JP2002503623A - 一つまたは複数の結晶化セラミック薄層の製造方法およびかゝる層を有する部品 - Google Patents

一つまたは複数の結晶化セラミック薄層の製造方法およびかゝる層を有する部品

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも１つのセラミク層が適当な基体の上に形成されておりそして紫外線が照射される一つまたは複数の結晶化セラミック層、特に薄層を製造する方法に関する。この目的では、該層は連続的に紫外線照射される。この場合、紫外線エネルギーの強さは、光の侵入深さがセラミック層の層厚を超えない様に選択し、更に好ましくは光の侵入深さがセラミック層の層厚に相当する。紫外線の割合の多い光源、特にＨｇ、ＸｅまたはＨｇ（Ｘｅ）ランプを光源として使用するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は、請求項１に記載の上位概念に従う、一つまたは複数の結晶化セラミ
ク薄層を製造する方法に関する。更に本発明は請求項１７の上位概念に従う一つ
または複数のかゝる層を有する部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気系セラミック材料は例えばＳｉまたはＧａＡｓの様な慣用の半導体材料が
提供しない沢山の機能を提供する。電気系セラミック材料のかゝる機能は強誘電
成極性、高いキャパシタンス密度(capacitance densities) 、磁気耐久性、圧電
アクター機能（piezoelectric actor functions)、圧電センサー機能（piezoele
ctric sensor functions) 、イオン伝導性、超電導性または電気光学的活性があ
る。かゝる電気系セラミック機能を集積半導体回路に組み込むことは望ましいこ
とである。何故ならばそれによりこれらの機能性をマイクロエレクトロニクスお
よびマイクロメカニックスと組合せることができるからである。考えられる例と
しては、Ｓｉ−ベースのＣＭＯＳ回路に強誘電性セラミックを集積することを基
本とする非揮発性の強誘電性メモリーチップ（Ｆｅ−ＲＡＭ）がある。
【０００３】 高品質の緊密なセラミック層の製造は一般に５００℃以上の温度を必要とする
。このことは幾つかの理由で用途を著しく制限している。第一に、酸素拡散速度
が早められるために、セラミック層の下に配置される層またはトランジスターの
様な構造要素が非常に複雑な手段によってしか酸化から保護することがでない。
第二に深くにある層および構成要素がセラミックからの異種元素の拡散によって
分解され得る。最後に、標準的アルミニウム金属化はセラミック層の後しか析出
させてはならない。何故ならばかゝる金属化は４００℃の温度までしか安定して
いないからである。この制限のために、完成集積回路をセラミック機能によって
補充することは明らかに不可能である。
【０００４】 短い加工時間の間に基体（集積半導体回路）の熱負荷を最小限にする一つの方
法はレーザー焼鈍技術(laser annealing technique) である。点または線に集束
された十分なエネルギーのレーザービームを、層の結晶化および緊密化を達成す
るために“グリーン”セラミック層上を制御された進行速度で移動（走査）させ
る。
【０００５】 従来技術としては焼鈍段階およびセラミック薄層の結晶化のための二つの種類
のレーザーが開示されている。
【０００６】 その一つは、U.Varshney等の“CO2 - laser patterning of plasma-deposited
high Tc superconducting thick films", J.Appl.Phys. 66/3 (1989) 1392 に
よると、連続ＩＲ−レーザー，例えば高エネルギーＣＯ2 −レーザーが高温超電
導薄層の構造化に使用される。
【０００７】 他方では、公知のパルスド(pulsed)紫外線レーザー、特に高パルス- エネルギ
ーのエキシマレーザーがある。注入工程によって崩壊される非晶質Ｓｉ−層の表
面を焼鈍しそして注入された燐原子をＮｄ−ＹＡＧ−レーザーによって電気的に
活性化することは、M.Miyao, M.Tamura および T.Tokuyama の“Selective anne
aling of ion-implanted amorphous layers by Nd3+ -YAG laser irradiation"
