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JPH09142844A - Method for producing bismuth oxide, method for forming oxide film, and method for producing capacitor structure of semiconductor device - Google Patents
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JPH09142844A - Method for producing bismuth oxide, method for forming oxide film, and method for producing capacitor structure of semiconductor device - Google Patents

Method for producing bismuth oxide, method for forming oxide film, and method for producing capacitor structure of semiconductor device

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JPH09142844A
JPH09142844A JP8255542A JP25554296A JPH09142844A JP H09142844 A JPH09142844 A JP H09142844A JP 8255542 A JP8255542 A JP 8255542A JP 25554296 A JP25554296 A JP 25554296A JP H09142844 A JPH09142844 A JP H09142844A
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bismuth
layer
oxide film
thin film
ferroelectric thin
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千春 磯辺
Masataka Sugiyama
正隆 杉山
Katsuyuki Hironaka
克行 広中
Takaaki Ami
隆明 網
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低温で十分な蒸気圧を有し、分解温度が高く、
気化・搬送の過程で分解し難く、長時間に亙って安定し
た蒸気圧を保つことができ、堆積温度において析出速度
が原料供給律速であり、気相中での均一核生成反応が起
こらない材料を用い、しかも、基体温度やCVD法にお
ける反応圧力の影響を強く受け難い、酸化物膜の形成方
法を提供する。 【解決手段】酸化物膜の形成方法は、ビスマス−酸素結
合を有するビスマス有機金属化合物を原料として、CV
D法にてビスマスを構成元素として含む酸化物膜を形成
する。酸化物膜は、Bi系層状構造ペロブスカイト型の
強誘電体材料から好ましくは成り、より具体的には、酸
化物膜は、Y1系材料(Bi2(Sr,Ba,Ca)
(Ta,Nb)29)から成ることが好ましい。
(57) [Abstract] [Problem] To have a sufficient vapor pressure at a low temperature and a high decomposition temperature
It is difficult to decompose in the process of vaporization and transportation, can maintain a stable vapor pressure for a long time, and the deposition rate is the feed rate-determining material at the deposition temperature, so that homogeneous nucleation reaction does not occur in the gas phase. Provided is a method for forming an oxide film, which uses a material and is not easily affected by the substrate temperature or the reaction pressure in the CVD method. SOLUTION: The oxide film is formed by using a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond as a raw material, and CV.
An oxide film containing bismuth as a constituent element is formed by the D method. The oxide film is preferably formed of a Bi-based layered structure perovskite-type ferroelectric material, and more specifically, the oxide film is formed of a Y1-based material (Bi 2 (Sr, Ba, Ca).
It is preferably composed of (Ta, Nb) 2 O 9 ).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化ビスマスの生
成方法、酸化物膜の形成方法、及び半導体素子のキャパ
シタ構造の作製方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing bismuth oxide, a method for forming an oxide film, and a method for producing a capacitor structure of a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、成膜技術の進歩に伴い強誘電体薄
膜を用いた不揮発性メモリセルの応用研究が盛んに進め
られている。この不揮発性メモリセルは、強誘電体薄膜
の高速分極反転とその残留分極を利用する高速書き換え
が可能な不揮発性メモリセルである。現在研究されてい
る強誘電体薄膜不揮発性メモリセルは、強誘電体キャパ
シタの蓄積電荷量の変化を検出する方式と、強誘電体の
自発分極による抵抗変化を検出する方式の2つに分類す
ることができる。本発明の半導体素子は前者に属する。
2. Description of the Related Art In recent years, application research of nonvolatile memory cells using a ferroelectric thin film has been actively pursued with the progress of film forming technology. This non-volatile memory cell is a non-volatile memory cell in which high-speed reversal of the ferroelectric thin film and high-speed rewriting utilizing the residual polarization thereof are possible. The ferroelectric thin film non-volatile memory cells that are currently being researched are classified into two types: a method of detecting a change in the stored charge amount of a ferroelectric capacitor and a method of detecting a resistance change due to spontaneous polarization of a ferroelectric substance. be able to. The semiconductor device of the present invention belongs to the former.

【0003】強誘電体キャパシタの蓄積電荷量の変化を
検出する方式の不揮発性メモリセルとして、例えば、強
誘電体キャパシタに選択トランジスタを付加した1キャ
パシタ+1トランジスタ構造を有する不揮発性メモリセ
ルを挙げることができる。強誘電体キャパシタは、例え
ば、下部電極と上部電極、及びそれらの間に挟まれた強
誘電体薄膜から構成されている。このタイプの不揮発性
メモリセルにおけるデータの書き込みや読み出しは、図
14に示す強誘電体のP−Eヒステリシスループを応用
して行われる。強誘電体薄膜に外部電界を加えた後、外
部電界を除いたとき、強誘電体薄膜は自発分極を示す。
そして、強誘電体薄膜の残留分極は、プラス方向の外部
電界が印加されたとき+Pr、マイナス方向の外部電界
が印加されたとき−Prとなる。ここで、残留分極が+
rの状態(図14の「D」参照)の場合を”0”と
し、残留分極が−Prの状態(図14の「A」参照)の
場合を”1”とする。
An example of a non-volatile memory cell that detects a change in the amount of charge stored in a ferroelectric capacitor is a non-volatile memory cell having a 1-capacitor + 1 transistor structure in which a selection transistor is added to the ferroelectric capacitor. You can The ferroelectric capacitor is composed of, for example, a lower electrode and an upper electrode, and a ferroelectric thin film sandwiched therebetween. Writing and reading of data in this type of non-volatile memory cell is performed by applying a ferroelectric PE hysteresis loop shown in FIG. When an external electric field is applied to the ferroelectric thin film and then the external electric field is removed, the ferroelectric thin film exhibits spontaneous polarization.
Then, the residual polarization of the ferroelectric thin film is a -P r when when positive direction of the external electric field is applied + P r, the negative direction of the external electric field is applied. Where remanent polarization is +
It is assumed that the state of P r (see “D” in FIG. 14) is “0”, and the state of remanent polarization is −P r (see “A” of FIG. 14) is “1”.

【0004】”1”あるいは”0”の状態を判別するた
めに、強誘電体薄膜に例えばプラス方向の外部電界を印
加する。これによって、強誘電体薄膜の分極は図14の
「C」の状態となる。このとき、データが”0”であれ
ば、強誘電体薄膜の分極状態は、「D」から「C」の状
態に変化する。一方、データが”1”であれば、強誘電
体薄膜の分極状態は、「A」から「B」を経由して
「C」の状態に変化する。データが”0”の場合には、
強誘電体薄膜の分極反転は生じない。一方、データが”
1”の場合には、強誘電体薄膜に分極反転が生じる。そ
の結果、強誘電体キャパシタの蓄積電荷量に差が生じ
る。選択されたメモリセルの選択トランジスタをオンに
することで、この蓄積電荷を信号電流として検出する。
データの読み出し後、外部電界を0にすると、データ
が”0”のときでも”1”のときでも、強誘電体薄膜の
分極状態は図14の「D」の状態となってしまう。それ
故、データが”1”の場合、マイナス方向の外部電界を
印加して、「D」、[E」という経路で「A」の状態と
し、データ”1”を書き込む。
In order to determine the state of "1" or "0", an external electric field in the positive direction, for example, is applied to the ferroelectric thin film. Thus, the polarization of the ferroelectric thin film is in the state of “C” in FIG. At this time, if the data is "0", the polarization state of the ferroelectric thin film changes from "D" to "C". On the other hand, if the data is "1", the polarization state of the ferroelectric thin film changes from "A" to "C" via "B". If the data is "0",
The polarization reversal of the ferroelectric thin film does not occur. On the other hand, the data is "
In the case of 1 ", polarization inversion occurs in the ferroelectric thin film. As a result, there is a difference in the amount of charge stored in the ferroelectric capacitor. This storage is turned on by turning on the select transistor of the selected memory cell. The charge is detected as a signal current.
When the external electric field is set to 0 after reading the data, the polarization state of the ferroelectric thin film becomes the state of “D” in FIG. 14 regardless of whether the data is “0” or “1”. Therefore, when the data is "1", an external electric field in the negative direction is applied to bring the state of "A" through the paths "D" and "E", and the data "1" is written.

【0005】Bi系層状構造ペロブスカイト型の強誘電
体材料から成る強誘電体薄膜(以下、ビスマス層状強誘
電体薄膜と呼ぶ場合もある)は、従来のPZT系の強誘
電体薄膜の最大の欠点であったファティーグ現象(デー
タの書き換えの繰り返しによる残留分極の低下)が見ら
れないことから、上記の不揮発性メモリ用の強誘電体薄
膜として注目を集めている。ビスマス層状強誘電体薄膜
をかかる不揮発性メモリへ応用する場合、その薄膜形成
技術の開発が不可欠である。現状では、MOD(Metal
Organic Decomposition)法等のスピンコート法に基づ
き、良好な強誘電特性を示す強誘電体薄膜が得られると
されている。しかしながら、高集積度のメモリに適用す
るためには、段差被覆性、膜質、均一性、パーティクル
発生の抑制や処理速度に優れたMOCVD法の開発が強
く求められている。
A ferroelectric thin film made of a Bi-based layered structure perovskite type ferroelectric material (hereinafter sometimes referred to as a bismuth layered ferroelectric thin film) has the greatest drawback of the conventional PZT-based ferroelectric thin film. Since the fatig phenomenon (reduction of remanent polarization due to repeated rewriting of data) was not observed, it has been attracting attention as a ferroelectric thin film for the above nonvolatile memory. When applying a bismuth layered ferroelectric thin film to such a non-volatile memory, development of thin film forming technology is essential. Currently, MOD (Metal
It is said that a ferroelectric thin film exhibiting good ferroelectric characteristics can be obtained based on a spin coating method such as an organic decomposition method. However, in order to apply to a highly integrated memory, there is a strong demand for development of a MOCVD method which is excellent in step coverage, film quality, uniformity, suppression of particle generation and processing speed.

【0006】MOCVD用ソース原料としては、 (1)低温で十分な蒸気圧を有すること (2)分解温度が高く、気化・搬送の過程で分解しない
こと (3)長時間に亙って安定した蒸気圧を保つこと (4)堆積温度において析出速度が原料供給律速であ
り、気相中での均一核生成反応が起こらないこと 等の特性が求められる。その他、常に飽和蒸気圧の状態
で原料ガスが供給されるためには、固体よりも液体や気
体であることが望ましく、また、気相中でのソース原料
間での反応がないことも、要求される条件である。しか
しながら、ビスマス層状強誘電体薄膜を成膜するための
市販のMOCVD用ソース原料は、これら諸条件を満足
するものが殆ど無く、現状では、MOCVD装置を工夫
することで対処している。
As a source material for MOCVD, (1) it has a sufficient vapor pressure at a low temperature (2) its decomposition temperature is high and it does not decompose in the process of vaporization and transportation (3) it is stable for a long time Maintaining vapor pressure (4) It is required that the deposition rate be the raw material supply rate at the deposition temperature and that homogeneous nucleation reaction in the gas phase does not occur. In addition, in order for the source gas to be constantly supplied at a saturated vapor pressure, it is desirable that it be a liquid or gas rather than a solid, and that there is no reaction between the source materials in the gas phase. It is a condition to be done. However, almost no commercially available source material for MOCVD for forming a bismuth layered ferroelectric thin film satisfies these conditions, and at present, it is dealt with by devising an MOCVD apparatus.

【0007】ビスマス層状強誘電体薄膜の主構成元素で
あるビスマスのMOCVD用ソース原料としては、現
在、以下のトリフェニルビスマス及びその類似化合物が
市販されているにすぎない。
As the source material for MOCVD of bismuth, which is the main constituent element of the bismuth layered ferroelectric thin film, the following triphenylbismuth and its similar compounds are currently on the market.

【0008】[0008]

【化1】 Embedded image

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】トリフェニルビスマス
は、高温にすると分解を伴って気化する。それ故、安定
した蒸気量を保つための温度制御が難しい。例えば、文
献,"Ferroelectric bismuth titanate films by hot w
all metalorganic chemical vapor deposition",J. Si,
et al., J. Appl. Phys. 73(11), 1 June 1993, pp791
0-7913 によれば、トリフェニルビスマスの十分な蒸気
圧を得るためには、原料容器の温度を165〜170゜
Cに保持する必要があるとされている。このように原料
容器を高温に保持した場合、以下のような弊害が生じ
る。 (A)長時間高温に曝されることで原料容器内のトリフ
ェニルビスマスが徐々に分解するため、安定したガス供
給を持続することが困難となる。 (B)効率的なガス供給を行い、加えてMOCVD反応
室への搬送の過程で配管内での再凝集を防ぐために、原
料容器や配管等のMOCVD装置各部を150〜200
゜Cに加熱する必要がある。然るに、そのための温度制
御や温度管理は困難である。
Triphenylbismuth vaporizes with decomposition at high temperatures. Therefore, it is difficult to control the temperature to maintain a stable vapor amount. For example, the literature, "Ferroelectric bismuth titanate films by hot w
all metalorganic chemical vapor deposition ", J. Si,
et al., J. Appl. Phys. 73 (11), 1 June 1993, pp791
According to 0-7913, in order to obtain a sufficient vapor pressure of triphenylbismuth, it is necessary to maintain the temperature of the raw material container at 165 to 170 ° C. When the raw material container is held at a high temperature in this way, the following adverse effects occur. (A) Triphenylbismuth in the raw material container is gradually decomposed by being exposed to a high temperature for a long time, which makes it difficult to maintain a stable gas supply. (B) In order to efficiently supply the gas and to prevent re-aggregation in the pipe during the transportation to the MOCVD reaction chamber, 150 to 200 parts of the MOCVD device such as the raw material container and the pipe are provided.
It is necessary to heat to ° C. However, temperature control and temperature management for that purpose are difficult.

【0010】また、トリフェニルビスマスは、比較的安
定な物質であるが、その反面、反応性が低いために、M
OCVD法による強誘電体薄膜の成膜時、その成分濃度
を増加させることが困難である。更には、トリフェニル
ビスマス及びその類似化合物は、分子内に金属−酸素結
合を持たないため、酸化物膜の形成には決して有利では
ない。基体表面に酸化物膜である強誘電体薄膜を成膜す
る場合、基体表面での反応過程は、トリフェニルビスマ
スの分解反応に加えて、酸素との反応過程が必要とな
る。従って、これらのソース原料を用いる場合、外部か
ら酸化源を加える必要がある。トリフェニルビスマスを
用いた酸化ビスマスの生成は、以下の過程を経る。 −Bi−C65 → −Bi− + C65− −Bi− + O → −Bi−O−
Triphenylbismuth is a relatively stable substance, but on the other hand, its reactivity is low, so that M
When forming a ferroelectric thin film by the OCVD method, it is difficult to increase the component concentration. Furthermore, triphenylbismuth and its similar compounds do not have a metal-oxygen bond in the molecule, so they are not advantageous for forming an oxide film. When a ferroelectric thin film, which is an oxide film, is formed on the surface of the substrate, the reaction process on the substrate surface requires a reaction process with oxygen in addition to the decomposition reaction of triphenylbismuth. Therefore, when using these source materials, it is necessary to add an oxidizing source from the outside. The production of bismuth oxide using triphenylbismuth goes through the following process. -Bi-C 6 H 5 → -Bi- + C 6 H 5 - -Bi- + O → -Bi-O-

【0011】即ち、トリフェニルビスマスを用いて酸化
ビスマスを生成させる場合、2段階の反応を経る。その
ため、酸化ビスマスの生成あるいはビスマスを構成元素
として含む酸化物膜の形成は、基体温度やMOCVD反
応室内の反応圧力の影響を強く受け易い。
That is, when bismuth oxide is produced using triphenylbismuth, a two-step reaction is performed. Therefore, the formation of bismuth oxide or the formation of an oxide film containing bismuth as a constituent element is easily affected by the substrate temperature and the reaction pressure in the MOCVD reaction chamber.

