JPH0772339B2 - 誘電体薄膜の成膜方法 - Google Patents
誘電体薄膜の成膜方法Info
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- JPH0772339B2 JPH0772339B2 JP31372590A JP31372590A JPH0772339B2 JP H0772339 B2 JPH0772339 B2 JP H0772339B2 JP 31372590 A JP31372590 A JP 31372590A JP 31372590 A JP31372590 A JP 31372590A JP H0772339 B2 JPH0772339 B2 JP H0772339B2
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Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は誘電体薄膜の成膜方法に関するものである。
（従来の技術） BaTiO3、SrTiO3、PbTiO3、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。
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。
これらの誘電体薄膜の成膜方法には現在スパッタ法が広
く用いられている。しかしスパッタ法には基板表面をプ
ラズマにさらしてしまう、成膜速度が遅いなどの欠点が
あり、これを補う方法としてCVD法、真空蒸着法などに
より誘電体薄膜を形成する研究が現在盛んに行われるよ
うになってきている。なかでも真空蒸着法は高品質で界
面の良好な薄膜を成膜することのできる可能性のある方
法として古くから注目されており、BaTiO3に関する成膜
が1963年９月発行ジャーナルオブエレクトロケミカルソ
サイアティ誌（Journal of The Electrochemical Socie
ty）969〜973頁に報告されている。また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頁にあるように多元蒸着法で酸素プ
ラズマを用いることにより残留分極の大きさが５μc/cm
2、坑電界15KV/cmの強誘電特性を示す薄膜の形成も報告
されている。しかしその特性値はバルクの結晶に比べて
残留分極で５分の１、坑電界で10倍程度であり強誘電体
膜として改良の余地がある。またBaTiO3以外の誘電体の
真空蒸着法による成膜の報告はほとんどないのが現状で
ある。
く用いられている。しかしスパッタ法には基板表面をプ
ラズマにさらしてしまう、成膜速度が遅いなどの欠点が
あり、これを補う方法としてCVD法、真空蒸着法などに
より誘電体薄膜を形成する研究が現在盛んに行われるよ
うになってきている。なかでも真空蒸着法は高品質で界
面の良好な薄膜を成膜することのできる可能性のある方
法として古くから注目されており、BaTiO3に関する成膜
が1963年９月発行ジャーナルオブエレクトロケミカルソ
サイアティ誌（Journal of The Electrochemical Socie
ty）969〜973頁に報告されている。また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頁にあるように多元蒸着法で酸素プ
ラズマを用いることにより残留分極の大きさが５μc/cm
2、坑電界15KV/cmの強誘電特性を示す薄膜の形成も報告
されている。しかしその特性値はバルクの結晶に比べて
残留分極で５分の１、坑電界で10倍程度であり強誘電体
膜として改良の余地がある。またBaTiO3以外の誘電体の
真空蒸着法による成膜の報告はほとんどないのが現状で
ある。
（発明が解決しようとする課題） 以上のように真空蒸着法においてバルクと同等の特性を
持つ膜が得られない原因は不安定な原料による組成の不
均一性、及び酸化不足による不完全な結晶性による。即
ち膜を酸化するために酸素ガス、または酸化力の強い活
性な酸素を酸素分圧が5.0×10-5Torr以上になるように
真空装置内に導入することが望ましいにもかかわらず、
そのような真空度ではＥ−gunが安定に動作せず、かつS
r、Baなどのアルカリ金属が酸化され、安定に原料を供
給することができなくなかった。反対にＥ−gunが安定
に動作し、かつSr、Baなどが安定な酸素分圧の低い条件
（1.0×10-5Torrより少ない条件）で成膜を行うと膜の
酸素不足のために良好誘電体膜を得ることができなかっ
たところによる。
持つ膜が得られない原因は不安定な原料による組成の不
均一性、及び酸化不足による不完全な結晶性による。即
ち膜を酸化するために酸素ガス、または酸化力の強い活
性な酸素を酸素分圧が5.0×10-5Torr以上になるように
真空装置内に導入することが望ましいにもかかわらず、
そのような真空度ではＥ−gunが安定に動作せず、かつS
r、Baなどのアルカリ金属が酸化され、安定に原料を供
給することができなくなかった。反対にＥ−gunが安定
に動作し、かつSr、Baなどが安定な酸素分圧の低い条件
