価するに際して、先ず、強誘電体膜の強誘電体の結晶構造を特定する(ステップS101)。結晶構造としては、正方晶、斜方晶、菱面体晶、立方晶の4種に分類する。
【0082】
ステップS101で結晶構造が正方晶である場合、強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定可能であるか否かを判定する(ステップS111)。
【0083】
ステップS111で前記測定が可能である場合、2θ/ωスキャン等の手法により、(h00)/(0k0)/(00l)回折線を測定する(ステップS121)。
【0084】
続いて、ステップS121で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS122)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS112)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0085】
先ず、温度上昇により回折ピークの半値幅が変化しなくなる程度に高温とした条件下(常誘電相)で、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(h00)回折線を測定する(ステップS123)。
【0086】
続いて、強誘電体膜の(h00)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS124)。
【0087】
続いて、算出された(h00)回折線の半値幅を用いて、(h00)/(0k0)回折線と(00l)回折線において2ガウス関数のフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS125)。
【0088】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS112)。
【0089】
しかる後、算出されたa軸とc軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS102)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS103)。
【0090】
ステップS111で強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定できない場合、2θ/ωスキャン等の手法により、h=k=lを除く(hkl)回折線を測定する(ステップS131)。
【0091】
続いて、ステップS131で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS132)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS112)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0092】
先ず、温度上昇により回折ピークの半値幅が変化しなくなる程度に高温とした条件下で、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜のh=k=lを除く(hkl)回折線を測定する(ステップS133)。
【0093】
続いて、強誘電体膜のh=k=lを除く(hkl)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS134)。
【0094】
続いて、算出されたh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線においてフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS135)。
【0095】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS112)。
【0096】
しかる後、算出されたa軸とc軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS102)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS103)。
【0097】
ステップS101で結晶構造が斜方晶である場合、強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定可能であるか否かを判定する(ステップS113)。
【0098】
ステップS113で前記測定が可能である場合、2θ/ωスキャン等の手法により、(h00)/(0k0)/(00l)回折線を測定する(ステップS141)。
【0099】
続いて、ステップS141で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS142)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS114)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0100】
先ず、温度上昇により回折ピークの半値幅が変化しなくなる程度に高温とした条件下で、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(h00)回折線を測定する(ステップS143)。
【0101】
続いて、強誘電体膜の(h00)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS144)。
【0102】
続いて、算出された(h00)回折線の半値幅を用いて、(h00)回折線、(0k0)回折線及び(00l)回折線において3ガウス関数のフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS145)。
【0103】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS114)。
【0104】
しかる後、算出されたa軸、b軸、c軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS102)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS103)。
【0105】
ステップS113で強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定できない場合、2θ/ωスキャン等の手法により、h=k=lを除く(hkl)回折線を測定する(ステップS151)。
【0106】
続いて、ステップS151で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS152)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS114)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0107】
先ず、温度上昇により回折ピークの半値幅が変化しなくなる程度に高温とした条件下で、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜のh=k=lを除く(hkl)回折線を測定する(ステップS153)。
【0108】
続いて、強誘電体膜のh=k=lを除く(hkl)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS154)。
【0109】
続いて、算出されたh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線においてフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS155)。
【0110】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS114)。
【0111】
しかる後、算出されたa軸、b軸、c軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS102)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS103)。
【0112】
ステップS101で結晶構造が菱面体晶である場合、強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線が測定可能であるか否かを判定する(ステップS115)。
【0113】
ステップS115で前記測定が可能である場合、2θ/ωスキャン等の手法により、(hhh)/(−hhh)回折線を測定する(ステップS161)。
【0114】
続いて、ステップS161で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS162)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS116)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0115】
先ず、温度上昇により回折ピークの半値幅が変化しなくなる程度に高温とした条件下で、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(hhh)回折線を測定する(ステップS163)。
【0116】
続いて、強誘電体膜の(hhh)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS164)。
【0117】
続いて、算出された(hhh)回折線の半値幅を用いて、(hhh)回折線と(−hhh)回折線において2ガウス関数のフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS165)。
【0118】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS116)。
【0119】
しかる後、算出されたa軸とα角の格子定数から歪の値を求め(ステップS102)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS103)。
【0120】
ステップS115で強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線が測定できない場合、2θ/ωスキャン等の手法により、h,k,lのうちいずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を測定する(ステップS171)。
【0121】
続いて、ステップS171で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS172)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS116)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0122】
先ず、温度上昇により回折ピークの半値幅が変化しなくなる程度に高温とした条件下で、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜のh,k,lのうちいずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を測定する(ステップS173)。
【0123】
続いて、強誘電体膜のh,k,lのうちいずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS174)。
【0124】
続いて、算出されたh,k,lのうちいずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の半値幅を用いて、h,k,lのうちいずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線においてフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS175)。
【0125】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS116)。
【0126】
しかる後、算出されたa軸とα角の格子定数から歪の値を求め(ステップS102)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜を評価する(ステップS103)。
【0127】
ステップS101で結晶構造が立方晶である場合には、歪が発生しないために分極値は0と算出される(ステップS117)。
【0128】
本実施形態によれば、従来では必須と考えられていた電界を印加するための電極がない状態でも、素子構成部材である強誘電体膜の強誘電特性を評価することができ、例えば製造途中で強誘電体膜の強誘電性を回復させて製造歩留まりを向上させることを可能となる。
【0129】
(第3の実施形態)
図7〜図9は、本実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
本実施形態は、強誘電体膜に複数の異なる配向が存する場合に適用して好適な技術である。
【0130】
成膜された強誘電体膜の強誘電特性を評価するに際して、先ず、χスキャン等の手法によりプロファイルを求め、強誘電体膜を配向の異なる複数の結晶群に分離する(ステップS201)。
【0131】
続いて、得られたプロファイルを各配向毎に積分し、各々の結晶群の割合を算出する(ステップS202)。
【0132】
続いて、分離された各結晶群毎に、強誘電体膜の強誘電体の結晶構造を特定する(ステップS203)。結晶構造としては、正方晶、斜方晶、菱面体晶の3種に分類する。
【0133】
ステップS203で結晶構造が正方晶である場合、強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定可能であるか否かを判定する(ステップS211)。
【0134】
ステップS211で前記測定が可能である場合、2θ/ωスキャン等の手法により、(h00)/(0k0)/(00l)回折線を測定する(ステップS221)。
【0135】
続いて、ステップS221で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS222)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS212)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0136】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(hhh)回折線を測定する(ステップS223)。
【0137】
続いて、強誘電体膜の(hhh)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS224)。
【0138】
続いて、算出された(hhh)回折線の半値幅を用いて、(h00)/(0k0)/(00l)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS225)。
【0139】
続いて、算出された(h00)/(0k0)/(00l)回折線の位置における半値幅を用いて、(h00)/(0k0)回折線と(00l)回折線に2ガウス関数でフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS226)。
【0140】
そして、分離された各々の回折ピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS212)。
【0141】
しかる後、算出されたa軸とc軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS204)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜の当該結晶群の強誘電特性を評価する(ステップS205)。
【0142】
ステップS211で強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定できない場合、2θ/ωスキャン等の手法により、h=k=lを除く(hkl)回折線を測定する(ステップS231)。
【0143】
続いて、ステップS231で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS232)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS212)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0144】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(hhh)回折線を測定する(ステップS233)。
【0145】
続いて、強誘電体膜の(hhh)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS234)。
【0146】
続いて、算出された(hhh)回折線の半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS235)。
【0147】
続いて、算出されたh=k=lを除く(hkl)回折線の位置における半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線においてフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS236)。
【0148】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を算出する(ステップS212)。
【0149】
しかる後、算出されたa軸とc軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS204)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜の当該結晶群の強誘電特性を評価する(ステップS205)。
【0150】
ステップS203で結晶構造が斜方晶である場合、強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定可能であるか否かを判定する(ステップS213)。
【0151】
ステップS213で前記測定が可能である場合、2θ/ωスキャン等の手法により、(h00)/(0k0)/(00l)回折線を測定する(ステップS241)。
【0152】
続いて、ステップS241で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS242)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置からa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS214)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0153】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(hhh)回折線を測定する(ステップS243)。
【0154】
続いて、強誘電体膜の(hhh)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS244)。
【0155】
続いて、算出された(hhh)回折線の半値幅を用いて、(h00)/(0k0)/(00l)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS245)。
【0156】
続いて、算出された(h00)/(0k0)/(00l)回折線の位置における半値幅を用いて、(h00)回折線、(0k0)回折線及び(00l)回折線に2ガウス関数でフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS246)。
【0157】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS214)。
【0158】
しかる後、算出されたa軸、b軸、c軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS204)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜の当該結晶群の強誘電特性を評価する(ステップS205)。
【0159】
ステップS213で強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線が測定できない場合、2θ/ωスキャン等の手法により、h=k=lを除く(hkl)回折線を測定する(ステップS251)。
【0160】
続いて、ステップS251で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS252)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS214)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0161】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(hhh)回折線を測定する(ステップS253)。
【0162】
続いて、強誘電体膜の(hhh)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS254)。
【0163】
続いて、算出された(hhh)回折線の半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS255)。
【0164】
続いて、算出されたh=k=lを除く(hkl)回折線の位置における半値幅を用いて、h=k=lを除く(hkl)回折線においてフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS256)。
【0165】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸、c軸の格子定数を算出する(ステップS214)。
【0166】
しかる後、算出されたa軸、b軸、c軸の格子定数から歪の値を求め(ステップS204)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜の当該強誘電特性を評価する(ステップS205)。
【0167】
ステップS203で結晶構造が菱面体晶である場合、強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線が測定可能であるか否かを判定する(ステップS215)。
【0168】
ステップS215で前記測定が可能である場合、2θ/ωスキャン等の手法により、(hhh)/(−hhh)回折線を測定する(ステップS261)。
【0169】
続いて、ステップS261で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS262)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS216)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0170】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(h00)回折線を測定する(ステップS263)。
【0171】
続いて、強誘電体膜の(h00)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS264)。
【0172】
続いて、算出された(h00)回折線の半値幅を用いて、(hhh)/(−hhh)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS265)。
【0173】
続いて、算出された(hhh)/(−hhh)回折線の位置における半値幅を用いて、(hhh)回折線と(−hhh)回折線に2ガウス関数でフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS266)。
【0174】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS216)。
【0175】
しかる後、算出されたa軸とα角の格子定数から歪の値を求め(ステップS204)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜の当該結晶群の強誘電特性を評価する(ステップS205)。
【0176】
ステップS215で強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線が測定できない場合、2θ/ωスキャン等の手法により、h,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を測定する(ステップS271)。
【0177】
続いて、ステップS271で回折ピークの分離が認められるか否かを判定する(ステップS272)。ここで、ピーク分離が認められるときには、直ちに各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS216)。一方、ピーク分離が認められないときには、以下に示す各ステップを実行する。
【0178】
先ず、2θ/ωスキャン等の手法により、強誘電体膜の(h00)回折線を測定する(ステップS273)。
【0179】
続いて、強誘電体膜の(h00)回折線の測定結果から、当該回折線の半値幅を算出する(ステップS274)。
【0180】
続いて、算出された(h00)回折線の半値幅を用いて、h,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の位置における半値幅に換算する(ステップS275)。
【0181】
続いて、算出されたh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の位置における半値幅を用いて、h,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線においてフィッティングによりピーク分離を行なう(ステップS276)。
【0182】
そして、分離された各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を算出する(ステップS216)。
【0183】
しかる後、算出されたa軸とα角の格子定数から歪の値を求め(ステップS204)、この歪値から分極値を算出し、これに基いて強誘電体膜の当該結晶群の強誘電特性を評価する(ステップS205)。
【0184】
ステップS201で結晶構造が立方晶である場合には、歪が発生しないために分極値は0と算出される(ステップS217)。
【0185】
本実施形態によれば、従来では必須と考えられていた電界を印加するための電極がない状態でも、素子構成部材である強誘電体膜の強誘電特性を結晶群毎にその割合と共に評価することができ、例えば製造途中で強誘電体膜の強誘電性を回復させて製造歩留まりを向上させることが可能となる。
【0186】
なお、本実施形態のように強誘電体膜が複数の結晶群を有する場合においても、第2の実施形態のように、回折ピークの半値幅が温度に依存して変化する場合に適合した評価方法を導入することが可能である。
【0187】