【0012】従って、本発明の目的は、低温で十分な蒸
気圧を有し、分解温度が高く、気化・搬送の過程で分解
し難く、長時間に亙って安定した蒸気圧を保つことがで
き、堆積温度において析出速度が原料供給律速であり、
気相中での均一核生成反応が起こらない材料を用い、し
かも、基体温度やCVD法における反応圧力の影響を強
く受け難い、酸化ビスマスの生成方法、酸化物膜の形成
方法、及び半導体素子のキャパシタ構造の作製方法を提
供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to have a sufficient vapor pressure at a low temperature, have a high decomposition temperature, are difficult to decompose in the process of vaporization and transportation, and can maintain a stable vapor pressure for a long time. Yes, the deposition rate at the deposition temperature is the rate of raw material supply,
A method for producing bismuth oxide, a method for forming an oxide film, and a semiconductor device, which are made of a material that does not cause a homogeneous nucleation reaction in a gas phase and are not easily affected by a substrate temperature or a reaction pressure in a CVD method, It is to provide a method for manufacturing a capacitor structure.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の酸化ビスマスの生成方法は、ビスマス−酸
素結合を有するビスマス有機金属化合物を原料として、
CVD法にて酸化ビスマスを生成させることを特徴とす
る。
The method for producing bismuth oxide of the present invention for achieving the above-mentioned object comprises a bismuth-organic metal compound having a bismuth-oxygen bond as a raw material.
It is characterized in that bismuth oxide is generated by the CVD method.

【0014】あるいは又、上記の目的を達成するための
本発明の酸化物膜の形成方法は、ビスマス−酸素結合を
有するビスマス有機金属化合物を原料として、CVD法
にてビスマスを構成元素として含む酸化物膜を形成する
ことを特徴とする。ビスマス−酸素結合を有するビスマ
ス有機金属化合物の構造式を以下に示す。尚、下式でX
1、X2、X3はアルキル基又はフェニル基を表す。
Alternatively, in the method for forming an oxide film of the present invention for achieving the above object, a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond is used as a raw material and is oxidized by a CVD method containing bismuth as a constituent element. It is characterized by forming a physical film. The structural formula of the bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond is shown below. In the formula below, X
1 , X 2 and X 3 represent an alkyl group or a phenyl group.

【0015】[0015]

【化2】 Embedded image

【化3】 Embedded image

【化4】 Embedded image

【0016】尚、酸素と結合した置換基「A」を、比較
的、炭素数の多いアルキル基(例えば、炭素数が3〜
6)とすることで、分子間の重合を防ぐと共に、揮発性
を向上させることが好ましい。あるいは又、酸素と結合
した置換基「A」を、酸素、窒素、あるいはハロゲン元
素(F、Cl、I)を含む構造とすることで、熱安定性
を向上させたり、気化特性を向上させることが可能であ
る。酸素と結合した置換基「A」がアルキル基の場合、
ビスマス−酸素結合を有するビスマス有機金属化合物
は、一般にビスマスアルコキシド化合物と呼ばれる。置
換基「A」としては、C(CH33、CH2C(CH3
3、CH(CH32、(CH22C(CH33、C(C
33、CH2C(CF33、COCH3、COC(CH
33、COCH2C(CH33、CO(C65)、CO
NH2等を例示することができる。
It should be noted that the substituent "A" bonded to oxygen is replaced with an alkyl group having a relatively large number of carbon atoms (for example, a carbon number of 3 to 3).
By setting 6), it is preferable to prevent intermolecular polymerization and improve volatility. Alternatively, by making the substituent “A” bonded to oxygen have a structure containing oxygen, nitrogen, or a halogen element (F, Cl, I), it is possible to improve thermal stability and vaporization characteristics. Is possible. When the substituent “A” bonded to oxygen is an alkyl group,
A bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond is generally called a bismuth alkoxide compound. The substituent “A” includes C (CH 3 ) 3 and CH 2 C (CH 3 ).
3 , CH (CH 3 ) 2 , (CH 2 ) 2 C (CH 3 ) 3 , C (C
F 3 ) 3 , CH 2 C (CF 3 ) 3 , COCH 3 , COC (CH
3 ) 3 , COCH 2 C (CH 3 ) 3 , CO (C 6 H 5 ), CO
It can be exemplified NH 2 and the like.

【0017】あるいは又、上記の目的を達成するための
本発明の半導体素子のキャパシタ構造の作製方法は、
(イ)基体上に下部電極層を形成する工程と、(ロ)該
下部電極層上に、ビスマス−酸素結合を有するビスマス
有機金属化合物を原料として、CVD法にてビスマスを
構成元素として含む強誘電体薄膜を形成する工程と、
(ハ)該強誘電体薄膜上に上部電極層を形成する工程、
から成ることを特徴とする。
Alternatively, a method of manufacturing a capacitor structure of a semiconductor device of the present invention for achieving the above object is
(A) a step of forming a lower electrode layer on the substrate; and (b) a strong bismuth-containing element as a constituent element on the lower electrode layer using a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond as a raw material. A step of forming a dielectric thin film,
(C) a step of forming an upper electrode layer on the ferroelectric thin film,
Characterized by comprising:

【0018】本発明の強誘電体薄膜の形成方法あるいは
半導体素子のキャパシタ構造の作製方法においては、酸
化物膜若しくは強誘電体薄膜は、Bi系層状構造ペロブ
スカイト型の強誘電体材料から構成することができる。
具体的には、強誘電体薄膜は、Bi2SrTa29、B
2SrNb29、Bi2BaTa29、Bi4SrTi4
15、Bi4Ti312、Bi2SrTaXNb2-X9、B
2PbTa29等を例示することができるが、中で
も、強誘電体薄膜は、Y1系材料(Bi2(Sr,B
a,Ca)(Ta,Nb)29)から成ることが好まし
く、更には、Y1系材料はBi2SrTa29から成る
ことが好ましい。
In the method for forming a ferroelectric thin film or the method for manufacturing a capacitor structure of a semiconductor device according to the present invention, the oxide film or the ferroelectric thin film is made of a Bi-based layered structure perovskite type ferroelectric material. You can
Specifically, the ferroelectric thin film is made of Bi 2 SrTa 2 O 9 , B.
i 2 SrNb 2 O 9 , Bi 2 BaTa 2 O 9 , Bi 4 SrTi 4
O 15 , Bi 4 Ti 3 O 12 , Bi 2 SrTa x Nb 2-x O 9 , B
Examples thereof include i 2 PbTa 2 O 9 and the like. Among them, the ferroelectric thin film is formed of a Y1-based material (Bi 2 (Sr, B
a, Ca) (Ta, Nb) 2 O 9 ), and more preferably the Y1-based material is Bi 2 SrTa 2 O 9 .

【0019】本発明においては、CVD用ソース原料と
して、ビスマス−酸素結合を有するビスマス有機金属化
合物(Bi(OA)3)を用いるので、酸化物、酸化物
膜若しくは強誘電体薄膜(以下、総称して酸化物等と呼
ぶ場合もある)を容易に生成あるいは形成することがで
きる。これは、ビスマス−酸素結合を有するビスマス有
機金属化合物中の酸素原子が酸化物のネットワークに取
り込まれ易いためであり、外部から酸化源を加えなくと
も酸化物等の生成あるいは形成が可能となる。 −Bi−O−A− → −Bi−O− + A
In the present invention, since a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond (Bi (OA) 3 ) is used as a source material for CVD, an oxide, an oxide film or a ferroelectric thin film (hereinafter, referred to as a general term). Sometimes referred to as an oxide or the like) can be easily generated or formed. This is because the oxygen atom in the bismuth-organic metal compound having a bismuth-oxygen bond is easily taken into the oxide network, and the oxide or the like can be produced or formed without adding an oxidizing source from the outside. -Bi-O-A- → -Bi-O- + A

【0020】従って、有機金属化合物からの酸化物等の
生成あるいは形成は、1段階の反応で完了する。酸化物
等を生成あるいは形成する場合、トリフェニルビスマス
と比較して、明らかにビスマス−酸素結合を有するビス
マス有機金属化合物の方がCVD用ソース原料として有
利である。このようなビスマス−酸素結合を有するビス
マス有機金属化合物を用いることにより、所望の組成を
有する酸化物膜あるいは強誘電体薄膜を得るためのCV
D条件(温度や圧力等)の許容範囲を広げることが可能
となる。更には、その反応性の高いことに基づき、より
低温で酸化物等を生成あるいは形成することができる。
Therefore, the production or formation of the oxide or the like from the organometallic compound is completed by a one-step reaction. When forming or forming an oxide or the like, a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond is obviously more advantageous as a CVD source material than triphenylbismuth. CV for obtaining an oxide film or a ferroelectric thin film having a desired composition by using such a bismuth-organic metal compound having a bismuth-oxygen bond
It is possible to widen the allowable range of D condition (temperature, pressure, etc.). Furthermore, because of its high reactivity, oxides and the like can be generated or formed at lower temperatures.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態(以下、単に実施の形態と略す)に基づき本発
明を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below with reference to the drawings based on an embodiment of the invention (hereinafter, simply referred to as an embodiment).

【0022】(実施の形態1)実施の形態1は、ビスマ
ス−酸素結合を有するビスマス有機金属化合物として、
トリブトキシビスマス[Bi(OC(CH333]を
用いて酸化ビスマス薄膜をCVD法(より具体的にはM
OCVD法)にて成膜する方法に関する。MOCVD装
置は、図1に概念図を示すように、ステンレススチール
製の原料容器10,12、MOCVD反応室20、原料
容器10,12とMOCVD反応室20を結ぶステンレ
ススチール製の配管14,15から構成されている。原
料容器10,12は、恒温槽11,13内に収納され、
原料容器10,12内のソース原料を所望の温度に保持
できる構造となっている。配管14,15にはヒーター
等の加熱手段(図示せず)が配設され、配管内を流れる
原料ガスを所望の温度に保持し得る。MOCVD反応室
20内に導入された原料ガスは、ガス吹き付けノズル2
1を介して、基体ステージ22上に載置された基体30
に吹き付けられる。これによって、基体30の表面には
薄膜が成膜する。尚、基体ステージ22にはヒーター
(図示せず)が組み込まれており、基体30を所望の温
度に加熱可能である。MOCVD反応室20内は、真空
ポンプ23によって排気される。
(Embodiment 1) Embodiment 1 is a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond.
A bismuth oxide thin film is formed by a CVD method (more specifically, M by using tributoxy bismuth [Bi (OC (CH 3 ) 3 ) 3 ]).
OCVD method). As shown in the conceptual diagram of FIG. 1, the MOCVD apparatus includes stainless steel raw material containers 10 and 12, a MOCVD reaction chamber 20, and stainless steel pipes 14 and 15 connecting the raw material containers 10 and 12 and the MOCVD reaction chamber 20. It is configured. The raw material containers 10 and 12 are housed in constant temperature baths 11 and 13,
The structure is such that the source material in the material containers 10 and 12 can be maintained at a desired temperature. A heating means (not shown) such as a heater is arranged in the pipes 14 and 15 to keep the raw material gas flowing in the pipes at a desired temperature. The raw material gas introduced into the MOCVD reaction chamber 20 is a gas spray nozzle 2
The substrate 30 placed on the substrate stage 22 via
Sprayed on. As a result, a thin film is formed on the surface of the base 30. A heater (not shown) is incorporated in the substrate stage 22 to heat the substrate 30 to a desired temperature. The inside of the MOCVD reaction chamber 20 is evacuated by the vacuum pump 23.

【0023】MOCVD法の実施に際しては、ステンレ
ススチール製の原料容器10に充填されたトリブトキシ
ビスマスを80〜110゜Cに加熱する。この原料容器
10に流量50〜100ccのアルゴンガスを導入し、
加熱減圧下でトリブトキシビスマスを昇華させる。この
とき、110゜Cを超えて加熱すると、昇華と共に微量
のトリブトキシビスマスの分解を生じるので、トリブト
キシビスマスの加熱温度は110゜Cを超えないように
する。そして、約110゜Cに保持した配管14に昇華
したトリブトキシビスマスを導入して、MOCVD反応
室20に送る。尚、従来のトリフェニルビスマスを用い
た場合には、原料容器の温度を165〜170゜Cと
し、配管の温度を180〜200゜Cに保持する必要が
ある。
In carrying out the MOCVD method, tributoxybismuth filled in a stainless steel raw material container 10 is heated to 80 to 110 ° C. Argon gas having a flow rate of 50 to 100 cc is introduced into the raw material container 10,
Sublimate tributoxybismuth under heating and reduced pressure. At this time, if the heating temperature exceeds 110 ° C, a slight amount of tributoxybismuth is decomposed with sublimation, so the heating temperature of tributoxybismuth should not exceed 110 ° C. Then, the sublimated tributoxybismuth is introduced into the pipe 14 kept at about 110 ° C. and sent to the MOCVD reaction chamber 20. When conventional triphenylbismuth is used, it is necessary to keep the temperature of the raw material container at 165 to 170 ° C and the temperature of the pipe at 180 to 200 ° C.

【0024】そして、基体ステージ22上に載置され、
400〜800゜C、好ましくは450〜650゜Cに
保たれた基体30上に、酸素ガス及び希釈用のアルゴン
ガスと共に、トリブトキシビスマスを含有するガスを導
入すると、基体30上に酸化ビスマスが成長する。シリ
コン半導体基板、SiO2、白金(Pt)等の基体30
上に酸化ビスマスを成長させることができる。一方、従
来の材料であるトリフェニルビスマスを使用した場合に
は、白金から成る基体上に酸化ビスマスを成膜すること
はできるが、シリコン半導体基板やSiO2上に酸化ビ
スマスを成膜することはできない。この点に関しても、
トリブトキシビスマスをソース原料として用いることは
大きな利点である。尚、トリブトキシビスマス及びトリ
フェニルビスマスの物性の比較を、下記の表1に示す。
Then, it is placed on the substrate stage 22,
When a gas containing tributoxybismuth is introduced together with oxygen gas and argon gas for dilution onto the substrate 30 kept at 400 to 800 ° C., preferably 450 to 650 ° C., bismuth oxide is formed on the substrate 30. grow up. Substrate 30 made of silicon semiconductor substrate, SiO 2 , platinum (Pt), etc.
Bismuth oxide can be grown on top. On the other hand, when triphenylbismuth which is a conventional material is used, it is possible to form bismuth oxide on a substrate made of platinum, but it is not possible to form bismuth oxide on a silicon semiconductor substrate or SiO 2. Can not. Also in this regard,
The use of tributoxy bismuth as a source material is a great advantage. A comparison of the physical properties of tributoxybismuth and triphenylbismuth is shown in Table 1 below.

【0025】[0025]

【表1】 トリブトキシビスマス トリフェニルビスマス 融点 110゜C 78゜C 気化温度 80〜110゜C 150〜160゜C 気化方法 昇華 蒸発(バブリング) 蒸気圧 13Pa(100゜C) 13Pa(80゜C)[Table 1] Tributoxy bismuth Triphenyl bismuth Melting point 110 ° C 78 ° C Vaporization temperature 80-110 ° C 150-160 ° C Vaporization method Sublimation Evaporation (Bubbling) Vapor pressure 13Pa (100 ° C) 13Pa (80 ° C)

【0026】(実施の形態2)実施の形態2は、本発明
の酸化物膜の形成方法に関する。より具体的には、ビス
マス−酸素結合を有するビスマス有機金属化合物とし
て、トリブトキシビスマスを用いた、MOCVD法によ
るY1系材料(Bi2SrTa29)から成る強誘電体
薄膜である酸化物膜の形成方法を説明する。
(Embodiment 2) Embodiment 2 relates to a method for forming an oxide film of the present invention. More specifically, an oxide film that is a ferroelectric thin film made of Y1 based material (Bi 2 SrTa 2 O 9 ) by MOCVD using tributoxybismuth as a bismuth-organic metal compound having a bismuth-oxygen bond. A method of forming the will be described.