（1.0×10-5Torrより少ない条件）で成膜を行うと膜の
酸素不足のために良好誘電体膜を得ることができなかっ
たところによる。
（課題を解決するための手段） 本発明は成膜中の成膜室と原料室を独立に排気し、成長
室の酸素分圧を３±２×10-5Torrに保ちながら、原料室
をＥ−gunが安定に動作することのでき、かつSrを安定
に供給できる３±２×10-6Torrの真空度成膜できる装置
を用いて誘電体の成膜を行い、更に成膜後装置内で膜の
酸化を促進し、膜中の欠陥を少なくすることのできる熱
処理を行うことからなる方法である。
室の酸素分圧を３±２×10-5Torrに保ちながら、原料室
をＥ−gunが安定に動作することのでき、かつSrを安定
に供給できる３±２×10-6Torrの真空度成膜できる装置
を用いて誘電体の成膜を行い、更に成膜後装置内で膜の
酸化を促進し、膜中の欠陥を少なくすることのできる熱
処理を行うことからなる方法である。
（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。第１図に本実施例の成膜装置の構造を示す。装置は
成膜室１と原料室２に分かれており、それぞれ独立に排
気できるようになっている。基板６は成長室の中に設置
されておりカーボンヒーター７により800℃まで昇温す
ることのできる構造になっている。原料室にはSrの入っ
ているＫ−cell3が２つ、Tiが入っているＥ−gun4が設
置されている。第２図はSrの温度とSrTiO3の成膜速度の
関係を調べたものである。成膜速度はSrの温度に対して
指数関数的に増加している。Srの温度が350℃以上にな
るとSrの蒸発量が大きくなりすぎてしまいSrの蒸発量を
うまく制御することが難しくなってしまう。このことか
らたとえば成膜速度が20Å/min以上でかつSrの制御性が
良い温度範囲として、270℃以上350℃以下の温度にSrの
温度にSrの温度を設定することが望ましい。Srの昇温を
行う際は、原料の突沸を防ぎ原料間の温度差をなくすた
めに昇温速度を20℃/min以下にすることが非常に重要で
ある。Tiの供給量はSrTiO3のSr/Tiが１になるように調
節し、その量は水晶振動子を用いた膜厚モニターにより
精密に制御した。成膜された薄膜は基板温度300゜以上
で結晶性誘電体としての性質を示し始め、基板温度が高
いほど結晶性が向上し良好な膜を得ることができる。し
かし、基板温度を800℃以上にすると膜に基板との応力
の関係からクラックが生じてしまう。このことからクラ
ックのない誘電体薄膜を得るためには300℃以上800℃以
下の基板温度で成膜することが望ましい。酸素源として
はO2ガス５を用い、基板に吹き付けるように供給した。
第３図に比誘電率と酸素分圧の関係を示す。酸素分圧が
1.0×10-5Torrより小さくなると膜の酸化を充分に行う
ことができないため膜が劣化し比誘電率が急激に小さく
なる。またSrの酸化を防ぎ、Ｅ−gunを安定に動作させ
るためには原料室の真空度を1.0×10-5Torr以下にする
ことが必要であり、そのためには成長室での酸素分圧を
５×10-4Torr以下とすることが必要である。ただし望ま
しくは成長室の酸素分圧は３±２×10-5Torr、原料室の
酸素分圧は３±２×10-6Torrがよい。成膜速度は２つの
Ｋ−cellのSrの温度、Tiを供給するＥ−gunのパワーを
変化させることにより制御を行い、２つＫ−cellを用
い、かつSrの温度を350℃に設定することにより最大300
Å/minのSrTiO3の成膜速度を得ることができた。
る。第１図に本実施例の成膜装置の構造を示す。装置は
成膜室１と原料室２に分かれており、それぞれ独立に排
気できるようになっている。基板６は成長室の中に設置
されておりカーボンヒーター７により800℃まで昇温す
ることのできる構造になっている。原料室にはSrの入っ
ているＫ−cell3が２つ、Tiが入っているＥ−gun4が設
置されている。第２図はSrの温度とSrTiO3の成膜速度の
関係を調べたものである。成膜速度はSrの温度に対して
指数関数的に増加している。Srの温度が350℃以上にな
るとSrの蒸発量が大きくなりすぎてしまいSrの蒸発量を
うまく制御することが難しくなってしまう。このことか
らたとえば成膜速度が20Å/min以上でかつSrの制御性が
良い温度範囲として、270℃以上350℃以下の温度にSrの
温度にSrの温度を設定することが望ましい。Srの昇温を
行う際は、原料の突沸を防ぎ原料間の温度差をなくすた
めに昇温速度を20℃/min以下にすることが非常に重要で
ある。Tiの供給量はSrTiO3のSr/Tiが１になるように調
節し、その量は水晶振動子を用いた膜厚モニターにより
精密に制御した。成膜された薄膜は基板温度300゜以上
で結晶性誘電体としての性質を示し始め、基板温度が高
いほど結晶性が向上し良好な膜を得ることができる。し
かし、基板温度を800℃以上にすると膜に基板との応力
の関係からクラックが生じてしまう。このことからクラ
ックのない誘電体薄膜を得るためには300℃以上800℃以
下の基板温度で成膜することが望ましい。酸素源として
