JP2001354497A - Method for producing ferroelectric film - Google Patents

Method for producing ferroelectric film

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JP2001354497A
JP2001354497A JP2000169990A JP2000169990A JP2001354497A JP 2001354497 A JP2001354497 A JP 2001354497A JP 2000169990 A JP2000169990 A JP 2000169990A JP 2000169990 A JP2000169990 A JP 2000169990A JP 2001354497 A JP2001354497 A JP 2001354497A
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Japan
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ferroelectric film
stress control
substrate
thermal expansion
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Japanese (ja)
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Takuma Katayama
▲琢▼磨 片山
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a ferroelectric film in such a manner that the anisotropic axis of the ferroelectric film is arranged properly in one direction parallel to the upper surface of the film. SOLUTION: The ferroelectric film 12 having a Curie temperature higher than the room temperature is deposited on the main surface of a substrate 11. Then, striped upper periodical structure bodies 13, each of which has been formed from an upper stress controlling material and has a length sufficiently long in comparison with a division period 13a in the y-axis direction, are formed on the ferroelectric film 12 in such a manner that upper periodical structure bodies 13 are arranged in nearly parallel with the x-axis direction at the division period 13a so that an interval is provided between the adjacent upper periodical structure bodies. Thereafter, the ferroelectric film 12 is crystallized at a temperature higher than the Curie temperature and gradually cooled to the room temperature. As the coefficient of thermal expansion of the upper periodical structure bodies 13 is larger than that of the substrate 11, the c-axis of the ferroelectric film 12 comprising a crystal body which is converted into the tetragonal crystal system at a temperature of not more than the Curie temperature is arranged properly.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路又
は電子部品に用いられる強誘電体膜の製造方法に関す
る。
The present invention relates to a method for manufacturing a ferroelectric film used for a semiconductor integrated circuit or an electronic component.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体結晶は、電界方向により反転可
能な非線型分極現象に代表される強誘電性のみならず、
圧電特性、焦電特性又は電気光学特性等の性質を有して
いるため、半導体集積回路や電子部品の分野における様
々な電子デバイスに応用されている。近年、強誘電性を
積極的に活用した新しい電子デバイスとして不揮発性メ
モリ素子が注目を集めている。これ以外にも、圧電特性
を利用した表面弾性波フィルタ及びマイクロアクチュエ
ータ、焦電特性を利用した赤外線センサ又は電気光学特
性を利用した導波路型光変調器及びプリンターヘッド用
光シャッタアレイ等が開発されている。強誘電体材料と
しては、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸
鉛(PbTiO3 )、ジルコン酸鉛(PbZrO3 )又
はタンタル酸ビスマス・ストロンチウム(SrBi2
29 )等のペロブスカイト型酸化物及びこれらを主
成分とする酸化物固溶体が知られており、利用範囲も広
い。
2. Description of the Related Art A ferroelectric crystal has not only a ferroelectric property typified by a non-linear polarization phenomenon which can be inverted by an electric field direction, but also a ferroelectric crystal.
Since it has properties such as piezoelectric characteristics, pyroelectric characteristics, and electro-optical characteristics, it is applied to various electronic devices in the field of semiconductor integrated circuits and electronic components. 2. Description of the Related Art In recent years, nonvolatile memory elements have attracted attention as new electronic devices that actively utilize ferroelectricity. In addition, surface acoustic wave filters and microactuators using piezoelectric characteristics, infrared sensors using pyroelectric characteristics or waveguide type optical modulators using electro-optical characteristics, and optical shutter arrays for printer heads have been developed. ing. Examples of the ferroelectric material include barium titanate (BaTiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), and bismuth strontium tantalate (SrBi 2 T).
a 2 O 9) perovskite oxide and the oxide solid solution as a main component thereof are known, such as, application range is wide.

【0003】強誘電体結晶をデバイスに応用する場合
は、バルク単結晶やバルクセラミックスの形態で用いる
よりは、薄膜又は厚膜の形態として用いる方が好ましい
場合が多い。これは、薄膜形状又は厚膜形状の方が、量
産性、デバイスの小型化及び高集積化、低電圧化又は低
コスト化等の面で有利だからである。従って、強誘電体
を薄膜又は厚膜の形態として形成する成膜技術の開発が
特に重要視されている。現在開発されている強誘電体の
成膜技術としては、ゾルゲル法、有機金属原料熱分解法
(MOD法)、スパッタリング法、有機金属原料化学的
気相成長法(MOCVD法)、溶液原料気化化学的堆積
法(LSMCD法)又はパルスレーザ堆積法(PLD
法)等が挙げられる。
When a ferroelectric crystal is applied to a device, it is often preferable to use it as a thin film or a thick film rather than a bulk single crystal or bulk ceramic. This is because the thin film shape or the thick film shape is more advantageous in terms of mass productivity, device miniaturization and high integration, low voltage or low cost, and the like. Therefore, development of a film forming technique for forming a ferroelectric substance in the form of a thin film or a thick film is of particular importance. The currently developed ferroelectric film forming technologies include a sol-gel method, a metal organic material pyrolysis method (MOD method), a sputtering method, an organic metal material chemical vapor deposition method (MOCVD method), and a solution material vaporization chemistry. Deposition (LSMCD) or pulsed laser deposition (PLD)
Method).

【0004】一般に、強誘電体結晶は、キュリー温度と
呼ばれる材料固有の特性温度を有し、キュリー温度より
も高い温度では常誘電相に属し、キュリー温度以下の温
度では強誘電相に属する。これは、結晶の熱力学的な安
定性が温度に依存し、結晶構造がキュリー温度を境に変
化(相転移)することに起因している。例えば、キュリ
ー温度よりも高い温度では立方晶等の中心対称性を持つ
結晶構造が安定となって強誘電性は消失するが、キュリ
ー温度以下の温度では正方晶等の中心対称性を持たない
結晶構造が安定となって強誘電性を発現する。強誘電相
にある結晶では、電界の向きにより反転可能で且つ電界
を0としても消失しない自発分極を呈する結晶軸方位
(以下、これを自発分極軸と呼ぶ)が存在する。自発分
極軸の方位は、前述の結晶構造の対称性と関係してい
る。例えば、BaTiO3 又はPbTiO3 等の正方晶
系の強誘電体の場合は、自発分極軸は結晶体のc軸に一
致する。一方、SrBi2Ta29 等のビスマス層状構
造を有する強誘電体の多くは、自発分極軸がc軸にほぼ
直交する方位を持つ。
Generally, a ferroelectric crystal has a characteristic temperature called a Curie temperature which is inherent to a material, and belongs to a paraelectric phase at a temperature higher than the Curie temperature, and belongs to a ferroelectric phase at a temperature lower than the Curie temperature. This is because the thermodynamic stability of the crystal depends on the temperature, and the crystal structure changes (phase transition) around the Curie temperature. For example, at a temperature higher than the Curie temperature, a crystal structure having a central symmetry such as a cubic crystal becomes stable and the ferroelectricity disappears, but at a temperature lower than the Curie temperature, a crystal having no central symmetry such as a tetragonal crystal The structure becomes stable and develops ferroelectricity. In a crystal in a ferroelectric phase, there is a crystal axis orientation exhibiting spontaneous polarization that can be inverted depending on the direction of an electric field and does not disappear even when the electric field is set to 0 (hereinafter referred to as a spontaneous polarization axis). The orientation of the spontaneous polarization axis is related to the aforementioned symmetry of the crystal structure. For example, in the case of a tetragonal ferroelectric such as BaTiO 3 or PbTiO 3 , the spontaneous polarization axis coincides with the c-axis of the crystal. On the other hand, most ferroelectrics having a bismuth layer structure such as SrBi 2 Ta 2 O 9 have a direction in which the spontaneous polarization axis is substantially orthogonal to the c-axis.

【0005】以上のような強誘電体結晶の性質を考慮し
て、結晶軸を整列して自発分極軸を一方向に揃えようと
する試みが活発である。自発分極軸が一方向に揃えば、
これに平行な方向は小さな閾値電界、すなわち抗電界に
より分極反転することが可能となり、さらに電界を除い
ても大きな残留分極を得られるという効果がある。ま
た、誘電率、圧電定数、焦電係数又は電気光学定数等も
自発分極軸に関する異方性を有するため、結晶軸方位が
無秩序に並んでいる場合と比べて、優れた特性を実現で
きる。
In view of the above-described properties of ferroelectric crystals, attempts are being actively made to align crystal axes to align spontaneous polarization axes in one direction. If the spontaneous polarization axis is aligned in one direction,
In the direction parallel to this, polarization can be inverted by a small threshold electric field, that is, a coercive electric field, and there is an effect that a large remanent polarization can be obtained even if the electric field is removed. Further, since the dielectric constant, the piezoelectric constant, the pyroelectric coefficient, the electro-optic constant, and the like also have anisotropy with respect to the spontaneous polarization axis, excellent characteristics can be realized as compared with the case where the crystal axis directions are arranged randomly.

【0006】こうした、強誘電体結晶の構造を精密に制
御する技術は、前述の成膜技術との融合でより現実的と
なってきている。通常、強誘電体結晶膜は基板面に平行
な面内は均質で、基板面に垂直な方向、すなわち膜厚方
向に成長して特異性を持つことから、基板面の法線方向
に異方性を示す結晶軸を揃える配向成膜が可能である。
例えば、特許第2834355号公報に開示されている
強誘電体薄膜構成体の製造方法によると、基板上にプラ
ズマ励起MOCVD法によってNaCl型結晶構造を持
つ酸化物薄膜を均一に形成し、該薄膜上にPbZrx
1-x3 からなる薄膜をスパッタ法で成膜することに
より、PbZrxTi1-x3 の自発分極軸であるc軸を
高い配向率で基板面に垂直な方向に配向させるという方
法を開示している。このような方法を用いて、c軸配向
のPbZrxTi1-x3 からなる薄膜を容量絶縁膜とし
たメモリ分極量が大きい強誘電性不揮発メモリ素子、又
はc軸配向のPbxLa1-xTiO3 からなる薄膜を用い
た焦電電流検出性能が高い赤外線センサ等が開発されて
いる。
[0006] Such a technique for precisely controlling the structure of a ferroelectric crystal has become more realistic in combination with the above-described film forming technique. Normally, a ferroelectric crystal film is homogeneous in a plane parallel to the substrate surface, and grows in a direction perpendicular to the substrate surface, that is, in a film thickness direction, so that the ferroelectric crystal film is anisotropic in a direction normal to the substrate surface. It is possible to form an oriented film in which the crystal axes showing the properties are aligned.
For example, according to a method for manufacturing a ferroelectric thin film structure disclosed in Japanese Patent No. 2834355, an oxide thin film having a NaCl type crystal structure is uniformly formed on a substrate by a plasma-excited MOCVD method. PbZr x T
By forming a thin film made of i 1-x O 3 by sputtering, the c-axis, which is the spontaneous polarization axis of PbZr x Ti 1-x O 3 , is oriented at a high orientation rate in a direction perpendicular to the substrate surface. A method is disclosed. Using such a method, a ferroelectric nonvolatile memory element having a large memory polarization using a thin film made of cb-axis oriented PbZr x Ti 1-x O 3 as a capacitive insulating film, or a c-axis oriented Pb x La 1 An infrared sensor using a thin film made of -xTiO 3 and having high pyroelectric current detection performance has been developed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の強誘電体膜の製造方法は、基板面に対して垂直な
方向に結晶の異方性軸を揃える方法が知られている。し
かしながら、強誘電体結晶を利用する機能デバイスの中
には、結晶の異方性軸が基板面に対して平行な方向に揃
っている方が、より優れた特性を示す場合もある。
As described above,
As a conventional method of manufacturing a ferroelectric film, a method of aligning an anisotropic axis of a crystal in a direction perpendicular to a substrate surface is known. However, some functional devices using ferroelectric crystals exhibit more excellent characteristics when the anisotropic axes of the crystals are aligned in a direction parallel to the substrate surface.

【0008】例えば、正方晶系の強誘電性(Pb,L
a)(Zr,Ti)O3 (以下、PLZTと略称する)の
一次の電気光学効果(ポッケルス効果)を利用するプレ
ーナ型光スイッチ素子を考える。このプレーナ型光スイ
ッチ素子は、透明基板上にPLZT膜が形成され、光の
進行方向を基板面の法線方向とし、電界と光の偏波面を
基板面と平行な面内としている。この場合には、PLZ
T膜の結晶の異方性軸であるc軸が光学軸に一致する
が、これが基板面の法線方向に向いているため、電界に
よる複屈折が発生しないので光スイッチとしては機能し
ない。そこで、光学軸であるc軸を基板面と平行な方位
に配向できれば、電界による複屈折を光の偏波面内に効
率良く誘起することができるため、優れた光スイッチ動
作を実現することができる。
For example, tetragonal ferroelectricity (Pb, L
a) Consider a planar-type optical switch element utilizing the primary electro-optic effect (Pockels effect) of (Zr, Ti) O 3 (hereinafter abbreviated as PLZT). In this planar optical switch element, a PLZT film is formed on a transparent substrate, the traveling direction of light is the normal direction of the substrate surface, and the polarization plane of the electric field and light is in a plane parallel to the substrate surface. In this case, PLZ
Although the c-axis, which is the anisotropic axis of the crystal of the T film, coincides with the optical axis, since it is oriented in the normal direction of the substrate surface, birefringence due to an electric field does not occur, so that it does not function as an optical switch. Therefore, if the c-axis, which is the optical axis, can be oriented in a direction parallel to the substrate surface, birefringence due to an electric field can be efficiently induced in the plane of polarization of light, so that an excellent optical switch operation can be realized. .

【0009】また、ビスマス層状構造強誘電体を用いた
平行平板キャパシタを有する不揮発性メモリ装置の場合
は、c軸配向膜を形成すると自発分極軸はc軸とほぼ垂
直な方位に向くため、電界によって反転できる分極量は
極端に小さくなる。これに対し、c軸が基板面に平行な
方向に揃うように制御できれば、電界に追随する分極量
が大きくなるため、信頼性が高いメモリ素子を得ること
ができる。
In the case of a non-volatile memory device having a parallel plate capacitor using a bismuth layered structure ferroelectric, the spontaneous polarization axis is oriented substantially perpendicular to the c-axis when the c-axis alignment film is formed. As a result, the amount of polarization that can be reversed becomes extremely small. On the other hand, if the c-axis can be controlled so as to be aligned in a direction parallel to the substrate surface, the amount of polarization following the electric field increases, so that a highly reliable memory element can be obtained.

【0010】本発明は、強誘電体膜の異方性軸が該強誘
電体膜の上面に対して平行な一方向に揃うように形成で
きるようにすることを目的とする。
It is an object of the present invention to form a ferroelectric film so that an anisotropic axis of the ferroelectric film is aligned in one direction parallel to an upper surface of the ferroelectric film.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、基板上の強誘電体膜を、キュリー温度よ
り高い温度で結晶化させた後、強誘電体の温度を室温に
まで降温する際に、強誘電体における基板面と平行な一
の方向と、基板面と平行で且つ一の方向と交差する他の
方向において、それぞれ異なる応力が強誘電体に加えら
れるようにすることにより、強誘電体膜のc軸が基板面
に平行な方向に揃うようにする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for crystallizing a ferroelectric film on a substrate at a temperature higher than the Curie temperature, and then reducing the temperature of the ferroelectric to room temperature. When the temperature is decreased to a different value, different stresses are applied to the ferroelectric material in one direction parallel to the substrate surface and another direction parallel to the substrate surface and intersecting the one direction in the ferroelectric material. Thus, the c-axis of the ferroelectric film is aligned in a direction parallel to the substrate surface.

