(57)【要約】【課題】より低い温度で作製された金属酸化物の薄膜を提供する。【解決手段】本発明による薄膜作製方法では、基板上に、１以上の金属元素を含む金属酸化物の薄膜を作製する。この方法は、基板上に、金属元素を含有するゾルゲル溶液を塗布する塗布ステップと、塗布ステップに続いて、ゾルゲル溶液を乾燥させ、基板上に乾燥ゲル膜を作製する乾燥ステップと、乾燥ステップに続いて、乾燥ゲル膜が形成された基板を、容器内において、金属元素のうち少なくとも１種類の金属元素を含有するアルカリ性水溶液に浸漬する浸漬ステップと、その容器を密閉する密閉ステップと、密閉された容器内において乾燥ゲル膜を水熱処理して基板上に金属酸化物の薄膜を作製する水熱処理ステップとを含む。【選択図】　図１
2004115277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、１以上の金属元素を含む金属酸化物の薄膜を作製する方法であって、
基板上に、前記金属元素を含有するゾルゲル溶液を塗布する塗布ステップと、
前記塗布ステップに続いて、前記ゾルゲル溶液を乾燥させ、前記基板上に乾燥ゲル膜を作製する乾燥ステップと、
前記乾燥ステップに続いて、前記基板を、容器内において、前記金属元素のうち少なくとも１種類の金属元素を含有するアルカリ性水溶液に浸漬する浸漬ステップと、
前記容器を密閉する密閉ステップと、
密閉された前記容器内において前記乾燥ゲル膜を水熱処理して前記基板上に金属酸化物の薄膜を作製する水熱処理ステップと
を含む薄膜作製方法。
【請求項２】
前記水熱処理ステップにおいて、密閉された前記容器内の温度を３７４℃以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の薄膜作製方法。
【請求項３】
前記水熱処理ステップにおいて、密閉された前記容器内の温度を１４０℃以上２４０℃以下に設定することを特徴とする請求項２に記載の薄膜作製方法。
【請求項４】
前記浸漬ステップの前に、さらに、前記アルカリ性水溶液を煮沸する煮沸ステップを含む請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜作製方法。
【請求項５】
前記金属酸化物に含まれる金属元素が、チタンおよびバリウムであり、前記ゾルゲル溶液は、チタンのアルコキシドおよびバリウムのアルコキシドから成り、前記アルカリ性水溶液に含まれる金属元素がバリウムであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の薄膜作製方法。
【請求項６】
前記金属酸化物に含まれる金属元素が、チタン、バリウムおよびストロンチウムであり、前記ゾルゲル溶液は、チタンのアルコキシド、バリウムのアルコキシドおよびストロンチウムのアルコキシドから成り、前記アルカリ性水溶液に含まれる金属元素がバリウムおよびストロンチウムであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の薄膜作製方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の薄膜作製方法により作製された金属酸化物の薄膜であって、
水熱処理前の乾燥ゲル膜に含まれていた炭素が、実質的に消失したことを特徴とする薄膜。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の薄膜作製方法により作製された金属酸化物の薄膜であって、
その薄膜に２Ｖの電圧を印加した場合のリーク電流が、１０−７Ａ／ｃｍ２以下であることを特徴とする薄膜。
【請求項９】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の薄膜作製方法により作製された金属酸化物の薄膜であって、
