JP3095944B2 - 酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子 - Google Patents
酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物結晶薄膜の製造
方法及び薄膜素子に関し、特に強誘電体不揮発性メモリ
素子、焦電素子、圧電素子等に用いられる酸化物結晶薄
膜の製造方法及び薄膜素子に関する。
方法及び薄膜素子に関し、特に強誘電体不揮発性メモリ
素子、焦電素子、圧電素子等に用いられる酸化物結晶薄
膜の製造方法及び薄膜素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの酸化物結晶材料の中には、ＢａＴ
ｉＯ3 、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ3 等を初めとして強誘電
性、高誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果等の様々
な機能を持つものがある。そのため、これらの効果を利
用したコンデンサ、圧力センサ、赤外線センサ、超音波
発振器、周波数フィルタ、光スイッチ等の多くのデバイ
ス開発がこれらの材料を用いて行われてきた。特に最
近、強誘電体材料の高誘電率特性や自発分極を利用し
て、ＤＲＡＭ等の半導体デバイスへの応用を通じてデバ
イスの小型化、プロセスの簡略化、不揮発性メモリ等の
新規機能デバイスの開発が行われている。
ｉＯ3 、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ3 等を初めとして強誘電
性、高誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果等の様々
な機能を持つものがある。そのため、これらの効果を利
用したコンデンサ、圧力センサ、赤外線センサ、超音波
発振器、周波数フィルタ、光スイッチ等の多くのデバイ
ス開発がこれらの材料を用いて行われてきた。特に最
近、強誘電体材料の高誘電率特性や自発分極を利用し
て、ＤＲＡＭ等の半導体デバイスへの応用を通じてデバ
イスの小型化、プロセスの簡略化、不揮発性メモリ等の
新規機能デバイスの開発が行われている。
【０００３】酸化物強誘電体Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12は、斜方
晶系に属する層状ペロブスカイト構造を持つ強誘電体で
ある。自発分極は、ａ軸及びｃ軸の２方向に成分を持
ち、ａ軸方向の自発分極は約５０μＣ／ｃｍ2 、抗電界
は約５０ｋＶ／ｃｍ、ｃ軸方向の自発分極は約４μＣ／
ｃｍ2 、抗電界は約５ｋＶ／ｃｍである。特に、ｃ軸方
向に小さな抗電界をもつことから、ＳＨＵ ＹＡＵ Ｗ
Ｕ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ ＥＤ−２１，４９９（１９７４）等による
と、低電圧駆動が可能な強誘電体不揮発性メモリへの応
用が期待されている。例えば、ＭＯＳ型の電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）のゲート絶縁膜としてＢｉ4 Ｔｉ3
Ｏ12結晶薄膜を用いることで、膜の自発分極の方向に依
存したソースドレイン間電流の差が発生することを利用
し、電源が切れた状態でも保たれている自発分極の方向
を情報として読み出すことが可能となるため、強誘電体
不揮発性メモリデバイスが実現できる。この場合、低電
圧駆動を実現するためには、できるだけ抗電界の小さい
強誘電体薄膜が望ましく、ｃ軸配向のＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
結晶薄膜が有望である。更に、このようなデバイス構造
において、強誘電体膜の焦電効果を利用することにより
赤外線照射による自発分極値の温度変化に応じたソース
−ドレイン間電流の変化を検出することにより、赤外線
センサの応用も可能となる。Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の薄膜製
作は、これまでスパッタリング法、ゾル−ゲル法、レー
ザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法等により行われて
いる。
晶系に属する層状ペロブスカイト構造を持つ強誘電体で
ある。自発分極は、ａ軸及びｃ軸の２方向に成分を持
ち、ａ軸方向の自発分極は約５０μＣ／ｃｍ2 、抗電界
は約５０ｋＶ／ｃｍ、ｃ軸方向の自発分極は約４μＣ／
ｃｍ2 、抗電界は約５ｋＶ／ｃｍである。特に、ｃ軸方
向に小さな抗電界をもつことから、ＳＨＵ ＹＡＵ Ｗ
Ｕ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ ＥＤ−２１，４９９（１９７４）等による
と、低電圧駆動が可能な強誘電体不揮発性メモリへの応
用が期待されている。例えば、ＭＯＳ型の電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）のゲート絶縁膜としてＢｉ4 Ｔｉ3
Ｏ12結晶薄膜を用いることで、膜の自発分極の方向に依
存したソースドレイン間電流の差が発生することを利用
し、電源が切れた状態でも保たれている自発分極の方向
を情報として読み出すことが可能となるため、強誘電体
不揮発性メモリデバイスが実現できる。この場合、低電
圧駆動を実現するためには、できるだけ抗電界の小さい
強誘電体薄膜が望ましく、ｃ軸配向のＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
結晶薄膜が有望である。更に、このようなデバイス構造
において、強誘電体膜の焦電効果を利用することにより
赤外線照射による自発分極値の温度変化に応じたソース
−ドレイン間電流の変化を検出することにより、赤外線
センサの応用も可能となる。Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の薄膜製
作は、これまでスパッタリング法、ゾル−ゲル法、レー
ザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法等により行われて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなＦＥＴ
型の不揮発性メモリを初めとした各種のデバイスへの応
用には、シリコン基板表面上への配向性を制御した酸化
物薄膜の直接成膜技術の開発が不可欠であるが、シリコ
ン基板は、それ自体が極めて酸化しやすい材料であるた
め、強誘電体薄膜の形成時のシリコン基板表面上での非
晶質酸化シリコンの発生が問題となる。このような非晶
質基板上では、その上に形成された強誘電体薄膜の結晶
配向は自然配向となり、最も効果的な自発分極の方向を
持った配向膜を得ることは困難である。従って、強誘電
体薄膜をシリコン基板上に形成する場合、非晶質酸化シ
リコンの発生をいかに抑制し、その上の強誘電体薄膜の
配向性を制御するかが課題となる。
型の不揮発性メモリを初めとした各種のデバイスへの応
用には、シリコン基板表面上への配向性を制御した酸化
物薄膜の直接成膜技術の開発が不可欠であるが、シリコ
ン基板は、それ自体が極めて酸化しやすい材料であるた
め、強誘電体薄膜の形成時のシリコン基板表面上での非
晶質酸化シリコンの発生が問題となる。このような非晶
質基板上では、その上に形成された強誘電体薄膜の結晶
