JPH042698A - 薄膜基板の製造方法 - Google Patents

薄膜基板の製造方法

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JPH042698A
JPH042698A JP2103033A JP10303390A JPH042698A JP H042698 A JPH042698 A JP H042698A JP 2103033 A JP2103033 A JP 2103033A JP 10303390 A JP10303390 A JP 10303390A JP H042698 A JPH042698 A JP H042698A
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thin film
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srtio3
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Ichiro Ueda
一朗 上田
Kenji Iijima
賢二 飯島
Koichi Kugimiya
公一 釘宮
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は焦電形赤外線センサ、圧電素子、電気光学素子
、メモリ素子、キャパシタなどに用いられる強誘電体薄
膜や高速トランジスタ、微小電磁場センサ等に用いられ
る超伝導薄膜を作製するための基板に関するものである
(従来の技術) 強誘電体や超伝導体のエレクトロニクス分野における応
用は上記の素子等さまざまなものがある。
近年の半導体技術の進歩による電子部品の小型化、集積
化にともない、これらの素子も小型化。
薄膜化が進みつつある。
強誘電体を応用する場合には、分極軸が基板に垂直に向
いていることが望ましい。BaTi0.(チタン酸バリ
ウム)の結晶構造は正方晶で強誘電分極の向きは(00
1)方向であり、P b (T x Z r ) Oa
 (チタン酸ジルコン酸鉛)の分極の大きい組成の結晶
構造も正方晶で強誘電分極の向きは[0013方向であ
る。したがって(001)軸が基板に垂直に向いている
ことが望ましい。
酸化物の超伝導体のYBa2Cu、07の結晶構造は斜
方晶で(100)と(010)方向に電流が流れ易く、
臨界電流密度も大きいことが知られている。したがって
応用の観点から、これも基板に垂直に[001]軸を並
べることが望ましい。
薄膜を作製する基板には、セラミクス、単結晶、アモル
ファス物質、金属等が用いられるが、酸化物の薄−を作
製し゛た場合、基板の種類と作゛製条件によって、結晶
の方位が変わり易い0石英は、耐熱性に優れ熱膨張係数
が非常に小さいので基板としては優れているが、アモル
ファス型であり、結晶性酸化物をその上に配向させるこ
とは困難である。またSlは半導体集積回路基板として
大量に使用されているが、共有結合の非酸化物であるの
で、その上に酸化物をエピタキシャル的に成長させるこ
とは困難である。上記の強誘電体や超伝導体に関して、
溶融石英およびSi上に特定の結晶軸が配向したという
報告はない。
【発明が解決しようと゛する課題) 一般には、BaTiO3やP b (T x Z r 
) Os、あるいはY B ax Cus O7の(0
01)軸が確実に基板に垂直に配向することはない。
本発明の目的は、石英やSi基板上に設けたSrTiO
3上に基板面に垂直に(001)軸を配向させたBaT
i0.のような強誘電体薄膜およびY B at Cu
、 Otのような超伝導薄膜が得られるような基板を得
ることである。
(課題を解決するための手段) 基板として1石英あるいはSiを用い、その上にSrT
iO3を、一定の条件でスパッタリングを行うことによ
って、基板に垂直に(1003軸を配向させる。この基
板を用いることによってBaTi0.のような強誘電体
薄膜およびYBa、Cu、O,めような超伝導薄膜の(
001)軸が配向するものである。
(作 用) 基板として2石英およびSi1選ぶ、基板上に(100
)軸が基板に垂直に配向したS r T i Os薄膜
を形成する。適当なガス圧力および基板温度では、Sr
TiO3薄膜の[10G]軸が基板面に垂直に揃って;
薄膜はエピタキシャル的に配向成長する。このような5
rTio、を形成した基板は、B a T i Osや
YBa、Cu、O,の(001)軸を基板に垂直に配向
させるように働く。
(実施例) 石英、Si基板上にSrTiO3薄膜を作製する。
次にこの5rTiOs薄膜上に、強誘電体の例としてB
aTi0.薄膜および超伝導体の例としてY B am
 Cu、 Oを薄膜を作製する。これらの薄膜の作製は
、RF−マグネトロンバッタリング法による。薄膜のX
線回折パターンにより、5rTiO。
の配向性とSrTiO3上のBaTi0.あるいはYB
aよCu、O,の配向性の関係をみた。
SrTiO3およびBaTi0おのターゲットは市販の
高純度!末試薬である。5rTiOsのスパッタリング
は基板温度が450〜750℃、ガス圧力が5=69纏
丁、の範囲で行なった@ B a T、x Osは、基
板温度が500℃、ガス圧力が40!Tでスーパ、ツタ
リングした:YBatCu、O,のターゲットは、原料
のy、os。
BaCO5,CuOを所定量、混合11、粉砕し、90
0℃した* YBasCu、、O,の基板温度が600
℃、ガス圧力が160mT ”Q行なった。その他共通
のスパッタリ混合比がAr10.=90/10.時−間
は6時間、ターゲット基板の距離は83である。ターゲ
ット粉末は銅皿に入れ、200kg/cdの圧力でプレ
スした。
SrTiO3はペロブスカイト型の低温強誘電体で、室
温では立方晶で常誘電体である。
ハ S r T i Osの[100]軸の配向率α1をI
 (200)/(I(200) + I (101) 
+ I (111))と定義する。IはX線反射強度で
ある。I (100)は非常に小さいので1(200)