【0027】実施の形態1と同様に、ステンレススチー
ル製の原料容器10に充填されたトリブトキシビスマス
を80〜110゜Cに加熱する。この原料容器10に流
量50〜100ccのアルゴンガスを導入し、加熱減圧
下でトリブトキシビスマスを昇華させる。そして、約1
10゜Cに保持した配管14に昇華したトリブトキシビ
スマスを導入して、MOCVD反応室20に送る。一
方、別の原料容器12に充填されたタンタルペンタエト
キシド[Ta(OC255]を120゜Cに加熱し、
流量50〜100ccのアルゴンガスでバブリングす
る。気化したタンタルペンタエトキシドを130゜Cに
加熱したステンレススチール製の配管15に導入し、M
OCVD反応室20に搬送する。更に、別の原料容器
(図示せず)に充填されたストロンチウムジピバロイル
メタンテトラエチレンペンタミン(C3884410
r)を150゜Cに加熱し、流量50〜100ccのア
ルゴンガスでバブリングする。気化したストロンチウム
DPMテトラエチレンペンタミンを160゜Cに加熱し
たステンレススチール製の配管(図示せず)に導入し、
MOCVD反応室20に搬送する。400〜800゜
C、好ましくは450〜700゜Cに保たれた白金(P
t)から成る基体30上に、酸素及び希釈用のアルゴン
ガスと共に、上記3種のソース原料、即ち、トリブトキ
シビスマス、タンタルペンタエトキシド及びストロンチ
ウムDPMテトラエチレンペンタミンを同時に基体30
の表面に導入すると、Bi、Sr及びTaから成る酸化
物膜が基体30の表面に形成される。所望の組成(Bi
/Sr/Ta=2/1/2)を得るためには、原料容器
に導入するアルゴンガスの流量や原料容器の加熱温度を
調整し、各ソース原料のMOCVD反応室20への供給
量を制御すればよい。これによって、Bi2SrTa2
9から成る強誘電体薄膜である酸化物膜を成膜すること
ができる。
As in the first embodiment, tributoxy bismuth filled in the stainless steel raw material container 10 is heated to 80 to 110 ° C. Argon gas having a flow rate of 50 to 100 cc is introduced into the raw material container 10 to sublimate tributoxybismuth under heating and reduced pressure. And about 1
Sublimated tributoxybismuth is introduced into the pipe 14 kept at 10 ° C., and sent to the MOCVD reaction chamber 20. On the other hand, tantalum pentaethoxide [Ta (OC 2 H 5 ) 5 ] filled in another raw material container 12 is heated to 120 ° C.,
Bubble with argon gas at a flow rate of 50 to 100 cc. The vaporized tantalum pentaethoxide was introduced into a stainless steel pipe 15 heated to 130 ° C.
It is conveyed to the OCVD reaction chamber 20. Furthermore, strontium dipivaloyl methanetetraethylenepentamine (C 38 H 84 O 4 N 10 S) charged in another raw material container (not shown) was used.
r) is heated to 150 ° C. and bubbled with argon gas having a flow rate of 50 to 100 cc. Introduce vaporized strontium DPM tetraethylenepentamine into a stainless steel pipe (not shown) heated to 160 ° C,
It is conveyed to the MOCVD reaction chamber 20. Platinum (P) maintained at 400 to 800 ° C, preferably 450 to 700 ° C
On the substrate 30 consisting of t), the above three source materials, that is, tributoxybismuth, tantalum pentaethoxide and strontium DPM tetraethylenepentamine, are simultaneously added to the substrate 30 together with oxygen and argon gas for dilution.
When it is introduced into the surface of, an oxide film of Bi, Sr, and Ta is formed on the surface of the substrate 30. Desired composition (Bi
/ Sr / Ta = 2/1/2), the flow rate of the argon gas introduced into the raw material container and the heating temperature of the raw material container are adjusted to control the amount of each source material supplied to the MOCVD reaction chamber 20. do it. As a result, Bi 2 SrTa 2 O
An oxide film, which is a ferroelectric thin film made of 9, can be formed.

【0028】前述したMOCVD法はステンレススチー
ル製の原料容器に充填したソース原料にキャリアガスを
導入してソース原料を気化させる一般的なMOCVD法
であるが、その他、ソース原料を液体に溶解し、液相で
ソース原料の搬送と混合を行い、気化室にてフラッシュ
気化させるフラッシュMOCVD法を採用することもで
きる(Kirlin による米国特許第5,204,314号
参照)。以下、このフラッシュMOCVD法による成膜
方法の概要を説明する。
The MOCVD method described above is a general MOCVD method in which a carrier gas is introduced into a source material filled in a stainless steel material container to vaporize the source material, but in addition, the source material is dissolved in a liquid, It is also possible to employ a flash MOCVD method in which the source materials are transported and mixed in a liquid phase and flash vaporized in a vaporization chamber (see Kirlin US Pat. No. 5,204,314). The outline of the film forming method by the flash MOCVD method will be described below.

【0029】この場合、基板として、例えばシリコン半
導体基板の上に、チタン(Ti)及び白金(Pt)を順
次スパッタ法にて成膜した基板を用いる。そして、ソー
ス原料として、トリブトキシビスマス、ペンタエトキシ
タンタル及びストロンチウムジピバロイルメタンテトラ
エチレンペンタミンを用い、これらのソース原料のそれ
ぞれをテトラヒドラジン(THF)等の有機溶媒に溶解
し、液体状態で独立に搬送する。そして、これらの3種
類のソース原料溶液を、ミキシングマニフォールドによ
り決められた比率にて混合し、アルゴンキャリアガスと
共に気化室に導入する。気化室内を0.1〜10Torr
(1.3×10Pa〜1.3×103Pa)に減圧し、
導入された混合溶液を、気化室内に配設された多孔質金
属板上で拡散させると共に気化させる。リアクター内
で、白金(Pt)が成膜された基板を400〜800゜
C、好ましくは450〜700゜Cに保ち、気化したソ
ース原料をキャリアガス及び酸素ガスと共にリアクター
内に導入する。その結果、白金上に、Bi、Sr、Ta
から成る酸化物膜を成膜することができる。所望の組成
(Bi/Sr/Ta=2/1/2)を得るためには、酸
素ガスの流量、リアクター内の圧力、ミキシングマニフ
ォールドにおけるソース原料溶液の混合比等を調節すれ
ばよい。これによって、Bi2SrTa29から成る強
誘電体薄膜である酸化物膜を成膜することができる。
In this case, as the substrate, for example, a substrate obtained by sequentially depositing titanium (Ti) and platinum (Pt) on a silicon semiconductor substrate by a sputtering method is used. Then, as a source material, tributoxy bismuth, pentaethoxy tantalum and strontium dipivaloylmethanetetraethylene pentamine are used, and each of these source materials is dissolved in an organic solvent such as tetrahydrazine (THF) and in a liquid state. Transport independently. Then, these three types of source material solutions are mixed at a ratio determined by a mixing manifold and introduced into the vaporization chamber together with an argon carrier gas. 0.1-10 Torr in the vaporization chamber
Reduce the pressure to (1.3 × 10 Pa to 1.3 × 10 3 Pa),
The introduced mixed solution is diffused and vaporized on the porous metal plate arranged in the vaporization chamber. In the reactor, the substrate on which platinum (Pt) is formed is kept at 400 to 800 ° C, preferably 450 to 700 ° C, and the vaporized source material is introduced into the reactor together with the carrier gas and the oxygen gas. As a result, on the platinum, Bi, Sr, Ta
It is possible to form an oxide film of. In order to obtain a desired composition (Bi / Sr / Ta = 2/1/2), the flow rate of oxygen gas, the pressure in the reactor, the mixing ratio of the source material solution in the mixing manifold, etc. may be adjusted. This makes it possible to form an oxide film which is a ferroelectric thin film made of Bi 2 SrTa 2 O 9 .

【0030】トリブトキシビスマス及びトリフェニルビ
スマスを用いて成膜したY1系材料(Bi2SrTa2
9)から成る酸化物膜の成膜特性を、図2の(A)及び
(B)に示す。具体的には、図2の(A)には、酸化物
膜中のSr濃度を1としたときのBi濃度の基体温度依
存性を示す。また、図2の(B)には、酸化物膜中のS
r濃度を1としたときのBi濃度のMOCVD反応室内
の圧力依存性を示す。尚、実線は、トリブトキシビスマ
スの場合を示し、点線は、トリフェニルビスマスの場合
を示す。
A Y1-based material (Bi 2 SrTa 2 O) formed by using tributoxybismuth and triphenylbismuth
The film forming characteristics of the oxide film composed of 9 ) are shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). Specifically, FIG. 2A shows the substrate temperature dependence of the Bi concentration when the Sr concentration in the oxide film is 1. In addition, in FIG. 2B, S in the oxide film is
The pressure dependence of the Bi concentration in the MOCVD reaction chamber when the r concentration is 1 is shown. The solid line shows the case of tributoxybismuth and the dotted line shows the case of triphenylbismuth.

【0031】図2の(A)及び(B)から、トリフェニ
ルビスマスを用いた場合、基体温度及びMOCVD反応
室内の圧力の影響を大きく受けていることが判る。一
方、トリブトキシビスマスを用いた場合、基体温度及び
MOCVD反応室内の圧力の影響は小さい。従って、所
望のBiを構成元素として含む酸化物膜を成膜する場
合、トリフェニルビスマスを用いた場合よりもトリブト
キシビスマスを用いる方が、CVD法における基体温度
や反応圧力等の変動許容範囲を大きくすることができ、
酸化物膜の組成制御が容易となる。従って、トリブトキ
シビスマスをソース原料として用いれば、再現性良く酸
化物膜を形成することができる。
From FIGS. 2A and 2B, it can be seen that when triphenylbismuth is used, it is greatly affected by the substrate temperature and the pressure in the MOCVD reaction chamber. On the other hand, when tributoxy bismuth is used, the influence of the substrate temperature and the pressure inside the MOCVD reaction chamber is small. Therefore, when an oxide film containing a desired Bi as a constituent element is formed, the use of tributoxybismuth gives a permissible variation range of the substrate temperature, the reaction pressure, etc. in the CVD method rather than the use of triphenylbismuth. Can be bigger,
It is easy to control the composition of the oxide film. Therefore, if tributoxybismuth is used as the source material, the oxide film can be formed with good reproducibility.

【0032】(実施の形態3)実施の形態3は、ビスマ
ス−酸素結合を有するビスマス有機金属化合物を原料と
して、CVD法にてビスマスを構成元素として含む強誘
電体薄膜を形成する工程を含む、本発明の半導体素子の
キャパシタ構造の作製方法に関する。強誘電体薄膜は、
Y1系材料であるBi2SrTa29から成り、半導体
素子は前述の不揮発性メモリセル(所謂FERAM)か
ら成る。
(Embodiment 3) Embodiment 3 includes a step of forming a ferroelectric thin film containing bismuth as a constituent element by a CVD method using a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond as a raw material. The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor structure of a semiconductor device. The ferroelectric thin film is
It is composed of Bi 1 SrTa 2 O 9 which is a Y1-based material, and the semiconductor element is composed of the above-mentioned nonvolatile memory cell (so-called FERAM).

【0033】実施の形態3の半導体素子のキャパシタ構
造の作製方法に基づき作製された半導体素子の模式的な
一部断面図を図3の(A)に示す。また、半導体素子の
等価回路を図3の(B)に示す。この半導体素子は、下
部電極層52、ビスマス層状強誘電体薄膜から成る強誘
電体薄膜53及び上部電極層54が積層されたキャパシ
タ構造を有する。強誘電体薄膜53は、Bi2SrTa2
9から成るビスマスを構成元素とした酸化物膜から構
成されている。
FIG. 3A shows a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element manufactured according to the method of manufacturing the capacitor structure of the semiconductor element of the third embodiment. An equivalent circuit of the semiconductor element is shown in FIG. This semiconductor element has a capacitor structure in which a lower electrode layer 52, a ferroelectric thin film 53 made of a bismuth layered ferroelectric thin film, and an upper electrode layer 54 are laminated. The ferroelectric thin film 53 is made of Bi 2 SrTa 2
It is composed of an oxide film containing bismuth composed of O 9 as a constituent element.

【0034】より具体的には、この半導体素子は、シリ
コン半導体基板40に形成されたソース・ドレイン領域
44及びチャネル領域45と、このチャネル領域45の
上方に形成されたゲート電極43と、LOCOS構造を
有する素子分離領域41と、ゲート電極43の下に形成
されたゲート酸化膜42から成る。これらのソース・ド
レイン領域44、チャネル領域45及びゲート電極43
によって、所謂選択トランジスタが構成されている。
尚、ゲート電極43はワード線を兼ねており、例えば、
ポリシリコン、あるいはポリサイドや金属シリサイドか
ら構成されている。そして、ソース・ドレイン領域44
及びゲート電極43は、絶縁層50によって被覆されて
いる。絶縁層50は、例えば、BPSGから成る。
More specifically, this semiconductor device has a source / drain region 44 and a channel region 45 formed in a silicon semiconductor substrate 40, a gate electrode 43 formed above the channel region 45, and a LOCOS structure. And the gate oxide film 42 formed under the gate electrode 43. These source / drain region 44, channel region 45 and gate electrode 43
A so-called selection transistor is configured by.
The gate electrode 43 also serves as a word line.
It is composed of polysilicon, polycide, or metal silicide. Then, the source / drain region 44
The gate electrode 43 is covered with the insulating layer 50. The insulating layer 50 is made of BPSG, for example.

【0035】この半導体素子のキャパシタ構造において
は、Pt(白金)から成る下部電極層52が、BPSG
から成る絶縁層50上に形成されている。また、ビスマ
ス層状強誘電体薄膜であるBi2SrTa29から成る
強誘電体薄膜53が、下部電極層52上に形成されてい
る。更に、Ptから成る上部電極層54が、強誘電体薄
膜53上に形成されている。
In the capacitor structure of this semiconductor element, the lower electrode layer 52 made of Pt (platinum) is used as the BPSG.
Is formed on the insulating layer 50. A ferroelectric thin film 53 made of Bi 2 SrTa 2 O 9, which is a bismuth layered ferroelectric thin film, is formed on the lower electrode layer 52. Further, an upper electrode layer 54 made of Pt is formed on the ferroelectric thin film 53.

【0036】絶縁層50、下部電極層52及び上部電極
層54の上には例えばBPSGから成る上層絶縁層60
が形成されている。そして、一方のソース・ドレイン領
域44(例えばソース領域)の上方の絶縁層50及び上
層絶縁層60にはコンタクトプラグ65が形成されてお
り、このコンタクトプラグ65は、その底部において一
方のソース・ドレイン領域44と電気的に接続されてい
る。下部電極層52の上方の上層絶縁層60にも、コン
タクトプラグ66が形成されている。そして、下部電極
層52は、コンタクトプラグ66、第1の配線層68及
びコンタクトプラグ65を介して、一方のソース・ドレ
イン領域44に電気的に接続されている。また、上部電
極層54の上方に形成されたコンタクトプラグ67を介
して、上部電極層54は第2の配線層69と電気的に接
続されている。第2の配線層69はプレート線に相当す
る。
An upper insulating layer 60 made of, for example, BPSG is formed on the insulating layer 50, the lower electrode layer 52 and the upper electrode layer 54.
Are formed. A contact plug 65 is formed in the insulating layer 50 and the upper insulating layer 60 above the one source / drain region 44 (for example, the source region), and the contact plug 65 has one source / drain at the bottom thereof. It is electrically connected to the region 44. A contact plug 66 is also formed on the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52. The lower electrode layer 52 is electrically connected to one of the source / drain regions 44 via the contact plug 66, the first wiring layer 68, and the contact plug 65. The upper electrode layer 54 is electrically connected to the second wiring layer 69 via the contact plug 67 formed above the upper electrode layer 54. The second wiring layer 69 corresponds to a plate line.