【0012】具体的には、本発明に係る強誘電体膜の製
造方法は、基板の上に、室温よりも高いキュリー温度を
有する強誘電体膜を形成する第1の工程と、基板温度を
キュリー温度よりも高い温度とすることにより強誘電体
膜を結晶化する第2の工程と、強誘電体膜に対して、結
晶化した強誘電体膜の基板面と平行な一の方向に基板面
と平行で且つ一の方向と交差する他の方向よりも大きい
引張応力を与えながら、又は他の方向に一の方向よりも
大きい圧縮応力を与えながら、基板温度を室温にまで降
下させる第3の工程とを備えている。
More specifically, a method of manufacturing a ferroelectric film according to the present invention includes a first step of forming a ferroelectric film having a Curie temperature higher than room temperature on a substrate; A second step of crystallizing the ferroelectric film by raising the temperature to a temperature higher than the Curie temperature, and a step of moving the substrate in a direction parallel to the substrate surface of the crystallized ferroelectric film with respect to the ferroelectric film. A third step of lowering the substrate temperature to room temperature while applying a tensile stress greater than the other direction parallel to the plane and intersecting the one direction, or applying a compressive stress greater than the one direction in the other direction. Steps.

【0013】本発明の強誘電体膜の製造方法によると、
第3の工程における降温時に基板温度がキュリー温度以
下となると、結晶の等方性が崩れて歪もうとするが、第
3の工程において、基板と強誘電体膜との界面に平行な
面内で互いに交差する2方向の応力を、一の方向には他
の方向よりも大きい引張応力を与えながら、又は他の方
向には一の方向よりも大きい圧縮応力を与えることによ
って、このときの機械的作用により歪みの異方性を誘導
し、基板面内の一の方向に異方性軸を配向させることが
できる。これは、強誘電体結晶が歪みのエネルギーを緩
和して、内部歪エネルギーが最も小さい状態に近づこう
とする性質を利用した方法である。
According to the method of manufacturing a ferroelectric film of the present invention,
If the substrate temperature becomes equal to or lower than the Curie temperature during the temperature drop in the third step, the crystal isotropically deforms and tries to be distorted. In the third step, however, the in-plane parallel to the interface between the substrate and the ferroelectric film is formed. By applying a stress in two directions crossing each other in one direction while applying a tensile stress in one direction higher than the other direction, or applying a compressive stress in the other direction larger than one direction. Anisotropy of the strain is induced by the mechanical action, and the anisotropic axis can be oriented in one direction in the substrate plane. This is a method utilizing the property that the ferroelectric crystal relaxes the energy of the strain and approaches the state where the internal strain energy is minimized.

【0014】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
第1の工程が、強誘電体膜の上に上部応力制御材を堆積
した後、堆積した上部応力制御材を、一の方向に所定の
周期で間隔をおくようにほぼ平行に分割することによ
り、上部応力制御材から、他の方向に所定の周期と比べ
て十分に大きい長さを有するストライプ形状の上部周期
構造体を形成する工程を含み、上部応力制御材の熱膨張
率は、基板の熱膨張率よりも大きいことが好ましい。こ
のようにすると、上部周期構造体が強誘電体膜と比べて
大きい熱膨張率を有している場合には、上部周期構造体
は一の方向に分割され且つ他の方向に連続なストライプ
形状を有しているため、降温時に強誘電体膜の他の方向
に対して大きい圧縮応力が選択的に与えられる。一方、
基板が強誘電体膜と比べて小さい熱膨張率を有している
場合には、主として基板と強誘電体膜との熱膨張率差に
よる応力が強誘電体膜の一の方向に加えられるため、降
温時に強誘電体膜の一の方向に対して大きい引張応力が
選択的に与えられる。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
In the first step, the upper stress control material is deposited on the ferroelectric film, and the deposited upper stress control material is divided substantially in parallel so as to be spaced at a predetermined period in one direction. Forming a stripe-shaped upper periodic structure having a length sufficiently larger than a predetermined period in the other direction from the upper stress control material, wherein the coefficient of thermal expansion of the upper stress control material is It is preferably larger than the coefficient of thermal expansion. In this way, when the upper periodic structure has a larger coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, the upper periodic structure is divided in one direction and has a stripe shape continuous in the other direction. Therefore, a large compressive stress is selectively applied to the other direction of the ferroelectric film when the temperature is lowered. on the other hand,
When the substrate has a smaller coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, the stress mainly due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate and the ferroelectric film is applied in one direction of the ferroelectric film. When the temperature is lowered, a large tensile stress is selectively applied to one direction of the ferroelectric film.

【0015】この場合に、第1の工程が、強誘電体膜を
形成するよりも前に、基板の上に全面に下部応力制御材
からなる下部緩衝層を形成する工程を含み、上部応力制
御材の熱膨張率が下部応力制御材の熱膨張率よりも大き
いことが好ましい。このように、あらかじめ基板上に、
上部応力制御材の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を持つ
下部応力制御材からなる下部緩衝層を形成しておくこと
により、一の方向が下部緩衝層が持つ相対的に小さい熱
膨張率に支配されるので、基板材料を選択する際の選択
の制約が小さくなる。
In this case, the first step includes a step of forming a lower buffer layer made of a lower stress control material over the entire surface of the substrate before forming the ferroelectric film, Preferably, the coefficient of thermal expansion of the material is greater than the coefficient of thermal expansion of the lower stress control material. In this way, on the substrate in advance,
By forming a lower buffer layer made of a lower stress control material having a lower coefficient of thermal expansion than that of the upper stress control material, one direction can be reduced to a relatively lower coefficient of thermal expansion of the lower buffer layer. Since it is governed, the restriction on the selection of the substrate material is reduced.

【0016】また、この場合に、第1の工程が、強誘電
体膜を形成するよりも前に、基板の上に下部応力制御材
を堆積し、堆積した下部応力制御材を、他の方向に所定
の周期で間隔をおくようにほぼ平行に分割することによ
り、下部応力制御材から、一の方向に所定の周期と比べ
て十分に大きい長さを有するストライプ形状の下部周期
構造体を形成する工程を含み、上部応力制御材の熱膨張
率が下部応力制御材の熱膨張率よりも大きいことが好ま
しい。このように、基板と強誘電体膜との間に、上部応
力制御材の熱膨張率よりも小さい熱膨張率を持つ下部応
力制御材からなり上部周期構造体とストライプが延びる
方向が互いに交差するストライプ形状の下部周期構造体
を形成することにより、下部周期構造体が強誘電体膜と
比べて小さい熱膨張率を有している場合には、下部周期
構造体は一の方向に連続であり且つ他の方向に分割され
ているので、降温時に強誘電体膜の一の方向に対して大
きい引張応力が選択的に与えられる。
In this case, in the first step, a lower stress control material is deposited on the substrate before the ferroelectric film is formed, and the deposited lower stress control material is moved in another direction. The lower periodic structure is formed from the lower stress control material by dividing the lower stress control material into a stripe-shaped lower periodic structure having a sufficiently large length compared to the predetermined period. It is preferable that the thermal expansion coefficient of the upper stress control material is larger than the thermal expansion coefficient of the lower stress control material. Thus, between the substrate and the ferroelectric film, the direction in which the upper periodic structure and the stripe extend, which are made of the lower stress control material having a lower coefficient of thermal expansion than that of the upper stress control material, intersects each other. By forming the stripe-shaped lower periodic structure, if the lower periodic structure has a smaller coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, the lower periodic structure is continuous in one direction. And since it is divided in the other direction, a large tensile stress is selectively applied to one direction of the ferroelectric film when the temperature is lowered.

【0017】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
第1の工程が、強誘電体膜の上に上部応力制御材を堆積
した後、堆積した上部応力制御材を、他の方向に所定の
周期で間隔をおくようにほぼ平行に分割することによ
り、上部応力制御材から、一の方向に所定の周期と比べ
て十分に大きい長さを有するストライプ形状の上部周期
構造体を形成する工程を含み、上部応力制御材の熱膨張
率が基板の熱膨張率よりも小さいことが好ましい。この
ようにすると、ストライプ形状を有する上部周期構造体
におけるストライプが延びる方向が一の方向であるこ
と、及び上部応力制御材の熱膨張率が基板の熱膨張率よ
りも小さいことから、上部周期構造体が強誘電体膜と比
べて小さい熱膨張率を有している場合には、降温時に強
誘電体膜の他の方向に対して大きい圧縮応力が選択的に
与えられる。一方、基板が強誘電体膜と比べて大きい熱
膨張率を有している場合には、主として基板と強誘電体
膜との熱膨張率差による応力が強誘電体膜の一の方向に
加えられるため、降温時に強誘電体膜の一の方向に対し
て大きい引張応力が選択的に与えられる。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
In the first step, the upper stress control material is deposited on the ferroelectric film, and the deposited upper stress control material is divided substantially in parallel so as to be spaced at predetermined intervals in other directions. Forming a stripe-shaped upper periodic structure having a length sufficiently greater than a predetermined period in one direction from the upper stress control material, wherein the coefficient of thermal expansion of the upper stress control material is lower than the thermal expansion coefficient of the substrate. It is preferably smaller than the expansion coefficient. With this configuration, the direction in which the stripes extend in the upper periodic structure having the stripe shape is one direction, and the thermal expansion coefficient of the upper stress control material is smaller than the thermal expansion coefficient of the substrate. When the body has a smaller coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, a large compressive stress is selectively applied to the other direction of the ferroelectric film when the temperature is lowered. On the other hand, when the substrate has a higher coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, stress mainly due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate and the ferroelectric film is applied in one direction of the ferroelectric film. Therefore, a large tensile stress is selectively applied to one direction of the ferroelectric film when the temperature is lowered.

【0018】この場合に、第1の工程が、強誘電体膜を
形成するよりも前に、基板の上に全面に下部応力制御材
からなる下部緩衝層を形成する工程を含み、上部応力制
御材の熱膨張率が下部応力制御材の熱膨張率よりも小さ
いことが好ましい。このように、あらかじめ基板上に、
上部応力制御材の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を持つ
下部応力制御材からなる下部緩衝層を形成しておくこと
により、他の方向が下部緩衝層が持つ相対的に大きい熱
膨張率に支配されるので、基板材料を選択する際の選択
の制約が小さくなる。
In this case, the first step includes a step of forming a lower buffer layer made of a lower stress control material on the entire surface of the substrate before forming the ferroelectric film. Preferably, the coefficient of thermal expansion of the material is smaller than the coefficient of thermal expansion of the lower stress control material. In this way, on the substrate in advance,
By forming a lower buffer layer made of a lower stress control material having a thermal expansion coefficient larger than that of the upper stress control material, the other direction can be made to have a relatively large thermal expansion coefficient of the lower buffer layer. Since it is governed, the restriction on the selection of the substrate material is reduced.

【0019】また、この場合に、第1の工程が、強誘電
体膜を形成するよりも前に、基板の上に下部応力制御材
を堆積し、堆積した下部応力制御材を、一の方向に所定
の周期で間隔をおくようにほぼ平行に分割することによ
り、下部応力制御材から、他の方向に所定の周期と比べ
て十分に大きい長さを有するストライプ形状の下部周期
構造体を形成する工程を含み、上部応力制御材の熱膨張
率が下部応力制御材の熱膨張率よりも小さいことが好ま
しい。このように、基板と強誘電体膜との間に、上部応
力制御材の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を持つ下部応
力制御材からなり上部周期構造体とストライプが延びる
方向が互いに交差するストライプ形状の下部周期構造体
を形成することにより、下部周期構造体が強誘電体膜と
比べて大きい熱膨張率を有している場合には、下部周期
構造体は他の方向に連続であり且つ一の方向に分割され
ているので、降温時に強誘電体膜の他の方向に対して大
きい圧縮応力が選択的に与えられる。
In this case, the first step is to deposit a lower stress control material on the substrate before forming the ferroelectric film, and to deposit the deposited lower stress control material in one direction. By forming the lower periodic structure in a stripe shape having a length sufficiently larger than the predetermined period in the other direction from the lower stress control material by dividing the substrate substantially in parallel so as to leave an interval at a predetermined period. Preferably, the thermal expansion coefficient of the upper stress control material is smaller than the thermal expansion coefficient of the lower stress control material. Thus, between the substrate and the ferroelectric film, the direction in which the upper periodic structure and the stripe extend, which are made of the lower stress control material having a thermal expansion coefficient larger than the thermal expansion coefficient of the upper stress control material, intersect each other. By forming the stripe-shaped lower periodic structure, if the lower periodic structure has a larger coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, the lower periodic structure is continuous in the other direction. In addition, since the ferroelectric film is divided in one direction, a large compressive stress is selectively applied to the other direction of the ferroelectric film when the temperature is lowered.

【0020】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
第1の工程が、強誘電体膜を形成するよりも前に、基板
の上に下部応力制御材を堆積し、堆積した下部応力制御
材を、一の方向に所定の周期で間隔をおくようにほぼ平
行に分割することより、下部応力制御材から、他の方向
に所定の周期と比べて十分に大きい長さを有するストラ
イプ形状の下部周期構造体を形成する工程を含み、下部
応力制御材の熱膨張率は、基板の熱膨張率よりも大きい
ことが好ましい。このようにすると、下部周期構造体が
強誘電体膜と比べて大きい熱膨張率を有している場合に
は、下部周期構造体は一の方向に分割され且つ他の方向
に連続なストライプ形状を有しているため、降温時に強
誘電体膜の他の方向に対して大きい圧縮応力が選択的に
与えられる。一方、基板が強誘電体膜と比べて小さい熱
膨張率を有している場合には、主として基板と強誘電体
膜との熱膨張率差による応力が強誘電体膜の一の方向に
加えられるため、降温時に強誘電体膜の一の方向に対し
て大きい引張応力が選択的に与えられる。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
In the first step, before forming the ferroelectric film, a lower stress control material is deposited on the substrate, and the deposited lower stress control material is spaced at a predetermined period in one direction. Forming a stripe-shaped lower periodic structure having a length sufficiently larger than a predetermined period in the other direction from the lower stress control material by dividing the lower stress control material substantially parallel to the lower stress control material. Is preferably larger than the coefficient of thermal expansion of the substrate. In this way, when the lower periodic structure has a larger coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, the lower periodic structure is divided in one direction and has a stripe shape continuous in the other direction. Therefore, a large compressive stress is selectively applied to the other direction of the ferroelectric film when the temperature is lowered. On the other hand, when the substrate has a smaller coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, stress mainly due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate and the ferroelectric film is applied in one direction of the ferroelectric film. Therefore, a large tensile stress is selectively applied to one direction of the ferroelectric film when the temperature is lowered.