、Appl.Phys.Lett. 33/8 (1978) 828 から公知である。更にS.Otani, M.Kimura
およびN.Sasakiの“Laser annealing of SrTiO3 thin films deposited directl
y on Si substrates at low temperature", Appl. Phys.Lett. 63/14 (1993) 18
89 または X.M.Lu 等の“Laser-induced phase transformation from amorphou
s to perovskite in PbZr0.44Ti0.56O3 films with the substrate at room tem
perature",Appl.Phys.Lett. 65/16 (1994) 2015 または X.M.Lu 等の“Pulsed e
xcimer (KrF) laser induced crystallization of PbZr0.44Ti0.56O3 amorphous
films" 、Appl.Phys.Lett. 66/19 (1995) 2481 または富士通特許L16 から非晶
質の電気セラミック薄層が例えばSrTiO3、PbZr0.44Ti0.56O3およびSrTi1-x Bix O3から結晶化できることは公知である。
【０００８】 更に錯塩法が従来技術としてMantese 等の“Selective laser pyrolysis of m
etalloorganics as a method of forming patterned thin-film superconductor
s"、Appl.Phys.Lett. 53/14 (1988) 1335 に開示されている。そこではレーザー
によって金属有機前駆体からその場で所望のセラミック薄層を製造する試みに成
功している。類似の方法がFNVRAM'sで使用するための強誘電性薄層を製造するた
めに開示されてる。この種類の選択は十分に高いレーザーエネルギー強度を使用
できることによって明らかに決まる。
【０００９】 重要な境界条件はセラミック薄層の吸収スペクトルから誘導される。光学的焼
鈍のために必要な必要条件は使用する薄層材料中に、適用される光が吸収される
ことである。沢山の薄層材料、例えばアルカリ土類金属チタン酸塩は遠赤外線お
よび紫外線（ＵＶ）域だけを吸収するが、可視光線および近赤外線域は完全に透
過され、これらの波長範囲では加熱することができない。この理由から遠赤外線
または紫外線領域の光源を使用しなければならなかった。更に有機金属ゾルまた
は- ゲルよりなる電気用セラミックの結晶化は“ウエット”塗膜中のおよびセラ
ミック中の有機成分の異なる吸収によって更に困難になる。化学反応は非晶質層
の結晶化の方法のための波長と異なる波長によって引き起こさなければならない
。換言すれば幾つかのレーザーの波長が使用できなければならない。層の吸収領
域をずらすために“湿式”層に発色団を添加することも一つの変法である。かゝ
る方法は複雑であいそして更に層を汚染する危険がある。
【００１０】 かゝる結晶化層を形成する上記の従来公知の各方法は以下の欠点を有している
： 使用されるＣＯ2 レーザーの大きな波長がレーザービームの侵入深さを不所望
の非常に深いものとする。１００ｎｓよりも小さい極めて短いパルス波長でそし
て１００Ｈｚまでの限定された繰り返し速度でエキシマレーザーを作動させるの
で（これに関連して個々のパルスの間の間隔が長いことを意味する）、照射され
る表面域が一つのパルスの後で次のパルスまでに殆ど完全に冷えてしまう。これ
によって、進行速度によって制御できる連続的な侵入深さを、温度の場（field)
の為に達成できない。更にエキシマレーザーを使用する際に集束によって制御で
きるエネルギー密度は、材料の浸食しきい値より下になければならないので、限
界がある。更に製造工程の間の化学反応を意図的に制御することが殆どできない
。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
それ故に本発明の課題は、これらの欠点が回避される一つまたは複数の結晶化
セラミック層、特に薄層を製造する方法を提供することである。更に本発明の課
題は、この層またはこれらの層が析出された基体または基体群の上に熱的影響を
