JPH0528866A - 誘電体の成膜方法 - Google Patents
誘電体の成膜方法Info
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- JPH0528866A JPH0528866A JP20111891A JP20111891A JPH0528866A JP H0528866 A JPH0528866 A JP H0528866A JP 20111891 A JP20111891 A JP 20111891A JP 20111891 A JP20111891 A JP 20111891A JP H0528866 A JPH0528866 A JP H0528866A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多元蒸着法により組成を精密に制御すること
が可能で、かつ絶縁性の誘電体膜を得る。 【構成】 2×10-5Torr以下の酸素分圧、500
±200℃の基板温度で成膜を行った後、成膜後装置内
で500±200℃の基板温度、酸素分圧1×10-4T
orr以上の酸素分圧中で5分以上原料の酸化を行う。
また必要に応じて酸素をRF誘導プラズマにより活性化
し、酸化を行う。
が可能で、かつ絶縁性の誘電体膜を得る。 【構成】 2×10-5Torr以下の酸素分圧、500
±200℃の基板温度で成膜を行った後、成膜後装置内
で500±200℃の基板温度、酸素分圧1×10-4T
orr以上の酸素分圧中で5分以上原料の酸化を行う。
また必要に応じて酸素をRF誘導プラズマにより活性化
し、酸化を行う。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は誘電体の成膜方法に関す
るものである。
るものである。
【0002】
【従来の技術およびその課題】BaTiO3、SrTi
O3、PbTiO3、およびその一部をLa、Zrで置換
したPb(Zr、Ti)O3、(Pb、La)(Zr、
Ti)O3あるいはBi4Ti3O12などの酸化物誘電体
材料は、コンデンサ、圧電素子、電気的光学素子などの
種々の機能デバイスに応用されている。近年デバイスの
小型化、高集積化の要請に対応するために、これらの材
料の薄膜化の試みがなされ、焦電型赤外線センサー、超
音波センサー、光スイッチなどで薄膜を用いたデバイス
が試作されている。さらに高性能のデバイスを作製する
ためには、今まで以上に高品質な誘電体膜が必要であ
り、現在様々な手法により検討が行われている。なかで
も真空蒸着法は高純度なメタルを原料として用いること
ができることから高品質な膜を得ることができると期待
され、1963年9月発行のジャーナル・オブ・ザ・エ
レクトロケミカル・ソサイアティ誌(Journal of The E
lectrochemical Society )969〜973頁などに報
告されているように、古くからその研究が行われている
手法である。
O3、PbTiO3、およびその一部をLa、Zrで置換
したPb(Zr、Ti)O3、(Pb、La)(Zr、
Ti)O3あるいはBi4Ti3O12などの酸化物誘電体
材料は、コンデンサ、圧電素子、電気的光学素子などの
種々の機能デバイスに応用されている。近年デバイスの
小型化、高集積化の要請に対応するために、これらの材
料の薄膜化の試みがなされ、焦電型赤外線センサー、超
音波センサー、光スイッチなどで薄膜を用いたデバイス
が試作されている。さらに高性能のデバイスを作製する
ためには、今まで以上に高品質な誘電体膜が必要であ
り、現在様々な手法により検討が行われている。なかで
も真空蒸着法は高純度なメタルを原料として用いること
ができることから高品質な膜を得ることができると期待
され、1963年9月発行のジャーナル・オブ・ザ・エ
レクトロケミカル・ソサイアティ誌(Journal of The E
lectrochemical Society )969〜973頁などに報
告されているように、古くからその研究が行われている
手法である。
【0003】特に真空蒸着法の中でも原料を独立に供給
して成膜を行うことができる多元蒸着法は精密な組成制
御が必要とされるPb(Zr、Ti)O3、(Pb、L
a)(Zr、Ti)O3、(Ba、Sr)TiO3などの
多元系の誘電体の有効な成膜手法として期待されてお
り、1989年2月発行のアプライド・フィジックス・
レター誌(Applied Physics Letters)527〜529頁
で、成膜中に酸素プラズマを用いて原料を活性化して基
板に供給することにより、残留分極の大きさが5μC/
cm2、坑電界15kV/cmというような値を示すB
aTiO3膜が得られることも報告されている。しか
し、多くの期待に反して、他の多元系の誘電体の成膜に
関しては報告がなく、BaTiO3など成膜に関して報
告が行われているものでも、他の成膜方法よりも大きな
優位性を示す結果が得られているものはない。これは下
記に示すように、 低い酸素分圧で成膜を行うと膜が充分に酸化されない