配向は自然配向となり、最も効果的な自発分極の方向を
持った配向膜を得ることは困難である。従って、強誘電
体薄膜をシリコン基板上に形成する場合、非晶質酸化シ
リコンの発生をいかに抑制し、その上の強誘電体薄膜の
配向性を制御するかが課題となる。
【０００５】シリコン基板上への配向性を制御した強誘
電体薄膜のへテロ成長技術は、その応用面の重要性にも
拘らず、十分には確立されていない。シリコン基板上に
直接Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜を形成する場合、シリコン基
板との界面でＳｉ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｏの相互拡散が起こ
り、非晶質の酸化シリコン層が発生する。この場合、Ｂ
ｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜の結晶配向は自然配向性に依存する
だけであり、配向制御は困難である。従って、Ｂｉ4 Ｔ
ｉ3 Ｏ12のｃ軸配向膜を再現性よく作成するためには、
酸化物薄膜とシリコン基板との間の相互拡散と非晶質層
の発生の抑制が課題である。この課題を解消するため
に、酸化物薄膜とシリコン基板との間へのバッファ層の
挿入が試みられており、例えばスピネルＭｇＡｌ2 Ｏ4
（１００）／Ｓｉ（１００）等が知られている。この場
合、バッファ層自身がシリコン基板及び目的の酸化物結
晶材料に格子整合することが重要な問題点となってい
る。 本発明は、上記のような課題を解消するためにな
されたもので、シリコン基板上にｃ軸配向のＢｉ4 Ｔｉ
3 Ｏ12薄膜を再現性よく作成するためのバッファ層及び
優れた強誘電性を有する酸化物結晶薄膜の製造方法及び
薄膜素子を提供することを目的とする。
電体薄膜のへテロ成長技術は、その応用面の重要性にも
拘らず、十分には確立されていない。シリコン基板上に
直接Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜を形成する場合、シリコン基
板との界面でＳｉ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｏの相互拡散が起こ
り、非晶質の酸化シリコン層が発生する。この場合、Ｂ
ｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜の結晶配向は自然配向性に依存する
だけであり、配向制御は困難である。従って、Ｂｉ4 Ｔ
ｉ3 Ｏ12のｃ軸配向膜を再現性よく作成するためには、
酸化物薄膜とシリコン基板との間の相互拡散と非晶質層
の発生の抑制が課題である。この課題を解消するため
に、酸化物薄膜とシリコン基板との間へのバッファ層の
挿入が試みられており、例えばスピネルＭｇＡｌ2 Ｏ4
（１００）／Ｓｉ（１００）等が知られている。この場
合、バッファ層自身がシリコン基板及び目的の酸化物結
晶材料に格子整合することが重要な問題点となってい
る。 本発明は、上記のような課題を解消するためにな
されたもので、シリコン基板上にｃ軸配向のＢｉ4 Ｔｉ
3 Ｏ12薄膜を再現性よく作成するためのバッファ層及び
優れた強誘電性を有する酸化物結晶薄膜の製造方法及び
薄膜素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、シリコン基板上にビスマスシリケート薄膜から
なるバッファ層を形成し、前記バッファ層上に酸化物強
誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12を形成する請求項１の酸化
物結晶薄膜の製造方法によって達成される。
目的は、シリコン基板上にビスマスシリケート薄膜から
なるバッファ層を形成し、前記バッファ層上に酸化物強
誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12を形成する請求項１の酸化
物結晶薄膜の製造方法によって達成される。
【０００７】本発明によれば、前述の目的は、前記ビス
マスシリケート薄膜からなるバッファ層を形成する際、
Ｂｉを含む有機金属材料を加熱気化し、前記加熱気化し
たＢｉを含む有機金属材料をキャリアガス及びＯ2 ガス
と共にシリコン基板上に供給する請求項２の酸化物結晶
薄膜の製造方法によって達成される。
マスシリケート薄膜からなるバッファ層を形成する際、
Ｂｉを含む有機金属材料を加熱気化し、前記加熱気化し
たＢｉを含む有機金属材料をキャリアガス及びＯ2 ガス
と共にシリコン基板上に供給する請求項２の酸化物結晶
薄膜の製造方法によって達成される。
【０００８】本発明によれば、前述の目的は、シリコン
基板と、前記シリコン基板上に形成されたビスマスシリ
ケート薄膜バッファ層と、前記ビスマスシリケート薄膜
バッファ層上に形成された酸化物強誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔ
ｉ3 Ｏ12と、前記酸化物強誘電体薄膜上に形成された上
部電極と、前記シリコン基板裏面に形成された下部電極
とを具備する請求項３の薄膜素子によって達成される。
基板と、前記シリコン基板上に形成されたビスマスシリ
ケート薄膜バッファ層と、前記ビスマスシリケート薄膜
バッファ層上に形成された酸化物強誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔ
ｉ3 Ｏ12と、前記酸化物強誘電体薄膜上に形成された上
部電極と、前記シリコン基板裏面に形成された下部電極
とを具備する請求項３の薄膜素子によって達成される。
【０００９】
【作用】請求項１の酸化物結晶薄膜の製造方法によれ
ば、シリコン基板上にビスマスシリケート薄膜からなる
バッファ層を介してＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向を持つ
高品質強誘電体結晶薄膜が形成でき、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
のｃ軸方向の優れた強誘電特性を効率的に利用した各種
の電子デバイスへの応用が可能となる。例えば、シリコ
ン基板を用いた半導体デバイスに強誘電体の自発分極や
焦電特性等を付加することによって、電界効果型の不揮
発性メモリや２次元赤外線アレイセンサ等の開発が可能
となる。
ば、シリコン基板上にビスマスシリケート薄膜からなる
バッファ層を介してＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向を持つ
高品質強誘電体結晶薄膜が形成でき、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
のｃ軸方向の優れた強誘電特性を効率的に利用した各種
の電子デバイスへの応用が可能となる。例えば、シリコ
ン基板を用いた半導体デバイスに強誘電体の自発分極や
焦電特性等を付加することによって、電界効果型の不揮
発性メモリや２次元赤外線アレイセンサ等の開発が可能
となる。
【００１０】請求項３の薄膜素子によれば、シリコン基
板上にビスマスシリケート薄膜からなるバッファ層を介
してＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向を持つ高品質強誘電体
結晶薄膜が形成でき、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸方向の優
れた強誘電特性を効率的に利用した各種の電子デバイス