で比較した。特定の方向に配向していない、1 粉末の場合は、α、=0.28となる。完全に(100
)すなわち(200)方向に配向しているならα1=1
となる。第1−1表および第1−2表に種々のスパッタ
リング条件で作製(た溶融石英上の5rTiO。
の、配向率α、を示す、第2−1表、第2−2表、にS
i上での同様の結果を示す、基板温度およびガス圧力が
高すぎるか低すぎると配向率α、は大きくならず、最大
で0.55である。適当なスパッタリング条件、すなわ
ち基板温度が600〜700℃で、ガス圧力が10〜6
01Tの範囲で作製すると、α1はかなり大きくなり最
大−70,861達する。このように。
スパッタリング条件を最適にすると1石英やSi上に作
製したS r T i O3薄膜の[100]軸を基板
に垂直に強度に配向させることができる。
第1−1表 石英上の5rTi○3の配向率〔1〕 第2−1表 Si上のSrTiO3の配向率〔1〕第1
−2表 石英上のS r T i O3の配向率〔2〕第2−2
表 Si上の5rTi○3の配向率〔2〕次に種々の(
100)配向率α、をもつS r T i O,上に、
BaTi0a、YBa2Cu、07薄膜を作製し、それ
らの(001)配向率とα、との関係を調べた。
BaTi○、は120℃付近にキュリー点をもつペロブ
スカイト型の強誘電体である。室温では正方晶形で1強
誘電分極の向きはC軸すなわち(001)方向である。
これを焦電形赤外線センサ、圧電素子、メモリー等に用
いる場合、(001)軸が基板に垂直に配向しているこ
とが望ましい。B a T i○、粉末のX線回折パタ
ーンを標準として測定し、薄膜の結果と比較した。ここ
でB a T i O、薄膜の(001)軸が配向して
いる度合を表わすために配向率α2を[I (001)
)/CI (001) + (100) + I (1
01) + I (110)+ I (111))で定
義する。もしも薄膜が全く配向していなくて粉末と同じ
状態ならば、α、:0.046になる。完全に(001
)軸が基板に垂直に配向しているならばα2は1になる
。溶融石英、Si基板上に作製した種々の(100)配
向率α1をもつS r T i O。
上にB a T i O3薄膜を作製し、X線回折パタ
ーンからその(001)配向率α2を求めた。第3表に
基板上の5rTi○、のα1とB a T x O3の
α2を示す、直接BaTi0.を溶融石英、Si基板上
に作製したときのα2は0.15〜0.50の範囲であ
った。第3表から(100)に優勢に配向したS r 
T i O、上に作製するとα2は非常に大きくなるこ
とがわかる。
第3表 SrTiO3の配向率α1とBaTiO3の配
向率〔α2〕 YBa、Cu、O,はペロブスカイト型の超伝導体で約
900°にの臨界温度をもつ、結晶対称性は斜方晶であ
る。電流が流れ易く臨界電流密度が大きいのは[010
3および[100]方向である。これをデバイスとして
応用する場合、[0011軸が基板に垂直に配向してい
ることが望ましい@ YBa、Cu、O,粉末のX線回
折パターンを標準として測定し、薄膜の結果と比較する
。粉末の場合、(002)反射の20は15.3@にあ
り、(110)反射は32.8°にある。
その強度比は約9 : 100であった。 [001]
方向が基板に垂直に配向している度合いを表わすために
配向率α、をI (002)バI (002) + I
 (110))で定義した。α、は、粉体のときは0.
08となり、I(110)がゼロで1となる。したがっ
て、薄膜の[0023軸が基板に対して垂直に優勢に配
向しているならば、α、は0.08より大きくなるはず
である。完全に(001)方向に配向しているならば、
この値は1になる。溶融石英、Si基板上に作製した種
々の(100)配向率α、をもつS r T i Oa
上にYBa、Cu。
07薄膜を作製し、X線回折パターンからその(001
)配向率α、を求めた。第4表に基板上のS r T 
i O、のα1とYBa、Cu、O,のα3を示す、直
接YBa、Cu、O,を溶融石英、Si基板上に作製し
たときのα1は0.30〜0.50の範囲であった。第
4表から(100)に優勢に配向したSrTiO3上に
作製するとα3は非常に大きくなることがわかる。
第4表 SrTiO3の配向率α、とYBa、Cu、O
,の配向率α。
(発明の効果) 本発明によれば、石英あるいはSi基板上に(10G)
軸が基板に垂直に配向したSrTiO3を作製したもの
を基板に用いることによって、基板に垂直に強誘電分極
軸が向いたBaTi0.のような強誘電体薄膜および基
板に平行に電流が流れ易く臨界電流密度が大きいYBa
、Cu、O,のような超伝導薄膜を容易に作製すること
ができ、その実用上の効果は大である。
特許出願人 松下電器産業株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)石英(SiO_2)あるいはSi基板上に形成さ
    れた基板に垂直に〔100〕軸が配向したSrTiO_
    3(チタン酸ストロンチウム)薄膜を有することを特徴
    とする薄膜基板。
  2. (2)石英(SiO_2)あるいはSi基板上に、基板
    温度が600〜700℃、ガス圧力が10〜60mTで
    、スパッタリング法により、SrTiO_3薄膜を形成
    させることにより、基板面に垂直に〔100〕軸が配向
    したSrTiO_3を有することを特徴とする薄膜基板
    の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103469156A (zh) * 2013-09-18 2013-12-25 东华大学 一种对较厚铁电薄膜实施应力工程用于材料改性的方法
CN103680940A (zh) * 2013-09-18 2014-03-26 东华大学 提高以导电氧化物为底电极的铁电薄膜抗疲劳特性的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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