JP2688872B2 - Ｐｚｔ薄膜の作製方法及びスパッタリング装置 - Google Patents
Ｐｚｔ薄膜の作製方法及びスパッタリング装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリングにより
基板上にＰＺＴ薄膜を作製する方法及びそのためのスパ
ッタリング装置に関する。
基板上にＰＺＴ薄膜を作製する方法及びそのためのスパ
ッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】多元系酸化物強誘電体の一種であるＰｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（以下、ＰＺＴと呼ぶ。）は、高い
誘電率と、大きな圧電効果、焦電効果、及び電気光学効
果等の特徴を持ち、バルクセラミックスとしては既に多
くのデバイスが実用化されている。
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（以下、ＰＺＴと呼ぶ。）は、高い
誘電率と、大きな圧電効果、焦電効果、及び電気光学効
果等の特徴を持ち、バルクセラミックスとしては既に多
くのデバイスが実用化されている。
【０００３】一方、ＰＺＴの薄膜化技術も、半導体メモ
リ−への応用を目指して活発に研究されている。ＰＺＴ
薄膜の半導体メモリ−への応用としては、ＤＲＡＭ向け
キャパシタ材料や不揮発性ＲＡＭ向け材料として有望視
されている。
リ−への応用を目指して活発に研究されている。ＰＺＴ
薄膜の半導体メモリ−への応用としては、ＤＲＡＭ向け
キャパシタ材料や不揮発性ＲＡＭ向け材料として有望視
されている。
【０００４】ＤＲＡＭ向けキャパシタ材料としては、Ｐ
ＺＴが高い誘電率を有することにより、従来のキャパシ
タ材料に比べて、同一面積、同一膜厚で大きなキャパシ
タ容量を得ることができる。ＰＺＴのバルク材料の誘電
率は１０００以上であり、現在用いられているＳｉＯ2
の誘電率（ε＝３．８）よりも非常に大きい。高い誘電
率を有する膜を使用できれば、デバイスの面積を大幅に
縮小できる可能性がある。このことは、特に、次世代デ
バイス（例えば６４Ｍビット〜１ＧビットのＤＲＡＭ）
製造のために必要な高密度化及び高集積化技術と関連し
て非常に重要である。
ＺＴが高い誘電率を有することにより、従来のキャパシ
タ材料に比べて、同一面積、同一膜厚で大きなキャパシ
タ容量を得ることができる。ＰＺＴのバルク材料の誘電
率は１０００以上であり、現在用いられているＳｉＯ2
の誘電率（ε＝３．８）よりも非常に大きい。高い誘電
率を有する膜を使用できれば、デバイスの面積を大幅に
縮小できる可能性がある。このことは、特に、次世代デ
バイス（例えば６４Ｍビット〜１ＧビットのＤＲＡＭ）
製造のために必要な高密度化及び高集積化技術と関連し
て非常に重要である。
【０００５】一方、不揮発性ＲＡＭ向け材料としては、
ＰＺＴが自発分極を有し、かつこの自発分極が外部電界
によって反転可能なヒステリシス特性を持つこと、つま
り、外部電界Ｅ＝０での正、反転残留分極を利用して、
不揮発性ＲＡＭとしての応用が考えられている。
ＰＺＴが自発分極を有し、かつこの自発分極が外部電界
によって反転可能なヒステリシス特性を持つこと、つま
り、外部電界Ｅ＝０での正、反転残留分極を利用して、
不揮発性ＲＡＭとしての応用が考えられている。
【０００６】このＰＺＴの薄膜化技術としては、スパッ
タリング法、ＣＶＤ法、レ−ザ−アブレ−ション法等が
報告されている。これらの成膜方法のうち、量産化の観
点から検討すると、スパッタリング法が簡易的で有望で
ある。しかし、シングルタ−ゲットスパッタリング法で
は次のような欠点があった。
タリング法、ＣＶＤ法、レ−ザ−アブレ−ション法等が
報告されている。これらの成膜方法のうち、量産化の観
点から検討すると、スパッタリング法が簡易的で有望で
ある。しかし、シングルタ−ゲットスパッタリング法で
は次のような欠点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のシングルタ−ゲ
ットスパッタリング法は、京セラの岡村等が報告してお
り、これは、ＰｂとＺｒとＴｉの金属からなる複合シン
グルタ−ゲットを用いた成膜法である（Japanese Journ
al of Applied Physics, Vol.30 (5), 1991, p1034）。
この方法によれば、１個のタ−ゲットを３種類の金属の
モザイク模様によって構成して、各金属の面積を変える
ことにより膜組成を自由に制御しようとしている。
ットスパッタリング法は、京セラの岡村等が報告してお
り、これは、ＰｂとＺｒとＴｉの金属からなる複合シン
グルタ−ゲットを用いた成膜法である（Japanese Journ
al of Applied Physics, Vol.30 (5), 1991, p1034）。
この方法によれば、１個のタ−ゲットを３種類の金属の
モザイク模様によって構成して、各金属の面積を変える
ことにより膜組成を自由に制御しようとしている。
【０００８】しかし、上述の複合シングルターゲットを
使う方法は、膜組成の制御性の限界として次の問題点が
あげられる。 （１）金属破片をタ−ゲット上に載せているだけなの
で、金属の水冷効果が悪い。したがって、スパッタリン
グ中にタ−ゲットの温度が上昇し、高電力を投入する
と、融点の低い鉛は、スパッタリング現象だけでなく熱
蒸発の現象も伴い、制御性及び再現性が悪くなる。 （２）鉛に関する同様な現象は、高基板温度時にも起こ
る。ＰＺＴ薄膜をas-grown状態でペロブスカイト相の単
相に成長させるためには、５５０℃以上の基板温度が必
要である。したがって、鉛の熱蒸発の現象は無視できな
い。 （３）金属破片の面積を調整することによって膜組成を
制御しているので、ターゲットの使用時間の経過につれ
て、得られる膜組成が次第に変化する。 （４）プロセス条件により膜中の鉛の量が変化するため
再現性に問題がある。例えば、高基板温度（６００℃以
上）で鉛は減少するし、またスパッタリングガス圧を上
げると鉛は増加する。このため、ＰＺＴのペロブスカイ
ト相の単相を再現性よく得ることが難しい。 （５）酸素ガスを用いたリアクティブスパッタリングに
より金属タ−ゲット表面が酸化する。表面の酸化の程度
はスパッタリング条件によって変化し、それが膜作製速
度に影響を与えることは、リアクティブスパッタリング
におけるヒステリシス現象としてよく知られている。ヒ
ステリシス現象が生じると膜の再現性が悪い。
使う方法は、膜組成の制御性の限界として次の問題点が
あげられる。 （１）金属破片をタ−ゲット上に載せているだけなの
で、金属の水冷効果が悪い。したがって、スパッタリン
グ中にタ−ゲットの温度が上昇し、高電力を投入する
と、融点の低い鉛は、スパッタリング現象だけでなく熱
蒸発の現象も伴い、制御性及び再現性が悪くなる。 （２）鉛に関する同様な現象は、高基板温度時にも起こ
る。ＰＺＴ薄膜をas-grown状態でペロブスカイト相の単
相に成長させるためには、５５０℃以上の基板温度が必
要である。したがって、鉛の熱蒸発の現象は無視できな
い。 （３）金属破片の面積を調整することによって膜組成を
制御しているので、ターゲットの使用時間の経過につれ
て、得られる膜組成が次第に変化する。 （４）プロセス条件により膜中の鉛の量が変化するため
再現性に問題がある。例えば、高基板温度（６００℃以
上）で鉛は減少するし、またスパッタリングガス圧を上
げると鉛は増加する。このため、ＰＺＴのペロブスカイ
ト相の単相を再現性よく得ることが難しい。 （５）酸素ガスを用いたリアクティブスパッタリングに
より金属タ−ゲット表面が酸化する。表面の酸化の程度
はスパッタリング条件によって変化し、それが膜作製速
度に影響を与えることは、リアクティブスパッタリング
におけるヒステリシス現象としてよく知られている。ヒ
ステリシス現象が生じると膜の再現性が悪い。
【０００９】一方で、従来のシングルタ−ゲットスパッ
タリング法の第２の方法としては、日立の鳥居等が報告
しており、これは、酸化物の焼結体からなるシングルタ
−ゲット（タ−ゲットの組成はＰｂ（Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5）
Ｏ3＋１５％ＰｂＯである。）を利用する方法がある（E
xtended Abstracts of the 1991 International Confer
ence on State Devices and Materials, Yokohama, 199
1, p195）。
タリング法の第２の方法としては、日立の鳥居等が報告
しており、これは、酸化物の焼結体からなるシングルタ
−ゲット（タ−ゲットの組成はＰｂ（Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5）
Ｏ3＋１５％ＰｂＯである。）を利用する方法がある（E
xtended Abstracts of the 1991 International Confer
ence on State Devices and Materials, Yokohama, 199
1, p195）。
【００１０】この方法によれば、焼結体タ−ゲットを用
いているのでタ−ゲットの組成は精密に決められる。し
かも、タ−ゲットを効率よく水冷できるので、投入電力
や基板加熱による上述した熱蒸発の問題やこれによる基
板への付着の問題は除去される。この論文では、低温
（２００℃）で膜を作製し、その後、高温で熱処理する
ことによってＰＺＴ薄膜のペロブスカイト構造を得てい
る。しかし、この方法では次のような欠点がある。 （６）焼結体タ−ゲットなので、タ−ゲット組成が固定
される。 （７）高基板温度での膜中のＰｂの欠乏が極端なため、
膜組成の精密制御ができない。また、as-grown膜はペロ
ブスカイト相とパイロクロア相との混相になり、単相の
ペロブスカイト相が得られない。このように、所定の結
晶構造を人工的に制御して膜を作製することができな
い。 （８）ＰＺＴ薄膜を堆積後、大気中で熱処理すると、膜
中のＰｂが再蒸発し易く、膜組成の人工的な制御が難し
い。
いているのでタ−ゲットの組成は精密に決められる。し
かも、タ−ゲットを効率よく水冷できるので、投入電力
や基板加熱による上述した熱蒸発の問題やこれによる基
板への付着の問題は除去される。この論文では、低温
