【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、半導体メモリーや半導体集積回路等に応用される基板上への金属酸化物薄膜の形成方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、半導体メモリーや半導体集積回路の特性向上を目的として、誘電性や磁性あるいはその他の機能を有する金属酸化物の薄膜を基板上に形成する技術が広く研究開発されている。 中でも、金属アルコキシド，金属塩、または有機金属化合物の水または有機溶媒溶液を基板上に塗布し、加熱により溶媒を蒸発除去しながら溶液を結晶化させ金属酸化物薄膜を形成させるいわゆるゾルゲル法は、簡便で量産性に富むばかりでなく、
得られる金属酸化物の純度が高く、粒径分布の均一性や異種元素の添加量・分布の均一性にも優れており、半導体デバイスに適用しうる信頼性の高い金属酸化物薄膜の形成法として注目されている。 【０００３】以下、図面を参照しながらゾルゲル法を用いた従来の基板上への金属酸化物薄膜の形成方法について説明する。 【０００４】図３はゾルゲル法を用いて基板上の任意の領域に金属酸化物薄膜を形成する従来の工程を示す図である。 １は基板、１３は金属アルコキシド，金属塩、または有機金属化合物の水または有機溶媒溶液（以下これをゾルゲル溶液と呼ぶ）、１４は金属酸化物薄膜、１５
はフォトレジスト、１６はＡｒイオンビームである。 【０００５】まず、図３（ａ）のように必要な金属元素が所望の組成比になるように調整されたゾルゲル溶液１
３をスピンコーティング等の手法で基板１上へ均一に塗布する。 次にこれを昇温して熱エネルギーにより溶媒の蒸発と溶液の結晶化を進行させ、図３（ｂ）のように金属酸化物薄膜１４を得る。 【０００６】半導体デバイスに応用する場合には、基板１上の全面ではなく所望の領域のみに金属酸化物薄膜１
４を形成する必要が生じる。 この場合には通常、図３
（ｃ）に示すようにリソグラフィー技術を用いて所望の領域のみにマスクとなるフォトレジスト１５を形成し、
それ以外の領域の薄膜を湿式エッチングやガスエッチング等の化学的エッチングにより除去する。 しかしながら、ゾルゲル法により形成された結晶化した金属酸化物薄膜１４は非常に安定で、化学的エッチングでは容易に除去されない場合が多い。 そこで、図３（ｄ）に示すように高エネルギーのＡｒイオンビーム１６を照射し物理的にエッチングを行う。 最後にフォトレジストを除去すれば図３（ｅ）に示すように基板１上の所望の領域のみに形成された金属酸化物薄膜１４が得られる。 【０００７】また、図４は上記従来方法をＧａＡｓモノリシック集積回路作製におけるキャパシタ用誘電体薄膜形成工程に適用した場合の作製工程図である。 【０００８】図４において、２は酢酸鉛とチタンイソプロポキシドのイソプロパノール溶液、４はチタン酸鉛薄膜、５は半絶縁性ＧａＡｓ基板、６はイオン注入領域、
７は絶縁膜、８はキャパシタ下側電極、９はキャパシタ上側電極、１０はオーミック電極、１１はショットキー電極、１２は配線金属、１５はフォトレジスト、１６はＡｒイオンビームである。 【０００９】まず、図４（ａ）に示すようにイオン注入とアニールにより動作層（ＦＥＴ部と抵抗部）を形成した基板５上に絶縁膜７とキャパシタ下側電極８を蒸着する。 次に図３（ｂ）に示すようにスピンコーティング法により酢酸鉛とチタンイソプロポキシドのイソプロパノール溶液２を塗布し、アニールして図４（ｃ）に示すようにチタン酸鉛薄膜４を形成した後、図４（ｄ）に示すようにキャパシタ上側電極９を蒸着する。 次に図４
（ｅ）に示すようにキャパシタ形成領域のみにフォトレジスト１５を形成し、これをマスクとしてこの領域以外のキャパシタ上側電極９とチタン酸鉛薄膜４をＡｒイオンビーム１６照射による物理的エッチング（イオンミリング）によって図４（ｆ）に示すように除去する。 レジスト除去後、図４（ｇ）に示すように再び同様にしてキャパシタ下側電極８をエッチングする。 さらに図４