ために充分な誘電性を示さない。 成膜中に酸素分圧を高くしたりまたプラズマ等により
活性な酸素を用いて成膜中に膜を酸化しようとすると、
同時に原料も酸化されてしまい、その結果、安定に原料
の供給ができなくなり、組成の制御ができない。 といった相反する問題を従来の真空蒸着法が含んでいた
ことに原因がある。今後、この2つの問題を同時に解決
する方法が見つからない限り多元蒸着法の特徴を有効に
生かすことはできない。以上のように、多元蒸着法にお
いてバルクと同等の特性を持つ膜を得ることのできない
原因は、成膜中に組成を精度よく制御しながら同時に膜
の酸化を充分に行うことができないところにあり、本発
明はこのような従来の問題点を解決することを目的とす
る。
して成膜を行うことができる多元蒸着法は精密な組成制
御が必要とされるPb(Zr、Ti)O3、(Pb、L
a)(Zr、Ti)O3、(Ba、Sr)TiO3などの
多元系の誘電体の有効な成膜手法として期待されてお
り、1989年2月発行のアプライド・フィジックス・
レター誌(Applied Physics Letters)527〜529頁
で、成膜中に酸素プラズマを用いて原料を活性化して基
板に供給することにより、残留分極の大きさが5μC/
cm2、坑電界15kV/cmというような値を示すB
aTiO3膜が得られることも報告されている。しか
し、多くの期待に反して、他の多元系の誘電体の成膜に
関しては報告がなく、BaTiO3など成膜に関して報
告が行われているものでも、他の成膜方法よりも大きな
優位性を示す結果が得られているものはない。これは下
記に示すように、 低い酸素分圧で成膜を行うと膜が充分に酸化されない
ために充分な誘電性を示さない。 成膜中に酸素分圧を高くしたりまたプラズマ等により
活性な酸素を用いて成膜中に膜を酸化しようとすると、
同時に原料も酸化されてしまい、その結果、安定に原料
の供給ができなくなり、組成の制御ができない。 といった相反する問題を従来の真空蒸着法が含んでいた
ことに原因がある。今後、この2つの問題を同時に解決
する方法が見つからない限り多元蒸着法の特徴を有効に
生かすことはできない。以上のように、多元蒸着法にお
いてバルクと同等の特性を持つ膜を得ることのできない
原因は、成膜中に組成を精度よく制御しながら同時に膜
の酸化を充分に行うことができないところにあり、本発
明はこのような従来の問題点を解決することを目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、A
BO3で表され、AとしてSr、Ba、Pb、La、L
i、Biから選ばれる一種類以上の元素、BとしてT
i、Zr、Ta、Nbから選ばれる一種類以上の元素か
らなる誘電体を多元蒸着法により成膜し、成膜後、膜の
酸化を行うことよりなる誘電体の成膜方法であって、5
00±200℃の基板温度、2×10-5Torr以下の
酸素分圧中で誘電体膜を成膜した後、500±200℃
の基板温度、1×10-4Torr以上の酸素分圧中で5
分間以上膜の酸化を行うことを特徴とする誘電体の成膜
方法である。また上記発明において、酸素ガスをプラズ
マにより活性化させて膜の酸化を行うことを好適とす
る。
BO3で表され、AとしてSr、Ba、Pb、La、L
i、Biから選ばれる一種類以上の元素、BとしてT
i、Zr、Ta、Nbから選ばれる一種類以上の元素か
らなる誘電体を多元蒸着法により成膜し、成膜後、膜の
酸化を行うことよりなる誘電体の成膜方法であって、5
00±200℃の基板温度、2×10-5Torr以下の
酸素分圧中で誘電体膜を成膜した後、500±200℃
の基板温度、1×10-4Torr以上の酸素分圧中で5
分間以上膜の酸化を行うことを特徴とする誘電体の成膜
方法である。また上記発明において、酸素ガスをプラズ
マにより活性化させて膜の酸化を行うことを好適とす
る。
【0005】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図1に本発明の方法に用いられる誘電体の成
長装置の一例の構造を示す。成長装置は原料のメタルの
ある原料室1と基板8の設置されている成長室2に分か
れており、それぞれ独立に排気される。融点が低く蒸気
圧が高い原料Aは分子線セル3、融点の高い原料BはE
−Gun4により基板に供給される。成長室2にはプラ
ズマを発生させるためのコイル5が設置されている。本
発明に基づいて、Aの原料としてSrのメタルを、Bの
原料としてTiのメタルを用いてSrTiO3の成膜を
行った。Srの入っている分子線セル3の温度は350
℃とした。基板温度500±200℃、2×10-5To
rrの酸素分圧で80nmの膜を作製する。成膜終了
後、基板温度を保持したまま成長室内の酸素分圧が1×
10-4Torr以上になるように酸素ガスを導入し、5
分以上膜の酸化を行った。また必要に応じてRF誘導プ
ラズマを発生させ、酸素を活性化した。その後、酸素分
圧を保ったままで基板を冷却した。
説明する。図1に本発明の方法に用いられる誘電体の成
長装置の一例の構造を示す。成長装置は原料のメタルの