その比誘電率が２０以上であることを特徴とする薄膜。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれかに記載の薄膜作製方法により作製された金属酸化物の薄膜を誘電体とするコンデンサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のコンデンサを備えるメモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属酸化物の薄膜、および、その薄膜を含むデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３：ＢＴＯ）やチタン酸バリウムストロンチウム（ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３：ＢＳＴ）等の複合酸化物は、高い比誘電率をもつために、高集積ＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモリ）への応用が期待されている。従来、このような複合酸化物の薄膜は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、スパッタ、スピン塗布法等の種々の方法によって作製されてきた。
【０００３】
しかし、上述の薄膜作製方法においては、どれも、成膜時に５００℃以上の温度が必要であり、半導体装置の製造工程が制限されるという課題があった。例えば、半導体基板にアルミニウム配線を形成した後は、複合酸化物の成膜処理を行うことができなかった。
【０００４】
以上のような課題を解決するため、本発明者は、先頃、ＢＴＯ薄膜を約４００℃の温度で作製する方法を考案した（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
魏志強，外３名，「水熱アニ−ルによる金属有機分解ＢａＴｉＯ３薄膜の低温結晶化」（“Ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ＢａＴｉＯ３　Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　ｂｙ　Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ”），Ｊａｐａｎｅａｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，２０００年７月，第３９巻（ｖｏｌ．３９（２０００）），ｐ．４２１７−４２１９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複合酸化物を含む金属酸化物の薄膜をより低い温度で作製する方法が求められている。さらに、それらの方法を用いたデバイスの開発が求められている。
【０００７】
本発明の目的は、金属酸化物の薄膜をより低い温度で作製すること、および、その新規な方法を用いて作製された金属酸化物の薄膜等を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄膜作製方法は、基板上に、１以上の金属元素を含む金属酸化物の薄膜を作製する方法である。この薄膜作製方法は、基板上に、前記の金属元素を含有するゾルゲル溶液を塗布する塗布ステップと、前記の塗布ステップに続いて、前記のゾルゲル溶液を乾燥させ、前記の基板上に乾燥ゲル膜を作製する乾燥ステップと、前記の乾燥ステップに続いて、前記の基板を、容器内において、前記の金属元素のうち少なくとも１種類の金属元素を含有するアルカリ性水溶液に浸漬する浸漬ステップと、前記の容器を密閉する密閉ステップと、密閉された前記の容器内において前記の乾燥ゲル膜を水熱処理して前記の基板上に金属酸化物の薄膜を作製する水熱処理ステップとを含む。
【０００９】
好ましくは、前記の水熱処理ステップにおいて、密閉された前記の容器内の温度を３７４℃以下に設定する。
【００１０】
好ましくは、前記の水熱処理ステップにおいて、密閉された前記の容器内の温度を１４０℃以上２４０℃以下に設定する。
【００１１】
好ましくは、前記の薄膜作製方法は、前記の浸漬ステップの前に、さらに、前記のアルカリ性水溶液を煮沸する煮沸ステップを含む。
【００１２】
好ましくは、前記の薄膜作製方法において、前記の金属酸化物に含まれる金属元素は、チタンおよびバリウムであり、前記のゾルゲル溶液は、チタンのアルコキシドおよびバリウムのアルコキシドから成り、前記のアルカリ性水溶液に含まれる金属元素は、バリウムである。
【００１３】
