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Dokumentenidentifikation DE69518121T2 15.03.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0687750
Titel Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilms eines Verbund-Metalloxid-Dielektrikums
Anmelder Sharp K.K., Osaka, JP
Erfinder Masuda, Yoshiyuki, Noda-shi, Chiba-ken, JP;
Kita, Ryusuke, Matsudo-shi, Chiba-ken, JP;
Arai, Hisako, Kashiwa-shi, Chiba-ken, JP;
Ohtani, Noboru, Katsushika-ku, Tokyo, JP;
Koba, Masayoshi, Kashiwa-shi, Chiba-ken, JP
Vertreter Patentanwälte MÜLLER & HOFFMANN, 81667 München
DE-Aktenzeichen 69518121
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 09.05.1995
EP-Aktenzeichen 953031127
EP-Offenlegungsdatum 20.12.1995
EP date of grant 26.07.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.03.2001
IPC-Hauptklasse C23C 18/12
IPC-Nebenklasse C30B 5/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Dünnfilms aus dem Dielektrium Bariumstrontiumtitanat, der zur Verwendung in Speicherbauteilen, pyroelektrischen Bauteilen, piezoelektrischen Bauteilen und elektrooptischen Bauteilen geeignet ist.

Dielektrika aus Metall-Mischoxiden finden wegen ihrer elektrischen Eigenschaften allgemein Anwendung auf dem Elektronikgebiet. Zum Beispiel werden Dielektrika aus Metall-Mischoxiden in verschiedenen Arten von Bauteilen wie Infrarotlinearsensoren unter Ausnutzung ihrer pyroelektrischen Eigenschaften, Überschallsensoren unter Ausnutzung ihrer piezoelektrischen Eigenschaften, optischen Modulatoren vom Wellenleitertyp unter Ausnutzung ihrer elektrooptischen Effekte und Kondensatoren für DRAMS und MMICs (Microwave Monolithic IC) unter Ausnutzung ihrer stark dielektrischen Eigenschaften verwendet.

Insbesondere kann die Fläche eines Kondensators hoher Kapazität unter Verwendung eines Materials mit großer Dielektrizitätskonstante innerhalb einer integrierten Schaltung (IC), wie einem GaAs-MMIC, verkleinert werden.

Als Dünnfilmmaterialien mit derartig hoher Dielektrizitätskonstante werden Dielektrika aus Metall-Mischoxiden verwendet, wie SrTiO&sub3; (Strontiumtitanat), BST (Bariumstrontiumtitanat) und PLZT (Bleilanthanzirkonattitanat). An BST wurden als vielversprechendstem Material intensive Forschungen ausgeführt. Zur praktischen Anwendung in verschiedenen Halbleiterelementen wird ein Dünnfilm aus einem solchen Metalloxid-Dielektrikum wünschenswerterweise bei niedriger Temperatur hergestellt, um seine Temperatureigenschaften zu verbessern. Eine derartige Herstellung verwendet ein physikalisches Verfahren, wie Verdampfen im Vakuum, Sputtern oder Laserablation, oder einen chemischen Ablauf, wie das Sol-Gel-Verfahren oder das CVD(Chemical Vapor Deposition)-Verfahren. Das Sol-Gel-Verfahren nutzt metallorganische Ausgangsmaterialien, und der Dünnfilm eines Metalloxid-Dielektrikums wird durch thermische Zersetzung erhalten. Das Sol-Gel-Verfahren wird in weitem Umfang verwendet, da die Ausgangsmaterialien atombezogen gleichmäßig gemischt werden können und der dielektrische Dünnfilm auf industrieller Basis zu geringen Kosten hergestellt werden kann.

Bei einem üblichen Ablauf zum Herstellen eines BST-Dünnfilms durch das Sol- Gel-Verfahren werden metallorganische Verbindungen, wie Alkoxide von Barium, Strontium Titan, in einem geeigneten Lösungsmittel, wie Ethanol, Propanol, Butanol, Methoxyethanol oder Essigsäure, gemischt. Danach wird dem folgenden Ablauf von Schritten gefolgt.

