JPH0967193A - 強誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜の製造方法Info
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- JPH0967193A JPH0967193A JP22324095A JP22324095A JPH0967193A JP H0967193 A JPH0967193 A JP H0967193A JP 22324095 A JP22324095 A JP 22324095A JP 22324095 A JP22324095 A JP 22324095A JP H0967193 A JPH0967193 A JP H0967193A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 高価なＭｇＯ単結晶基板を用いずに、基板上
に００１配向のペロブスカイト強誘電体薄膜を製造す
る。 【解決手段】 膜厚が０．０５〜０．３μｍで、組成が
Ａ／Ｂモル比にて０．８〜１．２であり、アモルファス
構造および／またはパイロクロア型構造を有する薄膜
は、５５０〜８００℃の温度で加熱処理してペロブスカ
イト構造に変化させると、キュリー温度以上にとる立方
対称にて１００配向をとる傾向をもつ。このような配向
性は基板との格子整合によって形成されるものではない
ため、任意の基板上に実現できる。この薄膜をバッファ
ー層として利用して、その上にエピタキシャル的にペロ
ブスカイト型の強誘電体薄膜を成長させれば、これもキ
ュリー温度以上にとる立方対称にて１００配向をとる。
に００１配向のペロブスカイト強誘電体薄膜を製造す
る。 【解決手段】 膜厚が０．０５〜０．３μｍで、組成が
Ａ／Ｂモル比にて０．８〜１．２であり、アモルファス
構造および／またはパイロクロア型構造を有する薄膜
は、５５０〜８００℃の温度で加熱処理してペロブスカ
イト構造に変化させると、キュリー温度以上にとる立方
対称にて１００配向をとる傾向をもつ。このような配向
性は基板との格子整合によって形成されるものではない
ため、任意の基板上に実現できる。この薄膜をバッファ
ー層として利用して、その上にエピタキシャル的にペロ
ブスカイト型の強誘電体薄膜を成長させれば、これもキ
ュリー温度以上にとる立方対称にて１００配向をとる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、焦電型赤外線検出
素子、アクチュエーター、不揮発性かつ非破壊性のメモ
リなどに有用な強誘電体薄膜の製造方法に関するもので
ある。
素子、アクチュエーター、不揮発性かつ非破壊性のメモ
リなどに有用な強誘電体薄膜の製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体とは、電場がなくても自発分極
（ＰS ）が存在し、その向きが外部電場によって反転さ
せることのできる物質であり、焦電型赤外線検出素子、
アクチュエーター、不揮発性かつ非破壊性のメモリ素子
などに広範に応用されている。
（ＰS ）が存在し、その向きが外部電場によって反転さ
せることのできる物質であり、焦電型赤外線検出素子、
アクチュエーター、不揮発性かつ非破壊性のメモリ素子
などに広範に応用されている。
【０００３】焦電型赤外線素子は自発分極の温度変化を
利用するものであり、物質内のＰSの向きが一方向に揃
っているときに最大限の出力を引き出すことができる。
しかしながら、現在実用化されている赤外線検出素子は
ほとんどが多結晶体のセラミックスで製造されており、
結晶軸の方向が揃っていないため、分極処理してもＰS
の向きを完全に揃えることができない。
利用するものであり、物質内のＰSの向きが一方向に揃
っているときに最大限の出力を引き出すことができる。
しかしながら、現在実用化されている赤外線検出素子は
ほとんどが多結晶体のセラミックスで製造されており、
結晶軸の方向が揃っていないため、分極処理してもＰS
の向きを完全に揃えることができない。
【０００４】近年、電子部品の小型化の要求が高まって
おり、これを達成するために、強誘電体材料も薄膜の形
態での利用が注目されている。その際にも、自発分極Ｐ
S の方向が一方向に揃っている強誘電体薄膜が有効とさ
れている。結晶系が室温において正方晶であるＰｂＴｉ
Ｏ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ
3 などのペロブスカイト型構造をとる代表的な強誘電体
は、結晶の００１軸方向に自発分極の方向を有するた
め、基板表面の垂直方向になるべく結晶方位の００１軸
を揃えると自発分極に起因する特性を最大限に引き出す
ことができる。このような膜を作製する従来例として、
特開昭５８−１８６１０５に記されているように、｛１
００｝面に沿ってへき開したＭｇＯ単結晶基板の下地基
板の表面に、エピタキシャル成長的に形成させて製造さ
れる上記組成の強誘電体薄膜が挙げられる。ＭｇＯ単結
晶の｛１００｝面上の格子は上記組成の強誘電体の｛１
００｝面上の格子と整合性がよいため、基板を５５０〜
６５０℃に加熱しながらスパッタ成膜もしくはＣＶＤ成
膜するとエピタキシャル膜が形成できる。上記の強誘電
体物質のキュリー温度は５００℃以下であるため、５５
０〜６５０℃の温度では立方晶であり、ＭｇＯ単結晶基
板にエピタキシャル成長している際には１００配向をと
る。成膜後に室温まで冷却する過程において、上記の強
誘電体物質は正方晶に相転移するのであるが、ＭｇＯの
熱膨張係数は１．５×１０-5（℃-1）であり、上記の強
誘電体物質の線熱膨張係数０．９×１０-5（℃-1）より
も大きいために冷却の際に膜は基板から基板面方向に圧
縮応力が作用し、相転移後に基板に垂直方向に正方晶の
００１軸が優勢的に形成される。よって、自発分極の温
度変化を利用した焦電センサーとして利用する際に優れ
た特性を発揮する。
おり、これを達成するために、強誘電体材料も薄膜の形
態での利用が注目されている。その際にも、自発分極Ｐ
S の方向が一方向に揃っている強誘電体薄膜が有効とさ
れている。結晶系が室温において正方晶であるＰｂＴｉ
Ｏ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ
3 などのペロブスカイト型構造をとる代表的な強誘電体
は、結晶の００１軸方向に自発分極の方向を有するた
め、基板表面の垂直方向になるべく結晶方位の００１軸
を揃えると自発分極に起因する特性を最大限に引き出す
ことができる。このような膜を作製する従来例として、
特開昭５８−１８６１０５に記されているように、｛１
００｝面に沿ってへき開したＭｇＯ単結晶基板の下地基
板の表面に、エピタキシャル成長的に形成させて製造さ
れる上記組成の強誘電体薄膜が挙げられる。ＭｇＯ単結
晶の｛１００｝面上の格子は上記組成の強誘電体の｛１
００｝面上の格子と整合性がよいため、基板を５５０〜
６５０℃に加熱しながらスパッタ成膜もしくはＣＶＤ成
膜するとエピタキシャル膜が形成できる。上記の強誘電
体物質のキュリー温度は５００℃以下であるため、５５
０〜６５０℃の温度では立方晶であり、ＭｇＯ単結晶基
板にエピタキシャル成長している際には１００配向をと
る。成膜後に室温まで冷却する過程において、上記の強
誘電体物質は正方晶に相転移するのであるが、ＭｇＯの
熱膨張係数は１．５×１０-5（℃-1）であり、上記の強
誘電体物質の線熱膨張係数０．９×１０-5（℃-1）より
も大きいために冷却の際に膜は基板から基板面方向に圧
縮応力が作用し、相転移後に基板に垂直方向に正方晶の
００１軸が優勢的に形成される。よって、自発分極の温
度変化を利用した焦電センサーとして利用する際に優れ
た特性を発揮する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしこの方法で使用
されるＭｇＯの単結晶の基板は高価である。よって、こ
れを用いて作製した強誘電体薄膜素子や、これから製造
される電子部品が高価になってしまうといった欠点があ
った。本発明はこの問題を解消するもので、基板の種類
にかかわらず、基板面に垂直に００１軸の方向が揃っ
た、強誘電体薄膜を製造する方法を提供するものであ
る。
されるＭｇＯの単結晶の基板は高価である。よって、こ
れを用いて作製した強誘電体薄膜素子や、これから製造
される電子部品が高価になってしまうといった欠点があ
った。本発明はこの問題を解消するもので、基板の種類
にかかわらず、基板面に垂直に００１軸の方向が揃っ
た、強誘電体薄膜を製造する方法を提供するものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の強誘電体薄膜の製造方法は、以下の通りで
ある。まず第１工程として線熱膨張係数が１．５×１０
-5（℃-1）以上の基板上にキュリー温度以上の結晶系
（立方晶系）において１００配向のペロブスカイト薄膜
をバッファー層として形成する。基板上に０．０５〜