（ｈ）に示すように動作層上の絶縁膜７をエッチングしてオーミック電極１０およびショットキー電極１１を形成した後、図４（ｉ）に示すように再び絶縁膜７を蒸着して各電極上にコンタクト窓を形成し、最後に配線金属１２を形成する。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
基板上に塗布されたゾルゲル溶液を結晶化する工程で基板全体を昇温するため、金属酸化物薄膜が基板上の全面に形成される。 従って、実際の半導体デバイスへの応用において所望の領域のみに金属酸化物薄膜を形成する場合には、基板上の全面に形成された金属酸化物薄膜の不要な部分を高エネルギーＡｒイオンビーム照射等の物理的エッチングを用いて除去しなければならない。 【００１１】しかしながら、この高エネルギービーム照射によるエッチングは照射領域の基板表面に多大の損傷を与えるため、基板表面近傍に結晶欠陥が発生し、デバイス全体の特性の劣化を招くという問題点があった。 通常のデバイス製造工程では、照射領域の基板表面近傍には前記のようにトランジスタ，ダイオード，抵抗等の他の素子が既に作り込まれていることが多く、基板損傷による影響は極めて重大である。 【００１２】本発明は上記課題を解決するもので、基板上に塗布されたゾルゲル溶液の所望の領域のみを結晶化させ、基板表面に損傷を与えることなく所望の領域のみに金属酸化物薄膜を形成する金属酸化物薄膜の形成方法を提供することを目的とする。 【００１３】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の金属酸化物薄膜の形成方法は、基板上に塗布されたゾルゲル溶液を電子ビーム，イオンビームまたはレーザ光の照射により結晶化させる工程を有し、また、照射領域以外の溶液を適当な溶剤を用いて除去する工程を有する構成による。 【００１４】 【作用】上記構成により、電子ビーム，イオンビームまたはレーザ光の照射により発生する熱エネルギーによって、基板上に塗布されたゾルゲル溶液の全面ではなくそれらを照射した領域のみを選択的に結晶化させ、金属酸化物薄膜とすることが可能である。 また、結晶化した金属酸化物薄膜は湿式エッチングに対して非常に安定であるが、ゾルゲル溶液は湿式エッチングにより容易に除去できるので、電子ビーム，イオンビームまたはレーザ光の照射後に適切なエッチング溶剤を用いて湿式エッチングを施すことにより照射領域以外のゾルゲル溶液のみを除去することが可能である。 【００１５】すなわち、基板上に塗布されたゾルゲル溶液のうちの金属酸化物薄膜を形成させたい領域のみに電子ビーム，イオンビームまたはレーザ光を照射し、さらに湿式エッチングを施すことにより、基板上の所望の領域のみに金属酸化物薄膜を形成することが可能となる。
この際、不要な領域の除去に湿式エッチングを用いるので、基板表面に何らの損傷も与えることなく所望の領域のみに金属酸化物薄膜を形成させることができ、物理的エッチングを用いた場合の基板損傷によるデバイス特性劣化を解消することができる。 【００１６】 【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。 【００１７】図１は本発明の一実施例における基板上への金属酸化物薄膜の形成方法を示す工程図である。 図１
において、１は基板、２は酢酸鉛とチタンイソプロポキシドのイソプロパノール溶液、３は電子ビーム、４はチタン酸鉛薄膜である。 【００１８】まず、酢酸鉛とチタンイソプロポキシドのイソプロパノール溶液２をスピンコーティング法により図１（ａ）のようにＧａＡｓ基板１上に塗布し、２００
℃のホットプレート上で５分間ベーキングを行った。 次に、この基板に電子ビーム露光装置を用いて、図１