【0021】この場合に、第1の工程が、強誘電体膜の
上に全面に上部応力制御材からなる上部緩衝層を形成す
る工程を含み、下部応力制御材の熱膨張率が上部応力制
御材の熱膨張率よりも大きいことが好ましい。このよう
に、強誘電体膜上に、下部応力制御材の熱膨張率よりも
小さい熱膨張率を持つ上部応力制御材からなる上部緩衝
層を形成しておくため、一の方向が上部緩衝層が持つ相
対的に小さい熱膨張率に支配されるので、基板材料を選
択する際の選択の制約が小さくなる。
In this case, the first step includes a step of forming an upper buffer layer made of an upper stress control material over the entire surface of the ferroelectric film, wherein the coefficient of thermal expansion of the lower stress control material is controlled by the upper stress control material. It is preferably larger than the thermal expansion coefficient of the material. As described above, since the upper buffer layer made of the upper stress control material having a lower coefficient of thermal expansion than the lower stress control material is formed on the ferroelectric film, one direction is the upper buffer layer. Is governed by the relatively low coefficient of thermal expansion of the substrate, so that the selection restrictions when selecting the substrate material are reduced.

【0022】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
第1の工程が、強誘電体膜を形成するよりも前に、基板
の上に下部応力制御材を堆積し、堆積した下部応力制御
材を、他の方向に所定の周期で間隔をおくようにほぼ平
行に分割することにより、下部応力制御材から、一の方
向に所定の周期と比べて十分に大きい長さを有するスト
ライプ形状の下部周期構造体を形成する工程を含み、下
部応力制御材の熱膨張率が基板の熱膨張率よりも小さい
ことが好ましい。このように、下部周期構造体が強誘電
体膜と比べて小さい熱膨張率を有している場合には、下
部周期構造体は他の方向に分割され且つ一の方向に連続
なストライプ形状を有しているため、降温時に強誘電体
膜の他の方向に対して大きい圧縮応力が選択的に与えら
れる。一方、基板が強誘電体膜と比べて大きい熱膨張率
を有している場合には、主として基板と強誘電体膜との
熱膨張率差による応力が強誘電体膜の一の方向に加えら
れるため、降温時に強誘電体膜の一の方向に対して大き
い引張応力が選択的に与えられる。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
In the first step, before forming the ferroelectric film, a lower stress control material is deposited on the substrate, and the deposited lower stress control material is spaced at predetermined intervals in the other direction. Forming a stripe-shaped lower periodic structure having a sufficiently large length in one direction from the lower stress control material by dividing the lower stress control material substantially parallel to the lower stress control material. Is preferably smaller than the coefficient of thermal expansion of the substrate. As described above, when the lower periodic structure has a smaller coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, the lower periodic structure is divided in the other direction and forms a stripe shape continuous in one direction. Therefore, a large compressive stress is selectively applied to the other direction of the ferroelectric film when the temperature is lowered. On the other hand, when the substrate has a higher coefficient of thermal expansion than the ferroelectric film, stress mainly due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate and the ferroelectric film is applied in one direction of the ferroelectric film. Therefore, a large tensile stress is selectively applied to one direction of the ferroelectric film when the temperature is lowered.

【0023】この場合に、第1の工程が、強誘電体膜の
上に全面に上部応力制御材からなる上部緩衝層を形成す
る工程を含み、下部応力制御材の熱膨張率が上部応力制
御材の熱膨張率よりも小さいことが好ましい。このよう
にすると、強誘電体膜上に、下部応力制御材の熱膨張率
よりも大きい熱膨張率を持つ上部応力制御材からなる上
部緩衝層を形成しておくため、他の方向が上部緩衝層が
持つ相対的に大きい熱膨張率に支配されるので、基板材
料を選択する際の選択の制約が小さくなる。
In this case, the first step includes a step of forming an upper buffer layer made of an upper stress control material on the entire surface of the ferroelectric film, wherein the coefficient of thermal expansion of the lower stress control material is controlled by the upper stress control material. It is preferably smaller than the thermal expansion coefficient of the material. With this configuration, an upper buffer layer made of an upper stress control material having a coefficient of thermal expansion larger than that of the lower stress control material is formed on the ferroelectric film, so that the upper buffer layer is oriented in the other direction. Since the layer is governed by the relatively large coefficient of thermal expansion of the layer, the selection restriction when selecting the substrate material is reduced.

【0024】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
基板、上部応力制御材又は下部応力制御材が導電体から
なることが好ましい。このようにすると、基板や周期構
造体を電極として用いることができるため、電極と外部
回路とを接続することによって基板の表面に垂直又は平
行な方向に電気信号を与えて、基板面に直流電界を生成
できる。このため、周期構造体による機械的作用だけで
なく、電気的作用によっても、強誘電体膜の自発分極を
基板面に平行な方向に揃えることが可能となる。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
Preferably, the substrate, the upper stress control material or the lower stress control material is made of a conductor. In this case, the substrate or the periodic structure can be used as an electrode. By connecting the electrode to an external circuit, an electric signal is given in a direction perpendicular or parallel to the surface of the substrate, and a DC electric field is applied to the substrate surface. Can be generated. Therefore, the spontaneous polarization of the ferroelectric film can be aligned in a direction parallel to the substrate surface not only by the mechanical action but also by the electrical action of the periodic structure.

【0025】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
基板、上部応力制御材又は下部応力制御材が、基板面と
平行な面内で4回回転対称性の結晶構造を持つ4回回転
対称性結晶体であることが好ましい。このようにする
と、強誘電体の多くは立方晶系又は正方晶系であり、4
回回転対称性を有するため、基板面に平行な面内で結晶
の対称性が整合しやすいので、異方性軸を一の方位に容
易に揃えることができる。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
It is preferable that the substrate, the upper stress control material or the lower stress control material is a four-fold rotationally symmetric crystal having a four-fold rotationally symmetric crystal structure in a plane parallel to the substrate surface. In this way, most of the ferroelectrics are cubic or tetragonal,
Because of the rotational symmetry, the symmetry of the crystal is easily matched in a plane parallel to the substrate surface, so that the anisotropic axis can be easily aligned in one direction.

【0026】この場合に、4回回転対称性結晶体の回転
対称面における格子定数又は該格子定数を1/√2倍し
てなる格子定数と、キュリー温度以上の温度における強
誘電体膜の格子定数との格子不整合率は、ほぼ10%以
下であることが好ましい。このようにすると、結晶の対
称性だけでなく、格子不整合をほぼ10%以下に抑える
ことにより、強誘電体結晶の配列規則性が高くなるた
め、異方性軸を一の方位にさらに揃えやすくすることが
できる。
In this case, the lattice constant of the four-fold rotationally symmetric crystal in the rotationally symmetric plane or a lattice constant obtained by multiplying the lattice constant by 1 / √2 and the lattice constant of the ferroelectric film at a temperature equal to or higher than the Curie temperature. It is preferable that the lattice mismatch with the constant is approximately 10% or less. In this way, not only the symmetry of the crystal but also the lattice mismatch is suppressed to about 10% or less, and the arrangement regularity of the ferroelectric crystal is increased, so that the anisotropic axes are further aligned in one direction. It can be easier.

【0027】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
上部応力制御材又は下部応力制御材が、アルミニウム
(Al)、金(Au)、白金(Pt)、イリジウム(I
r)、酸化イリジウム(IrO2-x )(但し、xは、0
<x<1とし、以下同様とする)、酸化ルテニウム(R
uO2-x )、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO
3-x )、酸化レニウム(ReO2-x )、酸化シリコン
(SiO2 )、窒化シリコン(Si34)、窒化チタン
(TiN)、酸化マグネシウム(MgO)、チタン酸ス
トロンチウム(SrTiO3 )、酸化アルミニウム(A
23)、スピネル(MgAl24)、アルミニウム酸
ランタン(LaAlO3 )、アルミニウム酸タンタル酸
ストロンチウム(SrAlxTa1-x3 )、酸化ジルコ
ニウム(ZrO2 )、酸化イットリウム(Y23)、イ
ットリウム安定化酸化ジルコニウム(Y23−dope
d ZrO2 )又は酸化チタン(TiO2 )を含むこと
が好ましい。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
If the upper or lower stress control material is aluminum
(Al), gold (Au), platinum (Pt), iridium (I
r), iridium oxide (IrO2-x ) (Where x is 0
<X <1, the same applies hereinafter), ruthenium oxide (R
uO2-x ), Strontium ruthenate (SrRuO)
3-x ), Rhenium oxide (ReO)2-x ), Silicon oxide
(SiOTwo ), Silicon nitride (SiThreeNFour), Titanium nitride
(TiN), magnesium oxide (MgO), titanium titanate
Trontium (SrTiOThree ), Aluminum oxide (A
lTwoOThree), Spinel (MgAlTwoOFour), Aluminum acid
Lantern (LaAlO)Three ), Tantalum aluminate
Strontium (SrAlxTa1-xOThree ), Zirconium oxide
(ZrOTwo ), Yttrium oxide (YTwoOThree),I
Thorium-stabilized zirconium oxide (YTwoOThree-Dope
d ZrOTwo ) Or titanium oxide (TiO 2)Two )
Is preferred.

【0028】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
上部周期構造体が導電体からなり、第3の工程が、上部
周期構造体に直流電圧を印加することにより、強誘電体
膜に、一の方向に対して平行な直流電界を生成する工程
を含むことが好ましい。このようにすると、上部周期構
造体は一の方向に所定周期で分割され、一の方向に沿っ
て直流電圧分布を与えることによって、強誘電体膜にお
ける一の方向に対して平行な方向に直流電界を生成する
ことができる。c軸が自発分極軸となるような強誘電体
においては、キュリー温度から降温する際に一の方向に
直流電界を印加すれば、該一の方向にc軸が揃うと共に
静電的に分極の正負の向きを揃えられる。これにより、
成膜後に改めて分極処理を施す必要がなくなるだけでな
く、外部に出力される分極として寄与しない90度ドメ
インの残留を抑制することができるので、一の方向の分
極配向が必要な一次の電気光学効果等を発現を容易にす
る。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
The third step is a step of generating a DC electric field parallel to one direction in the ferroelectric film by applying a DC voltage to the upper periodic structure, wherein the upper periodic structure is made of a conductor. It is preferred to include. In this way, the upper periodic structure is divided in one direction at a predetermined period, and a DC voltage distribution is applied along one direction, so that the DC voltage is applied in a direction parallel to the one direction in the ferroelectric film. A world can be created. In a ferroelectric material in which the c-axis becomes the spontaneous polarization axis, when a DC electric field is applied in one direction when the temperature is lowered from the Curie temperature, the c-axis is aligned in the one direction and the polarization is electrostatically induced. Positive and negative directions can be aligned. This allows
In addition to eliminating the need for a new polarization treatment after film formation, the primary electro-optic that requires a polarization orientation in one direction is required because the remaining 90-degree domain that does not contribute to externally output polarization can be suppressed. The effects and the like are easily expressed.

【0029】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
下部周期構造体が導電体からなり、第3の工程が、下部
周期構造体に直流電圧を印加することにより、強誘電体
膜に、一の方向に対して平行な直流電界を生成する工程
を含むことが好ましい。このようにすると、前述と同様
に、成膜後に改めて分極処理を施す必要がなくなると共
に、外部に出力できる分極として寄与しない90度ドメ
インの残留を抑制することができるので、一の方向の分
極配向が必要な一次の電気光学効果等を発現を容易にす
る。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
The lower periodic structure is made of a conductor, and the third step is a step of generating a DC electric field parallel to one direction in the ferroelectric film by applying a DC voltage to the lower periodic structure. It is preferred to include. In this manner, as described above, it is not necessary to perform a new polarization process after the film formation, and it is possible to suppress the remaining 90-degree domain that does not contribute to the polarization that can be output to the outside. Facilitates the development of the necessary primary electro-optic effect and the like.

【0030】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
強誘電体膜が、キュリー温度以上の温度で立方晶系の結
晶構造を有し、キュリー温度以下の温度で正方晶系の結
晶構造を有することが好ましい。
In the method for producing a ferroelectric film according to the present invention,
It is preferable that the ferroelectric film has a cubic crystal structure at a temperature equal to or higher than the Curie temperature and has a tetragonal crystal structure at a temperature equal to or lower than the Curie temperature.

【0031】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
強誘電体膜が、ペロブスカイト型構造を持つ酸化物又は
ペロブスカイト型構造を持つ酸化物の固溶体を含むこと
が好ましい。
In the method of manufacturing a ferroelectric film according to the present invention,
It is preferable that the ferroelectric film contains an oxide having a perovskite structure or a solid solution of an oxide having a perovskite structure.

【0032】本発明の強誘電体膜の製造方法において、
基板が単結晶体からなることが好ましい。
In the method of manufacturing a ferroelectric film according to the present invention,
Preferably, the substrate is made of a single crystal.

【0033】この場合に、単結晶体が、シリコン(S
i)、酸化マグネシウム(MgO)、チタン酸ストロン
チウム(SrTiO3 )、サファイア(α−Al
23)、スピネル(MgAl24)、アルミニウム酸ラ
ンタン(LaAlO3 )、アルミニウム酸タンタル酸ス
トロンチウム(SrAlxTa1-x3 )、酸化ジルコニ
ウム(ZrO2 )、酸化イットリウム(Y23)、イッ
トリウム安定化酸化ジルコニウム(Y23−doped
ZrO2 )又は酸化チタン(TiO2 )であることが
好ましい。
In this case, the single crystal is made of silicon (S
i), magnesium oxide (MgO), strontium titanate (SrTiO 3 ), sapphire (α-Al
2 O 3 ), spinel (MgAl 2 O 4 ), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ), strontium tantalate aluminate (SrAl x Ta 1-x O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O) 3), yttrium-stabilized zirconium oxide (Y 2 O 3 -doped
ZrO 2 ) or titanium oxide (TiO 2 ).

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の第1
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention.
An embodiment will be described with reference to the drawings.

【0035】図1(a)及び図1(b)は本発明の第1
の実施形態に係る強誘電体膜の製造方法により得られる
強誘電体膜であって、図1(a)は平面構成を示し、図
1(b)は図1(a)のIb−Ib線における断面構成
を示している。
FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of the present invention.
1A shows a planar structure, and FIG. 1B shows a ferroelectric film obtained by the method for manufacturing a ferroelectric film according to the embodiment, and FIG. 1B shows a line Ib-Ib in FIG. 2 shows a cross-sectional configuration.

【0036】図1(b)に示すように、基板11の主面
上には、室温よりも高いキュリー温度を有する強誘電体
膜12が堆積された状態にある。強誘電体膜12の上に
は、上部応力制御材からなり、図面のx軸方向に所定の
分割周期13aで且つ互いに間隔をおいてほぼ平行に配
置され、x軸方向と直交するy軸方向に分割周期13a
と比べて十分に大きい長さを有するストライプ形状の上
部周期構造体13が形成されている。ここでは、一例と
して、上部周期構造体13におけるx軸方向の分割周期
13aを10μm〜20μm程度とし、y軸方向の長さ
を1000μm〜5000μm程度としている。また、
上部周期構造体13におけるx軸方向の全長もy軸方向
の長さと同等の1000μm〜5000μm程度として
いる。
As shown in FIG. 1B, a ferroelectric film 12 having a Curie temperature higher than room temperature is deposited on the main surface of the substrate 11. An upper stress control material is formed on the ferroelectric film 12 and is disposed at a predetermined division period 13a in the x-axis direction in the drawing and substantially parallel to each other with an interval therebetween, in the y-axis direction orthogonal to the x-axis direction. Divided cycle 13a
A stripe-shaped upper periodic structure 13 having a sufficiently large length as compared with the above is formed. Here, as an example, the division period 13a in the x-axis direction of the upper periodic structure 13 is set to about 10 μm to 20 μm, and the length in the y-axis direction is set to about 1000 μm to 5000 μm. Also,
The total length in the x-axis direction of the upper periodic structure 13 is also set to about 1000 μm to 5000 μm, which is equivalent to the length in the y-axis direction.