０．３μｍの膜厚を有して、バッファー層のペロブスカ
イト薄膜の一般式をＡＢＯ3 とした際のＡ／Ｂのモル比
が０．８〜１．２である成分を有し、アモルファス構造
および／またはパイロクロア型構造を有する酸化物薄膜
を作製する。該酸化物薄膜は、例えば、２５〜５２０℃
の基板温度にてスパッタリング法または真空蒸着法で形
成することができる。該酸化物薄膜は５５０〜８００℃
に加熱するとペロブスカイト型構造に変化するのである
が、該酸化物薄膜が上記のような膜厚と組成および結晶
構造を有する場合では、ペロブスカイト構造に変化する
際に、薄膜は基板との格子整合性とは関わりなく膜自体
が形成しやすい配向性である、キュリー温度以上にとる
結晶系（立方晶）において１００配向を形成しやすい。
よって、この性質を利用すれば任意の基板上にキュリー
温度において１００配向を形成することができる。
めに本発明の強誘電体薄膜の製造方法は、以下の通りで
ある。まず第１工程として線熱膨張係数が１．５×１０
-5（℃-1）以上の基板上にキュリー温度以上の結晶系
（立方晶系）において１００配向のペロブスカイト薄膜
をバッファー層として形成する。基板上に０．０５〜
０．３μｍの膜厚を有して、バッファー層のペロブスカ
イト薄膜の一般式をＡＢＯ3 とした際のＡ／Ｂのモル比
が０．８〜１．２である成分を有し、アモルファス構造
および／またはパイロクロア型構造を有する酸化物薄膜
を作製する。該酸化物薄膜は、例えば、２５〜５２０℃
の基板温度にてスパッタリング法または真空蒸着法で形
成することができる。該酸化物薄膜は５５０〜８００℃
に加熱するとペロブスカイト型構造に変化するのである
が、該酸化物薄膜が上記のような膜厚と組成および結晶
構造を有する場合では、ペロブスカイト構造に変化する
際に、薄膜は基板との格子整合性とは関わりなく膜自体
が形成しやすい配向性である、キュリー温度以上にとる
結晶系（立方晶）において１００配向を形成しやすい。
よって、この性質を利用すれば任意の基板上にキュリー
温度において１００配向を形成することができる。
【０００７】次に第２工程として、ペロブスカイト薄膜
をバッファー層として利用し、このバッファー層上にエ
ピタキシャル的にペロブスカイト型構造の強誘電体薄膜
を結晶成長させる。エピタキシャル的に結晶成長させる
にはスパッタリング法や化学蒸着法の際の基板温度を５
５０〜６５０℃に加熱すればよく、このような温度では
上記強誘電体薄膜は立方晶であり、１００配向を維持し
たまま結晶成長する。成膜後の冷却の際に膜は、基板の
線熱膨張係数が膜よりも大きいため、基板から膜の面内
方向に圧縮応力が作用し、基板面に垂直方向に００１軸
が優勢的に形成される。
をバッファー層として利用し、このバッファー層上にエ
ピタキシャル的にペロブスカイト型構造の強誘電体薄膜
を結晶成長させる。エピタキシャル的に結晶成長させる
にはスパッタリング法や化学蒸着法の際の基板温度を５
５０〜６５０℃に加熱すればよく、このような温度では
上記強誘電体薄膜は立方晶であり、１００配向を維持し
たまま結晶成長する。成膜後の冷却の際に膜は、基板の
線熱膨張係数が膜よりも大きいため、基板から膜の面内
方向に圧縮応力が作用し、基板面に垂直方向に００１軸
が優勢的に形成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】０．０５〜０．３μｍの膜厚で、
Ａ／Ｂのモル比が０．８〜１．２である成分を有し、ア
モルファス構造および／またはパイロクロア型構造を有
する薄膜は、５５０〜８００℃の温度で加熱処理してペ
ロブスカイト構造に変化させると、キュリー温度以上に
おいて１００配向をとる傾向をもつ。このような配向性
は基板との格子整合によって形成されるものではないた
め、任意の基板上に実現できる。この薄膜をバッファー
層として利用して、その上にエピタキシャル的にペロブ
スカイト型構造の強誘電体薄膜を成長させれば、これも
キュリー温度以上において１００配向をとることは言う
までもない。線熱膨張係数が１．５×１０-5（℃-1）以
上の基板上にこれを実施すれば、成膜後の冷却におい
て、膜は基板から膜面内方向に圧縮応力が作用して、基
板面に垂直方向に００１軸が優勢的に形成される。即
ち、００１配向のペロブスカイト強誘電体薄膜を作製す
ることができる。
Ａ／Ｂのモル比が０．８〜１．２である成分を有し、ア
モルファス構造および／またはパイロクロア型構造を有
する薄膜は、５５０〜８００℃の温度で加熱処理してペ
ロブスカイト構造に変化させると、キュリー温度以上に