好ましくは、前記の薄膜作製方法において、前記の金属酸化物に含まれる金属元素は、チタン、バリウムおよびストロンチウムであり、前記のゾルゲル溶液は、チタンのアルコキシド、バリウムのアルコキシドおよびストロンチウムのアルコキシドから成り、前記のアルカリ性水溶液に含まれる金属元素は、バリウムおよびストロンチウムである。
【００１４】
本発明に係る第１の薄膜は、上記の薄膜作製方法により作製された金属酸化物の薄膜であって、水熱処理前の乾燥ゲル膜に含まれていた炭素は、実質的に消失している。
【００１５】
本発明に係る第２の薄膜は、上記の薄膜作製方法により作製された金属酸化物の薄膜であって、その薄膜に２Ｖの電圧を印加した場合のリーク電流は、１０−７Ａ／ｃｍ２以下である。
【００１６】
本発明に係る第３の薄膜は、上記の薄膜作製方法により作製された金属酸化物の薄膜であって、その比誘電率は２０以上である。
【００１７】
本発明に係るコンデンサは、上記の薄膜作製方法により作製された金属酸化物の薄膜を誘電体とする。
【００１８】
本発明に係るメモリは、上記のコンデンサを備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本発明による薄膜作製方法の特徴は、ゾルゲル法と水熱処理法とを組み合せた点である。以下に、例として、ＢＴＯ薄膜およびＢＳＴ薄膜の作製について説明する。
＜ＢＴＯ薄膜の作製＞
図１は、本実施の形態によるチタン酸バリウム（ＢＴＯ）薄膜の作製方法を示すフローチャートである。まず、基板上に、酢酸バリウム（Ｂａ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）とチタンテトラブトキシド（Ｔｉ［Ｏ（ＣＨ２）３ＣＨ３］４）とから成るゾルゲル溶液を塗布する（ステップＳ１）。ここで、用いられる基板は、シリコン（Ｓｉ）に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、チタン（Ｔｉ）および白金（Ｐｔ）を、それぞれ、順に１μｍ、２０ｎｍおよび２００ｎｍ積層した基板（Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ基板）である。基板へのゾルゲル溶液の塗布は、スピンコート法で行われる。その場合、基板にゾルゲル溶液を滴下し、その基板を、例えば、回転数５００ｒｐｍで３秒間、続いて、回転数４０００ｒｐｍで１５秒間回転させる。このゾルゲル溶液の塗布は、例えばディップ法等の他の方法を用いて行われてもよい。
【００２０】
次に、基板上に塗布されたゾルゲル溶液を乾燥させる（ステップＳ２）。例えば、基板をオーブン内に設置することにより、基板上のゾルゲル溶液を、大気中で１０分間、２００℃に保持する。これにより、基板上に乾燥したゲル膜（乾燥ゲル膜）が生成される。
【００２１】
次に、基板上の乾燥ゲル膜に水熱処理を施す。以下に、詳細に説明する。図２は、本発明による薄膜作製方法において用いられる水熱処理装置（オートグレーブ）を図式的に示す。図２において、水熱処理装置２は、ステンレス製の密閉容器４、および、そのステンレス容器４を外部から加熱するヒータ６を備える。このステンレス容器４には、容器４内の液体の温度を検知するサーモカップル８、および、容器４内の圧力を低減するためのリーク管１０が取り付けられている。
【００２２】
ステンレス容器４は、その内部に、テフロン（登録商標）製容器（テフロン（登録商標）ビーカ）１２を備える。テフロン（登録商標）ビーカ１２には、水熱反応溶液１４が入れられる。テフロン（登録商標）ビーカ１２は、その底部に基板ホルダ１６を備え、これにより、水熱処理を行う基板１８を保持し、基板１８を適切に水熱反応溶液１４に浸漬することができる。ステンレス容器４の内部であって、テフロン（登録商標）ビーカ１２の周囲には、脱イオン水２０が入れられる。
【００２３】
本実施の形態によるＢＴＯの薄膜作製方法において、水熱反応溶液１４は、０．２ｍｏｌの水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）２）を含む脱イオン水（アルカリ性水溶液）である。まず、テフロン（登録商標）ビーカ１２をステンレス容器４に設置する前に、テフロン（登録商標）ビーカ１２に３０ｍｌの水熱反応溶液１４を入れて煮沸する（ステップＳ３）。この煮沸により、水熱反応溶液１４に溶解した二酸化炭素（ＣＯ２）を除去して、水酸化物の炭化を防止する。このように、水熱処理前に水熱反応溶液１４の煮沸を行うと、水熱処理によって生成される薄膜の炭素含有量が減り、より高品質の薄膜を得ることができる。