上述した第1〜第3の実施形態の評価方法は、例えばDRAMやFeRAM等の半導体装置の製造方法にも適用可能である。この場合、素子製造工程における半導体素子について、強誘電体膜を成膜した段階で強誘電特性の良否を調べ、不良と判定した時には、条件を修正してロットを流したり、判定に使用した半導体素子と同一ロットの素子に対し酸素雰囲気中でアニールするなどの処理を施して、強誘電特性を回復させることができる。これにより、製造歩留まりの大幅な向上が実現する。
【0188】
(第4の実施形態)
本実施形態では、第1〜第3の実施形態による評価方法をプログラムとして記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を開示する。更に、第1〜第3の実施形態による評価装置は、当該記憶媒体のプログラムにより駆動するように構成される。
【0189】
図10は、一般的なパーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
図10において、1200はコンピュータPCである。PC1200は、CPU1201を備え、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶された、あるいはフロッピーディスクドライブ(FD)1212より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス1204に接続される各デバイスを総括的に制御する。
【0190】
PC1200のCPU1201、ROM1202またはハードディスク(HD)1211には、第1の実施形態におけるステップS1〜ステップS76、第2の実施形態におけるステップS101〜ステップS175、第3の実施形態におけるステップS201〜ステップS276がプログラムとして記憶されており、これに基いて評価装置が駆動する。
【0191】
1203はRAMで、CPU1201の主メモリ、ワークエリア等として機能する。1205はキーボードコントローラ(KBC)で、キーボード(KB)1209や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。
【0192】
1206はCRTコントローラ(CRTC)で、CRTディスプレイ(CRT)1210の表示を制御する。1207はディスクコントローラ(DKC)で、ブートプログラム(起動プログラム:パソコンのハードやソフトの実行(動作)を開始するプログラム)、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイルそしてネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク(HD)1211、及びフロッピーディスク(FD)1212とのアクセスを制御する。
【0193】
1208はネットワークインタフエースカード(NIC)で、LAN1220を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、あるいは他のPCと双方向のデータのやり取りを行う。
【0194】
本実施形態によれば、当該記憶媒体を用いて評価装置を駆動することにより、従来では必須と考えられていた電界を印加するための電極がない状態でも、素子構成部材である強誘電体膜の強誘電特性を評価することができ、例えば製造途中で強誘電体膜の強誘電性を回復させて製造歩留まりを向上させることを可能となる。
【0195】
【実施例】
以下、本発明を更に具体的に開示するための諸実施例について説明する。
【0196】
(実施例1)
図11は、実施例1において使用した試料の断面図である。
この試料は、Si基板10上にSiO2膜11、Ti膜12、下部Pt電極13が順次形成され、この下部Pt電極13上に200nm程度の厚みに形成されたPZT膜14を有している。
【0197】
図12は、図11に示す試料のPZT(200)/(020)/(002)回折ピークの半値幅の温度変化を示す特性図である。
このように、PZT(200)/(020)/(002)回折ピークの半値幅は、温度変化に伴い大きく変化する。
【0198】
この半値幅の変化は分極値の変化に依存しており、十分高温では分極値は0になり、それに伴いPZT(200)/(020)/(002)回折線の幅も一定値になる。
【0199】
PZT(200)/(020)/(002)回折線の一定値になった半値幅は、分極値以外の結晶粒径や測定装置のレゾリューションに依存した半値幅であるので、この半値幅を利用することにより、分極値の情報のみを取り出すことができる。
【0200】
図13は、PZT(200)/(020)/(002)回折ピークから求めた分極値の温度変化を示す特性図である。
先ず、分極値が消失するほど十分高温であるPZT(200)/(020)/(002)回折ピークの半値幅を用いて、各温度毎のPZT(200)/(020)/(002)回折線をPZT(200)/(020)回折線とPZT(002)回折線に2ガウス関数でフィッティングによるピーク分離を行う。
【0201】
次に、得られたPZT(200)/(020)回折線とPZT(002)回折線のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出する。
【0202】
更に、その格子定数から下記の(1)式により分極値を算出する。(1)式中のAは定数なので、予めPZTにおける値を調べておけば、格子定数から分極値を求めることができる。
P=A(c/a−1)0.5 …(1)
ここで、Pは分極値、Aは定数、cはc軸の格子定数、aはa軸の格子定数を表す。
【0203】
(実施例2)
本例では、図11で示した実施例1と同様の試料を用いて強誘電体膜の強誘電特性を評価した。
【0204】
図14は、図11で示す試料のPZT(111)回折ピークの半値幅の温度変化を示す特性図である。
PZT(200)/(020)/(002)回折ピークの半値幅は、温度変化に伴い大きく変化するが、PZT(111)回折ピークの半値幅はほとんど温度変化を示さない。
【0205】
温度変化を示さないPZT(111)回折ピークには分極値の情報は含まれていないと考えられるので、PZT(111)回折ピークの半値幅から結晶粒径や測定装置のレゾリューションに依存した(分極値の情報が含まれていない)半値幅を取り出す。
【0206】
分極値の情報が含まれていないPZT(111)回折線の半値幅から、分極値が0の時のPZT(200)/(020)/(002)回折線の半値幅に、下記の数式(2)式を用いて換算する。
【0207】
(2)式より求めたPZT(200)/(020)/(002)回折線の半値幅を用いて、分極値が0でないときのPZT(200)/(020)/(002)回折線をPZT(200)/(020)回折線とPZT(002)回折線に2ガウス関数でフィッティングによるピーク分離を行う。
【0208】
次に、得られたPZT(200)/(020)回折線とPZT(002)回折線のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出し、更にその格子定数から(1)式により分極値を算出する。(1)式中のAは定数なので、予めPZTにおける値を調べておけば、格子定数から分極値を求めることができる。
W2=W1cos(2θ1/2)/cos(2θ2/2) …(2)
ここで、W2は分極値が0の時のPZT(200)/(020)/(002)回折線の半値幅、W1はPZT(111)回折線の半値幅、2θ1はPZT(111)回折線のピーク位置、2θ2はPZT(200)/(020)/(002)回折線のピーク位置を表す。
【0209】
(実施例3)
図15は、実施例3において使用した試料の断面図である。
この試料は、Si基板10上にSiO2膜11、IrO2膜15、下部Pt電極13が順次形成され、この下部Pt電極13上に260nm程度の厚みに形成されたPZT膜16を有している。
【0210】
図16は、PZTのZrとTiの比を変えた4試料の電気測定の結果(Qsw値/2〜P(分極値))とPZT(100)/(010)/(001)回折ピークの半値幅をプロットしたものである。
分極値に依存しないPZT(111)やPZT(222)回折線の半値幅が試料ごとにほとんど変わらない(結晶粒径が変わらない)ときには、図12のような電気測定による分極値とPZT(100)/(010)/(001)回折ピークの半値幅の相関図を予め作成しておき、その結果を参照してPZT(h00)/(0k0)/(001)回折ピークの半値幅から分極値を求めることができる。
【0211】
(実施例4)
図17は、実施例4において使用した試料の断面図である。
この試料は、Si基板10上に、SiO2膜11、IrO2膜15、下部Pt電極13が順次形成され、この下部Pt電極13上に150nm程度の厚みに形成されたPLCSZT膜(PbLaCaSrZrTiO3)17を有している。
【0212】
図18は、図17の試料におけるPLCSZT(100)回折ピーク位置及びバックグラウンド位置でχスキャンを行った特性図であり、図19は、図18のPLCSZT(100)回折ピーク位置におけるχスキャンのプロファイルから、バックグラウンド位置におけるχスキャンのプロファイルを引いた特性図である。
図17の試料には、基板面垂直方向に(111)配向した結晶((111)配向結晶)、基板面垂直方向に(100)配向した結晶((100)配向結晶)、無配向結晶の3種類の結晶群が存在していることが分かる。
【0213】
図20は、χを5°ずつ変えながら2θ/ωスキャンを行い、各々のプロファイルを各々のプロファイルの2θ=19.76°(χ=0°の2θ/ωスキャンで得られたプロファイルのピークトップ位置)における強度で規格化した、PZT(100)回折ピークまわりのマップ図である。
【0214】
図11の試料の構造は正方晶であるため、(111)配向結晶の構造を示すχ=55°近傍の2θ/ωプロファイルは、PLCSZT(001)回折ピークとPLCSZT(100)/(010)回折ピークが重なり合い、幅が広がっている。
【0215】
しかしながら、(100)配向結晶の構造を示すχ=0°近傍の2θ/ωプロファイルと無配向結晶の構造を示すχ=20°近傍の2θ/ωプロファイルは、χ=55°で得られたプロファイルよりも幅が狭くなり、またピークトップ位置も高角にずれている。
【0216】
これは、(100)配向結晶と無配向結晶からのプロファイルは、χ=55°の(111)配向結晶からのPLCSZT(001)回折ピークとPLCSZT(100)/(010)回折ピークのうち、低角に現れるPLCSZT(001)回折ピークが消失し、高角に現れるPLCSZT(100)/(010)回折ピークだけが残っているためである。
【0217】
即ち、(111)配向結晶の構造は正方晶であるが、(100)配向結晶と無配向結晶の構造は立方晶であり、(111)配向結晶は分極を持ちメモリとして機能するが、(100)配向結晶と無配向結晶は分極を持たずメモリとして機能しないことが分かる。
【0218】
図19や図20の測定データから、(111)配向結晶からのプロファイルの積分値、(100)配向結晶からのプロファイルの積分値、無配向結晶からのプロファイルの積分値を求めることで、各々の結晶群の割合を算出することができる。
【0219】
また、PLCSZT(001)回折ピークとPLCSZT(100)/(010)回折ピークを分離して、各々のピーク位置から格子定数を求め、さらに歪を算出することで、分極値に換算することができる。即ち、結晶群ごとの分極値とその結晶の割合を得ることが可能となる。
【0220】
(実施例5)
図21は、実施例5において使用した試料の断面図である。
この試料は、Si基板10上に、SiO2膜11、Ti膜12、下部Pt電極13が順次形成され、この下部Pt電極13上に260nm程度の厚みに形成されたPZT膜18を有している。
【0221】
図22は、図21の試料におけるPZT(100)回折ピーク位置及びバックグラウンド位置でχスキャンを行い、PZT(100)回折ピーク位置でのχスキャンのプロファイルからバックグラウンド位置でのχスキャンのプロファイルを引いた特性図である。
図21の試料には、基板面垂直方向に(111)配向した結晶((111)配向結晶)、基板面垂直方向に(100)配向した結晶((100)配向結晶)、無配向結晶の3種類の結晶群が存在していることが分かる。
【0222】
図23は、χ=0°((100)配向結晶)、χ=20°(無配向結晶)、χ=55°((111)配向結晶)でPZT(100)回折ピーク近傍の2θ/ωスキャンを行った特性図である。
(111)配向結晶の構造を示すχ=55°の2θ/ωプロファイルは、低角のPZT(001)回折からの肩と高角のPZT(100)/(010)回折からのピークが観られる。
【0223】
しかしながら、(100)配向結晶の構造を示すχ=0°の2θ/ωプロファイルと無配向結晶の構造を示すχ=20°の2θ/ωプロファイルは、χ=55°で得られたプロファイルと異なり、低角のPZT(001)回折からの肩が消失して高角のPZT(100)/(010)回折からのピークだけが観られる。
【0224】
これにより、(111)配向結晶の構造は正方晶であるが、(100)配向結晶と無配向結晶の構造は立方晶であり、(111)配向結晶は分極を持ちメモリとして機能するが、(100)配向結晶と無配向結晶は分極を持たずメモリとして機能しないことが分かる。
【0225】
図19や図20の測定データから、(111)配向結晶からのプロファイルの積分値、(100)配向結晶からのプロファイルの積分値、無配向結晶からのプロファイ、ルの積分値を求めることで、各々の結晶群の割合を算出することができる。
【0226】
また、PZT(001)回折ピークとPZT(100)/(010)回折ピークを分離して、各々のピーク位置から格子定数を求め、さらに歪を算出することで、分極値に換算することができる。
即ち、結晶群毎の分極値とその結晶の割合を得ることが可能となる。
【0227】
以上の各実施例においては、強誘電体がPZTとPLCSZTの場合について説明したが、PZTにLa,Sr,Ca,Ba,Mn,P,Bi等の全てあるいはその内のいくつかの元素を含んでいても適用することができる。
また、PZT以外の強誘電体にも同様に適用することができる。
【0228】
更に、本発明は、キュリー点温度以下で自発分極が発生する条件であれば、高誘電体物質にも適用することができる。
【0229】
実施例1においては、格子定数から分極値を求める時に(1)式により分極値を算出したが、必要に応じてその他の式を用いても構わない。
【0230】
各実施例においては、2ガウス関数でフィッティングによるピーク分離を行ったが、必要に応じてローレンツ関数などその他の関数を用いても、また、3ガウス関数や4ガウス関数などピークの数を増やしても構わない。
【0231】
また、各実施例においては、試料はすべて強誘電体膜の上に上部電極などが無い状態であったが、上部電極やその他の薄膜が付いていても構わない。
また、試料はチップ状などでもよく、どのような形状の物でも構わない。
【0232】
更に、実施例4,5においては、結晶の配向割合を求める際に(100)/(010)/(001)回折ピークを用いたが、その他の回折ピークで配向分離を行っても構わない。
【0233】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【0234】
(付記1) 強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
回折ピークが分裂している場合には、各回折ピーク位置を基に分極値を算出し、
回折ピークが分裂していない場合には、所定の回折線の半値幅を見積もり、前記半値幅に基いて回折ピーク分離を行なって分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0235】
(付記2) 強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目し、第1の回折ピークの半値幅を指標として、
前記第1の回折ピークの半値幅が温度変化しない場合には、当該半値幅を利用し、常に温度変化する第2の回折ピークを分離して分極値を算出し、
前記第1の回折ピークの半値幅が温度変化する場合には、高温領域における前記第2の回折ピークの半値幅を利用し、前記第2の回折ピークを分離して分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0236】
(付記3) 強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶を異なる結晶群に分類し、その各々の結晶群について結晶構造毎の回折ピークに着目して、結晶の量と歪の大きさを測定することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0237】
(付記4) 強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶を異なる結晶群に分類し、その各々の結晶群について結晶構造毎の回折ピークに着目して、
回折ピークが分裂している場合には、各回折ピーク位置を基に分極値を算出し、
回折ピークが分裂していない場合には、所定の回折線の半値幅を見積もり、前記半値幅に基いて回折ピーク分離を行なって分極値を算出して、各々の前記結晶群における結晶の量と歪の大きさを測定することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0238】
(付記5) 前記各結晶構造は、正方晶、斜方晶、菱面体晶、立方晶であり、これらの前記結晶構造の各々について分極値を算出することを特徴とする付記1〜4のいずれか1項に記載の強誘電体膜の評価方法。
【0239】
(付記6) 強誘電体膜の強誘電特性を判定する検査装置であって、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
回折ピークが分裂している場合には、各回折ピーク位置を基に分極値を算出し、
回折ピークが分裂していない場合には、所定の回折線の半値幅を見積もり、前記半値幅に基いて回折ピーク分離を行なって分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【0240】
(付記7) 強誘電体膜の強誘電特性を判定する評価装置であって、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目し、高温領域でほぼ一定値となる第1の回折ピークの半値幅を指標として、
前記第1の回折ピークの半値幅が温度変化しない場合には、当該半値幅を利用し、常に温度変化する第2の回折ピークを分離して分極値を算出し、
前記第1の回折ピークの半値幅が温度変化する場合には、前記高温領域における前記第2の回折ピークの半値幅を利用し、前記第2の回折ピークを分離して分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【0241】
(付記8) 強誘電体膜の強誘電特性を判定する評価装置であって、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶を異なる結晶群に分類し、その各々の結晶群について結晶構造毎の回折ピークに着目して、結晶の量と歪の大きさを測定することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0242】
(付記9) 強誘電体膜の強誘電特性を判定する評価装置であって、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶を異なる結晶群に分類し、その各々の結晶群について結晶構造毎の回折ピークに着目して、
回折ピークが分裂している場合には、各回折ピーク位置を基に分極値を算出し、
回折ピークが分裂していない場合には、所定の回折線の半値幅を見積もり、前記半値幅に基いて回折ピーク分離を行なって分極値を算出して、各々の前記結晶群における結晶の量と歪の大きさを測定することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【0243】
(付記10) 前記各結晶構造は、正方晶、斜方晶、菱面体晶、立方晶であり、これらの前記結晶構造の各々について分極値を算出することを特徴とする付記5〜9のいずれか1項に記載の強誘電体膜の評価方法。
【0244】
(付記11) 強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線及び(h00)回折線の半値幅を検出し、
検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0245】
(付記12) 強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0246】
(付記13) 強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、
前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(h00)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0247】
(付記14) 強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、
前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0248】
(付記15) 強誘電体膜の強誘電特性を判定するに際して、
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶を異なる結晶群に分類し、その各々の結晶群について結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が立方晶の場合には、前記強誘電体膜の(hkl)回折線を検出し、
各々の前記結晶群における結晶の量と歪の大きさを測定することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【0249】
(付記16) X線回折により、強誘電体膜の強誘電特性を判定する検査装置であって、
前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhl)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線及び(h00)回折線の半値幅を検出し、
検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定する手段を備えることを特徴とする強誘電体膜の検査装置。
【0250】
(付記17) X線回折により、強誘電体膜の強誘電特性を判定する検査装置であって、
前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定する手段を備えることを特徴とする強誘電体膜の検査装置。
【0251】
(付記18) X線回折により、強誘電体膜の強誘電特性を判定する検査装置であって、
前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、
前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(h00)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の検査装置。
【0252】
(付記19) X線回折により、強誘電体膜の強誘電特性を判定する検査装置であって、
前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、
前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の検査装置。
【0253】
(付記20) X線回折により、強誘電体膜の強誘電特性を判定する検査装置であって、
前前記強誘電体膜の強誘電体の結晶を異なる結晶群に分類し、その各々の結晶群について結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhl)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が立方晶の場合には、前記強誘電体膜の(hkl)回折線を検出し、
各々の前記結晶群における結晶の量と歪の大きさを測定することを特徴とする強誘電体膜の検査装置。
【0254】
(付記21) X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、強誘電体膜の強誘電特性を判定するためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記プログラムは、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線及び(h00)回折線の半値幅を検出し、
検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定することを実行させるものであることを特徴とする記憶媒体。
【0255】
(付記22) X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、強誘電体膜の強誘電特性を判定するためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記プログラムは、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定することを実行させるものであることを特徴とする記憶媒体。
【0256】
(付記23) X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、強誘電体膜の強誘電特性を判定するためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記プログラムは、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、
前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(h00)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出することを実行させるものであることを特徴とする記憶媒体。
【0257】
(付記24) X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、強誘電体膜の強誘電特性を判定するためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記プログラムは、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、
前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出することを実行させるものであることを特徴とする記憶媒体。
【0258】
(付記25) X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶を異なる結晶群に分類し、その各々の結晶群について結晶構造毎に回折ピークに着目して、強誘電体膜の強誘電特性を判定するためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記プログラムは、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が立方晶の場合には、前記強誘電体膜の(hkl)回折線を検出し、
各々の前記結晶群における結晶の量と歪の大きさを測定することを実行させるものであることを特徴とする記憶媒体。
【0259】
(付記26) 容量絶縁膜を介して下部導電体膜と上部導電体膜とが対向してなるキャパシタを備えた半導体装置を製造するに際して、
付記1〜5,11〜15のいずれか1項に記載の評価方法により強誘電特性を判定された強誘電体膜を前記容量絶縁膜として用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【0260】