おいて１００配向をとる傾向をもつ。このような配向性
は基板との格子整合によって形成されるものではないた
め、任意の基板上に実現できる。この薄膜をバッファー
層として利用して、その上にエピタキシャル的にペロブ
スカイト型構造の強誘電体薄膜を成長させれば、これも
キュリー温度以上において１００配向をとることは言う
までもない。線熱膨張係数が１．５×１０-5（℃-1）以
上の基板上にこれを実施すれば、成膜後の冷却におい
て、膜は基板から膜面内方向に圧縮応力が作用して、基
板面に垂直方向に００１軸が優勢的に形成される。即
ち、００１配向のペロブスカイト強誘電体薄膜を作製す
ることができる。
【０００９】バッファー層を作製する際において、加熱
処理前のアモルファスもしくはパイロクロア構造の膜の
組成が、組成Ａ／Ｂのモル比が０．８〜１．２であるこ
とが望ましいのは、０．８未満ではＡイオンの欠損量が
多すぎて加熱処理後にペロブスカイト構造を形成でき
ず、また１．２を越えると加熱処理後のペロブスカイト
構造の膜が１１１配向をとりやすくなってしまうからで
ある。
処理前のアモルファスもしくはパイロクロア構造の膜の
組成が、組成Ａ／Ｂのモル比が０．８〜１．２であるこ
とが望ましいのは、０．８未満ではＡイオンの欠損量が
多すぎて加熱処理後にペロブスカイト構造を形成でき
ず、また１．２を越えると加熱処理後のペロブスカイト
構造の膜が１１１配向をとりやすくなってしまうからで
ある。
【００１０】また、加熱処理前のアモルファスもしくは
パイロクロア構造の膜の膜厚が０．０５〜０．３μｍが
望ましいのは以下に述べる理由がある。０．０５μｍ未
満では、加熱処理後に形成したペロブスカイト薄膜が縞
状に基板上に形成されて基板を完全に覆っていないた
め、ペロブスカイト薄膜のバッファー層上には良質な薄
膜が作製できない。完全に基板表面を覆うバッファー層
を作製するには０．０５μｍ以上の膜厚が必要である。
また、０．３μｍより厚いと、加熱処理中のペロブスカ
イト形成の際に１００配向をとらずにランダムな配向を
とってしまうため、バッファー層としては利用できな
い。よって、第１工程においてペロブスカイトのバッフ
ァー層を形成するためには、膜厚は０．０５〜０．３μ
ｍであることが望ましい。
パイロクロア構造の膜の膜厚が０．０５〜０．３μｍが
望ましいのは以下に述べる理由がある。０．０５μｍ未
満では、加熱処理後に形成したペロブスカイト薄膜が縞
状に基板上に形成されて基板を完全に覆っていないた
め、ペロブスカイト薄膜のバッファー層上には良質な薄
膜が作製できない。完全に基板表面を覆うバッファー層
を作製するには０．０５μｍ以上の膜厚が必要である。
また、０．３μｍより厚いと、加熱処理中のペロブスカ
イト形成の際に１００配向をとらずにランダムな配向を
とってしまうため、バッファー層としては利用できな
い。よって、第１工程においてペロブスカイトのバッフ
ァー層を形成するためには、膜厚は０．０５〜０．３μ
ｍであることが望ましい。
【００１１】さらに、バッファー層を形成する際の加熱
処理温度は５５０〜８００℃が望ましいのは、５５０℃
未満ではペロブスカイト構造の単一相の膜が形成され
ず、パイロクロア構造の混在した膜もしくはパイロクロ
ア構造の単一相の膜のままであるためバッファー層とし
て利用できない。また、この温度範囲より高温では膜か
らＰｂＯの成分が揮発する傾向が極めて大きいため、ペ
ロブスカイト構造に変化せずバッファー層として利用で
きない。
処理温度は５５０〜８００℃が望ましいのは、５５０℃
未満ではペロブスカイト構造の単一相の膜が形成され
ず、パイロクロア構造の混在した膜もしくはパイロクロ
ア構造の単一相の膜のままであるためバッファー層とし
て利用できない。また、この温度範囲より高温では膜か
らＰｂＯの成分が揮発する傾向が極めて大きいため、ペ
ロブスカイト構造に変化せずバッファー層として利用で
きない。
【００１２】第１工程にて上述のような条件を有するア
モルファス構造および／またはパイロクロア型構造の酸
化物薄膜を基板上に作製するには、各種のスパッタリン
グ法や真空蒸着法で可能である。例えば、ターゲットに
成分ＡとＢを含む酸化物粉末を用いた高周波スパッタリ
ング法でもよく、成分ＡとＢを含む合金もしくは複合金
属をターゲットとして用い雰囲気ガスに酸素を含めた反
応性スパッタリング法や真空蒸着法でもよい。また、第
２工程にて、バッファー層上にエピタキシャル的にペロ
ブスカイト強誘電体薄膜を作製する際には、基板を５０