及ぼすことなく結晶化を達成することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１の構成要件全てに従う方法によって解決される。更に請
求項１７の構成要件全てによって解決される。別の合目的的であるかまたは有利
な実施態様または変法はこれらの請求項に従属する請求項に示してある。
【００１３】 この課題を解決するために紫外線領域の光成分の割合の多い光源（ランプ）を
使用することは公知である。照射では適当なレンズ（透明な石英の様な材料で製
造されている）によって十分に小さい照度スポットに集束されるべきである。表
面の結晶化を減らすために照度スポットは、予備被覆された基体の上を移動（走
査）することができるべきである。この条件のもとでは照度スポットのエネルギ
ー密度および進行速度は所望の最大表面温度および所望の侵入深さに適合させる
。
【００１４】 本発明の方法では十分なエネルギー密度の紫外線を有利には連続的に照射して
もよい。この関係では、色々な化学組成あるいは誘発される化学反応に結びつい
ている十分な吸収を層形成の色々な段階の間保証するために、出来るだけ広い波
長範囲で波長を選択するのが有利である。本発明の方法を使用することによって
、レーザーの使用が避けられるので著しく費用を節約することができる。
【００１５】 少なくとも１つのセラミック層が適当な基体の上に形成されそして紫外線が照
射される、一つまたは複数の結晶化セラミック層、特に薄層を製造する本発明の
方法は、請求項１に従って該層が連続的に紫外線照射される様に行なわれる。
【００１６】 請求項２によれば本発明の方法は、光の侵入深さがセラミック層の厚みを超え
ないことを保証する紫外線のエネルギー密度を選択しそして特にその光の侵入深
さがセラミック層の層厚に相当することによって有利に構成されている。
【００１７】 請求項３によれば本発明の方法は、紫外線の割合の多いランプ、特にＨｇ−、
Ｘｅ−またはＨｇ（Ｘｅ）−ランプを選択することによって有利に構成される。
【００１８】 請求項４によれば本発明の方法は、セラミック層の表面に光学的な焦点装置に
よって紫外線を照射することによって有利に構成されている。
【００１９】 請求項５によれば本発明の方法は、紫外線をセラミック層の表面上を移動させ
ることによって非常に有利に構成される。
【００２０】 請求項６によれば本発明の方法は、セラミック層を形成する材料として１種類
または複数種のペロブスカイト、特に強誘電−または誘電ペロブスカイトを選択
することによって非常に有利に構成される。
【００２１】 請求項７によれば本発明の方法は、ＡＢＯ3 タイプのペロブスカイトをセラミ
ック層のための材料として選択することによって非常に有利に構成される。
【００２２】 請求項８によれば本発明の方法は、ＡＢＯ3 タイプのペロブスカイトをセラミ
ック層の材料として選択し、その際にＡとしてＢａ、Ｓｒ、ＣａおよびＰｂの群
の元素から選択しそしてＢとしてＴｉおよびＺｒの群の元素から選択することに
よって非常に有利に構成される。
【００２３】 請求項９によれば本発明の方法は、いわゆるアウリリウス(aurillius) 層、特
にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 またはＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 の一つまたは複数の材料を
セラミック層を形成するための材料として選択することによって非常に有利に構
成されている。
【００２４】 請求項１０によれば本発明の方法は、セラミック層を室温から４００℃までの
範囲内の温度でセラミック材料を析出させることによって表面に形成することに
よって非常に有利に構成されている。
【００２５】 請求項１１によれば本発明の方法は、セラミック層を湿式化学的によってまた
はスパッタリングによってまたはＭＯＣＶＤによって形成することによって非常
に有利に構成されている。
【００２６】 請求項１２によれば本発明の方法は、支持層、特に半導体、ポリマー、金属ま
たはガラス材料よりなる支持層を基体として選択することによって非常に有利に
構成され得る。しかしながら基体としては、その表面にセラミック層が形成され
るトランジスタの様な構成要素も本発明の対象であるが、本発明はこれに制限さ
れない。
【００２７】 請求項１３によれば本発明の方法は、紫外線をセラミック層の表面に関連して
移動させそして層中への光の所望の侵入深さを確定するために、光の選択される