【0037】このような状態で、基板11を炉に投入
し、強誘電体膜12を該強誘電体のキュリー温度よりも
高い温度下に放置して結晶化した後、室温まで降下させ
る。ここでは、上部周期構造体13を構成する上部応力
制御材に、その熱膨張率が基板11の熱膨張率よりも大
きい材料を選定しておく。
In such a state, the substrate 11 is put into a furnace, and the ferroelectric film 12 is left at a temperature higher than the Curie temperature of the ferroelectric to be crystallized, and then cooled to room temperature. Here, a material whose thermal expansion coefficient is higher than the thermal expansion coefficient of the substrate 11 is selected as the upper stress control material constituting the upper periodic structure 13.

【0038】降温中に、強誘電体膜12の温度がキュリ
ー温度の高温側から低温側へ該キュリー温度を横切る
と、強誘電体膜12の結晶構造は等方性が崩れて歪もう
とする。このとき、強誘電体膜12を構成する結晶体に
対して、該結晶体が内包する歪エネルギーが最も小さい
状態に近づこうとする熱力学的な結晶再構成作用が働
く。
If the temperature of the ferroelectric film 12 crosses the Curie temperature from the high temperature side to the low Curie temperature side during the temperature drop, the crystal structure of the ferroelectric film 12 loses its isotropy and tends to be distorted. . At this time, the crystal constituting the ferroelectric film 12 is subjected to a thermodynamic crystal restructuring action to approach a state in which the strain energy contained in the crystal is the smallest.

【0039】図1(a)及び図1(b)に示すように、
基板11と強誘電体膜12との界面において、強誘電体
膜12のx軸方向は、上部周期構造体13が該界面と平
行な面内でx軸方向に分割されているため、上部周期構
造体13からはそれ程大きな応力は受けない。このた
め、強誘電体膜12のx軸方向における応力関係は、基
板11と強誘電体膜12との互いの熱膨張率の差のみで
決定されることになる。一般に、冷却時において、強誘
電体膜12が基板11よりも大きい熱膨張率を有する場
合には、強誘電体膜12のx軸方向に対して引張応力が
加えられる。これは、強誘電体膜12の収縮動作が、熱
膨張率が強誘電体膜12よりも小さい基板11によって
規制されるからである。逆に、強誘電体膜12が基板1
1よりも小さい熱膨張率を有する場合には、強誘電体膜
12のx軸方向に対して圧縮応力が加えられる。
As shown in FIGS. 1A and 1B,
At the interface between the substrate 11 and the ferroelectric film 12, the upper periodic structure 13 is divided in the x-axis direction in a plane parallel to the interface. The structure 13 does not receive much stress. For this reason, the stress relationship in the x-axis direction of the ferroelectric film 12 is determined only by the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate 11 and the ferroelectric film 12. Generally, when the ferroelectric film 12 has a larger coefficient of thermal expansion than the substrate 11 during cooling, a tensile stress is applied to the ferroelectric film 12 in the x-axis direction. This is because the contraction operation of the ferroelectric film 12 is restricted by the substrate 11 whose coefficient of thermal expansion is smaller than that of the ferroelectric film 12. Conversely, the ferroelectric film 12 is
When the thermal expansion coefficient is smaller than 1, a compressive stress is applied to the ferroelectric film 12 in the x-axis direction.

【0040】また、y軸方向には、強誘電体膜12の上
面と上部周期構造体13とが連続的に接していることか
ら、強誘電体膜12と上部周期構造体13との間でx軸
方向とは別の応力関係が成り立つ。その結果はx方向と
同一であって、強誘電体膜12が上部周期構造体13よ
りも大きい熱膨張率を有する場合には、強誘電体膜12
のy軸方向に対して引張応力が加えられる。逆に、強誘
電体膜12が上部周期構造体13よりも小さい熱膨張率
を有する場合には、強誘電体膜12のy軸方向に対して
圧縮応力が加えられる。
Since the upper surface of the ferroelectric film 12 and the upper periodic structure 13 are continuously in contact with each other in the y-axis direction, the distance between the ferroelectric film 12 and the upper periodic structure 13 A stress relationship different from the x-axis direction is established. The result is the same as that in the x direction. If the ferroelectric film 12 has a larger coefficient of thermal expansion than the upper periodic structure 13, the ferroelectric film 12
Tensile stress is applied in the y-axis direction. Conversely, when the ferroelectric film 12 has a smaller coefficient of thermal expansion than the upper periodic structure 13, compressive stress is applied to the ferroelectric film 12 in the y-axis direction.

【0041】但し、第1の実施形態においては、上部周
期構造体13を構成する上部応力制御材の熱膨張率を基
板11の熱膨張率よりも大きくするという条件を付与し
ているため、強誘電体膜12に対して、x軸方向に相対
的により大きい引張応力が加えられるか、y軸方向に相
対的により大きい圧縮応力が加えられるか、又はx軸、
y軸方向に同時に起こるか、のいずれかの状態になるこ
とは自明である。
However, in the first embodiment, since the condition that the thermal expansion coefficient of the upper stress control material constituting the upper periodic structure 13 is made larger than the thermal expansion coefficient of the substrate 11 is given, A relatively larger tensile stress is applied to the dielectric film 12 in the x-axis direction, a relatively larger compressive stress is applied in the y-axis direction, or
It is self-evident that the state occurs either simultaneously in the y-axis direction.

【0042】従って、本実施形態によると、x軸方向と
y軸方向とにそれぞれ異なる大きさの応力が加えられる
という機械的作用によって、前述した熱力学的な結晶再
構成を制御することができる。このため、基板11と強
誘電体膜12との界面と平行な面内において一の方向に
のみ異方性軸を配向させ得る。すなわち、ここでは、相
対的に大きい引張応力を受けるか、又は相対的に小さい
圧縮応力しか受けないx軸方向に、強誘電体膜12の結
晶体における最も格子定数が大きい結晶軸が配向され
る。従って、例えば、キュリー温度以下で正方晶系とな
る結晶体からなる強誘電体膜12は、そのc軸がx軸方
向に揃うこととなる。
Therefore, according to the present embodiment, the above-described thermodynamic crystal reconstruction can be controlled by the mechanical action that different stresses are applied in the x-axis direction and the y-axis direction. . Therefore, the anisotropic axis can be oriented only in one direction in a plane parallel to the interface between the substrate 11 and the ferroelectric film 12. That is, here, the crystal axis having the largest lattice constant in the crystal of the ferroelectric film 12 is oriented in the x-axis direction which receives a relatively large tensile stress or receives a relatively small compressive stress. . Therefore, for example, the c-axis of the ferroelectric film 12 made of a tetragonal crystal at or below the Curie temperature is aligned in the x-axis direction.

【0043】以下、本実施形態に適する、基板11と上
部周期構造体13用の上部応力制御材との材料の組み合
わせ例を具体的に説明する。なお、ここでは、強誘電体
膜12としてチタン酸鉛(PbTiO3 )又はチタン酸
バリウム(BaTiO3 )に代表される正方晶系のペロ
ブスカイト型強誘電体を例に挙げて説明するが、他の強
誘電体材料についても同様のことがいえる。
Hereinafter, an example of a combination of materials of the substrate 11 and the upper stress control material for the upper periodic structure 13 suitable for the present embodiment will be specifically described. Here, a tetragonal perovskite-type ferroelectric represented by lead titanate (PbTiO 3 ) or barium titanate (BaTiO 3 ) will be described as an example of the ferroelectric film 12. The same applies to ferroelectric materials.

【0044】これら正方晶系に属するペロブスカイト型
強誘電体は、キュリー温度が概して室温よりも高く且つ
結晶化温度はそのキュリー温度よりも高い場合が多く、
本発明に適する。
The perovskite ferroelectrics belonging to the tetragonal system generally have a Curie temperature higher than room temperature and a crystallization temperature higher than the Curie temperature in many cases.
Suitable for the present invention.

【0045】[表1]に基板11、上部応力制御材又は
後述する下部応力制御材に採用できる材料の熱膨張率の
典型的な数値を示す。
Table 1 shows typical values of the coefficient of thermal expansion of the substrate 11, the upper stress control material, or a material that can be used for the lower stress control material described later.

【0046】[0046]

【表1】 [表1]から分かるように、例えば、シリコン(S
i)、サファイア(α−Al23)、又はスピネル(M
gAl24)を基板11に用い、アルミニウム(A
l)、金(Au)又は酸化マグネシウム(MgO)を上
部応力制御材に用いて上部周期構造体13を形成すれ
ば、前述した熱膨張率の大小関係が成立するため、強誘
電体膜12の結晶体におけるc軸がx軸方向に配向しや
すくなる。
[Table 1] As can be seen from Table 1, for example, silicon (S
i), sapphire (α-Al 2 O 3 ) or spinel (M
gAl 2 O 4 ) for the substrate 11 and aluminum (A
1) If the upper periodic structure 13 is formed by using gold (Au) or magnesium oxide (MgO) as the upper stress control material, the above-mentioned relationship of the coefficient of thermal expansion is established. The c-axis in the crystal is easily oriented in the x-axis direction.

【0047】なお、図1(a)及び図1(b)におい
て、x軸とy軸とを入れ換え、且つ、基板11と上部周
期構造体13の熱膨張率の大小関係を逆転させる、すな
わち上部周期構造体13を構成する上部応力制御材の熱
膨張率が基板11の熱膨張率よりも小さくなるようにす
ることによっても、これまでに述べたのと同様に、強誘
電体膜12の結晶体のc軸をx軸方向に揃えることがで
きる。
In FIGS. 1A and 1B, the x-axis and the y-axis are exchanged, and the magnitude relationship between the thermal expansion coefficients of the substrate 11 and the upper periodic structure 13 is reversed. By making the coefficient of thermal expansion of the upper stress control material constituting the periodic structure 13 smaller than the coefficient of thermal expansion of the substrate 11, the crystal of the ferroelectric film 12 can be formed in the same manner as described above. The c-axis of the body can be aligned in the x-axis direction.

【0048】この場合は、基板11にMgO、チタン酸
ストロンチウム(SrTiO3 )、又はアルミニウム酸
ランタン(LaAlO3 )等の熱膨張率が大きい材料を
用いると共に、上部応力制御材に酸化シリコン(SiO
2 )、窒化シリコン(Si34 )又はイリジウム(I
r)等の熱膨張率が小さい材料を用いれば良い。
In this case, a material having a large coefficient of thermal expansion such as MgO, strontium titanate (SrTiO 3 ), or lanthanum aluminate (LaAlO 3 ) is used for the substrate 11 and silicon oxide (SiO 2 ) is used for the upper stress control material.
2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ) or iridium (I
A material having a small coefficient of thermal expansion such as r) may be used.

【0049】さらに、図示はしていないが、上部周期構
造体13に代えて、該上部周期構造体13と同一の形
状、配置及び機能を持つ構造体を、基板11と強誘電体
膜12との間に、すなわち強誘電体膜12を堆積するよ
りも前に形成しておいても良い。この場合の構造体を下
部周期構造体と呼び、その構成材料を下部応力制御材と
呼ぶ。このようにすると、下部周期構造体を形成するエ
ッチング工程等を強誘電体膜12を堆積する前に行なえ
るため、強誘電体膜12に与えるダメージ、例えば還元
反応等を抑制することができる。
Further, although not shown, a structure having the same shape, arrangement and function as the upper periodic structure 13 is replaced with the substrate 11 and the ferroelectric film 12 instead of the upper periodic structure 13. The ferroelectric film 12 may be formed in between, that is, before the ferroelectric film 12 is deposited. The structure in this case is called a lower periodic structure, and its constituent material is called a lower stress control material. With this configuration, since an etching process for forming the lower periodic structure can be performed before the ferroelectric film 12 is deposited, damage to the ferroelectric film 12, such as a reduction reaction, can be suppressed.

【0050】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0051】図2(a)及び図2(b)は本発明の第2
の実施形態に係る強誘電体膜の製造方法により得られる
強誘電体膜であって、図2(a)は平面構成を示し、図
2(b)は図2(a)のIIb−IIb線における断面構成
を示している。
FIGS. 2A and 2B show a second embodiment of the present invention.
2A is a plan view of the ferroelectric film obtained by the method for manufacturing a ferroelectric film according to the embodiment, and FIG. 2B is a IIb-IIb line of FIG. 2A. 2 shows a cross-sectional configuration.

【0052】図2(b)に示すように、基板11の主面
上には、膜厚が0.1μm〜1μm程度の下部応力制御
材からなる下部緩衝層14が形成され、該下部緩衝層1
4の上に、室温よりも高いキュリー温度を有する強誘電
体膜12が堆積された状態にある。強誘電体膜12の上
には、上部応力制御材からなり、図面のx軸方向に所定
の分割周期13aで且つ互いに間隔をおいてほぼ平行に
配置され、y軸方向に分割周期13aと比べて十分に大
きい長さを有するストライプ形状の上部周期構造体13
が形成されている。
As shown in FIG. 2B, a lower buffer layer 14 made of a lower stress control material having a thickness of about 0.1 μm to 1 μm is formed on the main surface of the substrate 11. 1
4, a ferroelectric film 12 having a Curie temperature higher than room temperature is deposited. On the ferroelectric film 12, an upper stress control material is provided, which is arranged at a predetermined division period 13a in the x-axis direction in the drawing and substantially parallel to each other with an interval therebetween, and compared with the division period 13a in the y-axis direction. Stripe-shaped upper periodic structure 13 having a sufficiently large length
Are formed.

【0053】第2の実施形態においては、基板11の代
わりに下部緩衝層14が図面のx軸方向に関する応力関
係を決定する。これにより、基板11の材料を選ぶ際の
コストや基板サイズ等の制約を大幅に低減できる。
In the second embodiment, the lower buffer layer 14 instead of the substrate 11 determines the stress relationship in the x-axis direction in the drawing. As a result, it is possible to greatly reduce the cost and the size of the substrate 11 when selecting the material for the substrate 11.

【0054】例えば、イリジウム(Ir)又はスピネル
(MgAl24)等は、熱膨張率が比較的小さいもの
の、基板としては高価で大面積化しにくい。従って、I
r又はMgAl24を下部応力制御材として基板11上
に均一に塗布し、塗布した下部応力制御材を下部緩衝層
14として用いれば、基板11のコスト又はサイズに関
する制限はなくなる。
For example, iridium (Ir) or spinel (MgAl 2 O 4 ) has a relatively small coefficient of thermal expansion, but is expensive as a substrate and is difficult to have a large area. Therefore, I
If r or MgAl 2 O 4 is uniformly applied on the substrate 11 as a lower stress control material and the applied lower stress control material is used as the lower buffer layer 14, there is no limit on the cost or size of the substrate 11.