【００２４】
水熱反応溶液１４を煮沸した後、テフロン（登録商標）ビーカ１２内の基板ホルダ１６に、ステップＳ２の工程を経た（乾燥ゲル膜を有する）基板１８を設置する。これにより、基板１８を水熱反応溶液１４に浸漬する（ステップＳ４）。その後、テフロン（登録商標）ビーカ１２に蓋２２をする。続いて、テフロン（登録商標）ビーカ１２をステンレス容器４に入れ、その容器（反応容器）４を密閉する（ステップＳ５）。
【００２５】
次に、ヒータ６を用いて密閉容器４を加熱し、密閉容器４内の温度を２００℃に設定する。ここで、密閉容器４内には、脱イオン水２０が入れられているので、密閉容器４内の圧力は、脱イオン水２０の飽和蒸気圧に等しくなる。２００℃の温度における水の飽和蒸気圧は、約１５ａｔｍである。従って、水熱処理装置２において、密閉容器４内の温度を２００℃、密閉容器４内の圧力を１５ａｔｍとして、水熱処理を行う（ステップＳ６）。
【００２６】
ステップＳ６において水熱処理を１０時間行うことにより、基板上に膜厚２００ｎｍの薄膜が作製された。また、その薄膜の比誘電率εを測定すると、２０であった。さらに、２０以上の比誘電率を有する薄膜を得ることもできる。
【００２７】
本実施の形態による薄膜作製方法においては、水熱処理反応溶液の水酸化物イオン（ＯＨ−）と基板表面のゲル有機物とを高気圧下で反応させることにより、乾燥ゲル膜（前駆体薄膜）の結晶化温度を低減することができる。
【００２８】
図３は、上述の方法（ステップＳ１乃至ステップＳ６）によって作製された薄膜におけるＸ線回折パターンを示す。図３に、水熱処理時間の経過（０，１，８，２４時間）とともに、薄膜のＸ線回折パターンが変化する様子が示されている。図３によれば、水熱処理直前の乾燥ゲル膜の回折パターン（ａ）には見られなかった、結晶の（１００），（１１０），（２００），（１１２）面を示すピークが、それぞれ、水熱処理を８時間以上行った結果得られる薄膜の回折パターン（ｃ、ｄ）に見られる。これは、乾燥ゲル膜には存在しなかったペロブスカイト相が水熱処理によって生成されたことを意味する。なお、（１１０）面を示すピークの強度は、水熱処理時間の経過に伴って増加し、８時間以上で飽和する。従って、本実施の形態による薄膜作製方法において、水熱処理時間は、少なくとも８時間必要であり、同時に、８時間程度であれば十分であると考えられる。
【００２９】
図４は、水熱処理直前の乾燥ゲル膜および水熱処理を８時間行った結果得られるＢＴＯ薄膜の炭素含有量を、それぞれ、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析法）によって測定した結果を示す。図４によれば、乾燥ゲル膜の測定時（細線）に得られた炭素（Ｃ）の存在を示すピークが、水熱処理後に得られるＢＴＯ薄膜の測定時（太線）には消失していることがわかる。これは、水熱処理前の乾燥ゲル膜に含まれていた炭素が、水熱処理プロセス（ステップＳ３乃至ステップＳ６）によって消失したことを意味する。従って、本実施の形態による薄膜作製方法を用いれば、その炭素含有量が非常に少なく、高品質な薄膜を得ることができる。
【００３０】
なお、本実施の形態による薄膜作製方法においては、水熱処理を行う際に密閉容器内の温度を２００℃としたが、１２０乃至３７４℃の範囲内で良質の薄膜を形成する製造温度が存在し、その範囲内で任意の温度に設定できる。また、それらの温度に応じて、水熱反応溶液の濃度等の他の条件も変化させることができる。本実施の形態による薄膜作製方法によれば、水熱処理を行う際に、密閉容器内の温度を１２０乃至３７４℃の範囲内に設定すれば、薄膜の生成が可能である。また、十分な膜厚をもつ薄膜を得るために、好ましくは、密閉容器内の温度を、１２０乃至３００℃の範囲内に設定できる。さらに、良質の薄膜を得るために、好ましくは、密閉容器内の温度を、１４０乃至２４０℃の範囲内に設定できる。