エネルギー密度にこの移動速度を適合させることによって非常に有利に構成され
る。
【００２８】 請求項１４によれば本発明の方法は、紫外線として１００ｎｍ〜４００ｎｍの
波長範囲内の波長または波長幅のある光を選択することによって非常に有利に構
成される。
【００２９】 請求項１７によれば本発明の構成要素としては、請求項１〜１６のいずれか一
つに記載の方法によって製造される一つまたは複数の層を持つ光学部品、特に強
誘電性メモリーチップを提供する。
【００３０】 本発明を更に図面および実施例によって更に詳細に説明する。図面はそれぞれ
以下を意味する： 図１：吸収されるエネルギー密度に対する例えばＢａＴｉＯ3 の結晶化に必要な ８００〜１２００℃の表面温度の相互パルス長さのパラメータ範囲を示して いる。 図２：ＣＯ2 −レーザービーム（予備加熱ビーム）およびＮｄ：ＹＡＧ−レーザ ービーム（焼鈍ビーム）を使用する公知の従来技術の例を示している。この 場合、焼鈍ビームも同様に列毎に走査されるが、予備加熱ビームほど早くな い。
【００３１】 図１および２中の記号は以下を意味する： １． エキシマレーザー、１６００℃、１１０ｎｍ ２． 紫外線ランプ、７５０℃、＞０．６ｍｍ ３． 紫外線ランプ（脈動）、＞１８００℃ ４． ＣＯ2 −レーザービーム ５． スキャナー・ミラー ６． セラミック ７． Ｎｄ：ＹＡＧ−レーザービーム。
【００３２】
【実施例】
実施例： 最初に基体の上にＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 よりなるセラミック層を析出によって
形成する。次にこの層を紫外線域の光を放射するＨｇ−ランプの連続光にさらす
。この照射の前にセラミック層を５０％より少ない密度を有しており、始めはナ
ノ結晶構造しか有していない。特にこの層は２ｎｍより大きい直径を有する結晶
を有していない。この紫外線ランプでの照射によって９０％より大きい、特に９
５％より大きい密度が達成される。更に層の結晶化はこの様にして達成され、そ
の際に個々の結晶は放射線パラメータの選択次第で３０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲
またはそれどころか更に大きい直径を有し得る。
【００３３】 層の全面をこの様に処理するためには、ランプの光を層表面の局所で幾何学的
に形成しそしてランプを層の結晶化を誘導するために層表面に対して走査させる
。この運動の速度は、光源の選択されるエネルギー密度を考慮して紫外線の侵入
深さがセラミック層の層厚さに相当する様に調整する。この様にこの基体中に紫
外線が侵入することによって該基体中への熱の供給を防止することができる。
【００３４】 本発明の考えられる実施態様は、複数のかゝるセラミック層をそれぞれに形成
し、次いで結晶化を誘発するために個々の層を相前後してそれぞれにまたは複数
の層を同時に連続紫外線で処理する。
【００３５】 更に、本発明の方法を光で予備加熱することによって改善することも本発明の
範囲にある。特に本発明の改善は、列毎に表面を迅速に走査することによる実際
の結晶化工程の前に層または複数の層を予備加熱することを提案するものである
。かゝる予備加熱は例えばＣＯ2 −レーザーまたは紫外線を用いて行なうことが
できる。
【００３６】 かゝる予備加熱は次の長所を有している： １． 基体温度と層中結晶化温度（５００℃以上）との間の必要な温度差が小さ くなる。 ２． 焼鈍に必要な単位表面当りのエネルギー密度（影響）が減少するこれによ って層中の温度傾斜もより地位さくなる。 ３． 小さい温度傾斜によって熱的に誘発される応力が低下する。 ４． 層中のまたは複数の層中の機械的応力が予備加熱の使用によって有利にも 以下の二つの意味で低下する： ａ）温度傾斜が小さいので、結晶化点で局所的に低下する； ｂ）一般にウエファ全体にわたって低下する。本発明の範囲では、この効果が 予備加熱線が表面に列毎に迅速に走査されることに起因していることが判っ ている。これによって温度傾斜は実質的に走査方向に対して垂直にしか生じ ない。走査方向では、非常に低いエネルギーを有しそしてそれ故に各走査当 りの加熱量が非常に低い非常に迅速に走査するビームの場合には、走査方向 で現れる温度傾斜は極く僅かである。従って熱機械的応力は層中では走査方 向に対して垂直にしか誘発されない。しかしながらこの応力は一軸の熱膨張 によっておよびそれ故のウエファのあり得る曲がりによって部分的に緩和さ れる。全体から見て、従って熱機械的応力の低下が同じままの結晶化温度を 可能とする。 ５． 結晶化温度は減少した温度差のために同じ加熱速度で迅速に達成される。 ６． 拡散炉または高速熱的焼鈍（ＲＴＡ）での作用期間に比較して高温での作 用期間が比較的に短い。このことは基体への熱の付加を著しく低下させる。
