JPS6369104A - 強誘電体薄膜素子の製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜素子の製造方法Info
- Publication number
- JPS6369104A JPS6369104A JP61213254A JP21325486A JPS6369104A JP S6369104 A JPS6369104 A JP S6369104A JP 61213254 A JP61213254 A JP 61213254A JP 21325486 A JP21325486 A JP 21325486A JP S6369104 A JPS6369104 A JP S6369104A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- ferroelectric thin
- ferroelectric
- sputtering
- polarization
- Prior art date
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- Pending
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- Radiation Pyrometers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
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。
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
本発明は焦電型赤外線検出素子、圧電素子、電気光学素
子に用いられる強誘電体薄膜素子の製造方法に関するも
のである。
子に用いられる強誘電体薄膜素子の製造方法に関するも
のである。
従来の技術
強誘電体のエレクトロニクス分野における応用は、赤外
線検出素子、圧電素子、光変調素子、メモリー素子など
さまざまなものがある。近年の半導体技術の進歩による
電子部品の小型化にともない、強誘電体素子も薄膜化が
進みつつある。
線検出素子、圧電素子、光変調素子、メモリー素子など
さまざまなものがある。近年の半導体技術の進歩による
電子部品の小型化にともない、強誘電体素子も薄膜化が
進みつつある。
ところで、強誘電体の自発分極Ｐｓの変化を出力として
取り出す、例えば焦電型赤外線検出素子や圧電素子等で
は、強誘電体材料のＰｓが一方向に揃っている時、最も
大きい出力が得られる。
取り出す、例えば焦電型赤外線検出素子や圧電素子等で
は、強誘電体材料のＰｓが一方向に揃っている時、最も
大きい出力が得られる。
発明が解決しようとする問題点
現在、赤外線検出素子や圧電素子等に用いられている強
誘電体磁器は多結晶体であり、結晶軸の配列に方向性は
無（、従って自発分極Ｐｓもでたら目に配列している。
誘電体磁器は多結晶体であり、結晶軸の配列に方向性は
無（、従って自発分極Ｐｓもでたら目に配列している。
エピタキシャル強誘電体薄膜、配向性強誘電体薄膜は結
晶の分極軸は揃っているが、電気的な自発分極Ｐｓは１
８０°ドメインを作り交互に配列している。そこで、こ
れら材料を上述のようなエレクトロニクス素子として用
いる場合、材料に高電界（〜１ｏｏｋＶ／ｃ＋ｍ）を印
加してＰｓの向きを揃える分極処理が必要である。
晶の分極軸は揃っているが、電気的な自発分極Ｐｓは１
８０°ドメインを作り交互に配列している。そこで、こ
れら材料を上述のようなエレクトロニクス素子として用
いる場合、材料に高電界（〜１ｏｏｋＶ／ｃ＋ｍ）を印
加してＰｓの向きを揃える分極処理が必要である。
また、ＰｂＴｉＯ３やＰＬＺＴなどの薄膜の作製に関し
ては多（の報告があるが、それらの強誘電相の領域の薄
膜について、その分極軸であるＣ軸に配向した薄膜、自
発分極までも一方向に配向した薄膜の製造方法について
は全く解明されていない。
ては多（の報告があるが、それらの強誘電相の領域の薄
膜について、その分極軸であるＣ軸に配向した薄膜、自
発分極までも一方向に配向した薄膜の製造方法について
は全く解明されていない。
強誘電体材料に高電界を印加してＰｓを揃える方法では
次のような問題点が生じる。
次のような問題点が生じる。
（１）分極処理により絶縁破壊が生ずる場合があり、歩
留まりが下がる。
留まりが下がる。
（２）高分解能アレイ素子の様に多くの微小素子が高密
度に配列しているものでは、それらを均一に分極するこ
とが困難である。
