JP2001270795A5 - - Google Patents

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Description

【０００７】
[従来例１]
図１は従来から良く知られている、平行平板型のRFスパッタ装置のレイアウト図である。101は基板ホルダー、102は基板、および103はカソードである。カソード103はターゲット105、バッキングプレート106、磁石107、およびヨーク108から形成されている。磁石107により磁力線109で示されるような磁場が発生している。このような装置を用いて、強誘電体用のターゲットとしてBaTiO3セラミックを、上または下電極用のターゲットとしてSrTiO3セラミックを使用し、基板102として単結晶SrTiO3基板を使用し、基板温度を600℃に保持し、ArとO2とを、その比率が4:1の割合となるように供給して全圧0.25Paとし、SrTiO3基板上にSrRuO3下部電極、BaTiO3強誘電体膜、SrRuO3上部電極の順でそれぞれ30nm、40nm、および30nmの厚さに成膜した。ターゲットに供給したRF電力はすべて300Wであった。その結果成膜されたBaTiO3強誘電体膜の格子定数を測定し、ｃ軸長と基板位置との関係を整理すると図２に示す通りであった。基板位置については、図１に示した、エロージョン領域104と呼ばれる、主としてスパッタされるターゲットの領域からの角度θを示した。図２に示したように、エロージョン領域に対向した基板位置、即ちθが０度に近い位置、においては、エピタキシャル成長が生じず、ｃ軸値が測定できなかった。一方、エロージョン領域に対向した位置から離れる、すなわちθが約15度以上になると、エピタキシャル成長するようになるとともに、ｃ軸値がバルクの本来のｃ軸値より増大する。すなわち、基板との間の格子不整合が結晶欠陥により緩和せずに保たれ、歪格子が形成されるようになる。図に示す様にエロージョン領域からの角度θが約20度の近傍でｃ軸が最大値を示すとともに、非常に強い強誘電性が観測された。
【０００９】
このような現象は、酸化物のスパッタ時に生じる、酸素負イオンの損傷効果として知られている(例えば、D. J. Kester and R. Messier; J. Vac. Sci. Technol., A4-3(1986), 496 あるいは K. Tominaga, N. Ueshiba, Y.Shintani and O. Tada; Jap. J. Appl. Phys., 20-3(1981), 519参照)。その模式図は図３に示す通りである。ターゲット301にRF電力306を供給すると、ターゲットはプラズマ電位に対して負に帯電し、プラズマシース部に強い電界307が生じる。プラズマ303中のArの正イオン304はこのプラズマシース部の電界307により加速されてターゲット301表面に衝突し、ターゲットの構成原子をスパッタ現象によりたたき出すことによって、ターゲットに対向して置かれた基板302上に堆積させることができる。しかしながら、ターゲットがBaTiO3のような酸化物で構成されている場合、スパッタされた酸素が負イオン305になりやすく、この酸素イオンが負に帯電しているためにプラズマシース部の電界307によってターゲットとは逆方向の基板方向に加速され、逆に基板面をスパッタしたり、基板に堆積した結晶を損傷するといわれている。このような酸素負イオンはターゲットに対して垂直方向に加速されるため、エロージョン領域の対向部に強いダメージを与える。一方ターゲットからスパッタされた粒子は比較的広い範囲に散乱するため、エロージョン対向部から離れた領域では結晶性の良い強誘電体膜が堆積するものと考えられる。

Claims (11)

  1. スパッタ法によりターゲットから膜成分の少なくとも一部を基板に蒸着させて、基板上に酸化物エピタキシャル歪格子膜を製造する方法であって、
    酸素負イオンによる歪格子膜の損傷を防止し、かつ
    基板にRF電圧を印加して基板のDCバイアス電位を+5V以下-30V以上に保持しながらエピタキシャル歪格子膜を形成させる
    ことを特徴とする、酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
  2. スパッタ法によりターゲットから膜成分の少なくとも一部を基板に蒸着させて、基板上に酸化物エピタキシャル歪格子膜を製造する方法であって、
    基板と対向して設置された複数のターゲットと、
    ターゲット表面の垂直上方に配置され、ターゲットに対して相対的に位置が固定されている遮蔽板とを有し、
    複数のターゲットおよび遮蔽板全体と、基板とを相対的に回転させる機構を有するスパッタ装置を使用し、
    基板にRF電圧を印加して基板ホルダーのDCバイアス電位を+5V以下-30V以上に保持しながらスパッタ法によりエピタキシャル歪格子膜を形成させる
    ことを特徴とする、酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
  3. スパッタ法によりターゲットから膜成分の少なくとも一部を基板に蒸着させて、基板上に酸化物エピタキシャル歪格子膜を製造する方法であって、
    ターゲット面を垂直上方に延長した領域に基板面が位置しないオフセットないしはオフアクシス・スパッタ装置を使用し、
    基板ホルダーにRF電圧を印加して基板ホルダーのDCバイアス電位を+5V以下-30V以上に保持しながら、スパッタ法によりエピタキシャル歪格子膜を形成させる
    ことを特徴とする、酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
  4. スパッタ法によりターゲットから膜成分の少なくとも一部を基板に蒸着させて、基板上に酸化物エピタキシャル歪格子膜を製造する方法であって、
    基板とターゲットを対向させた平行平板型スパッタ装置を使用し、
    成膜時のガス圧力がＰ(Pa)であり、基板とターゲットの距離がＬ(mm)であるときに、ＰとＬとの積が500以上となるように保持し、かつ
    基板ホルダーにRF電圧を印加して基板ホルダーのDCバイアス電位を+5V以下-30V以上に保持しながら、スパッタ法によりエピタキシャル歪格子膜を形成させる
    ことを特徴とする酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
  5. 基板の温度を350℃以上に保持しながらエピタキシャル歪格子膜を形成させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
  6. エピタキシャル歪格子膜のエピタキシャル成長後のｃ軸長Ceと、このCeと対応する、非歪格子構造を有する酸化物の正方晶ｃ軸長あるいは立方晶a軸長Coとが、下記関係を満足することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
    Ce/CO≧1.01
  7. 酸化物エピタキシャル歪格子膜が、ペロブスカイト構造および層状ペロブスカイト構造からなる群から選択される構造を有するエピタキシャル歪格子膜であることを特徴とする、請求項６に記載の酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
  8. 酸化物エピタキシャル歪格子膜が、(Ba, Sr, Ca)TiO3を主成分とするペロブスカイト構造の強誘電体膜であることを特徴とする、請求項７に記載の酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
  9. RF電圧のDCバイアス電位が、+5V以下-20V以上に制御される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
  10. 基板の近傍に磁場を印加する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
  11. ターゲットと、基板とにそれぞれ異なった周波数を有するRF電圧を選択する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の酸化物エピタキシャル歪格子膜の製造法。
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