【００３７】 本発明で提案した予備加熱段階との関係で、次のことが従来技術としておよび
予備加熱を使用した時にこれと関連する欠点として引用される： 制限された加工時間の間に基体（集積半導体回路）への熱付加を最小限にする
一つの方法は、レーザー焼鈍技術である。十分なエネルギー量の、点状または線
状に集束されたレーザービームを、結晶化および層の緊密化を達成するために、
制御された進行速度で“グリーン”セラミック層の上を移動させる（走査させる
）。
【００３８】 有限元素法（finite elements method) の使用によって結晶化の間の層系中の
加熱領域を計算することによって、単位面積当りのエネルギー密度およびＢａＴ
ｉＯ3 の結晶化に適する走査速度のパラメータ範囲が決定される。レーザー焼鈍
技術で使用されるパルス長さおよび単位面積当りのエネルギー密度は、短いパル
ス時間（早い走査速度に相当する）についてのパラメーター範囲および単位面積
当りの高いエネルギー密度の上方域にある。現時点で使用できる紫外線ランプで
達成可能なエネルギー密度は低い走査速度および単位面積当りの低いエネルギー
密度に相当する（図１）。
【００３９】 更に、層の表面から層系（または基体）の内部への熱の侵入の深さをパルス長
さ（または走査速度）の関数として計算するために有限元素法を使用することも
可能である。これらの計算は結晶化すべき層の厚さに依存して最適なパラメータ
範囲がエキシマレーザーおよび紫外線ランプによって現在達成可能な範囲内にあ
ることを示している。
【００４０】 従来技術として A.Ito，A.Machida およびM.Obara の“Epitaxial growth of
BaTiO3 optical thin films by pulsed KrF laser deposition and in situ Pul
sed Laser Anealing( パルスドKrF レーザー析出およびその場でのパルスドレー
ザー焼鈍によってBaTiO3光学的薄膜のエピタキシ成長)"、Japanese Journal of
Applied Physics,第 2部; Letters,第36巻、pp. L805-L807 、1997またはA.Ito,
A.MachidaおよびM.Obara の“Cobalt doping in BaTiO3 tin films by two-tar
get pulsed KrF laser ablation with in situ laser annealing", Applied Phy
sics Letters、第70巻、第3338〜3340頁、1997からＭｇＯ基体の上に形成される
約３００ｎｍまでの厚さのエピタキシＢａＴｉＯ3 層が公知である。
【００４１】 この方法では、層をパルスドレーザー析出（ＰＬＤ）によってその場で析出さ
せる必要がある。基体温度（基体が予備加熱される温度を意味する）は、その場
でレーザー焼鈍せずにＢａＴｉＯ3 層のパルスドレーザー析出に比較して５０°
Ｋだけ下げて６５０℃にすることができる。更にこの方法のためには４０ｍＴｏ
ｒｒの減圧が必要とされるという欠点がある。
【００４２】 更に O. Baldusの“Reduction of process temperatures for CSD deposition
of electroceramic thin films by means of laser annealing", Diploma Diss
ertation in physics, Physics Institure II, Chair B of the Rhineland-West
phalia Technical Collage of Aachen, 1998から従来技術として、（Ｂａ，Ｓｒ
）ＴｉＯ3 −層をＰＬＡ法（パルスドレーザー焼鈍、パルスドレーザービームを
用いるレーザー焼鈍技術）に付しそして部分結晶化させる。層中での高いレーザ
ー誘発応力のために不利なびヒビ割れが発生する。ひび割れは電気系セラミック