への応用が可能となる。
板上にビスマスシリケート薄膜からなるバッファ層を介
してＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向を持つ高品質強誘電体
結晶薄膜が形成でき、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸方向の優
れた強誘電特性を効率的に利用した各種の電子デバイス
への応用が可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の酸化物結晶薄膜の製造方法及
び薄膜素子の第１の実施例を図を参照しながら説明す
る。本実施例は、シリコン基板上にｃ軸配向のＢｉ4 Ｔ
ｉ3Ｏ12薄膜を再現性よく作成するためのバッファ層を
有する酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子を提供す
ることを課題とする。
び薄膜素子の第１の実施例を図を参照しながら説明す
る。本実施例は、シリコン基板上にｃ軸配向のＢｉ4 Ｔ
ｉ3Ｏ12薄膜を再現性よく作成するためのバッファ層を
有する酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子を提供す
ることを課題とする。
【００１２】本実施例の薄膜素子は、図１に示すよう
に、下部電極１と、シリコン基板２と、シリコン基板２
上に形成されたビスマスシリケート薄膜から構成された
バッファ層３と、ビスマスシリケート薄膜バッファ層３
上に形成されたＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12酸化物強誘電体薄膜４
と、上部電極５とから構成されている。なお、ビスマス
シリケート薄膜３の構成元素Ｂｉ、Ｓｉ、Ｏは基板のＳ
ｉ及びＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の構成元素でもあり、膜特性に
影響を与える不純物を含まない点で有利である。
に、下部電極１と、シリコン基板２と、シリコン基板２
上に形成されたビスマスシリケート薄膜から構成された
バッファ層３と、ビスマスシリケート薄膜バッファ層３
上に形成されたＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12酸化物強誘電体薄膜４
と、上部電極５とから構成されている。なお、ビスマス
シリケート薄膜３の構成元素Ｂｉ、Ｓｉ、Ｏは基板のＳ
ｉ及びＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の構成元素でもあり、膜特性に
影響を与える不純物を含まない点で有利である。
【００１３】ビスマスシリケート薄膜３には、組成によ
り複数の結晶相が存在する。本発明のバッファ層には、 （１）Ｂｉ2 ＳｉＯ5 ：（ＪＣＰＤＳデータ ３６−２
８７）斜方晶系 格子定数 ａ＝１５．２１７Å、ｂ＝
５．４７７Å、ｃ＝５．３２５Å （２）Ｂｉ12ＳｉＯ20：（ＪＣＰＤＳデータ ３７−４
８５）立方晶系 格子定数 ａ＝１０．１０６７Å の２種類の内のいずれかが用いられる。
り複数の結晶相が存在する。本発明のバッファ層には、 （１）Ｂｉ2 ＳｉＯ5 ：（ＪＣＰＤＳデータ ３６−２
８７）斜方晶系 格子定数 ａ＝１５．２１７Å、ｂ＝
５．４７７Å、ｃ＝５．３２５Å （２）Ｂｉ12ＳｉＯ20：（ＪＣＰＤＳデータ ３７−４
８５）立方晶系 格子定数 ａ＝１０．１０６７Å の２種類の内のいずれかが用いられる。
【００１４】一方、シリコンの結晶構造は、 Ｓｉ：（ＪＣＰＤＳデータ ５−５６５）立方晶系 格
子定数 ａ＝５．４３０１Å 及び酸化物強誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の結晶構造
は、 Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12：（ＪＣＰＤＳデータ ３５−７９
５）斜方晶系 格子定数ａ＝５．４１００Å、ｂ＝５．
４４８９Å、ｃ＝３２．８１５Å である。従って、各材料の結晶格子の不整合の値は、次
のように見積もられる。 Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12（ｃ面）／Ｂｉ2 ＳｉＯ5 （ａ面） 約０．５％ Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12（ｃ面）／Ｂｉ12ＳｉＯ20（ａ面） 約７．４％ Ｂｉ2 ＳｉＯ5 （ａ面）／Ｓｉ（ａ面） 約−０．５％ Ｂｉ12ＳｉＯ20（ａ面）／Ｓｉ（ａ面） 約−６．９％ 以上の格子不整合の値から、 Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12（ｃ面）／Ｂｉ2 ＳｉＯ5 （ａ面）／
Ｓｉ（ａ面） Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12（ｃ面）／Ｂｉ12ＳｉＯ20（ａ面）／
Ｓｉ（ａ面） のエピタキシャル結晶成長または配向膜の形成は十分に
可能と考えられる。従って、Ｓｉ基板の上に直接Ｂｉ2
ＳｉＯ5 またはＢｉ12ＳｉＯ20の配向膜を形成すること
ができれば、目的とする強誘電体Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ
軸配向膜の作成は十分に可能である。
子定数 ａ＝５．４３０１Å 及び酸化物強誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の結晶構造
は、 Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12：（ＪＣＰＤＳデータ ３５−７９
５）斜方晶系 格子定数ａ＝５．４１００Å、ｂ＝５．
４４８９Å、ｃ＝３２．８１５Å である。従って、各材料の結晶格子の不整合の値は、次
のように見積もられる。 Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12（ｃ面）／Ｂｉ2 ＳｉＯ5 （ａ面） 約０．５％ Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12（ｃ面）／Ｂｉ12ＳｉＯ20（ａ面） 約７．４％ Ｂｉ2 ＳｉＯ5 （ａ面）／Ｓｉ（ａ面） 約−０．５％ Ｂｉ12ＳｉＯ20（ａ面）／Ｓｉ（ａ面） 約−６．９％ 以上の格子不整合の値から、 Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12（ｃ面）／Ｂｉ2 ＳｉＯ5 （ａ面）／
Ｓｉ（ａ面） Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12（ｃ面）／Ｂｉ12ＳｉＯ20（ａ面）／
Ｓｉ（ａ面） のエピタキシャル結晶成長または配向膜の形成は十分に
可能と考えられる。従って、Ｓｉ基板の上に直接Ｂｉ2
ＳｉＯ5 またはＢｉ12ＳｉＯ20の配向膜を形成すること
ができれば、目的とする強誘電体Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ
軸配向膜の作成は十分に可能である。
【００１５】本発明に用いられるシリコン基板として
は、（１００）面でＰ型またはＮ型の低抵抗基板が好ま
しい。酸化物結晶薄膜は、スパッタリング法、ゾル−ゲ
ル法、レーザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法等の種