（２００℃）で膜を作製し、その後、高温で熱処理する
ことによってＰＺＴ薄膜のペロブスカイト構造を得てい
る。しかし、この方法では次のような欠点がある。 （６）焼結体タ−ゲットなので、タ−ゲット組成が固定
される。 （７）高基板温度での膜中のＰｂの欠乏が極端なため、
膜組成の精密制御ができない。また、as-grown膜はペロ
ブスカイト相とパイロクロア相との混相になり、単相の
ペロブスカイト相が得られない。このように、所定の結
晶構造を人工的に制御して膜を作製することができな
い。 （８）ＰＺＴ薄膜を堆積後、大気中で熱処理すると、膜
中のＰｂが再蒸発し易く、膜組成の人工的な制御が難し
い。
【００１１】このように、シングルタ−ゲットスパッタ
リング法では、タ−ゲットの形状、タ−ゲットのランニ
ング時間、プロセス条件などに膜組成が依存し、膜の再
現性、制御性、膜質が悪くなる恐れがある。また、所定
の結晶構造の膜を人工的に制御して作製することができ
ない。
リング法では、タ−ゲットの形状、タ−ゲットのランニ
ング時間、プロセス条件などに膜組成が依存し、膜の再
現性、制御性、膜質が悪くなる恐れがある。また、所定
の結晶構造の膜を人工的に制御して作製することができ
ない。
【００１２】また、阿部等は、１個のＰｂＯタ−ゲット
と１個のＰＺＴタ−ゲットを用いた第３の方法について
述べている（Japanese Journal of Applied Physics vo
l.30, 1991, p2152 〜2154）。
と１個のＰＺＴタ−ゲットを用いた第３の方法について
述べている（Japanese Journal of Applied Physics vo
l.30, 1991, p2152 〜2154）。
【００１３】この方法によれば、ＰｂＯタ−ゲットとＰ
ＺＴタ−ゲットとに投入する高周波電力を制御すること
により膜中のＰｂ量を制御することができ、また、基板
温度５００℃のとき、ある条件ではペロブスカイト構造
の膜が形成できたと報告している。しかし、実験結果か
ら、同方法では次のような欠点がある。 （９）ＰｂＯタ−ゲットのスパッタレ−トはＰＺＴタ−
ゲットのスパッタレ−トに比べて非常に高い。発明者の
実験では、同一条件でスパッタリングすると、ＰｂＯタ
−ゲットのスパッタレ−トはＰＺＴタ−ゲットのスパッ
タレ−トの約１０倍である。また、ＰｂＯタ−ゲットへ
の投入電力が１００Ｗ以下では、投入電力とスパッタレ
−トとの関係は非線形な関係にある。
ＺＴタ−ゲットとに投入する高周波電力を制御すること
により膜中のＰｂ量を制御することができ、また、基板
温度５００℃のとき、ある条件ではペロブスカイト構造
の膜が形成できたと報告している。しかし、実験結果か
ら、同方法では次のような欠点がある。 （９）ＰｂＯタ−ゲットのスパッタレ−トはＰＺＴタ−
ゲットのスパッタレ−トに比べて非常に高い。発明者の
実験では、同一条件でスパッタリングすると、ＰｂＯタ
−ゲットのスパッタレ−トはＰＺＴタ−ゲットのスパッ
タレ−トの約１０倍である。また、ＰｂＯタ−ゲットへ
の投入電力が１００Ｗ以下では、投入電力とスパッタレ
−トとの関係は非線形な関係にある。
【００１４】したがって、ＰＺＴとＰｂＯ各１個のタ−
ゲット構成では、ＰｂＯターゲットに投入する電力を比
較的小さくする必要があって、それゆえに膜組成の精密
制御が困難である。また、ＰＺＴタ−ゲットの投入電力
を非常に大きくすることによって、ＰｂＯターゲットに
投入する電力もある程度大きくすることが考えられる
が、実用的にはＰＺＴタ−ゲットの破損を生じる可能性
があるので、ＰＺＴターゲットへの最大投入電力による
制約がある。総合的にみて、この第３の方法では、実用
的な膜形成レ−トで高精度に膜中のＰｂの組成制御をす
るのは困難である。
ゲット構成では、ＰｂＯターゲットに投入する電力を比
較的小さくする必要があって、それゆえに膜組成の精密
制御が困難である。また、ＰＺＴタ−ゲットの投入電力
を非常に大きくすることによって、ＰｂＯターゲットに
投入する電力もある程度大きくすることが考えられる
が、実用的にはＰＺＴタ−ゲットの破損を生じる可能性
があるので、ＰＺＴターゲットへの最大投入電力による
制約がある。総合的にみて、この第３の方法では、実用
的な膜形成レ−トで高精度に膜中のＰｂの組成制御をす
るのは困難である。
【００１５】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、所定の組み合
わせのターゲットを用いることによって、高基板温度で
膜が化学量論組成比になるように、基板に入射する鉛の
量を過剰に供給し、所定の組成と結晶構造のＰＺＴ薄膜
を作製する技術を提供することにある。特に、本発明
は、ＩＣのメモリキャパシタに有用な、単相のパイロク
ロア相、パイロクロア相とペロブスカイト相の混相、単
相のペロブスカイト相のいずれかのＰＺＴ薄膜を再現性
良く、かつ、精度良く作製できる方法とそのための装置
を提供するものである。
わせのターゲットを用いることによって、高基板温度で
膜が化学量論組成比になるように、基板に入射する鉛の
量を過剰に供給し、所定の組成と結晶構造のＰＺＴ薄膜
を作製する技術を提供することにある。特に、本発明
は、ＩＣのメモリキャパシタに有用な、単相のパイロク
ロア相、パイロクロア相とペロブスカイト相の混相、単
相のペロブスカイト相のいずれかのＰＺＴ薄膜を再現性
良く、かつ、精度良く作製できる方法とそのための装置
を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段及び作用】本願の各発明
は、複数のターゲットをスパッタリングすることによっ
て基板上にＰＺＴ薄膜を作製する方法において、次のよ
うな共通の特徴を備えている。 （イ）３個以上のターゲットを用いる。 （ロ）各ターゲットは、鉛とチタンとジルコニウムの３
元素のうちの少なくとも一つの酸化物である。 （ハ）少なくとも一つのターゲットは他のターゲットと
は組成が異なる。 （ニ）薄膜の作製中は、基板を加熱しながら、基板が各
ターゲットに順に対向するように基板を移動させる。
は、複数のターゲットをスパッタリングすることによっ
て基板上にＰＺＴ薄膜を作製する方法において、次のよ
うな共通の特徴を備えている。 （イ）３個以上のターゲットを用いる。 （ロ）各ターゲットは、鉛とチタンとジルコニウムの３
元素のうちの少なくとも一つの酸化物である。 （ハ）少なくとも一つのターゲットは他のターゲットと
は組成が異なる。 （ニ）薄膜の作製中は、基板を加熱しながら、基板が各
ターゲットに順に対向するように基板を移動させる。
【００１７】本発明においてＰＺＴとは、Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3を意味する。このＰＺＴの結晶構造は、ペロ
ブスカイト単相、パイロクロア単相、あるいはこれらの
混合相であり、結晶状態における組成比（化学量論比）
は、Ｐｂ：（Ｚｒ＋Ｔｉ）：Ｏ＝１：１：３である。Ｚ
ｒとＴｉの比率は任意の値をとることができるが、ＩＣ
のキャパシタとして使うことを考えると、誘電率が最も
大きくなるような比率を選択するのが好ましい。バルク
のＰＺＴではＺｒ：Ｔｉ＝０．５：０．５のときに誘電
率が最大になるというデータもあるが、薄膜のＰＺＴで
は、これ以外の比率で誘電率が最大となる場合も有り得
る。
Ｔｉ）Ｏ3を意味する。このＰＺＴの結晶構造は、ペロ
ブスカイト単相、パイロクロア単相、あるいはこれらの
混合相であり、結晶状態における組成比（化学量論比）
は、Ｐｂ：（Ｚｒ＋Ｔｉ）：Ｏ＝１：１：３である。Ｚ
ｒとＴｉの比率は任意の値をとることができるが、ＩＣ
のキャパシタとして使うことを考えると、誘電率が最も
大きくなるような比率を選択するのが好ましい。バルク
のＰＺＴではＺｒ：Ｔｉ＝０．５：０．５のときに誘電
率が最大になるというデータもあるが、薄膜のＰＺＴで
は、これ以外の比率で誘電率が最大となる場合も有り得
る。
【００１８】本発明で作製したＰＺＴ薄膜を評価するに
は、いろいろな方法が考えられる。薄膜全体の平均的な
組成比を測定するには、エネルギー分散型のＸ線マイク
ロアナライザ（ＥＤＸ）を利用することができる。この
測定によれば厚さ方向の平均的な膜組成を検出すること
ができる。本発明で作製したＰＺＴ薄膜をこのＥＤＸで
測定すると、一般的に上述の化学量論比とは正確には一
致しない。だからと言って、所定の結晶構造のＰＺＴが
形成されていないと結論づけることはできない。作製し
た薄膜の評価方法としてはＥＤＸのほかに、Ｘ線回折測
定を利用することができる。このＸ線回折測定によれ
ば、特徴的な回折ピークを検出することによって、結晶
構造を同定することができる。本発明で作製したＰＺＴ
薄膜についてＸ線回折測定を行うと、上述のＥＤＸ測定
結果では所定の化学量論比からずれているような薄膜に
対しても、例えばペロブスカイト相のＰＺＴ薄膜に特有
な回折ピークが得られている。このことは、作製された
薄膜としては、所定の化学量論比である結晶構造のＰＺ
Ｔ以外に、所定の結晶構造になっていない部分も存在し
ていることを意味している。そこで、ＰＺＴ薄膜の表面
をオージェ電子分光で測定すると、薄膜の表面では、Ｅ
ＤＸ測定で得られた組成比以上にＰｂが過剰となってい
る、などの情報が得られた。同様に、薄膜内部において
も、多結晶状態の結晶界面でＰｂが過剰になっている可
能性もある。結局、本発明は、結晶構造（ペロブスカイ
ト単相、パイロクロア単相、ペロブスカイト相とパイロ
クロア相との混相のいずれか）のＰＺＴ薄膜を作製する
ことを目的としているが、薄膜全体がこのような結晶構
造だけから成り立っている場合に限らずに、薄膜の表面
や多結晶状態の結晶界面などに所定の結晶構造以外の部
分が含まれているようなＰＺＴ薄膜も、本発明の対象と
なる。
は、いろいろな方法が考えられる。薄膜全体の平均的な
組成比を測定するには、エネルギー分散型のＸ線マイク
ロアナライザ（ＥＤＸ）を利用することができる。この
測定によれば厚さ方向の平均的な膜組成を検出すること
ができる。本発明で作製したＰＺＴ薄膜をこのＥＤＸで
測定すると、一般的に上述の化学量論比とは正確には一
致しない。だからと言って、所定の結晶構造のＰＺＴが
形成されていないと結論づけることはできない。作製し
た薄膜の評価方法としてはＥＤＸのほかに、Ｘ線回折測
定を利用することができる。このＸ線回折測定によれ
ば、特徴的な回折ピークを検出することによって、結晶
構造を同定することができる。本発明で作製したＰＺＴ
薄膜についてＸ線回折測定を行うと、上述のＥＤＸ測定
結果では所定の化学量論比からずれているような薄膜に
対しても、例えばペロブスカイト相のＰＺＴ薄膜に特有
な回折ピークが得られている。このことは、作製された
薄膜としては、所定の化学量論比である結晶構造のＰＺ
Ｔ以外に、所定の結晶構造になっていない部分も存在し
ていることを意味している。そこで、ＰＺＴ薄膜の表面
をオージェ電子分光で測定すると、薄膜の表面では、Ｅ
ＤＸ測定で得られた組成比以上にＰｂが過剰となってい
る、などの情報が得られた。同様に、薄膜内部において
も、多結晶状態の結晶界面でＰｂが過剰になっている可
能性もある。結局、本発明は、結晶構造（ペロブスカイ
ト単相、パイロクロア単相、ペロブスカイト相とパイロ
クロア相との混相のいずれか）のＰＺＴ薄膜を作製する
ことを目的としているが、薄膜全体がこのような結晶構
造だけから成り立っている場合に限らずに、薄膜の表面
や多結晶状態の結晶界面などに所定の結晶構造以外の部
分が含まれているようなＰＺＴ薄膜も、本発明の対象と
なる。
【００１９】本発明で使用するターゲットは、鉛とチタ
ンとジルコニウムの３元素のうちの少なくとも一つの酸
化物である。したがって、使用できるターゲットの種類
としては、上述の３元素のいずれか一つの酸化物か、上
述の３元素のいずれか二つの酸化物か、上述の３元素す
べての酸化物かのいずれかである。
ンとジルコニウムの３元素のうちの少なくとも一つの酸
化物である。したがって、使用できるターゲットの種類
としては、上述の３元素のいずれか一つの酸化物か、上
述の３元素のいずれか二つの酸化物か、上述の３元素す
べての酸化物かのいずれかである。
【００２０】本発明では各ターゲットはそれぞれ一体化
できるので、各ターゲットを完全に裏板にボンディング
できる。これにより、ターゲットは効率的に水冷され、
ターゲットに大電力を印加したり基板温度を高くしたり
しても、ターゲットの温度上昇は抑制される。したがっ
て、上述の従来技術の（１）〜（３）の問題が解決され
る。
できるので、各ターゲットを完全に裏板にボンディング
できる。これにより、ターゲットは効率的に水冷され、
ターゲットに大電力を印加したり基板温度を高くしたり
しても、ターゲットの温度上昇は抑制される。したがっ
て、上述の従来技術の（１）〜（３）の問題が解決され
る。
【００２１】第１の発明は、前述の共通の特徴に加え
て、鉛の酸化物のターゲットと、鉛とジルコニウムとチ
タンの酸化物のターゲット、とを用い、前者のターゲッ
トの個数が後者のターゲットの個数よりも少ないことを
特徴としている。鉛の酸化物としては、代表的なものに
ＰｂＯがあり、このほかに、Ｐｂ2 Ｏ、Ｐｂ3 Ｏ4 、Ｐ
ｂ2 Ｏ3 、ＰｂＯ2 も使える。鉛とジルコニウムとチタ
ンの酸化物のターゲットとしては、代表的なものにバル
ク状態のＰＺＴがあり、このほかに、鉛とジルコニウム
とチタンのうちの一つまたは二つの酸化物の複数種類が
混合状態となっているものも使える。
て、鉛の酸化物のターゲットと、鉛とジルコニウムとチ
タンの酸化物のターゲット、とを用い、前者のターゲッ
トの個数が後者のターゲットの個数よりも少ないことを
特徴としている。鉛の酸化物としては、代表的なものに
ＰｂＯがあり、このほかに、Ｐｂ2 Ｏ、Ｐｂ3 Ｏ4 、Ｐ
ｂ2 Ｏ3 、ＰｂＯ2 も使える。鉛とジルコニウムとチタ
ンの酸化物のターゲットとしては、代表的なものにバル
ク状態のＰＺＴがあり、このほかに、鉛とジルコニウム
とチタンのうちの一つまたは二つの酸化物の複数種類が
混合状態となっているものも使える。
【００２２】本発明では、鉛の酸化物のターゲットのス
パッタレートが他のターゲットのスパッタレートよりも
非常に大きいことを考慮して、鉛の酸化物のターゲット
の個数を他のターゲットの個数よりも少なくしている。
これにより、鉛の酸化物のターゲットに印加する電力を
あまり小さくしなくてすみ、かつ、他のターゲットに印
加する電力もあまり大きくしなくてすみ、再現性良く膜
作製を行うことができる。このことは、後述の第３の発
明においても同様である。
パッタレートが他のターゲットのスパッタレートよりも
非常に大きいことを考慮して、鉛の酸化物のターゲット
の個数を他のターゲットの個数よりも少なくしている。
これにより、鉛の酸化物のターゲットに印加する電力を
あまり小さくしなくてすみ、かつ、他のターゲットに印
加する電力もあまり大きくしなくてすみ、再現性良く膜
作製を行うことができる。このことは、後述の第３の発
明においても同様である。
【００２３】第２の発明は、第１の発明において、鉛の
酸化物のターゲットを１個と、鉛とジルコニウムとチタ
ンの酸化物のターゲットを３個用いることを特徴として
いる。例えば、ＰｂＯターゲット１個と、ＰＺＴターゲ
ット３個を用いることができる。
酸化物のターゲットを１個と、鉛とジルコニウムとチタ
ンの酸化物のターゲットを３個用いることを特徴として
いる。例えば、ＰｂＯターゲット１個と、ＰＺＴターゲ
ット３個を用いることができる。
【００２４】本願発明の別の態様では、前述の共通の特
徴に加えて、鉛の酸化物のターゲットと、ジルコニウム
の酸化物のターゲット及び鉛とジルコニウムの酸化物の
ターゲットのうちの少なくとも一種類と、チタンの酸化
物のターゲット及び鉛とチタンの酸化物のターゲットの
うちの少なくとも一種類、とを用い、鉛の酸化物のター
ゲットの個数が他のターゲットの個数の総和よりも少な
いことを特徴としている。鉛の酸化物については第２の
発明で述べた通りである。ジルコニウムの酸化物として
は、ＺｒＯ2が使える。鉛とジルコニウムの酸化物のタ
ーゲットとしては、ＰｂＺｒＯ3が使える。チタンの酸
化物としては、ＴｉＯ、Ｔｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2を用いるこ
とができる。鉛とチタンの酸化物のターゲットとして
は、ＰｂＴｉＯ3が使える。本発明の具体例としては、
ＰｂＯターゲット１個と、ＺｒＯ2ターゲット２個と、
ＴｉＯターゲット２個とを用いる例や、ＰｂＯターゲッ
ト１個と、ＰｂＺｒＯ3ターゲット２個と、ＰｂＴｉＯ3
ターゲット２個とを用いる例がある。
徴に加えて、鉛の酸化物のターゲットと、ジルコニウム
の酸化物のターゲット及び鉛とジルコニウムの酸化物の
ターゲットのうちの少なくとも一種類と、チタンの酸化
物のターゲット及び鉛とチタンの酸化物のターゲットの
うちの少なくとも一種類、とを用い、鉛の酸化物のター
ゲットの個数が他のターゲットの個数の総和よりも少な
いことを特徴としている。鉛の酸化物については第２の
発明で述べた通りである。ジルコニウムの酸化物として
は、ＺｒＯ2が使える。鉛とジルコニウムの酸化物のタ
ーゲットとしては、ＰｂＺｒＯ3が使える。チタンの酸
化物としては、ＴｉＯ、Ｔｉ2Ｏ3、ＴｉＯ2を用いるこ
とができる。鉛とチタンの酸化物のターゲットとして
は、ＰｂＴｉＯ3が使える。本発明の具体例としては、
ＰｂＯターゲット１個と、ＺｒＯ2ターゲット２個と、
ＴｉＯターゲット２個とを用いる例や、ＰｂＯターゲッ
ト１個と、ＰｂＺｒＯ3ターゲット２個と、ＰｂＴｉＯ3
ターゲット２個とを用いる例がある。
【００２５】第３の発明は、前述の共通の特徴に加え
て、鉛の酸化物のターゲットと、ジルコニウムの酸化物
のターゲット及び鉛とジルコニウムの酸化物のターゲッ
トのうちの少なくとも一種類と、チタンの酸化物のター
ゲット及び鉛とチタンの酸化物のターゲットのうちの少
なくとも一種類と、鉛とジルコニウムとチタンの酸化物
のターゲット、とを用い、鉛の酸化物のターゲットの個
数が他のターゲットの個数の総和よりも少ないことを特
徴としている。鉛の酸化物、鉛とジルコニウムとチタン
の酸化物については第１の発明で述べた通りである。ジ
ルコニウムの酸化物、鉛とジルコニウムの酸化物、チタ
ンの酸化物、鉛とチタンの酸化物については第４の発明
で述べた通りである。本発明の例としては、ＰｂＯター
ゲット１個と、ＺｒＯ2ターゲット１個と、ＴｉＯター
ゲット１個と、ＰＺＴターゲット２個とを用いることが
できる。
て、鉛の酸化物のターゲットと、ジルコニウムの酸化物
のターゲット及び鉛とジルコニウムの酸化物のターゲッ
トのうちの少なくとも一種類と、チタンの酸化物のター
ゲット及び鉛とチタンの酸化物のターゲットのうちの少
なくとも一種類と、鉛とジルコニウムとチタンの酸化物
のターゲット、とを用い、鉛の酸化物のターゲットの個
数が他のターゲットの個数の総和よりも少ないことを特
徴としている。鉛の酸化物、鉛とジルコニウムとチタン
の酸化物については第１の発明で述べた通りである。ジ
ルコニウムの酸化物、鉛とジルコニウムの酸化物、チタ
ンの酸化物、鉛とチタンの酸化物については第４の発明
で述べた通りである。本発明の例としては、ＰｂＯター
ゲット１個と、ＺｒＯ2ターゲット１個と、ＴｉＯター
ゲット１個と、ＰＺＴターゲット２個とを用いることが
できる。
【００２６】第４の発明は、前述の共通の特徴に加え
て、まず、各ターゲットに印加する電力を制御すること
によって、ジルコニウムとチタンの和で規格化した鉛の
基板入射原子束比を制御することを特徴としている。
「ジルコニウムとチタンの和で規格化した鉛の基板入射
原子束比」とは、単位時間当たりにジルコニウムとチタ
ンとが基板に入射する総量に対する、単位時間当たりに
鉛が基板に入射する量の比率である。本発明では、各タ
ーゲットに印加する電力を個別に制御することにより、
ターゲット温度や経時変化の影響を受けずに、ターゲッ
トから飛び出す鉛の量を制御できる。
て、まず、各ターゲットに印加する電力を制御すること
によって、ジルコニウムとチタンの和で規格化した鉛の
基板入射原子束比を制御することを特徴としている。
「ジルコニウムとチタンの和で規格化した鉛の基板入射
原子束比」とは、単位時間当たりにジルコニウムとチタ
ンとが基板に入射する総量に対する、単位時間当たりに
鉛が基板に入射する量の比率である。本発明では、各タ
ーゲットに印加する電力を個別に制御することにより、
ターゲット温度や経時変化の影響を受けずに、ターゲッ
トから飛び出す鉛の量を制御できる。
【００２７】この第４の発明は、さらに、チタンとジル
コニウムの和で規格化した鉛の基板入射原子束比が１．
５〜１０の範囲であることを特徴としている。なお、こ
の発明は、基板に入射する時点での原子束比が１．５〜
１０の範囲にあるものであって、膜中での、ジルコニウ
ムとチタンの和で規格化した鉛の原子比は、通常は上述
の値よりもかなり小さい。薄膜全体が所定の結晶構造の
ＰＺＴになっていると仮定すれば、ジルコニウムとチタ
ンの和で規格化した鉛の膜中の原子比は１．０である。
本発明では、鉛の基板入射原子束比を１．５〜１０の範
囲内に制御することによって、基板温度やスパッタリン
ガス圧力の条件とは独立の制御因子によって所定の組成
の膜を得ることができる。
コニウムの和で規格化した鉛の基板入射原子束比が１．
５〜１０の範囲であることを特徴としている。なお、こ
の発明は、基板に入射する時点での原子束比が１．５〜
１０の範囲にあるものであって、膜中での、ジルコニウ
ムとチタンの和で規格化した鉛の原子比は、通常は上述
の値よりもかなり小さい。薄膜全体が所定の結晶構造の
ＰＺＴになっていると仮定すれば、ジルコニウムとチタ
ンの和で規格化した鉛の膜中の原子比は１．０である。
本発明では、鉛の基板入射原子束比を１．５〜１０の範
囲内に制御することによって、基板温度やスパッタリン
ガス圧力の条件とは独立の制御因子によって所定の組成
の膜を得ることができる。
【００２８】第５の発明は、第４の発明において、基板
温度が４５０〜８００℃の範囲内で、スパッタリングガ
スの圧力が０．１〜４０Ｐａの範囲内であることを特徴
としている。スパッタリングガスとしては、アルゴンと
酸素の混合ガスを用いる。本発明のように基板が高温の
場合は、所定の膜組成比よりも過剰な量の鉛を基板に入
射させることにより、基板への鉛の付着確率が小さいこ
とを補償できる。これにより、従来のシングルターゲッ
トスパッタリング法では再現性良く得られなかったＰＺ
Ｔのペロブスカイト単相を容易に得ることができる。
温度が４５０〜８００℃の範囲内で、スパッタリングガ
スの圧力が０．１〜４０Ｐａの範囲内であることを特徴
としている。スパッタリングガスとしては、アルゴンと
酸素の混合ガスを用いる。本発明のように基板が高温の
場合は、所定の膜組成比よりも過剰な量の鉛を基板に入
射させることにより、基板への鉛の付着確率が小さいこ
とを補償できる。これにより、従来のシングルターゲッ
トスパッタリング法では再現性良く得られなかったＰＺ
Ｔのペロブスカイト単相を容易に得ることができる。
【００２９】本願発明の別の態様では、前述の共通の特
徴に加えて、チタンとジルコニウムの和で規格化した鉛
の基板入射原子束比を制御することにより、パイロクロ
ア単相、パイロクロア相とペロブスカイト相の混相、及
びペロブスカイト単相のいずれかのＰＺＴ薄膜を作製す
ることを特徴としている。作製されたＰＺＴ薄膜がどの
ような結晶構造であるかはＸ線回折測定により同定でき
る。結晶構造が違うと、例えば誘電率が異なるので、使
用目的に応じて結晶構造を選択すればよい。
徴に加えて、チタンとジルコニウムの和で規格化した鉛
の基板入射原子束比を制御することにより、パイロクロ
ア単相、パイロクロア相とペロブスカイト相の混相、及
びペロブスカイト単相のいずれかのＰＺＴ薄膜を作製す
ることを特徴としている。作製されたＰＺＴ薄膜がどの
ような結晶構造であるかはＸ線回折測定により同定でき
る。結晶構造が違うと、例えば誘電率が異なるので、使
用目的に応じて結晶構造を選択すればよい。
【００３０】本願発明の別の態様では、前述の共通の特
徴に加えて、加熱源からの放射熱で基板を加熱すること
を特徴としている。ＰＺＴ薄膜をas-grown状態で所定の
結晶構造にするには高い基板温度が必要であり、そのた
めには放射熱による加熱方法が適している。
徴に加えて、加熱源からの放射熱で基板を加熱すること
を特徴としている。ＰＺＴ薄膜をas-grown状態で所定の
結晶構造にするには高い基板温度が必要であり、そのた
めには放射熱による加熱方法が適している。
【００３１】本願発明の別の態様では、基板よりも放射
熱を吸収しやすくて基板よりも熱伝導率の大きい膜を基
板の表面または裏面に形成することを特徴としている。
基板よりも放射熱を吸収しやすい膜を基板の表面または
裏面に形成すると加熱源からの放射熱を吸収しやすくな
り、基板加熱が効率的になる。基板の裏面から加熱する
場合、基板の裏面に放射熱を吸収しやすい膜を形成すれ
ば、当然に放射熱を吸収しやすくなる。また、基板が加
熱源からの光を透過しやすい材料（例えばＳｉ）の場合
には、基板の表面に放射熱を吸収しやすい膜を形成して
も放射熱を吸収しやすくなる。そして、この放射熱を吸
収しやすい材料が、基板よりも熱伝導率が大きければ、
基板の温度分布が一様になり、形成されるＰＺＴ薄膜の
均一性が良好になる。
熱を吸収しやすくて基板よりも熱伝導率の大きい膜を基
板の表面または裏面に形成することを特徴としている。
基板よりも放射熱を吸収しやすい膜を基板の表面または
裏面に形成すると加熱源からの放射熱を吸収しやすくな
り、基板加熱が効率的になる。基板の裏面から加熱する
場合、基板の裏面に放射熱を吸収しやすい膜を形成すれ
ば、当然に放射熱を吸収しやすくなる。また、基板が加
熱源からの光を透過しやすい材料（例えばＳｉ）の場合
には、基板の表面に放射熱を吸収しやすい膜を形成して
も放射熱を吸収しやすくなる。そして、この放射熱を吸
収しやすい材料が、基板よりも熱伝導率が大きければ、
基板の温度分布が一様になり、形成されるＰＺＴ薄膜の
均一性が良好になる。
【００３２】本願発明の別の態様では、基板と加熱源と
の間に、加熱源からの光が透過可能な汚染防止シールド
を配置することを特徴としている。このような汚染防止
シールドを配置すると、加熱源付近から飛来する汚染物
質は汚染防止シールドに付着して、基板は汚染されな
い。汚染防止シールドが汚れてくると光の透過を妨げる
ようになるので、必要に応じて汚染防止シールドを交換
する。
の間に、加熱源からの光が透過可能な汚染防止シールド
を配置することを特徴としている。このような汚染防止
シールドを配置すると、加熱源付近から飛来する汚染物
質は汚染防止シールドに付着して、基板は汚染されな
い。汚染防止シールドが汚れてくると光の透過を妨げる
ようになるので、必要に応じて汚染防止シールドを交換
する。
【００３３】第６の発明は、これまで述べてきたような
方法を実施するための装置に関する発明であって、基板
上にＰＺＴ薄膜を作製するためのスパッタリング装置に
おいて、まず、次の（イ）〜（ハ）の構成を備えてい
る。 （イ）鉛とチタンとジルコニウムの３元素のうちの少な
くとも一つの酸化物からなる３個以上のターゲット。 （ロ）各ターゲットに印加する電力を独立に制御できる
ようにした電源装置。 （ハ）基板を加熱しながら、基板が各ターゲットに順に
対向するように基板を移動させることのできる基板回転
加熱機構。
方法を実施するための装置に関する発明であって、基板
上にＰＺＴ薄膜を作製するためのスパッタリング装置に
おいて、まず、次の（イ）〜（ハ）の構成を備えてい
る。 （イ）鉛とチタンとジルコニウムの３元素のうちの少な
くとも一つの酸化物からなる３個以上のターゲット。 （ロ）各ターゲットに印加する電力を独立に制御できる
ようにした電源装置。 （ハ）基板を加熱しながら、基板が各ターゲットに順に
対向するように基板を移動させることのできる基板回転
加熱機構。
【００３４】基板回転加熱機構は、基板を加熱しながら
基板を回転させるので基板を均一に加熱できる。また、
基板を回転させることにより、基板が各ゲーゲットの正
面を順に通過することになる。
基板を回転させるので基板を均一に加熱できる。また、
基板を回転させることにより、基板が各ゲーゲットの正
面を順に通過することになる。
【００３５】この第６の発明は、さらに、前記基板回転
加熱機構に、着脱可能な基板取付板を設け、この基板取
付板に、加熱源からの光が透過可能な汚染防止シールド
を着脱可能に取り付けたことを特徴としている。基板取
付板自体に汚染防止シールドを取り付けることにより、
基板交換の際に汚染防止シールドの汚れ具合を確認する
ことができて、必要に応じて容易に汚染防止シールドの
交換をすることができる。
加熱機構に、着脱可能な基板取付板を設け、この基板取
付板に、加熱源からの光が透過可能な汚染防止シールド
を着脱可能に取り付けたことを特徴としている。基板取
付板自体に汚染防止シールドを取り付けることにより、
基板交換の際に汚染防止シールドの汚れ具合を確認する
ことができて、必要に応じて容易に汚染防止シールドの
交換をすることができる。
【００３６】
【実施例】図１は、本発明の方法を実施するための基板
とターゲットの配置例を示すもので、（Ａ）は平行平板
型の配置を示す斜視図であり、（Ｂ）はカルーセル型の
配置を示す平面図である。
とターゲットの配置例を示すもので、（Ａ）は平行平板
型の配置を示す斜視図であり、（Ｂ）はカルーセル型の
配置を示す平面図である。
【００３７】図１の（Ａ）に示す平行平板型の配置で
は、複数のタ−ゲット８と基板ホルダ−２がほぼ平行に
対向して、基板ホルダ−２の回転軸が基板面に垂直にな
るように構成されている。この図では、基板ホルダ−２
に基板取付板４が４個取り付けられている。この基板取
付板４にはＰＺＴ薄膜を堆積するための基板が取り付け
られている。矢印６の方向に基板ホルダー２が回転し、
基板が各タ−ゲット８の上方を順に通過して基板上に膜
が堆積する。
は、複数のタ−ゲット８と基板ホルダ−２がほぼ平行に
対向して、基板ホルダ−２の回転軸が基板面に垂直にな
るように構成されている。この図では、基板ホルダ−２
に基板取付板４が４個取り付けられている。この基板取
付板４にはＰＺＴ薄膜を堆積するための基板が取り付け
られている。矢印６の方向に基板ホルダー２が回転し、
基板が各タ−ゲット８の上方を順に通過して基板上に膜
が堆積する。
【００３８】図１の（Ｂ）に示すカル−セル型の配置で
は、複数のタ−ゲット１０が円筒状基板ホルダ−１２を
包囲するように配置され、基板ホルダ−１２の回転軸が
基板１４の表面に平行になるように構成されている。カ
ル−セル型と平行平板型とはタ−ゲットの配置や基板の
配置が異なるが、ＰＺＴ薄膜の作製に関しては、両配置
とも利用できる。
は、複数のタ−ゲット１０が円筒状基板ホルダ−１２を
包囲するように配置され、基板ホルダ−１２の回転軸が
基板１４の表面に平行になるように構成されている。カ
ル−セル型と平行平板型とはタ−ゲットの配置や基板の
配置が異なるが、ＰＺＴ薄膜の作製に関しては、両配置
とも利用できる。
【００３９】図２は、本発明の方法を実施するためのカ
ルーセル型のスパッタリング装置の一実施例の平面断面
図である。この装置は、直径４インチの４個のターゲッ
ト１６、１８、２０、２２を備えており、各ターゲット
には整合回路２４と高周波電源２６が接続されている。
基板ホルダー２８は６個の基板３０を取り付けることが
できて回転可能であり、内部には加熱ランプ３２を備え
ている。この加熱ランプ３２により基板３０を８００℃
まで加熱できる。基板３０を取り出すときは、基板搬送
機構３４を用いて、真空容器３６を大気にすることな
く、基板３０を外部に取り出すことができる。
ルーセル型のスパッタリング装置の一実施例の平面断面
図である。この装置は、直径４インチの４個のターゲッ
ト１６、１８、２０、２２を備えており、各ターゲット
には整合回路２４と高周波電源２６が接続されている。
基板ホルダー２８は６個の基板３０を取り付けることが
できて回転可能であり、内部には加熱ランプ３２を備え
ている。この加熱ランプ３２により基板３０を８００℃
まで加熱できる。基板３０を取り出すときは、基板搬送
機構３４を用いて、真空容器３６を大気にすることな
く、基板３０を外部に取り出すことができる。
【００４０】スパッタリングガスとしてはＡｒガスとＯ
2ガスの混合ガスを用い、マスフロ−メ−タ−（図示せ
ず）で流量制御しながらリング状パイプ３８から真空容
器３６内に導入する。
2ガスの混合ガスを用い、マスフロ−メ−タ−（図示せ
ず）で流量制御しながらリング状パイプ３８から真空容
器３６内に導入する。
【００４１】基板としてはＳｉ基板を用い、このＳｉ基
板上に熱酸化膜（ＳｉＯ2）を積層し、その上に、後述
の白金（Ｐｔ）膜と上述の熱酸化膜との密着性を良くす
るためのチタン（Ｔｉ）膜を積層し、さらにその上に電
極として白金膜を積層した。この基板を、以下、Ｐｔ／
Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板と呼ぶ。３個のタ−ゲット１
６、１８、２０はバルク状態のＰＺＴターゲットであ
り、残りの１個のタ−ゲット２２がＰｂＯタ−ゲットで
ある。使用したＰＺＴターゲットの組成は、Ｐｂ（Ｚｒ
0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3である。
板上に熱酸化膜（ＳｉＯ2）を積層し、その上に、後述
の白金（Ｐｔ）膜と上述の熱酸化膜との密着性を良くす
るためのチタン（Ｔｉ）膜を積層し、さらにその上に電
極として白金膜を積層した。この基板を、以下、Ｐｔ／
Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板と呼ぶ。３個のタ−ゲット１
６、１８、２０はバルク状態のＰＺＴターゲットであ
り、残りの１個のタ−ゲット２２がＰｂＯタ−ゲットで
ある。使用したＰＺＴターゲットの組成は、Ｐｂ（Ｚｒ
0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3である。
【００４２】次に、この装置を使用してＰＺＴ薄膜を作
製する方法を説明する。真空容器３６内を１０-5Ｐａ以
下の真空状態にしてから、ＡｒガスとＯ2ガスの混合ガ
ス（Ａｒ＋１０％Ｏ2）を、リング状パイプ３８から導
入し、マスフロ−メ−タ−と主排気系メインバルブの調
整により真空容器３６内の圧力を４Ｐａに保つ。３個の
ＰＺＴタ−ゲット１６、１８、２０には３００Ｗで一定
の電力を投入し、１個のＰｂＯタ−ゲット２２には０〜
４５０Ｗの電力を投入して膜中の鉛の量を制御する。こ
のようにそれぞれの高周波電源によって各タ−ゲット独
立に電力の投入を制御できる。基板ホルダ−２８を３０
ｒｐｍの速度で回転しながら、４個のタ−ゲットを同時
に放電して、６個の基板３０上に膜を堆積した。以下に
述べる実験例では、作製したＰＺＴ薄膜の厚さは８００
〜１０００ｎｍである。
製する方法を説明する。真空容器３６内を１０-5Ｐａ以
下の真空状態にしてから、ＡｒガスとＯ2ガスの混合ガ
ス（Ａｒ＋１０％Ｏ2）を、リング状パイプ３８から導
入し、マスフロ−メ−タ−と主排気系メインバルブの調
整により真空容器３６内の圧力を４Ｐａに保つ。３個の
ＰＺＴタ−ゲット１６、１８、２０には３００Ｗで一定
の電力を投入し、１個のＰｂＯタ−ゲット２２には０〜
４５０Ｗの電力を投入して膜中の鉛の量を制御する。こ
のようにそれぞれの高周波電源によって各タ−ゲット独
立に電力の投入を制御できる。基板ホルダ−２８を３０
ｒｐｍの速度で回転しながら、４個のタ−ゲットを同時
に放電して、６個の基板３０上に膜を堆積した。以下に
述べる実験例では、作製したＰＺＴ薄膜の厚さは８００
〜１０００ｎｍである。
【００４３】図３は、基板の温度を、室温、６００℃
°、６６０℃、７２５℃として、堆積した膜の膜組成が
ＰｂＯタ−ゲットの投入電力にどのように依存するかを
示すグラフである。縦軸のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、
膜中のチタンとジルコニウムの和で規格化した鉛の原子
比を表す。Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、チタンとジルコ
ニウムの和で規格化したジルコニウムの原子比を表す。
膜の組成比を測定するには、スタンダード法によるＥＤ
Ｘ組成分析法を用いた。その際の標準試料としてはＰ
ｂ、Ｚｒ、Ｔｉ金属を用いた。Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比
は、基板温度及びＰｂＯタ−ゲット投入電力に影響され
ず、タ−ゲット組成と同じ０．５で一定である。Ｐｂ／
（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、実験条件に依存して次のように変
化する。室温で、かつ、ＰｂＯタ−ゲットに投入する電
力が０Ｗの場合、すなわち３個のＰＺＴターゲットだけ
を用いた場合は、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約１とな
り、膜組成はタ−ゲット組成とほぼ等しくなる（図中で
はターゲットのＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比を破線で示して
ある）。しかし、基板温度を上昇させるとＰｂ／（Ｚｒ
＋Ｔｉ）比は１より減少し、７２５℃では０である。Ｐ
ｂＯタ−ゲットの電力を増大するにしたがって膜中のＰ
ｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が大きくなり、室温では電力が４
５０Ｗの場合、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約１０とな
る。基板温度を上昇させるとＰｂＯタ−ゲットの投入電
力と膜中の鉛組成との関係は非線形になる。特に６６０
℃以上ではＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約１になる領域が
広い。これは、鉛の蒸気圧が高いので基板温度が高いと
鉛の付着確率が下がるためと、ペロブスカイト構造が形
成されると自己制御機構によりＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比
が約１よりも過剰なＰｂは再蒸発させてしまうためであ
る。このようにＰｂＯタ−ゲットの電力を制御すること
により容易に膜中の鉛の組成比を制御できる。
°、６６０℃、７２５℃として、堆積した膜の膜組成が
ＰｂＯタ−ゲットの投入電力にどのように依存するかを
示すグラフである。縦軸のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、
膜中のチタンとジルコニウムの和で規格化した鉛の原子
比を表す。Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、チタンとジルコ
ニウムの和で規格化したジルコニウムの原子比を表す。
膜の組成比を測定するには、スタンダード法によるＥＤ
Ｘ組成分析法を用いた。その際の標準試料としてはＰ
ｂ、Ｚｒ、Ｔｉ金属を用いた。Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比
は、基板温度及びＰｂＯタ−ゲット投入電力に影響され
ず、タ−ゲット組成と同じ０．５で一定である。Ｐｂ／
（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は、実験条件に依存して次のように変
化する。室温で、かつ、ＰｂＯタ−ゲットに投入する電
力が０Ｗの場合、すなわち３個のＰＺＴターゲットだけ
を用いた場合は、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約１とな
り、膜組成はタ−ゲット組成とほぼ等しくなる（図中で
はターゲットのＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比を破線で示して
ある）。しかし、基板温度を上昇させるとＰｂ／（Ｚｒ
＋Ｔｉ）比は１より減少し、７２５℃では０である。Ｐ
ｂＯタ−ゲットの電力を増大するにしたがって膜中のＰ
ｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が大きくなり、室温では電力が４
５０Ｗの場合、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約１０とな
る。基板温度を上昇させるとＰｂＯタ−ゲットの投入電
力と膜中の鉛組成との関係は非線形になる。特に６６０
℃以上ではＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が約１になる領域が
広い。これは、鉛の蒸気圧が高いので基板温度が高いと
鉛の付着確率が下がるためと、ペロブスカイト構造が形
成されると自己制御機構によりＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比
が約１よりも過剰なＰｂは再蒸発させてしまうためであ
る。このようにＰｂＯタ−ゲットの電力を制御すること
により容易に膜中の鉛の組成比を制御できる。
【００４４】なお、室温で成膜した膜はアモルファス構
造であり、ペロブスカイト構造をas-grown膜で得るため
には基板温度を高くする必要がある。本実施例では基板
温度が６００〜８００℃でペロブスカイト構造を得てい
る。図４に本実施例で得られた膜の代表的なＸ線回折パ
タ−ンを示す。（Ａ）はＰｂＯターゲット投入電力が２
００Ｗで基板温度（Ｔｓ）が６６０℃の場合、（Ｂ）は
ＰｂＯターゲット投入電力が４５０Ｗで基板温度（Ｔ
ｓ）が７２５℃の場合である。いずれの回折パターンに
おいても、ペロブスカイト構造のＰＺＴ結晶からの回折
ピークが観測されている。いろいろな結晶格子面からの
回折ピークが見られるので、得られたＰＺＴ膜は多結晶
状態であることが分かる。ＰｔやＳｉの回折ピークも見
られるが、これらは基板材質からの回折線である。
造であり、ペロブスカイト構造をas-grown膜で得るため
には基板温度を高くする必要がある。本実施例では基板
温度が６００〜８００℃でペロブスカイト構造を得てい
る。図４に本実施例で得られた膜の代表的なＸ線回折パ
タ−ンを示す。（Ａ）はＰｂＯターゲット投入電力が２
００Ｗで基板温度（Ｔｓ）が６６０℃の場合、（Ｂ）は
ＰｂＯターゲット投入電力が４５０Ｗで基板温度（Ｔ
ｓ）が７２５℃の場合である。いずれの回折パターンに
おいても、ペロブスカイト構造のＰＺＴ結晶からの回折
ピークが観測されている。いろいろな結晶格子面からの
回折ピークが見られるので、得られたＰＺＴ膜は多結晶
状態であることが分かる。ＰｔやＳｉの回折ピークも見
られるが、これらは基板材質からの回折線である。
【００４５】図５は、３個のＰＺＴタ−ゲット（電力３
００Ｗ）のみで成膜した膜の組成の基板温度依存性を示
すグラフである。Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は０．５と不
変であるが、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は６００℃以上の
高温で急激に減少し、７２５℃ではＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔ
ｉ）比が０になる。このようにＰＺＴターゲットだけを
用いると、高基板温度において膜中の鉛が不足し、この
ような高基板温度では、ＴｉＯとＺｒＴｉＯの混合状態
となってしまうため、ペロブスカイト構造は得られな
い。
００Ｗ）のみで成膜した膜の組成の基板温度依存性を示
すグラフである。Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は０．５と不
変であるが、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比は６００℃以上の
高温で急激に減少し、７２５℃ではＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔ
ｉ）比が０になる。このようにＰＺＴターゲットだけを
用いると、高基板温度において膜中の鉛が不足し、この
ような高基板温度では、ＴｉＯとＺｒＴｉＯの混合状態
となってしまうため、ペロブスカイト構造は得られな
い。
【００４６】図６は、所定の膜組成を得るために必要な
基板入射原子束比の温度依存性を示すグラフである。こ
のグラフは、３個のＰＺＴターゲットと１個のＰｂＯタ
−ゲットを同時に放電した場合に、堆積した膜のＰｂ／
（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１となるのに必要なＰｂの基板入射
原子束比と、堆積した膜のＺｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が
０．５になるのに必要なＺｒの基板入射原子束比とを、
いろいろな基板温度で求めたものである。Ｐｂの原子束
比とＺｒの原子束比は、ＺｒとＴｉの原子束の和で規格
化されている。グラフから分かるように、必要となるＺ
ｒ原子束比は、基板温度の変化に対して不変であり、そ
の値は、膜のＺｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比と同じ値の０．５
である。これに対して、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比を１に
保つのに必要となるＰｂ原子束比は、基板温度が高くな
るほど大きくする必要がある。
基板入射原子束比の温度依存性を示すグラフである。こ
のグラフは、３個のＰＺＴターゲットと１個のＰｂＯタ
−ゲットを同時に放電した場合に、堆積した膜のＰｂ／
（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１となるのに必要なＰｂの基板入射
原子束比と、堆積した膜のＺｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が
０．５になるのに必要なＺｒの基板入射原子束比とを、
いろいろな基板温度で求めたものである。Ｐｂの原子束
比とＺｒの原子束比は、ＺｒとＴｉの原子束の和で規格
化されている。グラフから分かるように、必要となるＺ
ｒ原子束比は、基板温度の変化に対して不変であり、そ
の値は、膜のＺｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比と同じ値の０．５
である。これに対して、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比を１に
保つのに必要となるＰｂ原子束比は、基板温度が高くな
るほど大きくする必要がある。
【００４７】図６から明らかなように、基板温度が７２
５℃のときは、Ｐｂの基板入射原子束比は約４とすべき
であり、基板温度が８００℃のときは、Ｐｂの基板入射
原子束比は約１０とすべきである。つまり、Ｐｂ（Ｚｒ
0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3タ−ゲットだけによって得られるＰｂ
の基板入射原子束比は１であるが、基板温度が８００℃
のときはこれの約１０倍の原子束比を基板に入射するこ
とによって初めてＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１の膜を得
ることができることになる。そして、Ｐｂの基板入射原
子束比をこのように増加させるためにＰｂＯターゲット
を使用している。
５℃のときは、Ｐｂの基板入射原子束比は約４とすべき
であり、基板温度が８００℃のときは、Ｐｂの基板入射
原子束比は約１０とすべきである。つまり、Ｐｂ（Ｚｒ
0.5Ｔｉ0.5）Ｏ3タ−ゲットだけによって得られるＰｂ
の基板入射原子束比は１であるが、基板温度が８００℃
のときはこれの約１０倍の原子束比を基板に入射するこ
とによって初めてＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１の膜を得
ることができることになる。そして、Ｐｂの基板入射原
子束比をこのように増加させるためにＰｂＯターゲット
を使用している。
【００４８】図７は、膜中の鉛の量を制御した場合の膜
の結晶構造のＰｂ量依存性と基板温度依存性とを示すグ
ラフである。このグラフから分かることは、例えば、膜
中のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比を１〜１．２に制御した場
合は、基板温度の増加と共に、アモルファス相、ＰｂＯ
＋ＴｉＯ構造、ＰｂＯ＋パイロクロア相、パイロクロア
相、ペロブスカイト相と変化する。基板温度が６００〜
７２５℃のときは、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１〜１．
２のときにペロブスカイト相が成長するのに対して、Ｐ
ｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１より小さいときはパイロクロ
ア相やＰｂＴｉＯなどになる。ペロブスカイト相、パイ
ロクロア相、あるいはこれらの混相を得るためには基板
温度は４５０℃以上が必要である。ペロブスカイト相の
単相を得るためには、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が０．７
以上で、かつ、基板温度が６００〜８００℃が必要であ
る。図８に得られた膜の誘電率を示す。誘電率は、膜中
のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比に依存する。Ｐｂ／（Ｚｒ＋
Ｔｉ）比が１付近で約８００の誘電率を得ている。図９
に本実施例で作製した代表的な強誘電体薄膜の履歴曲線
（周波数１０ｋＨｚ）を示す。同図より本実施例で得た
膜が良好な強誘電性を示すことがわかる。その代表値は
次の通りである。 膜厚： ８５０ｎｍ 誘電率： ７８０ 自発分極： ３６μＣ／ｃｍ2 残留分極： １９μＣ／ｃｍ2 抗電界： ４３ｋＶ／ｃｍ リ−ク電流：１０-7Ａ／ｃｍ2 （４０ｋＶ／ｃｍの電界を印加時）
の結晶構造のＰｂ量依存性と基板温度依存性とを示すグ
ラフである。このグラフから分かることは、例えば、膜
中のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比を１〜１．２に制御した場
合は、基板温度の増加と共に、アモルファス相、ＰｂＯ
＋ＴｉＯ構造、ＰｂＯ＋パイロクロア相、パイロクロア
相、ペロブスカイト相と変化する。基板温度が６００〜
７２５℃のときは、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１〜１．
２のときにペロブスカイト相が成長するのに対して、Ｐ
ｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１より小さいときはパイロクロ
ア相やＰｂＴｉＯなどになる。ペロブスカイト相、パイ
ロクロア相、あるいはこれらの混相を得るためには基板
温度は４５０℃以上が必要である。ペロブスカイト相の
単相を得るためには、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が０．７
以上で、かつ、基板温度が６００〜８００℃が必要であ
る。図８に得られた膜の誘電率を示す。誘電率は、膜中
のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比に依存する。Ｐｂ／（Ｚｒ＋
Ｔｉ）比が１付近で約８００の誘電率を得ている。図９
に本実施例で作製した代表的な強誘電体薄膜の履歴曲線
（周波数１０ｋＨｚ）を示す。同図より本実施例で得た
膜が良好な強誘電性を示すことがわかる。その代表値は
次の通りである。 膜厚： ８５０ｎｍ 誘電率： ７８０ 自発分極： ３６μＣ／ｃｍ2 残留分極： １９μＣ／ｃｍ2 抗電界： ４３ｋＶ／ｃｍ リ−ク電流：１０-7Ａ／ｃｍ2 （４０ｋＶ／ｃｍの電界を印加時）
【００４９】このように、基板温度と膜中のＰｂ量とを
人工的に制御することにより、パイロクロア単相、パイ
ロクロア相とペロブスカイト相の混相、ペロブスカイト
相の単相等の結晶構造の膜を任意に得ることができる。
人工的に制御することにより、パイロクロア単相、パイ
ロクロア相とペロブスカイト相の混相、ペロブスカイト
相の単相等の結晶構造の膜を任意に得ることができる。
【００５０】上述の実施例は、スパッタリングガスの圧
力が４Ｐａの場合について説明したが、それよりも圧力
を上げた場合は、膜のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１とな
るのに必要なＰｂの基板入射原子束比は、図６の場合よ
りも小さくなることが確かめられた。本発明の方法によ
るＰＺＴ薄膜の作製は、スパッタリングガスの圧力が
０．１〜４０Ｐａの範囲で有効である。
力が４Ｐａの場合について説明したが、それよりも圧力
を上げた場合は、膜のＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比が１とな
るのに必要なＰｂの基板入射原子束比は、図６の場合よ
りも小さくなることが確かめられた。本発明の方法によ
るＰＺＴ薄膜の作製は、スパッタリングガスの圧力が
０．１〜４０Ｐａの範囲で有効である。
【００５１】上述の実施例は、タ−ゲットの組み合わせ
として、３個のＰＺＴターゲットと１個のＰｂＯタ−ゲ
ットの場合を説明したが、次のような組み合わせを用い
ても所望の結晶構造のＰＺＴ薄膜を得ることができる。 （１）ＰｂＯ（１個）＋ＺｒＯ2（２個）＋ＴｉＯ（２
個） （２）ＰｂＯ（１個）＋ＰｂＺｒＯ3（２個）＋ＰｂＴ
ｉＯ3（２個） （３）ＰｂＯ（１個）＋ＺｒＯ2（１個）＋ＴｉＯ（１
個）＋ＰＺＴ（２個） これらの組み合わせを用いると、Ｚｒを含むターゲット
とＴｉを含むターゲットとで投入電力を独立に制御する
ことによって、膜中でのＺｒとＴｉの比率を変えること
もできる。
として、３個のＰＺＴターゲットと１個のＰｂＯタ−ゲ
ットの場合を説明したが、次のような組み合わせを用い
ても所望の結晶構造のＰＺＴ薄膜を得ることができる。 （１）ＰｂＯ（１個）＋ＺｒＯ2（２個）＋ＴｉＯ（２
個） （２）ＰｂＯ（１個）＋ＰｂＺｒＯ3（２個）＋ＰｂＴ
ｉＯ3（２個） （３）ＰｂＯ（１個）＋ＺｒＯ2（１個）＋ＴｉＯ（１
個）＋ＰＺＴ（２個） これらの組み合わせを用いると、Ｚｒを含むターゲット
とＴｉを含むターゲットとで投入電力を独立に制御する
ことによって、膜中でのＺｒとＴｉの比率を変えること
もできる。
【００５２】従来技術の項で述べた阿部等による２つの
タ−ゲットを用いた作製方法と、本発明による作製方法
とを比較すると、本発明ではスパッタ圧力及び基板温度
の広い成膜条件で、ペロブスカイトの単相膜を作製する
ことができる。また、実用的な観点からも、ＰＺＴター
ゲット、ＰｂＯターゲット各１個の場合に比べて、投入
電力の総和を大きくでき、スパッタレ−トを稼ぐことが
できる。これにより、一度に多数の基板に成膜でき、膜
作製の生産性をあげることができる。
タ−ゲットを用いた作製方法と、本発明による作製方法
とを比較すると、本発明ではスパッタ圧力及び基板温度
の広い成膜条件で、ペロブスカイトの単相膜を作製する
ことができる。また、実用的な観点からも、ＰＺＴター
ゲット、ＰｂＯターゲット各１個の場合に比べて、投入
電力の総和を大きくでき、スパッタレ−トを稼ぐことが
できる。これにより、一度に多数の基板に成膜でき、膜
作製の生産性をあげることができる。
【００５３】本発明の方法においては、基板を高温まで
加熱するので、基板加熱機構が非常に重要になる。以下
に、基板回転加熱機構を説明する。図１０の（Ａ）は、
基板回転加熱機構の基板取付板の付近を拡大した側面断
面図である。基板ホルダ−２８には基板取付板４０が着
脱可能に取り付けられている。基板取付板４０には基板
３０が爪４２により取り付けられている。基板３０の前
方にはタ−ゲット１６が対向した状態で配置されてい
る。基板ホルダ−２８が回転することにより基板３０は
各タ−ゲットの前方を移動するようになっている。基板
３０は、基板ホルダ−内部の加熱ランプ３２（図２参
照）で発生する光線４４により裏面から加熱される。基
板を交換する場合には、基板搬送機構３４（図２参照）
で基板取付板４０をつかんで基板ホルダー２８から基板
取付板４０を取り外す。そして、基板取付板４０を大気
に取り出してから、基板３０を取り外し、基板取付板４
０に新しい基板を取り付ける。
加熱するので、基板加熱機構が非常に重要になる。以下
に、基板回転加熱機構を説明する。図１０の（Ａ）は、
基板回転加熱機構の基板取付板の付近を拡大した側面断
面図である。基板ホルダ−２８には基板取付板４０が着
脱可能に取り付けられている。基板取付板４０には基板
３０が爪４２により取り付けられている。基板３０の前
方にはタ−ゲット１６が対向した状態で配置されてい
る。基板ホルダ−２８が回転することにより基板３０は
各タ−ゲットの前方を移動するようになっている。基板
３０は、基板ホルダ−内部の加熱ランプ３２（図２参
照）で発生する光線４４により裏面から加熱される。基
板を交換する場合には、基板搬送機構３４（図２参照）
で基板取付板４０をつかんで基板ホルダー２８から基板
取付板４０を取り外す。そして、基板取付板４０を大気
に取り出してから、基板３０を取り外し、基板取付板４
０に新しい基板を取り付ける。
【００５４】図１０の（Ｂ）は、基板取付板４０に、赤
外線を透過する汚染防止シ−ルド４６を着脱可能に取り
付けた例である。その他の点は（Ａ）と同じである。汚
染防止シールド４６の材質はパイレックスガラスであ
る。このようにすると、加熱ランプ付近から飛来する汚
染物質が基板３０の裏面に付着するのを防ぐことができ
る。基板取付板４０を大気に取り出したときには、汚染
防止シールド４６も同時に取り出されるので、このとき
に汚染防止シールド４６の汚れ具合を確認できる。そし
て、汚れているときには汚染防止シールド４６を交換す
ることができる。
外線を透過する汚染防止シ−ルド４６を着脱可能に取り
付けた例である。その他の点は（Ａ）と同じである。汚
染防止シールド４６の材質はパイレックスガラスであ
る。このようにすると、加熱ランプ付近から飛来する汚
染物質が基板３０の裏面に付着するのを防ぐことができ
る。基板取付板４０を大気に取り出したときには、汚染
防止シールド４６も同時に取り出されるので、このとき
に汚染防止シールド４６の汚れ具合を確認できる。そし
て、汚れているときには汚染防止シールド４６を交換す
ることができる。
【００５５】図１１は、ＰＺＴ薄膜の作製に用いた基板
の正面断面図である。（Ａ）は、直径が３インチのＳｉ
基板４８上に熱酸化膜（ＳｉＯ2）５０を積層したもの
であり、Ｓｉ基板４８の厚みは約５００μｍ、熱酸化膜
５０の厚みは約２００ｎｍである。（Ｂ）は（Ａ）の基
板にさらにチタン膜５２と白金膜５４を積層したもので
あり、チタン膜５２の厚みは約５０ｎｍ、白金膜５４の
厚みは約５００ｎｍである。
の正面断面図である。（Ａ）は、直径が３インチのＳｉ
基板４８上に熱酸化膜（ＳｉＯ2）５０を積層したもの
であり、Ｓｉ基板４８の厚みは約５００μｍ、熱酸化膜
５０の厚みは約２００ｎｍである。（Ｂ）は（Ａ）の基
板にさらにチタン膜５２と白金膜５４を積層したもので
あり、チタン膜５２の厚みは約５０ｎｍ、白金膜５４の
厚みは約５００ｎｍである。
【００５６】図１２は、図１０の基板加熱機構と図１１
の基板とを用いた場合の基板ホルダ−内部の温度と基板
温度とを比較して示したグラフである。このグラフから
明らかなように、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板は基
板ホルダ−内部の温度とほぼ等しいが、ＳｉＯ2／Ｓｉ
基板は基板ホルダー内部との温度差が大きい。
の基板とを用いた場合の基板ホルダ−内部の温度と基板
温度とを比較して示したグラフである。このグラフから
明らかなように、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板は基
板ホルダ−内部の温度とほぼ等しいが、ＳｉＯ2／Ｓｉ
基板は基板ホルダー内部との温度差が大きい。
【００５７】図１３は、ＳｉＯ2／Ｓｉ基板上に作製さ
れたＰＺＴ薄膜の基板面内の組成比分布を示すグラフで
あり、図１４は、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板上に
作製されたＰＺＴ薄膜の基板面内の組成比分布を示すグ
ラフである。どちらのグラフも基板温度を７２５℃にし
て膜を作製した。この二つのグラフを比較すると、直径
７ｃｍ以内の領域において、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓ
ｉ基板上でのＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比の分布均一性が±
４％であって非常に小さいのに対して、ＳｉＯ2／Ｓｉ
基板上でのＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比の分布均一性は±２
０％もありＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板のものより
劣る。この違いは、基板表面のＰｔ膜の有無による。Ｓ
ｉ基板は、加熱ランプからの光を透過しやすいが、基板
の表面にＰｔ膜を形成することにより、加熱ランプから
の光を吸収しやすくして基板加熱を効率的にしている。
また、このＰｔ膜はＳｉ基板よりも熱伝導率が大きいの
で、Ｐｔ膜を形成することにより基板内の温度分布が一
様になる。この温度分布の均一性が組成比分布の均一性
に寄与している。さらに、Ｐｔは高融点で低蒸気圧なの
で、基板を高温に加熱しても問題がない。なお、高融点
で、低蒸気圧で、基板よりも光吸収性が良くて高熱伝導
率の材質の膜であれば、Ｐｔ以外の膜でも、基板表面に
形成して同様に効果がある。あるいは基板の裏面にだけ
同様の膜を形成してもよい。例えば基板の裏面にカ−ボ
ン膜を形成した場合も図１４と同様な効果を得た。
れたＰＺＴ薄膜の基板面内の組成比分布を示すグラフで
あり、図１４は、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板上に
作製されたＰＺＴ薄膜の基板面内の組成比分布を示すグ
ラフである。どちらのグラフも基板温度を７２５℃にし
て膜を作製した。この二つのグラフを比較すると、直径
７ｃｍ以内の領域において、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓ
ｉ基板上でのＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比の分布均一性が±
４％であって非常に小さいのに対して、ＳｉＯ2／Ｓｉ
基板上でのＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）比の分布均一性は±２
０％もありＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板のものより
劣る。この違いは、基板表面のＰｔ膜の有無による。Ｓ
ｉ基板は、加熱ランプからの光を透過しやすいが、基板
の表面にＰｔ膜を形成することにより、加熱ランプから
の光を吸収しやすくして基板加熱を効率的にしている。
また、このＰｔ膜はＳｉ基板よりも熱伝導率が大きいの
で、Ｐｔ膜を形成することにより基板内の温度分布が一
様になる。この温度分布の均一性が組成比分布の均一性
に寄与している。さらに、Ｐｔは高融点で低蒸気圧なの
で、基板を高温に加熱しても問題がない。なお、高融点
で、低蒸気圧で、基板よりも光吸収性が良くて高熱伝導
率の材質の膜であれば、Ｐｔ以外の膜でも、基板表面に
形成して同様に効果がある。あるいは基板の裏面にだけ
同様の膜を形成してもよい。例えば基板の裏面にカ−ボ
ン膜を形成した場合も図１４と同様な効果を得た。
【００５８】
【発明の効果】本発明は、鉛とチタンとジルコニウムの
３元素のうちの少なくとも一つの酸化物からなるターゲ
ットを３個以上用いることにより、膜中の鉛の量を、各
タ−ゲットに投入する電力を制御することにより、容易
にかつ精密に制御できる。
３元素のうちの少なくとも一つの酸化物からなるターゲ
ットを３個以上用いることにより、膜中の鉛の量を、各
タ−ゲットに投入する電力を制御することにより、容易
にかつ精密に制御できる。
【００５９】基板に入射する鉛の量として、チタンとジ
ルコニウムの和で規格化した鉛の入射原子束比を１．５
〜１０の範囲にすることにより、基板温度やスパッタリ
ングガス圧力の条件とは独立に、鉛の入射原子束比を制
御して、所定の組成で所定の結晶構造の膜を得ることが
できる。
ルコニウムの和で規格化した鉛の入射原子束比を１．５
〜１０の範囲にすることにより、基板温度やスパッタリ
ングガス圧力の条件とは独立に、鉛の入射原子束比を制
御して、所定の組成で所定の結晶構造の膜を得ることが
できる。
【００６０】高基板温度において膜組成よりも過剰な鉛
を基板に入射させることにより、従来のシングルタ−ゲ
ットスパッタリング法で再現性良く得られなかったＰＺ
Ｔ薄膜のペロブスカイト単相を容易に得ることができ
る。
を基板に入射させることにより、従来のシングルタ−ゲ
ットスパッタリング法で再現性良く得られなかったＰＺ
Ｔ薄膜のペロブスカイト単相を容易に得ることができ
る。
【００６１】基板回転加熱機構を用いることにより、基
板を回転しながら裏面から基板を放射加熱しているの
で、均一に基板を加熱できる。また、汚染防止シ−ルド
を基板取付板に着脱可能に取り付けることにより、高基
板温度時に発生する汚染物質が基板の裏面に付着するの
を防止するとともに、汚染防止シールドの交換を容易に
する。
板を回転しながら裏面から基板を放射加熱しているの
で、均一に基板を加熱できる。また、汚染防止シ−ルド
を基板取付板に着脱可能に取り付けることにより、高基
板温度時に発生する汚染物質が基板の裏面に付着するの
を防止するとともに、汚染防止シールドの交換を容易に
する。
【００６２】基板よりも放射熱を吸収しやすくて基板よ
りも熱伝導率の大きい膜を基板の表面または裏面に形成
することによって、基板ホルダ−内部と基板自身との温
度差を少なくしながら高温まで効率よい加熱ができ、基
板全面の温度分布を均一にして基板面内の組成比分布を
均一にできる。
りも熱伝導率の大きい膜を基板の表面または裏面に形成
することによって、基板ホルダ−内部と基板自身との温
度差を少なくしながら高温まで効率よい加熱ができ、基
板全面の温度分布を均一にして基板面内の組成比分布を
均一にできる。
【図１】本発明の方法を実施するための基板とターゲッ
トの配置例の２種類の形式を示す斜視図と平面図であ
る。
トの配置例の２種類の形式を示す斜視図と平面図であ
る。
【図２】本発明の方法を実施するためのスパッタリング
装置の一実施例の平面断面図である。
装置の一実施例の平面断面図である。
【図３】膜組成のＰｂＯタ−ゲット投入電力依存性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】代表的なＸ線回折パタ−ンを示すグラフであ
る。
る。
【図５】膜組成の基板温度依存性を示すグラフである。
【図６】所定の膜組成比を得るために必要な基板入射原
子束比の温度依存性を示すグラフである。
子束比の温度依存性を示すグラフである。
【図７】基板温度及びＰｂ量と結晶構造との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図８】膜の誘電率のＰｂ量依存性を示すグラフであ
る。
る。
【図９】得られた代表的な強誘電体の履歴曲線である。
【図１０】基板取付板の付近の拡大側面断面図である。
【図１１】基板の正面断面図である。
【図１２】基板加熱時の基板温度を比較したグラフであ
る。
る。
【図１３】膜組成の基板面内分布を示すグラフである。
【図１４】膜組成の基板面内分布を示す別のグラフであ
る。
る。
１６、１８、２０、２２…ターゲット ２６…高周波電源 ２８…基板ホルダー ３０…基板 ３２…加熱ランプ ４０…基板取付板 ４６…汚染防止シールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 敏幸 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 宮坂 洋一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−224187（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−217468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−266565（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】 複数のターゲットをスパッタリングする
ことによって基板上にＰＺＴ薄膜を作製する方法におい
て、次の特徴を備える方法。 （イ）３個以上のターゲットを用いる。 （ロ）鉛の酸化物のターゲットと、鉛とジルコニウムと
チタンの酸化物のターゲット、とを用い、前者のターゲ
ットの個数が後者のターゲットの個数よりも少ない。 （ハ）薄膜の作製中は、基板を加熱しながら、基板が各
ターゲットに順に対向するように基板を移動させる。 - 【請求項２】 鉛の酸化物のターゲットを１個と、鉛と
ジルコニウムとチタンの酸化物のターゲットを３個用い
ることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 複数のターゲットをスパッタリングする
ことによって基板上にＰＺＴ薄膜を作製する方法におい
て、次の特徴を備える方法。 （イ）３個以上のターゲットを用いる。 （ロ）鉛の酸化物のターゲットと、ジルコニウムの酸化
物のターゲット及び鉛とジルコニウムの酸化物のターゲ
ットのうちの少なくとも一種類と、チタンの酸化物のタ
ーゲット及び鉛とチタンの酸化物のターゲットのうちの
少なくとも一種類と、鉛とジルコニウムとチタンの酸化
物のターゲット、とを用い、鉛の酸化物のターゲットの
個数が他のターゲットの個数の総和よりも少ない。 （ハ）薄膜の作製中は、基板を加熱しながら、基板が各
ターゲットに順に対向するように基板を移動させる。 - 【請求項４】 複数のターゲットをスパッタリングする
ことによって基板上にＰＺＴ薄膜を作製する方法におい
て、次の特徴を備える方法。 （イ）３個以上のターゲットを用いる。 （ロ）各ターゲットは、鉛とチタンとジルコニウムの３
元素のうちの少なくとも一つの酸化物である。 （ハ）少なくとも一つのターゲットは他のターゲットと
は組成が異なる。 （ニ）薄膜の作製中は、基板を加熱しながら、基板が各
ターゲットに順に対向するように基板を移動させる。 （ホ）各ターゲットに印加する電力を制御することによ
って、ジルコニウムとチタンの和で規格化した鉛の基板
入射原子束比を制御する。 （ヘ）チタンとジルコニウムの和で規格化した鉛の基板
入射原子束比を１．５〜１０の範囲にする。 - 【請求項５】 基板温度が４５０〜８００℃の範囲内
で、スパッタリングガスの圧力が０．１〜４０Ｐａの範
囲内であることを特徴とする請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 基板上にＰＺＴ薄膜を作製するためのス
パッタリング装置において、次の（イ）〜（ハ）の構成
と（ニ）の特徴とを備えるスパッタリング装置。 （イ）鉛とチタンとジルコニウムの３元素のうちの少な
くとも一つの酸化物からなる３個以上のターゲット。 （ロ）各ターゲットに印加する電力を独立に制御できる
ようにした電源装置。 （ハ）基板を加熱しながら、基板が各ターゲットに順に
対向するように基板を移動させることのできる基板回転
加熱機構。 （ニ）前記基板回転加熱機構に、着脱可能な基板取付板
を設け、この基板取付板に、加熱源からの光が透過可能
な汚染防止シールドを着脱可能に取り付ける。
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