【0055】このように、基板11と強誘電体膜12と
の間に、該強誘電体膜12に対してその下面から応力を
付与する下部緩衝層14を設ける場合でも、第1の実施
形態と同様に、上部周期構造体13の形状、x軸方向か
y軸方向かの分割方向、下部緩衝層14と上部周期構造
体13との熱膨張率の大小関係は、第1の実施形態と同
様である。
As described above, even when the lower buffer layer 14 for applying stress to the ferroelectric film 12 from its lower surface is provided between the substrate 11 and the ferroelectric film 12, the first embodiment Similarly to the first embodiment, the shape of the upper periodic structure 13, the dividing direction in the x-axis direction or the y-axis direction, and the magnitude relationship of the thermal expansion coefficient between the lower buffer layer 14 and the upper periodic structure 13 are different from those of the first embodiment. The same is true.

【0056】すなわち、図2(a)に示すように、上部
周期構造体13のストライプの分割方向がx軸方向周期
の場合は、上部周期構造体13を構成する上部応力制御
材の熱膨張率を下部緩衝層14を構成する下部応力制御
材の熱膨張率よりも大きくするという条件を与える。
[表1]に示したように、例えば、Si、α−Al23
又はMgAl24から下部緩衝層14を構成し、Al、
Au又はMgOから上部周期構造体13を構成すれば、
この条件を満たすため、強誘電体膜12の結晶体のc軸
がx軸方向に配向しやすくなる。
That is, as shown in FIG. 2A, when the division direction of the stripe of the upper periodic structure 13 is the period in the x-axis direction, the thermal expansion coefficient of the upper stress control material constituting the upper periodic structure 13 Is set to be larger than the coefficient of thermal expansion of the lower stress control material constituting the lower buffer layer 14.
As shown in Table 1, for example, Si, α-Al 2 O 3
Alternatively, the lower buffer layer 14 is composed of MgAl 2 O 4 , and Al,
If the upper periodic structure 13 is made of Au or MgO,
To satisfy this condition, the c-axis of the crystal of the ferroelectric film 12 is easily oriented in the x-axis direction.

【0057】なお、図2(a)及び図2(b)におい
て、x軸とy軸とを入れ換え、且つ、下部緩衝層14と
上部周期構造体13の熱膨張率の大小関係を逆転させ
る、すなわち上部周期構造体13を構成する上部応力制
御材の熱膨張率が下部緩衝層14を構成する下部応力制
御材の熱膨張率よりも小さくなるようにすることによっ
ても、強誘電体膜12の結晶体のc軸をx軸方向に揃え
ることができる。
In FIGS. 2A and 2B, the x-axis and the y-axis are exchanged, and the magnitude relationship between the thermal expansion coefficients of the lower buffer layer 14 and the upper periodic structure 13 is reversed. That is, by making the coefficient of thermal expansion of the upper stress control material constituting the upper periodic structure 13 smaller than the coefficient of thermal expansion of the lower stress control material constituting the lower buffer layer 14, the ferroelectric film 12 The c-axis of the crystal can be aligned in the x-axis direction.

【0058】この場合は、下部応力制御材にMgO、S
rTiO3 又はLaAlO3 等の熱膨張率が大きい材料
を用いると共に、上部応力制御材にSiO2 、Si34
又はIr等の熱膨張率が小さい材料を用いれば良い。
In this case, MgO, S
A material having a large coefficient of thermal expansion such as rTiO 3 or LaAlO 3 is used, and SiO 2 , Si 3 N 4
Alternatively, a material having a small coefficient of thermal expansion such as Ir may be used.

【0059】さらに、図示はしていないが、上部周期構
造体13に代えて、該上部周期構造体13と同一の形
状、配置及び機能を持つ下部周期構造体を、基板11と
強誘電体膜12との間に、すなわち強誘電体膜12を堆
積するよりも前に形成しておき、さらに、強誘電体膜1
2を堆積した後に、該強誘電体膜12の上に上部応力制
御材からなる上部緩衝層を形成しても良い。このように
すると、下部周期構造体を形成するエッチング工程等を
強誘電体膜12を堆積する前に行なえるため、強誘電体
膜12に与えるダメージ、例えば還元反応等を抑制する
ことができる。
Further, although not shown, a lower periodic structure having the same shape, arrangement and function as the upper periodic structure 13 is replaced with a substrate 11 and a ferroelectric film, instead of the upper periodic structure 13. 12, that is, before the ferroelectric film 12 is deposited.
After depositing No. 2, an upper buffer layer made of an upper stress control material may be formed on the ferroelectric film 12. With this configuration, since an etching process for forming the lower periodic structure can be performed before the ferroelectric film 12 is deposited, damage to the ferroelectric film 12, such as a reduction reaction, can be suppressed.

【0060】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Third Embodiment) Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0061】図3(a)〜図3(c)は本発明の第3の
実施形態に係る強誘電体膜の製造方法により得られる強
誘電体膜であって、図3(a)は平面構成を示し、図3
(b)は図3(a)のIIIb−IIIb線における断面構成
を示し、図3(c)は図3(a)のIIIc−IIIc線にお
ける断面構成を示している。
FIGS. 3A to 3C show ferroelectric films obtained by the method for manufacturing a ferroelectric film according to the third embodiment of the present invention. FIG. The configuration is shown in FIG.
3B shows a cross-sectional configuration along the line IIIb-IIIb in FIG. 3A, and FIG. 3C shows a cross-sectional configuration along the line IIIc-IIIc in FIG.

【0062】図3(a)〜図3(c)に示すように、第
2の実施形態との相違点は、下部応力制御材からなり、
基板11と強誘電体膜12との間に設けられる下部緩衝
層が、図面のy軸方向に所定の分割周期15aで且つ互
いに間隔をおいてほぼ平行に配置され、x軸方向に分割
周期15aと比べて十分に大きい長さを有するストライ
プ形状の下部周期構造体15として形成されている点で
ある。ここで、下部周期構造体15の寸法は、y軸方向
の分割周期15aが10μm〜20μm程度で、x軸方
向の長さが1000μm〜5000μm程度とすれば良
い。また、下部周期構造体15におけるy軸方向の全長
もx軸方向の長さと同等の1000μm〜5000μm
程度とすれば良い。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the difference from the second embodiment is that a lower stress control material is used.
A lower buffer layer provided between the substrate 11 and the ferroelectric film 12 is disposed at a predetermined divisional period 15a in the y-axis direction in the drawing and substantially parallel to each other at intervals, and a divisional period 15a in the x-axis direction. This is a point that the lower periodic structure 15 is formed in a stripe shape having a sufficiently longer length than that of the lower periodic structure 15. Here, the dimensions of the lower periodic structure 15 may be such that the division period 15a in the y-axis direction is about 10 μm to 20 μm, and the length in the x-axis direction is about 1000 μm to 5000 μm. Further, the total length in the y-axis direction of the lower periodic structure 15 is also 1000 μm to 5000 μm, which is equivalent to the length in the x-axis direction.
It should just be about.

【0063】熱膨張率は、上部周期構造体13を構成す
る上部応力制御材が下部周期構造体15を構成する下部
応力制御材よりも大きくなるように選定されている。
The coefficient of thermal expansion is selected so that the upper stress control material forming the upper periodic structure 13 is larger than the lower stress control material forming the lower periodic structure 15.

【0064】第3の実施形態においても、基板11及び
下部周期構造体15が該基板11及び下部周期構造体1
5と接する強誘電体膜12の界面に与える応力関係と、
上部周期構造体13が該上部周期構造体13と接する強
誘電体膜12の界面に与える応力関係とに異方性を生じ
させることができる。すなわち、上部周期構造体13の
ストライプの分割方向がx軸方向周期の場合は、上部周
期構造体13を構成する上部応力制御材の熱膨張率を、
基板11の熱膨張率及び下部周期構造体15を構成する
下部応力制御材の熱膨張率よりも大きくするという条件
を与えれば、前述の各実施形態と同様である。
Also in the third embodiment, the substrate 11 and the lower periodic structure 15
5, a stress relationship applied to the interface of the ferroelectric film 12 in contact with
Anisotropy can be generated in the stress relationship that the upper periodic structure 13 gives to the interface of the ferroelectric film 12 in contact with the upper periodic structure 13. That is, when the division direction of the stripe of the upper periodic structure 13 is the period in the x-axis direction, the thermal expansion coefficient of the upper stress control material forming the upper periodic structure 13
If the condition that the coefficient of thermal expansion of the substrate 11 and the coefficient of thermal expansion of the lower stress control material constituting the lower periodic structure 15 are set to be larger is the same as in each of the above-described embodiments.

【0065】その上、基板11と強誘電体膜12との間
に下部周期構造体15を設けることにより、x軸方向に
沿って応力制御する機能が明確に付与されるため、より
効果が大きくなると共に、基板11の材料を選定する際
の制約が小さくなる。
In addition, by providing the lower periodic structure 15 between the substrate 11 and the ferroelectric film 12, a function of controlling the stress along the x-axis direction is clearly given, so that the effect is more enhanced. At the same time, restrictions when selecting the material of the substrate 11 are reduced.

【0066】なお、上部周期構造体13と下部周期構造
体15とを互いに入れ替えて形成しても良い。すなわ
ち、入れ替えた上部周期構造体はy軸方向の分割周期を
持ち、且つ、入れ替えた下部周期構造体はx軸方向の分
割周期を持つように形成する。さらに、熱膨張率は、入
れ替えた上部周期構造体の方が入れ替えた下部周期構造
体よりも小さくなるように材料を選定する。
The upper periodic structure 13 and the lower periodic structure 15 may be interchanged. That is, the replaced upper periodic structure has a division period in the y-axis direction, and the replaced lower periodic structure has a division period in the x-axis direction. Further, the materials are selected such that the coefficient of thermal expansion is smaller in the replaced upper periodic structure than in the replaced lower periodic structure.

【0067】また、本実施形態においては、上部周期構
造体13のストライプ方向と下部周期構造体15のスト
ライプ方向は、便宜上直交座標系に合わせて説明してい
るため厳密に直交していることになるが、両者の交差角
度が直角から大きく外れなければ、本発明の本質を逸脱
することはない。
In this embodiment, the stripe direction of the upper periodic structure 13 and the stripe direction of the lower periodic structure 15 are strictly orthogonal because they are described in accordance with the rectangular coordinate system for convenience. However, as long as the intersection angle between the two does not deviate significantly from the right angle, the essence of the present invention is not deviated.

【0068】(第4の実施形態)以下、本発明の第4の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Fourth Embodiment) Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0069】図4(a)及び図4(b)は本発明の第4
の実施形態に係る強誘電体膜の製造方法により得られる
強誘電体膜であって、図4(a)は平面構成を示し、図
4(b)は図4(a)のIVb−IVb線における断面構成
を示している。図4(a)及び図4(b)において、図
1(a)及び図1(b)に示す構成部材と同一の構成部
材には同一の符号を付している。
FIGS. 4A and 4B show a fourth embodiment of the present invention.
4A is a plan view of a ferroelectric film obtained by the method of manufacturing a ferroelectric film according to the embodiment, and FIG. 4B is a IVb-IVb line of FIG. 2 shows a cross-sectional configuration. 4A and 4B, the same components as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals.

【0070】第3の実施形態においては、上部周期構造
体13は、例えばAl又はAuからなる導電体とし、さ
らに、複数の直流電源51及びスイッチ回路52を有す
る電気回路50と接続される電極として機能する。
In the third embodiment, the upper periodic structure 13 is a conductor made of, for example, Al or Au, and further, as an electrode connected to an electric circuit 50 having a plurality of DC power supplies 51 and a switch circuit 52. Function.

【0071】電気回路50は、互いに並列に接続されて
なる直流電源51とスイッチ回路52とにより構成され
ている。スイッチ回路52を閉じると直流電源51が生
成する直流電圧が上部周期構造体13に印加される。上
部周期構造体13は、図面のx軸方向に所定の分割周期
13aで互いに分割されてなる電極であるため、基板1
1の絶縁性が十分に高ければ、強誘電体膜12の上面に
おける上部周期構造体13同士の間の領域で直流電圧が
直接に印加される。
The electric circuit 50 comprises a DC power supply 51 and a switch circuit 52 connected in parallel with each other. When the switch circuit 52 is closed, a DC voltage generated by the DC power supply 51 is applied to the upper periodic structure 13. The upper periodic structure 13 is an electrode that is divided from each other at a predetermined division period 13a in the x-axis direction in the drawing.
If the insulating property of 1 is sufficiently high, a DC voltage is directly applied to a region between the upper periodic structures 13 on the upper surface of the ferroelectric film 12.

【0072】図4(a)に示すように、本実施形態にお
いては、複数の上部周期構造体13が図面の左側に位置
する程高い電位となるように、それぞれ直流電源51と
接続されているため、x軸方向に沿って電位が一様に左
側から右側に降下するので、強誘電体膜12の上部に生
成される直流電界60の向きはx軸方向に揃うことにな
る。
As shown in FIG. 4A, in the present embodiment, each of the plurality of upper periodic structures 13 is connected to the DC power supply 51 such that the higher the position is on the left side in the drawing, the higher the potential is. Therefore, the potential uniformly drops from left to right along the x-axis direction, so that the direction of the DC electric field 60 generated above the ferroelectric film 12 is aligned in the x-axis direction.

【0073】図4(a)に示すように、電気回路50と
上部周期構造体13とを接続する。但し、スイッチ回路
51は開けておく。その後、第1の実施形態と同様に、
強誘電体膜12をその材料のキュリー温度よりも高い温
度で結晶化させ、その後、スイッチ回路51を閉じた状
態で、結晶化した強誘電体膜12を室温にまで徐冷す
る。ここでは、上部周期構造体13を構成する上部応力
制御材の熱膨張率が基板11の熱膨張率よりも大きくな
るように上部応力制御材及び基板の材料を選定してお
く。このようにすると、前述した熱膨張率差の異方性に
よる機械的作用により結晶配列が支配され、強誘電体膜
12の結晶体のc軸がx軸方向に沿って並ぶようにな
る。
As shown in FIG. 4A, the electric circuit 50 and the upper periodic structure 13 are connected. However, the switch circuit 51 is left open. After that, as in the first embodiment,
The ferroelectric film 12 is crystallized at a temperature higher than the Curie temperature of the material, and then, with the switch circuit 51 closed, the crystallized ferroelectric film 12 is gradually cooled to room temperature. Here, the materials of the upper stress control material and the substrate are selected so that the thermal expansion coefficient of the upper stress control material constituting the upper periodic structure 13 is higher than the thermal expansion coefficient of the substrate 11. In this case, the crystal arrangement is controlled by the mechanical action due to the anisotropy of the thermal expansion coefficient difference, and the c-axis of the crystal of the ferroelectric film 12 is arranged along the x-axis direction.