（ｂ）のように５０ｋｅＶの電子ビーム３を幅５μｍのストライプ状に照射し、さらにフッ酸の３０倍希釈水溶液に１分間浸せきした後、水洗いした。 【００１９】以上のように処理した基板の表面および断面の電子顕微鏡観察の結果、図１（ｃ）に示すように幅５μｍのストライプ状に厚さ１５０ｎｍのチタン酸鉛薄膜４が形成されていることがわかり、電子ビーム照射により基板上に塗布された溶液の結晶化が進行して金属酸化物薄膜となり、希フッ酸への浸せきにより照射領域以外の溶液のみが溶解除去されていることが確認された。 【００２０】次に、本発明の金属酸化物薄膜の形成方法をＧａＡｓモノリシック集積回路作製におけるキャパシタ用誘電体薄膜形成工程に適用した場合の実施例について説明する。 【００２１】図２は本発明の金属酸化物薄膜の形成方法を用いたＧａＡｓ集積回路の作製工程図である。 まず、
図２（ａ）において５は半絶縁性ＧａＡｓ基板で、６はイオン注入領域である。 その半絶縁性ＧａＡｓ基板５上に絶縁膜７を蒸着した後、リフトオフ法によりキャパシタ下側電極８を形成する。 次に図２（ｂ）に示すようにスピンコーティング法により酢酸鉛とチタンイソプロポキシドのイソプロパノール溶液２を塗布し、図２（ｃ）
に示すようにキャパシタ形成領域のみに５０ｋｅＶの電子ビーム３を照射した後、フッ酸の３０倍希釈水溶液に浸せきして図２（ｄ）に示すようにキャパシタ用誘電体となるチタン酸鉛薄膜４を形成し、図２（ｅ）に示すようにリフトオフ法によりキャパシタ上側電極９を形成する。 その後の工程図２（ｆ）から図２（ｇ）は従来工程である図４（ｈ），（ｉ）と同様である。 ここで１０はオーミック電極、１１はショットキー電極、１２は配線金属である。 【００２２】ゾルゲル法を用いた従来の金属酸化物薄膜の形成方法を用いて、図４で示したように作製した集積回路内のＦＥＴ単体の動作特性には、ゾルゲル法を用いず通常の蒸着法で誘電体薄膜を形成した場合と比較して、ソース・ドレイン間電流の減少，ショットキー耐圧の低下，リーク電流お増大等の基板表面損傷による特性劣化が認められた。 【００２３】これに対して、本発明の方法を用いて図２
のように作製した場合には、通常法とほぼ同じＦＥＴ動作特性が得られ、Ａｒイオンビームによる物理的エッチングを回避し基板表面損傷を解消することの有効性が確認された。 【００２４】なお上記実施例において、得られる金属酸化物薄膜の特性を向上させるために、フッ酸浸せき後にＧａＡｓ基板５をアニールする工程を加えてもかまわない。 また、電子ビーム以外にイオンビームやレーザ光照射を用いても同様に金属酸化物薄膜を形成させることができる。 【００２５】さらに、本実施例ではＧａＡｓ基板５を用いたが、これ以外の半導体や金属，絶縁物など基板は何であってもかまわない。 また、チタン酸鉛等の誘電体以外に磁性体，圧電体等いかなる金属酸化物に体しても適用可能であることは言うまでもない。 【００２６】またゾルゲル溶液としては金属アルコキシド，金属塩および有機金属化合物のうち少なくとも一つを含有する有機溶媒溶液であればよく、またその有機溶媒溶液に水を加えてもよい。 【００２７】 【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明の金属酸化物薄膜の形成方法は、基板上に塗布されたゾルゲル溶液の結晶化に電子ビーム，イオンビームまたはレーザ光照射により発生する熱エネルギーを利用することにより所望の領域のみを結晶化する構成と不要な未照射領域の除去に物理的エッチングではなく湿式化学エッチングを利用できるようにした構成によるので、基板表面に全く損傷を与えることなく所望の領域のみに金属酸化物薄膜を形成することが可能な金属酸化物薄膜の形成方法を提供できる。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例における金属酸化物薄膜の形成方法を示す工程断面図 【図２】図１の金属酸化物薄膜の形成方法を利用した集積回路作製の工程断面図 【図３】従来の金属酸化物薄膜の形成方法を示す工程断面図 【図４】図３の金属酸化物薄膜の形成方法を利用した集積回路作製の工程断面図 【符号の説明】 １ 基板 ２ 酢酸鉛とチタンイソプロポキシドのイソプロパノール溶液（金属アルコキシド，金属塩および有機金属化合物のうち少なくとも一つを含有する有機溶媒溶液） ３ 電子ビーム ４ チタン酸鉛薄膜（金属酸化物薄膜） |