々の方法により形成できるが、ＭＯＣＶＤ法が好まし
い。Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12、Ｂｉ2 ＳｉＯ5 及びＢｉ12Ｓｉ
Ｏ20薄膜をＭＯＣＶＤ法で形成する場合には、これらの
構成元素の有機金属化合物を原料として用いることがで
きる。例えば、トリフェニルビスマスＢｉ（Ｃ6 Ｈ5 ）
3 、オルトトリルビスマスＢｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ8 ）3 、チ
タンイソプロポキサイドＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 等が
用いられる。これらの有機金属材料を加熱気化し、Ａｒ
等のキャリヤガスと共に加熱保持した基板上に供給す
る。この際、反応ガスとしてＯ2 ガスを同時に供給す
る。成膜パラメータとしては、原料の加熱温度、キャリ
ヤガス流量、Ｏ2 ガス流量、成膜圧力、基板温度等があ
る。
は、（１００）面でＰ型またはＮ型の低抵抗基板が好ま
しい。酸化物結晶薄膜は、スパッタリング法、ゾル−ゲ
ル法、レーザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法等の種
々の方法により形成できるが、ＭＯＣＶＤ法が好まし
い。Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12、Ｂｉ2 ＳｉＯ5 及びＢｉ12Ｓｉ
Ｏ20薄膜をＭＯＣＶＤ法で形成する場合には、これらの
構成元素の有機金属化合物を原料として用いることがで
きる。例えば、トリフェニルビスマスＢｉ（Ｃ6 Ｈ5 ）
3 、オルトトリルビスマスＢｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ8 ）3 、チ
タンイソプロポキサイドＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 等が
用いられる。これらの有機金属材料を加熱気化し、Ａｒ
等のキャリヤガスと共に加熱保持した基板上に供給す
る。この際、反応ガスとしてＯ2 ガスを同時に供給す
る。成膜パラメータとしては、原料の加熱温度、キャリ
ヤガス流量、Ｏ2 ガス流量、成膜圧力、基板温度等があ
る。
【００１６】Ｂｉ2 ＳｉＯ5 またはＢｉ12ＳｉＯ20薄膜
をシリコン基板上に形成するには、基板温度は５５０〜
６５０℃、成膜圧力は１０〜１００Ｔｏｒｒの間が好ま
しい。一方、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12を形成するには、基板温
度５５０〜６５０℃、成膜圧力は１〜１０Ｔｏｒｒの間
が好ましい。更に、これら２種類の薄膜は同一のＣＶＤ
装置内で連続して形成できる点で有利である。
をシリコン基板上に形成するには、基板温度は５５０〜
６５０℃、成膜圧力は１０〜１００Ｔｏｒｒの間が好ま
しい。一方、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12を形成するには、基板温
度５５０〜６５０℃、成膜圧力は１〜１０Ｔｏｒｒの間
が好ましい。更に、これら２種類の薄膜は同一のＣＶＤ
装置内で連続して形成できる点で有利である。
【００１７】更に、作成されたビスマスシリケート薄膜
バッファ層３上のＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の上にＰｔ、ＲｕＯ
2 、金黒等の上部電極５を形成することにより、強誘電
体不揮発性メモリ素子、焦電赤外線センサ素子、圧電素
子、光変調器等の多くのデバイスに応用することができ
る。
バッファ層３上のＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の上にＰｔ、ＲｕＯ
2 、金黒等の上部電極５を形成することにより、強誘電
体不揮発性メモリ素子、焦電赤外線センサ素子、圧電素
子、光変調器等の多くのデバイスに応用することができ
る。
【００１８】本実施例においては、縦型ＭＯＣＶＤ装置
を用いた。縦型の成膜室内に水平に置かれた基板加熱ホ
ルダ上のシリコン基板に上部に設置されたノズルから原
料ガスを供給する。Ｂｉ原料としては、トリフェニルビ
スマスＢｉ（Ｃ6 Ｈ5 ）3 、オルトトリルビスマスＢｉ
（ｏ−Ｃ7 Ｈ8 ）3 、Ｔｉ原料としてはチタンイソプロ
ポキサイドＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 、キャリアガスは
Ａｒ、反応ガスはＯ2を用いた。そして、以下の成膜条
件によりビスマスシリケート薄膜の成長を行った。
を用いた。縦型の成膜室内に水平に置かれた基板加熱ホ
ルダ上のシリコン基板に上部に設置されたノズルから原
料ガスを供給する。Ｂｉ原料としては、トリフェニルビ
スマスＢｉ（Ｃ6 Ｈ5 ）3 、オルトトリルビスマスＢｉ
（ｏ−Ｃ7 Ｈ8 ）3 、Ｔｉ原料としてはチタンイソプロ
ポキサイドＴｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 、キャリアガスは
Ａｒ、反応ガスはＯ2を用いた。そして、以下の成膜条
件によりビスマスシリケート薄膜の成長を行った。
【００１９】基 板 ：Ｐ型シリコン（１００）面、比
抵抗＜０．２Ωｃｍ 基板温度：５５０℃、６００℃、６５０℃ Ｂｉ原料：Ｂｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ8 ）3 温度１６０℃、キャリヤガスＡｒ流量２００ｓｃｃｍ 反応ガス：Ｏ2 、流量４００ｓｃｃｍ バランスガス：Ａｒ、流量２００ｓｃｃｍ 成膜圧力：５、５０Ｔｏｒｒ シリコン（１００）基板表面の酸化膜をＨＦ水溶液によ
り除去、純水洗浄した後、成膜室内の基板ホルダ上にセ
ットし、速やかに成膜室を１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空
排気した。その後、Ａｒガスを総流量８００ｓｃｃｍ流
し、所定の成膜圧力及び基板温度に設定した。それか
ら、上記成膜条件で１０、２０、３０、４０分間の成膜
を行い、室温まで徐々に冷却し、基板を取り出した。薄
膜表面は青い干渉色を示し、Ｘ線回折パターンから次の
結果が得られる。成膜圧力５Ｔｏｒｒで成膜温度が５５
０℃の場合、Ｂｉ2 ＳｉＯ5 （ａ軸配向）が発生し、成
膜圧力５Ｔｏｒｒで成膜温度が６００℃の場合、図２に
示すようなＢｉ2 ＳiＯ5 （ａ軸配向）が発生する。成
膜圧力５Ｔｏｒｒで成膜温度が６５０℃の場合、非晶質
となる。また、成膜圧力５０Ｔｏｒｒで成膜温度が５５
０℃の場合、Ｂｉ2 Ｏ3（無配向）が発生し、成膜圧力
５０Ｔｏｒｒで成膜温度が６００℃の場合、Ｂｉ2 Ｏ3
（無配向）が発生し、成膜圧力５０Ｔｏｒｒで成膜温度
が６５０℃の場合、図３に示すようなＢｉ12ＳｉＯ
20（ａ軸配向）が発生する。
抵抗＜０．２Ωｃｍ 基板温度：５５０℃、６００℃、６５０℃ Ｂｉ原料：Ｂｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ8 ）3 温度１６０℃、キャリヤガスＡｒ流量２００ｓｃｃｍ 反応ガス：Ｏ2 、流量４００ｓｃｃｍ バランスガス：Ａｒ、流量２００ｓｃｃｍ 成膜圧力：５、５０Ｔｏｒｒ シリコン（１００）基板表面の酸化膜をＨＦ水溶液によ
り除去、純水洗浄した後、成膜室内の基板ホルダ上にセ