【0037】他方のソース・ドレイン領域44(例えば
ドレイン領域)は、ビットコンタクト部(図示せず)を
介してビット線(図示せず)に電気的に接続されてい
る。
The other source / drain region 44 (eg drain region) is electrically connected to a bit line (not shown) via a bit contact portion (not shown).

【0038】実施の形態3における半導体素子の製造方
法を、半導体基板等の模式的な一部断面図である図4〜
図6を参照して、以下、説明する。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
This will be described below with reference to FIG.

【0039】[工程−300]先ず、シリコン半導体基
板40に、公知の方法に基づきLOCOS構造を有する
素子分離領域41を形成する。次に、半導体基板40の
表面を酸化してゲート酸化膜42を形成する。そして、
ポリシリコン層を例えばCVD法にて全面に堆積させた
後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によっ
てポリシリコン層をパターニングし、ポリシリコンから
成るゲート電極43を形成する。尚、このゲート電極4
3はワード線を兼ねている。次に、不純物イオンのイオ
ン注入及び注入された不純物の活性化処理を行い、ソー
ス・ドレイン領域44及びチャネル領域45を形成す
る。
[Step-300] First, the element isolation region 41 having a LOCOS structure is formed on the silicon semiconductor substrate 40 by a known method. Next, the surface of the semiconductor substrate 40 is oxidized to form the gate oxide film 42. And
After depositing a polysilicon layer on the entire surface by, for example, a CVD method, the polysilicon layer is patterned by a photolithography technique and an etching technique to form a gate electrode 43 made of polysilicon. The gate electrode 4
3 also serves as a word line. Next, ion implantation of impurity ions and activation treatment of the implanted impurities are performed to form the source / drain regions 44 and the channel region 45.

【0040】[工程−310]次に、半導体基板40上
に、例えばBPSGから成る絶縁層50(基体に相当す
る)をCVD法にて形成する。こうして、図4の(A)
に示す構造を得ることができる。尚、BPSGから成る
絶縁層50の成膜後、窒素ガス雰囲気中で例えば900
゜C×20分間、絶縁層50をリフローさせることが好
ましい。更には、必要に応じて、例えば化学的機械的研
磨法(CMP法)にて絶縁層50の頂面を化学的及び機
械的に研磨して絶縁層50を平坦化したり、エッチバッ
ク法にて絶縁層50を平坦化することが望ましい。絶縁
層50の成膜条件を以下に例示する。 使用ガス:SiH4/PH3/B26 成膜温度:400゜C 反応圧力:常圧
[Step-310] Next, an insulating layer 50 (corresponding to a base) made of, for example, BPSG is formed on the semiconductor substrate 40 by the CVD method. Thus, FIG.
Can be obtained. After forming the insulating layer 50 made of BPSG, for example, 900 nm in a nitrogen gas atmosphere.
It is preferable to reflow the insulating layer 50 for 20 minutes at ° C. Further, if necessary, the top surface of the insulating layer 50 is chemically and mechanically polished by, for example, a chemical mechanical polishing method (CMP method) to flatten the insulating layer 50, or an etch back method is used. It is desirable to planarize the insulating layer 50. The film forming conditions of the insulating layer 50 are illustrated below. Gas used: SiH 4 / PH 3 / B 2 H 6 Film formation temperature: 400 ° C Reaction pressure: normal pressure

【0041】[工程−320]次に、基体に相当する絶
縁層50上に、下部電極層52を形成する。即ち、絶縁
層50の上にRFマグネトロンスパッタ法にてPtから
成る下部電極層52を堆積させる。下部電極層52の厚
さを0.1〜0.2μmとした(図4の(B)参照)。
その後、例えばイオンミリング技術を用いて下部電極層
52を所望の形状にパターニングする。RFマグネトロ
ンスパッタ条件を以下に例示する。 アノード電圧:2.6kV 入力電力 :1.1〜1.6W/cm2 プロセスガス:Ar/O2=90/10 圧力 :0.7Pa 成膜温度 :600〜750゜C 堆積速度 :5〜10mm/分
[Step-320] Next, the lower electrode layer 52 is formed on the insulating layer 50 corresponding to the base. That is, the lower electrode layer 52 made of Pt is deposited on the insulating layer 50 by the RF magnetron sputtering method. The thickness of the lower electrode layer 52 was set to 0.1 to 0.2 μm (see FIG. 4B).
After that, the lower electrode layer 52 is patterned into a desired shape by using, for example, an ion milling technique. The RF magnetron sputtering conditions are exemplified below. Anode voltage: 2.6 kV Input power: 1.1 to 1.6 W / cm 2 Process gas: Ar / O 2 = 90/10 Pressure: 0.7 Pa Film forming temperature: 600 to 750 ° C Deposition rate: 5 to 10 mm / Min

【0042】[工程−330]その後、下部電極層52
上に、ビスマス−酸素結合を有するビスマス有機金属化
合物を原料として、CVD法にてビスマスを構成元素と
して含む強誘電体薄膜53を形成する。具体的には、実
施の形態2にて説明した強誘電体薄膜の形成方法と同様
の条件で、トリブトキシビスマスを原料ガスとして用い
たMOCVD法で、下部電極層52の上に、ビスマス層
状強誘電体薄膜であるBi2SrTa29から成る強誘
電体薄膜53を成膜する(図4の(C)参照)。尚、後
述する実施の形態4の[工程−420]と同様の方法
で、チタン酸ビスマスから成る強誘電体薄膜53を成膜
してもよい。
[Step-330] After that, the lower electrode layer 52 is formed.
A ferroelectric thin film 53 containing bismuth as a constituent element is formed on the above by a CVD method using a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond as a raw material. Specifically, the bismuth layered ferroelectric layer is formed on the lower electrode layer 52 by the MOCVD method using tributoxybismuth as a source gas under the same conditions as the method for forming the ferroelectric thin film described in the second embodiment. A ferroelectric thin film 53 made of Bi 2 SrTa 2 O 9 which is a dielectric thin film is formed (see FIG. 4C). The ferroelectric thin film 53 made of bismuth titanate may be formed by the same method as in [Step-420] of Embodiment 4 described later.

【0043】[工程−340]その後、強誘電体薄膜5
3上に上部電極層54を形成する。上部電極層54はP
tから成り、[工程−320]と同様の方法で成膜する
ことができる。
[Step-340] Then, the ferroelectric thin film 5
The upper electrode layer 54 is formed on the upper surface 3. The upper electrode layer 54 is P
and can be formed by the same method as in [Step-320].

【0044】[工程−350]次に、例えばイオンミリ
ング技術を用いてPtから成る上部電極層54を所望の
形状にパターニングし、更に、RIE法で強誘電体薄膜
53をパターニングする。こうして、図5の(A)に示
すキャパシタ構造を得ることができる。
[Step-350] Next, the upper electrode layer 54 made of Pt is patterned into a desired shape by using, for example, the ion milling technique, and further, the ferroelectric thin film 53 is patterned by the RIE method. Thus, the capacitor structure shown in FIG. 5A can be obtained.

【0045】[工程−360]次に、絶縁層50、下部
電極層52及び上部電極層54の上に、例えばBPSG
から成る上層絶縁層60を形成する。尚、上層絶縁層6
0の形成後、上層絶縁層60を平坦化処理することが望
ましい。そして、一方のソース・ドレイン領域44の上
方の絶縁層50及び上層絶縁層60に、フォトリソグラ
フィ技術及びエッチング技術を用いて、開口部61を形
成する。また、下部電極層52の上方並びに上部電極層
54の上方の上層絶縁層60にも開口部62,63を形
成する(図5の(B)参照)。
[Step-360] Next, for example, BPSG is formed on the insulating layer 50, the lower electrode layer 52 and the upper electrode layer 54.
An upper insulating layer 60 of is formed. The upper insulating layer 6
After forming 0, the upper insulating layer 60 is preferably flattened. Then, the opening 61 is formed in the insulating layer 50 and the upper insulating layer 60 above the one source / drain region 44 by using the photolithography technique and the etching technique. Further, openings 62 and 63 are formed in the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52 and above the upper electrode layer 54 (see FIG. 5B).

【0046】[工程−370]そして、各開口部61,
62,63内を含む上層絶縁層60上に、例えば、Ti
層及びTiN層をスパッタ法にて成膜した後、TiN層
上にアルミニウム系合金(例えばAl−1%Si)から
成る配線材料層64を所謂高温アルミニウムスパッタ法
にて形成する(図6参照)。Ti層、TiN層及びアル
ミニウム系合金から成る配線材料層の成膜条件を以下に
例示する。尚、Ti層及びTiN層を形成する理由は、
オーミックな低コンタクト抵抗を得ること、アルミニウ
ム系合金から成る配線材料層による半導体基板40の損
傷発生の防止、アルミニウム系合金の濡れ性改善のため
である。 Ti層(厚さ:20nm) プロセスガス:Ar=35sccm 圧力 :0.52Pa RFパワー :2kW 基板の加熱 :無し TiN層(厚さ:100nm) プロセスガス:N2/Ar=100/35sccm 圧力 :1.0Pa RFパワー :6kW 基板の加熱 :無し アルミニウム系合金から成る配線材料層 プロセスガス:Ar=100sccm 圧力 :0.26Pa RFパワー :15kW 基板加熱温度:475゜C
[Step-370] Then, the openings 61,
On the upper insulating layer 60 including the insides of 62 and 63, for example, Ti
After the TiN layer and the TiN layer are formed by the sputtering method, the wiring material layer 64 made of an aluminum alloy (for example, Al-1% Si) is formed on the TiN layer by the so-called high temperature aluminum sputtering method (see FIG. 6). . The film forming conditions for the Ti layer, the TiN layer, and the wiring material layer made of an aluminum alloy are illustrated below. The reason for forming the Ti layer and the TiN layer is as follows.
This is for obtaining an ohmic low contact resistance, preventing damage to the semiconductor substrate 40 due to the wiring material layer made of an aluminum alloy, and improving wettability of the aluminum alloy. Ti layer (thickness: 20 nm) Process gas: Ar = 35 sccm Pressure: 0.52 Pa RF power: 2 kW Substrate heating: None TiN layer (thickness: 100 nm) Process gas: N 2 / Ar = 100/35 sccm Pressure: 1 0.0Pa RF power: 6kW Substrate heating: None Wiring material layer made of aluminum alloy Process gas: Ar = 100sccm Pressure: 0.26Pa RF power: 15kW Substrate heating temperature: 475 ° C

【0047】こうして、開口部61,62,63には、
アルミニウム系合金が埋め込まれ、コンタクトプラグ6
5,66,67が形成される(図6参照)。尚、図3及
び図6においては、TiN層及びTi層の図示は省略し
た。その後、上層絶縁層60の上の配線材料層64、T
iN層、Ti層をパターニングして、第1の配線層6
8、第2の配線層69を形成する(図3の(A)参
照)。
Thus, in the openings 61, 62, 63,
Aluminum-based alloy embedded, contact plug 6
5, 66, 67 are formed (see FIG. 6). The TiN layer and the Ti layer are not shown in FIGS. 3 and 6. After that, the wiring material layer 64, T on the upper insulating layer 60,
The first wiring layer 6 is formed by patterning the iN layer and the Ti layer.
8, the second wiring layer 69 is formed (see FIG. 3A).

【0048】アルミニウム系合金から成る配線材料層の
成膜を所謂高温アルミニウムスパッタ法にて行ったが、
このような成膜方法に限定されるものではなく、所謂高
温リフロー法や高圧リフロー法にて行うこともできる。
高温リフロー法においては、以下に例示する条件でアル
ミニウム系合金から成る配線材料層を上層絶縁層60上
に堆積させる。 プロセスガス : Ar=100sccm DCパワー : 20kW スパッタ圧力 : 0.4Pa 基板加熱温度 : 150゜C
The wiring material layer made of an aluminum alloy was formed by a so-called high temperature aluminum sputtering method.
The method is not limited to such a film forming method, and may be a so-called high temperature reflow method or high pressure reflow method.
In the high temperature reflow method, a wiring material layer made of an aluminum alloy is deposited on the upper insulating layer 60 under the conditions exemplified below. Process gas: Ar = 100 sccm DC power: 20 kW Sputtering pressure: 0.4 Pa Substrate heating temperature: 150 ° C.

【0049】その後、半導体基板40を約500゜Cに
加熱する。これによって、上層絶縁層60上に堆積した
アルミニウム系合金から成る配線材料層は流動状態とな
り、開口部61,62,63の内に流入し、開口部6
1,62,63はアルミニウム系合金で確実に埋め込ま
れ、コンタクトプラグ65,66,67が形成される。
一方、上層絶縁層60の上にはアルミニウム系合金から
成る配線材料層が残される。加熱条件を、例えば以下の
とおりとすることができる。 加熱方式 : 基板裏面ガス加熱 加熱温度 : 500゜C 加熱時間 : 2分 プロセスガス : Ar=100sccm プロセスガス圧力: 1.1×103Pa
After that, the semiconductor substrate 40 is heated to about 500.degree. As a result, the wiring material layer made of an aluminum-based alloy deposited on the upper insulating layer 60 is brought into a fluid state, flows into the openings 61, 62, 63, and the opening 6
1, 62 and 63 are surely filled with an aluminum alloy to form contact plugs 65, 66 and 67.
On the other hand, a wiring material layer made of an aluminum alloy is left on the upper insulating layer 60. The heating conditions can be set as follows, for example. Heating method: Substrate backside gas heating Heating temperature: 500 ° C Heating time: 2 minutes Process gas: Ar = 100 sccm Process gas pressure: 1.1 × 10 3 Pa

【0050】ここで、基板裏面ガス加熱方式とは、半導
体基板40の裏面に配置したヒーターブロックを所定の
温度(加熱温度)に加熱し、ヒーターブロックと半導体
基板40の裏面の間にプロセスガスを導入することによ
って半導体基板40を加熱する方式である。加熱方式と
しては、この方式以外にもランプ加熱方式等を用いるこ
とができる。
Here, the substrate backside gas heating method is to heat a heater block arranged on the backside of the semiconductor substrate 40 to a predetermined temperature (heating temperature), and to supply process gas between the heater block and the backside of the semiconductor substrate 40. This is a method of heating the semiconductor substrate 40 by introducing it. As the heating method, other than this method, a lamp heating method or the like can be used.

【0051】高温リフロー法の代わりに高圧リフロー法
を採用することもできる。この場合、以下に例示する条
件にてリフロー処理を行う。 基板加熱温度:400゜C 加熱時間 :2分 加熱雰囲気 :アルゴンガス 雰囲気の圧力:106Pa以上
A high pressure reflow method may be used instead of the high temperature reflow method. In this case, the reflow process is performed under the conditions exemplified below. Substrate heating temperature: 400 ° C Heating time: 2 minutes Heating atmosphere: Argon gas Atmospheric pressure: 10 6 Pa or more

【0052】実施の形態3においては、下部電極層をP
tから構成する代わりに、例えば、ペロブスカイト構造
を有するLa−Sr−Co−O(LSCO)単独、ある
いは下からLSCO/Ptの2層から構成することもで
きる。この場合のパルスレーザアブレーション法による
LSCOの成膜条件を以下に例示する。 ターゲット:LSCO 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、3Hz) 出力エネルギー:400mJ(1.1J/cm2) 成膜温度 :550〜600゜C 酸素分圧 :40〜120Pa
In the third embodiment, the lower electrode layer is made of P
Instead of being composed of t, for example, La-Sr-Co-O (LSCO) having a perovskite structure may be used alone or may be composed of two layers of LSCO / Pt from the bottom. The LSCO film forming conditions by the pulse laser ablation method in this case are illustrated below. Target: LSCO Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 3 Hz) Output energy: 400 mJ (1.1 J / cm 2 ) Film formation temperature: 550 to 600 ° C Oxygen partial pressure: 40 to 120 Pa

【0053】(実施の形態4)実施の形態4は、本発明
の酸化物膜の形成方法、及び半導体素子のキャパシタ構
造の作製方法に関する。
(Embodiment 4) Embodiment 4 relates to a method for forming an oxide film and a method for manufacturing a capacitor structure of a semiconductor device according to the present invention.