ある原料室1と基板8の設置されている成長室2に分か
れており、それぞれ独立に排気される。融点が低く蒸気
圧が高い原料Aは分子線セル3、融点の高い原料BはE
−Gun4により基板に供給される。成長室2にはプラ
ズマを発生させるためのコイル5が設置されている。本
発明に基づいて、Aの原料としてSrのメタルを、Bの
原料としてTiのメタルを用いてSrTiO3の成膜を
行った。Srの入っている分子線セル3の温度は350
℃とした。基板温度500±200℃、2×10-5To
rrの酸素分圧で80nmの膜を作製する。成膜終了
後、基板温度を保持したまま成長室内の酸素分圧が1×
10-4Torr以上になるように酸素ガスを導入し、5
分以上膜の酸化を行った。また必要に応じてRF誘導プ
ラズマを発生させ、酸素を活性化した。その後、酸素分
圧を保ったままで基板を冷却した。
【0006】酸素もしくは活性な酸素を装置内に導入し
て蒸着法により酸化物の成膜を行う場合、原料の酸化に
よる蒸発量の変化がおきる。E−Gun加熱の場合は入
力パワーによって原料の供給量を細かく制御することが
できるが、分子線セルの温度を変化させ蒸発量を制御す
る場合は温度変化に対して蒸発量の変化の応答が遅く現
実的ではない。そこでなるべく原料の蒸発量が変化しな
い低い酸素分圧中で、しかも活性な酸素等は使わずに成
膜することが望ましい。図2は本実施例で行った酸素分
圧2×10-5Torrにおける分子線セルによるSrの
基板への堆積速度の時間変化を示したもので、Srの堆
積量は約30分で10%減少している。この程度の変化
ならばE−Gun加熱方式でTiの蒸発量を制御するこ
とにより膜厚方向に対してSr、Tiの組成分布が均一
な膜を得ることが可能である。図3はTiの蒸発量を制
御して成膜を行い、作製したSrTiO3膜の組成プロ
ファイルである。Tiの蒸発量を制御することにより組
成の均一な膜ができている。一方、酸素分圧が2×10
-5Torrより大きくなるとSr堆積量の減少量は著し
く大きくなり、かつ不規則になるので、組成の制御が困
難になる。したがって成膜中の酸素分圧を2×10-5T
orr以下で成膜することが望ましい。
て蒸着法により酸化物の成膜を行う場合、原料の酸化に
よる蒸発量の変化がおきる。E−Gun加熱の場合は入
力パワーによって原料の供給量を細かく制御することが
できるが、分子線セルの温度を変化させ蒸発量を制御す
る場合は温度変化に対して蒸発量の変化の応答が遅く現
実的ではない。そこでなるべく原料の蒸発量が変化しな
い低い酸素分圧中で、しかも活性な酸素等は使わずに成
膜することが望ましい。図2は本実施例で行った酸素分
圧2×10-5Torrにおける分子線セルによるSrの
基板への堆積速度の時間変化を示したもので、Srの堆
積量は約30分で10%減少している。この程度の変化
ならばE−Gun加熱方式でTiの蒸発量を制御するこ
とにより膜厚方向に対してSr、Tiの組成分布が均一
な膜を得ることが可能である。図3はTiの蒸発量を制
御して成膜を行い、作製したSrTiO3膜の組成プロ
ファイルである。Tiの蒸発量を制御することにより組
成の均一な膜ができている。一方、酸素分圧が2×10
-5Torrより大きくなるとSr堆積量の減少量は著し
く大きくなり、かつ不規則になるので、組成の制御が困
難になる。したがって成膜中の酸素分圧を2×10-5T
orr以下で成膜することが望ましい。
【0007】表1〜表2に今回行った成膜及び酸化処理
における基板温度、酸化時間、酸素分圧の条件をまとめ
た。酸化時間とは成膜終了後に基板温度を保持した時間
であり冷却時間を含まない。酸素分圧は成膜後に酸化を
行った時の酸素分圧を意味する。また膜が絶縁性を示す
か否かを判断する目安として誘電特性を測定し、誘電率
とtanδを求めた。その結果を併せて表1〜表2に示
す。基板温度が200℃以下では膜が結晶化しないため
に酸素分圧、酸化時間を変化させても導通してしまい、
誘電率を測定することができなかった。一方、基板温度
が800℃では酸化中に膜表面にクラックが生じてしま
うためすべて導通してしまった。また、300℃、70
0℃の基板温度でも、酸化時間が5分以上、また酸素分
圧が1×10-4Torr以上でないと絶縁性を示す膜が
得られない。以上のことから成膜後膜の酸化を行う場合
には基板温度を500±200℃、酸素分圧を1×10
-4Torr以上で5分以上酸化を行う必要がある。
における基板温度、酸化時間、酸素分圧の条件をまとめ
た。酸化時間とは成膜終了後に基板温度を保持した時間
であり冷却時間を含まない。酸素分圧は成膜後に酸化を
行った時の酸素分圧を意味する。また膜が絶縁性を示す
か否かを判断する目安として誘電特性を測定し、誘電率
とtanδを求めた。その結果を併せて表1〜表2に示
す。基板温度が200℃以下では膜が結晶化しないため
に酸素分圧、酸化時間を変化させても導通してしまい、
誘電率を測定することができなかった。一方、基板温度
が800℃では酸化中に膜表面にクラックが生じてしま
うためすべて導通してしまった。また、300℃、70
0℃の基板温度でも、酸化時間が5分以上、また酸素分