(付記27) 前記強誘電体膜の強誘電特性を判定した後、適時条件を修正することを特徴とする付記26に記載の半導体装置の製造方法。
【0261】
(付記28) 前記強誘電体膜の強誘電特性を判定した後、適時強誘電特性を回復させる処理を施すことを特徴とする付記26に記載の半導体装置の製造方法。
【0262】
(付記29) 前記強誘電体膜に立体構造が存するときには、平坦な領域を作製しておき、その領域を検査し、強誘電体膜の強誘電特性を判定することを特徴とする付記1〜5,11〜15のいずれか1項に記載の評価方法。
【0263】
【発明の効果】
本発明によれば、X線回折を使用して強誘電体膜のピークの半値幅やピーク位置を検出し、その結果に基づいて強誘電体膜の強誘電性の有無または自発分極の強さを判定することにより、従来方法では必須と考えられていた電界を印加するための電極が無くても強誘電体膜の強誘電性を評価することができる。
【0264】
また、本発明によれば、実際の素子製造工程で製造途中の素子についても、強誘電性の評価が可能である。更に、実際の素子製造工程の素子について強誘電性の良否を調べ、不良と判定した時には、条件を修正しロットを流したり、判定に使用した素子と同一ロットの素子に対し酸素雰囲気中でアニールするなどの処理を施して、強誘電特性を回復させることが可能となる。これにより、製造歩留まりの向上が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
【図2】図1に引き続き、第1の実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
【図3】図2に引き続き、第1の実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
【図4】第2の実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
【図5】図4に引き続き、第2の実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
【図6】図5に引き続き、第2の実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
【図7】第3の実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
【図8】図6に引き続き、第3の実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
【図9】図8に引き続き、第3の実施形態による強誘電体膜の評価方法をステップ順に示すフローチャートである。
【図10】第3の実施形態によるパーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
【図11】実施例1,2において使用した試料の断面図である。
【図12】PZT(200)/(020)/(002)回折ピークの半値幅の温度変化を示す特性図である。
【図13】PZT(200)/(020)/(002)回折ピークから求めた分極値の温度変化を示す特性図である。
【図14】PZT(111)回折ピークの半値幅の温度変化を示す特性図である。
【図15】実施例3において使用した試料の断面図である。
【図16】分極値とPZT(100)/(010)/(001)回折ピークの半値幅の相関図である。
【図17】実施例4において使用した試料の断面図である。
【図18】PLCSZT(100)回折ピーク位置とバックグラウンド位置でχスキャンを行った特性図である。
【図19】図18のPLCSZT(100)回折ピーク位置でのχスキャンからバックグラウンド位置でのχスキャンを引いた特性図である。
【図20】χを変えながら2θ/ωスキャンを行い得られたPLCSZT(100)回折ピークまわりのマップ図である。
【図21】実施例5において使用した試料の断面図である。
【図22】PZT(100)回折ピーク位置でのχスキャンからバックグラウンド位置でのχスキャンを引いた特性図である。
【図23】χ=0°((100)配向結晶)、χ=20°(無配向結晶)、χ=55((111)配向結晶)でPZT(100)回折ピーク近傍の2θ/ωスキャンを行った特性図である。
【符号の説明】
10 Si基板
11 SiO2膜
12 Ti膜
13 下部Pt電極
14,16,18 PZT膜
15 IrO2膜
17 PLCSZT膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for evaluating ferroelectric characteristics of a ferroelectric film, which is a constituent member of a semiconductor element such as a capacitor, a ferroelectric film evaluation apparatus, a semiconductor device manufacturing method, and a storage medium.
[0002]
[Prior art]
In recent years, Pb (Zr 1-x Ti x ) O Three Ferroelectric materials such as (PZT) are attracting attention. Also, FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) using PZT as a capacitor material has already been put into practical use.
[0003]
Conventionally, the following method is used to measure the ferroelectric characteristics of a ferroelectric film made of PZT or the like.
That is, first, a sample having a structure in which a ferroelectric film is sandwiched between a pair of electrodes is formed.
Next, a voltage is applied to the electrode of this sample, and the hysteresis of polarization with respect to the electric field of the ferroelectric is measured.
Then, the ferroelectric strength of the ferroelectric film is evaluated based on the magnitude of the measured value.
[0004]
From the ferroelectricity of the ferroelectric film thus examined, the electrical characteristics of the semiconductor element having the ferroelectric film are estimated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a ferroelectric material such as PZT is used as a memory component such as FeRAM or DRAM (Dynamic Random Access Memory), the number of elements is unstable compared to conventional dielectric materials, and the manufacturing process and electrode material Depending on the case, an element such as oxygen or lead may be separated from the ferroelectric film to change the composition ratio.
Then, the ferroelectricity of the ferroelectric film changes, and in extreme cases, the ferroelectricity may be lost.
[0006]
Even if the ferroelectricity of a ferroelectric film of a semiconductor element in the course of manufacturing is examined and used for process control or screening of defective products, the conventional method cannot examine the ferroelectricity without electrodes. For this reason, conventionally, it was necessary to form electrodes on both sides of the ferroelectric film even if the ferroelectricity of the ferroelectric film itself was to be investigated.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to evaluate the ferroelectric characteristics of a ferroelectric film, which is an element constituent element, even in the absence of an electrode. For example, the manufacturing yield can be improved by recovering the ferroelectricity of the ferroelectric film during the manufacturing process. A highly reliable ferroelectric film evaluation method, a ferroelectric film evaluation apparatus, a semiconductor device manufacturing method, and a storage medium are provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventor has conceived the following aspects of the invention.
[0009]
The ferroelectric film evaluation method of the present invention pays attention to the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction when determining the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film.
[0010]
Then, the presence / absence of splitting of the diffraction peak is determined, and if it is split, the polarization value is calculated based on the position of each diffraction peak, and if it is not split, the half width of a predetermined diffraction line is estimated. The polarization value is calculated by performing diffraction peak separation based on the half width.
[0013]
More specifically, when the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines or h = k = 1 are excluded from the ferroelectric film (hkl). ) Diffracted lines and half-widths of (hhh) diffracted lines are detected, and when the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, (h00) / (0k0) / (001) diffraction of the ferroelectric film When the half-width of the (hkl) diffraction line and (hhh) diffraction line excluding the line or h = k = 1 is detected, and the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, hh) / (− hh) diffraction lines or half-widths of (h00) diffraction lines and (h00) diffraction lines excluding diffraction lines in which any two of h, k, and l are 0,
The ferroelectric characteristics of the ferroelectric film are determined based on the detected half widths.
[0014]
As another specific example, when the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or h = k = 1 is used. If only the half-value width of the (hkl) diffraction line is detected and the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or When only the half width of the diffraction line except h = k = 1 is detected and the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) of the ferroelectric film. Only half-value widths of diffraction lines except for diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are 0 (hkl) are detected, and based on the detected half-value widths, the ferroelectric film Determine ferroelectric properties.
[0015]
As yet another specific example, when the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines or h = k = 1 is excluded from the ferroelectric film. (Hkl) When diffraction lines are measured and the diffraction peaks are separated, the lattice constants of the a-axis and c-axis are obtained based on the positions of the respective diffraction peaks, the polarization value is calculated from the lattice constants, and the diffraction peaks Are not separated from each other, the half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the half-value width of the (hhh) diffraction line of the ferroelectric film, and the ferroelectric film based on the half-value width is estimated. Diffraction peak separation of (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 is performed, and the lattice constants of the a axis and c axis are based on the respective diffraction peak positions. And calculate the polarization value from the lattice constant before the ferroelectric When the crystal structure is orthorhombic, (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines or diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are measured and the diffraction peaks are separated. When the diffraction peaks are not separated, the lattice constants of the a-axis, b-axis and c-axis are obtained based on the respective diffraction peak positions, and the polarization value is calculated from the lattice constants. The half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the half-value width of the (hhh) diffraction line of the film, and (h00) / (0k0) / (00l) of the ferroelectric film based on the half-value width. ) Separate diffraction peaks of diffraction lines except for diffraction lines or h = k = 1 (hkl), and obtain lattice constants of a-axis, b-axis and c-axis based on the respective diffraction peak positions, and from the lattice constants The polarization value is calculated, and the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral In other words, the diffraction peak of the ferroelectric film is measured by excluding the (hhh) / (− hhh) diffraction line or the diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 (hkl), and the diffraction peak is When the diffraction peaks are separated, the lattice constants of the a-axis and the α angle are obtained based on the respective diffraction peak positions, the polarization value is calculated from the lattice constants, and when the diffraction peaks are not separated, the ferroelectric film The half width of a diffraction line that does not include polarization value information is estimated from the half width of the (h00) diffraction line of (h00), and the (hhh) / (− hhh) diffraction line of the ferroelectric film or the The diffraction peaks of h, k, and l except for the diffraction line where any two are 0 (hkl) are separated, and the lattice constants of the a axis and α angle are obtained based on the respective diffraction peak positions. The polarization value is calculated from the lattice constant.
[0016]
As yet another specific example, when the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines or h = k = 1 is excluded from the ferroelectric film. (Hkl) For diffraction lines, when the peaks are separated, the a-axis and c-axis lattice constants are calculated from the respective peak positions, and the polarization values are calculated from the lattice constants. When the peaks are not separated, Estimate the half-value width of the diffraction line that does not contain polarization value information from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to temperature rise, and perform peak separation based on the half-value width. The a-axis and c-axis lattice constants are calculated from the position, and the polarization value is calculated from these lattice constants. When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, (h00) / (0k0) of the ferroelectric film ) / (00l) diffraction lines or = For diffraction lines excluding k = l (hkl), when the peaks are separated, the a-axis, b-axis, and c-axis lattice constants are calculated from the respective peak positions, and the polarization values are calculated from the lattice constants. However, when the peaks are not separated, the half-value width of the diffraction line not including the polarization value information is estimated from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise, and based on the half-value width. When the peak separation is performed, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are calculated from the respective peak positions, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, When (hkl) / (− hh) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding diffraction lines in which any two of h, k, l are 0 are separated from each other Its each peak The a-axis and α-angle lattice constants are calculated from the position, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the peaks are not separated, the polarization is determined from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise. The half-value width of the diffraction line that does not contain value information is estimated, peak separation is performed based on the half-value width, and the lattice constants of the a-axis and α-angle are calculated from each peak position, and polarization is performed from this lattice constant. Calculate the value.