(1) Die metallorganischen Verbindungen werden erwärmt und in Inertgasatmosphäre aus zum Beispiel Stickstoff gerührt, um eine Vorläufer-Sol-Lösung eines Mischalkoxids mit zweidimensionaler Kettenstruktur der Formel (I) herzustellen:

(2) Dieses Sol (die Vorläuferlösung) wird dann zum Beispiel durch Schleuderbeschichten oder Tauchbeschichten auf ein Substrat aufgetragen, um einen Dünnfilm auszubilden. Dabei wird das Sol mit zweidimensionaler Kettenstruktur durch Feuchtigkeit in der Luft hydrolisiert und wird zu einem Gel mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur der Formel (II) durch eine anschließende

(3) Das als Film ausgebildete Gel wird erwärmt und getrocknet, um erzeugten Alkohol und die in der Netzwerkstruktur nicht absorbierte Restfeuchtigkeit aus dem Film zu entfernen.

(4) Dann wird der Film einer Wärmebehandlung bei 350 bis 450ºC unterzogen, um diesen Gelfilm durch thermische Zersetzung in amorphe Form umzuwandeln und organische Komponenten im Film zu entfernen.

(5) Abschließend wird der Film einer anderen Wärmebehandlung bei 650 bis 750ºC unterzogen, um ihn zu kristallisieren.

Die Schritte (2) bis (4) werden vor dem Schritt (5) mehrfach wiederholt, um einen Dünnfilm mit der gewünschten Dicke aus dem Dielektrikum BST zu erhalten.

Jedoch ist es erforderlich, die Filmbildungstemperatur auf 600ºC oder darunter einzustellen, um in einer Heteroübergangs-Bipolartransistor(HBT)- Struktur zur Verwendung in GaAsMMICs die Transistoreigenschaften aufrechtzuerhalten.

Bei diesem üblichen Verfahren zum Herstellen eines Dünnfilms aus einem Metalloxid-Dielektrikum ist es schwierig, in den Schritten (4) und (5), d. h. durch Ausführen der Wärmebehandlung zur Kristallisation, eine einzelne Ausrichtung für den Dünnfilm zu erzielen, nachdem der Dünnfilm in einen amorphen Zustand überführt wurde. Der Dünnfilm ist also zufällig ausgerichtet. Ferner ist es zum Erzielen einer hohen Dielektrizitätskonstante erforderlich, den Dünnfilm zur Kristallisation im Schritt (5) auf 650 bis 750ºC zu erwärmen.

Variationen der grundlegenden Sol-Gel-Technik sind in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben. Zum Beispiel ist die Herstellung ferroelektrischer Dünnfilme aus Bleizirkonattitanat (PZT) mit Perovskitstruktur in J. Electrochem. Soc. 140, 9 (1993) 26 40; EP-A-0489519; EP-A-0653784; EP-A- 0650187; EP-A-0674019; und J. Am. Ceram. Soc. 75, 10 (1992) 2785 beschrieben; die Herstellung von Lithiumniobat-Dünnfilmen ist in EP-A-0678598 und Bull. Chem. Soc. Japan 62, 2 (1989) 429, wobei die letztere Veröffentlichung auch die Herstellung von Lithiumtantalat-Dünnfilmen beschreibt; außerdem ist die Herstellung von Dünnfilmen aus Strontiumbariumniobat mit orthorhombischer oder tetragonaler Phase in J. Am. Ceram. Soc. 75, 6 (1992) 1697 beschrieben. EP-A-0375594 beschreibt tatsächlich die Herstellung von u. a. BST durch eine Variation des Sol-Gel-Verfahrens durch Mischen von wässrigem Bariumacetat mit Ethanol-Titanethoxid und Strontium-2,4-Pentandion zum Herstellen eines Zellengels, mit Trocknung einer Filmbeschichtung an Luft und einem Brennen bei 800ºC.

Die vorliegende Erfindung versucht, ein Verfahren zum Herstellen eines Dünnfilms aus dem Dielektrikum BST mit hoher Dielektrizitätskonstante, auch bei niedrigen Temperaturen, zu schaffen.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Dünnfilms aus dem Dielektrikum Bariumstrontiumtitanat mit einer einzigen Ausrichtung geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist:

(a) Herstellen einer Vorläuferlösung in einem Sol-Zustand, die Komponentenelemente von Materialien für das Bariumstrontiumtitanat enthält;

(b) Herstellen eines Dünnfilms in einem Sol-Zustand aus der Vorläuferlösung;

(c) Trocknen des Dünnfilms im Sol-Zustand durch Entfernen von Restfeuchtigkeit zum Ausbilden eines Dünnfilms aus trockenem Gel;

(d) Unterziehen des im Schritt (c) erhaltenen trockenen Gel-Dünnfilms einer Wärmebehandlung bei 500ºC bis 600ºC zum thermischen Zersetzen und Entfernen organischer Substanzen innerhalb des Dünnfilms im Gel-Zustand und zum gleichzeitigen Kristallisieren des trockenen Gel-Dünnfilms; und

(e) Wiederholen der Schritte (b) bis (d), um dadurch einen Dünnfilm des Dielektrikums Bariumstrontiumtitanat mit gewünschter Dicke und der einzigen Ausrichtung (111) zu erhalten.