【0074】さらに、本実施形態においては、x軸方向
に揃えられたc軸に自発分極を誘起させると共に、その
分極ベクトルの向き(分極の負から正へ向かう向き)を
一方向に揃えるようにするための電気的作用が同時に加
わる。
Further, in the present embodiment, spontaneous polarization is induced on the c-axis aligned in the x-axis direction, and the direction of the polarization vector (direction from negative to positive) is aligned in one direction. Electrical action is simultaneously applied.

【0075】具体的には、強誘電体膜12を結晶化させ
た後、室温にまで降温する際に、ストライプ形状の各上
部周期構造体13を介して強誘電体膜12に直流電圧を
印加して直流電界を生成する。生成する直流電界の大き
さは、材料の種類等に依存するが、概ね20kV/cm
〜100kV/cmが望ましい。降温中に強誘電体膜1
2の結晶体がこのような直流電界を受けると、結晶体の
c軸がx軸方向に揃っていく過程で電気的なポテンシャ
ル分布に影響されて、静電的に分極の正負の向きが揃え
られる。その結果、結晶化工程の後に改めて分極処理を
施す必要がなくなるだけでなく、外部に出力される分極
としては寄与しない90度ドメインの残留を抑制できる
ため、分極ベクトルの向きを一方向に揃えることが必要
な圧電効果又は焦電効果を発現するのに特に有効であ
る。
Specifically, when the ferroelectric film 12 is crystallized and then cooled to room temperature, a DC voltage is applied to the ferroelectric film 12 via each of the stripe-shaped upper periodic structures 13. To generate a DC electric field. The magnitude of the generated DC electric field depends on the type of material and the like, but is generally about 20 kV / cm.
-100 kV / cm is desirable. Ferroelectric film 1 during cooling
When the crystal of No. 2 receives such a DC electric field, the positive and negative directions of polarization are electrostatically aligned by the influence of the electric potential distribution in the process of aligning the c-axis of the crystals in the x-axis direction. Can be As a result, it is not only necessary to perform the polarization treatment again after the crystallization step, but also it is possible to suppress the remaining of the 90-degree domain that does not contribute to the polarization output to the outside, so that the direction of the polarization vector is aligned in one direction. Is particularly effective for expressing the necessary piezoelectric effect or pyroelectric effect.

【0076】なお、上部周期構造体13の代わりに、導
電体からなる下部周期構造体を形成し、この下部周期構
造体と電気回路50とを接続してもよい。
Instead of the upper periodic structure 13, a lower periodic structure made of a conductor may be formed, and this lower periodic structure may be connected to the electric circuit 50.

【0077】(第5の実施形態)以下、本発明の第5の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Fifth Embodiment) Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0078】図5(a)及び図5(b)は本発明の第5
の実施形態に係る強誘電体膜の製造方法により得られる
強誘電体膜であって、図5(a)は平面構成を示し、図
5(b)は図5(a)のVb−Vb線における断面構成
を示している。ここでも、図5(a)及び図5(b)に
おいて、図1(a)及び図1(b)に示す構成部材と同
一の構成部材には同一の符号を付している。
FIGS. 5A and 5B show a fifth embodiment of the present invention.
5A is a plan view of a ferroelectric film obtained by the method of manufacturing a ferroelectric film according to the embodiment, and FIG. 5B is a line Vb-Vb of FIG. 5A. 2 shows a cross-sectional configuration. Here, in FIGS. 5A and 5B, the same components as those shown in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals.

【0079】第5の実施形態は第4の実施形態と同様
に、結晶化した強誘電体膜12に対して室温までの冷却
中に、膜の面に対して平行に直流電圧を印加する。
In the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, a DC voltage is applied to the crystallized ferroelectric film 12 in parallel to the surface of the crystallized ferroelectric film 12 during cooling to room temperature.

【0080】図5(a)に示すように、本実施形態に係
る上部周期構造体16は、y軸方向の両端部が電気的に
開放されておらず、y軸方向側の端部が1本おきに接続
された、いわゆる櫛形電極を形成している。この櫛形電
極により、強誘電体膜12の上面は分割周期16aの2
倍のピッチで電気的に等電位となる。
As shown in FIG. 5A, in the upper periodic structure 16 according to the present embodiment, both ends in the y-axis direction are not electrically open, and the end in the y-axis direction is one. A so-called comb-shaped electrode connected every other book is formed. With this comb-shaped electrode, the upper surface of the ferroelectric film 12 is divided into two with a division period 16a.
It becomes electrically equipotential at twice the pitch.

【0081】電気回路50Aは、上部周期構造体16に
より構成される櫛形電極の両電極間を結ぶ1つの直流電
源51と1つのスイッチ回路52とにより構成されてい
る。スイッチ回路52を閉じると強誘電体膜12のx軸
方向に直流電界が生成され、生成される電界60A、6
0Bの方向は分割周期16aごとに互いに180度反転
した反平行方向となる。
The electric circuit 50A is composed of one DC power supply 51 and one switch circuit 52 connecting between both electrodes of the comb-shaped electrode constituted by the upper periodic structure 16. When the switch circuit 52 is closed, a DC electric field is generated in the x-axis direction of the ferroelectric film 12, and the generated electric fields 60A and 60A are generated.
The direction of 0B is an antiparallel direction that is inverted by 180 degrees with respect to each division period 16a.

【0082】図5(a)及び図5(b)に示すように、
上部周期構造体16を櫛形電極形状とし、該上部周期構
造体16に直流電圧を印加することにより、キュリー温
度を超える温度から徐冷する際に、強誘電体膜12の結
晶体中に誘起される自発分極は、すべてx軸方向に対し
て平行となる上に、正負の向きが交互に反転してこの反
転が周期的に繰返される。
As shown in FIGS. 5A and 5B,
By forming the upper periodic structure 16 into a comb-shaped electrode shape and applying a DC voltage to the upper periodic structure 16, when gradually cooling from a temperature exceeding the Curie temperature, it is induced in the crystal of the ferroelectric film 12. All the spontaneous polarizations are parallel to the x-axis direction, and the positive and negative directions are alternately inverted, and this inversion is periodically repeated.

【0083】これにより、第5の実施形態は、分極ベク
トルの向きが反平行であっても許容されるような応用、
例えば、一次の電気光学効果を発現するのに特に有効で
ある。また、強誘電体膜12にビスマス層状構造を有す
る強誘電体を用いれば、自発分極軸を基板面に対して垂
直な方向に揃えることができる。
Thus, the fifth embodiment is applicable to applications in which the directions of the polarization vectors are allowed to be antiparallel.
For example, it is particularly effective for expressing a primary electro-optic effect. When a ferroelectric having a bismuth layer structure is used for the ferroelectric film 12, the spontaneous polarization axis can be aligned in a direction perpendicular to the substrate surface.

【0084】さらに、第5の実施形態は第4の実施形態
と比べて、電気回路50Aの構成が簡単であり、総じて
高い電圧を必要としないという利点がある。
Further, the fifth embodiment has an advantage that the configuration of the electric circuit 50A is simpler than that of the fourth embodiment, and that a high voltage is not generally required.

【0085】なお、上部周期構造体16の代わりに、櫛
形電極形状の導電体からなる下部周期構造体を形成し、
この下部周期構造と電気回路50Aとを接続してもよ
い。
It is to be noted that, instead of the upper periodic structure 16, a lower periodic structure made of a conductor in the form of a comb electrode is formed.
The lower periodic structure may be connected to the electric circuit 50A.

【0086】以上、第1〜第5の実施形態を説明した
が、いずれの実施形態においても、強誘電体膜12と、
該強誘電体膜12と接する部材(基板11、上部応力制
御材及び下部応力制御材)との、x軸方向及びy軸方向
がなす平面内における結晶構造の相性が重要な役割を担
っている。
Although the first to fifth embodiments have been described above, in any of the embodiments, the ferroelectric film 12
The compatibility of the crystal structure of the member (the substrate 11, the upper stress control material and the lower stress control material) in contact with the ferroelectric film 12 in the plane defined by the x-axis direction and the y-axis direction plays an important role. .

【0087】特に、例示した正方晶系の強誘電体膜12
において、異方性軸であるc軸を面内の一方位に揃える
には、キュリー温度以上で結晶化させる際に、立方晶の
結晶子ができるだけ、x軸方向と<100>軸とが平行
で且つy軸方向と<010>軸とが平行の状態となるよ
うに配向していることが望ましい。
In particular, the exemplified tetragonal ferroelectric film 12
In order to align the c-axis, which is an anisotropic axis, in one direction in the plane, the x-axis direction and the <100> axis should be parallel as much as possible when crystallizing at or above the Curie temperature. It is desirable that the orientation is performed so that the y-axis direction is parallel to the <010> axis.

【0088】このため、このように配向する強誘電体結
晶を作製するには、基板11等に強誘電体膜12との界
面内で4回回転対称性を持つ結晶材料を用いることが有
効となる。これは、強誘電体膜12が結晶化する際に、
この4回回転対称の結晶規則性に影響され、<100>
軸を一方位に揃えて安定化しようとする熱力学的作用が
働くからである。
Therefore, in order to produce a ferroelectric crystal having such orientation, it is effective to use a crystal material having four-fold rotational symmetry in the interface with the ferroelectric film 12 for the substrate 11 or the like. Become. This is because when the ferroelectric film 12 is crystallized,
Influenced by the four-fold rotationally symmetric crystal regularity, <100>
This is because a thermodynamic effect is exerted to stabilize the shaft by aligning it at one position.

【0089】さらに、この4回回転対称性結晶の回転対
称軸と直交する面内の第1の格子定数aと、強誘電体膜
12のキュリー温度以上における第2の格子定数bとの
大小関係も大きな意味を持つ。すなわち、第2の格子定
数bに対する該第2の格子定数bと第1の格子定数aと
の差の絶対値の比(|b−a|/b)で表わされる格子
不整合の値が小さい程、強誘電体膜12は、4回回転対
称性結晶の構造に敏感となり、結晶子が配列しやすいと
いう性質を持つ。各実施形態で取り上げた正方晶系の強
誘電体結晶は、格子不整合率がほぼ10%以下であると
結晶子が配列しやすいという効果が大きく現われるため
好ましい。
Further, the magnitude relation between the first lattice constant a in the plane orthogonal to the rotational symmetry axis of the four-fold rotationally symmetric crystal and the second lattice constant b above the Curie temperature of the ferroelectric film 12. Also has great significance. That is, the value of the lattice mismatch represented by the ratio (| ba−a | / b) of the absolute value of the difference between the second lattice constant b and the first lattice constant a with respect to the second lattice constant b is small. As the ferroelectric film 12 becomes more sensitive to the structure of the four-fold rotationally symmetric crystal, the crystallites are more likely to be arranged. The tetragonal ferroelectric crystal described in each of the embodiments is preferable when the lattice mismatch rate is approximately 10% or less, since the effect that crystallites are easily arranged becomes large.

【0090】また、第1の格子定数aが強誘電体膜12
の第2の格子定数bよりもかなり大きい4回回転対称性
を持つ結晶の場合であっても、隣接する結晶サイトを代
えた第3の格子定数であるa/√2又はa/2と、第2
の格子定数bとの間の格子不整合率が約10%以内であ
れば、同様な効果を奏する。
Further, when the first lattice constant a is
Even in the case of a crystal having four-fold rotational symmetry considerably larger than the second lattice constant b, a / √2 or a / 2, which is a third lattice constant in which adjacent crystal sites are replaced, Second
The same effect can be obtained if the lattice mismatch rate between the lattice mismatch b and the lattice constant b is within about 10%.

【0091】このような条件を満たす4回回転対称性結
晶には、酸化マグネシウム(MgO)、チタン酸ストロ
ンチウム(SrTiO3 )、スピネル(MgAl
24)、アルミニウム酸タンタル酸ストロンチウム(S
rAlxTa1-x3 )、酸化ジルコニウム(ZrO
2 )、イットリウム安定化酸化ジルコニウム(Y23
doped ZrO2 )が挙げられる。
The four-fold rotationally symmetric crystals satisfying such conditions include magnesium oxide (MgO), strontium titanate (SrTiO 3 ), and spinel (MgAl
2 O 4 ), strontium aluminum tantalate (S
rAl x Ta 1-x O 3 ), zirconium oxide (ZrO
2 ), yttrium-stabilized zirconium oxide (Y 2 O 3
doped ZrO 2 ).

【0092】[0092]

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る強誘電体膜の
製造方法について図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a ferroelectric film according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0093】図6(a)〜図6(d)は本実施例に係る
強誘電体膜の製造方法の工程順の断面構成を示してい
る。図6(a)に示す単結晶基板21には、[表1]に
示すように比較的熱膨張率が大きい酸化マグネシウム
(MgO)を用いる。
FIGS. 6A to 6D show cross-sectional structures in the order of steps in the method of manufacturing a ferroelectric film according to the present embodiment. As shown in [Table 1], magnesium oxide (MgO) having a relatively large coefficient of thermal expansion is used for the single crystal substrate 21 shown in FIG.

【0094】まず、主面の面方位が(100)面のMg
Oからなる単結晶基板21に対して、希釈リン酸等によ
り表面処理を行なった後、例えば、主面上に非晶質PL
Tからなる強誘電体膜22Aを堆積する。ここで、PL
Tとはチタン酸鉛(PbTiO3 )に0原子%〜20原
子%の酸化ランタン(LaOx )を添加したペロブスカ
イト型構造を持つ酸化物の通称で、室温付近では正方晶
系に属する強誘電体である。自発分極軸は<001>
(=c軸)であり、キュリー温度はLaOx の添加量に
依存するものの、100℃〜490℃の範囲内にある。
結晶化温度はほぼ600℃以上を要する。また、MgO
の単結晶は、結晶構造が立方晶であり、格子定数aが
4.203Åであり、熱膨張率が13.8×10-6/℃
の物理的性質を持っており、従って、単結晶基板21は
その主面が4回回転対称性を持つ結晶構造を有してい
る。
First, the Mg layer having the (100) plane orientation of the main surface was used.
After subjecting the single crystal substrate 21 made of O to surface treatment with diluted phosphoric acid or the like, for example, an amorphous PL
A ferroelectric film 22A made of T is deposited. Where PL
T is an oxide having a perovskite structure in which 0 to 20 atomic% of lanthanum oxide (LaO x ) is added to lead titanate (PbTiO 3 ), and a ferroelectric material belonging to a tetragonal system near room temperature It is. Spontaneous polarization axis is <001>
(= C-axis), and the Curie temperature is in the range of 100 ° C. to 490 ° C., although it depends on the amount of LaO x added.
The crystallization temperature needs to be approximately 600 ° C. or higher. In addition, MgO
Has a cubic crystal structure, a lattice constant a of 4.203 °, and a coefficient of thermal expansion of 13.8 × 10 −6 / ° C.
Therefore, the single crystal substrate 21 has a crystal structure whose main surface has four-fold rotational symmetry.

【0095】ここでは、強誘電体膜22Aをゾルゲル法
を用いて堆積している。具体的には、2−メトキシエタ
ノールを主溶剤として調製された溶質濃度が15%以下
のPLT系ゾルゲル試薬を単結晶基板21上にスピン塗
布し、その後、塗布した強誘電体膜22Aに対して、温
度が約150℃〜約400℃の範囲内で乾燥及び仮焼成
を行なう。
Here, the ferroelectric film 22A is deposited using a sol-gel method. Specifically, a PLT-based sol-gel reagent having a solute concentration of 15% or less prepared by using 2-methoxyethanol as a main solvent is spin-coated on the single crystal substrate 21, and then applied to the ferroelectric film 22A. Drying and calcination are performed at a temperature in the range of about 150C to about 400C.