[0017]
As still another specific example, when the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or h = k = l (Hkl) diffraction lines are detected, and when the ferroelectric crystal structure is orthorhombic, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or h = k = When (hkl) diffraction lines excluding l are detected, and the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (-hhh) diffraction lines of the ferroelectric film or h, k, (hkl) diffraction lines excluding diffraction lines in which any two of l are 0 (hkl) are detected, and when the crystal structure of the ferroelectric is cubic, (hkl) diffraction lines of the ferroelectric film And the amount of crystals and the magnitude of strain in each of the crystal groups are measured.
[0018]
The present invention is also directed to an evaluation apparatus including means for realizing each evaluation method and a computer-readable storage medium including each evaluation method as a program.
[0019]
In the ferroelectric film evaluation method (evaluation apparatus) of the present invention, the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film are examined using X-ray diffraction. In X-ray diffraction, the length of a crystal lattice (lattice constant) can be known by detecting the position of a diffraction peak that has appeared.
[0020]
On the other hand, the ferroelectric film has spontaneous polarization, and the occurrence of this spontaneous polarization causes the lattice constant to extend in the direction in which it occurs. That is, the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film can be known by measuring the change in lattice constant due to the occurrence or disappearance of spontaneous polarization.
[0021]
As described above, in the present invention, the ferroelectric characteristics of the formed ferroelectric film can be directly examined, and the local detection is possible regardless of the surface or the film thickness direction. The ferroelectric characteristics of a ferroelectric film formed during the manufacture of an element or the like can be evaluated in a fine and multifaceted manner.
[0022]
Furthermore, in the present invention, when the ferroelectric film has a crystal group consisting of a plurality of crystals having different orientations, the measurement is performed by rotating the ferroelectric film, whereby the ratio of each crystal and each crystal It is possible to know the ferroelectric characteristics.
[0023]
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, X-ray diffraction is used to examine the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film to determine whether it is good or bad. On the other hand, a process for recovering the ferroelectricity by introducing oxygen or lead into the ferroelectric, or a lot process in which the film forming conditions are corrected is performed. By these steps, the manufacturing yield can be improved.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[0025]
(First embodiment)
1 to 3 are flow charts showing the ferroelectric film evaluation method according to the present embodiment in order of steps.
In this embodiment, for the sake of convenience, the ferroelectric film evaluation method will be described in order of steps, but an evaluation apparatus for realizing the evaluation method is also disclosed. This evaluation device includes a normal X-ray diffractometer and a device for measuring the appearance peak position (counter, Position Sensitive Proportional Counter (PSPC), photograph, imaging plate (IP), etc.). As will be described later, it is configured to be driven by a program of a storage medium storing the evaluation method.
[0026]
In evaluating the ferroelectric characteristics of the formed ferroelectric film, first, the crystal structure of the ferroelectric substance of the ferroelectric film is specified (step S1). The crystal structure is classified into four types: tetragonal, orthorhombic, rhombohedral and cubic.
[0027]
If the crystal structure is tetragonal in step S1, it is determined whether or not the (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film can be measured (step S11).
[0028]
If the measurement is possible in step S11, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines are measured by a method such as 2θ / ω scan (step S21).
[0029]
Subsequently, in step S21, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S22). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a axis and the c axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S12). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0030]
First, (hhh) diffraction lines of the ferroelectric film are measured by a technique such as 2θ / ω scan (step S23).
[0031]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (hhh) diffraction line of the ferroelectric film (step S24).
[0032]
Subsequently, the calculated half-width of the (hhh) diffraction line is converted into a half-width at the position of (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line (step S25).
[0033]
Subsequently, using the calculated half-width at the position of the (h00) / (0k0) / (001) diffraction line, fitting to the (h00) / (0k0) diffraction line and the (00l) diffraction line by a 2-Gauss function is performed. Peak separation is performed (step S26).
[0034]
Then, the lattice constants of the a axis and the c axis are calculated from the separated diffraction peak positions (step S12).
[0035]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis and c-axis (step S2), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on the polarization value (step S3). .
[0036]
If the (h00) / (0k0) / (001) diffraction line of the ferroelectric film cannot be measured in step S11, the diffraction line except for h = k = 1 is measured by a method such as 2θ / ω scan. (Step S31).
[0037]
Subsequently, it is determined in step S31 whether or not diffraction peak separation is recognized (step S32). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a axis and the c axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S12). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0038]
First, (hhh) diffraction lines of the ferroelectric film are measured by a method such as 2θ / ω scan (step S33).
[0039]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (hhh) diffraction line of the ferroelectric film (step S34).
[0040]
Subsequently, using the calculated half-width of the (hhh) diffraction line, h = k = 1 is removed (hkl) and the half-width at the position of the diffraction line is converted (step S35).
[0041]
Subsequently, using the calculated half width at the position of the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl), a multi-Gaussian function such as 2 gauss, 3 gauss is added to the diffraction line excluding h = k = l (hkl). Peak separation is performed by fitting with a function (step S36).
[0042]
Then, the a-axis and c-axis lattice constants are calculated based on the separated diffraction peak positions (step S12).
[0043]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis and c-axis (step S2), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on the polarization value (step S3). .
[0044]
If the crystal structure is orthorhombic in step S1, it is determined whether or not the (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film can be measured (step S13).
[0045]
If the measurement is possible in step S13, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines are measured by a method such as 2θ / ω scan (step S41).
[0046]
Subsequently, it is determined whether or not separation of diffraction peaks is recognized in step S41 (step S42). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S14). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0047]
First, (hhh) diffraction lines of the ferroelectric film are measured by a method such as 2θ / ω scan (step S43).
[0048]
Subsequently, the half-value width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (hhh) diffraction line of the ferroelectric film (step S44).
[0049]
Subsequently, the calculated half-width of the (hhh) diffraction line is converted into a half-width at the position of (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line (step S45).
[0050]
Subsequently, using the calculated half width at the position of the (h00) / (0k0) / (001) diffraction line, the (h00) diffraction line, the (0k0) diffraction line, and the (00l) diffraction line are expressed by a 3 Gauss function. Peak separation is performed by fitting (step S46).
[0051]
Then, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are calculated based on each separated diffraction peak position (step S14).
[0052]
Thereafter, the value of strain is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis (step S2), the polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on this value ( Step S3).
[0053]
If the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film cannot be measured in step S13, the diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are measured by a method such as 2θ / ω scanning. (Step S51).
[0054]
Subsequently, it is determined whether or not separation of diffraction peaks is recognized in step S51 (step S52). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S14). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0055]
First, the (hh) diffraction line of the ferroelectric film is measured by a technique such as 2θ / ω scan (step S53).
[0056]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (hhh) diffraction line of the ferroelectric film (step S54).
[0057]
Subsequently, using the calculated half-width of the diffraction line (hhh), h = k = 1 is removed (hkl), and the half-width at the position of the diffraction line is converted (step S55).
[0058]
Subsequently, using the calculated half-value width at the position of the diffraction line excluding h = k = l (hkl), a multi-Gaussian function such as 3 gauss or 6 gauss is used for the diffraction line excluding h = k = l (hkl). Peak separation is performed by fitting with a function (step S56).
[0059]
Then, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are calculated based on each separated diffraction peak position (step S14).
[0060]
Thereafter, the value of strain is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis (step S2), the polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on this value ( Step S3).
[0061]
If the crystal structure is rhombohedral in step S1, it is determined whether or not the (hhh) / (− hh) diffraction line of the ferroelectric film can be measured (step S15).
[0062]
If the measurement is possible in step S15, (hhh) / (-hhh) diffraction lines are measured by a technique such as 2θ / ω scan (step S61).
[0063]
Subsequently, in step S61, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S62). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a axis and the α angle are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S16). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0064]
First, the (h00) diffraction line of the ferroelectric film is measured by a method such as 2θ / ω scan (step S63).
[0065]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (h00) diffraction line of the ferroelectric film (step S64).
[0066]
Subsequently, the calculated half-width of the (h00) diffraction line is converted into a half-width at the position of the (hhh) / (− hh) diffraction line (step S65).
[0067]
Subsequently, using the calculated half width at the position of the (hhh) / (− hhh) diffraction line, peak separation is performed by fitting the (hhh) diffraction line and the (−hhh) diffraction line with a 2-Gaussian function (step) S66).
[0068]
Then, the lattice constants of the a axis and α angle are calculated based on the separated diffraction peak positions (step S16).
[0069]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constant of the a axis and α angle (step S2), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on the polarization value (step S3). .
[0070]
If the (hhh) / (− hhh) diffraction line of the ferroelectric film cannot be measured in step S15, a diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 by a method such as 2θ / ω scan. Exclude (hkl) diffraction lines are measured (step S71).
[0071]
Subsequently, in step S71, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S72). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a axis and the α angle are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S16). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0072]
First, the (h00) diffraction line of the ferroelectric film is measured by a method such as 2θ / ω scan (step S73).
[0073]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (h00) diffraction line of the ferroelectric film (step S74).
[0074]
Subsequently, using the calculated half-width of the (h00) diffraction line, a diffraction line where any two of h, k, and l are 0 is excluded (hkl) and converted to a half-width at the position of the diffraction line. (Step S75).
[0075]
Subsequently, any two of h, k, and l are calculated using the half width at the position of the diffraction line except for the diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 (hkl). Peak separation is performed by fitting with a multi-Gaussian function, for example, 2 gauss, 3 gauss, and 4 gauss functions, to the diffracted lines excluding the diffracted line having zero (hkl) (step S76).
[0076]
Then, the lattice constants of the a axis and α angle are calculated based on the separated diffraction peak positions (step S16).
[0077]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constant of the a axis and α angle (step S2), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on the polarization value (step S3). .
[0078]
If the crystal structure is cubic in step S1, the polarization value is calculated as 0 because no distortion occurs (step S17).
[0079]
According to the present embodiment, it is possible to evaluate the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film, which is an element constituent member, even in the absence of an electrode for applying an electric field that has been considered essential in the past. Thus, the ferroelectricity of the ferroelectric film can be recovered and the manufacturing yield can be improved.
[0080]
(Second Embodiment)
4 to 6 are flowcharts showing the evaluation method of the ferroelectric film according to the present embodiment in the order of steps.
In the present embodiment, as in the first embodiment, the ferroelectric film evaluation method (evaluation apparatus) will be described in the order of steps. However, this technique is suitable when the half-value width of the diffraction peak changes depending on the temperature. Is different from the first embodiment.
[0081]
When evaluating the ferroelectric characteristics of the formed ferroelectric film, first, the ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film is specified (step S101). The crystal structure is classified into four types: tetragonal, orthorhombic, rhombohedral and cubic.
[0082]
If the crystal structure is tetragonal in step S101, it is determined whether or not the (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film can be measured (step S111).
[0083]
When the measurement is possible in step S111, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines are measured by a method such as 2θ / ω scan (step S121).
[0084]
Subsequently, in step S121, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S122). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a axis and the c axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S112). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0085]
First, the (h00) diffraction line of the ferroelectric film is measured by a method such as a 2θ / ω scan under a high temperature condition (paraelectric phase) such that the half-value width of the diffraction peak does not change due to temperature rise. (Step S123).
[0086]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (h00) diffraction line of the ferroelectric film (step S124).
[0087]
Subsequently, using the calculated half-width of the (h00) diffraction line, peak separation is performed by fitting a 2-Gauss function in the (h00) / (0k0) diffraction line and the (00l) diffraction line (step S125).
[0088]
Then, the lattice constants of the a-axis and the c-axis are calculated based on each separated diffraction peak position (step S112).
[0089]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis and c-axis (step S102), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on the polarization value (step S103). .
[0090]
If the (h00) / (0k0) / (001) diffraction line of the ferroelectric film cannot be measured in step S111, the diffraction line except for h = k = 1 is measured by a technique such as 2θ / ω scan. (Step S131).
[0091]
Subsequently, in step S131, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S132). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a axis and the c axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S112). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0092]
First, the diffraction lines except for h = k = 1 of the ferroelectric film (hkl) are removed by a technique such as 2θ / ω scan under the condition that the temperature is high enough that the half width of the diffraction peak does not change due to the temperature rise. Measurement is performed (step S133).
[0093]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the diffraction line excluding h = k = 1 of the ferroelectric film (hkl) (step S134).
[0094]
Subsequently, using the calculated half-value width of the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl), peak separation is performed by fitting on the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl) (step S135).
[0095]
Then, the lattice constants of the a-axis and the c-axis are calculated based on each separated diffraction peak position (step S112).
[0096]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis and c-axis (step S102), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on the polarization value (step S103). .
[0097]
If the crystal structure is orthorhombic in step S101, it is determined whether the (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film can be measured (step S113).
[0098]
If the measurement is possible in step S113, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines are measured by a technique such as 2θ / ω scan (step S141).
[0099]
Subsequently, in step S141, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S142). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S114). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0100]
First, the (h00) diffraction line of the ferroelectric film is measured by a technique such as 2θ / ω scan under the condition that the temperature is high enough that the half width of the diffraction peak does not change due to the temperature rise (step S143).
[0101]
Subsequently, the half-value width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (h00) diffraction line of the ferroelectric film (step S144).
[0102]
Subsequently, using the calculated half-width of the (h00) diffraction line, peak separation is performed by fitting a 3 gauss function in the (h00) diffraction line, the (0k0) diffraction line, and the (00l) diffraction line (step S145). .
[0103]
Then, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are calculated based on the separated diffraction peak positions (step S114).
[0104]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis (step S102), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on this value ( Step S103).
[0105]
If the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film cannot be measured in step S113, the diffraction line except for h = k = 1 is measured by a method such as 2θ / ω scan. (Step S151).
[0106]
Subsequently, in step S151, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S152). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S114). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0107]
First, the diffraction lines except for h = k = 1 of the ferroelectric film (hkl) are removed by a technique such as 2θ / ω scan under the condition that the temperature is high enough that the half width of the diffraction peak does not change due to the temperature rise. Measurement is performed (step S153).
[0108]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the diffraction line excluding h = k = 1 of the ferroelectric film (hkl) (step S154).
[0109]
Subsequently, using the calculated half-value width of the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl), peak separation is performed by fitting in the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl) (step S155).
[0110]
Then, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are calculated based on the separated diffraction peak positions (step S114).
[0111]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis (step S102), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on this value ( Step S103).
[0112]
If the crystal structure is rhombohedral in step S101, it is determined whether or not the (hhh) / (− hh) diffraction line of the ferroelectric film can be measured (step S115).
[0113]
If the measurement is possible in step S115, (hhh) / (-hhh) diffraction lines are measured by a technique such as 2θ / ω scan (step S161).
[0114]
Subsequently, in step S161, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S162). Here, when peak separation is recognized, the lattice constant of the a axis and the α angle is immediately calculated based on each diffraction peak position (step S116). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0115]
First, (hhh) diffraction lines of the ferroelectric film are measured by a technique such as 2θ / ω scan under the condition that the temperature is high enough that the half width of the diffraction peak does not change due to the temperature rise (step S163).
[0116]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film (step S164).
[0117]
Subsequently, using the calculated half-width of the (hhh) diffraction line, peak separation is performed by fitting a 2-Gauss function in the (hhh) diffraction line and the (−hhh) diffraction line (step S165).
[0118]
Then, the lattice constant of the a axis and the α angle is calculated based on each separated diffraction peak position (step S116).
[0119]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constant of the a axis and the α angle (step S102), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on the polarization value (step S103). .
[0120]
If the (hhh) / (− hhh) diffraction line of the ferroelectric film cannot be measured in step S115, the diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 is removed by a method such as 2θ / ω scan. (Hkl) A diffraction line is measured (step S171).
[0121]
Subsequently, in step S171, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S172). Here, when peak separation is recognized, the lattice constant of the a axis and the α angle is immediately calculated based on each diffraction peak position (step S116). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0122]
First, any two of h, k, and l of the ferroelectric film are 0 by a technique such as 2θ / ω scan under the condition that the temperature is high enough that the half width of the diffraction peak does not change due to the temperature rise. A diffraction line excluding a certain diffraction line (hkl) is measured (step S173).
[0123]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the diffraction line excluding the diffraction line in which any two of h, k, and l of the ferroelectric film are 0 (hkl) (step S174).
[0124]
Subsequently, any two of h, k, and l are zero using the half-value width of the diffraction line excluding the diffraction line in which any two of the calculated h, k, and l are zero (hkl). Peak separation is performed by fitting on the diffraction lines excluding the diffraction lines (hkl) (step S175).
[0125]
Then, the lattice constant of the a axis and the α angle is calculated based on each separated diffraction peak position (step S116).
[0126]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constant of the a axis and the α angle (step S102), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film is evaluated based on the polarization value (step S103). .
[0127]
When the crystal structure is a cubic crystal in step S101, since no distortion occurs, the polarization value is calculated as 0 (step S117).
[0128]
According to the present embodiment, it is possible to evaluate the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film, which is an element constituent member, even in the absence of an electrode for applying an electric field that has been considered essential in the past. Thus, the ferroelectricity of the ferroelectric film can be recovered to improve the manufacturing yield.
[0129]
(Third embodiment)
7 to 9 are flowcharts showing the evaluation method of the ferroelectric film according to the present embodiment in the order of steps.
This embodiment is a technique suitable for application when a plurality of different orientations exist in the ferroelectric film.
[0130]
When evaluating the ferroelectric characteristics of the formed ferroelectric film, first, a profile is obtained by a technique such as χ scan, and the ferroelectric film is separated into a plurality of crystal groups having different orientations (step S201).
[0131]
Subsequently, the obtained profile is integrated for each orientation, and the ratio of each crystal group is calculated (step S202).
[0132]
Subsequently, the ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film is specified for each separated crystal group (step S203). The crystal structure is classified into three types: tetragonal, orthorhombic and rhombohedral.
[0133]
If the crystal structure is tetragonal in step S203, it is determined whether or not the (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film can be measured (step S211).
[0134]
If the measurement is possible in step S211, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines are measured by a technique such as 2θ / ω scan (step S221).
[0135]
Subsequently, in step S221, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S222). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a axis and the c axis are immediately calculated from the respective diffraction peak positions (step S212). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0136]
First, (hhh) diffraction lines of the ferroelectric film are measured by a technique such as 2θ / ω scan (step S223).
[0137]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film (step S224).
[0138]
Subsequently, the calculated half-width of the (hhh) diffraction line is converted into a half-width at the position of (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line (step S225).
[0139]
Subsequently, using the calculated half-width at the position of the (h00) / (0k0) / (001) diffraction line, fitting to the (h00) / (0k0) diffraction line and the (00l) diffraction line by a 2-Gauss function is performed. Peak separation is performed (step S226).
[0140]
Then, the lattice constants of the a axis and the c axis are calculated from the separated diffraction peak positions (step S212).
[0141]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis and c-axis (step S204), a polarization value is calculated from the strain value, and based on this, the ferroelectric of the crystal group of the ferroelectric film is calculated. The characteristics are evaluated (step S205).
[0142]
If the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film cannot be measured in step S211, the diffraction line except for h = k = 1 is measured by a method such as 2θ / ω scan. (Step S231).
[0143]
Subsequently, in step S231, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S232). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a axis and the c axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S212). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0144]
First, the (hh) diffraction line of the ferroelectric film is measured by a method such as 2θ / ω scan (step S233).
[0145]
Subsequently, the half-value width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (hhh) diffraction line of the ferroelectric film (step S234).
[0146]
Subsequently, using the calculated half-width of the (hhh) diffraction line, h = k = 1 is removed (hkl), and the half-width at the position of the diffraction line is converted (step S235).
[0147]
Subsequently, peak separation is performed by fitting in the diffraction line excluding h = k = l (hkl) using the half width at the position of the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl) (step S236). .
[0148]
Then, the a-axis and c-axis lattice constants are calculated based on the separated diffraction peak positions (step S212).
[0149]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis and c-axis (step S204), a polarization value is calculated from the strain value, and based on this, the ferroelectric of the crystal group of the ferroelectric film is calculated. The characteristics are evaluated (step S205).
[0150]
If the crystal structure is orthorhombic in step S203, it is determined whether the (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film can be measured (step S213).
[0151]
If the measurement is possible in step S213, the (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines are measured by a method such as 2θ / ω scan (step S241).
[0152]
Subsequently, in step S241, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S242). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are immediately calculated from the respective diffraction peak positions (step S214). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0153]
First, (hhh) diffraction lines of the ferroelectric film are measured by a method such as 2θ / ω scan (step S243).
[0154]
Subsequently, the half width of the diffraction line is calculated from the measurement result of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film (step S244).
[0155]
Subsequently, the calculated half-width of the (hhh) diffraction line is converted into a half-width at the position of (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line (step S245).
[0156]
Subsequently, using the calculated half-width at the position of the (h00) / (0k0) / (001) diffraction line, the (h00) diffraction line, the (0k0) diffraction line, and the (00l) diffraction line are expressed by a 2-Gauss function. Peak separation is performed by fitting (step S246).
[0157]
Then, the a-axis, b-axis, and c-axis lattice constants are calculated based on the separated diffraction peak positions (step S214).
[0158]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis (step S204), a polarization value is calculated from the strain value, and based on this, the crystal group of the ferroelectric film is calculated. The ferroelectric characteristics are evaluated (step S205).
[0159]
If the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film cannot be measured in step S213, the diffraction line except for h = k = 1 is measured by a method such as 2θ / ω scan. (Step S251).
[0160]
Subsequently, in step S251, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S252). Here, when peak separation is recognized, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are immediately calculated based on the respective diffraction peak positions (step S214). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0161]
First, (hhh) diffraction lines of the ferroelectric film are measured by a method such as 2θ / ω scan (step S253).
[0162]
Subsequently, from the measurement result of the (hhh) diffraction line of the ferroelectric film, the half width of the diffraction line is calculated (step S254).
[0163]
Subsequently, using the calculated half-width of the diffraction line (hhh), h = k = 1 is removed (hkl) and the half-width at the position of the diffraction line is converted (step S255).
[0164]
Subsequently, using the calculated half-value width at the position of the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl), peak separation is performed by fitting on the diffraction line excluding h = k = l (hkl) (step S256). .
[0165]
Then, the a-axis, b-axis, and c-axis lattice constants are calculated based on the separated diffraction peak positions (step S214).
[0166]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis (step S204), a polarization value is calculated from the strain value, and the ferroelectric film of the ferroelectric film is calculated based on this value. The characteristics are evaluated (step S205).
[0167]
If the crystal structure is rhombohedral in step S203, it is determined whether the (hhh) / (− hh) diffraction line of the ferroelectric film can be measured (step S215).
[0168]
If the measurement is possible in step S215, (hhh) / (-hhh) diffraction lines are measured by a technique such as 2θ / ω scan (step S261).
[0169]
Subsequently, it is determined whether or not separation of diffraction peaks is recognized in step S261 (step S262). Here, when peak separation is recognized, the lattice constant of the a axis and the α angle is immediately calculated based on each diffraction peak position (step S216). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0170]
First, the (h00) diffraction line of the ferroelectric film is measured by a method such as 2θ / ω scan (step S263).
[0171]
Subsequently, from the measurement result of the (h00) diffraction line of the ferroelectric film, the half width of the diffraction line is calculated (step S264).
[0172]
Subsequently, using the calculated half-width of the (h00) diffraction line, the half-width at the position of the (hhh) / (− hh) diffraction line is converted (step S265).
[0173]
Subsequently, using the calculated half width at the position of the (hhh) / (− hhh) diffraction line, peak separation is performed by fitting the (hhh) diffraction line and the (−hhh) diffraction line with a 2-Gaussian function (step) S266).
[0174]
Then, the lattice constant of the a axis and the α angle is calculated based on each separated diffraction peak position (step S216).
[0175]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constant of the a axis and the α angle (step S204), a polarization value is calculated from the strain value, and based on this, the ferroelectric of the crystal group of the ferroelectric film is calculated. The characteristics are evaluated (step S205).
[0176]
If the (hhh) / (− hhh) diffraction line of the ferroelectric film cannot be measured in step S215, a diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 by a method such as 2θ / ω scan. Exclude (hkl) diffraction lines are measured (step S271).
[0177]
Subsequently, in step S271, it is determined whether or not diffraction peak separation is recognized (step S272). Here, when peak separation is recognized, the lattice constant of the a axis and the α angle is immediately calculated based on each diffraction peak position (step S216). On the other hand, when peak separation is not recognized, the following steps are executed.
[0178]
First, the (h00) diffraction line of the ferroelectric film is measured by a method such as 2θ / ω scan (step S273).
[0179]
Subsequently, from the measurement result of the (h00) diffraction line of the ferroelectric film, the half width of the diffraction line is calculated (step S274).
[0180]
Subsequently, using the calculated half-value width of the (h00) diffraction line, a diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 is excluded (hkl) and converted to a half-value width at the position of the diffraction line. (Step S275).
[0181]
Subsequently, any two of h, k, and l are calculated using the half width at the position of the diffraction line except for the diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 (hkl). Peak separation is performed by fitting on the diffraction lines excluding the diffraction line having zero (hkl) (step S276).
[0182]
Then, the lattice constant of the a axis and the α angle is calculated based on each separated diffraction peak position (step S216).
[0183]
Thereafter, a strain value is obtained from the calculated lattice constant of the a axis and the α angle (step S204), a polarization value is calculated from the strain value, and based on this, the ferroelectric of the crystal group of the ferroelectric film is calculated. The characteristics are evaluated (step S205).
[0184]
If the crystal structure is cubic in step S201, the polarization value is calculated as 0 because no distortion occurs (step S217).
[0185]
According to the present embodiment, the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film, which is an element constituent member, are evaluated together with the ratio for each crystal group even in the absence of an electrode for applying an electric field, which has been considered essential in the past. For example, it is possible to improve the manufacturing yield by restoring the ferroelectricity of the ferroelectric film during the manufacturing.
[0186]
Even in the case where the ferroelectric film has a plurality of crystal groups as in the present embodiment, the evaluation suitable for the case where the half-value width of the diffraction peak changes depending on the temperature as in the second embodiment. It is possible to introduce a method.
[0187]
The evaluation methods of the first to third embodiments described above can also be applied to a method for manufacturing a semiconductor device such as DRAM or FeRAM. In this case, for the semiconductor element in the element manufacturing process, the ferroelectric film is examined for quality at the stage of forming the ferroelectric film, and when it is determined to be defective, the condition is corrected and the lot is flowed or the semiconductor used for the determination Ferroelectric properties can be recovered by performing a process such as annealing in an oxygen atmosphere on the elements in the same lot as the elements. This realizes a significant improvement in manufacturing yield.
[0188]
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a computer-readable storage medium that stores the evaluation methods according to the first to third embodiments as a program is disclosed. Furthermore, the evaluation apparatus according to the first to third embodiments is configured to be driven by a program of the storage medium.
[0189]
FIG. 10 is a schematic diagram showing an internal configuration of a general personal user terminal device.
In FIG. 10,
[0190]
The
[0191]
A
[0192]
[0193]
[0194]
According to the present embodiment, by driving the evaluation apparatus using the storage medium, the ferroelectric film, which is an element constituent member, even in the absence of an electrode for applying an electric field that has been considered essential in the past The ferroelectric characteristics of the ferroelectric film can be evaluated. For example, the ferroelectricity of the ferroelectric film can be recovered during the manufacturing process to improve the manufacturing yield.
[0195]
【Example】
Hereinafter, examples for more specifically disclosing the present invention will be described.
[0196]
Example 1
FIG. 11 is a cross-sectional view of the sample used in Example 1.
This sample is formed on a
[0197]
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a temperature change of the half width of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction peak of the sample shown in FIG.
Thus, the half-value width of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction peak changes greatly with changes in temperature.
[0198]
This change in the half width depends on the change in the polarization value. The polarization value becomes 0 at a sufficiently high temperature, and the width of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction line becomes a constant value accordingly.
[0199]
The full width at half maximum of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction line is a full width at half maximum depending on the crystal grain size other than the polarization value and the resolution of the measuring apparatus. By using this, it is possible to extract only the information on the polarization value.
[0200]
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a change in temperature of a polarization value obtained from a PZT (200) / (020) / (002) diffraction peak.
First, the PZT (200) / (020) / (002) diffraction at each temperature using the half-value width of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction peak that is high enough to eliminate the polarization value. The peaks are separated by fitting the PZT (200) / (020) diffraction line and the PZT (002) diffraction line with a 2-Gauss function.
[0201]
Next, the a-axis and c-axis lattice constants are calculated from the peak positions of the obtained PZT (200) / (020) diffraction line and PZT (002) diffraction line.
[0202]
Further, the polarization value is calculated from the lattice constant according to the following equation (1). Since A in the equation (1) is a constant, the polarization value can be obtained from the lattice constant by examining the value in PZT in advance.
P = A (c / a-1) 0.5 ... (1)
Here, P is a polarization value, A is a constant, c is a lattice constant of the c axis, and a is a lattice constant of the a axis.
[0203]
(Example 2)
In this example, the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film were evaluated using the same sample as in Example 1 shown in FIG.
[0204]
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the temperature change of the half width of the PZT (111) diffraction peak of the sample shown in FIG.
The full width at half maximum of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction peak changes greatly with temperature change, but the full width at half maximum of the PZT (111) diffraction peak shows almost no change in temperature.
[0205]
The PZT (111) diffraction peak that does not show a temperature change is considered to contain no polarization value information, so it depends on the crystal grain size and the resolution of the measuring device from the half-value width of the PZT (111) diffraction peak. The full width at half maximum (which does not include polarization value information) is extracted.
[0206]
From the half-value width of the PZT (111) diffraction line that does not include the polarization value information, to the half-value width of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction line when the polarization value is 0, the following formula ( 2) Convert using the formula.
[0207]
Using the half width of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction line obtained from the equation (2), the PZT (200) / (020) / (002) diffraction line when the polarization value is not 0 is obtained. Peak separation is performed by fitting the PZT (200) / (020) diffraction line and the PZT (002) diffraction line with a 2-Gauss function.
[0208]
Next, the lattice constants of the a-axis and c-axis are calculated from the peak positions of the obtained PZT (200) / (020) diffraction line and PZT (002) diffraction line, and the polarization is further calculated from the lattice constant according to the equation (1). Calculate the value. Since A in the equation (1) is a constant, the polarization value can be obtained from the lattice constant by examining the value in PZT in advance.
W 2 = W 1 cos (2θ 1 / 2) / cos (2θ 2 / 2) ... (2)
Where W 2 Is the half width of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction line when the polarization value is 0, W 1 Is the half width of the PZT (111) diffraction line, 2θ 1 Is the peak position of the PZT (111) diffraction line, 2θ 2 Represents the peak position of the PZT (200) / (020) / (002) diffraction line.
[0209]
(Example 3)
FIG. 15 is a cross-sectional view of the sample used in Example 3.
This sample is formed on a
[0210]
FIG. 16 shows the results of electrical measurement (Qsw value / 2 to P (polarization value)) of four samples with different ratios of Zr and Ti of PZT and half of PZT (100) / (010) / (001) diffraction peaks. The value width is plotted.
When the half-value width of the PZT (111) or PZT (222) diffraction line that does not depend on the polarization value hardly changes for each sample (the crystal grain size does not change), the polarization value by electrical measurement as shown in FIG. ) / (010) / (001) diffraction peak half-width correlation diagram is prepared in advance, and the PZT (h00) / (0k0) / (001) diffraction peak half-value width is referred to as the polarization value. Can be requested.
[0211]
Example 4
FIG. 17 is a cross-sectional view of a sample used in Example 4.
This sample is formed on a
[0212]
18 is a characteristic diagram obtained by performing χ scan at the PLCSZT (100) diffraction peak position and background position in the sample of FIG. 17, and FIG. 19 is a profile of χ scan at the PLCSZT (100) diffraction peak position of FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram obtained by subtracting a profile of χ scan at the background position.
The sample of FIG. 17 includes three crystals: (111) -oriented crystal ((111) -oriented crystal), (100) -oriented crystal ((100) -oriented crystal), and non-oriented crystal. It can be seen that there are kinds of crystal groups.
[0213]
FIG. 20 shows that the 2θ / ω scan is performed while changing χ by 5 °, and each profile is 2θ = 19.76 ° of each profile (the peak top of the profile obtained by the 2θ / ω scan of χ = 0 °). FIG. 6 is a map around a PZT (100) diffraction peak, normalized by the intensity at position).
[0214]
Since the structure of the sample in FIG. 11 is a tetragonal crystal, the 2θ / ω profile in the vicinity of χ = 55 ° indicating the structure of the (111) -oriented crystal has a PLCSZT (001) diffraction peak and a PLCSZT (100) / (010) diffraction. Peaks overlap and widen.
[0215]
However, the 2θ / ω profile in the vicinity of χ = 0 ° indicating the structure of the (100) -oriented crystal and the 2θ / ω profile in the vicinity of χ = 20 ° indicating the structure of the non-oriented crystal are profiles obtained at χ = 55 °. The width is narrower than that, and the peak top position is also shifted to a high angle.
[0216]
This is because the profile from the (100) -oriented crystal and the non-oriented crystal is the lower of the PLCSZT (001) diffraction peak and the PLCSZT (100) / (010) diffraction peak from the (111) -oriented crystal at χ = 55 °. This is because the PLCSZT (001) diffraction peak appearing at the corner disappears and only the PLCSZT (100) / (010) diffraction peak appearing at the high angle remains.
[0217]
That is, the structure of the (111) oriented crystal is a tetragonal crystal, but the structure of the (100) oriented crystal and the non-oriented crystal is a cubic crystal, and the (111) oriented crystal has a polarization and functions as a memory. It can be seen that the oriented crystal and the non-oriented crystal have no polarization and do not function as a memory.
[0218]
19 and 20, the integral value of the profile from the (111) oriented crystal, the integral value of the profile from the (100) oriented crystal, and the integral value of the profile from the non-oriented crystal are obtained. The ratio of the crystal group can be calculated.
[0219]
Further, the PLCSZT (001) diffraction peak and the PLCSZT (100) / (010) diffraction peak are separated, the lattice constant is obtained from each peak position, and further, the strain is calculated, whereby the polarization value can be converted. . That is, it becomes possible to obtain the polarization value and the ratio of the crystal for each crystal group.
[0220]
(Example 5)
FIG. 21 is a cross-sectional view of a sample used in Example 5.
This sample is formed on a
[0221]
FIG. 22 shows a χ scan at the PZT (100) diffraction peak position and the background position in the sample of FIG. 21, and a χ scan profile at the background position from the χ scan profile at the PZT (100) diffraction peak position. FIG.
The sample in FIG. 21 includes three crystals: (111) -oriented crystal ((111) -oriented crystal), (100) -oriented crystal ((100) -oriented crystal), and non-oriented crystal. It can be seen that there are kinds of crystal groups.
[0222]
FIG. 23 shows a 2θ / ω scan near the PZT (100) diffraction peak at χ = 0 ° ((100) oriented crystal), χ = 20 ° (non-oriented crystal), χ = 55 ° ((111) oriented crystal). It is the characteristic view which performed.
The 2θ / ω profile at χ = 55 ° showing the structure of the (111) oriented crystal shows a shoulder from the low angle PZT (001) diffraction and a peak from the high angle PZT (100) / (010) diffraction.
[0223]
However, the 2θ / ω profile of χ = 0 ° indicating the structure of the (100) -oriented crystal and the 2θ / ω profile of χ = 20 ° indicating the structure of the non-oriented crystal are different from the profile obtained at χ = 55 °. The shoulder from the low angle PZT (001) diffraction disappears and only the peak from the high angle PZT (100) / (010) diffraction is seen.
[0224]
Thereby, the structure of the (111) -oriented crystal is a tetragonal crystal, but the structure of the (100) -oriented crystal and the non-oriented crystal is a cubic crystal, and the (111) -oriented crystal has polarization and functions as a memory. 100) It can be seen that oriented crystals and non-oriented crystals have no polarization and do not function as a memory.
[0225]
From the measurement data of FIG. 19 and FIG. 20, the integral value of the profile from the (111) oriented crystal, the integral value of the profile from the (100) oriented crystal, the profile from the non-oriented crystal, and the integral value of the The ratio of each crystal group can be calculated.
[0226]
Further, the PZT (001) diffraction peak and the PZT (100) / (010) diffraction peak are separated, the lattice constant is obtained from each peak position, and further, the strain is calculated, whereby the polarization value can be converted. .
That is, it becomes possible to obtain the polarization value for each crystal group and the ratio of the crystals.
[0227]
In each of the above embodiments, the case where the ferroelectrics are PZT and PLCSZT has been described. However, PZT includes all of La, Sr, Ca, Ba, Mn, P, Bi, etc. or some elements therein. Even if it is out, it can be applied.
Further, it can be similarly applied to ferroelectrics other than PZT.
[0228]
Furthermore, the present invention can be applied to a high dielectric material as long as spontaneous polarization occurs at a temperature below the Curie point temperature.
[0229]
In the first embodiment, the polarization value is calculated by the equation (1) when the polarization value is obtained from the lattice constant. However, other equations may be used as necessary.
[0230]
In each embodiment, peak separation was performed by fitting with a 2 Gauss function. However, if necessary, other functions such as a Lorentz function may be used, and the number of peaks such as a 3 Gauss function and a 4 Gauss function may be increased. It doesn't matter.
[0231]
In each of the examples, all the samples are in a state where there is no upper electrode on the ferroelectric film. However, the upper electrode and other thin films may be attached.
Further, the sample may be in the form of a chip or any other shape.
[0232]
Furthermore, in Examples 4 and 5, the (100) / (010) / (001) diffraction peaks were used when determining the crystal orientation ratio, but orientation separation may be performed using other diffraction peaks.
[0233]
Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
[0234]
(Appendix 1) When determining the ferroelectric properties of a ferroelectric film,
By X-ray diffraction, paying attention to the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film,
If the diffraction peaks are split, calculate the polarization value based on each diffraction peak position,
A method for evaluating a ferroelectric film, wherein a diffraction peak is not split, a half-value width of a predetermined diffraction line is estimated, and a polarization value is calculated by performing diffraction peak separation based on the half-value width .
[0235]
(Appendix 2) When determining the ferroelectric properties of a ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction, and using the half-value width of the first diffraction peak as an index,
When the half width of the first diffraction peak does not change in temperature, the half width is used to calculate the polarization value by separating the second diffraction peak that always changes in temperature,
When the half-value width of the first diffraction peak changes with temperature, the half-value width of the second diffraction peak in the high temperature region is used to calculate the polarization value by separating the second diffraction peak. A characteristic evaluation method of a ferroelectric film.
[0236]
(Appendix 3) When determining the ferroelectric properties of a ferroelectric film,
By classifying the ferroelectric crystals of the ferroelectric film into different crystal groups by X-ray diffraction, focusing on the diffraction peaks for each crystal structure for each crystal group, the amount of crystals and the magnitude of strain are determined. A method for evaluating a ferroelectric film, comprising measuring.
[0237]
(Appendix 4) In determining the ferroelectric properties of a ferroelectric film,
By classifying the ferroelectric crystals of the ferroelectric film into different crystal groups by X-ray diffraction, focusing on the diffraction peak for each crystal structure for each crystal group,
If the diffraction peaks are split, calculate the polarization value based on each diffraction peak position,
When the diffraction peak is not split, estimate the half width of a predetermined diffraction line, perform diffraction peak separation based on the half width, calculate the polarization value, and calculate the amount of crystals in each crystal group and A method for evaluating a ferroelectric film, comprising measuring the magnitude of strain.
[0238]
(Additional remark 5) Each said crystal structure is a tetragonal crystal, an orthorhombic crystal, a rhombohedral crystal, and a cubic crystal, The polarization value is calculated about each of these said crystal structures, Any of the additional marks 1-4 characterized by the above-mentioned. The method for evaluating a ferroelectric film according to
[0239]
(Appendix 6) An inspection apparatus for determining the ferroelectric characteristics of a ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
If the diffraction peaks are split, calculate the polarization value based on each diffraction peak position,
When the diffraction peak is not split, a half-value width of a predetermined diffraction line is estimated, and a polarization value is calculated by performing diffraction peak separation based on the half-value width, thereby evaluating the ferroelectric film .
[0240]
(Appendix 7) An evaluation apparatus for determining the ferroelectric characteristics of a ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction, and using the half-value width of the first diffraction peak that is substantially constant in the high temperature region as an index
When the half width of the first diffraction peak does not change in temperature, the half width is used to calculate the polarization value by separating the second diffraction peak that always changes in temperature,
When the half width of the first diffraction peak changes with temperature, the polarization value is calculated by separating the second diffraction peak using the half width of the second diffraction peak in the high temperature region. An apparatus for evaluating a ferroelectric film characterized by the following.
[0241]
(Appendix 8) An evaluation apparatus for determining the ferroelectric characteristics of a ferroelectric film,
By classifying the ferroelectric crystals of the ferroelectric film into different crystal groups by X-ray diffraction, focusing on the diffraction peaks for each crystal structure for each crystal group, the amount of crystals and the magnitude of strain are determined. A method for evaluating a ferroelectric film, comprising measuring.