０〜７００℃に加熱してスパッタリング法や化学蒸着法
でバッファー層上に成分を堆積成長させればよい。
モルファス構造および／またはパイロクロア型構造の酸
化物薄膜を基板上に作製するには、各種のスパッタリン
グ法や真空蒸着法で可能である。例えば、ターゲットに
成分ＡとＢを含む酸化物粉末を用いた高周波スパッタリ
ング法でもよく、成分ＡとＢを含む合金もしくは複合金
属をターゲットとして用い雰囲気ガスに酸素を含めた反
応性スパッタリング法や真空蒸着法でもよい。また、第
２工程にて、バッファー層上にエピタキシャル的にペロ
ブスカイト強誘電体薄膜を作製する際には、基板を５０
０〜７００℃に加熱してスパッタリング法や化学蒸着法
でバッファー層上に成分を堆積成長させればよい。
【００１３】また、線熱膨張係数が１．０×１０-5〜
２．１×１０-5℃-1の基板を用いて上記の条件で膜を形
成すれば、上記の強誘電体の線熱膨張係数（０．９×１
０-5℃-1）よりも大きいため、本成膜の後の冷却の際に
膜は基板面方向に圧縮応力が働き、００１配向しやす
い。線熱膨張係数が１．０×１０-5より小さい基板で
は、冷却の際に基板面方向に圧縮応力が効果的に働かず
高００１配向の膜が得られなかったり、基板面方向に引
っ張り応力が働いたりして１００配向の膜となってしま
う。また、線熱膨張係数２．１×１０-5℃-1より大きい
基板を用いた場合、膜と基板の線熱膨張係数の差が大き
いために、膜が基板から受ける圧縮応力が大きすぎて、
膜が剥離してしまう。
２．１×１０-5℃-1の基板を用いて上記の条件で膜を形
成すれば、上記の強誘電体の線熱膨張係数（０．９×１
０-5℃-1）よりも大きいため、本成膜の後の冷却の際に
膜は基板面方向に圧縮応力が働き、００１配向しやす
い。線熱膨張係数が１．０×１０-5より小さい基板で
は、冷却の際に基板面方向に圧縮応力が効果的に働かず
高００１配向の膜が得られなかったり、基板面方向に引
っ張り応力が働いたりして１００配向の膜となってしま
う。また、線熱膨張係数２．１×１０-5℃-1より大きい
基板を用いた場合、膜と基板の線熱膨張係数の差が大き
いために、膜が基板から受ける圧縮応力が大きすぎて、
膜が剥離してしまう。
【００１４】以上の原理で、高価なＭｇＯ単結晶基板を
用いなくても、線熱膨張係数が１．５×１０-5℃-1以上
の任意の基板上に、００１配向性を有する強誘電体薄
膜、例えばＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、
（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3 薄膜が作製できる。
用いなくても、線熱膨張係数が１．５×１０-5℃-1以上
の任意の基板上に、００１配向性を有する強誘電体薄
膜、例えばＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、
（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3 薄膜が作製できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明による強誘電体薄膜の製造方法
を、実施例に基づいて具体的に説明する。成膜は６イン
チターゲットを２つ搭載できる高周波マグネトロンスパ
ッタリング装置で行った。基板ホルダーにはヒーターが
設置され７００℃まで加熱でき、ターゲット−基板間距
離は５０〜１６０ｍｍの範囲で自由に設定できる仕様と
なっている。また、二つのターゲットには無酸素銅製の
ターゲット皿が配置され、それぞれバッファー層の成膜
と本成膜に用いるターゲット粉末が充填できるようにな
っている。００１配向の強誘電体薄膜ＰｂＴｉＯ3 を作
製するための実施例を以下に示す。
を、実施例に基づいて具体的に説明する。成膜は６イン
チターゲットを２つ搭載できる高周波マグネトロンスパ
ッタリング装置で行った。基板ホルダーにはヒーターが
設置され７００℃まで加熱でき、ターゲット−基板間距
離は５０〜１６０ｍｍの範囲で自由に設定できる仕様と
なっている。また、二つのターゲットには無酸素銅製の
ターゲット皿が配置され、それぞれバッファー層の成膜
と本成膜に用いるターゲット粉末が充填できるようにな
っている。００１配向の強誘電体薄膜ＰｂＴｉＯ3 を作
製するための実施例を以下に示す。
【００１６】（第１工程）まず、下記の手順で基板上に
バッファー層を形成した。ＰｂＴｉＯ3 の化学量論組成