ットし、速やかに成膜室を１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空
排気した。その後、Ａｒガスを総流量８００ｓｃｃｍ流
し、所定の成膜圧力及び基板温度に設定した。それか
ら、上記成膜条件で１０、２０、３０、４０分間の成膜
を行い、室温まで徐々に冷却し、基板を取り出した。薄
膜表面は青い干渉色を示し、Ｘ線回折パターンから次の
結果が得られる。成膜圧力５Ｔｏｒｒで成膜温度が５５
０℃の場合、Ｂｉ2 ＳｉＯ5 （ａ軸配向）が発生し、成
膜圧力５Ｔｏｒｒで成膜温度が６００℃の場合、図２に
示すようなＢｉ2 ＳiＯ5 （ａ軸配向）が発生する。成
膜圧力５Ｔｏｒｒで成膜温度が６５０℃の場合、非晶質
となる。また、成膜圧力５０Ｔｏｒｒで成膜温度が５５
０℃の場合、Ｂｉ2 Ｏ3（無配向）が発生し、成膜圧力
５０Ｔｏｒｒで成膜温度が６００℃の場合、Ｂｉ2 Ｏ3
（無配向）が発生し、成膜圧力５０Ｔｏｒｒで成膜温度
が６５０℃の場合、図３に示すようなＢｉ12ＳｉＯ
20（ａ軸配向）が発生する。
【００２０】ここで、成長圧力が高くなるとＢｉ2 Ｏ3
が発生するのは、Ｂｉ原料とＯ2 ガスの気相反応が起こ
りやすくなると思われる。ただし、基板温度が高くなる
と、基板表面での反応が促進される結果、Ｂｉ12ＳｉＯ
20が形成されたと考えられる。一方、成長時間が３０分
以上に長くなると、Ｂｉ2 Ｏ3 の発生が顕著になる。こ
れは、ビスマクシリケート結晶薄膜の成長過程におい
て、Ｓｉの供給はＳｉ基板から行われており、ある程度
の膜厚まで成長すると、その下地のＳｉ基板からのＳｉ
供給が困難になるために、成長時間が長くなるにつれて
Ｂｉ2 Ｏ3 が成長するものと考えられる。以上の結果か
ら、Ｂｉ2 ＳｉＯ5 薄膜を製作するには、成長圧力を５
Ｔｏｒｒ程度、基板温度を６００℃以下にするとよい。
また、Ｂｉ12ＳｉＯ20薄膜を作成するには、成長圧力を
５０Ｔｏｒｒ程度、基板温度を６５０℃以上にするとよ
い。更に、成長時間は３０分以内が好ましい。
が発生するのは、Ｂｉ原料とＯ2 ガスの気相反応が起こ
りやすくなると思われる。ただし、基板温度が高くなる
と、基板表面での反応が促進される結果、Ｂｉ12ＳｉＯ
20が形成されたと考えられる。一方、成長時間が３０分
以上に長くなると、Ｂｉ2 Ｏ3 の発生が顕著になる。こ
れは、ビスマクシリケート結晶薄膜の成長過程におい
て、Ｓｉの供給はＳｉ基板から行われており、ある程度
の膜厚まで成長すると、その下地のＳｉ基板からのＳｉ
供給が困難になるために、成長時間が長くなるにつれて
Ｂｉ2 Ｏ3 が成長するものと考えられる。以上の結果か
ら、Ｂｉ2 ＳｉＯ5 薄膜を製作するには、成長圧力を５
Ｔｏｒｒ程度、基板温度を６００℃以下にするとよい。
また、Ｂｉ12ＳｉＯ20薄膜を作成するには、成長圧力を
５０Ｔｏｒｒ程度、基板温度を６５０℃以上にするとよ
い。更に、成長時間は３０分以内が好ましい。
【００２１】次に、上述のように成膜したＢｉ2 ＳｉＯ
5 薄膜（ａ軸配向）上に酸化物強誘電体結晶薄膜Ｂｉ4
Ｔｉ3 Ｏ12を成膜する方法について説明する。
5 薄膜（ａ軸配向）上に酸化物強誘電体結晶薄膜Ｂｉ4
Ｔｉ3 Ｏ12を成膜する方法について説明する。
【００２２】成長圧力を５Ｔｏｒｒ程度、基板温度を６
００℃、１０分間の成膜により作成したＢｉ2 ＳｉＯ5
薄膜上に、下記の成膜条件で連続的にＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
の成膜を行った。
００℃、１０分間の成膜により作成したＢｉ2 ＳｉＯ5
薄膜上に、下記の成膜条件で連続的にＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
の成膜を行った。
【００２３】基 板 ：Ｂｉ2 ＳｉＯ5 （ａ軸配向）／
Ｓｉ基板 基板温度：６００℃ Ｂｉ原料：Ｂｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ8 ）3 温度１６０℃、キャリヤガスＡｒ流量２００ｓｃｃｍ Ｔｉ原料：Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 温度５０℃、キャリヤガスＡｒ流量１００ｓｃｃｍ 反応ガス：Ｏ2 、流量４００ｓｃｃｍ バランスガス：Ａｒ、流量１００ｓｃｃｍ 成膜圧力：５Ｔｏｒｒ Ｂｉ2 ＳｉＯ5 薄膜の成膜の後、原料ガス及びＯ2 ガス
の成膜室内への導入を停止し、１０分間成膜室内を真空
排気した後、上記成膜条件で原料ガスを導入し、Ｂｉ4
Ｔｉ3 Ｏ12の成膜を開始する。上記の成膜条件は、Ｂｉ
4 Ｔｉ3 Ｏ12のストイキオメトリ組成が得られるように
事前に検討して決定したものである。成膜時間は６０分
で、膜厚約２００ｎｍの薄膜が得られた。膜表面モフォ
ロジーとＸ線回折法による結晶配向性の評価を行った。
電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、薄膜は板
状の結晶粒から形成されていた。この薄膜のＸ線回折パ
ターンには、図４に示すように、Ｂｉ2 ＳｉＯ5 からの
反射以外にはＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の（００ｌ）反射のみが
見られ、ｃ軸配向膜が形成されていることが分かる。こ
のようにして作成したＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の薄膜試料につ
いて、上部電極５として面積１００μｍ角のＰｔを蒸着
し、シリコン基板裏面にも下部電極１としてＰｔを蒸着
した。この薄膜キャパシタ構造について、強誘電ヒステ
リシス曲線の測定を行ったところ、図５に示すように、
残留分極は約２．８μＣ／ｃｍ2 、抗電界は２０ｋＶ／
ｃｍが得られた。作成されたｃ軸配向のＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ
12の薄膜の抗電界は非常に小さく、残留分極も電界効果
型不揮発性メモリを実現するのに十分な値である。この
ように、シリコン基板状に薄いバッファ層を介在するこ
とでＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向膜が得られることか
ら、電界効果型の強誘電体不揮発性メモリを初めとし
て、焦電効果を利用した赤外線センサへの応用も可能と
なる。
Ｓｉ基板 基板温度：６００℃ Ｂｉ原料：Ｂｉ（ｏ−Ｃ7 Ｈ8 ）3 温度１６０℃、キャリヤガスＡｒ流量２００ｓｃｃｍ Ｔｉ原料：Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 温度５０℃、キャリヤガスＡｒ流量１００ｓｃｃｍ 反応ガス：Ｏ2 、流量４００ｓｃｃｍ バランスガス：Ａｒ、流量１００ｓｃｃｍ 成膜圧力：５Ｔｏｒｒ Ｂｉ2 ＳｉＯ5 薄膜の成膜の後、原料ガス及びＯ2 ガス
の成膜室内への導入を停止し、１０分間成膜室内を真空
排気した後、上記成膜条件で原料ガスを導入し、Ｂｉ4
Ｔｉ3 Ｏ12の成膜を開始する。上記の成膜条件は、Ｂｉ
4 Ｔｉ3 Ｏ12のストイキオメトリ組成が得られるように
事前に検討して決定したものである。成膜時間は６０分
で、膜厚約２００ｎｍの薄膜が得られた。膜表面モフォ
ロジーとＸ線回折法による結晶配向性の評価を行った。
電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、薄膜は板
状の結晶粒から形成されていた。この薄膜のＸ線回折パ