部材として（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 −層を使用することを妨害する。更に、基体
の予備加熱によってひび割れ傾向を減少させることができることが判った。
【００４３】 更に、従来技術としてR.F.WoodおよびG.E.Giles の "Control of melt-front
velocity during pulsed laser annealing" 、 Applied Pjysics Letters、第38
巻、第422 〜423 頁から基体の予備加熱によって溶融フロント（melt front) の
速度が何故減少し得るかは公知である。溶融フロントの速度は再結晶化層の機械
的性質に影響を及ぼしそしてひび割れ形成傾向にも影響を及ぼす。
【００４４】 全体から見て、従って従来技術のセラミック層の製造および加工に一連の欠点
があることが判る。これらは詳細には、比較的に低い熱的耐スポーリング性、高
い弾性率および小さい熱伝導性が挙げられる。これらの挙動は局所的な非常に高
い温度の影響を受ける場合に必ず応力をもたらし、その結果としてひび割れを生
じさせる。生じる応力の大きさは中でも物質中で生じる温度傾斜に依存している
。
【００４５】 レーザー焼鈍の際に高い加熱速度（および冷却速度）との関連で空間的に狭い
局所にあるレーザービームスポットによって、層または層系に熱機械的応力が発
生する。かかるひび割れの結果として短絡が生じるためにこの種の部材は使用で
きない。
【００４６】 層中の温度傾斜が大きいために結晶化可能な層厚に限界がある。一方において
は、単位面積当りの照射されるエネルギー密度が高い場合に、表面の温度が、表
面が剥離したり損傷を受ける程に上昇する。もう一方においては、単位面積当り
のエネルギー密度が低い場合に、層がもはや完全には結晶化せず、基体近辺の温
度が結晶化温度より下に低下する。
【００４７】 それ故に、本発明の課題は一つまたは複数の結晶化セラミック層、特に薄層を
製造する方法を提供すること、並びに層の結晶化の間の基体への熱的負荷が減少
されそして層または層系中の熱機械的応力の発生が抑制される様な、かゝる層を
有する構成要素を創造することである。
【００４８】 この課題は、請求項１５の構成要件全てに従う方法によって解決される。更に
この課題は請求項１７の構成要件全てによっても解決される。別の合目的的であ
るかまたは有利な実施態様または変法はこれらの請求項に従属する請求項に示し
てある。
【００４９】 この課題を解決するために、紫外線領域に沢山の光成分を有する高エネルギー
光源（ランプ）の他に別の高エネルギー光源（ランプ、レーザー）（以下、予備
加熱源とも称する）を短期間の加熱のために使用することを見出した。
【００５０】 請求項１５に従う本発明の方法は、生じた層を連続紫外線ビームで結晶化する
前に、生じた層を別の光源、特にレーザーまたは他のランプによって予備加熱す
るように有利に構成される。
【００５１】 予備加熱源は表面に線状に迅速に走査することを可能とする。この目的のため
には、レーザー溶接する公知の方法の場合に使用される様に（図２、Nagel,A.-M
. および Exner,Hの“Crack-free laser welding of ceramics",インターネット
通信 http://www.htwm.de/-laszen/KERA- W3.HTM) 、光学的装置（例えば回転鏡
、走査鏡）をビーム調整用光学システム（例えばレンズ、鏡、円筒状レンズ）の
他に使用することができる。
【００５２】 予備加熱源の使用は拡散炉またはＲＴＡ−炉の様な予備加熱する他の方法に比
較して熱負荷時間を非常に短くすることを可能とする。これは基体温度と層中の
結晶化温度との温度差が減少することにより、同じ加熱速度での短時間の加熱期
間によって達成される。予備加熱によって材料を、後続の焼鈍の際に層中のひび
割れ傾向を減少させる程に加温する。
【００５３】 更に予備加熱によって、焼鈍するまでに必要とされる温度差が減少する。温度
プロフィールが平坦である結果、達成できる結晶化深さが増加する。結晶化を誘
発するために、焼鈍用ビームの照度スポットを予備被覆された基体の上を移動（
走査）させる。同様に予備加熱ビームの照度スポットは予備被覆された基体上を
移動（走査）させるべきである。この予備加熱ビームは、焼鈍ビームの照度スポ
ットの場合よりも（走査方法に対して垂直には少ない進行量で）迅速に且つより
多く走査させるべきである。