の粉末をターゲット材料として用い、この粉末を無酸素
銅製のターゲット皿に敷き詰めて表面を平にしながら押
し固めてターゲットとした。基板には鏡面研磨した種々
の金属板を用い、これを基板ホルダーに固定し、ターゲ
ット−基板間距離を６０ｍｍに設定し、表１の成膜条件
でアモルファス膜の成膜を行った。このような条件で作
製したアモルファス膜の組成はＰｂ／Ｔｉのモル比で
１．１であることがＩＣＰ発光分析法でわかっている。
次に基板ホルダーに設置されているヒーターでこのアモ
ルファス膜をチャンバー内にて５７５℃で５分間加熱処
理した。この加熱処理によって、基板上のアモルファス
膜はＰｂＴｉＯ3 の組成のペロブスカイト構造の結晶膜
が形成され、しかも室温において強く００１配向してい
ることがＸＲＤで確認されている。つまり、キュリー温
度（４９０℃）以上の立方晶ではこのバッファー層は１
００配向を形成していることになる。
バッファー層を形成した。ＰｂＴｉＯ3 の化学量論組成
の粉末をターゲット材料として用い、この粉末を無酸素
銅製のターゲット皿に敷き詰めて表面を平にしながら押
し固めてターゲットとした。基板には鏡面研磨した種々
の金属板を用い、これを基板ホルダーに固定し、ターゲ
ット−基板間距離を６０ｍｍに設定し、表１の成膜条件
でアモルファス膜の成膜を行った。このような条件で作
製したアモルファス膜の組成はＰｂ／Ｔｉのモル比で
１．１であることがＩＣＰ発光分析法でわかっている。
次に基板ホルダーに設置されているヒーターでこのアモ
ルファス膜をチャンバー内にて５７５℃で５分間加熱処
理した。この加熱処理によって、基板上のアモルファス
膜はＰｂＴｉＯ3 の組成のペロブスカイト構造の結晶膜
が形成され、しかも室温において強く００１配向してい
ることがＸＲＤで確認されている。つまり、キュリー温
度（４９０℃）以上の立方晶ではこのバッファー層は１
００配向を形成していることになる。
【００１７】
【表１】
【００１８】（第２工程）次に、ターゲット−基板間距
離を１００ｍｍに設定し、このバッファー層の上に表２
の条件で本成膜を行った。本成膜のターゲットはＰｂＯ
を過剰に含ませ、成膜中に過剰のＰｂＯが供給されてい
るようにした。成膜中の基板温度は６２０℃に設定し、
バッファー層上にエピタキシャル成長させた。
離を１００ｍｍに設定し、このバッファー層の上に表２
の条件で本成膜を行った。本成膜のターゲットはＰｂＯ
を過剰に含ませ、成膜中に過剰のＰｂＯが供給されてい
るようにした。成膜中の基板温度は６２０℃に設定し、
バッファー層上にエピタキシャル成長させた。
【００１９】
【表２】
【００２０】このようにして得られた厚さ２．５μｍの
薄膜を作製した。Ｘ線回折図形から、００１配向性の強
いＰｂＴｉＯ3 膜が作製されていることがわかり、組成
をＩＣＰ発光分析法で調べたところ化学量論組成のＰｂ
ＴｉＯ3 になっていることがわかった。走査型電子顕微
鏡で膜の組織構造を観察したところ緻密な膜が形成され
ていることがわかった。Ｘ線回折ピーク強度から以下の
式を用いて算出した００１配向率αを下記に示す。 α（％）＝｛Ｉ001 ／（Ｉ001 ＋Ｉ100 ＋Ｉ101 ＋Ｉ110 ＋Ｉ111 ）｝ ×１００ …（１）
薄膜を作製した。Ｘ線回折図形から、００１配向性の強
いＰｂＴｉＯ3 膜が作製されていることがわかり、組成
をＩＣＰ発光分析法で調べたところ化学量論組成のＰｂ
ＴｉＯ3 になっていることがわかった。走査型電子顕微
鏡で膜の組織構造を観察したところ緻密な膜が形成され
ていることがわかった。Ｘ線回折ピーク強度から以下の
式を用いて算出した００１配向率αを下記に示す。 α（％）＝｛Ｉ001 ／（Ｉ001 ＋Ｉ100 ＋Ｉ101 ＋Ｉ110 ＋Ｉ111 ）｝ ×１００ …（１）
【００２１】
【表３】
【００２２】この薄膜の表面に金の上部電極を形成し、
基板を下部電極として利用して膜の焦電係数を判定し
た。−５０℃から３℃／ｍｉｎの速度で昇温させて、焦
電流をエレクトロメーターにて測定した。その結果、分
極処理しなくても焦電流が測定された。Ｎｉ基板上に作
製したＰｂＴｉＯ3 膜の焦電係数は１．０×１０-8Ｃ／
ｃｍ2 ℃であり、ＰｂＴｉＯ3 系の焼結体と比較して極
めて優れた焦電特性を発揮した。
基板を下部電極として利用して膜の焦電係数を判定し
た。−５０℃から３℃／ｍｉｎの速度で昇温させて、焦
電流をエレクトロメーターにて測定した。その結果、分
極処理しなくても焦電流が測定された。Ｎｉ基板上に作
製したＰｂＴｉＯ3 膜の焦電係数は１．０×１０-8Ｃ／
