JPH05139895A - 酸化物強誘電薄膜の製造方法 - Google Patents
酸化物強誘電薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH05139895A JPH05139895A JP3305126A JP30512691A JPH05139895A JP H05139895 A JPH05139895 A JP H05139895A JP 3305126 A JP3305126 A JP 3305126A JP 30512691 A JP30512691 A JP 30512691A JP H05139895 A JPH05139895 A JP H05139895A
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- JP
- Japan
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- thin film
- oxide
- oxide ferroelectric
- ferroelectric thin
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン単結晶基板上に良質の強誘電薄膜を
形成する。 【構成】 シリコン単結晶基板上に緩衝層として酸化マ
グネシウム薄膜を形成し、次いで酸化物強誘電薄膜を緩
衝層表面上に成長させる。
形成する。 【構成】 シリコン単結晶基板上に緩衝層として酸化マ
グネシウム薄膜を形成し、次いで酸化物強誘電薄膜を緩
衝層表面上に成長させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、酸化物強誘電薄膜の
製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この発
明は、光導波路素子、圧電素子、電気光学素子、赤外線
検出素子等に用いられる酸化物強誘電薄膜の製造方法に
関するものである。
製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この発
明は、光導波路素子、圧電素子、電気光学素子、赤外線
検出素子等に用いられる酸化物強誘電薄膜の製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エレクトロニクス、オプトエレクトロニ
クス技術の急速な発展にともなって、これら技術の基盤
としての電子材料の機能高度化への要請が強まってい
る。このような状況において各種の材料の微細結晶構
造、精密組織制御等の検討が精力的に進められており、
酸化物強誘電材料についても高度機能化のための工夫が
なされてきている。
クス技術の急速な発展にともなって、これら技術の基盤
としての電子材料の機能高度化への要請が強まってい
る。このような状況において各種の材料の微細結晶構
造、精密組織制御等の検討が精力的に進められており、
酸化物強誘電材料についても高度機能化のための工夫が
なされてきている。
【０００３】このような検討にとって、酸化物強誘電材
料のエレクトロニクス分野への応用のためにその薄膜化
が重要な課題になっている。特に、シリコン単結晶基板
上にこの酸化物強誘電薄膜をエピタキシャル成長させる
ことが肝要である。しかしながら、これまでは、酸化物
強誘電材料をシリコン単結晶基板表面上に直接形成しよ
うとすると酸化物強誘電材料内にシリコンが拡散した
り、酸化物強誘電材料の構成原子がシリコン中に拡散す
るなどの不都合が生じ、良質の酸化物強誘電薄膜を得る
ことができなかった。そこで、白金等の金属材料や、熱
処理によって生成することのできる二酸化珪素膜を原子
拡散の障壁としてシリコン単結晶表面上に形成すること
が試みられているが、いずれの場合にも障壁としての機
能が十分でなく、良質の酸化物強誘電薄膜を得ることは
できない。さらにエピタキシャル成長という点でもこれ
らの緩衝層は最適な材料と言いがたいのが実情である。
料のエレクトロニクス分野への応用のためにその薄膜化
が重要な課題になっている。特に、シリコン単結晶基板
上にこの酸化物強誘電薄膜をエピタキシャル成長させる
ことが肝要である。しかしながら、これまでは、酸化物
強誘電材料をシリコン単結晶基板表面上に直接形成しよ
うとすると酸化物強誘電材料内にシリコンが拡散した
り、酸化物強誘電材料の構成原子がシリコン中に拡散す
るなどの不都合が生じ、良質の酸化物強誘電薄膜を得る
ことができなかった。そこで、白金等の金属材料や、熱
処理によって生成することのできる二酸化珪素膜を原子
拡散の障壁としてシリコン単結晶表面上に形成すること
が試みられているが、いずれの場合にも障壁としての機
能が十分でなく、良質の酸化物強誘電薄膜を得ることは
できない。さらにエピタキシャル成長という点でもこれ
らの緩衝層は最適な材料と言いがたいのが実情である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上の通り、従来の技