【００３１】
なお、本実施の形態による薄膜作製方法においては、ステップＳ１で用いるゾルゲル溶液の原料として、２種類の金属アルコキシド（水酸化バリウムとチタンテトラブトキシド）を用いたが、これに限られない。例えば、ＴｉとＢａをともに含むダブルアルコキシドであってもよい。さらに、バリウム（Ｂａ）およびチタン（Ｔｉ）が溶解した他のゾルゲル溶液であってもよい。
【００３２】
なお、本実施の形態による薄膜作製方法においては、ゾルゲル（ＳＧ）プロセス（ステップＳ１，ステップＳ２）と水熱処理（Ｈ）プロセス（ステップＳ３乃至ステップＳ６）とから成る処理サイクルを１サイクルだけ行ったが、２サイクル行ってもよい（ＳＧプロセス，Ｈプロセス，ＳＧプロセス，Ｈプロセスを順に行ってもよい）。その場合であっても、本実施の形態による薄膜作製方法と同様に、炭素含有量の少ない高品質のＢＴＯ薄膜を作製することができる。
【００３３】
図５は、上述の２サイクル処理（各々のサイクルにおいて水熱処理の時間は１０時間）の結果得られる薄膜のリーク電流を示すグラフである。図５によれば、この薄膜のリーク電流は、例えば、±２Ｖ（換算電圧）において、９．５６×１０−８Ａ／ｃｍ２であり、２サイクル処理の結果得られる薄膜は、良好な絶縁性を有することがわかる。本実施の形態による薄膜作製方法によれば、絶縁性の優れたＢＴＯ薄膜を作製することができる。また、リーク電流が１０−７Ａ／ｃｍ２以下の薄膜を作製することもできる。
【００３４】
なお、このリーク電流が小さいという特性は、高集積ＤＲＡＭの蓄積コンデンサに用いる高誘電体材料として非常に有利である。以下に、本実施の形態による薄膜作製方法を用いた高集積ＤＲＡＭの製造方法について説明する。図６は、ＤＲＡＭの構造の一例を示す断面図である。このＤＲＡＭ４０は、シリコン基板４２、シリコン基板４２に形成されたフィールド酸化膜４４、シリコン基板４２上にゲート酸化膜４６を介して形成されたゲート電極４８、および、ゲート電極４８の両側でシリコン基板４２に形成されたソース領域５０、ドレイン領域５２を備える。ソース領域５０には層間絶縁膜５４のコンタクトホール５６を介してビットライン５８が接続される。ドレイン領域５２には、層間絶縁膜５４のコンタクトホール６０を介して、コンデンサの下部電極６２が形成される。また、下部電極６２の上には、高誘電体薄膜６４が形成され、さらに、その高誘電体薄膜６４の上に、上部電極６６が形成される。
【００３５】
図７は、図６のＤＲＡＭの製造方法を示す簡単なフローチャートである。図６のＤＲＡＭ４０を製造する場合には、まず、シリコン基板４２に、フィールド絶縁膜４４を形成し、次いで、ゲート絶縁膜４６およびゲート電極４８を順に形成する。そして、ゲート電極４８の両側のシリコン基板４２にリン（Ｐ）等のｎ型不純物を注入し、ソース領域５０およびドレイン領域５２を形成する。さらに、基板表面に層間絶縁膜５４を形成する。そして、パターンニングおよびエッチングを経て、コンタクトホール５６およびコンタクトホール６０を形成し、ソース領域５０およびドレイン領域５２を露出させる。コンタクトホール５６の周辺には、アルミニウム等から成るビット線５８を形成する。以上の結果、ＭＯＳトランジスタを形成する（ステップＳ４１）。このＭＯＳトランジスタの形成（ステップＳ４１）は、従来の任意の方法を用いて行うことができる。
【００３６】
次に、コンタクトホール６０およびその周囲に下部電極６２を形成する（ステップＳ４２）。これは、従来の成膜方法を用いて行うことができる。
【００３７】
次に、基板表面全体にゾルゲル溶液を塗布し（ステップＳ４３）、そのゾルゲル溶液を乾燥させる（ステップＳ４４）。また、水熱反応溶液を煮沸し（ステップＳ４５）、その水熱反応溶液に基板全体を浸す（ステップＳ４６）。そして、基板および水熱反応溶液が入れられた反応容器を密閉し（ステップＳ４７）、密閉容器内の温度を１２０乃至３７４℃に設定して、水熱処理を行う（ステップＳ４８）。これにより、基板表面全体に高誘電体薄膜６４を形成する。この高誘電体薄膜６４を作製する工程（ステップＳ４３乃至ステップＳ４８）は、ゾルゲル法と水熱処理法から成る上述の薄膜作製工程（図１）と同一である。次に、基板表面全体に形成された高誘電体薄膜６４を、パターンニングおよびエッチングを経て、下部電極６２上にのみ残留させる（ステップＳ４９）。最後に、高誘電体薄膜６４の上に上部電極６６を形成する（ステップＳ５０）。