[0242]
(Supplementary note 9) An evaluation apparatus for determining the ferroelectric characteristics of a ferroelectric film,
By classifying the ferroelectric crystals of the ferroelectric film into different crystal groups by X-ray diffraction, focusing on the diffraction peak for each crystal structure for each crystal group,
If the diffraction peaks are split, calculate the polarization value based on each diffraction peak position,
When the diffraction peak is not split, estimate the half width of a predetermined diffraction line, perform diffraction peak separation based on the half width, calculate the polarization value, and calculate the amount of crystals in each crystal group and An apparatus for evaluating a ferroelectric film, characterized by measuring the magnitude of strain.
[0243]
(Additional remark 10) Each said crystal structure is a tetragonal crystal, an orthorhombic crystal, a rhombohedral crystal, and a cubic crystal, The polarization value is calculated about each of these said crystal structures, Any of the additional marks 5-9 characterized by the above-mentioned. The method for evaluating a ferroelectric film according to
[0244]
(Appendix 11) In determining the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
When the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 and (hhh) ) Detect half-width of diffraction line,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 (and hh) Detect the half width of the diffraction line,
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. The half-width of the (hkl) diffraction line and (h00) diffraction line excluding
A method for evaluating a ferroelectric film, comprising determining a ferroelectric characteristic of the ferroelectric film based on the detected half widths.
[0245]
(Supplementary Note 12) When determining the ferroelectric characteristics of a ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
When the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, the half-value width of the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 Only detect
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or the half of the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl) Detect only the price range,
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. (Hkl) except the half-width of the diffraction line is detected,
A method for evaluating a ferroelectric film, comprising determining a ferroelectric characteristic of the ferroelectric film based on the detected half widths.
[0246]
(Supplementary Note 13) In determining the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 are measured and the diffraction peaks are separated, the diffraction peaks thereof are separated. The lattice constants of the a-axis and c-axis are obtained based on the position, the polarization value is calculated from the lattice constant, and when the diffraction peak is not separated, the polarization value is calculated from the half-value width of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film. The half-width of the diffraction line not including the above information is estimated, and the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line or h = k = 1 is excluded from the ferroelectric film based on the half-width (hkl). ) Separating diffraction peaks of diffraction lines, obtaining lattice constants of the a-axis and c-axis based on the respective diffraction peak positions, calculating a polarization value from the lattice constants,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 are measured and the diffraction peaks are separated, the diffraction peaks thereof are separated. Based on the position, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are obtained, the polarization value is calculated from the lattice constant, and when the diffraction peaks are not separated, the half of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film The half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the value range, and the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or h = k = l based on the half-value width. (Hkl) The diffraction peaks of the diffraction lines are removed, the lattice constants of the a-axis, b-axis and c-axis are obtained based on the respective diffraction peak positions, and the polarization value is calculated from the lattice constants.
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral,
The (hhh) / (− hhh) diffraction line of the ferroelectric film or the (hkl) diffraction line excluding the diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 are measured, and the diffraction peak is separated. If the diffraction peak is not separated, the lattice constant of the a axis and the α angle is obtained based on the position of each diffraction peak, and the polarization value is calculated from the lattice constant. h00) The half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the half-value width of the diffraction line, and the (hhh) / (− hhh) diffraction line or h, The diffraction peaks of the diffraction lines excluding the diffraction line in which any two of k and l are 0 (hkl) are separated, and the lattice constants of the a axis and the α angle are obtained based on the respective diffraction peak positions. Ferroelectric film characterized by calculating polarization value from lattice constant Evaluation method.
[0247]
(Supplementary Note 14) In determining the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1, when the peaks are separated, an a-axis is formed from each peak position. And the c-axis lattice constant, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the peaks are not separated, the polarization value information is obtained from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise. Estimate the half-value width of the diffraction lines not included, perform peak separation based on the half-value width, calculate the a-axis and c-axis lattice constants from the respective peak positions, and calculate the polarization value from this lattice constant. ,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1, when the peaks are separated, an a-axis is formed from each peak position. The b-axis and c-axis lattice constants are calculated, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the peaks are not separated, the polarization value is calculated from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise. The half-value width of the diffraction line not including the above information is estimated, peak separation is performed based on the half-value width, and the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are calculated from the respective peak positions, and this lattice constant is calculated. Calculate the polarization value from
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral,
When (hkl) / (− hh) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding diffraction lines in which any two of h, k, l are 0 are separated from each other Then, the a-axis and α-angle lattice constants are calculated from the respective peak positions, and the polarization values are calculated from the lattice constants. When the peaks are not separated, the half-value width does not change due to the temperature rise. The half-value width of a diffraction line that does not contain polarization value information is estimated from the half-value width, peak separation is performed based on the half-value width, and the lattice constants of the a axis and the α angle are calculated from the respective peak positions. A method for evaluating a ferroelectric film, wherein a polarization value is calculated from the lattice constant.
[0248]
(Additional remark 15) When judging the ferroelectric characteristic of a ferroelectric film,
By classifying the ferroelectric crystals of the ferroelectric film into different crystal groups by X-ray diffraction, focusing on the diffraction peak for each crystal structure for each crystal group,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or the diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are detected. ,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or the diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are detected. And
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. (Hkl) diffraction lines except
When the crystal structure of the ferroelectric is cubic, the (hkl) diffraction line of the ferroelectric film is detected,
A method for evaluating a ferroelectric film, comprising measuring the amount of crystal and the magnitude of strain in each of the crystal groups.
[0249]
(Supplementary Note 16) An inspection apparatus for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by X-ray diffraction,
Paying attention to the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 and (hhh) ) Detect half-width of diffraction line,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 (and hh) Detect the half width of the diffraction line,
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhl) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. The half-width of the (hkl) diffraction line and (h00) diffraction line excluding
An inspection apparatus for a ferroelectric film, comprising means for determining a ferroelectric characteristic of the ferroelectric film based on the detected half-value widths.
[0250]
(Supplementary Note 17) An inspection apparatus for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by X-ray diffraction,
Paying attention to the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film,
When the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, the half-value width of the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 Only detect
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or the half of the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl) Detect only the price range,
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. (Hkl) except the half-width of the diffraction line is detected,
An inspection apparatus for a ferroelectric film, comprising means for determining a ferroelectric characteristic of the ferroelectric film based on the detected half-value widths.
[0251]
(Supplementary Note 18) An inspection apparatus for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by X-ray diffraction,
Paying attention to the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 are measured and the diffraction peaks are separated, the diffraction peaks thereof are separated. The lattice constants of the a-axis and c-axis are obtained based on the position, the polarization value is calculated from the lattice constant, and when the diffraction peak is not separated, the polarization value is calculated from the half-value width of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film. The half-width of the diffraction line not including the above information is estimated, and the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line or h = k = 1 is excluded from the ferroelectric film based on the half-width (hkl). ) Separating diffraction peaks of diffraction lines, obtaining lattice constants of the a-axis and c-axis based on the respective diffraction peak positions, calculating a polarization value from the lattice constants,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 are measured and the diffraction peaks are separated, the diffraction peaks thereof are separated. Based on the position, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are obtained, the polarization value is calculated from the lattice constant, and when the diffraction peaks are not separated, the half of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film The half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the value range, and the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or h = k = l based on the half-value width. (Hkl) The diffraction peaks of the diffraction lines are removed, the lattice constants of the a-axis, b-axis and c-axis are obtained based on the respective diffraction peak positions, and the polarization value is calculated from the lattice constants.
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral,
The (hhh) / (− hhh) diffraction line of the ferroelectric film or the (hkl) diffraction line excluding the diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 are measured, and the diffraction peak is separated. If the diffraction peak is not separated, the lattice constant of the a axis and the α angle is obtained based on the position of each diffraction peak, and the polarization value is calculated from the lattice constant. h00) The half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the half-value width of the diffraction line, and the (hhh) / (− hhh) diffraction line or h, The diffraction peaks of the diffraction lines excluding the diffraction line in which any two of k and l are 0 (hkl) are separated, and the lattice constants of the a axis and the α angle are obtained based on the respective diffraction peak positions. Ferroelectric film characterized by calculating polarization value from lattice constant Inspection equipment.
[0252]
(Supplementary note 19) An inspection apparatus for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by X-ray diffraction,
Paying attention to the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1, when the peaks are separated, an a-axis is formed from each peak position. And the c-axis lattice constant, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the peaks are not separated, the polarization value information is obtained from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise. Estimate the half-value width of the diffraction lines not included, perform peak separation based on the half-value width, calculate the a-axis and c-axis lattice constants from the respective peak positions, and calculate the polarization value from this lattice constant. ,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1, when the peaks are separated, an a-axis is formed from each peak position. The b-axis and c-axis lattice constants are calculated, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the peaks are not separated, the polarization value is calculated from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise. The half-value width of the diffraction line not including the above information is estimated, peak separation is performed based on the half-value width, and the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are calculated from the respective peak positions, and this lattice constant is calculated. Calculate the polarization value from
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral,
When (hkl) / (− hh) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding diffraction lines in which any two of h, k, l are 0 are separated from each other Then, the a-axis and α-angle lattice constants are calculated from the respective peak positions, and the polarization values are calculated from the lattice constants. When the peaks are not separated, the half-value width does not change due to the temperature rise. The half-value width of a diffraction line that does not contain polarization value information is estimated from the half-value width, peak separation is performed based on the half-value width, and the lattice constants of the a axis and the α angle are calculated from the respective peak positions. An apparatus for inspecting a ferroelectric film, wherein a polarization value is calculated from the lattice constant.
[0253]
(Supplementary Note 20) An inspection apparatus for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by X-ray diffraction,
Before classifying the ferroelectric crystals of the ferroelectric film into different crystal groups, paying attention to the diffraction peak for each crystal structure for each crystal group,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or the diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are detected. ,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or the diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are detected. And
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhl) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. (Hkl) diffraction lines except
When the crystal structure of the ferroelectric is cubic, the (hkl) diffraction line of the ferroelectric film is detected,
An inspection apparatus for a ferroelectric film, which measures the amount of crystal and the magnitude of strain in each of the crystal groups.
[0254]
(Supplementary Note 21) A computer-readable program storing a program for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction Storage medium,
The program is
When the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 and (hhh) ) Detect half-width of diffraction line,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 (and hh) Detect the half width of the diffraction line,
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. The half-width of the (hkl) diffraction line and (h00) diffraction line excluding
A storage medium characterized in that the ferroelectric characteristic of the ferroelectric film is determined based on the detected half-value widths.
[0255]
(Supplementary Note 22) Computer-readable storage of a program for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction Storage medium,
The program is
When the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, the half-value width of the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 Only detect
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or the half of the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl) Detect only the price range,
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. (Hkl) except the half-width of the diffraction line is detected,
A storage medium characterized in that the ferroelectric characteristic of the ferroelectric film is determined based on the detected half-value widths.
[0256]
(Supplementary Note 23) A computer-readable program storing a program for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by focusing on a diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction. Storage medium,
The program is
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 are measured and the diffraction peaks are separated, the diffraction peaks thereof are separated. The lattice constants of the a-axis and c-axis are obtained based on the position, the polarization value is calculated from the lattice constant, and when the diffraction peak is not separated, the polarization value is calculated from the half-value width of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film. The half-width of the diffraction line not including the above information is estimated, and the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line or h = k = 1 is excluded from the ferroelectric film based on the half-width (hkl). ) Separating diffraction peaks of diffraction lines, obtaining lattice constants of the a-axis and c-axis based on the respective diffraction peak positions, calculating a polarization value from the lattice constants,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 are measured and the diffraction peaks are separated, the diffraction peaks thereof are separated. Based on the position, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are obtained, the polarization value is calculated from the lattice constant, and when the diffraction peaks are not separated, the half of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film The half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the value range, and the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or h = k = l based on the half-value width. (Hkl) The diffraction peaks of the diffraction lines are removed, the lattice constants of the a-axis, b-axis and c-axis are obtained based on the respective diffraction peak positions, and the polarization value is calculated from the lattice constants.
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral,
The (hhh) / (− hhh) diffraction line of the ferroelectric film or the (hkl) diffraction line excluding the diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 are measured, and the diffraction peak is separated. If the diffraction peak is not separated, the lattice constant of the a axis and the α angle is obtained based on the position of each diffraction peak, and the polarization value is calculated from the lattice constant. h00) The half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the half-value width of the diffraction line, and the (hhh) / (− hhh) diffraction line or h, The diffraction peaks of the diffraction lines excluding the diffraction line in which any two of k and l are 0 (hkl) are separated, and the lattice constants of the a axis and the α angle are obtained based on the respective diffraction peak positions. Calculates the polarization value from the lattice constant A storage medium characterized by that.
[0257]
(Supplementary Note 24) A computer-readable program storing a program for determining the ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction Storage medium,
The program is
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1, when the peaks are separated, an a-axis is formed from each peak position. And the c-axis lattice constant, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the peaks are not separated, the polarization value information is obtained from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise. Estimate the half-value width of the diffraction lines not included, perform peak separation based on the half-value width, calculate the a-axis and c-axis lattice constants from the respective peak positions, and calculate the polarization value from this lattice constant. ,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1, when the peaks are separated, an a-axis is formed from each peak position. The b-axis and c-axis lattice constants are calculated, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the peaks are not separated, the polarization value is calculated from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise. The half-value width of the diffraction line not including the above information is estimated, peak separation is performed based on the half-value width, and the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are calculated from the respective peak positions, and this lattice constant is calculated. Calculate the polarization value from
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral,
When (hkl) / (− hh) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding diffraction lines in which any two of h, k, l are 0 are separated from each other Then, the a-axis and α-angle lattice constants are calculated from the respective peak positions, and the polarization values are calculated from the lattice constants. When the peaks are not separated, the half-value width does not change due to the temperature rise. The half-value width of a diffraction line that does not contain polarization value information is estimated from the half-value width, peak separation is performed based on the half-value width, and the lattice constants of the a axis and the α angle are calculated from the respective peak positions. A storage medium characterized in that a polarization value is calculated from the lattice constant.