圧が1×10-4Torr以上でないと絶縁性を示す膜が
得られない。以上のことから成膜後膜の酸化を行う場合
には基板温度を500±200℃、酸素分圧を1×10
-4Torr以上で5分以上酸化を行う必要がある。
【0008】
【表1】
────────────────────────────────────
基板温度(℃) 酸化時間(分) 酸素分圧(Torr) 誘電率 tanδ
────────────────────────────────────
3 5×10-5 測定不能 リーク大
1×10-4 測定不能 リーク大
1×10-3 測定不能 リーク大
────────────────────────────
5 5×10-5 測定不能 リーク大
200 1×10-4 測定不能 リーク大
1×10-3 測定不能 リーク大
────────────────────────────
10 5×10-5 測定不能 リーク大
1×10-4 測定不能 リーク大
1×10-3 測定不能 リーク大
────────────────────────────────────
3 5×10-5 測定不能 リーク大
1×10-4 測定不能 リーク大
1×10-3 測定不能 リーク大
────────────────────────────
5 5×10-5 測定不能 リーク大
300 1×10-4 200 0.023
1×10-3 210 0.011
────────────────────────────
10 5×10-5 測定不能 リーク大
1×10-4 190 0.011
1×10-3 200 0.009
────────────────────────────────────
【0009】
【表2】
────────────────────────────────────
基板温度(℃) 酸化時間(分) 酸素分圧(Torr) 誘電率 tanδ
────────────────────────────────────
3 5×10-5 測定不能 リーク大
1×10-4 測定不能 リーク大
1×10-3 測定不能 リーク大
────────────────────────────
5 5×10-5 測定不能 リーク大
700 1×10-4 210 0.008
1×10-3 200 0.008
────────────────────────────
10 5×10-5 測定不能 リーク大
1×10-4 220 0.007
1×10-3 200 0.007
────────────────────────────────────
3 5×10-5 測定不能 リーク大
1×10-4 測定不能 リーク大
1×10-3 測定不能 リーク大
────────────────────────────
5 5×10-5 測定不能 リーク大
880 1×10-4 測定不能 リーク大
1×10-3 測定不能 リーク大
────────────────────────────
10 5×10-5 測定不能 リーク大
1×10-4 測定不能 リーク大
1×10-3 測定不能 リーク大
────────────────────────────────────
【0010】図4に成膜後酸化を行う際にプラズマによ
り酸素ガスを活性化し酸化を行った場合(図4(a))
と、プラズマを用いなかった場合(図4(b))につい
て電流電圧特性を測定し、耐圧分布の分布を調べた結果
を示す。測定は各々100個の試料を用いて行った。試
料の膜厚は100nm、基板温度は500℃、酸素分圧
は1×10-3Torr、酸化時間は10分である。プラ
ズマを用いた場合は15V付近に耐圧が集中しているの
に対し、用いなかった場合には6V付近に耐圧が集中し
ており、プラズマを用いて活性な酸素により酸化を行っ
た方が絶縁性を高めるうえで効果があることがわかる。
その他、PLZT、Bi4Ti3O12、LiNbO3につ
いても同様に成膜を行い、同じ結果を得た。
り酸素ガスを活性化し酸化を行った場合(図4(a))
と、プラズマを用いなかった場合(図4(b))につい
て電流電圧特性を測定し、耐圧分布の分布を調べた結果
を示す。測定は各々100個の試料を用いて行った。試
料の膜厚は100nm、基板温度は500℃、酸素分圧
は1×10-3Torr、酸化時間は10分である。プラ
ズマを用いた場合は15V付近に耐圧が集中しているの
に対し、用いなかった場合には6V付近に耐圧が集中し
ており、プラズマを用いて活性な酸素により酸化を行っ
た方が絶縁性を高めるうえで効果があることがわかる。
その他、PLZT、Bi4Ti3O12、LiNbO3につ
いても同様に成膜を行い、同じ結果を得た。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法を用
いることにより、多元蒸着法によって原料が酸化しにく
い低い酸素分圧中で誘電体の成膜を行っても絶縁性を示
す膜を得ることが可能となる。この結果、組成制御を任
意に行うことができるといった多元蒸着法に期待されて
いる特徴を生かしながら誘電体の成膜を行うことが可能