度に配列しているものでは、それらを均一に分極するこ
とが困難である。
〈３）半導体デバイス上に強誘電体薄膜を形成した集積
化デバイスでは、分極処理そのものが不可能な場合があ
る。
化デバイスでは、分極処理そのものが不可能な場合があ
る。
問題点を解決するための手段
化学式がＰｂ１−１（Ｌａ）（Ｔｉｔ−ｏ、７ｓｘ ０
３で組成範囲が０＜ｘ＜０．１５であり、分極軸の７５
１以上が一方向に配向している強誘電体薄膜を基板上に
スパッタリングにより作製するに際して、スパッタリン
グターゲットを組成式 ％式％ において、Ｙが０．０５〜０．４の範囲とする。
３で組成範囲が０＜ｘ＜０．１５であり、分極軸の７５
１以上が一方向に配向している強誘電体薄膜を基板上に
スパッタリングにより作製するに際して、スパッタリン
グターゲットを組成式 ％式％ において、Ｙが０．０５〜０．４の範囲とする。
作用
上記のような製造方法による強誘電体薄膜においては、
Ｐｓが既に揃った自然分極が得られ、分極処理をおこな
う必要が無く、歩留まり良く、高性能の強誘電体素子が
実現できる。
Ｐｓが既に揃った自然分極が得られ、分極処理をおこな
う必要が無く、歩留まり良く、高性能の強誘電体素子が
実現できる。
実施例
（１００）でへき関し鏡面研摩したＭｇＯ単結晶を基板
とし、下部電極として膜厚０．２μｍのＰＬ薄膜をスパ
ッタリングにより形成した。スパッタガスは Ａｒ
０２混合ガスである。ついで、強誘電体薄膜 Ｐｂ＋−
ｘ Ｌａｘ Ｔｉｔ−ｏ７ｓｘ ０３（ＰＬＴ）を１〜
４μｍ成長させた。方法は高周波マグネトロンスパッタ
法で、Ａｒと０２の混合ガスを用い、スパッタリングタ
ーゲットは （（１−Ｙ） Ｐｂ＋−ｘ Ｌａｘ Ｔｉｔ−ｏ、７ｓ
ｘ ０３ ”Ｙ Ｐｂ０）の粉末である。表１にスパッ
タリング条件を示す。
とし、下部電極として膜厚０．２μｍのＰＬ薄膜をスパ
ッタリングにより形成した。スパッタガスは Ａｒ
０２混合ガスである。ついで、強誘電体薄膜 Ｐｂ＋−
ｘ Ｌａｘ Ｔｉｔ−ｏ７ｓｘ ０３（ＰＬＴ）を１〜
４μｍ成長させた。方法は高周波マグネトロンスパッタ
法で、Ａｒと０２の混合ガスを用い、スパッタリングタ
ーゲットは （（１−Ｙ） Ｐｂ＋−ｘ Ｌａｘ Ｔｉｔ−ｏ、７ｓ
ｘ ０３ ”Ｙ Ｐｂ０）の粉末である。表１にスパッ
タリング条件を示す。
ついでこの薄膜上に上部電極としてＮｉ−Ｃｒ電極を蒸
着し、強誘電体薄膜素子を作製した。さらに、強誘電体
薄膜の下部における基板には開口部を設けた。
着し、強誘電体薄膜素子を作製した。さらに、強誘電体
薄膜の下部における基板には開口部を設けた。
（以下余白）
表 １
第１図に代表的な薄膜のＸ線回折パターンを示す。ペロ
ブスカイト構造の（００１）と（１００）反射、及びそ
の高次の反射のみ観察される。また（００１）反射の強
度が（１００）のそれと比べて著しく大きいのでＣ軸配
向膜であることがわかる。Ｃ軸配向率αを次の式で定義
する。
ブスカイト構造の（００１）と（１００）反射、及びそ
の高次の反射のみ観察される。また（００１）反射の強
度が（１００）のそれと比べて著しく大きいのでＣ軸配
向膜であることがわかる。Ｃ軸配向率αを次の式で定義
する。
α利（００１）／＋１（００１）＋１（＋００）１ここ
でｌ （ｏｏ＋） 、およびＩＣ１００）はそれぞれ（
００１）と（１００）反射の回折強度を表す。
でｌ （ｏｏ＋） 、およびＩＣ１００）はそれぞれ（
００１）と（１００）反射の回折強度を表す。
Ｃ軸配向率αはスパッタリング条件である成膜速度・ス
パッタリングガス・ガス圧・基板温度・ターゲットによ
り変化することが明確となった。
パッタリングガス・ガス圧・基板温度・ターゲットによ
り変化することが明確となった。
Ｘ−０，１、基板温度：Ｔ−６００℃で他の条件が表１
の場合、Ｙを変えたときのＣ軸配向率α及び＋（００＋
）の変化を第２図に示す。
の場合、Ｙを変えたときのＣ軸配向率α及び＋（００＋
）の変化を第２図に示す。
αはＶの増加と共に太き（なり、Ｙ−０，２から飽和す
る。一方１（ｏｏＨはＹ−０，２で最大となる。
る。一方１（ｏｏＨはＹ−０，２で最大となる。
第３図は、Ｔ−６５０℃のときの、α及び１（ｏｏ＋）
とＹとの関係を示す。αはＴ−６００℃のときと同じ傾
向を示す。１（ｏｏ＋）ハＹ＝０．３テ最大となる。ま
た、Ｔ−，５７５℃のとき１（００＋＞はＹ−０，１で
最大となる。
とＹとの関係を示す。αはＴ−６００℃のときと同じ傾
向を示す。１（ｏｏ＋）ハＹ＝０．３テ最大となる。ま
た、Ｔ−，５７５℃のとき１（００＋＞はＹ−０，１で
最大となる。
上記の結果から、Ｙ−２，０５０−１６１２＋（Ｔ＋２