ｃｍ2 ℃であり、ＰｂＴｉＯ3 系の焼結体と比較して極
めて優れた焦電特性を発揮した。
【００２３】同様の要領によって試みた本発明の他の実
施例の結果を以下に示す。下表から、本発明の請求項の
条件に従えば、００１配向性の強誘電体薄膜が得られる
ことがわかる。
施例の結果を以下に示す。下表から、本発明の請求項の
条件に従えば、００１配向性の強誘電体薄膜が得られる
ことがわかる。
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の強誘電体薄
膜素子の製造方法に従うと、下地基板として高価なＭｇ
Ｏ単結晶基板を用いずに安価な他の基板を用いても、０
０１配向性を有する強誘電体薄膜素子が製造できる。し
たがって、本発明の強誘電体薄膜素子の製造方法は、電
子部品の分野でより広い範囲に使用できることになり、
実用面で極めて有効である。
膜素子の製造方法に従うと、下地基板として高価なＭｇ
Ｏ単結晶基板を用いずに安価な他の基板を用いても、０
０１配向性を有する強誘電体薄膜素子が製造できる。し
たがって、本発明の強誘電体薄膜素子の製造方法は、電
子部品の分野でより広い範囲に使用できることになり、
実用面で極めて有効である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 16/40 Ｃ２３Ｃ 16/40 16/44 16/44 Ｃ３０Ｂ 23/00 Ｃ３０Ｂ 23/00 29/22 29/22 Ｚ Ｈ０１Ｂ 3/00 Ｈ０１Ｂ 3/00 Ｆ
Claims (2)
- 【請求項１】 第１工程として線熱膨張係数が１．０×
１０-5〜２．１×１０-5（℃-1）の基板上にペロブスカ
イト薄膜をバッファー層として形成するにあたり、０．
０５〜０．３μｍの膜厚を有して、膜成分がペロブスカ
イトの一般式ＡＢＯ3 に対してＡ／Ｂモル比で０．８〜
１．２であり、結晶構造がアモルファス構造および／ま
たはパイロクロア型構造である酸化物薄膜を基板上に形
成した後、該酸化物薄膜を５５０〜８００℃に加熱して
ペロブスカイト型構造に変化させることによって、キュ
リー温度以上において１００配向のペロブスカイト薄膜
のバッファー層を該基板上に形成し、 第２工程として、該基板上に、該ペロブスカイト薄膜に
対してエピタキシャル的にペロブスカイト型構造の室温
において正方晶を有する強誘電体薄膜を結晶成長させる
ことを特徴とした、 室温において００１配向を有するペロブスカイト型構造
を有する強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 上記第１工程における結晶構造がアモル
ファス構造および／またはパイロクロア型構造である酸
化物薄膜を基板上に作製する方法がスパッタリング法ま
たは真空蒸着法であり、上記第２工程における強誘電体
薄膜を結晶成長させる方法がスパッタリング法または化
学蒸着法である、請求項１記載の強誘電体薄膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22324095A JPH0967193A (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22324095A JPH0967193A (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0967193A true JPH0967193A (ja) | 1997-03-11 |
Family
ID=16795002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22324095A Pending JPH0967193A (ja) | 1995-08-31 | 1995-08-31 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0967193A (ja) |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6146906A (en) * | 1998-09-16 | 2000-11-14 | Nec Corporation | DC magnetron sputtering method for manufacturing electrode of ferroelectric capacitor |