Die Vorläuferlösung enthält vorzugsweise Bariumdiethoxid, Strontiumdiethoxid und Titantetraisopropoxid als Komponenten.

Gemäß der Erfindung wird der Dünnfilm des Dielektrikums BST durch das Sol- Gel-Verfahren hergestellt, bei dem jedoch der Wärmebehandlungsschritt zum thermischen Zersetzen und Entfernen der organischen Substanzen aus dem trockenen Gel-Dünnfilm zum gleichzeitigen Kristallisieren desselben dient. Demgemäß kann der Dünnfilm bei niedriger Temperatur kristallisiert werden. Dies ermöglicht es, einen Dünnfilm aus dem Dielektrikum BST mit einer einzigen Ausrichtung und hoher Dielektrizitätskonstante herzustellen.

Die Erfindung wird nachfolgend nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines dielektrischen Dünnfilmelements aus BST zeigt, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde;

Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das Herstellprozesse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist eine Ansicht, die ein Röntgenbeugungsmuster des Dünnfilms aus dem Dielektrikum BST zeigt;

Fig. 4 ist eine Ansicht, die Messergebnisse der Dielektrizitätskonstante des Dünnfilms aus dem Dielektrikum BST bei jedem dieser Ausführungsbeispiele und bei Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt;

Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Vergleichsverfahren zum Herstellen eines Dünnfilms aus dem Dielektrikum BST veranschaulicht;

Fig. 6 ist eine Ansicht, die ein Röntgenbeugungsmuster des Dünnfilms aus dem Dielektrikum BST beim Vergleichsbeispiel 1 zeigt; und

Fig. 7 ist eine Ansicht, die ein Röntgenbeugungsmuster des Dünnfilms aus dem Dielektrikum BST beim Vergleichsbeispiel 2 zeigt.

Gemäß den Zeichnungen ist die Fig. 1 eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Dünnfilmelements des Mischdielektrikums BST zeigt, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird ein thermisch aufgewachsener Siliziumdioxidfilm 2 mit einer Dicke von 200 nm auf der Oberfläche eines n-Siliziumsubstrats 1 ausgebildet. Auf dem thermisch aufgewachsenen Siliziumdioxidfilm 2 werden sequenziell ein Titan(Ti)-Film 3 mit einer Dicke von 30 nm, ein Platin(Pt)- Film 4 mit einer Dicke von 200 nm, ein Dünnfilm 5 aus (Ba0,7Sr0,3)TiO&sub3; mit einer Dicke von 200 nm und eine obere Elektrode 6 aus Platin (Pt) mit einer Dicke von 100 nm hergestellt. Der Dünnfilm 5 aus (Ba0,7Sr0,3)TiO&sub3; wird in der folgenden Beschreibung als BST-Dünnfilm bezeichnet. Der thermisch aufgewachsene Siliziumdioxidfilm 2 wird als Isolierfilm hergestellt, der eine Passivierungsschicht bildet. Für diesen Isolierfilm besteht keine Beschränkung auf den thermisch aufgewachsenen Siliziumdioxidfilm 2. Der Platinfilm 4 wird als nicht oxidierbarer Film verwendet, da auf diesem Platinfilm 4 ein Oxidfilm hergestellt wird. Der Titanfilm 3 wird dazu verwendet, für engen Kontakt zum thermisch aufgewachsenen Siliziumdioxidfilm 2 und zum Platinfilm 4 zu sorgen. Anstelle dieses Titanfilms 3 kann zum Beispiel ein Tantal(Ta)-Film oder ein TiN-Film verwendet werden.

Die Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Dünnfilmelements aus dem Mischdielektrikum BST wird wie folgt ausgeführt.

Als Erstes wird der thermisch aufgewachsene Siliziumdioxidfilm 2 mit einer Dicke von 200 nm auf der Oberfläche eines n-Siliziumsubstrats 1 hergestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der thermisch aufgewachsene Siliziumdioxidfilm 2 durch thermisches Oxidieren der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 bei einer Temperatur von 1000ºC hergestellt. Auf diesem Siliziumdioxidfilm 2 wird durch ein Sputterverfahren ein Titan(Ti)-Film 3 mit einer Dicke von 30 nm hergestellt. Ferner wird auf diesem Titanfilm 3 ein Platin(Pt)-Film 4 mit einer Dicke von 200 nm mit der Ausrichtung (111) hergestellt. Die erhaltene Struktur wird als Substrat verwendet.