術においては、シリコン単結晶基板上への良質な酸化物
強誘電薄膜の形成は極めて困難であり、その原因とし
て、エピタキシャル成長用緩衝層の原子拡散抑制の能力
が実用的レベルにないという問題があった。そこでこの
発明はこのような従来技術の欠点を解消し、酸化物強誘
電薄膜をシリコン単結晶基板上に形成するに際し、優れ
た原子拡散抑制の能力とともに、酸化物強誘電材料をエ
ピタキシャル成長させるのに適した格子定数を持つ緩衝
層を介在させることにより、良質な酸化物強誘電薄膜の
製造を可能とする新しい方法を提供することを目的とし
ている。
術においては、シリコン単結晶基板上への良質な酸化物
強誘電薄膜の形成は極めて困難であり、その原因とし
て、エピタキシャル成長用緩衝層の原子拡散抑制の能力
が実用的レベルにないという問題があった。そこでこの
発明はこのような従来技術の欠点を解消し、酸化物強誘
電薄膜をシリコン単結晶基板上に形成するに際し、優れ
た原子拡散抑制の能力とともに、酸化物強誘電材料をエ
ピタキシャル成長させるのに適した格子定数を持つ緩衝
層を介在させることにより、良質な酸化物強誘電薄膜の
製造を可能とする新しい方法を提供することを目的とし
ている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、シリコン単結晶基板上に緩衝層
として酸化マグネシウム薄膜を形成後、酸化物強誘電薄
膜を緩衝層表面上に成長させることを特徴とする酸化物
強誘電薄膜の製造方法を提供する。すなわち、この発明
は、酸化マグネシウムがシリコンおよび酸化物強誘電材
料の構成原子との反応性が著しく低いこと、また格子定
数が酸化物強誘電材料の格子定数に近いことに着目し、
これを酸化物強誘電薄膜の成膜のための緩衝層としてい
る。またこの酸化マグネシウム薄膜をエピタキシャル成
長させるために、これをシリコン単結晶（１００）面上
に形成することも態様としている。
を解決するものとして、シリコン単結晶基板上に緩衝層
として酸化マグネシウム薄膜を形成後、酸化物強誘電薄
膜を緩衝層表面上に成長させることを特徴とする酸化物
強誘電薄膜の製造方法を提供する。すなわち、この発明
は、酸化マグネシウムがシリコンおよび酸化物強誘電材
料の構成原子との反応性が著しく低いこと、また格子定
数が酸化物強誘電材料の格子定数に近いことに着目し、
これを酸化物強誘電薄膜の成膜のための緩衝層としてい
る。またこの酸化マグネシウム薄膜をエピタキシャル成
長させるために、これをシリコン単結晶（１００）面上
に形成することも態様としている。
【０００６】
【作用】酸化物強誘電材料を直接シリコン単結晶基板、
あるいは表面が酸化されたシリコン単結晶基板、もしく
は白金等の金属薄膜を形成したシリコン単結晶基板上に
形成すると酸化物強誘電材料の構成原子である鉛等が緩
衝層中を拡散してシリコン基板まで達してしまうことか
多い。この場合には酸化物強誘電材料の組成が変化し強
誘電性のないパイロクロア結晶相が生成する。これに対
して、酸化マグネシウム薄膜を酸化物強誘電薄膜とシリ
コン単結晶基板の緩衝材として使用する場合には拡散に
よる酸化物強誘電材料の組成変化は起こらず、適切な処
理温度により強誘電性を持つペロブスカイト結晶相が生
成する。形成された酸化物薄膜がほぼ１００％ペロブス
カイト結晶構造を持つことにより強誘電材料としての特
性は十分に引き出される。
あるいは表面が酸化されたシリコン単結晶基板、もしく
は白金等の金属薄膜を形成したシリコン単結晶基板上に
形成すると酸化物強誘電材料の構成原子である鉛等が緩
衝層中を拡散してシリコン基板まで達してしまうことか
多い。この場合には酸化物強誘電材料の組成が変化し強
誘電性のないパイロクロア結晶相が生成する。これに対
して、酸化マグネシウム薄膜を酸化物強誘電薄膜とシリ
コン単結晶基板の緩衝材として使用する場合には拡散に
よる酸化物強誘電材料の組成変化は起こらず、適切な処
理温度により強誘電性を持つペロブスカイト結晶相が生
成する。形成された酸化物薄膜がほぼ１００％ペロブス
カイト結晶構造を持つことにより強誘電材料としての特
性は十分に引き出される。
【０００７】また、酸化マグネシウムが4.21Åの格子定
数を持つため、シリコン単結晶（格子定数／２＝3.84
Å）（１００）面上に９％の格子不整合で酸化マグネシ
ウム薄膜をエピタキシャル成長させることができる。さ
らに、酸化物強誘電材料の多くが４Å程度の格子定数を
持つことから、シリコン単結晶（面方位（１００）面）
上に形成した酸化マグネシウムエピタキシャル薄膜に５
％程度の格子不整合で多くの酸化物強誘電材料がエピタ
キシャル成長することが可能となる。
数を持つため、シリコン単結晶（格子定数／２＝3.84
Å）（１００）面上に９％の格子不整合で酸化マグネシ
ウム薄膜をエピタキシャル成長させることができる。さ
らに、酸化物強誘電材料の多くが４Å程度の格子定数を
持つことから、シリコン単結晶（面方位（１００）面）