【0054】強誘電体キャパシタの蓄積電荷量の変化を
検出する方式の不揮発性メモリセルにおいては、強誘電
体薄膜の残留分極±Prを如何に高くし、且つ残留分極
±Prを高い状態に維持するかが極めて重要な技術的課
題である。強誘電体薄膜の残留分極±Prを高くするこ
とによって、”0”又は”1”のデータのどちらのデー
タを半導体メモリセルが保持しているかをより容易に且
つ確実に検出することが可能になる。そのためには、下
部電極層上に強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させる
必要がある。
In the non-volatile memory cell of the type which detects the change in the accumulated charge amount of the ferroelectric capacitor, the residual polarization ± P r of the ferroelectric thin film is set high and the residual polarization ± P r is high. How to maintain is a very important technical issue. By increasing the remanent polarization ± P r of the ferroelectric thin film, it is possible to more easily and reliably detect which data, "0" or "1", the semiconductor memory cell holds. become. For that purpose, it is necessary to epitaxially grow the ferroelectric thin film on the lower electrode layer.

【0055】下部電極層52をPt(100)から構成
した場合、Pt(100)の格子面間隔は、例えば、B
2SrTa29、Bi4SrTi415、Bi2SrTi
29等の格子面間隔と整合している。従って、Pt(1
00)上にはこれらの強誘電体材料をエピタキシャル成
長させることができ、Pt(100)上に成膜されたこ
れらの強誘電体薄膜の残留分極±Prを高くすることが
可能である。しかしながら、Pt(100)を、PBS
G等のアモルファス材料から成る絶縁層50上に形成す
ることはできない。それ故、これらの強誘電体薄膜の残
留分極±Prを高くすることができないという問題があ
る。
When the lower electrode layer 52 is composed of Pt (100), the lattice plane spacing of Pt (100) is, for example, B
i 2 SrTa 2 O 9 , Bi 4 SrTi 4 O 15 , Bi 2 SrTi
It matches the lattice plane spacing of 2 O 9 or the like. Therefore, Pt (1
These ferroelectric materials can be epitaxially grown on (00) and the remanent polarization ± P r of these ferroelectric thin films formed on Pt (100) can be increased. However, Pt (100)
It cannot be formed on the insulating layer 50 made of an amorphous material such as G. Therefore, there is a problem that the remanent polarization ± P r of these ferroelectric thin films cannot be increased.

【0056】例えば、文献 "Ferroelectric La-Sr-Co-O
/Pb-Zr-Ti-O/La-Sr-Co-O heterostructure on silicon
via template growth", R. Ramesh, et al., Appl. Phy
s. Lett. 63 (26), 27 December 1993, pp. 3592-3594
(以下、文献2と呼ぶ)、文献 "Template Approaches
to Growth of Oriented Oxide Heterostructures onSiO
2/Si", Journal Of Electronic Materials, Vol. 23, N
o. 1, 1994, pp. 19-23 (以下、文献3と呼ぶ)には、
シリコン基板の上若しくはシリコン基板上に形成された
SiO2の上に、イットリウム(Y)を添加した安定化
ジルコニア(以下、YSZと略す)、c軸に配向したペ
ロブスカイト構造を有するチタン酸ビスマス(BTO)
から成るテンプレート層、ペロブスカイト構造を有する
La−Sr−Co−O(LSCO)から成る下部電極
層、PLZTから成る強誘電体薄膜、LSCOから成る
上部電極層から構成された強誘電体キャパシタが開示さ
れている。BTOから成るテンプレート層を設けない場
合、即ち、YSZ若しくはSiO2上に直接LSCO/
PLZT/LSCOを形成した場合、LSCO/PLZ
T/LSCOは[110]方位を有し、この状態ではP
LZTは低い残留分極しか示さない。然るに、BTOか
ら成るテンプレート層を形成した場合、LSCO/PL
ZT/LSCOは[001]方位を有し、この状態では
PLZTは高い残留分極を示す。
For example, the document "Ferroelectric La-Sr-Co-O"
/ Pb-Zr-Ti-O / La-Sr-Co-O heterostructure on silicon
via template growth ", R. Ramesh, et al., Appl. Phy
s. Lett. 63 (26), 27 December 1993, pp. 3592-3594
(Hereinafter referred to as Reference 2), reference "Template Approaches"
to Growth of Oriented Oxide Heterostructures on SiO
2 / Si ", Journal Of Electronic Materials, Vol. 23, N
o. 1, 1994, pp. 19-23 (hereinafter referred to as reference 3),
Yttrium (Y) -added stabilized zirconia (hereinafter abbreviated as YSZ) on a silicon substrate or SiO 2 formed on the silicon substrate, and bismuth titanate (BTO) having a perovskite structure oriented along the c-axis. )
Disclosed is a ferroelectric capacitor composed of a template layer made of, a lower electrode layer made of La-Sr-Co-O (LSCO) having a perovskite structure, a ferroelectric thin film made of PLZT, and an upper electrode layer made of LSCO. ing. When the template layer made of BTO is not provided, that is, LSCO / directly on YSZ or SiO 2.
When PLZT / LSCO is formed, LSCO / PLZ
T / LSCO has a [110] orientation, and in this state P
LZT exhibits low remanent polarization. However, when a template layer made of BTO is formed, LSCO / PL
ZT / LSCO has a [001] orientation, and in this state PLZT exhibits a high remanent polarization.

【0057】これらの文献2及び文献3に示された下部
電極を構成する材料であるLSCOの室温における比抵
抗率は90〜200μΩcmと高い値であり、出来る限
り比抵抗率の低い材料、例えばPt{100}から下部
電極を構成することが好ましい。BTOの格子定数は、
a=5.41オングストローム、b=5.43オングス
トローム、c=32.82オングストロームである。ま
た、白金Ptは面心立方構造を有し、格子定数は、a=
b=c=3.92オングストロームである。即ち、BT
Oの(110)格子面間隔は、Pt{100}の格子面
間隔とほぼ等しい。従って、c軸に配向したBTOから
成るテンプレート層(以下、バッファ層と呼ぶ)上にP
tから成る下部電極層を形成すれば、下部電極層はPt
{100}から構成され得る。
The resistivity of the LSCO, which is the material forming the lower electrode shown in Documents 2 and 3, is as high as 90 to 200 μΩcm at room temperature, and the material having the lowest resistivity, for example, Pt. It is preferable to form the lower electrode from {100}. The lattice constant of BTO is
a = 5.41 angstrom, b = 5.43 angstrom, and c = 32.82 angstrom. Further, platinum Pt has a face-centered cubic structure, and the lattice constant is a =
b = c = 3.92 angstrom. That is, BT
The (110) lattice spacing of O is almost equal to the lattice spacing of Pt {100}. Therefore, P is formed on the template layer (hereinafter referred to as a buffer layer) made of BTO oriented in the c-axis.
If a lower electrode layer made of t is formed, the lower electrode layer is Pt.
It may be composed of {100}.

【0058】Bi系層状構造ペロブスカイト型の強誘電
体材料のa軸及びb軸の格子定数(単位:オングストロ
ーム)並びに(110)格子面間隔(単位:オングスト
ローム)を以下に例示するが、これらの値は、Pt{1
00}の格子面間隔とほぼ一致している。
The lattice constants (unit: angstrom) and the (110) lattice spacing (unit: angstrom) of the a-axis and the b-axis of the Bi-based layered structure perovskite-type ferroelectric material are exemplified below. Is Pt {1
00} is almost the same as the lattice spacing.

【0059】[0059]

【表2】 強誘電体材料名 格子定数 格子面間隔 Bi2SrTa29 5.512 3.898 Bi2SrNb29 5.500 3.889 Bi2BaTa29 5.556 3.929 Bi4SrTi415 5.420 3.833[Table 2] Ferroelectric material name Lattice constant Lattice spacing Bi 2 SrTa 2 O 9 5.512 3.898 Bi 2 SrNb 2 O 9 5.500 3.889 Bi 2 BaTa 2 O 9 5.556 3.929 Bi 4 SrTi 4 O 15 5.420 3.833

【0060】一般に、Pt{100}から成る下部電極
層の格子面間隔と、強誘電体薄膜を構成する材料の格子
面間隔の差が3%以内ならば、下部電極層上に強誘電体
薄膜をエピタキシャル成長させることができる。従っ
て、Pt{100}から成る下部電極層上に、Bi系層
状構造ペロブスカイト型の強誘電体材料から成る強誘電
体薄膜をエピタキシャル成長させることができる。その
結果、下部電極層上に形成された強誘電体薄膜には高い
残留分極±Prを付与することができ、優れた性能を有
する半導体素子を作製することが可能になる。
Generally, if the difference between the lattice spacing of the lower electrode layer made of Pt {100} and the lattice spacing of the material forming the ferroelectric thin film is within 3%, the ferroelectric thin film is formed on the lower electrode layer. Can be epitaxially grown. Therefore, a ferroelectric thin film made of a Bi-based layered structure perovskite type ferroelectric material can be epitaxially grown on the lower electrode layer made of Pt {100}. As a result, a high residual polarization ± P r can be imparted to the ferroelectric thin film formed on the lower electrode layer, and a semiconductor element having excellent performance can be manufactured.

【0061】また、白金の比抵抗率は15〜20μΩc
mであり、LSCOより低抵抗であるため、半導体素子
においては好ましい材料である。
The resistivity of platinum is 15 to 20 μΩc.
m, which has a lower resistance than LSCO, and is a preferable material for semiconductor devices.

【0062】実施の形態3にて説明した半導体素子にお
いては、基体に相当する絶縁層50の上にPtから成る
下部電極層52を形成した。これに対して、実施の形態
4においては、半導体素子は、下部電極層52、Bi系
層状構造ペロブスカイト型の強誘電体薄膜53及び上部
電極層54が積層されたキャパシタ構造、及び下部電極
層52の下に形成されたBi系層状構造ペロブスカイト
型のバッファ層51(基体に相当する)を有し、このバ
ッファ層51はビスマスを構成元素とした酸化物膜から
構成されている。実施の形態4の半導体素子のキャパシ
タ構造の形成方法に基づき作製された半導体素子の模式
的な一部断面図を図8の(B)に示す。
In the semiconductor element described in the third embodiment, the lower electrode layer 52 made of Pt is formed on the insulating layer 50 corresponding to the base. On the other hand, in the fourth embodiment, the semiconductor element has a capacitor structure in which the lower electrode layer 52, the Bi-based layered structure perovskite type ferroelectric thin film 53 and the upper electrode layer 54 are laminated, and the lower electrode layer 52. There is a Bi-based layered structure perovskite type buffer layer 51 (corresponding to the substrate) formed underneath, and the buffer layer 51 is composed of an oxide film containing bismuth as a constituent element. FIG. 8B shows a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element manufactured based on the method for forming the capacitor structure of the semiconductor element according to the fourth embodiment.

【0063】実施の形態4の半導体素子のキャパシタ構
造においては、より具体的には、基体に層とするバッフ
ァ層51が、BPSGから成る絶縁層50上に形成され
ている。バッファ層51は、c軸に配向したBi系層状
構造ペロブスカイト型のBi4Ti312(BTO)から
成る酸化物膜から構成されている。更に、Pt{10
0}から成る下部電極層52が、バッファ層51上に形
成されている。また、エピタキシャル成長にて下部電極
層52上に形成された強誘電体薄膜53は、実施の形態
4においても、Bi2SrTa29から成る。更に、P
t{100}から成る上部電極層54が、強誘電体薄膜
53上に形成されている。これらの点を除き、実施の形
態4の半導体素子の構造は、実施の形態3の半導体素子
の構造と実質的に同一である。実施の形態4の半導体素
子のキャパシタ構造の形成方法を含む半導体素子の製造
方法を、半導体基板等の模式的な一部断面図である図7
及び図8を参照して、以下、説明する。
More specifically, in the capacitor structure of the semiconductor device of the fourth embodiment, buffer layer 51 serving as a base layer is formed on insulating layer 50 made of BPSG. The buffer layer 51 is composed of an oxide film of Bi-based layered structure perovskite type Bi 4 Ti 3 O 12 (BTO) oriented in the c-axis. Furthermore, Pt {10
0} of lower electrode layer 52 is formed on the buffer layer 51. Further, the ferroelectric thin film 53 formed on the lower electrode layer 52 by epitaxial growth is made of Bi 2 SrTa 2 O 9 also in the fourth embodiment. Further, P
An upper electrode layer 54 made of t {100} is formed on the ferroelectric thin film 53. Except for these points, the structure of the semiconductor device of the fourth embodiment is substantially the same as the structure of the semiconductor device of the third embodiment. FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like showing a method for manufacturing a semiconductor element including a method for forming a capacitor structure for a semiconductor element according to a fourth embodiment.
This will be described below with reference to FIG.

【0064】[工程−400]先ず、実施の形態3の
[工程−300]と同様に、シリコン半導体基板から成
る半導体基板40に、公知の方法に基づき素子分離領域
41、ゲート酸化膜42、ゲート電極43、ソース・ド
レイン領域44及びチャネル領域45を形成する。
[Step-400] First, as in the case of [Step-300] of the third embodiment, the element isolation region 41, the gate oxide film 42, and the gate are formed on the semiconductor substrate 40 made of a silicon semiconductor substrate by a known method. An electrode 43, a source / drain region 44 and a channel region 45 are formed.

【0065】[工程−410]次に、実施の形態3の
[工程−310]と同様に、半導体基板40上にアモル
ファス材料から成る絶縁層50を形成する。即ち、例え
ばアモルファス材料であるBPSGから成る絶縁層50
を例えばCVD法にて全面に堆積させる。こうして、図
7の(A)に示す構造を得ることができる。
[Step-410] Next, as in [Step-310] of the third embodiment, the insulating layer 50 made of an amorphous material is formed on the semiconductor substrate 40. That is, for example, the insulating layer 50 made of BPSG which is an amorphous material.
Is deposited on the entire surface by, for example, the CVD method. Thus, the structure shown in FIG. 7A can be obtained.

【0066】[工程−420]次に、絶縁層50上に、
ビスマス−酸素結合を有するビスマス有機金属化合物を
原料として、CVD法にて、ビスマスを構成元素として
含む酸化物膜であるバッファ層51(基体に相当する)
を形成する。具体的には、以下に説明する酸化物膜の形
成方法で、チタン酸ビスマスBi4Ti312から成り高
配向性を有する(即ち、c軸に配向した)バッファ層5
1を絶縁層50上に成膜する(図7の(B)参照)。バ
ッファ層51の厚さを0.01〜0.02μmとした。
[Step-420] Next, on the insulating layer 50,
A buffer layer 51 (corresponding to a substrate) which is an oxide film containing bismuth as a constituent element by a CVD method using a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond as a raw material.
To form Specifically, according to the oxide film forming method described below, the buffer layer 5 made of bismuth titanate Bi 4 Ti 3 O 12 and having high orientation (that is, c-axis oriented) is used.
1 is deposited on the insulating layer 50 (see FIG. 7B). The thickness of the buffer layer 51 was 0.01 to 0.02 μm.

【0067】図1に示すように、バッファ層51の成膜
に際しては、トリブトキシビスマスを原料容器10に充
填し、原料容器10内のトリブトキシビスマスを80〜
110゜Cに加熱する。流量50〜100ccのアルゴ
ンガスを原料容器10内に導入し、加熱減圧下でトリブ
トキシビスマスを昇華させる。そして、約110゜Cに
保持した配管14を介して、気化したトリブトキシビス
マスをMOCVD反応室20に送る。
As shown in FIG. 1, when forming the buffer layer 51, the raw material container 10 is filled with tributoxy bismuth, and the tributoxy bismuth in the raw material container 10 is adjusted to 80 to 80%.
Heat to 110 ° C. Argon gas having a flow rate of 50 to 100 cc is introduced into the raw material container 10 to sublimate tributoxybismuth under heating and reduced pressure. Then, the vaporized tributoxybismuth is sent to the MOCVD reaction chamber 20 through the pipe 14 maintained at about 110 ° C.