【００５４】 予備加熱用ビームの照度スポットの単位面積当りのエネルギー密度および予備
加熱用ビームの走査速度は、所望の予備加熱温度および所望の加熱速度に対して
調節しなければならな。この関係では走査速度を、走査線を出来るだけ均一に（
走査方向に均一に）加熱するために、できるだけ早く設定する。
【００５５】 焼鈍ビームの照度スポットのエネルギー密度および焼鈍用ビームの進行速度は
、必要な最大表面温度および所望の侵入深さに最適化することができる。この目
的のためには、有限元素法を使用して計算することによって両方の最適化を計る
のが有益であり得る。
【００５６】 予備加熱ビームの進行速度（走査方向に対して垂直）は、焼鈍ビームの進行速
度と同じとなる様に選択するのが有利である。
【００５７】 層中の温度プロフィールを制御する別の可能な方法は吸収性層を使用するもの
である。請求項１６によれば、一つまたは複数の吸収性層を自由表面に析出させ
るかまたは結晶化すべき層（追加塗膜）の中に導入する。
【００５８】 この吸収性層（例えば（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ）は、例えば、温度プロフィー
ルを制御するだけでなく、ひび割れにも寄与し得る有機層の光分解法プロセスが
妨害される表面に析出させることができる。他方、吸収性層（追加的被覆）を、
ビームの侵入深さおよび同様に層中の温度挙動を制御するために、層（追加的被
覆）中に導入できる。
【００５９】 これによって、使用される光源の波長範囲は、スペクトルが可使領域である様
な層が透明である範囲にまで広げることができる。これによって可使光線源、例
えばＡｒレーザー光の範囲が広げられる。
【００６０】 予備加熱によって本発明の範囲では基体への熱の影響が低減される。この関係
で最適化のために望ましい条件は最も低い可能な温度に基体を曝すことであり、
基体への熱負荷の期間を最も短くすることであり、そして基体への熱負荷の期間
をできるだけ正確に制御することである。
【００６１】 この目的ためには、選択的に予備加熱することによって、層または一つ以上の
層中での応力により損傷を受けうる領域の規定された十分な熱量に適合させるこ
とが可能である。十分な規定された十分な熱量の結果として層中の熱的機械的応
力の低下が達成され得る。熱的機械的応力は層に掛かる熱的負荷の期間およびプ
ロフィールを正確にチェックすることによって低減され得る。
【００６２】 他の実施例： 有限元素法による計算は、一方においては照度スポットの単位面積当りのエネ
ルギー密度と走査速度または進行速度との間の関係を決めるために実施しそして
もう一方においては調整できる温度プロフィールを決めるために行なう。単位面
積当りエネルギー密度および進行速度のパラメータを適合させることによって、
層中に非常に平坦であるだけでなく急勾配の温度傾斜を調整することができる。
【００６３】 セラミック層を生じる予備加熱を伴う本発明の方法は、短時間の間、特に数秒
間で良好に制御可能な温度領域を獲得することができるという長所を有している
。更に、加工が自由な条件でおよび複雑な取扱なしに可能である。
【００６４】 予備加熱のためのパルス長さとしてはエキシマレーザーおよび紫外線ランプに
よって達成可能な範囲内、特に０．１ｎｓ〜０．１ｓの範囲内で行なうことがで
きる。ＢａＴｉＯ3 の結晶化のために５０ｎｓの期間を選択するのが特に有利で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，Ｕ Ｓ (72)発明者 バルドゥス・オーリヴァー ドイツ連邦共和国、Ｄ−52074 アーヘン、 クレーメントストラーセ、３アー (72)発明者 シュースター・アンドレーアス ドイツ連邦共和国、Ｄ−52428 ユーリヒ、 カプツィーナーストラーセ、５ Ｆターム(参考） 4G030 AA08 AA09 AA10 AA16 AA17 AA20 AA40 AA43 BA09 BA10 CA01 CA08 GA27

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つのセラミク層が適当な基体の上に形成されて
    おりそして紫外線が照射される一つまたは複数の結晶化セラミック層、特に薄層
    を製造する方法において、該層が連続的に紫外線照射されることを特徴とする、
    上記方法。
  2. 【請求項２】 光の侵入深さがセラミック層の厚みを超えないことを保証す