ターンには、図４に示すように、Ｂｉ2 ＳｉＯ5 からの
反射以外にはＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の（００ｌ）反射のみが
見られ、ｃ軸配向膜が形成されていることが分かる。こ
のようにして作成したＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の薄膜試料につ
いて、上部電極５として面積１００μｍ角のＰｔを蒸着
し、シリコン基板裏面にも下部電極１としてＰｔを蒸着
した。この薄膜キャパシタ構造について、強誘電ヒステ
リシス曲線の測定を行ったところ、図５に示すように、
残留分極は約２．８μＣ／ｃｍ2 、抗電界は２０ｋＶ／
ｃｍが得られた。作成されたｃ軸配向のＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ
12の薄膜の抗電界は非常に小さく、残留分極も電界効果
型不揮発性メモリを実現するのに十分な値である。この
ように、シリコン基板状に薄いバッファ層を介在するこ
とでＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向膜が得られることか
ら、電界効果型の強誘電体不揮発性メモリを初めとし
て、焦電効果を利用した赤外線センサへの応用も可能と
なる。
【００２４】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。本実施例は、シリコン基板上にｃ軸配向のＢｉ4
Ｔｉ3 Ｏ12薄膜を再現性よく作成するためのバッファ層
を有する酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子を提供
することを課題とする。
する。本実施例は、シリコン基板上にｃ軸配向のＢｉ4
Ｔｉ3 Ｏ12薄膜を再現性よく作成するためのバッファ層
を有する酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子を提供
することを課題とする。
【００２５】上述実施例１においてはビスマスシリケー
ト薄膜バッファ層３にＢｉ2 ＳｉＯ5 を用いて説明した
が、これに限らず、Ｂｉ12ＳｉＯ20薄膜をシリコン基板
上に形成してもよい。なお、基板以外の成膜条件は上述
実施例１と同じで、基板温度：６５０℃、成膜圧力：５
０Ｔｏｒｒ、１０分間の成膜によりＢｉ12ＳｉＯ20薄膜
を製作した。この薄膜上に上述実施例１と同じ成膜条件
により、Ｂｉ4 Ｔｉ3Ｏ12を作成した。成膜時間は６０
分で、膜厚約２００ｎｍの薄膜が得られた。この薄膜の
Ｘ線回折パターンは、図６に示すようになっており、明
らかにＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向膜が形成されている
ことが分かる。この薄膜について上述同様に電極を形成
してヒステリシス曲線の計測を行ったところ、図７に示
すように、残留分極約２．５μＣ／ｃｍ2 、抗電界約３
０ｋＶ／ｃｍの値が得られた。
ト薄膜バッファ層３にＢｉ2 ＳｉＯ5 を用いて説明した
が、これに限らず、Ｂｉ12ＳｉＯ20薄膜をシリコン基板
上に形成してもよい。なお、基板以外の成膜条件は上述
実施例１と同じで、基板温度：６５０℃、成膜圧力：５
０Ｔｏｒｒ、１０分間の成膜によりＢｉ12ＳｉＯ20薄膜
を製作した。この薄膜上に上述実施例１と同じ成膜条件
により、Ｂｉ4 Ｔｉ3Ｏ12を作成した。成膜時間は６０
分で、膜厚約２００ｎｍの薄膜が得られた。この薄膜の
Ｘ線回折パターンは、図６に示すようになっており、明
らかにＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向膜が形成されている
ことが分かる。この薄膜について上述同様に電極を形成
してヒステリシス曲線の計測を行ったところ、図７に示
すように、残留分極約２．５μＣ／ｃｍ2 、抗電界約３
０ｋＶ／ｃｍの値が得られた。
【００２６】また、本出願人は、比較のためにビスマス
シリケート薄膜バッファ層が形成されていないシリコン
基板上にＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12を作成した。上述実施例１と
同様に、シリコン（１００）基板表面の酸化膜を除去し
た後に、ＭＯＣＶＤ装置内にセットする。成膜条件は上
述したＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜製作条件と同じである。６
０分間の成膜を行った後に、得られた薄膜のＸ線回折パ
ターンの測定結果は、図８に示すように、Ｂｉ4 Ｔｉ3
Ｏ12の回折ピーク以外にパイクロア相Ｂｉ2 Ｔｉ2 Ｏ7
の回折ピークの混在が認められる。また、Ｂｉ4 Ｔｉ3
Ｏ12の配向性はｃ軸配向以外の回折ピークが多数認めら
れ、配向性は不十分である。作成した薄膜の電気特性を
上述同様な電極構造を作成してヒステリシス曲線の測定
を行ったところ、図９に示すように、上述実施例１で作
成したＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12に比べて十分なヒステリシス曲
線が得られなかった。この原因は、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄
膜のｃ軸配向性が不十分であること以上に、シリコン基
板中へのＴｉの拡散し易さの結果、界面変質層の発生が
起こっているためと思われる。従って、ビスマスシリケ
ート薄膜バッファ層は、Ｓｉ基板とＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄
膜との間の拡散バリアとしての効果を有することが十分
に確認できた。
シリケート薄膜バッファ層が形成されていないシリコン
基板上にＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12を作成した。上述実施例１と
同様に、シリコン（１００）基板表面の酸化膜を除去し
た後に、ＭＯＣＶＤ装置内にセットする。成膜条件は上
述したＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄膜製作条件と同じである。６
０分間の成膜を行った後に、得られた薄膜のＸ線回折パ
ターンの測定結果は、図８に示すように、Ｂｉ4 Ｔｉ3
Ｏ12の回折ピーク以外にパイクロア相Ｂｉ2 Ｔｉ2 Ｏ7
の回折ピークの混在が認められる。また、Ｂｉ4 Ｔｉ3
Ｏ12の配向性はｃ軸配向以外の回折ピークが多数認めら
れ、配向性は不十分である。作成した薄膜の電気特性を
上述同様な電極構造を作成してヒステリシス曲線の測定
を行ったところ、図９に示すように、上述実施例１で作
成したＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12に比べて十分なヒステリシス曲
線が得られなかった。この原因は、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄
膜のｃ軸配向性が不十分であること以上に、シリコン基
板中へのＴｉの拡散し易さの結果、界面変質層の発生が
起こっているためと思われる。従って、ビスマスシリケ
ート薄膜バッファ層は、Ｓｉ基板とＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12薄
膜との間の拡散バリアとしての効果を有することが十分
に確認できた。
【００２７】なお、上述実施例においては、Ｂｉ4 Ｔｉ