【００３８】
上述のＤＲＡＭの製造方法（図７）においては、本発明による薄膜作製方法を用いてコンデンサの高誘電体薄膜を形成する。従って、高誘電体薄膜を従来の成膜温度よりも低い温度で作製でき、アルミニウム配線（ビット線５８）を形成した後でも、同じ基板上に高誘電体薄膜を形成できる。
【００３９】
＜ＢＳＴ薄膜の作製＞
図８は、本実施の形態によるチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）薄膜の作製方法を示すフローチャートである。まず、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に、酢酸バリウム（Ｂａ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、酢酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）およびチタンテトラブトキシド（Ｔｉ［Ｏ（ＣＨ２）３ＣＨ３］４）から成るゾルゲル溶液を塗布する（ステップＳ１１）。ここで、用いられる基板は、シリコン（Ｓｉ）に、酸化シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）および白金（Ｐｔ）を、それぞれ、順に１μｍ、２０ｎｍおよび２００ｎｍ積層した基板である。基板へのゾルゲル溶液の塗布は、スピンコート法で行われる。その場合、基板にゾルゲル溶液を滴下し、その基板を、例えば、回転数５００ｒｐｍで３秒間、続いて、回転数４０００ｒｍｐで１５秒間回転させる。このゾルゲル溶液の塗布は、例えばディップ法等の他の方法を用いて行われてもよい。
【００４０】
次に、基板上に塗布されたゾルゲル溶液を乾燥させる（ステップＳ１２）。例えば、基板をオーブン内に設置することにより、基板上のゾルゲル溶液を、大気中で１０分間、２００℃に保持する。これにより、基板上に乾燥ゲル膜が生成される。
【００４１】
次に、基板上の乾燥ゲル膜に水熱処理を施す。水熱処理には、ＢＴＯの薄膜作製時に用いた水熱処理装置（図２）を用いる。本実施の形態によるＢＳＴの薄膜作製方法において、水熱反応溶液１４は、０．０１乃至１．００ｍｏｌの水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）２）と０．０１乃至１．００ｍｏｌの水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）２）を含む脱イオン水（アルカリ性水溶液）である。まず、テフロン（登録商標）ビーカ１２をステンレス容器４に設置する前に、テフロン（登録商標）ビーカ１２に水熱反応溶液１４を入れて煮沸する（ステップＳ１３）。この煮沸により、水熱反応溶液１４に溶解した二酸化炭素（ＣＯ２）を除去して、水酸化物の炭化を防止する。以上のように、水熱処理前に水熱反応溶液１４の煮沸を行うと、水熱処理によって生成される薄膜の炭素含有量が減り、より高品質の薄膜を得ることができる。
【００４２】
水熱反応溶液１４を煮沸した後、テフロン（登録商標）ビーカ１２内の基板ホルダ１６に、ステップＳ１２の工程を経た（乾燥ゲル膜を有する）基板１８を設置する。これにより、基板１８を水熱反応溶液１４に浸漬する（ステップＳ１４）。その後、テフロン（登録商標）ビーカ１２に蓋をする。続いて、テフロン（登録商標）ビーカ１２をステンレス容器４に入れ、その容器（反応容器）４を密閉する（ステップＳ１５）。
【００４３】
次に、ヒータ６を用いて密閉容器４を加熱し、密閉容器４内の温度を１２０乃至３７４℃に設定する。ここで、密閉容器４内には、脱イオン水２０が入れられているので、密閉容器４内の圧力は、脱イオン水２０の飽和蒸気圧に等しくなる。例えば、２００℃の温度における水の飽和蒸気圧は、約１５ａｔｍである。従って、水熱処理装置２において、例えば、密閉容器４内の温度を２００℃、密閉容器４内の圧力を約１５ａｔｍとして、水熱処理を行う（ステップＳ１６）。
【００４４】