Nun werden Prozesse zum Herstellen eines dielektrischen BST-Dünnfilms auf dem Platinfilm 4 dieses Substrats unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 dargestellte Flussdiagramm erläutert.

In einem Schritt 1 wird ein Sol eines Mischalkoxids mit zweidimensionaler Kettenstruktur als Vorläuferlösung durch Erwärmen und Rühren von Bariumdiethoxid (Ba(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;), Strontiumdiethoxid (Sr(OC&sub2;H&sub5;)&sub2;) und Titantetraisopropoxid (Ti(OCH(CH&sub3;)&sub2;)&sub4;) in Isopropanol hergestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Acetylaceton als Stabilisierungsmittel der Vorläuferlösung zugesetzt. Als Lösungsmittel für die Vorläuferlösung kann Methoxyethanol oder Essigsäure verwendet werden.

In einem Schritt 2 wird diese Vorläuferlösung auf das Substrat aufgetropft und anschließend durch Schleuderbeschichten durch Rotation für drei Sekunden bei 200 U/Min. und dann für 20 Sekunden bei 2000 U/Min. aufgebracht. Die Vorläuferlösung wird durch diesen Schleuderbeschichtungsprozess zu einem Dünnfilm umgewandelt, und die Oberfläche der Vorläuferlösung wird in einem Sol-Zustand stark erhöht. Demgemäß wird das Sol der Vorläuferlösung durch Feuchtigkeit in der Luft während dieses Schleuderbeschichtungsprozesses und nach diesem hydrolisiert, wodurch es durch Kondensationspolymerisation zu einem Gel mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur wird.

Als Nächstes wird der Film in einem Schritt 3 dadurch getrocknet, dass er einer Wärmebehandlung für 10 Minuten bei einer Temperatur von 100ºC unter zogen wird, um bei der Reaktion erzeugten Alkohol sowie die Restfeuchtigkeit, die in der Netzwerkstruktur nicht absorbiert wurde, aus dem Film zu entfernen, so dass ein trockenes Gel erhalten wird. In einem Schritt 4 wird ein Film des erhaltenen trockenen Gels dadurch gebrannt, dass er einer Wärmebehandlung für 30 Minuten bei einer Temperatur von 550ºC bei Atmosphärendruck unterzogen wird, um die organischen Substanzen im trockenen Gelfilm zu zersetzen und den trockenen Gelfilm gleichzeitig zu kristallisieren.

Die Schritte 2 bis 4 werden wiederholt, so dass ein Dünnfilm aus einem Metalloxid-Dielektrikum mit vorbestimmter Dicke erhalten werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Schritte 2 bis 4 fünf Mal wiederholt, so dass ein BST-Dünnfilm 5 mit einer Dicke von 200 nm erhalten werden kann.

Fig. 3 zeigt Messergebnisse betreffend ein Röntgenbeugungsmuster für den durch dieses Ausführungsbeispiel hergestellten BST-Dünnfilm. In der Fig. 3 wird zusätzlich zu einem Peak (400) des Siliziumsubstrats und einem Peak (111) des Platinfilms ein Peak (111) des BST-Dünnfilms beobachtet. Aus diesen Ergebnissen ist erkennbar, dass der bei diesem Ausführungsbeispiel hergestellte BST-Dünnfilm mit Perovskitstruktur und der einzigen Ausrichtung (111) kristallisiert ist.

Auf dem hergestellten BST-Dünnfilm 5 wird unter Verwendung eines Vakuumverdampfungsverfahrens eine obere Elektrode 6 aus Platin (Pt) mit einer Dicke von 100 nm und einem Durchmesser (φ) hergestellt. Dann wird die relative Dielektrizitätskonstante des Dünnfilms durch einen Impedanzanalysator dadurch gemessen, dass zwischen der oberen Elektrode 6 aus Platin und einer unteren Elektrode aus dem Titanfilm 3 und dem Platinfilm eine leitende Verbindung hergestellt wird und eine Messfrequenz von 1 kHz und eine angelegte Spannung von ± 0,1 V verwendet werden. Fig. 4 zeigt die Messergebnisse für die relative Dielektrizitätskonstante des Dünnfilms, die den sehr großen Wert von ungeführ 500 aufweist.