となり、本発明の工業的意味はたいへん大きいと考えら
れる。
いることにより、多元蒸着法によって原料が酸化しにく
い低い酸素分圧中で誘電体の成膜を行っても絶縁性を示
す膜を得ることが可能となる。この結果、組成制御を任
意に行うことができるといった多元蒸着法に期待されて
いる特徴を生かしながら誘電体の成膜を行うことが可能
となり、本発明の工業的意味はたいへん大きいと考えら
れる。
【図1】本発明の方法に用いられる成膜装置の一例の構
成図である。
成図である。
【図2】Srの堆積速度の時間変化を示した図である。
【図3】2×10-5Torrの酸素圧中でSrの蒸発量
の変化に合わせてTiの蒸発量を変化させながら成膜し
た場合の組成分布図である。
の変化に合わせてTiの蒸発量を変化させながら成膜し
た場合の組成分布図である。
【図4】成膜後プラズマにより膜の酸化を行った場合
と、酸素ガスを用いて酸化を行った場合の耐圧分布を示
す図である。
と、酸素ガスを用いて酸化を行った場合の耐圧分布を示
す図である。
1 原料室 2 成長室
3 分子線セル 4 E−Gun
5 コイル 6 O2ガスパス
7 ヒータ 8 基板
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上に、ABO3で表され、Aとして
Sr、Ba、Pb、La、Li、Biから選ばれる一種
類以上の元素、BとしてTi、Zr、Ta、Nbから選
ばれる一種類以上の元素からなる誘電体を多元蒸着法に
より成膜し、成膜後、膜の酸化を行うことよりなる誘電
体の成膜方法であって、500±200℃の基板温度、
2×10-5Torr以下の酸素分圧中で誘電体膜を成膜
した後、500±200℃の基板温度、1×10-4To
rr以上の酸素分圧中で5分間以上膜の酸化を行うこと
を特徴とする誘電体の成膜方法。 - 【請求項2】 酸素ガスをプラズマにより活性化させて
膜の酸化を行うことを特徴とする請求項1記載の誘電体
の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20111891A JPH0528866A (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 誘電体の成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20111891A JPH0528866A (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 誘電体の成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0528866A true JPH0528866A (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=16435706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20111891A Pending JPH0528866A (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 誘電体の成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0528866A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100364752B1 (ko) * | 1995-04-19 | 2003-08-02 | 엘지전자 주식회사 | 저주파진동세탁기의구동장치 |
| JP2007066754A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Tdk Corp | 誘電体膜及びその製造方法 |
| JP2011195348A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Yukio Watabe | 酸化物強誘電体の分極電場の増大法 |
-
1991
- 1991-07-17 JP JP20111891A patent/JPH0528866A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100364752B1 (ko) * | 1995-04-19 | 2003-08-02 | 엘지전자 주식회사 | 저주파진동세탁기의구동장치 |
| JP2007066754A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Tdk Corp | 誘電体膜及びその製造方法 |
| JP2011195348A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Yukio Watabe | 酸化物強誘電体の分極電場の増大法 |
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