はO2ガス５を用い、基板に吹き付けるように供給した。
第３図に比誘電率と酸素分圧の関係を示す。酸素分圧が
1.0×10-5Torrより小さくなると膜の酸化を充分に行う
ことができないため膜が劣化し比誘電率が急激に小さく
なる。またSrの酸化を防ぎ、Ｅ−gunを安定に動作させ
るためには原料室の真空度を1.0×10-5Torr以下にする
ことが必要であり、そのためには成長室での酸素分圧を
５×10-4Torr以下とすることが必要である。ただし望ま
しくは成長室の酸素分圧は３±２×10-5Torr、原料室の
酸素分圧は３±２×10-6Torrがよい。成膜速度は２つの
Ｋ−cellのSrの温度、Tiを供給するＥ−gunのパワーを
変化させることにより制御を行い、２つＫ−cellを用
い、かつSrの温度を350℃に設定することにより最大300
Å/minのSrTiO3の成膜速度を得ることができた。
（発明の効果） 以上説明したように本発明を用いることにより酸素分圧
の高い条件でもSrTiO3の成膜を原料部を安定に制御しな
がら成膜することができる。本発明の多元真空蒸着法は
組成制御が容易で高品質かつ基板との界面の良好な膜を
得ることのできる方法である。このことから本発明によ
りいままで以上に良質な誘電体薄膜を得ることができる
ようになり工業的意味は大変大きい。
の高い条件でもSrTiO3の成膜を原料部を安定に制御しな
がら成膜することができる。本発明の多元真空蒸着法は
組成制御が容易で高品質かつ基板との界面の良好な膜を
得ることのできる方法である。このことから本発明によ
りいままで以上に良質な誘電体薄膜を得ることができる
ようになり工業的意味は大変大きい。
第１図は真空蒸着法による誘電体膜の成膜装置の概略
図、第２図はSrの温度と成膜速度の関係図、第３図は成
膜時の成長室の酸素分圧と比誘電率の関係図。 図中１は成長室、２は原料室、３はＫ−cell、４はＥ−
gun、５はO2ガスのパス６は基板、７はヒーターであ
る。
図、第２図はSrの温度と成膜速度の関係図、第３図は成
膜時の成長室の酸素分圧と比誘電率の関係図。 図中１は成長室、２は原料室、３はＫ−cell、４はＥ−
gun、５はO2ガスのパス６は基板、７はヒーターであ
る。
フロントページの続き (72)発明者 佐久間 敏幸 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 山道 新太郎 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (56)参考文献 特開 平２−107758（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】基板上にSrTiO3を成膜する方法において、
真空装置が基板の設置されている成長室、原料メタルの
蒸着源が設置されている原料室とに分かれており、それ
ぞれを独立に排気し、酸素分圧を成長室で３±２×10-5
Torr、原料室を３±２×10-6Torrにすること、SrをＫ−
cell、TiをＥ−gunを用いることにより別々に成長室に
供給することを特徴とした誘電体薄膜の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31372590A JPH0772339B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 誘電体薄膜の成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31372590A JPH0772339B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 誘電体薄膜の成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04183850A JPH04183850A (ja) | 1992-06-30 |
| JPH0772339B2 true JPH0772339B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=18044768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31372590A Expired - Fee Related JPH0772339B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | 誘電体薄膜の成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0772339B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-19 JP JP31372590A patent/JPH0772339B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04183850A (ja) | 1992-06-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |