JP2015146389A - Oxide crystal film and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化物結晶膜及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an oxide crystal film and a manufacturing method thereof.
従来、ペロブスカイト型Pb(Zr、Ti)O3(PZT)が強誘電の圧電材料として、センサ、アクチュエータ、メモリデバイス等に使用されている。 Conventionally, perovskite Pb (Zr, Ti) O 3 (PZT) is used as a ferroelectric piezoelectric material in sensors, actuators, memory devices, and the like.
PZT結晶膜は配向性によって特性が異なり、用途も違う。例えば、主配向が(111)方向であるPZT(111)結晶膜と、主配向が(100)方向であるPZT(100)結晶膜とは、以下のような用途の違いがある。すなわち、PZT(111)結晶膜は残留分極が大きいため、FRAM(登録商標)(Ferroelectric Random Access Memory)に用いると好適であり、PZT(100)結晶膜は比誘電率が高いため、DRAM(Dynamic Random Access Memory)に用いると好適である。 The PZT crystal film has different properties depending on the orientation, and also has different uses. For example, a PZT (111) crystal film whose main orientation is the (111) direction and a PZT (100) crystal film whose main orientation is the (100) direction have the following application differences. That is, since the PZT (111) crystal film has a large remanent polarization, it is suitable for use in FRAM (registered trademark) (Ferroelectric Random Access Memory), and the PZT (100) crystal film has a high relative dielectric constant. Random Access Memory) is suitable.
しかしながら、例えば、同じPZT材料を用いて作製したFRAMとDRAMとを集積させる場合、従来は、PZT(111)結晶膜とPZT(100)結晶膜を別々の基板上に形成し、複雑な転写プロセスを用いて、それらを一つの基板上に集積していた。すなわち、PZT結晶膜等の酸化物結晶膜において、結晶膜の主配向が異なる複数の領域を同一の基板上に形成する技術は確立されていなかった。 However, for example, when integrating FRAM and DRAM manufactured using the same PZT material, conventionally, PZT (111) crystal film and PZT (100) crystal film are formed on different substrates, and a complicated transfer process is performed. They were integrated on a single substrate. That is, in an oxide crystal film such as a PZT crystal film, a technique for forming a plurality of regions having different main orientations of crystal films on the same substrate has not been established.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、同一の基板上に形成された、結晶膜の主配向が異なる複数の領域を有する酸化物結晶膜等を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an oxide crystal film or the like formed on the same substrate and having a plurality of regions having different main orientations of crystal films. .
本酸化物結晶膜は、同一の基板上に形成された酸化物結晶膜であって、第1の領域と、第2の領域とを有し、前記第1の領域と前記第2の領域で結晶膜の主配向が異なることを要件とする。 The oxide crystal film is an oxide crystal film formed on the same substrate, and includes a first region and a second region, and the first region and the second region It is a requirement that the main orientations of the crystal films are different.
開示の技術によれば、同一の基板上に形成された、結晶膜の主配向が異なる複数の領域を有する酸化物結晶膜等を提供できる。 According to the disclosed technology, an oxide crystal film or the like having a plurality of regions having different main orientations of crystal films formed over the same substrate can be provided.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
〈第1の実施の形態〉
図1は、第1の実施の形態に係る酸化物結晶膜を例示する断面図である。図1を参照するに、第1の実施の形態に係る酸化物結晶膜10は、同一の基板上に同じPZT材料を用いて作製した膜であり、結晶膜の主配向が異なる第1の領域11と第2の領域12とを有する。酸化物結晶膜10において、第1の領域11には、主配向が(111)方向であるPZT(111)結晶膜が形成されており、第2の領域12には、主配向が(100)方向であるPZT(100)結晶膜が形成されている。酸化物結晶膜10の厚さは任意に決定できるが、例えば、30nm〜2μm程度とすることができる。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an oxide crystal film according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, the
図1において、20はシリコン基板、30はシリコン酸化膜(SiO2膜)、40は酸化チタン膜(TiOx膜)、50は白金膜(Pt膜)、110はPZTアモルファス膜を示している。つまり、酸化物結晶膜10は、同一の基板上(シリコン基板20上)に形成された酸化物結晶膜であって、PZT結晶膜の主配向が異なる複数の領域(第1の領域11及び第2の領域12)を有する。
In FIG. 1, 20 is a silicon substrate, 30 is a silicon oxide film (SiO 2 film), 40 is a titanium oxide film (TiOx film), 50 is a platinum film (Pt film), and 110 is a PZT amorphous film. That is, the
なお、PZTとはジルコン酸鉛(PbZrO3)とチタン酸鉛(PbTiO3)の固溶体であり、PbZrO3とPbTiO3の比率によって、PZTの特性が異なる。例えば、PbZrO3とPbTiO3の比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53、Ti0.47)O3、一般にはPZT(53/47)と示されるPZT等を使用することができる。 PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ), and the characteristics of PZT differ depending on the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 . For example, the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 is 53:47, and the chemical formula indicates Pb (Zr 0.53 , Ti 0.47 ) O 3 , PZT generally indicated as PZT (53/47), etc. Can be used.
次に、酸化物結晶膜10の製造方法について説明する。図2及び図3は、第1の実施の形態に係る酸化物結晶膜の製造工程を例示する図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図2(a)に示す工程では、支持体となる厚さ650μm程度のシリコン基板20を準備する。そして、シリコン基板20の表面に、シリコン酸化膜30、酸化チタン膜40、及び白金膜50を順次積層する。
First, in the step shown in FIG. 2A, a
具体的には、シリコン基板20の表面に、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法や熱酸化法等により、膜厚600nm程度のシリコン酸化膜30を形成する。そして、シリコン酸化膜30上に、例えば、スパッタリング法やCVD法等により、膜厚50nm程度の酸化チタン膜40を積層する。更に、酸化チタン膜40上に、例えば、スパッタリング法やCVD法等により、膜厚100nm程度の白金膜50を積層する。
Specifically, a
次に、図2(b)に示す工程では、白金膜50上にPZT塗布膜100を形成する。具体的には、例えば、出発材料である酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、及びチタンアルコキシド化合物を共通溶媒であるメトキシエタノールに溶解させて、均一溶媒であるPZT前駆体溶液(PZTゾルゲル液)を合成する。そして、例えば、スピンコート法により、白金膜50上にPbTiO3を用いてシード層を形成した後、シード層上に合成したPZT前駆体液(PZTゾルゲル液)を塗布してPZT塗布膜100を形成する。なお、合成したPZT前駆体溶液の複合酸化物固体分濃度は、例えば、0.5モル/リットル以下程度とすることができる。但し、シード層の形成は必須ではなく、シード層を形成せずに、白金膜50上に直接PZT塗布膜100を形成しても構わない。
Next, in the step shown in FIG. 2B, the PZT
次に、図2(c)に示す工程では、白金膜50上にPZT塗布膜100が形成されたシリコン基板20を、例えばホットプレート(図示せず)上に載置し、熱分解開始温度(例えば、100℃程度)以上300℃未満の所定温度(例えば、220℃程度)に加熱する。これにより、溶媒が蒸発し、PZT塗布膜100は熱分解され、固体のPZTアモルファス膜110(非晶質の酸化物膜)となる。その後、室温まで冷却する。なお、本願では、熱分解開始温度とは、熱分解が可能な最低温度を意味する。熱分解開始温度は、PZT前駆体液の合成に用いた主溶媒の沸点等に依存して決定される。
Next, in the step shown in FIG. 2C, the
上記の所定温度(例えば、220℃程度)は、例えば、実験的に予め求めることができる。例えば、PZT塗布膜を加熱する温度を変えて複数のPZTアモルファス膜を作製し、室温まで冷却後、各PZTアモルファス膜を更に結晶化温度以上に加熱して複数のPZT結晶膜を作製する。そして、各PZT結晶膜のロットゲーリングファクタ(Lotgering Factor)を測定し、加熱する温度とロットゲーリングファクタとの関係を求める。 Said predetermined temperature (for example, about 220 degreeC) can be calculated | required experimentally beforehand, for example. For example, a plurality of PZT amorphous films are produced by changing the temperature at which the PZT coating film is heated, cooled to room temperature, and then each PZT amorphous film is further heated to a crystallization temperature or higher to produce a plurality of PZT crystal films. Then, the Lotgering factor of each PZT crystal film is measured to determine the relationship between the heating temperature and the Lotgering factor.
ここで、ロットゲーリングファクタとは、X線回折で得られた各配向のピーク強度の総和を1とした時の各配向の比率を表し、分母を各配向のピーク強度の総和とし、分子を任意の配向のピーク強度とした場合の平均配向度である。ここでは、分子を(111)配向とした場合の(111)ロットゲーリングファクタを求める。 Here, the Lotgering factor represents the ratio of each orientation when the sum of the peak intensities of each orientation obtained by X-ray diffraction is 1, the denominator is the sum of the peak intensities of each orientation, and the numerator is arbitrary. It is an average orientation degree when it is set as the peak intensity of orientation. Here, the (111) Lotgering factor is determined when the molecules are in the (111) orientation.
次に、目標とする(111)ロットゲーリングファクタを決定する。例えば、(111)ロットゲーリングファクタが0.9以上(90%以上)となることを目標とする場合には、加熱する温度と(111)ロットゲーリングファクタとの関係に基づいて、目標を達成する温度を選択する。選択された温度が、上記の所定温度(例えば、220℃程度)となる。 Next, the target (111) lotgering factor is determined. For example, when the goal is that the (111) lot-galling factor is 0.9 or more (90% or more), the goal is achieved based on the relationship between the heating temperature and the (111) lot-galling factor. Select the temperature. The selected temperature is the predetermined temperature (for example, about 220 ° C.).
次に、図3(a)に示す工程では、PZTアモルファス膜110に局部的にレーザ光L1を照射し(レーザアニール処理し)、主配向が(111)方向であるPZT(111)結晶膜が形成された第1の領域11を形成する。
Then, in the process shown in FIG. 3 (a), irradiated locally laser beam L 1 to the PZT amorphous film 110 (laser annealing), the main orientation direction (111) PZT (111) crystal film The
具体的には、例えば、図2(c)に示す構造体をステージ上に載置し、ステージを移動しながらフラットトップを持つ連続発振のレーザ光L1(例えば、波長980nm付近)を局部的に照射して、PZTアモルファス膜110の結晶化を行う。なお、レーザ光L1を照射しない領域は、PZTアモルファス膜110のままである。
Specifically, for example, the structure shown in FIG. 2C is placed on a stage, and continuously oscillating laser light L 1 (for example, near a wavelength of 980 nm) having a flat top is moved locally while moving the stage. And the PZT
PZTアモルファス膜110に照射されるレーザ光L1のビーム形状は、例えば、略長方形とすることができる。レーザ光L1のビームサイズは、例えば、1mm×0.35mmとすることができる。レーザ光L1のスキャン幅は、例えば、1mmとすることができる。波長980nm付近のレーザ光L1は、PZTアモルファス膜110には殆ど吸収されないため、PZTアモルファス膜110の下層である白金膜50に到達する。
Beam shape of the laser light L 1 irradiated to PZT
一方、白金膜50は、波長980nm付近の吸収係数が非常に大きく、およそ7×105cm−1である。又、例えば、膜厚100nmの白金膜50において、波長980nm付近の光の透過率は1%以下である。従って、白金膜50に照射された波長980nm付近のレーザ光L1の光エネルギーは殆ど白金膜50に吸収される。
On the other hand, the
白金膜50に吸収されたレーザ光L1の光エネルギーは、熱に変わって白金膜50を加熱する。白金膜50の熱は、白金膜50上に形成されているPZTアモルファス膜110に伝わり(拡散し)、PZTアモルファス膜110が結晶化され、PZT(111)結晶膜となる。一回の処理で形成できるPZT(111)結晶膜の厚みは30nm〜80nm程度である。
Light energy of the
なお、一般的に、PZTアモルファス膜の結晶化温度は約600℃〜850℃であり、白金の融点(1768℃)よりかなり低い。従って、白金膜50に入射するレーザ光L1のエネルギー密度及び照射時間の制御によって、白金膜50にダメージを与えることなく、PZTアモルファス膜110を加熱して結晶化できる。レーザ光L1のエネルギー密度は、例えば、100〜1000W/cm2程度とすることができる。レーザ光L1の照射時間は、例えば、1ms〜200ms程度とすることができる。
In general, the crystallization temperature of the PZT amorphous film is about 600 ° C. to 850 ° C., which is considerably lower than the melting point of platinum (1768 ° C.). Thus, by controlling the energy density and irradiation time of the laser light L 1 incident on the
次に、図3(b)に示す工程では、PZTアモルファス膜110に熱処理をする。そして、室温まで冷却した後、PZTアモルファス膜110に局部的にレーザ光L1を照射し(レーザアニール処理し)、主配向が(100)方向であるPZT(100)結晶膜が形成された第2の領域12を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 3B, the PZT
具体的には、まず、図3(a)に示す構造体を、例えばホットプレート(図示せず)上に載置し、300℃以上500℃未満の温度(例えば、350℃程度)に加熱する。その後、室温まで冷却する。PZT(111)結晶膜が形成された第1の領域11も同じ温度に加熱されるが、PZT(111)結晶膜に悪影響を与えることはない。なお、加熱温度の上限は結晶化しない温度(600℃未満程度)であればよいが、結晶化温度(約600℃〜850℃)に対して余裕を持つ意味で、ここでは500℃未満としている。
Specifically, first, the structure shown in FIG. 3A is placed on, for example, a hot plate (not shown) and heated to a temperature of 300 ° C. or higher and lower than 500 ° C. (for example, about 350 ° C.). . Then, it cools to room temperature. The
この工程で加熱する好適な温度も前述のロットゲーリングファクタに基づいて決定できる。但し、ここでは、分子を(100)配向とした場合の(100)ロットゲーリングファクタを求め、(100)ロットゲーリングファクタが目標値以上となる温度を選択する点が相違する。 A suitable temperature for heating in this step can also be determined based on the aforementioned Lotgering factor. However, here, the difference is that the (100) Lotgering factor is obtained when the molecule is in the (100) orientation, and the temperature at which the (100) Lotgering factor is equal to or higher than the target value is selected.
次に、熱処理後のPZTアモルファス膜110に、図3(a)に示す工程と同様に、レーザ光L1(例えば、波長980nm付近)を局部的に照射して、PZTアモルファス膜110の結晶化を行う。なお、レーザ光L1の照射条件等は、図3(a)に示す工程と同様とすることができる。
Next, similarly to the step shown in FIG. 3A, the PZT
300℃以上500℃未満の温度で熱処理したPZTアモルファス膜110において、レーザ光L1を局部的に照射した領域(第2の領域)にはPZT(100)結晶膜が形成される。なお、レーザ光L1を照射しない領域は、PZTアモルファス膜110のままである。
In PZT
以上の工程により、酸化物結晶膜10を形成できる。すなわち、同一の基板上(シリコン基板20上)に形成された酸化物結晶膜であって、PZT結晶膜の主配向が異なる複数の領域(第1の領域11及び第2の領域12)を有する酸化物結晶膜10を形成できる。なお、図3(b)の工程において、PZTアモルファス膜110を残存させず、第1の領域11以外を全て第2の領域12としてもよい。
Through the above steps, the
図2(b)〜図3(b)の工程を繰り返すことにより、酸化物結晶膜10を厚膜化することができる。ここでは、図2(b)〜図3(b)の工程を3回繰り返して厚膜化した酸化物結晶膜10を作製し、第1の領域11と第2の領域12のX線回折を行った。その結果を図4に示す。
By repeating the steps of FIG. 2B to FIG. 3B, the
図4(a)は第1の領域11のX線回折結果を示している。図4(a)より、第1の領域11には、主配向が(111)方向であるPZT(111)結晶膜が形成されていることが確認できる。図4(b)は第2の領域12のX線回折結果を示している。図4(b)より、第2の領域12には、主配向が(100)方向であるPZT(100)結晶膜が形成されていることが確認できる。
FIG. 4A shows the X-ray diffraction result of the
なお、図2(b)〜図3(b)の工程を3回繰り返して厚膜化したのは一例であり、図2(b)〜図3(b)の工程は何回繰り返しても構わない。 Note that the process of FIGS. 2B to 3B is repeated three times to increase the thickness, and the processes of FIGS. 2B to 3B may be repeated any number of times. Absent.
このように、PZT塗布膜を熱分解開始温度以上第1の温度未満の温度に加熱してPZTアモルファス膜とした後に冷却し、更に、PZTアモルファス膜を局部的に結晶化温度以上に加熱すると、PZT(111)結晶膜が形成される。又、局部的にPZT(111)結晶膜が形成されたPZTアモルファス膜を、更に第1の温度以上結晶化温度未満の第2の温度に加熱した後に冷却し、PZTアモルファス膜を局部的に結晶化温度以上に加熱すると、PZT(100)結晶膜が形成される。 Thus, when the PZT coating film is heated to a temperature equal to or higher than the thermal decomposition start temperature and lower than the first temperature to form a PZT amorphous film and then cooled, and further, the PZT amorphous film is locally heated above the crystallization temperature, A PZT (111) crystal film is formed. Further, the PZT amorphous film on which the PZT (111) crystal film is locally formed is further heated to a second temperature that is equal to or higher than the first temperature and lower than the crystallization temperature, and then cooled to locally crystallize the PZT amorphous film. When heated above the crystallization temperature, a PZT (100) crystal film is formed.
なお、PZT塗布膜を熱分解開始温度以上第1の温度未満の温度に加熱する工程を経なくても、PZT(100)結晶膜を形成することができる。すなわち、PZT塗布膜を第1の温度以上結晶化温度未満の第2の温度に加熱してPZTアモルファス膜とした後に冷却し、更に、PZTアモルファス膜を局部的に結晶化温度以上に加熱すると、PZT(100)結晶膜が形成される。 Note that the PZT (100) crystal film can be formed without going through the step of heating the PZT coating film to a temperature not lower than the thermal decomposition start temperature and lower than the first temperature. That is, when the PZT coating film is heated to a second temperature that is equal to or higher than the first temperature and lower than the crystallization temperature to form a PZT amorphous film, and then cooled, and further, the PZT amorphous film is locally heated above the crystallization temperature, A PZT (100) crystal film is formed.
本実施の形態に係る方法では、PZTアモルファス膜110を比較的低い500℃未満の温度で熱処理するので、シリコン基板20やシリコン基板20に積層される各膜に対する熱衝撃が少なく、他のデバイスと集積することが容易である。又、同一の基板上に、同じ材料で機能が異なるデバイスを形成できるため、集積度を向上できる。
In the method according to the present embodiment, since the PZT
なお、上記説明では、PZTに吸収されない連続発振のレーザ光L1(例えば、波長980nm付近)を光源とする例を示したが、これには限定されない。例えば、PZTに吸収されない他の波長の連続発振のレーザ光を光源としてもよいし、PZTに吸収される波長の連続発振のレーザ光を光源としてもよい。又、パルス発振のレーザ光を光源としてもよい。 In the above description, an example in which a continuous wave laser beam L 1 (for example, near a wavelength of 980 nm) that is not absorbed by PZT is used as a light source has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a continuous wave laser beam having another wavelength that is not absorbed by PZT may be used as a light source, or a continuous wave laser beam having a wavelength that is absorbed by PZT may be used as a light source. Alternatively, pulsed laser light may be used as the light source.
又、上記説明では、酸化物結晶膜の材料としてPZTを用いたが、例えば、他のABO3型の材料を用いてもよい。ABO3型の材料とは、一般式ABO3で記述され、A=Pb、Ba、Sr B=Ti、Zr、Sn、Ni、Zn、Mg、Nbを主成分とする複合酸化物である。ABO3型の材料として、例えば、チタン酸バリウムを用る場合には、バリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することが可能である。 In the above description, PZT is used as the material of the oxide crystal film. However, other ABO 3 type materials may be used, for example. The ABO 3 type material is a composite oxide described by the general formula ABO 3 and having A = Pb, Ba, Sr B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, and Nb as main components. For example, when barium titanate is used as an ABO 3 type material, it is possible to prepare a barium titanate precursor solution by dissolving barium alkoxide and a titanium alkoxide compound in a common solvent. is there.
又、上記説明では、PZTアモルファス膜110の下層を白金膜50としたが、白金膜50に代えて、例えば、Ir、Rh、Ru、Pd、Crのうち少なくとも1つの金属を含む金属膜又金属酸化物膜を用いても構わない。
In the above description, the
〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、ライン状の配向パターンを有する酸化物結晶膜の例を示す。なお、第2の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, an example of an oxide crystal film having a linear alignment pattern is shown. In the second embodiment, the description of the same components as those already described is omitted.
図5は、第2の実施の形態に係る酸化物結晶膜を例示する断面図である。図5を参照するに、第2の実施の形態に係る酸化物結晶膜10Aは、同じPZT材料を用いて作製した膜であり、PZT(111)結晶膜が形成された第1の領域11と、PZT(100)結晶膜が形成された第2の領域12とが交互に配置されている。第1の領域11と第2の領域12は、例えば、紙面奥行き方向を長手方向とする略平行なパターンとすることができる。酸化物結晶膜10Aの厚さは任意に決定できるが、例えば、30nm〜2μm程度とすることができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an oxide crystal film according to the second embodiment. Referring to FIG. 5, an
酸化物結晶膜10Aの製造工程は、基本的には、第1の実施の形態に係る酸化物結晶膜10の製造工程とほぼ同様であるが、例えば、以下のようにしてライン状のパターンを形成することができる。
The manufacturing process of the
まず、図2(c)に示す工程と同様に、白金膜50上にPZT塗布膜100が形成されたシリコン基板20をホットプレート上に載置し、例えば、220℃程度に加熱してPZTアモルファス膜110を形成する。その後、室温まで冷却する。
First, similarly to the step shown in FIG. 2C, the
次に、例えば、波長1470nm、ビーム幅50μmの連続発振のレーザ光を、PZTアモルファス膜110に対してライン状に走査しながら照射し、所定間隔でライン状に配置された第1の領域11(PZT(111)結晶膜)を形成する。第1の領域11のピッチ(スキャンピッチ)は、例えば、40μm程度とすることができる。なお、レーザ光を照射しない領域は、PZTアモルファス膜110のままである。
Next, for example, a continuous wave laser beam having a wavelength of 1470 nm and a beam width of 50 μm is irradiated while scanning the PZT
次に、第1の領域11が形成されたPZTアモルファス膜110をホットプレート上に載置し、例えば、350℃程度に加熱し、その後、室温まで冷却する。そして、上記と同様のレーザ光を、隣接する第1の領域11間にライン状に走査しながら照射し、隣接する第1の領域11間に第2の領域12(PZT(100)結晶膜)を形成する。
Next, the PZT
これにより、PZT(111)結晶膜が形成された第1の領域11と、PZT(100)結晶膜が形成された第2の領域12とが交互にライン状に配置された酸化物結晶膜10Aが形成される。上記工程を繰り返して、酸化物結晶膜10Aを厚膜化してもよい。
Thus, the
このように、レーザビーム幅及びスキャンピッチを選択し、所定の位置を狙ってレーザ光を走査することにより、任意の配向パターンを形成できる。 In this manner, an arbitrary alignment pattern can be formed by selecting the laser beam width and the scan pitch and scanning the laser beam aiming at a predetermined position.
なお、シリコン基板20、シリコン酸化膜30、及び酸化チタン膜40は、波長1470nmのレーザ光に対して透明であるため、シリコン基板20の裏面側からレーザ光を照射してもよい。この場合も白金膜50がシリコン基板20の裏面側から照射されるレーザ光を吸収して白金膜50上に形成されたPZTアモルファス膜110を加熱する。
Since the
又、レーザビーム幅及びスキャンピッチを選択して狙いの配向パターンを形成する方法に代えて、所定の開口を備えたマスクを介してレーザ光を照射する方法により、狙いの配向パターンを形成してもよい。 In addition, instead of the method of selecting the laser beam width and scan pitch and forming the target alignment pattern, the target alignment pattern is formed by irradiating the laser beam through a mask having a predetermined opening. Also good.
〈第3の実施の形態〉
第3の実施の形態では、同一の基板上にPZT(111)結晶膜及びPZT(100)結晶膜が形成された酸化物結晶膜をレーザ光を照射せずに作製する例を示す。なお、第3の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, an example in which an oxide crystal film in which a PZT (111) crystal film and a PZT (100) crystal film are formed over the same substrate is manufactured without irradiation with laser light is described. Note that in the third embodiment, description of the same components as those of the already described embodiments is omitted.
図6は、第3の実施の形態に係る酸化物結晶膜の製造工程を例示する図である。まず、第1の実施の形態の図2(a)及び図2(b)に示す工程と同様にして、白金膜50上にPZT塗布膜100を形成する。
FIG. 6 is a diagram illustrating an oxide crystal film manufacturing process according to the third embodiment. First, the
次に、図6(a)に示す工程では、図2(b)に示す構造体を、第1の熱源であるホットプレート500上に載置し、熱分解開始温度(例えば、100℃程度)以上300℃未満の温度(例えば、220℃程度)に加熱する。そして、それと同時に、PZT塗布膜100に第2の熱源である赤外線光源(図示せず)から赤外線L2を照射する。
Next, in the step shown in FIG. 6A, the structure shown in FIG. 2B is placed on the
但し、PZT(111)結晶膜を形成したい領域(第1の領域11に対応)には、赤外線L2が照射されないように赤外線遮蔽用のマスク600を配置する。又、赤外線L2の強度は、ホットプレート500による加熱も考慮して、PZT(100)結晶膜を形成したい領域(第2の領域12に対応)の温度が300℃以上500℃未満の温度(例えば、350℃程度)になるように調整する。これにより、溶媒が蒸発し、PZT塗布膜100は熱分解され、熱履歴の異なる第1のPZTアモルファス膜120と、第2のPZTアモルファス膜130が形成される。その後、室温まで冷却する。
However, the PZT (111) region to form a crystalline film (corresponding to the first region 11), the infrared L 2 is arranged a
次に、図6(b)に示す工程では、図6(a)に示す構造体を、電気炉やRTA(Rapid Thermal Annealing)装置等で外部加熱することにより、結晶化温度以上にする。すなわち、PZTアモルファス膜全体を結晶化温度以上に加熱する。これにより、第1のPZTアモルファス膜120が結晶化してPZT(111)結晶膜となり、同時に、第2のPZTアモルファス膜130が結晶化してPZT(100)結晶膜となり、酸化物結晶膜10Bが形成される。
Next, in the step shown in FIG. 6B, the structure shown in FIG. 6A is heated to the crystallization temperature or higher by external heating with an electric furnace, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus or the like. That is, the entire PZT amorphous film is heated to the crystallization temperature or higher. As a result, the first PZT
このように、同一の基板上にPZT(111)結晶膜及びPZT(100)結晶膜が形成された酸化物結晶膜を、レーザ光を照射せずに作製することができる。この方法は、PZT(111)結晶膜とPZT(100)結晶膜とを同時に形成できる点で有効であるが、レーザ光を照射する方法に比べて、PZT(111)結晶膜とPZT(100)結晶膜の界面が不明確(ぼやけた状態)となりやすい。従って、数10μm程度のライン状の配向パターンを作製するような場合には、レーザ光を照射する方法を用いることが好ましい。 In this manner, an oxide crystal film in which a PZT (111) crystal film and a PZT (100) crystal film are formed over the same substrate can be manufactured without irradiation with laser light. This method is effective in that a PZT (111) crystal film and a PZT (100) crystal film can be formed at the same time, but the PZT (111) crystal film and the PZT (100) are more effective than a method of irradiating a laser beam. The interface of the crystal film tends to be unclear (blurred state). Therefore, when producing a linear alignment pattern of about several tens of μm, it is preferable to use a method of irradiating a laser beam.
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiment has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and replacements are made to the above-described embodiment without departing from the scope described in the claims. Can be added.
例えば、加熱対象物に照射する光はレーザ光には限定されず、どのようなものを用いてもよい。例えば、フラッシュランプ等を用いることができる。又、支持体として、シリコン基板に代えてサファイア基板等を用いてもよい。 For example, the light with which the object to be heated is irradiated is not limited to laser light, and any light may be used. For example, a flash lamp or the like can be used. Further, as the support, a sapphire substrate or the like may be used instead of the silicon substrate.
又、上記実施の形態に係る酸化物結晶膜の製造方法は、同一の基板上にFRAMとDRAMとを集積させる場合等に適用できるが、同一の基板上に異なる配向パターンが形成された感温センサを作製する場合等に適用してもよい。 The manufacturing method of the oxide crystal film according to the above-described embodiment can be applied to the case where FRAM and DRAM are integrated on the same substrate. However, the temperature sensing method in which different orientation patterns are formed on the same substrate. You may apply, for example when producing a sensor.
10、10A、10B 酸化物結晶膜
11 第1の領域
12 第2の領域
20 シリコン基板
30 シリコン酸化膜
40 酸化チタン膜
50 白金膜
100 PZT塗布膜
110 PZTアモルファス膜
120 第1のPZTアモルファス膜
130 第2のPZTアモルファス膜
500 ホットプレート
600 マスク
L1、L2 レーザ光
10, 10A, 10B
Claims (9)
第1の領域と、第2の領域とを有し、
前記第1の領域と前記第2の領域で結晶膜の主配向が異なることを特徴とする酸化物結晶膜。 An oxide crystal film formed on the same substrate,
Having a first region and a second region;
An oxide crystal film, wherein a main orientation of the crystal film is different between the first region and the second region.
前記基板上にアモルファス膜を形成する工程と、
前記アモルファス膜の第1の領域と第2の領域に異なる熱履歴を与えて、前記第1の領域と前記第2の領域に主配向が異なる結晶膜を形成する工程と、を有することを特徴とする酸化物結晶膜の製造方法。 A method for producing an oxide crystal film formed on the same substrate,
Forming an amorphous film on the substrate;
Providing different thermal histories to the first region and the second region of the amorphous film, and forming crystal films having different main orientations in the first region and the second region. A method for producing an oxide crystal film.
前記基板上に塗布膜を形成し、前記塗布膜を熱分解開始温度以上第1の温度未満の温度に加熱して前記アモルファス膜とし、
前記結晶膜を形成する工程は、
前記アモルファス膜の第1の領域を局部的に結晶化温度以上に加熱して、前記アモルファス膜の第1の領域に結晶膜を形成する工程と、
前記第1の領域に結晶膜が形成された前記アモルファス膜を前記第1の温度以上結晶化温度未満の第2の温度に加熱する工程と、
前記アモルファス膜の第2の領域を局部的に結晶化温度以上に加熱して、前記アモルファス膜の第2の領域に、前記第1の領域とは主配向が異なる結晶膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項4記載の酸化物結晶膜の製造方法。 In the step of forming the amorphous film,
Forming a coating film on the substrate, and heating the coating film to a temperature not lower than the first decomposition temperature and lower than the first temperature to form the amorphous film;
The step of forming the crystal film includes
Heating the first region of the amorphous film locally above the crystallization temperature to form a crystal film in the first region of the amorphous film;
Heating the amorphous film having a crystal film formed in the first region to a second temperature not lower than the first temperature and lower than the crystallization temperature;
Heating the second region of the amorphous film locally to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature to form a crystal film having a main orientation different from that of the first region in the second region of the amorphous film; The method for producing an oxide crystal film according to claim 4, comprising:
光を照射することにより、前記アモルファス膜の第1の領域及び第2の領域を局部的に結晶化温度以上に加熱することを特徴とする請求項5記載の酸化物結晶膜の製造方法。 In the step of forming the crystal film,
6. The method for producing an oxide crystal film according to claim 5, wherein the first region and the second region of the amorphous film are locally heated to a temperature equal to or higher than a crystallization temperature by irradiating light.
前記基板上に塗布膜を形成し、前記塗布膜の第1の領域を熱分解開始温度以上第1の温度未満の温度に加熱すると同時に、前記塗布膜の第2の領域を前記第1の温度以上結晶化温度未満の第2の温度に加熱して前記アモルファス膜とし、
前記結晶膜を形成する工程では、
前記アモルファス膜全体を結晶化温度以上に加熱して、前記第1の領域と前記第2の領域に主配向が異なる結晶膜を形成することを特徴とする請求項4記載の酸化物結晶膜の製造方法。 In the step of forming the amorphous film,
A coating film is formed on the substrate, and the first region of the coating film is heated to a temperature not lower than the first decomposition temperature and lower than the first temperature, and at the same time, the second region of the coating film is heated to the first temperature. The amorphous film is heated to a second temperature lower than the crystallization temperature.
In the step of forming the crystal film,
5. The oxide crystal film according to claim 4, wherein the entire amorphous film is heated to a temperature equal to or higher than a crystallization temperature to form crystal films having different main orientations in the first region and the second region. Production method.
前記塗布膜の第1の領域及び第2の領域を第1の熱源で加熱すると同時に、前記塗布膜の第2の領域を第2の熱源で加熱し、前記塗布膜の第1の領域を熱分解開始温度以上第1の温度未満の温度にし、前記塗布膜の第2の領域を前記第1の温度以上結晶化温度未満の第2の温度にする請求項7記載の酸化物結晶膜の製造方法。 In the step of forming the amorphous film,
The first region and the second region of the coating film are heated by a first heat source, and at the same time, the second region of the coating film is heated by a second heat source to heat the first region of the coating film. The oxide crystal film manufacturing method according to claim 7, wherein the temperature is set to a temperature not lower than a decomposition start temperature and lower than a first temperature, and the second region of the coating film is set to a second temperature not lower than the first temperature and lower than a crystallization temperature. Method.
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