【0096】ここで重要なことは、乾燥及び仮焼成の温
度を結晶化温度よりも低く保つようにすることであり、
これにより強誘電体膜22Aの結晶化が起こるのを防ぐ
と共に溶剤成分を十分に蒸発させて、乾燥及び重合収縮
を促進させることである。また、強誘電体膜22Aの膜
厚は、一回の塗布当たり100nm以下とするのが望ま
しく、総膜厚を厚くする場合には塗布回数を増やすよう
にする。それでも、総膜厚は1000nm程度以下、望
ましくは500nm程度以下とするのが好ましい。これ
は、後述する結晶化工程において、強誘電体膜22Bに
クラックが生じたり、単結晶基板21から剥離したりす
ることを防ぐと共に、単結晶基板21からの結晶工学的
作用を強誘電体膜22Bの全体に行き渡らせるためであ
る。
What is important here is to keep the drying and calcination temperatures lower than the crystallization temperature.
This is to prevent crystallization of the ferroelectric film 22A from occurring and to sufficiently evaporate the solvent component to promote drying and polymerization shrinkage. The thickness of the ferroelectric film 22A is desirably 100 nm or less per application, and when the total film thickness is increased, the number of applications is increased. Nevertheless, the total film thickness is preferably less than about 1000 nm, preferably less than about 500 nm. This prevents cracks in the ferroelectric film 22B and separation from the single-crystal substrate 21 in a crystallization step described later, and prevents the ferroelectric film 22B from acting on crystal engineering from the single-crystal substrate 21. This is for the purpose of spreading the entire 22B.

【0097】なお、本実施例においては、非晶質PLT
からなる強誘電体膜22Aの堆積にゾルゲル法を用いた
が、これに限らず、有機金属原料熱分解(MOD)法、
スパッタリング法、有機金属原料化学的気相成長(MO
CVD)法、溶液原料気化化学的堆積(LSMCD)法
又はパルスレーザ堆積法(PLD)法等の成膜法を用い
てもよい。
In this embodiment, the amorphous PLT is used.
The sol-gel method was used for depositing the ferroelectric film 22A made of, but not limited to, the organic metal raw material thermal decomposition (MOD) method,
Sputtering method, metal organic chemical vapor deposition (MO
A film formation method such as a CVD method, a solution source chemical vapor deposition (LSMCD) method, or a pulse laser deposition method (PLD) method may be used.

【0098】次に、図6(b)に示すように、例えばR
Fスパッタリング法を用いて、強誘電体膜22Aの上
に、膜厚が約500nm〜約1000nm程度の酸化シ
リコン(SiO2 )からなる上部応力制御材23Aを堆
積する。SiO2 は非晶質で、その熱膨張率は、石英ガ
ラスの場合で0.35×10-6/℃である。
Next, as shown in FIG.
An upper stress control material 23A made of silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of about 500 nm to about 1000 nm is deposited on the ferroelectric film 22A by using the F sputtering method. SiO 2 is amorphous and has a coefficient of thermal expansion of 0.35 × 10 −6 / ° C. in the case of quartz glass.

【0099】なお、SiO2 からなる上部応力制御材2
3Aの堆積法には、ゾルゲル法、プラズマCVD法又は
スピンオングラス(SOG)等も考えられるが、スパッ
タリング法により得られるSiO2 は熱収縮が小さく、
MgOとの熱膨張率差の効果が顕著に現われやすいた
め、スパッタリング法が好ましい。
[0099] In addition, the top stress control material 2 made of SiO 2
As a deposition method of 3A, a sol-gel method, a plasma CVD method, spin-on-glass (SOG), or the like can be considered, but SiO 2 obtained by a sputtering method has a small heat shrinkage,
The sputtering method is preferred because the effect of the difference in thermal expansion coefficient with MgO is more likely to appear.

【0100】次に、図6(c)に示すように、リソグラ
フィ法及びエッチング法を用いて、堆積した上部応力制
御材23Aを、図面のy軸方向に、例えば10μm〜2
0μm程度の分割周期23aで且つほぼ平行に分割する
ことにより、上部応力制御材23Aから、x軸方向に分
割周期23aと比べて十分に大きい長さ、例えば約10
00μmのストライプ形状を持つ上部周期構造体23を
形成する。なお、上部応力制御材23Aに対するエッチ
ングは、緩衝フッ酸(BHF)溶液を用いたウェットエ
ッチング又はドライエッチングを行なえば良いが、非晶
質PLTからなる強誘電体膜22Aが還元されたり、組
成変成したり、プラズマダメージを受けたりする影響を
極力抑える必要がある。
Next, as shown in FIG. 6 (c), the upper stress control material 23A deposited by using the lithography method and the etching method is, for example, 10 μm to 2 μm in the y-axis direction in the drawing.
The division is performed at a division period 23a of about 0 μm and substantially in parallel, so that the upper stress control member 23A has a sufficiently large length, for example, about 10
The upper periodic structure 23 having a stripe shape of 00 μm is formed. The upper stress control material 23A may be etched by wet etching or dry etching using a buffered hydrofluoric acid (BHF) solution. However, the ferroelectric film 22A made of amorphous PLT is reduced or the composition is altered. And the effects of plasma damage should be minimized.

【0101】次に、図6(d)に示すように、結晶化焼
成温度を約650℃として非晶質PLTの強誘電体膜2
2Aを結晶化することにより、PLT結晶からなる強誘
電体膜22Bを得る。ここで重要なことは、結晶化焼成
温度まで導く際の昇温速度である。平均昇温速度は少な
くとも10℃/秒以上であることが望ましい。昇温速度
を大きくすることにより、強誘電体膜22Bの結晶核の
生成を単結晶基板21との界面に選択的に起こさせるこ
とができると共に、昇温中に単結晶基板21と強誘電体
膜22Bとの間、及び強誘電体膜22Bと上部周期構造
体23との間に、それぞれ余分な応力が発生又は蓄積さ
れるのを防ぐためである。逆に、結晶化が完了した後
は、比較的遅い降温速度で室温にまで徐冷する。このと
きの平均降温速度は0.1℃/秒以下が好ましい。
Next, as shown in FIG. 6D, the crystallization firing temperature is set to about 650 ° C., and the ferroelectric film 2 of the amorphous PLT is formed.
By crystallizing 2A, a ferroelectric film 22B made of PLT crystal is obtained. What is important here is the rate of temperature rise when the temperature is raised to the crystallization firing temperature. It is desirable that the average heating rate is at least 10 ° C./sec or more. By increasing the rate of temperature rise, crystal nuclei of the ferroelectric film 22B can be selectively generated at the interface with the single crystal substrate 21, and during the temperature rise, the single crystal substrate 21 and the ferroelectric This is to prevent generation or accumulation of extra stress between the film 22B and between the ferroelectric film 22B and the upper periodic structure 23, respectively. Conversely, after the crystallization is completed, it is gradually cooled to room temperature at a relatively slow temperature decreasing rate. At this time, the average cooling rate is preferably 0.1 ° C./sec or less.

【0102】このように、本実施例によると、ストライ
プがx軸方向に延びると共に、熱膨張率が単結晶基板2
1よりも小さい上部周期構造体23を強誘電体膜22A
上に形成しているため、結晶化した強誘電体膜22Bが
そのキュリー温度を低温側に横切った後、室温にまで徐
冷される際に、強誘電体膜22Bはx軸方向に相対的に
大きい引張応力を受けるため、強誘電体膜22Bの最も
格子定数が大きい、すなわちc軸がx軸方向に揃うこと
になる。
As described above, according to this embodiment, the stripe extends in the x-axis direction and the coefficient of thermal expansion is
The upper periodic structure 23 smaller than 1 is formed on the ferroelectric film 22A.
Since the crystallized ferroelectric film 22B crosses the Curie temperature to a low temperature side and then gradually cools down to room temperature, the ferroelectric film 22B is relatively formed in the x-axis direction. Therefore, the ferroelectric film 22B has the largest lattice constant, that is, the c-axis is aligned in the x-axis direction.

【0103】[0103]

【発明の効果】本発明のに係る強誘電体膜の製造方法に
よると、基板と強誘電体膜との界面に平行な面内の一方
向に、強誘電体の結晶異方性軸を揃えたり、自発分極ベ
クトルを平行又は反平行に整列させたりすることができ
る。従って、従来の成膜方法による強誘電体膜の結晶、
すなわち、異方性軸が無秩序に配向した結晶又は基板面
に垂直に配向した結晶等では困難な新しいデバイス機能
や特性を実現できると共に、デバイスの低電力化、高出
力化又は高感度化等の飛躍的な性能向上が可能となる。
According to the method of manufacturing a ferroelectric film according to the present invention, the crystal anisotropy axis of the ferroelectric is aligned in one direction in a plane parallel to the interface between the substrate and the ferroelectric film. Alternatively, the spontaneous polarization vectors can be aligned parallel or anti-parallel. Therefore, the crystal of the ferroelectric film by the conventional film forming method,
In other words, it is possible to realize new device functions and characteristics that are difficult with crystals in which the anisotropic axis is randomly oriented or crystals oriented perpendicular to the substrate surface, and to reduce the power, increase the output, or increase the sensitivity of the device. Dramatic improvement in performance becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に
係る強誘電体膜の製造方法により得られる強誘電体膜を
示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のIb−
Ib線における構成断面図である。
FIGS. 1A and 1B show a ferroelectric film obtained by a method for manufacturing a ferroelectric film according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1A is a plan view, and FIG. ) Is Ib- of (a).
FIG. 3 is a configuration sectional view taken along line Ib.

【図2】(a)及び(b)は本発明の第2の実施形態に
係る強誘電体膜の製造方法により得られる強誘電体膜を
示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のIIb−
IIb線における構成断面図である。
FIGS. 2A and 2B show a ferroelectric film obtained by a method for manufacturing a ferroelectric film according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 2A is a plan view and FIG. ) Is IIb- of (a).
FIG. 2 is a configuration sectional view taken along line IIb.

【図3】(a)及び(b)は本発明の第3の実施形態に
係る強誘電体膜の製造方法により得られる強誘電体膜を
示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のIIIb−
IIIb線における構成断面図であり、(c)は(a)のII
Ic−IIIc線における構成断面図である。
3A and 3B show a ferroelectric film obtained by a method for manufacturing a ferroelectric film according to a third embodiment of the present invention, FIG. 3A is a plan view, and FIG. ) Is IIIb- of (a).
FIG. 3C is a sectional view taken along line IIIb, and FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line Ic-IIIc.

【図4】(a)及び(b)は本発明の第4の実施形態に
係る強誘電体膜の製造方法により得られる強誘電体膜を
示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のIVb−
IVb線における構成断面図である。
FIGS. 4A and 4B show a ferroelectric film obtained by a method for manufacturing a ferroelectric film according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 4A is a plan view, and FIG. ) Is IVb- of (a)
FIG. 4 is a sectional view taken along line IVb.

【図5】(a)及び(b)は本発明の第5の実施形態に
係る強誘電体膜の製造方法により得られる強誘電体膜を
示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のVb−
Vb線における構成断面図である。
FIGS. 5A and 5B show a ferroelectric film obtained by a method for manufacturing a ferroelectric film according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 5A is a plan view, and FIG. ) Is Vb− of (a).
FIG. 4 is a sectional view taken along line Vb.

【図6】(a)〜(d)は本発明の一実施例に係る強誘
電体膜の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a ferroelectric film according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 強誘電体膜 13 上部周期構造体 13a 分割周期 14 下部緩衝層 15 下部周期構造体 15a 分割周期 16 上部周期構造体 16a 分割周期 21 単結晶基板 22A 強誘電体膜(非晶質) 22A 強誘電体膜(結晶) 23A 上部応力制御材 23 上部周期構造体 23a 分割周期 50 電気回路 50A 電気回路 51 直流電源 52 スイッチ回路 60 電界 60A 電界 60B 電界 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Ferroelectric film 13 Upper periodic structure 13a Division period 14 Lower buffer layer 15 Lower periodic structure 15a Division period 16 Upper periodic structure 16a Division period 21 Single crystal substrate 22A Ferroelectric film (amorphous) 22A Ferroelectric film (crystal) 23A Upper stress control material 23 Upper periodic structure 23a Division period 50 Electric circuit 50A Electric circuit 51 DC power supply 52 Switch circuit 60 Electric field 60A Electric field 60B Electric field

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 41/24 H01L 41/22 A Fターム(参考) 4G077 AA03 BC42 BC43 CB08 EA02 FE10 HA06 5F058 BA20 BB06 BB10 BC03 BF01 BH01 BJ01 BJ10 5F083 FR01 GA05 GA27 JA14 JA15 JA17 JA32 JA36 JA38 JA40 JA42 JA44 JA45 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 41/24 H01L 41/22 A F term (Reference) 4G077 AA03 BC42 BC43 CB08 EA02 FE10 HA06 5F058 BA20 BB06 BB10 BC03 BF01 BH01 BJ01 BJ10 5F083 FR01 GA05 GA27 JA14 JA15 JA17 JA32 JA36 JA38 JA40 JA42 JA44 JA45