3 Ｏ12の成膜方法としてＭＯＣＶＤ法を用いたが、ビス
マスシリケート薄膜バッファ層が表面に形成されるＳｉ
基板を用いれば、他の成膜方法、例えばゾル−ゲル法、
スパッタ法、レーザーアブレーション法、反応性蒸着
法、プラズマＭＯＣＶＤ法等を用いてもよい。
3 Ｏ12の成膜方法としてＭＯＣＶＤ法を用いたが、ビス
マスシリケート薄膜バッファ層が表面に形成されるＳｉ
基板を用いれば、他の成膜方法、例えばゾル−ゲル法、
スパッタ法、レーザーアブレーション法、反応性蒸着
法、プラズマＭＯＣＶＤ法等を用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】請求項１の酸化物結晶薄膜の製造方法に
よれば、シリコン基板上にビスマスシリケート薄膜から
なるバッファ層を介して酸化物強誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔｉ
3 Ｏ12のｃ軸配向を形成したので、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の
ｃ軸配向膜が再現性よく形成でき、ｃ軸方向の極めて小
さい抗電界と大きな自発分極を利用したデバイスの開発
を行うことができる。シリコンを用いたＭＯＳ型ＦＥＴ
のゲート絶縁膜に用いることで、自発分極の向きの違い
によるドレイン電流の差を利用した強誘電体不揮発性メ
モリ開発に応用できる。焦電効果を利用した赤外線セン
サとしての応用もでき、赤外線の照射に伴うドレイン電
流の変化として赤外光を検出するセンサデバイスの作
成、それを２次元に配置した２次元赤外線センサの作
成、下地材のシリコン基板にトランジスタを形成するこ
とで検出電流の増幅も行うことができる。
よれば、シリコン基板上にビスマスシリケート薄膜から
なるバッファ層を介して酸化物強誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔｉ
3 Ｏ12のｃ軸配向を形成したので、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12の
ｃ軸配向膜が再現性よく形成でき、ｃ軸方向の極めて小
さい抗電界と大きな自発分極を利用したデバイスの開発
を行うことができる。シリコンを用いたＭＯＳ型ＦＥＴ
のゲート絶縁膜に用いることで、自発分極の向きの違い
によるドレイン電流の差を利用した強誘電体不揮発性メ
モリ開発に応用できる。焦電効果を利用した赤外線セン
サとしての応用もでき、赤外線の照射に伴うドレイン電
流の変化として赤外光を検出するセンサデバイスの作
成、それを２次元に配置した２次元赤外線センサの作
成、下地材のシリコン基板にトランジスタを形成するこ
とで検出電流の増幅も行うことができる。
【００２９】請求項３の薄膜素子によれば、シリコン基
板上にビスマスシリケート薄膜からなるバッファ層を介
してＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向を持つ高品質強誘電体
結晶薄膜が形成でき、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸方向の優
れた強誘電特性を効率的に利用した各種の電子デバイス
への応用が可能となる。
板上にビスマスシリケート薄膜からなるバッファ層を介
してＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸配向を持つ高品質強誘電体
結晶薄膜が形成でき、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12のｃ軸方向の優
れた強誘電特性を効率的に利用した各種の電子デバイス
への応用が可能となる。
【図１】本発明に係る薄膜素子を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るＢｉ2 ＳｉＯ5 薄
膜のＸ線回折パターンを示す図である。
膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るＢｉ12ＳｉＯ20薄
膜のＸ線回折パターンを示す図である。
膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
薄膜のヒステリシス曲線を示す図である。
薄膜のヒステリシス曲線を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係るＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
薄膜のヒステリシス曲線を示す図である。
薄膜のヒステリシス曲線を示す図である。
【図８】ビスマスシリケート薄膜バッファ層が形成され
ていないシリコン基板上に作成されたＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
ていないシリコン基板上に作成されたＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図９】ビスマスシリケート薄膜バッファ層が形成され
ていないシリコン基板上に作成されたＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
薄膜のヒステリシス曲線を示す図である。
ていないシリコン基板上に作成されたＢｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12
薄膜のヒステリシス曲線を示す図である。
1 下部電極 2 シリコン基板 3 ビスマスシリケート薄膜バッファ層 4 Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12酸化物強誘電体薄膜 5 上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/108 Ｈ０１Ｌ 29/78 ３７１ 29/788 41/08 Ｚ 29/792 41/22 Ｚ 37/02 41/08 41/22 (56)参考文献 特開 平８−340085（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−340086（ＪＰ，Ａ) Ｎａｋａｍｕｒａ Ｔ．ｅｔ ａ ｌ．，”Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ−ａｘｉｓ ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｂ ｉ４Ｔｉ3012 ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｍｅｔａｌｏｇａｒｎｉｃ ｃｈ ｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓ ｉｔｉｏｎ”，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏ ｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ ｈｙｓｉｃｓ，Ｐａｒｔ １，Ｖｏｌ. 32，Ｎｏ．９Ｂ，1993，ｐｐ．4086− 4088 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン基板上にビスマスシリケート薄
膜からなるバッファ層を形成し、前記バッファ層上に酸