７３）なル関係を満足するとき、Ｃ軸配向率が高く結晶
性のよい強誘電体薄膜が得られることが明確となった。
７３）なル関係を満足するとき、Ｃ軸配向率が高く結晶
性のよい強誘電体薄膜が得られることが明確となった。
基板温度：■が高くなるほど、再蒸発するＰｂＯの量が
増加するため、ターゲットに予めＰｂＯを過剰に加える
ことが良い結果をもたらすと考えられる。
増加するため、ターゲットに予めＰｂＯを過剰に加える
ことが良い結果をもたらすと考えられる。
第４図にＣ軸配向率に対するＰＬＴ薄膜の焦電係数：γ
の変化、第５図に誘電率：εの変化を示す。焦電係数は
自発分極Ｐｓの配向に比例して大きくなる。
の変化、第５図に誘電率：εの変化を示す。焦電係数は
自発分極Ｐｓの配向に比例して大きくなる。
焦電係数は配向率の増加とともに太き（なり、誘電率は
小さくなる。第４図及び第５図は分極処理（２００℃で
ｌ ００ ｋ Ｖ ／ ｃｄ ｌ ０分印加）を行なっ
た場合の結果についても示しである。配向率が小さい場
合、分極処理前後で焦電係数及び誘電率の値は大きく変
化する。配向率が７５ｚになると焦電係数は５、０ｘｌ
Ｏ−８Ｃ／ ｃｄＫとなり、この値は２００℃で１００
ｋＶ／備印加して分極処理を行ったＰｂＴｉＯ３セラミ
クス（γ−１，８Ｘ１０−８Ｃ／ｃ＋Ｊに）とくらべか
なり大きい。
小さくなる。第４図及び第５図は分極処理（２００℃で
ｌ ００ ｋ Ｖ ／ ｃｄ ｌ ０分印加）を行なっ
た場合の結果についても示しである。配向率が小さい場
合、分極処理前後で焦電係数及び誘電率の値は大きく変
化する。配向率が７５ｚになると焦電係数は５、０ｘｌ
Ｏ−８Ｃ／ ｃｄＫとなり、この値は２００℃で１００
ｋＶ／備印加して分極処理を行ったＰｂＴｉＯ３セラミ
クス（γ−１，８Ｘ１０−８Ｃ／ｃ＋Ｊに）とくらべか
なり大きい。
配向率９０ネの場合焦電係数は６．８ｘｌＯ＝Ｃ／ｃｉ
Ｋである。また、分極処理後の値と比べ殆ど変わらない
ばかりでな（、配向率が小さい場合の分極後の値より大
きい。誘電率は、配向率９０ネの場合、セラミクスはぼ
同等の値で約２００である。
Ｋである。また、分極処理後の値と比べ殆ど変わらない
ばかりでな（、配向率が小さい場合の分極後の値より大
きい。誘電率は、配向率９０ネの場合、セラミクスはぼ
同等の値で約２００である。
以上述べたとおり、ＰＬＴ薄膜では、薄膜作製時に十分
にＣ軸に配向しておれば分極処理を行わなくても自発分
極が揃っており、特に配向率７５％以上の薄膜でその効
果が大きいことが明らかになった。
にＣ軸に配向しておれば分極処理を行わなくても自発分
極が揃っており、特に配向率７５％以上の薄膜でその効
果が大きいことが明らかになった。
本実施例で作製した強誘電体薄膜素子を赤外線センサと
して利用する場合、焦電材料としての性能指数である［
焦電係数／誘電率１の値は大きくなる。２００℃で１０
分間１００ｋＶ／ｃｍ印加して分極処理を行ったＰｂＴ
ｉ０ａセラミクスの値と比較して、ＰＬＴ薄膜は３倍強
の値を示す。つまり、本発明による強誘電体薄膜を用い
ると、全く分極処理を行わなくても優れた特性の赤外線
センサが作製されることがわかる。
して利用する場合、焦電材料としての性能指数である［
焦電係数／誘電率１の値は大きくなる。２００℃で１０
分間１００ｋＶ／ｃｍ印加して分極処理を行ったＰｂＴ
ｉ０ａセラミクスの値と比較して、ＰＬＴ薄膜は３倍強
の値を示す。つまり、本発明による強誘電体薄膜を用い
ると、全く分極処理を行わなくても優れた特性の赤外線
センサが作製されることがわかる。
上記の例でも分かるように本発明の強誘電体薄膜を用い
た素子では分極処理を行わな（でも大きな出力が取り出
せる。これは赤外線センサばかりでなく圧電素子、光ス
ィッチなど電気光学素子等においても同様である。
た素子では分極処理を行わな（でも大きな出力が取り出
せる。これは赤外線センサばかりでなく圧電素子、光ス
ィッチなど電気光学素子等においても同様である。
発明の効果
本発明による強誘電体薄膜素子は、分極処理が不要であ
り、また特性も優れていて、作製も容易であるから、実
用的にきわめて有効である。
り、また特性も優れていて、作製も容易であるから、実
用的にきわめて有効である。
第１図は本発明の一実施例における強誘電体薄膜のＸ線
回折パターンを示す図、第２図及び第３図は各々、本発
明の一実施例に於ける強誘電体薄膜のＣ軸配向率及び（
００１）強度とＰｂＯのモル比；４゛；；Ｉｉ；１との
関係を示すグラフ、第４図はＣ軸配向率と焦電係数の関
係を示すグラフ、第５図はＣ軸配向率と誘電率の関係を