【0068】一方、テトライソプロポキシチタンを原料
容器12に充填し、原料容器12内のテトライソプロポ
キシチタンを約40゜Cに加熱する。流量50ccのア
ルゴンガスを原料容器12内に導入し、加熱減圧下で液
体となっているテトライソプロポキシチタンをバブリン
グする。そして、約80゜Cに保持した配管15に気化
したテトライソプロポキシチタンを導入して、配管14
を経由してMOCVD反応室20に送る。
On the other hand, tetraisopropoxy titanium is filled in the raw material container 12 and the tetraisopropoxy titanium in the raw material container 12 is heated to about 40 ° C. Argon gas having a flow rate of 50 cc is introduced into the raw material container 12, and tetraisopropoxytitanium, which is liquid under heating and reduced pressure, is bubbled. Then, vaporized tetraisopropoxy titanium is introduced into the pipe 15 kept at about 80 ° C.
To the MOCVD reaction chamber 20 via.

【0069】MOCVD反応室20内の基体ステージ上
に載置された基体30を400〜800゜Cに加熱し、
MOCVD反応室20内に、ガス状のトリブトキシビス
マス、ガス状のテトライソプロポキシチタンガス、酸素
ガス及び希釈用アルゴンガスを導入すると、基体30上
に、チタン酸ビスマス(Bi4Ti312)から成る酸化
物膜が形成される。即ち、チタン酸ビスマス(Bi4
312)から成り高配向性を有する(即ち、c軸に配
向した)バッファ層51(基体に相当する)を、絶縁層
50上に成膜することができる。
The substrate 30 placed on the substrate stage in the MOCVD reaction chamber 20 is heated to 400 to 800 ° C.
When gaseous tributoxybismuth, gaseous tetraisopropoxytitanium gas, oxygen gas and diluting argon gas are introduced into the MOCVD reaction chamber 20, bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ) is formed on the substrate 30. An oxide film of is formed. That is, bismuth titanate (Bi 4 T
A buffer layer 51 (corresponding to the substrate) made of i 3 O 12 ) and having a high orientation (that is, oriented to the c-axis) can be formed on the insulating layer 50.

【0070】尚、バッファ層51を、実施の形態2と同
様の方法で成膜したBi2SrTa29から構成するこ
ともできる。
The buffer layer 51 may be made of Bi 2 SrTa 2 O 9 formed by the same method as in the second embodiment.

【0071】[工程−430]その後、バッファ層51
上に下部電極層52を形成する。即ち、バッファ層51
の上にRFマグネトロンスパッタ法にてPtから成り高
配向性を有する下部電極層52を堆積させる。下部電極
層52の厚さを0.1〜0.2μmとした。RFマグネ
トロンスパッタ条件は、実施の形態3の[工程−32
0]と同様とすることができる。尚、Ptから成る下部
電極層52は{100}面を有する。言い換えれば、下
部電極層52を構成する白金Ptの{100}面は、バ
ッファ層51の表面に対して平行に形成されている。
[Step-430] Then, the buffer layer 51
A lower electrode layer 52 is formed on top. That is, the buffer layer 51
A lower electrode layer 52 made of Pt and having a high orientation is deposited thereon by RF magnetron sputtering. The thickness of the lower electrode layer 52 was set to 0.1 to 0.2 μm. The RF magnetron sputtering conditions are [Step-32 of Embodiment 3].
0]. The lower electrode layer 52 made of Pt has a {100} plane. In other words, the {100} plane of platinum Pt forming the lower electrode layer 52 is formed parallel to the surface of the buffer layer 51.

【0072】その後、例えばイオンミリング技術を用い
て下部電極層52を所望の形状にパターニングし、更
に、例えばRIE法にてBTOから成る酸化物膜である
バッファ層51を所望の形状にパターニングする(図7
の(C)参照)。
After that, the lower electrode layer 52 is patterned into a desired shape by using, for example, an ion milling technique, and further, the buffer layer 51 which is an oxide film made of BTO is patterned into a desired shape by, for example, the RIE method ( Figure 7
(See (C)).

【0073】尚、Pt{100}から成る下部電極層を
パルスレーザ堆積法によって成膜することも可能であ
る。パルスレーザ堆積法によるPt{100}の成膜条
件を、以下に例示する。 パルスレーザ堆積法による成膜条件 ターゲット:Pt 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、5Hz、1.1J/cm2) 成膜温度 :500〜600゜C
It is also possible to form the lower electrode layer made of Pt {100} by the pulse laser deposition method. The film forming conditions of Pt {100} by the pulse laser deposition method are illustrated below. Film forming conditions by pulsed laser deposition method Target: Pt Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 5 Hz, 1.1 J / cm 2 ) Film formation temperature: 500 to 600 ° C

【0074】[工程−440]次いで、下部電極層52
上に、実施の形態2と同様の方法で、Bi2SrTa2
9から成る強誘電体薄膜53をエピタキシャル成長させ
る。尚、下部電極層52の表面に対するエピタキシャル
成長したBi2SrTa29から成る強誘電体薄膜53
の方位は[110]である。
[Step-440] Next, the lower electrode layer 52.
In the same manner as in the second embodiment, Bi 2 SrTa 2 O is added to the above.
A ferroelectric thin film 53 made of 9 is epitaxially grown. A ferroelectric thin film 53 made of Bi 2 SrTa 2 O 9 epitaxially grown on the surface of the lower electrode layer 52.
The azimuth is [110].

【0075】尚、[工程−420]と同様に、トリブト
キシビスマスを原料ガスとして用いたMOCVD法で、
下部電極層52の上に、Bi系層状構造ペロブスカイト
型のBi4Ti312(BTO)から成る強誘電体薄膜を
成膜することもできる。
In the same manner as in [Step-420], the MOCVD method using tributoxybismuth as a raw material gas
On the lower electrode layer 52, a ferroelectric thin film made of Bi-based layered structure perovskite type Bi 4 Ti 3 O 12 (BTO) may be formed.

【0076】更には、PZTから成る強誘電体薄膜を、
下部電極層52上で、マグネトロンスパッタ法にてエピ
タキシャル成長させることもできる。成膜条件を以下に
例示する。PZTから成る強誘電体薄膜は(100)面
を有する。言い換えれば、下部電極層52の表面に対す
るエピタキシャル成長したPZTから成る強誘電体薄膜
の方位は[100]である。尚、ターゲットをPLZT
に交換すれば、PLZTから成る強誘電体薄膜を下部電
極層52上でエピタキシャル成長させることができる。 ターゲット :PZT プロセスガス :Ar/O2=90体積%/10体積% 圧力 :4Pa パワー :50W 成膜温度 :500゜C 強誘電体薄膜の厚さ :0.1〜0.3μm
Furthermore, a ferroelectric thin film made of PZT is
It is also possible to epitaxially grow on the lower electrode layer 52 by a magnetron sputtering method. The film forming conditions are exemplified below. The ferroelectric thin film made of PZT has a (100) plane. In other words, the orientation of the epitaxially grown PZT ferroelectric thin film with respect to the surface of the lower electrode layer 52 is [100]. The target is PLZT
By exchanging with, the ferroelectric thin film made of PLZT can be epitaxially grown on the lower electrode layer 52. Target: PZT process gas: Ar / O 2 = 90% by volume / 10% by volume Pressure: 4 Pa Power: 50 W Film formation temperature: 500 ° C Thickness of ferroelectric thin film: 0.1-0.3 μm

【0077】あるいは又、PZTあるいはPLZTから
成る強誘電体薄膜をパルスレーザアブレーション法にて
形成することもできる。この場合の成膜条件を以下に例
示する。 ターゲット:PZT又はPLZT 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、3Hz) 出力エネルギー:400mJ(1.1J/cm2) 成膜温度 :550〜600゜C 酸素分圧 :40〜120Pa
Alternatively, a ferroelectric thin film made of PZT or PLZT can be formed by the pulse laser ablation method. The film forming conditions in this case are exemplified below. Target: PZT or PLZT Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 3 Hz) Output energy: 400 mJ (1.1 J / cm 2 ) Film formation temperature: 550 to 600 ° C Oxygen partial pressure: 40 to 120 Pa

【0078】あるいは又、強誘電体薄膜をBi2SrT
29から構成し、パルスレーザアブレーション法にて
形成することもできる。Bi2SrTa29から成る強
誘電体薄膜の成膜条件を以下に例示する。尚、Bi2
rTa29の成膜後、800゜C×1時間、酸素雰囲気
中でポストベーキングを行うことが望ましい。 ターゲット:Bi2SrTa29 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、5Hz) 成膜温度 :500゜C 酸素分圧 :3Pa
Alternatively, the ferroelectric thin film is made of Bi 2 SrT.
It can also be formed of a 2 O 9 and formed by a pulse laser ablation method. The film forming conditions for the ferroelectric thin film made of Bi 2 SrTa 2 O 9 will be illustrated below. In addition, Bi 2 S
After the film formation of rTa 2 O 9 , it is desirable to carry out post-baking in an oxygen atmosphere at 800 ° C. for 1 hour. Target: Bi 2 SrTa 2 O 9 Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25nsec, 5Hz) Film formation temperature: 500 ° C Oxygen partial pressure: 3Pa

【0079】[工程−450]その後、強誘電体薄膜5
3上に上部電極層54を形成する。上部電極層54はP
t{100}から成り、実施の形態3の[工程−32
0]と同様の方法で成膜することができる。
[Step-450] After that, the ferroelectric thin film 5
The upper electrode layer 54 is formed on the upper surface 3. The upper electrode layer 54 is P
t {100}, and [Process-32 of the third embodiment.
0] can be used to form a film.

【0080】[工程−460]次に、例えばイオンミリ
ング技術を用いてPtから成る上部電極層54を所望の
形状にパターニングし、更にRIE法で強誘電体薄膜5
3をパターニングする。こうして、図8の(A)に示す
構造の半導体素子のキャパシタ構造を得ることができ
る。
[Step-460] Next, the upper electrode layer 54 made of Pt is patterned into a desired shape by using, for example, an ion milling technique, and further, the ferroelectric thin film 5 is formed by RIE.
3 is patterned. Thus, the capacitor structure of the semiconductor element having the structure shown in FIG. 8A can be obtained.

【0081】[工程−470]その後、実施の形態3の
[工程−360]及び[工程−370]と同様の工程を
経て、図8の(B)に示した構造を有する半導体素子を
作製することができる。
[Step-470] After that, through steps similar to [Step-360] and [Step-370] of the third embodiment, a semiconductor element having the structure shown in FIG. 8B is manufactured. be able to.

【0082】尚、実施の形態4において、バッファ層5
1と絶縁層50の間に、例えば、酸化イットリウムY2
3を添加した酸化ジルコニウムZrO2である安定化ジ
ルコニア(YSZ)を形成してもよい。かかる下地層
は、例えば、以下に成膜条件を例示するMOCVD法又
はパルスレーザ堆積法にて形成することができる。 MOCVD法による成膜条件 ソース材料:Zr(C49O)4 Y(C111923 成膜温度 :550〜650゜C 成膜圧力 :27〜400Pa 酸素濃度 :50% パルスレーザ堆積法による成膜条件 ターゲット:ZrO2/Y 使用レーザ:KrFエキシマレーザ(波長248nm、
パルス幅25n秒、5Hz、1.1J/cm2) 成膜温度 :500゜C 酸素分圧 :3Pa
In the fourth embodiment, the buffer layer 5
1 and the insulating layer 50, for example, yttrium oxide Y 2
Stabilized zirconia (YSZ) which is zirconium oxide ZrO 2 with O 3 added may be formed. Such an underlayer can be formed by, for example, the MOCVD method or the pulse laser deposition method whose film forming conditions are exemplified below. Deposition conditions source material by MOCVD: Zr (C 4 H 9 O ) 4 Y (C 11 H 19 O 2) 3 deposition temperature: 550 to 650 ° C deposition pressure: 27~400Pa oxygen concentration: 50% Pulse Film forming conditions by laser deposition method Target: ZrO 2 / Y Laser used: KrF excimer laser (wavelength 248 nm,
Pulse width 25 nsec, 5 Hz, 1.1 J / cm 2 ) Film formation temperature: 500 ° C Oxygen partial pressure: 3 Pa

【0083】(実施の形態5)実施の形態5は、ビスマ
ス−酸素結合を有するビスマス有機金属化合物を原料と
して、CVD法にてビスマスを構成元素として含む酸化
物膜から成る超伝導体薄膜を基体上に成膜する酸化物膜
の形成方法に関する。酸化物膜は、Bi−Sr−Ca−
Cu−O系である。
(Embodiment 5) In Embodiment 5, a bismuth-organic metal compound having a bismuth-oxygen bond is used as a raw material and a superconductor thin film made of an oxide film containing bismuth as a constituent element is formed by a CVD method. The present invention relates to a method for forming an oxide film formed thereover. The oxide film is Bi-Sr-Ca-
It is a Cu-O system.

【0084】実施の形態5においては、実施の形態1に
て説明したMOCVD装置を用い、基体としてSi(1
00)を使用する。MOCVD法における原料ガスを以
下に示す。 Bi源:トリブトキシビスマス [Bi(OC(CH333] Sr源:Sr(C111922 [Sr(tmhd)2] Ca源:Ca(C111922 [Ca(tmhd)2] Cu源:Cu(C5722 [Cu(acac)2
In the fifth embodiment, the MOCVD apparatus described in the first embodiment is used and Si (1
00) is used. Raw material gases in the MOCVD method are shown below. Bi source: tributoxy bismuth [Bi (OC (CH 3 ) 3 ) 3 ] Sr source: Sr (C 11 H 19 O 2 ) 2 [Sr (tmhd) 2 ] Ca source: Ca (C 11 H 19 O 2 ). 2 [Ca (tmhd) 2 ] Cu source: Cu (C 5 H 7 O 2 ) 2 [Cu (acac) 2 ]

【0085】各原料を原料容器中で適切な温度に加熱
し、MOCVD反応室20内の基体ステージ22上に載
置されそして適切な温度に加熱されたSi(100)か
ら成る基体30上に、Arキャリアガス、酸素ガス及び
上記の各原料ガスを導入することによって、基体30上
にBi−Sr−Ca−Cu−O系の酸化膜から成る超伝
導体薄膜を成膜することができる。
Each raw material is heated to an appropriate temperature in a raw material container, placed on a substrate stage 22 in the MOCVD reaction chamber 20 and heated to an appropriate temperature on a substrate 30 made of Si (100). By introducing the Ar carrier gas, oxygen gas, and each of the above-mentioned source gases, a superconductor thin film made of a Bi—Sr—Ca—Cu—O-based oxide film can be formed on the substrate 30.

