JPS62162369A - 強誘電体薄膜素子 - Google Patents

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 本発明は強誘電体薄膜素子、特に焦電型の赤外線センサ
等に適した強誘電体薄膜素子に関する。

従来の技術 強誘電体薄膜素子は、赤外線センサのようなデバイスに
用いるのに適しており、特に半導体基板上に形成するこ
とにより、信号処理−デバイス一体型の装置を構成する
上でメリットが大である。

従来の技術の一例を第２図に示す。半導体基板１上に強
誘電体薄膜″２を形成し、強誘電体薄膜２上に上部電極
３を形成したものである。例えば奥山らによって、Ｓｉ
基板上にチタン酸鉛を形成したという報告がなされてい
る。（奥山ら、フェロエレクトリクス、　１９８５．Ｖ
ｏｌ、６３．ｐｐ、２４３−２５２＞発明が解決しよう
とする問題点 上記強誘電体薄膜素子において強誘電体薄膜は、半導体
基板、特にＳｉ単結晶基板上へのエピタキシャル膜が未
だ実現されておらず、多結晶体であり分極軸が揃ってい
ないため、例えばＭｇＯ基板上に配向した強誘電体薄膜
に比べ材料特性が悪い。

本発明は上記問題点を解決するもので、半導体基板上に
強誘電体薄膜を配向させ材料特性の良い信号処理デバイ
ス一体型の強誘電体薄膜素子を実現することを目的とす
る。

問題点を解決するための手段 半導体基板と、半導体基板上に形成したＭｇＯ薄膜と、
Ｍｇｏ薄膜上に形成した強誘電体薄膜とを有する強誘電
体薄膜素子を構成し、前記Ｍ　ｇ　Ｏ薄膜を（１００）
配向させる。

作用 半導体基板上に（１００）配向したＭｇＯ薄膜を作成す
ることにより、その上部に、分極軸方向に配向した強誘
電体薄膜を作成することができ、材料特性の良い強誘電
体薄膜素子が得られる。

実施例 第１図に本発明の一実施例を示す。半導体基板４上にＭ
ｇＯ薄膜５を形成し、ＭｇＯ薄膜５上に下部電極６を形
成し、下部電極６上に強誘電体薄膜７を形成し、強誘電
体薄膜７上に上部電極８を形成したものである。

半導体基板４としてシリコンウェハを用い、この上に（
１００）配向したＭｇＯ薄膜５をＲＦマグネトロンスパ
ッタリング法を用いて作成した。

（１００）面および（１１１）面の二種類のシリコンウ
ェハについて試したが、どちらの基板上でも（１００）
配向したＭｇＯ薄膜が得られた。

上記ＭｇＯ薄膜５上の下部電極６として（１００）配向
した白金を用いた。この白金電極もＲＦマグネトロンス
パッタリング法によって作成した。また、強誘電体薄膜
７の作成にもＲＦマグネトロンスパッタリン°グ法を用
いた。上記ＭｇＯ薄膜５と上記下部電極６と強誘電体薄
膜７の作成条件を表１に示す。

表　　　１ なお、前記下部電極６を設けた場合と、下部電極６を付
けずに上記ＭｇＯ薄膜５上に直接強誘電体薄膜７を作成
した場合とを実験した。下部電極６上、Ｍ　ｇ　Ｏ薄膜
５上どちらにおいても（００１〉配向した強誘電体薄膜
７が得られた。

下記化学式で表されろ強誘電体薄膜７は強誘電体材料、
特に焦電型赤外線センサとして特性が優れており、分極
軸を揃えることによりさらに特性向上を計ることができ
る。

Ｐｂｘ　Ｌａｙ　’ｒｉ２Ｚｒｗ　０３ａ）　０．７≦
ｘ≦１．０．９≦ｘ＋ｙ≦１．０．９５≦ｚ≦ｌ、ｗ＝
０ｂ）　　ｘ＝１、ｙ＝０、０．４５≦ｚ　＜　ｌ　、
　　ｚ＋ｗ−１ｃ）　　０．８３≦ｘ≦ｌ　、Ｘ＋’／
＝１、０，５≦ＺＳＩ、０．９６≦Ｚ＋Ｗ≦１また、上
記組成における上記強誘電体材料は正方品となり分極軸
が（００１）方向であるため、（００１）配向させるこ
とにより電圧感度の高い焦電型赤外線センサを得ること
ができる。

上記組成のうちｘ＋ｙ＝ｌ　、　ｚ−１−ｘ／４　、　
ｗ−０である試料を作成し、そのＸ線回折を測定した。

その結果（００１）と（１００）以外の信号は殆ど観測
されず、どちらかに配向した微結界の集合となっている
ことがわかる。

また、次式に示すαを（００１）配向率として、各Ｘに
ついてのαを求めた。この結果を表２に示す。

α＝　ｒ　（００＋１　／　（１（＋００１　＋ｒ　（
ｏｏＩ））１（１００）：（１００）ピークのカウント
数１（００１）：（００１）ピークのカウント数表　　
　２ 以上のように、シリコンウェハ上にＭｇＯ薄膜を作成す
ることにより、配向し、分極軸の揃った強誘電体薄膜を
作成することができ、材料特性の良い強誘電体薄膜素子
を作成できる。また、半導体上に作成しているため、信
号処理デバイス一体型として雑音低下、小型化を計るこ
とができる。

発明の効果 本発明によれば、半導体基板上に（１００）配向したＭ
ｇＯ薄膜を作成することにより、分極軸方向に配向した
強誘電体薄膜を半導体基板上に作成することができるよ
うになり、材料特性の良い強誘電体薄膜素子が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における強誘電体薄膜素子の
断面図、第２図は従来例を示す断面図である。 ４・・・・・・半導体基板、５・・・・・・Ｍ　ｇ　Ｏ
薄膜、６・・・・・・下部電極、７・・・・・・強誘電
体薄膜、８・・・・・・上部電極。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、半導体基板上に形成したＭｇＯ薄
   膜と、ＭｇＯ薄膜上に形成した強誘電体薄膜とを有し、
   前記ＭｇＯ薄膜が（１００）配向している強誘電体薄膜
   素子。
2. （２）強誘電体薄膜がＰｂ＿ｘＬａ＿ｙＴｉ＿ｚＺｒ＿
   ｗＯ＿３で表され、 ａ）０．７≦ｘ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１、０．９５≦
   ｚ≦１、ｗ＝０ｂ）ｘ＝１、ｙ＝０、０．４５≦ｚ＜１
   、ｚ＋ｗ＝１ｃ）０．８３≦ｘ≦１、ｘ＋ｙ＝１、０．
   ５≦ｚ＜１、０．９６≦ｚ＋ｗ≦１のいずれかの組成を
   有する特許請求の範囲第１項記載の強誘電体薄膜素子。
3. （３）強誘電体薄膜の配向面が（００１）である特許請
   求の範囲第１項記載の強誘電体薄膜素子。
4. （４）強誘電体薄膜上に上部電極を形成し、半導体基板
   を下部電極とした特許請求の範囲第１項記載の強誘電体
   薄膜素子。
5. （５）強誘電体薄膜上に形成した上部電極と、ＭｇＯ薄
   膜と強誘電体薄膜との間に形成した下部電極を有し、前
   記下部電極が（１００）配向している白金薄膜であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の強誘電体薄
   膜素子。