上に形成した酸化マグネシウムエピタキシャル薄膜に５
％程度の格子不整合で多くの酸化物強誘電材料がエピタ
キシャル成長することが可能となる。
【０００８】もちろん、この発明においてシリコン単結
晶基板上に緩衝層である酸化マグネシウムを成膜する方
法としては各種のものが採用でき、たとえばスパッタ
法、真空蒸着法、ＭＯ−ＣＶＤ法、レーザーアブレーシ
ョン法、ゾルゲル法等のいかなる方法でもよく、緩衝層
上に形成する強誘電薄膜の成膜方法もスパッタ法、真空
蒸着法、ＭＯ−ＣＶＤ法、レーザーアブレーション法、
ゾルゲル法等の任意の方法を採用することができる。緩
衝層としての酸化マグネシウムは、任意の厚さとするこ
とができるが、一般的には、0.05〜0.5 μｍ程度とする
ことができる。
晶基板上に緩衝層である酸化マグネシウムを成膜する方
法としては各種のものが採用でき、たとえばスパッタ
法、真空蒸着法、ＭＯ−ＣＶＤ法、レーザーアブレーシ
ョン法、ゾルゲル法等のいかなる方法でもよく、緩衝層
上に形成する強誘電薄膜の成膜方法もスパッタ法、真空
蒸着法、ＭＯ−ＣＶＤ法、レーザーアブレーション法、
ゾルゲル法等の任意の方法を採用することができる。緩
衝層としての酸化マグネシウムは、任意の厚さとするこ
とができるが、一般的には、0.05〜0.5 μｍ程度とする
ことができる。
【０００９】この緩衝層の上には、ＰＺＴ，ＰＬＺＴ，
ニオブ酸鉛、チタン酸バリウム等の強誘電薄膜を、0.2
〜5.0 μｍ程度のエピタキシャル膜を形成することがで
きる。もちろん、これらは特に限定されたものではな
い。以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明の製造
法について説明する。
ニオブ酸鉛、チタン酸バリウム等の強誘電薄膜を、0.2
〜5.0 μｍ程度のエピタキシャル膜を形成することがで
きる。もちろん、これらは特に限定されたものではな
い。以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明の製造
法について説明する。
【００１０】
【実施例】実施例１ 真空槽中において酸素ガス圧力１×１０-4Torr下におい
て、酸化マグネシウム単結晶をターゲットとするスパッ
タ法により、シリコン単結晶基板上に基板温度７００℃
で、酸化マグネシウム緩衝層を厚さ0.1 μｍエピタキシ
ャル成長させた。その上に、同様に酸素ガス圧力１×１
０-4Torr下において、ＰＺＴ焼結体をターゲットとする
スパッタ法により酸化マグネシウム緩衝層上にエピタキ
シャル成長させた。この方法を用いて0.5 μｍ，1.0 μ
ｍ，2.0 μｍの厚さのＰＺＴエピタキシャル膜を得た。
ｘ線解析法により得られた薄膜がｃ軸配向していること
を確認した。実施例２ 酸素ガス圧力１×１０-4Torr下において、基板温度６５
０℃にて実施例１と同様にしてシリコン単結晶基板上に
酸化マグネシウム緩衝層を厚さ0.2 μｍにエピタキシャ
ル成長させた。
て、酸化マグネシウム単結晶をターゲットとするスパッ
タ法により、シリコン単結晶基板上に基板温度７００℃
で、酸化マグネシウム緩衝層を厚さ0.1 μｍエピタキシ
ャル成長させた。その上に、同様に酸素ガス圧力１×１
０-4Torr下において、ＰＺＴ焼結体をターゲットとする
スパッタ法により酸化マグネシウム緩衝層上にエピタキ
シャル成長させた。この方法を用いて0.5 μｍ，1.0 μ
ｍ，2.0 μｍの厚さのＰＺＴエピタキシャル膜を得た。
ｘ線解析法により得られた薄膜がｃ軸配向していること
を確認した。実施例２ 酸素ガス圧力１×１０-4Torr下において、基板温度６５
０℃にて実施例１と同様にしてシリコン単結晶基板上に
酸化マグネシウム緩衝層を厚さ0.2 μｍにエピタキシャ
ル成長させた。
【００１１】その上に、実施例１と同様にしてＰＺＴエ
ピタキシャル成長膜を成膜した。ｘ線回析法により、得
られた薄膜がｃ軸配向していることを確認した。実施例３ 真空蒸着法により、シリコン単結晶基板上に酸化マグネ
シウム緩衝層を厚さ0.15μｍエピタキシャル成長させ
た。その上に、酸素ガス圧力１×１０-4Torr下において
ＰＬＺＴエピタキシャル膜を成膜した。
ピタキシャル成長膜を成膜した。ｘ線回析法により、得
られた薄膜がｃ軸配向していることを確認した。実施例３ 真空蒸着法により、シリコン単結晶基板上に酸化マグネ
シウム緩衝層を厚さ0.15μｍエピタキシャル成長させ
た。その上に、酸素ガス圧力１×１０-4Torr下において
ＰＬＺＴエピタキシャル膜を成膜した。
【００１２】実施例１および２と同様にｃ軸配向してい
ることを確認した。
ることを確認した。
【００１３】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り、従来実現することのできなかった良質の酸化物強誘
電薄膜をシリコン単結晶基板上に製造することができ
る。シリコンと酸化物強誘電材料との相互反応を抑制
し、かつ、酸化物強誘電薄膜をエピタキシャル成長させ