本実施の形態による薄膜作製方法においては、水熱処理反応溶液の水酸化物イオン（ＯＨ−）と基板表面のゲル有機物とを高気圧下で反応させることより、乾燥ゲル膜（前駆体薄膜）の結晶化温度を低減することができる。
【００４５】
また、本実施の形態による薄膜作製方法を用いれば、その炭素含有量が非常に少なく、高品質な薄膜が得られる。
【００４６】
なお、本実施の形態による薄膜作製方法においては、ステップＳ１１で用いるゾルゲル溶液の原料として、３種類の金属アルコキシド（水酸化バリウム、水酸化ストロンチウムおよびチタンテトラブトキシド）を用いたが、これに限られない。例えば、ゾルゲル溶液の原料として、２種類の金属を含むダブルアルコキシドを含んでいてもよい。さらに、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびチタン（Ｔｉ）が溶解した他のゾルゲル溶液であってもよい。
【００４７】
以上の方法によって作製されるＢＳＴ薄膜は、高集積ＤＲＡＭの蓄積コンデンサの他に、強誘電体材料として強誘電体メモリ等にも適用される。また、優れた誘電率−温度特性から、赤外線センサとしてもその応用が期待される。なお、このＢＳＴ薄膜を高集積ＤＲＡＭの蓄積コンデンサに適用する場合は、高誘電体材料としてＢＴＯを用いた場合と同様に、図７に示される製造工程によってＤＲＡＭを製造することができる。
【００４８】
以上の説明においては、本発明による薄膜作製方法を用いて、ＢＴＯ薄膜およびＢＳＴ薄膜を作製したが、２種類以上の金属元素を含有する他の複合酸化物の薄膜も作製できる。例えば、本発明による薄膜作製方法は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３：ＰＺＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９：ＳＢＴ）およびアンチモン酸ランタン（ＬａＳｂＯ３）等の薄膜作製に適用できる。また、複合酸化物でなくとも、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）および酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）等の金属酸化物の薄膜作製にも適用できる。また、本発明による薄膜作成方法により作製される比誘電率の高い金属酸化物の薄膜は、コンデンサの誘電体として使用できる。さらに、そのコンデンサを、ＤＲＡＭ等のメモリに適用できる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明による薄膜作製方法により、金属酸化物の薄膜をより低い温度で作製することができる。
【００５０】
本発明による薄膜作成製方法により得られた金属酸化物の薄膜は、高温で作製された従来の金属酸化物の薄膜よりも、その特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるチタン酸バリウム（ＢＴＯ）薄膜の作製方法を示すフローチャートの図。
【図２】本発明による薄膜作製方法において用いられる水熱処理装置の構造を示す図。
【図３】本発明による薄膜作製方法によって得られた薄膜のＸ線回折の回折パターンを示す図。
【図４】本発明による薄膜作製方法によって得られた薄膜のＸＰＳ測定の結果を示す図。
【図５】本発明による薄膜作製方法によって得られた薄膜のリーク電流の測定結果を示す図。
【図６】高誘電体薄膜を備えるＤＲＡＭの構造を示す断面図。
【図７】本発明による薄膜作製方法を用いたＤＲＡＭの製造方法を示すフローチャートの図。
【図８】本発明によるチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）薄膜の作製方法を示すフローチャートの図。
【符号の説明】
２　水熱処理装置
４　ステンレス製密閉容器
６　ヒータ
８　サーモカップル
１０　リーク管
１２　テフロン（登録商標）ビーカ
１４　水熱反応溶液
１６　基板ホルダ
１８　基板
２０　脱イオン水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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