【0086】以上、本発明を好ましい実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定され
るものではない。
Although the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

【0087】Sr、Ba及びCaのソース原料として、
Sr(C111922[ジス(テトラメチルヘプタンジ
オン)ストロンチウム]、Ba(C111922[ジス
(テトラメチルヘプタンジオン)バリウム]及びCa
(C111922[ジス(テトラメチルヘプタンジオ
ン)カルシウム]を用い、Ta及びNbのソース原料と
して、Ta(OC255[ペンタエトキシタンタ
ル]、Nb(OC255[ペンタエトキシニオブ]を
用いれば、Bi2AB29(ここで、AはSr、Ba及
びCaから成る群から選ばれた1種の元素であり、Bは
Ta及びNbから成る群から選ばれた1種の元素であ
る)から成るY1系材料から構成された酸化物膜をMO
CVD法にて基体上に成膜することができる。尚、元素
A/Bの組み合わせとして、Sr/Taだけでなく、S
r/Nb、Ba/Ta、Ba/Nb、Ca/Ta、Ca
/Nbを挙げることができる。
As source materials for Sr, Ba and Ca,
Sr (C 11 H 19 O 2 ) 2 [dis (tetramethylheptanedione) strontium], Ba (C 11 H 19 O 2 ) 2 [dis (tetramethylheptanedione) barium] and Ca
(C 11 H 19 O 2 ) 2 [dis (tetramethylheptanedione) calcium] is used as a source material for Ta and Nb, Ta (OC 2 H 5 ) 5 [pentaethoxytantalum], Nb (OC 2 H 5 ) 5 [pentaethoxyniobium], Bi 2 AB 2 O 9 (where A is one element selected from the group consisting of Sr, Ba and Ca, and B is a group consisting of Ta and Nb) An oxide film composed of a Y1-based material consisting of one element selected from
The film can be formed on the substrate by the CVD method. As the combination of elements A / B, not only Sr / Ta but also S
r / Nb, Ba / Ta, Ba / Nb, Ca / Ta, Ca
/ Nb can be mentioned.

【0088】本発明の半導体素子のキャパシタ構造の作
製方法において説明した半導体素子の構造は例示であ
り、適宜設計変更することが可能である。例えば、上部
電極層がプレート線を兼ねている構造とすることもでき
る。即ち、このような構造を有する半導体素子のキャパ
シタ構造においては、実施の形態3の[工程−330]
における強誘電体薄膜53の形成の後、強誘電体薄膜5
3を所望の形状にパターニングする。次いで、全面に上
層絶縁層60を形成した後、絶縁層50及び上層絶縁層
60に開口部61を形成し、下部電極層52の上方の上
層絶縁層60に開口部62を形成する。次いで、開口部
61,62内を含む上層絶縁層60の上に、順にTi
層、TiN層、アルミニウム系合金から成る配線材料層
を形成する。その後、上層絶縁層60の上の配線材料
層、TiN層、Ti層をパターニングして、アルミニウ
ム系合金から成る配線材料層等から成る第1の配線層6
8を形成する(図9の(A)参照)。その後、全面に例
えばBPSGから成る第2の絶縁層70を形成する。そ
して強誘電体薄膜53の上方の上層絶縁層60及び第2
の絶縁層70に開口部71を形成し、次いで、実施の形
態3の[工程−340]と同様に、開口部71内を含む
第2の絶縁層70上にPt膜を成膜する。その後、開口
部71内にPt膜を残し、第2の絶縁層70の上のPt
膜をパターニングする。これによって、強誘電体薄膜5
3の上にPtから成る上部電極層54Aが形成される。
しかも、この上部電極層54Aは開口部71を介して第
2の絶縁層70の上を延び、第2の配線層69Aを構成
し、プレート線としても機能する(図9の(B)参
照)。尚、上部電極層54A及び第2の配線層69Aを
アルミニウム系合金から構成することもできる。
The structure of the semiconductor element described in the manufacturing method of the capacitor structure of the semiconductor element of the present invention is an example, and the design can be appropriately changed. For example, the upper electrode layer may also serve as a plate line. That is, in the capacitor structure of the semiconductor device having such a structure, [Step-330] of the third embodiment.
After forming the ferroelectric thin film 53 in FIG.
3 is patterned into a desired shape. Next, after forming the upper insulating layer 60 on the entire surface, the opening 61 is formed in the insulating layer 50 and the upper insulating layer 60, and the opening 62 is formed in the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52. Then, Ti is sequentially formed on the upper insulating layer 60 including the insides of the openings 61 and 62.
Layer, a TiN layer, and a wiring material layer made of an aluminum alloy. After that, the wiring material layer, the TiN layer, and the Ti layer on the upper insulating layer 60 are patterned to form the first wiring layer 6 made of a wiring material layer made of an aluminum alloy or the like.
8 is formed (see FIG. 9A). After that, the second insulating layer 70 made of, for example, BPSG is formed on the entire surface. The upper insulating layer 60 above the ferroelectric thin film 53 and the second
The opening 71 is formed in the insulating layer 70, and then a Pt film is formed on the second insulating layer 70 including the inside of the opening 71 as in [Step-340] of the third embodiment. After that, the Pt film is left in the opening 71, and Pt on the second insulating layer 70 is left.
Pattern the film. As a result, the ferroelectric thin film 5
An upper electrode layer 54A made of Pt is formed on top of No. 3.
Moreover, the upper electrode layer 54A extends over the second insulating layer 70 through the opening 71 to form the second wiring layer 69A and also functions as a plate line (see FIG. 9B). . The upper electrode layer 54A and the second wiring layer 69A may be made of an aluminum alloy.

【0089】LOCOS構造を有する素子分離領域41
の代わりに、素子分離領域はトレンチ構造を有していて
もよい。ゲート電極43やビット線は、ポリシリコン層
から構成する代わりに、ポリサイドや金属シリサイドか
ら構成することもできる。絶縁層として、BPSGの代
わりに、SiO2、PSG、BSG、AsSG、PbS
G、SbSG、SOG、SiON、SiN、NSG、L
TO等の公知の絶縁材料、あるいはこれらの絶縁材料を
積層したものを挙げることができる。絶縁層の平滑化
は、例えばレジストエッチバック法等にて行ってもよ
い。強誘電体薄膜は複数の強誘電体材料が積層された構
造を有していてもよい。
Element isolation region 41 having LOCOS structure
Alternatively, the element isolation region may have a trench structure. The gate electrode 43 and the bit line may be made of polycide or metal silicide instead of being made of a polysilicon layer. As an insulating layer, instead of BPSG, SiO 2 , PSG, BSG, AsSG, PbS
G, SbSG, SOG, SiON, SiN, NSG, L
A known insulating material such as TO or a laminated material of these insulating materials can be given. The insulating layer may be smoothed by, for example, a resist etch back method. The ferroelectric thin film may have a structure in which a plurality of ferroelectric materials are laminated.

【0090】実施の形態3の[工程−370]や実施の
形態4の[工程−470]において、絶縁層50及び上
層絶縁層60に形成した開口部61にアルミニウム系合
金を埋め込むことによって、コンタクトプラグ65を形
成する代わりに、コンタクトプラグ65Aを所謂ブラン
ケットタングステンCVD法にて形成することもでき
る。そのためには、絶縁層50及び上層絶縁層60に開
口部61を形成した後、実施の形態3の[工程−37
0]と同様にTi層及びTiN層をスパッタ法で成膜す
る。その後、TiN層の上にタングステンから成る配線
材料層64Aを、以下に例示する条件のCVD法にて堆
積させる(図10の(A)参照)。 使用ガス:WF6/H2/Ar=40/400/2250sccm 圧力 :10.7kPa 成膜温度:450゜C
In the [Step-370] of the third embodiment or the [Step-470] of the fourth embodiment, the aluminum-based alloy is embedded in the openings 61 formed in the insulating layer 50 and the upper insulating layer 60 to form a contact. Instead of forming the plug 65, the contact plug 65A can be formed by a so-called blanket tungsten CVD method. For that purpose, after forming the openings 61 in the insulating layer 50 and the upper insulating layer 60, [Step-37 of the third embodiment is performed.
0], a Ti layer and a TiN layer are formed by a sputtering method. After that, the wiring material layer 64A made of tungsten is deposited on the TiN layer by the CVD method under the conditions exemplified below (see FIG. 10A). Gas used: WF 6 / H 2 / Ar = 40/400/2250 sccm Pressure: 10.7 kPa Film formation temperature: 450 ° C

【0091】その後、絶縁層50上のタングステンから
成る配線材料層64A及びTiN層、Ti層をエッチン
グして除去する(図10の(B)参照)。エッチングの
条件を、例えば以下のとおりとすることができる。 第1段階のエッチング:タングステン層のエッチング 使用ガス :SF6/Ar/He=110/90/5sccm 圧力 :46Pa RFパワー:275W 第2段階のエッチング:TiN層/Ti層のエッチング 使用ガス :Ar/Cl2=75/5sccm 圧力 :6.5Pa RFパワー:250W
After that, the wiring material layer 64A made of tungsten, the TiN layer and the Ti layer on the insulating layer 50 are removed by etching (see FIG. 10B). The etching conditions can be set as follows, for example. First-stage etching: Tungsten layer etching Working gas: SF 6 / Ar / He = 110/90/5 sccm Pressure: 46 Pa RF power: 275 W Second-stage etching: TiN layer / Ti layer etching Working gas: Ar / Cl 2 = 75/5 sccm Pressure: 6.5 Pa RF power: 250 W

【0092】こうして、開口部61にタングステンが埋
め込まれたコンタクトプラグ65Aが形成される。その
後、下部電極層52の上方並びに上部電極層54の上方
の上層絶縁層60に開口部を形成し、次いで、実施の形
態3の[工程−370]と同様に、Ti層、TiN層、
アルミニウム系合金から成る配線材料層をスパッタ法で
成膜した後、これらの各層をパターニングし、第1の配
線層68及び第2の配線層69を形成する(図11参
照)。尚、不純物をドーピングしたポリシリコンを開口
部61内に埋め込むことで、コンタクトプラグ65Aを
形成してもよい。
In this way, the contact plug 65A in which tungsten is embedded in the opening 61 is formed. After that, openings are formed in the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52 and above the upper electrode layer 54, and then, similarly to [Step-370] of the third embodiment, a Ti layer, a TiN layer,
After forming a wiring material layer made of an aluminum alloy by a sputtering method, each of these layers is patterned to form a first wiring layer 68 and a second wiring layer 69 (see FIG. 11). The contact plug 65A may be formed by filling the opening 61 with polysilicon doped with impurities.

【0093】あるいは又、絶縁層50及び上層絶縁層6
0に開口部61を形成し、下部電極層52の上方の上層
絶縁層60に開口部62を形成する。次いで、開口部6
1,62内を含む上層絶縁層60の上に、順にTi層、
TiN層、タングステンから成る配線材料層64Aを形
成する。その後、上層絶縁層60の上のタングステンか
ら成る配線材料層64A、TiN層、Ti層をパターニ
ングして、配線材料層64A等から成る第1の配線層6
8Aを形成し、併せて、コンタクトプラグ65A,66
Aを形成してもよい。その後、上部電極層54の上方の
上層絶縁層60に開口部63を形成し、次いで、実施の
形態3の[工程−360]と同様に、Ti層、TiN
層、アルミニウム系合金から成る配線材料層をスパッタ
法で成膜した後、第2の配線層69を形成するためにこ
れらの各層をパターニングする。こうして、図12に示
す構造を得ることができる。
Alternatively, the insulating layer 50 and the upper insulating layer 6
An opening 61 is formed at 0, and an opening 62 is formed in the upper insulating layer 60 above the lower electrode layer 52. Then the opening 6
1, 62 on the upper insulating layer 60 including the inside,
A wiring material layer 64A made of a TiN layer and tungsten is formed. Then, the wiring material layer 64A made of tungsten, the TiN layer, and the Ti layer on the upper insulating layer 60 are patterned to form the first wiring layer 6 made of the wiring material layer 64A and the like.
8A is formed and, in addition, contact plugs 65A and 66 are formed.
A may be formed. After that, an opening 63 is formed in the upper insulating layer 60 above the upper electrode layer 54, and then a Ti layer and a TiN layer are formed in the same manner as in [Step-360] of the third embodiment.
After forming a layer and a wiring material layer made of an aluminum alloy by a sputtering method, these layers are patterned to form the second wiring layer 69. In this way, the structure shown in FIG. 12 can be obtained.

【0094】更には、絶縁層50に、例えばブランケッ
トタングステンCVD法にてコンタクトプラグ65Aを
形成した後、実施の形態3の[工程−320]と同様の
方法で、絶縁層50上にコンタクトプラグ65Aと接続
された下部電極層52を形成してもよい。その後、実施
の形態3の[工程−330]、[工程−340]、[工
程−350]を実行する。次いで、絶縁層50及び上部
電極層54の上に、例えばBPSGから成る上層絶縁層
60を形成する。そして、上部電極層54の上方の上層
絶縁層60に開口部を形成した後、実施の形態3の[工
程−370]と同様の方法で、開口部内にコンタクトプ
ラグ67を形成し、上層絶縁層60上に配線層69Bを
形成する。こうして、図13に示す構造を有する半導体
素子を得ることができる。
Further, after the contact plug 65A is formed on the insulating layer 50 by, for example, the blanket tungsten CVD method, the contact plug 65A is formed on the insulating layer 50 by the same method as in [Step-320] of the third embodiment. You may form the lower electrode layer 52 connected with. After that, [Step-330], [Step-340], and [Step-350] of the third embodiment are executed. Next, the upper insulating layer 60 made of, for example, BPSG is formed on the insulating layer 50 and the upper electrode layer 54. Then, after forming an opening in the upper insulating layer 60 above the upper electrode layer 54, a contact plug 67 is formed in the opening by the same method as in [Step-370] of the third embodiment, and the upper insulating layer is formed. A wiring layer 69B is formed on 60. Thus, the semiconductor element having the structure shown in FIG. 13 can be obtained.

【0095】アルミニウム系合金として、例えば、純ア
ルミニウム、Al−Si、Al−Cu、Al−Si−C
u、Al−Ge、Al−Si−Ge等の種々のアルミニ
ウム合金から構成することができる。あるいは又、アル
ミニウム系合金の代わりに、ポリシリコン、チタン、チ
タン合金、銅、銅合金、タングステン、タングステン合
金を用いて第1あるいは第2の配線層を形成することも
できる。実施の形態においては、コンタクトプラグの下
地をTi/TiNの2層構成としたが、場合によって
は、Ti、あるいはTiNの1層構成とすることもでき
る。また、コンタクトプラグは、TiW、TiNW、W
Si2、MoSi2等から構成することもできる。
Examples of aluminum alloys include pure aluminum, Al-Si, Al-Cu, and Al-Si-C.
It can be composed of various aluminum alloys such as u, Al-Ge and Al-Si-Ge. Alternatively, instead of the aluminum alloy, polysilicon, titanium, titanium alloy, copper, copper alloy, tungsten, or tungsten alloy can be used to form the first or second wiring layer. Although the underlying layer of the contact plug has a two-layer structure of Ti / TiN in the embodiment, it may have a one-layer structure of Ti or TiN in some cases. Further, the contact plugs are TiW, TiNW, W
It can also be made of Si 2 , MoSi 2, or the like.

【0096】また、コンタクトプラグ及び第1の配線層
を介して一方のソース・ドレイン領域と電気的に接続さ
れた強誘電体薄膜の代わりに、一方のソース・ドレイン
領域と電気的に接続されたコンタクトプラグに対して電
気的に接続された配線を設け、かかる配線に電気的に接
続された別の接続孔(例えばビアホール)を形成し、そ
して、この接続孔に強誘電体薄膜が電気的に接続された
態様とすることもできる。あるいは又、素子分離領域の
上に下部電極層やバッファ層を形成することで、半導体
素子におけるキャパシタ構造を形成することもできる。
この場合には、素子分離領域あるいはバッファ層が基体
に相当する。
Further, instead of the ferroelectric thin film electrically connected to one source / drain region via the contact plug and the first wiring layer, it is electrically connected to one source / drain region. A wiring electrically connected to the contact plug is provided, another connection hole (for example, a via hole) electrically connected to the wiring is formed, and the ferroelectric thin film is electrically connected to the connection hole. It may be connected. Alternatively, a capacitor structure in a semiconductor device can be formed by forming a lower electrode layer or a buffer layer on the device isolation region.
In this case, the element isolation region or the buffer layer corresponds to the base.