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の上に、室温よりも高いキュリー温
度を有する強誘電体膜を形成する第1の工程と、 基板温度を前記キュリー温度よりも高い温度とすること
により前記強誘電体膜を結晶化する第2の工程と、 前記強誘電体膜に対して、結晶化した強誘電体膜の基板
面と平行な一の方向に前記基板面と平行で且つ前記一の
方向と交差する他の方向よりも大きい引張応力を与えな
がら、又は前記他の方向に前記一の方向よりも大きい圧
縮応力を与えながら、基板温度を室温にまで降下させる
第3の工程とを備えていることを特徴とする強誘電体膜
の製造方法。
A first step of forming a ferroelectric film having a Curie temperature higher than room temperature on a substrate; and setting the substrate temperature to a temperature higher than the Curie temperature. A second step of crystallizing the ferroelectric film, and intersecting the one direction parallel to the substrate surface in one direction parallel to the substrate surface of the crystallized ferroelectric film. A third step of lowering the substrate temperature to room temperature while applying a tensile stress greater than the other direction or a compressive stress greater than the one direction in the other direction. A method for producing a ferroelectric film.
【請求項2】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜の上
に上部応力制御材を堆積した後、堆積した上部応力制御
材を、前記一の方向に所定の周期で間隔をおくようにほ
ぼ平行に分割することにより、前記上部応力制御材か
ら、前記他の方向に前記所定の周期と比べて十分に大き
い長さを有するストライプ形状の上部周期構造体を形成
する工程を含み、 前記上部応力制御材の熱膨張率は、前記基板の熱膨張率
よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の強誘電
体膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein, after depositing an upper stress control material on the ferroelectric film, the deposited upper stress control material is spaced at a predetermined period in the one direction. Forming a stripe-shaped upper periodic structure having a length sufficiently larger than the predetermined period in the other direction from the upper stress control material by dividing the upper stress control material substantially parallel to 2. The method according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the upper stress control material is larger than a thermal expansion coefficient of the substrate.
【請求項3】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜を形
成するよりも前に、前記基板の上に全面に下部応力制御
材からなる下部緩衝層を形成する工程を含み、 前記上部応力制御材の熱膨張率は、前記下部応力制御材
の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項2に記
載の強誘電体膜の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the first step includes a step of forming a lower buffer layer made of a lower stress control material on the entire surface of the substrate before forming the ferroelectric film. 3. The method according to claim 2, wherein a thermal expansion coefficient of the stress control material is larger than a thermal expansion coefficient of the lower stress control material.
【請求項4】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜を形
成するよりも前に、前記基板の上に下部応力制御材を堆
積し、堆積した下部応力制御材を、前記他の方向に所定
の周期で間隔をおくようにほぼ平行に分割することによ
り、前記下部応力制御材から、前記一の方向に前記所定
の周期と比べて十分に大きい長さを有するストライプ形
状の下部周期構造体を形成する工程を含み、 前記上部応力制御材の熱膨張率は、前記下部応力制御材
の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項2に記
載の強誘電体膜の製造方法。
4. The method according to claim 1, further comprising: depositing a lower stress control material on the substrate before forming the ferroelectric film, and depositing the deposited lower stress control material in the other direction. By dividing the lower stress control material substantially parallel so as to be spaced at a predetermined period from the lower stress control material, a stripe-shaped lower periodic structure having a length sufficiently larger than the predetermined period in the one direction. 3. The method according to claim 2, further comprising a step of forming a body, wherein a coefficient of thermal expansion of the upper stress control material is larger than a coefficient of thermal expansion of the lower stress control material.
【請求項5】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜の上
に上部応力制御材を堆積した後、堆積した上部応力制御
材を、前記他の方向に所定の周期で間隔をおくようにほ
ぼ平行に分割することにより、前記上部応力制御材か
ら、前記一の方向に前記所定の周期と比べて十分に大き
い長さを有するストライプ形状の上部周期構造体を形成
する工程を含み、 前記上部応力制御材の熱膨張率は、前記基板の熱膨張率
よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の強誘電
体膜の製造方法。
5. The first step is such that, after depositing an upper stress control material on the ferroelectric film, the deposited upper stress control material is spaced at predetermined intervals in the other direction. Forming a stripe-shaped upper periodic structure having a length that is sufficiently larger than the predetermined period in the one direction from the upper stress control material by dividing the upper stress control material substantially in parallel. 2. The method according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the upper stress control material is smaller than a thermal expansion coefficient of the substrate.
【請求項6】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜を形
成するよりも前に、前記基板の上に全面に下部応力制御
材からなる下部緩衝層を形成する工程を含み、 前記上部応力制御材の熱膨張率は、前記下部応力制御材
の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする請求項5に記
載の強誘電体膜の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the first step includes a step of forming a lower buffer layer made of a lower stress control material on the entire surface of the substrate before forming the ferroelectric film. 6. The method according to claim 5, wherein a coefficient of thermal expansion of the stress control material is smaller than a coefficient of thermal expansion of the lower stress control material.
【請求項7】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜を形
成するよりも前に、前記基板の上に下部応力制御材を堆
積し、堆積した下部応力制御材を、前記一の方向に所定
の周期で間隔をおくようにほぼ平行に分割することによ
り、前記下部応力制御材から、前記他の方向に前記所定
の周期と比べて十分に大きい長さを有するストライプ形
状の下部周期構造体を形成する工程を含み、 前記上部応力制御材の熱膨張率は、前記下部応力制御材
の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする請求項5に記
載の強誘電体膜の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the first step includes depositing a lower stress control material on the substrate before forming the ferroelectric film, and disposing the deposited lower stress control material in the one direction. The stripe-shaped lower periodic structure having a length sufficiently larger than the predetermined period in the other direction from the lower stress control material by being divided substantially in parallel so as to be spaced at a predetermined period. 6. The method according to claim 5, further comprising a step of forming a body, wherein a coefficient of thermal expansion of the upper stress control material is smaller than a coefficient of thermal expansion of the lower stress control material.
【請求項8】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜を形
成するよりも前に、前記基板の上に下部応力制御材を堆
積し、堆積した下部応力制御材を、前記一の方向に所定
の周期で間隔をおくようにほぼ平行に分割することよ
り、前記下部応力制御材から、前記他の方向に前記所定
の周期と比べて十分に大きい長さを有するストライプ形
状の下部周期構造体を形成する工程を含み、 前記下部応力制御材の熱膨張率は、前記基板の熱膨張率
よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の強誘電
体膜の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein a lower stress control material is deposited on the substrate before the ferroelectric film is formed, and the deposited lower stress control material is moved in the one direction. By dividing the lower stress control material from the lower stress control material substantially in parallel to the predetermined period, the lower periodic structure in a stripe shape having a length sufficiently larger than the predetermined period. The method of claim 1, further comprising forming a body, wherein a coefficient of thermal expansion of the lower stress control material is larger than a coefficient of thermal expansion of the substrate.
【請求項9】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜の上
に全面に上部応力制御材からなる上部緩衝層を形成する
工程を含み、 前記下部応力制御材の熱膨張率は、前記上部応力制御材
の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項8に記
載の強誘電体膜の製造方法。
9. The first step includes forming an upper buffer layer made of an upper stress control material on the entire surface of the ferroelectric film, wherein the coefficient of thermal expansion of the lower stress control material is 9. The method according to claim 8, wherein the thermal expansion coefficient of the upper stress control material is larger than the thermal expansion coefficient of the upper stress control material.
【請求項10】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜を
形成するよりも前に、前記基板の上に下部応力制御材を
堆積し、堆積した下部応力制御材を、前記他の方向に所
定の周期で間隔をおくようにほぼ平行に分割することに
より、前記下部応力制御材から、前記一の方向に前記所
定の周期と比べて十分に大きい長さを有するストライプ
形状の下部周期構造体を形成する工程を含み、 前記下部応力制御材の熱膨張率は、前記基板の熱膨張率
よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の強誘電
体膜の製造方法。
10. The first step includes, before forming the ferroelectric film, depositing a lower stress control material on the substrate and disposing the deposited lower stress control material in the other direction. By dividing the lower stress control material substantially parallel so as to be spaced at a predetermined period from the lower stress control material, a stripe-shaped lower periodic structure having a length sufficiently larger than the predetermined period in the one direction. The method of claim 1, further comprising forming a body, wherein a coefficient of thermal expansion of the lower stress control material is smaller than a coefficient of thermal expansion of the substrate.
【請求項11】 前記第1の工程は、前記強誘電体膜の
上に全面に上部応力制御材からなる上部緩衝層を形成す
る工程を含み、 前記下部応力制御材の熱膨張率は、前記上部応力制御材
の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする請求項10に
記載の強誘電体膜の製造方法。
11. The first step includes a step of forming an upper buffer layer made of an upper stress control material on the entire surface of the ferroelectric film, wherein the coefficient of thermal expansion of the lower stress control material is The method for manufacturing a ferroelectric film according to claim 10, wherein the coefficient of thermal expansion is smaller than a coefficient of thermal expansion of the upper stress control material.
【請求項12】 前記基板は導電体からなることを特徴
とする請求項1〜11のうちのいずれか1項に記載の強
誘電体膜の製造方法。
12. The method according to claim 1, wherein the substrate is made of a conductor.
【請求項13】 前記基板又は前記上部応力制御材は導
電体からなることを特徴とする請求項2〜7、9及び1
1のうちのいずれか1項に記載の強誘電体膜の製造方
法。
13. The substrate according to claim 2, wherein the substrate or the upper stress control material is made of a conductor.
2. The method for producing a ferroelectric film according to claim 1.
【請求項14】 前記基板又は前記上部応力制御材は、
基板面と平行な面内で4回回転対称性の結晶構造を持つ
4回回転対称性結晶体であることを特徴とする請求項2
〜7、9及び11のうちのいずれか1項に記載の強誘電
体膜の製造方法。
14. The substrate or the upper stress control material,
3. A four-fold rotationally symmetric crystal having a four-fold rotationally symmetric crystal structure in a plane parallel to the substrate surface.
12. The method for producing a ferroelectric film according to any one of items 7, 9, and 11.
【請求項15】 前記上部応力制御材は、アルミニウ
ム、金、白金、イリジウム、酸化イリジウム、酸化ルテ
ニウム、ルテニウム酸ストロンチウム、酸化レニウム、
酸化シリコン、窒化シリコン、窒化チタン、酸化マグネ
シウム、チタン酸ストロンチウム、酸化アルミニウム、
スピネル、アルミニウム酸ランタン、アルミニウム酸タ
ンタル酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化イッ
トリウム、イットリウム安定化酸化ジルコニウム又は酸
化チタンを含むことを特徴とするを請求項2〜7、9及
び11のうちのいずれか1項に記載の強誘電体膜の製造
方法。
15. The upper stress control material includes aluminum, gold, platinum, iridium, iridium oxide, ruthenium oxide, strontium ruthenate, rhenium oxide,
Silicon oxide, silicon nitride, titanium nitride, magnesium oxide, strontium titanate, aluminum oxide,
12. A method according to claim 2, comprising spinel, lanthanum aluminate, strontium tantalate aluminate, zirconium oxide, yttrium oxide, yttrium stabilized zirconium oxide or titanium oxide. 3. The method for producing a ferroelectric film according to item 1.
【請求項16】 前記基板又は前記下部応力制御材は導
電体からなることを特徴とする請求項3、4、6、7、
8及び10のうちのいずれか1項に記載の強誘電体膜の
製造方法。
16. The semiconductor device according to claim 3, wherein the substrate or the lower stress control member is made of a conductor.
The method for producing a ferroelectric film according to any one of items 8 and 10.
【請求項17】 前記基板又は前記下部応力制御材は、
基板面と平行な面内で4回回転対称性の結晶構造を持つ
4回回転対称性結晶体であることを特徴とする請求項
3、4、6、7、8及び10のうちのいずれか1項に記
載の強誘電体膜の製造方法。
17. The substrate or the lower stress control material,
11. A four-fold rotationally symmetric crystal having a four-fold rotationally symmetric crystal structure in a plane parallel to the substrate surface. 2. The method for producing a ferroelectric film according to claim 1.
【請求項18】 前記下部応力制御材は、アルミニウ
ム、金、白金、イリジウム、酸化イリジウム、酸化ルテ
ニウム、ルテニウム酸ストロンチウム、酸化レニウム、
酸化シリコン、窒化シリコン、窒化チタン、酸化マグネ
シウム、チタン酸ストロンチウム、酸化アルミニウム、
スピネル、アルミニウム酸ランタン、アルミニウム酸タ
ンタル酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化イッ
トリウム、イットリウム安定化酸化ジルコニウム又は酸
化チタンを含むことを特徴とするを請求項3、4、6、
7、8及び10のうちのいずれか1項に記載の強誘電体
膜の製造方法。
18. The lower stress control material includes aluminum, gold, platinum, iridium, iridium oxide, ruthenium oxide, strontium ruthenate, rhenium oxide,
Silicon oxide, silicon nitride, titanium nitride, magnesium oxide, strontium titanate, aluminum oxide,
A spinel, lanthanum aluminate, strontium tantalate aluminate, zirconium oxide, yttrium oxide, yttrium-stabilized zirconium oxide or titanium oxide, characterized in that it comprises titanium oxide.
The method for producing a ferroelectric film according to any one of 7, 8, and 10.
【請求項19】 前記4回回転対称性結晶体の回転対称
面における格子定数又は該格子定数を1/√2倍してな
る格子定数と、前記キュリー温度以上の温度における前
記強誘電体膜の格子定数との格子不整合率は、ほぼ10
%以下であることを特徴とする請求項14又は17に記
載の強誘電体膜の製造方法。
19. The four-fold rotationally symmetric crystal has a lattice constant in a rotationally symmetric plane or a lattice constant obtained by multiplying the lattice constant by 1 / √2, and a lattice constant of the ferroelectric film at a temperature equal to or higher than the Curie temperature. The lattice mismatch rate with the lattice constant is almost 10
%. The method for producing a ferroelectric film according to claim 14, wherein
【請求項20】 前記上部周期構造体は導電体からな
り、 前記第3の工程は、前記上部周期構造体に直流電圧を印
加することにより、前記強誘電体膜に、前記一の方向に
対して平行な直流電界を生成する工程を含むことを特徴
とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の強誘電体膜
の製造方法。
20. The upper periodic structure is made of a conductor, and the third step is to apply a DC voltage to the upper periodic structure to apply a DC voltage to the ferroelectric film in the one direction. The method for producing a ferroelectric film according to any one of claims 2 to 4, further comprising a step of generating a parallel direct-current electric field by using a magnetic field.
【請求項21】 前記下部周期構造体は導電体からな
り、 前記第3の工程は、前記下部周期構造体に直流電圧を印
加することにより、前記強誘電体膜に、前記一の方向に
対して平行な直流電界を生成する工程を含むことを特徴
とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の強誘電体膜
の製造方法。
21. The lower periodic structure is made of a conductor, and the third step is to apply a DC voltage to the lower periodic structure to apply a DC voltage to the ferroelectric film in the one direction. The method for producing a ferroelectric film according to any one of claims 7 to 9, further comprising a step of generating a parallel direct-current electric field by using a magnetic field.
【請求項22】 前記強誘電体膜は、前記キュリー温度
以上の温度で立方晶系の結晶構造を有し、前記キュリー
温度以下の温度で正方晶系の結晶構造を有することを特
徴とする請求項1に記載の強誘電体膜の製造方法。
22. The ferroelectric film has a cubic crystal structure at a temperature equal to or higher than the Curie temperature and a tetragonal crystal structure at a temperature equal to or lower than the Curie temperature. Item 2. The method for producing a ferroelectric film according to Item 1.
【請求項23】 前記強誘電体膜は、ペロブスカイト型
構造を持つ酸化物又はペロブスカイト型構造を持つ酸化
物の固溶体を含むことを特徴とする請求項1に記載の強
誘電体膜の製造方法。
23. The method according to claim 1, wherein the ferroelectric film includes an oxide having a perovskite structure or a solid solution of an oxide having a perovskite structure.
【請求項24】 前記基板は単結晶体からなることを特
徴とする請求項1に記載の強誘電体膜の製造方法。
24. The method according to claim 1, wherein the substrate is made of a single crystal.
【請求項25】 前記単結晶体は、シリコン、酸化マグ
ネシウム、チタン酸ストロンチウム、サファイア、スピ
ネル、アルミニウム酸ランタン、アルミニウム酸タンタ
ル酸ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウム、イットリウム安定化酸化ジルコニウム又は酸化チ
タンであることを特徴とする請求項24に記載の強誘電
体膜の製造方法。
25. The single crystal body is silicon, magnesium oxide, strontium titanate, sapphire, spinel, lanthanum aluminate, strontium tantalate aluminate, zirconium oxide, yttrium oxide, yttrium-stabilized zirconium oxide or titanium oxide. The method for manufacturing a ferroelectric film according to claim 24, wherein:
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