化物強誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12を形成する酸化物結
晶薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記ビスマスシリケート薄膜からなるバ
ッファ層を形成する際、Ｂｉを含む有機金属材料を加熱
気化し、前記加熱気化したＢｉを含む有機金属材料をキ
ャリアガス及びＯ2 ガスと共にシリコン基板上に供給す
る請求項１記載の酸化物結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 シリコン基板と、前記シリコン基板上に
形成されたビスマスシリケート薄膜バッファ層と、前記
ビスマスシリケート薄膜バッファ層上に形成された酸化
物強誘電体薄膜Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12と、前記酸化物強誘電
体薄膜上に形成された上部電極と、前記シリコン基板裏
面に形成された下部電極とを具備することを特徴とする
薄膜素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13913194A JP3095944B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13913194A JP3095944B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0812494A JPH0812494A (ja) | 1996-01-16 |
| JP3095944B2 true JP3095944B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=15238256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13913194A Expired - Fee Related JP3095944B2 (ja) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | 酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3095944B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3363301B2 (ja) * | 1995-03-08 | 2003-01-08 | シャープ株式会社 | 強誘電体薄膜被覆基板及びその製造方法及び強誘電体薄膜被覆基板によって構成された不揮発性メモリ |
| JPH11186523A (ja) | 1997-12-19 | 1999-07-09 | Sharp Corp | 絶縁体材料、絶縁膜被覆基板、その製造方法及びその用途 |
| US6241821B1 (en) * | 1999-03-22 | 2001-06-05 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a semiconductor structure having a crystalline alkaline earth metal oxide interface with silicon |
| US6319730B1 (en) * | 1999-07-15 | 2001-11-20 | Motorola, Inc. | Method of fabricating a semiconductor structure including a metal oxide interface |
| US6224669B1 (en) | 2000-09-14 | 2001-05-01 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a semiconductor structure having a crystalline alkaline earth metal oxide interface with silicon |
| US6501121B1 (en) | 2000-11-15 | 2002-12-31 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure |
| US7008669B2 (en) * | 2001-06-13 | 2006-03-07 | Seiko Epson Corporation | Ceramic and method of manufacturing the same, dielectric capacitor, semiconductor device, and element |
| US6498358B1 (en) | 2001-07-20 | 2002-12-24 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating an electro-optic system having an electrochromic diffraction grating |
| JP5024310B2 (ja) * | 2002-03-25 | 2012-09-12 | セイコーエプソン株式会社 | インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプリンタ |
| JP6168283B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2017-07-26 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、超音波デバイス、フィルター及びセンサー |
| JP6375783B2 (ja) * | 2013-11-07 | 2018-08-22 | Tdk株式会社 | 誘電体組成物、誘電体膜および電子部品 |
-
1994
- 1994-06-21 JP JP13913194A patent/JP3095944B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
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| Ｎａｋａｍｕｒａ Ｔ．ｅｔ ａｌ．，"Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ−ａｘｉｓ ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｂｉ４Ｔｉ３０１２ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｍｅｔａｌｏｇａｒｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ"，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｐａｒｔ １，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．９Ｂ，１９９３，ｐｐ．４０８６−４０８８ |
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|---|---|
| JPH0812494A (ja) | 1996-01-16 |
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