Im Schritt 4 in Fig. 4 wird die Wärmebehandlung zum thermischen Zersetzen und zum Entfernen organischer Substanzen im trockenen Gel-Dünnfilm und zum gleichzeitigen Kristallisieren des Dünnfilms bei 550ºC ausgeführt. Wenn jedoch diese Temperatur auf den Bereich von 500 bis 600ºC eingestellt wird und die anderen Herstellbedingungen ähnlich denen beim obigen Ausführungsbeispiel sind, ist es möglich, einen Dünnfilm eines Metalloxid-Dielektrikums mit einer einzigen Ausrichtung und hoher Dielektrizitätskonstante zu erhalten.

Ein BST-Dünnfilm wird durch den in Fig. 5 dargestellten Ablauf als Vergleichsbeispiel hergestellt. Bei diesem Ablauf sind die Schritte 11 bis 13 den Schritten 1 bis 3 beim obigen Ausführungsbeispiel ähnlich. Jedoch unterscheiden sich die Schritte 14 und 15 vom Schritt 4 beim obigen Ausführungsbeispiel. Demgemäß werden nur die Schritte 14 und 15 erläutert.

Trockenes Gel wird durch die Schritte 11 bis 13 hergestellt. Dann werden organische Substanzen im Film des trockenen Gels thermisch zersetzt und aus dem trockenen Gelfilm entfernt. Im Schritt 14 wird dieser Film einer Wärmebehandlung unterzogen, um ihn für 60 Minuten bei einer Temperatur von 450ºC und Atmosphärendruck zu brennen, so dass der Film einen amorphen Zustand einnimmt. Dann werden die Schritte 12 bis 14 fünf Mal wiederholt, so dass ein BST-Dünnfilm mit einer Dicke von 200 nm hergestellt wird. Im Schritt 15 wird schnelles thermisches Tempern (RTA = Rapid Thermal Annealing) zur Kristallisation abschließend unter Verwendung eines Infrarotsystems für schnelles thermisches Tempern ausgeführt. Bei zwei Herstellbedingungen für das RTA werden zwei Arten von BST-Dünnfilmen hergestellt. Bei einer ersten Herstellbedingung wird der BST-Dünnfilm für 15 Sekunden bei einer Temperatur von 550ºC bei 100% Sauerstoffatmosphäre bei Atmosphärendruck erwärmt. Bei einer zweiten Herstellbedingung wird der BST-Dünnfilm für 15 Sekunden bei einer Temperatur von 650ºC in 100% Sauerstoffatmosphäre bei Atmosphärendruck erwärmt. Der bei der ersten Herstellbedingung hergestellte BST- Dünnfilm ist als Vergleichsbeispiel 1 angegeben. Der bei der zweiten Herstellbedingung hergestellte BST-Dünnfilm ist als Vergleichsbeispiel 2 angegeben.

Fig. 6 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster für den BST-Dünnfilm gemäß dem obigen Vergleichsbeispiel 1. Fig. 7 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster für den BST-Dünnfilm des obigen Vergleichsbeispiels 2. In Fig. 6 sind für das Vergleichsbeispiel 1, bei dem das RTA bei einer Temperatur von 550ºC ausgeführt wurde, nur der Peak (400) des Siliziumsubstrats und der Peak (111) des Platinfilms erkennbar. Demgemäß ist ersichtlich, dass beim Vergleichsbeispiel 1 der BST-Dünnfilm nicht kristallisiert wurde. Demgegenüber sind in Fig. 7 die Peaks (100), (110), (200) und (211) des BST-Dünnfilms zusätzlich zum Peak (400) des Siliziumsubstrats und zum Peak (111) des Platinfilms für das Vergleichsbeispiel 2, bei dem das RTA bei 650ºC ausgeführt wurde, erkennbar. Demgemäß ist erkennbar, dass der BST-Dünnfilm des Vergleichsbeispiels 2 mit Perovskitstruktur und zufälliger Ausrichtung kris tallisiert ist.

Ähnlich wie beim obigen Ausführungsbeispiel wird auf dem BST-Dünnfilm eine obere Elektrode aus Platin (Pt) hergestellt, um die Dielektrizitätskonstante des BST-Dünnfilms bei jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2 zu messen. Die relative Dielektrizitätskonstante wird bei denselben Bedingungen wie beim obigen Ausführungsbeispiel gemessen. Fig. 4 zeigt die Ergebnisse. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, beträgt die relative Dielektrizitätskonstante beim Vergleichsbeispiel 1 ungefähr 13 und beim Vergleichsbeispiel 2 ungefähr 160. Wenn das obige Ausführungsbeispiel und diese Vergleichsbeispiele verglichen werden, ist erkennbar, dass der durch die Erfindung hergestellte Dünnfilm eines Metalloxid-Dielektrikums eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante aufweist.