[0258]
(Supplementary Note 25) The ferroelectric crystals of the ferroelectric film are classified into different crystal groups by X-ray diffraction, and attention is paid to the diffraction peak for each crystal structure for each crystal group. A computer-readable storage medium storing a program for determining ferroelectric characteristics,
The program is
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or the diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are detected. ,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or the diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are detected. And
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. (Hkl) diffraction lines except
When the crystal structure of the ferroelectric is cubic, the (hkl) diffraction line of the ferroelectric film is detected,
A storage medium characterized in that it measures the amount of crystal and the magnitude of strain in each crystal group.
[0259]
(Supplementary Note 26) When manufacturing a semiconductor device including a capacitor in which a lower conductor film and an upper conductor film face each other with a capacitance insulating film interposed therebetween,
16. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a ferroelectric film whose ferroelectric characteristics are determined by the evaluation method according to any one of
[0260]
(Supplementary note 27) The semiconductor device manufacturing method according to supplementary note 26, wherein after determining the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film, the timely conditions are corrected.
[0261]
(Supplementary note 28) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 26, wherein after the ferroelectric characteristic of the ferroelectric film is determined, a process for recovering the ferroelectric characteristic in a timely manner is performed.
[0262]
(Supplementary note 29) When the three-dimensional structure exists in the ferroelectric film, a flat region is prepared, the region is inspected, and the ferroelectric characteristics of the ferroelectric film are determined. The evaluation method according to any one of 5, 11 to 15.
[0263]
【The invention's effect】
According to the present invention, the half-value width and peak position of a ferroelectric film peak are detected using X-ray diffraction, and the presence or absence of ferroelectricity of the ferroelectric film or the strength of spontaneous polarization is determined based on the result. Therefore, the ferroelectricity of the ferroelectric film can be evaluated without an electrode for applying an electric field, which has been considered essential in the conventional method.
[0264]
Further, according to the present invention, it is possible to evaluate the ferroelectricity of an element being manufactured in an actual element manufacturing process. In addition, when the device in the actual device manufacturing process is checked for good or bad ferroelectricity, if it is determined to be defective, the conditions are corrected and the lot is run, or the device in the same lot as the device used for the determination is annealed in an oxygen atmosphere. It is possible to recover the ferroelectric characteristics by performing a process such as performing a process. As a result, the production yield can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a ferroelectric film evaluation method according to a first embodiment in order of steps.
FIG. 2 is a flowchart illustrating the ferroelectric film evaluation method according to the first embodiment in order of steps, following FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart illustrating the ferroelectric film evaluation method according to the first embodiment in order of steps, following FIG. 2;
FIG. 4 is a flowchart showing a ferroelectric film evaluation method according to a second embodiment in order of steps.
FIG. 5 is a flowchart illustrating the ferroelectric film evaluation method according to the second embodiment in order of steps, following FIG. 4;
FIG. 6 is a flowchart illustrating the ferroelectric film evaluation method according to the second embodiment in order of steps, following FIG. 5;
FIG. 7 is a flowchart showing a ferroelectric film evaluation method according to a third embodiment in order of steps.
FIG. 8 is a flowchart illustrating the ferroelectric film evaluation method according to the third embodiment in order of steps, following FIG. 6;
FIG. 9 is a flowchart illustrating the ferroelectric film evaluation method according to the third embodiment in order of steps, following FIG. 8;
FIG. 10 is a schematic diagram showing an internal configuration of a personal user terminal device according to a third embodiment.
11 is a cross-sectional view of a sample used in Examples 1 and 2. FIG.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a temperature change of a half width of a PZT (200) / (020) / (002) diffraction peak.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a temperature change of a polarization value obtained from a PZT (200) / (020) / (002) diffraction peak.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing a temperature change of a half width of a PZT (111) diffraction peak.
15 is a cross-sectional view of a sample used in Example 3. FIG.
FIG. 16 is a correlation diagram between polarization values and half-value widths of PZT (100) / (010) / (001) diffraction peaks.
17 is a cross-sectional view of a sample used in Example 4. FIG.
FIG. 18 is a characteristic diagram obtained by performing χ scan at the PLCSZT (100) diffraction peak position and the background position.
19 is a characteristic diagram obtained by subtracting the χ scan at the background position from the χ scan at the PLCCSZT (100) diffraction peak position in FIG. 18;
FIG. 20 is a map around a PLCCSZT (100) diffraction peak obtained by performing 2θ / ω scan while changing χ.
21 is a cross-sectional view of a sample used in Example 5. FIG.
FIG. 22 is a characteristic diagram obtained by subtracting the χ scan at the background position from the χ scan at the PZT (100) diffraction peak position.
FIG. 23 shows a 2θ / ω scan near the PZT (100) diffraction peak at χ = 0 ° ((100) oriented crystal), χ = 20 ° (non-oriented crystal), and χ = 55 ((111) oriented crystal). FIG.
[Explanation of symbols]
10 Si substrate
11 SiO 2 film
12 Ti film
13 Lower Pt electrode
14, 16, 18 PZT film
15 IrO 2 film
17 PLCSZT film
Claims (8)
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
回折ピークが分裂している場合には、各回折ピーク位置を基に分極値を算出し、
回折ピークが分裂していない場合には、所定の回折線の半値幅を見積もり、前記半値幅に基いて回折ピーク分離を行なって分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。An evaluation apparatus for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
If the diffraction peaks are split, calculate the polarization value based on each diffraction peak position,
When the diffraction peak is not split, a half-value width of a predetermined diffraction line is estimated, and a polarization value is calculated by performing diffraction peak separation based on the half-value width, thereby evaluating the ferroelectric film .
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶を異なる結晶群に分類し、その各々の結晶群について結晶構造毎の回折ピークに着目して、
回折ピークが分裂している場合には、各回折ピーク位置を基に分極値を算出し、
回折ピークが分裂していない場合には、所定の回折線の半値幅を見積もり、前記半値幅に基いて回折ピーク分離を行なって分極値を算出して、各々の前記結晶群における結晶の量と歪の大きさを測定することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。An evaluation apparatus for determining ferroelectric characteristics of a ferroelectric film,
By classifying the ferroelectric crystals of the ferroelectric film into different crystal groups by X-ray diffraction, focusing on the diffraction peak for each crystal structure for each crystal group,
If the diffraction peaks are split, calculate the polarization value based on each diffraction peak position,
When the diffraction peak is not split, estimate the half width of a predetermined diffraction line, perform diffraction peak separation based on the half width, calculate the polarization value, and calculate the amount of crystals in each crystal group and An apparatus for evaluating a ferroelectric film, characterized by measuring the magnitude of strain.
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線及び(hhh)回折線の半値幅を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線及び(h00)回折線の半値幅を検出し、
検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。When determining the ferroelectric properties of a ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
When the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 and (hhh) ) Detect half-width of diffraction line,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 (and hh) Detect the half width of the diffraction line,
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. The half-width of the (hkl) diffraction line and (h00) diffraction line excluding
A method for evaluating a ferroelectric film, comprising determining a ferroelectric characteristic of the ferroelectric film based on the detected half widths.
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の半値幅のみを検出し、
検出した前記各半値幅に基いて前記強誘電体膜の強誘電特性を判定することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。When determining the ferroelectric properties of a ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
When the crystal structure of the ferroelectric is a tetragonal crystal, the half-value width of the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 Only detect
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or the half of the diffraction line excluding h = k = 1 (hkl) Detect only the price range,
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. (Hkl) except the half-width of the diffraction line is detected,
A method for evaluating a ferroelectric film, comprising determining a ferroelectric characteristic of the ferroelectric film based on the detected half widths.
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(hhh)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸、b軸及びc軸の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、
前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を測定し、回折ピークが分離しているときには、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出し、回折ピークが分離していないときには、前記強誘電体膜の(h00)回折線の半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基に前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線の回折ピーク分離を行い、その各々の回折ピーク位置を基にa軸とα角の格子定数を求め、その格子定数から分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。When determining the ferroelectric properties of a ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 are measured and the diffraction peaks are separated, the diffraction peaks thereof are separated. The lattice constants of the a-axis and c-axis are obtained based on the position, the polarization value is calculated from the lattice constant, and when the diffraction peak is not separated, the polarization value is calculated from the half-value width of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film. The half-width of the diffraction line not including the above information is estimated, and the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line or h = k = 1 is excluded from the ferroelectric film based on the half-width (hkl). ) Separating diffraction peaks of diffraction lines, obtaining lattice constants of the a-axis and c-axis based on the respective diffraction peak positions, calculating a polarization value from the lattice constants,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1 are measured and the diffraction peaks are separated, the diffraction peaks thereof are separated. Based on the position, the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are obtained, the polarization value is calculated from the lattice constant, and when the diffraction peaks are not separated, the half of the (hh) diffraction line of the ferroelectric film The half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the value range, and the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction line of the ferroelectric film or h = k = l based on the half-value width. (Hkl) The diffraction peaks of the diffraction lines are removed, the lattice constants of the a-axis, b-axis and c-axis are obtained based on the respective diffraction peak positions, and the polarization value is calculated from the lattice constants.
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral,
The (hhh) / (− hhh) diffraction line of the ferroelectric film or the (hkl) diffraction line excluding the diffraction line in which any two of h, k, and l are 0 are measured, and the diffraction peak is separated. If the diffraction peak is not separated, the lattice constant of the a axis and the α angle is obtained based on the position of each diffraction peak, and the polarization value is calculated from the lattice constant. h00) The half-value width of the diffraction line that does not include the polarization value information is estimated from the half-value width of the diffraction line, and the (hhh) / (− hhh) diffraction line or h, The diffraction peaks of the diffraction lines excluding the diffraction line in which any two of k and l are 0 (hkl) are separated, and the lattice constants of the a axis and the α angle are obtained based on the respective diffraction peak positions. Ferroelectric film characterized by calculating polarization value from lattice constant Evaluation method.
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合、
前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸、b軸及びc軸の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合、
前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線について、ピークが分離しているときには、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出し、ピークが分離していないときには、温度上昇により半値幅が変化しなくなる程度の高温における当該半値幅から分極値の情報が含まれていない回折線の半値幅を見積もり、その半値幅を基にピーク分離を行い、その各々のピーク位置からa軸とα角の格子定数を算出してこの格子定数から分極値を算出することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。When determining the ferroelectric properties of a ferroelectric film,
Focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1, when the peaks are separated, an a-axis is formed from each peak position. And the c-axis lattice constant, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the peaks are not separated, the polarization value information is obtained from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise. Estimate the half-value width of the diffraction lines not included, perform peak separation based on the half-value width, calculate the a-axis and c-axis lattice constants from the respective peak positions, and calculate the polarization value from this lattice constant. ,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic,
When (h00) / (0k0) / (001) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding h = k = 1, when the peaks are separated, an a-axis is formed from each peak position. The b-axis and c-axis lattice constants are calculated, and the polarization value is calculated from the lattice constant. When the peaks are not separated, the polarization value is calculated from the half-value width at a high temperature at which the half-value width does not change due to the temperature rise. The half-value width of the diffraction line not including the above information is estimated, peak separation is performed based on the half-value width, and the lattice constants of the a-axis, b-axis, and c-axis are calculated from the respective peak positions, and this lattice constant is calculated. Calculate the polarization value from
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral,
When (hkl) / (− hh) diffraction lines of the ferroelectric film or (hkl) diffraction lines excluding diffraction lines in which any two of h, k, l are 0 are separated from each other Then, the a-axis and α-angle lattice constants are calculated from the respective peak positions, and the polarization values are calculated from the lattice constants. When the peaks are not separated, the half-value width does not change due to the temperature rise. The half-value width of a diffraction line that does not contain polarization value information is estimated from the half-value width, peak separation is performed based on the half-value width, and the lattice constants of the a axis and the α angle are calculated from the respective peak positions. A method for evaluating a ferroelectric film, wherein a polarization value is calculated from the lattice constant.
X線回折により、前記強誘電体膜の強誘電体の結晶を異なる結晶群に分類し、その各々の結晶群について結晶構造毎に回折ピークに着目して、
強誘電体の前記結晶構造が正方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が斜方晶の場合には、前記強誘電体膜の(h00)/(0k0)/(00l)回折線あるいはh=k=lを除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が菱面体晶の場合には、前記強誘電体膜の(hhh)/(−hhh)回折線あるいはh,k,lのうち、いずれか2つが0である回折線を除く(hkl)回折線を検出し、
強誘電体の前記結晶構造が立方晶の場合には、前記強誘電体膜の(hkl)回折線を検出し、各々の前記結晶群における結晶の量と歪の大きさを測定することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。When determining the ferroelectric properties of a ferroelectric film,
By classifying the ferroelectric crystals of the ferroelectric film into different crystal groups by X-ray diffraction, focusing on the diffraction peak for each crystal structure for each crystal group,
When the crystal structure of the ferroelectric is tetragonal, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or the diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are detected. ,
When the crystal structure of the ferroelectric is orthorhombic, the (h00) / (0k0) / (00l) diffraction lines of the ferroelectric film or the diffraction lines excluding h = k = 1 (hkl) are detected. And
When the crystal structure of the ferroelectric is rhombohedral, (hhh) / (− hhh) diffraction lines or diffraction lines in which any two of h, k, and l are zero. (Hkl) diffraction lines except
When the ferroelectric crystal structure is cubic, the (hkl) diffraction line of the ferroelectric film is detected, and the amount of crystal and the magnitude of strain in each crystal group are measured. A method for evaluating a ferroelectric film.
前記プログラムは、請求項3〜7のいずれか1項に記載の強誘電体膜の評価方法の手順を実行するものであることを特徴とする記憶媒体。A computer-readable storage medium storing a program for determining the ferroelectric characteristics of a ferroelectric film by focusing on the diffraction peak for each ferroelectric crystal structure of the ferroelectric film by X-ray diffraction There,
A storage medium for executing the procedure of the ferroelectric film evaluation method according to any one of claims 3 to 7 .
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