    る紫外線のエネルギー密度を選択しそして特にその光の侵入深さがセラミック層
    の層厚に相当する請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 紫外線の割合の多いランプ、特にＨｇ−、Ｘｅ−またはＨｇ
    （Ｘｅ）−ランプを使用する請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 セラミック層の表面に光学的な焦点装置によって紫外線を照
    射する請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 紫外線をセラミック層の表面上で移動させる請求項１〜４の
    いずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 セラミック層を形成する材料として１種類または複数種のペ
    ロブスカイト、特に強誘電−または誘電ペロブスカイトを選択する請求項１〜５
    のいずれか一つに記載の方法。
  7. 【請求項７】 ＡＢＯ3 タイプのペロブスカイトをセラミック層のための材
    料として選択する請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
  8. 【請求項８】 ＡＢＯ3 タイプのペロブスカイトをセラミック層の材料とし
    て選択し、その際にＡとしてＢａ、Ｓｒ、ＣａおよびＰｂの群の元素から選択し
    そしてＢとしてＴｉおよびＺｒの群の元素から選択する請求項１〜７のいずれか
    一つに記載の方法。
  9. 【請求項９】 いわゆるアウリリウス(aurillius) 層、特にＳｒＢｉ2 Ｔａ 2 Ｏ9 またはＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 の一つまたは複数の材料をセラミック層を形
    成するための材料として選択する請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 室温から４００℃までの範囲内の温度でセラミック材料を
    析出させることによってセラミック層を表面に形成させる請求項１〜９のいずれ
    か一つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 セラミック層を湿式化学的方法によってまたはスパッタリ
    ングによってまたはＭＯＣＶＤによって形成させる請求項１〜１０のいずれか一
    つに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 基体として支持層、特に半導体、ポリマー、金属またはガ
    ラス製支持層を選択する請求項１〜１１のいずれか一つに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 紫外線をセラミック層の表面に関連して移動させそして層
    中への光の所望の侵入深さを確定するために、光の選択されるエネルギー密度に
    この移動の速度を適合させる請求項１〜１２のいずれか一つに記載の方法。
  14. 【請求項１４】 紫外線として１００ｎｍ〜４００ｎｍの波長範囲内の波長
    または波長幅のある光を選択する請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
  15. 【請求項１５】 生じた層を連続する紫外線で結晶化する前に、生じた層を
    別の光源、特にレーザーまたは他のランプによって予備加熱する請求項１〜１４
    のいずれか一つに記載の方法。
  16. 【請求項１６】 一つまたは複数の吸収性層を自由表面に析出させるかまた
    は結晶化すべき層（追加的塗膜）に導入する請求項１〜３のいずれか一つに記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれか一つに記載の方法によって製造
    される一つまたは複数の層を持つ光学部品、特に強誘電性メモリーチップ。
JP2000531412A 1998-02-16 1999-02-15 一つまたは複数の結晶化セラミック薄層の製造方法およびかゝる層を有する部品 Withdrawn JP2002503623A (ja)

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