Beim obigen Ausführungsbeispiel ist ein Siliziumsubstrat verwendet. Jedoch besteht für das Substrat keine Beschränkung auf Silizium. Zum Beispiel kann ein GaAs-Substrat verwendet werden. Wenn GaAs verwendet wird, wird auf dem GaAs-Substrat ein Siliziumnitridfilm hergestellt. Ähnlich wie beim obigen Ausführungsbeispiel wird dann eine untere Elektrode auf dem Siliziumnitridfilm hergestellt, so dass der Dünnfilm des Dielektrikums BST gemäß der Erfindung hergestellt werden kann.

Wie oben angegeben, wird beim erfindungsgemäßen Herstellverfahren eine Wärmebehandlung zum Zersetzen und Entfernen organischer Substanzen im trockenen Gel-Dünnfilm und zum gleichzeitigen Kristallisieren des trockenen Gel-Dünnfilms verwendet. Daher ist es möglich, einen Dünnfilm eines Metalloxid-Dielektrikums mit einer einzigen Ausrichtung und hoher Dielektrizitätskonstante bei einer Temperatur von 600ºC oder darunter herzustellen. Demgemäß kann die Erfindung bei einem Herstellverfahren für einen Dünnfilm aus einem Metalloxid-Dielektrikum in einem Element mit HBT-Struktur angewandt werden, wie in einem GaAs-MMIC verwendet, bei dem eine Filmbildungstemperatur von 600ºC oder darunter erforderlich ist, um die Eigenschaften dieses Elements aufrechtzuerhalten.

Ferner kann der BST-Dünnfilm auch als Material mit hoher Dielektrizitätskonstante verwendet werden. Bei einem üblichen Herstellprozess eines Halbleiterelements einer hoch integrierten Schaltung ist die Temperatur zum Herstellen eines Dünnfilms mit hoher Dielektrizitätskonstante hoch, so dass für die Prozessfolgeschritte zum Herstellen eines Kondensators mit hoher Dielektrizitätskonstante eine Beschränkung existiert. Jedoch kann dieses Problem durch die Erfindung überwunden werden. Gemäß der Erfindung kann ein Dünnfilm mit hoher Dielektrizitätskonstante bei niedriger Temperatur hergestellt werden. Demgemäß wird ein größerer Freiheitsgrad beim Halbleiterdesign erzielt, und die Herstellkosten für den Dünnfilm können gesenkt werden, um dadurch die Kosten des Halbleiterelements zu senken.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Herstellen eines Dünnfilms eines Dielektrikums aus Bariumstrontiumtitanat mit einer einzelnen Ausrichtung, mit den folgenden Schritten:

(a) Herstellen einer Vorläuferlösung in einem Sol-Zustand, die Komponentenelemente von Materialien für das Bariumstrontiumtitanat enthält;

(b) Herstellen eines Dünnfilms in einem Sol-Zustand aus der Vorläuferlösung;

(c) Trocknen des Dünnfilms im Sol-Zustand durch Entfernen von Restfeuchtigkeit zum Ausbilden eines Dünnfilms aus trockenem Gel;

(d) Unterziehen des im Schritt (c) erhaltenen trockenen Gel-Dünnfilms einer Wärmebehandlung bei 500ºC bis 600ºC zum thermischen Zersetzen und Entfernen organischer Substanzen innerhalb des Dünnfilms im Gel-Zustand und zum gleichzeitigen Kristallisieren des trockenen Gel-Dünnfilms; und

(e) Wiederholen der Schritte (b) bis (d), um dadurch einen Dünnfilm des Dielektrikums Bariumstrontiumtitanat mit gewünschter Dicke und der einzigen Ausrichtung (111) zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vorläuferlösung Bariumdiethoxid, Strontiumdiethoxid und Titantetraisopropoxid enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Bariumstrontiumtitanat von der Formel (BaO,7Sr0,3)TiO&sub3; ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der im Schritt (e) erhaltene Dünnfilm eine Dicke von 200 nm aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Trocknungsschritt (c) bei einer Temperatur von 100ºC ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Trocknungsschritt (c) für 10 Minuten ausgeführt wird.







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