示すグラフである。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第 １ 口 ？θ 第 ２ ズ θ ？０４０ ＰｂＯモル比 （／、Ｊ 第 ３ コ ａ４０ ＰｂＯモル比 〔％］ 第４図 ０６ｏ、８ ７．０ ｃｈｔ配向専′、必
回折パターンを示す図、第２図及び第３図は各々、本発
明の一実施例に於ける強誘電体薄膜のＣ軸配向率及び（
００１）強度とＰｂＯのモル比；４゛；；Ｉｉ；１との
関係を示すグラフ、第４図はＣ軸配向率と焦電係数の関
係を示すグラフ、第５図はＣ軸配向率と誘電率の関係を
示すグラフである。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第 １ 口 ？θ 第 ２ ズ θ ？０４０ ＰｂＯモル比 （／、Ｊ 第 ３ コ ａ４０ ＰｂＯモル比 〔％］ 第４図 ０６ｏ、８ ７．０ ｃｈｔ配向専′、必
Claims (3)
- （１）化学式がＰｂ＿１＿−＿ｘＬａ＿ｘＴｉ＿１＿−
＿０＿．＿７＿５＿ｘＯ＿３で組成範囲が０＜ｘ＜０．
１５であり、分極軸の７５％以上が一方向に配向してい
る強誘電体薄膜を基板上にスパッタリングにより作製す
るに際して、スパッタリングターゲットが組成式 ｛（１−Ｙ）Ｐｂ＿１＿−＿ｘＬａ＿ｘＴｉ＿１＿−＿
０＿．＿７＿５＿ｘＯ＿３＋ＹＰｂＯ｝において、Ｙが
０．０５〜０．４の範囲にあることを特徴とする強誘電
体薄膜素子の製造方法。 - （２）強誘電体薄膜をスパッタリングにより作製するさ
い、基板温度を５７５〜６５０℃の範囲とすることを特
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
の製造方法。 - （３）強誘電体薄膜をスパッタリングにより作製するさ
い、基板温度：ＴとＹが Ｙ−２．０５０−１６１２÷（Ｔ＋２７３）なる関係を
満足することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
強誘電体薄膜素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61213254A JPS6369104A (ja) | 1986-09-10 | 1986-09-10 | 強誘電体薄膜素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61213254A JPS6369104A (ja) | 1986-09-10 | 1986-09-10 | 強誘電体薄膜素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6369104A true JPS6369104A (ja) | 1988-03-29 |
Family
ID=16636052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61213254A Pending JPS6369104A (ja) | 1986-09-10 | 1986-09-10 | 強誘電体薄膜素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6369104A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60172103A (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-05 | 松下電器産業株式会社 | 強誘電体薄膜 |
| JPS62205266A (ja) * | 1986-03-04 | 1987-09-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 強誘電体薄膜素子及びその製造方法 |
-
1986
- 1986-09-10 JP JP61213254A patent/JPS6369104A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60172103A (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-05 | 松下電器産業株式会社 | 強誘電体薄膜 |
| JPS62205266A (ja) * | 1986-03-04 | 1987-09-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 強誘電体薄膜素子及びその製造方法 |
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