| WO2001040536A1 (en) * | 1999-11-29 | 2001-06-07 | Fujikura Ltd. | Polycrystalline thin film and method for preparation thereof, and superconducting oxide and method for preparation thereof |
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| US6855992B2 (en) | 2001-07-24 | 2005-02-15 | Motorola Inc. | Structure and method for fabricating configurable transistor devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form the same |
| US6885065B2 (en) | 2002-11-20 | 2005-04-26 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ferromagnetic semiconductor structure and method for forming the same |
| US6916717B2 (en) | 2002-05-03 | 2005-07-12 | Motorola, Inc. | Method for growing a monocrystalline oxide layer and for fabricating a semiconductor device on a monocrystalline substrate |
| US6965128B2 (en) | 2003-02-03 | 2005-11-15 | Freescale Semiconductor, Inc. | Structure and method for fabricating semiconductor microresonator devices |
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| US7005717B2 (en) | 2000-05-31 | 2006-02-28 | Freescale Semiconductor, Inc. | Semiconductor device and method |
| US7020374B2 (en) | 2003-02-03 | 2006-03-28 | Freescale Semiconductor, Inc. | Optical waveguide structure and method for fabricating the same |
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| US7105866B2 (en) | 2000-07-24 | 2006-09-12 | Freescale Semiconductor, Inc. | Heterojunction tunneling diodes and process for fabricating same |
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| JP2007210811A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Tdk Corp | 誘電体粒子、その製造方法および回路基板 |
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| CN112928200A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-08 | 齐鲁工业大学 | 一种锆钛酸铅压电薄膜及其制备方法与应用 |
| JP2025526123A (ja) * | 2022-08-17 | 2025-08-07 | フジフィルム ディマティックス， インコーポレイテッド | エピタキシャル成長ｐｚｔフィルムのプロセス及びｐｚｔデバイスの製造方法 |
-
1995
- 1995-08-31 JP JP22324095A patent/JPH0967193A/ja active Pending
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