【0097】ビット線は、例えば、以下の方法で形成す
ることができる。即ち、実施の形態3の[工程−30
0]と[工程−310]の間において、下層絶縁層を形
成し、他方のソース・ドレイン領域44の上方の下層絶
縁層に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を
用いて開口部を形成する。そして、開口部内を含む下層
絶縁層上に例えばCVD法でポリシリコン層を堆積させ
る。これによって、開口部内にポリシリコンが埋め込ま
れたビットコンタクト部が形成される。その後、下層絶
縁層上のポリシリコン層をパターニングする。こうし
て、ビットコンタクト部を介して他方のソース・ドレイ
ン領域44に電気的に接続されたポリシリコンから成る
ビット線が形成される。その後、ビット線を含む下層絶
縁層の上に絶縁層50を形成する。尚、ビット線の形成
手順は任意であり、例えば第2の配線層を形成した後に
ビット線を形成することも可能である。
The bit line can be formed, for example, by the following method. That is, [Step-30 of the third embodiment
0] and [Step-310], a lower insulating layer is formed, and an opening is formed in the lower insulating layer above the other source / drain region 44 by using a photolithography technique and an etching technique. Then, a polysilicon layer is deposited on the lower insulating layer including the inside of the opening by, for example, the CVD method. As a result, a bit contact portion in which polysilicon is embedded in the opening is formed. Then, the polysilicon layer on the lower insulating layer is patterned. Thus, a bit line made of polysilicon electrically connected to the other source / drain region 44 through the bit contact portion is formed. After that, the insulating layer 50 is formed on the lower insulating layer including the bit line. The procedure for forming the bit line is arbitrary. For example, the bit line can be formed after forming the second wiring layer.

【0098】半導体素子としては、強誘電体薄膜を用い
た不揮発性メモリセル(所謂FERAM)のみならず、
DRAMを構成することもできる。この場合には、強誘
電体薄膜の分極のみを利用する。即ち、外部電極による
最大(飽和)分極Pmaxと外部電極が0の場合の残留分
極Prとの差(Pmax−Pr)が、電源電圧に対して一定
の比例関係を有する特性を利用する。強誘電体薄膜の分
極状態は、常に飽和分極(Pmax)と残留分極(Pr)の
間にあり、反転しない。データはリフレッシュによって
保持される。
As a semiconductor element, not only a non-volatile memory cell using a ferroelectric thin film (so-called FERAM) but also
A DRAM can also be configured. In this case, only the polarization of the ferroelectric thin film is used. That is, the characteristic that the difference (P max −P r ) between the maximum (saturation) polarization P max due to the external electrode and the remnant polarization P r when the external electrode is 0 has a constant proportional relationship with the power supply voltage To do. Polarization of the ferroelectric thin film is always located between the saturation polarization (P max) and the residual polarization (P r), not inverted. Data is held by refresh.

【0099】[0099]

【発明の効果】本発明においては、CVD法におけるソ
ース原料にビスマス−酸素結合を有するビスマス有機金
属化合物を用いることによって、原料容器の加熱温度が
80〜110゜Cと低くすることができ、長時間に亙る
加熱に対して分解による損失が少なく、しかも、広い温
度範囲(400〜800゜C)、広い圧力範囲(0.5
〜20トル)での成膜が可能となる。また、必要とされ
る原料容器の加熱温度及び配管の加熱温度を低下させる
ことができ、CVD装置全体の維持、管理が容易にな
る。これによって高品質の酸化物膜、強誘電体薄膜ある
いは半導体素子のキャパシタ構造を形成、作製すること
が可能になる。しかも、従来の材料であるトリフェニル
ビスマスを使用した場合と異なり、シリコン半導体基板
やSiO2上にも酸化ビスマスを成膜することが可能で
ある。
In the present invention, by using a bismuth-organic metal compound having a bismuth-oxygen bond as a source material in the CVD method, the heating temperature of the material container can be lowered to 80 to 110 ° C. There is little loss due to decomposition due to heating over time, and a wide temperature range (400 to 800 ° C) and a wide pressure range (0.5
The film can be formed at a pressure of up to 20 torr. In addition, the required heating temperature of the raw material container and the required heating temperature of the pipe can be lowered, and maintenance and management of the entire CVD apparatus can be facilitated. This makes it possible to form and manufacture a high-quality oxide film, a ferroelectric thin film, or a capacitor structure of a semiconductor element. Moreover, unlike the case of using triphenylbismuth which is a conventional material, it is possible to form a film of bismuth oxide on a silicon semiconductor substrate or SiO 2 .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の方法の実施に適したMOCVD装置の
概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of an MOCVD apparatus suitable for carrying out the method of the present invention.

【図2】トリブトキシビスマス及びトリフェニルビスマ
スを用いて成膜したY1系材料(Bi2SrTa29
から成る酸化物膜の成膜特性を示すグラフである。
FIG. 2 is a Y1-based material (Bi 2 SrTa 2 O 9 ) formed using tributoxybismuth and triphenylbismuth.
3 is a graph showing film formation characteristics of an oxide film made of.

【図3】実施の形態3の半導体素子のキャパシタ構造の
作製方法にて作製された半導体素子の模式的な一部断面
図、及び等価回路図である。
3A and 3B are a schematic partial cross-sectional view and an equivalent circuit diagram of a semiconductor element manufactured by a method for manufacturing a capacitor structure of a semiconductor element according to a third embodiment.

【図4】実施の形態3の半導体素子のキャパシタ構造の
作製方法を含む半導体素子の作製方法を説明するための
半導体基板等の模式的な一部断面図である。
FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure for a semiconductor element according to a third embodiment.

【図5】図4に引き続き、実施の形態3の半導体素子の
キャパシタ構造の作製方法を含む半導体素子の作製方法
を説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図で
ある。
5 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure for a semiconductor element according to a third embodiment, which is subsequent to FIG. 4;

【図6】図5に引き続き、実施の形態3の半導体素子の
キャパシタ構造の作製方法を含む半導体素子の作製方法
を説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図で
ある。
6 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure for a semiconductor element according to a third embodiment, which is subsequent to FIG. 5;

【図7】実施の形態4の半導体素子のキャパシタ構造の
作製方法を含む半導体素子の作製方法を説明するための
半導体基板等の模式的な一部断面図である。
FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure for a semiconductor element according to a fourth embodiment.

【図8】図7に引き続き、実施の形態4の半導体素子の
キャパシタ構造の作製方法を含む半導体素子の作製方法
を説明するための半導体基板等の模式的な一部断面図で
ある。
FIG. 8 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure for a semiconductor element according to a fourth embodiment, following FIG. 7;

【図9】本発明のキャパシタ構造の作製方法を含む半導
体素子の作製方法を説明するための半導体基板等の模式
的な一部断面図である。
FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure according to the present invention.

【図10】本発明のキャパシタ構造の作製方法を含む半
導体素子の作製方法を説明するための半導体基板等の模
式的な一部断面図である。
FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure according to the present invention.

【図11】図10に引き続き、本発明のキャパシタ構造
の作製方法を含む半導体素子の作製方法を説明するため
の半導体基板等の模式的な一部断面図である。
11 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure according to the present invention, following FIG. 10;

【図12】本発明のキャパシタ構造の作製方法を含む半
導体素子の作製方法を説明するための半導体基板等の模
式的な一部断面図である。
FIG. 12 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure according to the present invention.

【図13】本発明のキャパシタ構造の作製方法を含む半
導体素子の作製方法を説明するための半導体基板等の模
式的な一部断面図である。
FIG. 13 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor substrate or the like for explaining a method for manufacturing a semiconductor element including a method for manufacturing a capacitor structure according to the present invention.

【図14】強誘電体のP−Eヒステリシスループ図であ
る。
FIG. 14 is a PE hysteresis loop diagram of a ferroelectric substance.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,12・・・原料容器、11,13・・・恒温槽、
14,15・・・配管、20・・・MOCVD反応室、
22・・・基体ステージ、30・・・基体、40・・・
半導体基板、41・・・素子分離領域、42・・・ゲー
ト酸化膜、43・・・ゲート電極、44・・・ソース・
ドレイン領域、45・・・チャネル領域、50・・・絶
縁層、51・・・バッファ層、52・・・下部電極層、
53・・・強誘電体層、54,54A・・・上部電極
層、60・・・上層絶縁層、61,62,63,71・
・・開口部、64,64A・・・配線材料層、65,6
5A,66,66A,67・・・コンタクトプラグ、6
8,68A・・・第1の配線層、69,69A・・・第
2の配線層、70・・・第2の絶縁層
10, 12 ... Raw material container, 11, 13 ... Constant temperature bath,
14, 15 ... Piping, 20 ... MOCVD reaction chamber,
22 ... Base stage, 30 ... Base, 40 ...
Semiconductor substrate, 41 ... Element isolation region, 42 ... Gate oxide film, 43 ... Gate electrode, 44 ... Source
Drain region, 45 ... channel region, 50 ... insulating layer, 51 ... buffer layer, 52 ... lower electrode layer,
53 ... Ferroelectric layer, 54, 54A ... Upper electrode layer, 60 ... Upper insulating layer, 61, 62, 63, 71.
..Openings, 64, 64A ... Wiring material layers, 65, 6
5A, 66, 66A, 67 ... Contact plug, 6
8, 68A ... first wiring layer, 69,69A ... second wiring layer, 70 ... second insulating layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/8242 H01L 29/78 371 21/8247 29/788 29/792 // H01L 21/316 (72)発明者 網 隆明 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/8242 H01L 29/78 371 21/8247 29/788 29/792 // H01L 21/316 ( 72) Inventor Takaaki Ami 6-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ビスマス−酸素結合を有するビスマス有機
金属化合物を原料として、CVD法にて酸化ビスマスを
生成させることを特徴とする酸化ビスマスの生成方法。
1. A method for producing bismuth oxide, characterized in that bismuth oxide is produced by a CVD method using a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond as a raw material.
【請求項2】ビスマス−酸素結合を有するビスマス有機
金属化合物を原料として、CVD法にてビスマスを構成
元素として含む酸化物膜を形成することを特徴とする酸
化物膜の形成方法。
2. A method for forming an oxide film, which comprises forming an oxide film containing bismuth as a constituent element by a CVD method using a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond as a raw material.
【請求項3】酸化物膜は、Bi系層状構造ペロブスカイ
ト型の強誘電体材料から成ることを特徴とする請求項2
に記載の酸化物膜の形成方法。
3. The oxide film is made of a Bi-based layered structure perovskite type ferroelectric material.
The method for forming an oxide film according to item 1.
【請求項4】酸化物膜は、Y1系材料(Bi2(Sr,
Ba,Ca)(Ta,Nb)29)から成ることを特徴
とする請求項3に記載の酸化物膜の形成方法。
4. The Y1-based material (Bi 2 (Sr,
The method for forming an oxide film according to claim 3, wherein the oxide film is formed of Ba, Ca) (Ta, Nb) 2 O 9 ).
【請求項5】Y1系材料はBi2SrTa29から成る
ことを特徴とする請求項4に記載の酸化物膜の形成方
法。
5. The method for forming an oxide film according to claim 4, wherein the Y1-based material is Bi 2 SrTa 2 O 9 .
【請求項6】(イ)基体上に下部電極層を形成する工程
と、 (ロ)該下部電極層上に、ビスマス−酸素結合を有する
ビスマス有機金属化合物を原料として、CVD法にてビ
スマスを構成元素として含む強誘電体薄膜を形成する工
程と、 (ハ)該強誘電体薄膜上に上部電極層を形成する工程、
から成ることを特徴とする半導体素子のキャパシタ構造
の作製方法。
6. (a) a step of forming a lower electrode layer on a substrate; and (b) a bismuth organometallic compound having a bismuth-oxygen bond is used as a raw material on the lower electrode layer to form bismuth by a CVD method. A step of forming a ferroelectric thin film containing as a constituent element, (c) a step of forming an upper electrode layer on the ferroelectric thin film,
A method of manufacturing a capacitor structure of a semiconductor device, comprising:
【請求項7】強誘電体薄膜は、Bi系層状構造ペロブス
カイト型の強誘電体材料から成ることを特徴とする請求
項6に記載の半導体素子のキャパシタ構造の作製方法。
7. The method for manufacturing a capacitor structure of a semiconductor device according to claim 6, wherein the ferroelectric thin film is made of a Bi-based layered structure perovskite type ferroelectric material.
【請求項8】強誘電体薄膜は、Y1系材料(Bi2(S
r,Ba,Ca)(Ta,Nb)29)から成ることを
特徴とする請求項7に記載の半導体素子のキャパシタ構
造の作製方法。
8. A ferroelectric thin film is formed of a Y1-based material (Bi 2 (S
r, Ba, Ca) (Ta , Nb) method of fabricating a capacitor structure of a semiconductor device according to claim 7, characterized in that it consists of 2 O 9).
【請求項9】Y1系材料はBi2SrTa29から成る
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体素子のキャパ
シタ構造の作製方法。
9. The method for manufacturing a capacitor structure of a semiconductor device according to claim 8, wherein the Y1 material is Bi 2 SrTa 2 O 9 .
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270611A (en) * 1997-01-22 1998-10-09 Hitachi Ltd Resin-sealed semiconductor device and manufacturing method thereof
US6190924B1 (en) 1997-12-30 2001-02-20 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Apparatus and method to form ferroelectric capacitors having low dielectric loss
JP2002208679A (en) * 2000-11-21 2002-07-26 Samsung Electronics Co Ltd Ferroelectric memory device and method of manufacturing the same
US6465260B1 (en) 1999-06-28 2002-10-15 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Semiconductor device having a ferroelectric capacitor and method for the manufacture thereof
WO2004077563A1 (en) * 2003-02-26 2004-09-10 Tdk Corporation Multilayer unit containing electrode layer and dielectric layer
US6867090B2 (en) 2000-11-22 2005-03-15 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing thereof
KR100497926B1 (en) * 1997-07-17 2006-05-25 소니 가부시끼 가이샤 Method for manufacturing a ferroelectric thin film and source material for metal organic chemical vapor deposition
US7132300B2 (en) 2003-06-30 2006-11-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for forming ferroelectric film and semiconductor device
JP2008231313A (en) * 2007-03-22 2008-10-02 Kumamoto Univ Oxide nanosheet phosphor and method for producing the same
CN114229892A (en) * 2021-12-23 2022-03-25 株洲科能新材料股份有限公司 Ion implantation doped bismuth oxide and preparation method and application thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5204314A (en) 1990-07-06 1993-04-20 Advanced Technology Materials, Inc. Method for delivering an involatile reagent in vapor form to a CVD reactor

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270611A (en) * 1997-01-22 1998-10-09 Hitachi Ltd Resin-sealed semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100497926B1 (en) * 1997-07-17 2006-05-25 소니 가부시끼 가이샤 Method for manufacturing a ferroelectric thin film and source material for metal organic chemical vapor deposition
US6190924B1 (en) 1997-12-30 2001-02-20 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Apparatus and method to form ferroelectric capacitors having low dielectric loss
US6465260B1 (en) 1999-06-28 2002-10-15 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Semiconductor device having a ferroelectric capacitor and method for the manufacture thereof
JP2002208679A (en) * 2000-11-21 2002-07-26 Samsung Electronics Co Ltd Ferroelectric memory device and method of manufacturing the same
US6867090B2 (en) 2000-11-22 2005-03-15 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing thereof
WO2004077563A1 (en) * 2003-02-26 2004-09-10 Tdk Corporation Multilayer unit containing electrode layer and dielectric layer
US7132300B2 (en) 2003-06-30 2006-11-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for forming ferroelectric film and semiconductor device
JP2008231313A (en) * 2007-03-22 2008-10-02 Kumamoto Univ Oxide nanosheet phosphor and method for producing the same
CN114229892A (en) * 2021-12-23 2022-03-25 株洲科能新材料股份有限公司 Ion implantation doped bismuth oxide and preparation method and application thereof
CN114229892B (en) * 2021-12-23 2023-10-13 株洲科能新材料股份有限公司 Ion implantation doped bismuth oxide and preparation method and application thereof

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