ることができる。
り、従来実現することのできなかった良質の酸化物強誘
電薄膜をシリコン単結晶基板上に製造することができ
る。シリコンと酸化物強誘電材料との相互反応を抑制
し、かつ、酸化物強誘電薄膜をエピタキシャル成長させ
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 3/12 ３０１ 9059−5Ｇ
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン単結晶基板上に緩衝層として酸
化マグネシウム薄膜を形成後、酸化物強誘電薄膜を緩衝
層表面上に成長させることを特徴とする酸化物強誘電薄
膜の製造方法。 - 【請求項２】 シリコン単結晶基板の（１００）面上に
緩衝層として酸化マグネシウム薄膜をエピタキシャル成
長させた後、ペロブスカイト型鉛系複合酸化物薄膜をそ
の緩衝層表面上にエピタキシャル成長させることを特徴
とする請求項１の酸化物強誘電薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または２の方法で製造してなる
酸化物強誘電薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3305126A JPH05139895A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | 酸化物強誘電薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3305126A JPH05139895A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | 酸化物強誘電薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05139895A true JPH05139895A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=17941410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3305126A Withdrawn JPH05139895A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | 酸化物強誘電薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05139895A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006088190A1 (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-24 | Tateho Chemical Industries Co., Ltd. | 酸化マグネシウム単結晶蒸着材及びその製造方法 |
| JP2008516459A (ja) * | 2004-10-13 | 2008-05-15 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 電気絶縁性半導体基板のＭｇＯベースのコーティング及びその製造方法 |
| CN115959905A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-04-14 | 南京航空航天大学 | 一种钛锆酸铅与氧化镁垂直自组装纳米复合介电储能薄膜及其制备方法 |
-
1991
- 1991-11-20 JP JP3305126A patent/JPH05139895A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008516459A (ja) * | 2004-10-13 | 2008-05-15 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 電気絶縁性半導体基板のＭｇＯベースのコーティング及びその製造方法 |
| WO2006088190A1 (ja) * | 2005-02-21 | 2006-08-24 | Tateho Chemical Industries Co., Ltd. | 酸化マグネシウム単結晶蒸着材及びその製造方法 |
| CN115959905A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-04-14 | 南京航空航天大学 | 一种钛锆酸铅与氧化镁垂直自组装纳米复合介电储能薄膜及其制备方法 |
| CN115959905B (zh) * | 2022-12-07 | 2023-08-18 | 南京航空航天大学 | 一种钛锆酸铅与氧化镁垂直自组装纳米复合介电储能薄膜及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990204 |