JP3122759B2 - 金属−セラミックス積層薄膜および同薄膜の形成方法 - Google Patents
金属−セラミックス積層薄膜および同薄膜の形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｔｉを含有するＮ
ｉ系合金薄膜またはＮｉを含有するＴｉ系合金薄膜とＰ
ｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜を用いた機能融合化材料にお
ける相互拡散のない良好な薄膜積層構造を備えた金属−
セラミックスの積層薄膜および同薄膜の形成方法に関す
る。
ｉ系合金薄膜またはＮｉを含有するＴｉ系合金薄膜とＰ
ｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜を用いた機能融合化材料にお
ける相互拡散のない良好な薄膜積層構造を備えた金属−
セラミックスの積層薄膜および同薄膜の形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電効果を示す強誘電体、磁気ひ
ずみ現象を利用した磁歪材料、熱効果を利用した形状記
憶合金などは、薄膜化することにより、微小変位制御用
のアクチュエータとしての利用が検討されている（ 1)
G.Yi and M Sayer,Am.Ceram.Bull.,70 (1991) 1173.
2) T.Fukuda,H.Hosokai,H.Ohyama,H.Kashimoto and F.A
rai,Proc.IEEE MEMS'91 Workshop,(1991) 210. 3) A.
D.Johnson,J.D.Busch,C.A.Ray and C.Sloan,Mat.Res.So
c.Symp.Proc. 276 (1992) 151.参照）。そして、この薄
膜作製の手法を利用し、異なる機能を示す相の複合組織
化または積層化を行なうことにより、さらに高次な知的
な機能を示す材料の開発が行なわれている。このような
中で、Ｔｉを含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有する
Ｔｉ系合金、特にＴｉＮｉ形状記憶合金と圧電性を示す
チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）系強誘電体の積層薄膜構造
を構築することにより、温度および電場に対して選択的
に応答させ、かつ相互に機能を補い合える新たな機能融
合材料が考えられる。
ずみ現象を利用した磁歪材料、熱効果を利用した形状記
憶合金などは、薄膜化することにより、微小変位制御用
のアクチュエータとしての利用が検討されている（ 1)
G.Yi and M Sayer,Am.Ceram.Bull.,70 (1991) 1173.
2) T.Fukuda,H.Hosokai,H.Ohyama,H.Kashimoto and F.A
rai,Proc.IEEE MEMS'91 Workshop,(1991) 210. 3) A.
D.Johnson,J.D.Busch,C.A.Ray and C.Sloan,Mat.Res.So
c.Symp.Proc. 276 (1992) 151.参照）。そして、この薄
膜作製の手法を利用し、異なる機能を示す相の複合組織
化または積層化を行なうことにより、さらに高次な知的
な機能を示す材料の開発が行なわれている。このような
中で、Ｔｉを含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有する
Ｔｉ系合金、特にＴｉＮｉ形状記憶合金と圧電性を示す
チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）系強誘電体の積層薄膜構造
を構築することにより、温度および電場に対して選択的
に応答させ、かつ相互に機能を補い合える新たな機能融
合材料が考えられる。
【０００３】強誘電体材料を使用する場合に注意しなけ
ればならないのは、主な強誘電体材料は結晶膜であり、
強誘電性をもつ結晶構造を得るためにはその材料で決ま
る限られた温度範囲での熱処理が必要となることであ
る。この温度が高ければ異種機能材料との間で、または
電極や選択された基板あるいは下地との間で相互拡散な
どが生じ、それぞれの材料が本来所有していたはずであ
る特性が失われるなどの悪影響がでることがある。この
ため、異種機能材料との組合せでは、そのまま積層する
ことには限界があることが多いので、他に対策を講ずる
必要がある。
ればならないのは、主な強誘電体材料は結晶膜であり、
強誘電性をもつ結晶構造を得るためにはその材料で決ま
る限られた温度範囲での熱処理が必要となることであ
る。この温度が高ければ異種機能材料との間で、または
電極や選択された基板あるいは下地との間で相互拡散な
どが生じ、それぞれの材料が本来所有していたはずであ
る特性が失われるなどの悪影響がでることがある。この
ため、異種機能材料との組合せでは、そのまま積層する
ことには限界があることが多いので、他に対策を講ずる
必要がある。
【０００４】また、強誘電体キャパシタのための電極材
料として要求される特性は、電気抵抗が十分低い、強誘
電体材料との格子定数のミスマッチが小さい、耐熱性が
高い、反応性が低い、拡散バリア性が高い、下地や強誘
電体材料との密着性が良いことなどが要求されるが、異
なる機能を示す材料との兼ね合いで、いずれの電極材料
を使用するかということも問題となる。もしこのような
電極材料に適合するものが存在しなければ、その条件に
合う適当な材料を組み合わせて積層構造も検討しなけれ
ばならない。しかし、それに伴う副作用も発生するの
で、最適な条件の電極材料の選択は難しい問題を含んで
いる。
料として要求される特性は、電気抵抗が十分低い、強誘
電体材料との格子定数のミスマッチが小さい、耐熱性が
高い、反応性が低い、拡散バリア性が高い、下地や強誘
電体材料との密着性が良いことなどが要求されるが、異
なる機能を示す材料との兼ね合いで、いずれの電極材料
を使用するかということも問題となる。もしこのような
電極材料に適合するものが存在しなければ、その条件に
合う適当な材料を組み合わせて積層構造も検討しなけれ
ばならない。しかし、それに伴う副作用も発生するの
で、最適な条件の電極材料の選択は難しい問題を含んで
いる。
【０００５】また、上記ＴｉＮｉ形状記憶合金のような
Ｔｉを含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有するＴｉ系
合金においては、熱が付加されるとチタン酸鉛系（Ｐｂ
ＴｉＯ3 系）強誘電体との間で、界面において酸素と反
応して酸化物層が新たに形成されるなど、かなり激しい
相互拡散を生じるので問題が多い。ＴｉＮｉ層はこのよ
うに強誘電体材料だけでなく、Ｓｉ基板やＰｔ電極材料
とも反応層を形成するという問題も発生する。
Ｔｉを含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有するＴｉ系
合金においては、熱が付加されるとチタン酸鉛系（Ｐｂ
ＴｉＯ3 系）強誘電体との間で、界面において酸素と反
応して酸化物層が新たに形成されるなど、かなり激しい
相互拡散を生じるので問題が多い。ＴｉＮｉ層はこのよ
うに強誘電体材料だけでなく、Ｓｉ基板やＰｔ電極材料
とも反応層を形成するという問題も発生する。
【０００６】このようなことから、従来はＴｉＮｉ形状
記憶合金のようなＴｉを含有するＮｉ系合金薄膜または
Ｎｉを含有するＴｉ系合金薄膜とＰｂＴｉＯ3 系強誘電
体薄膜との機能を組み合わせた実用的かつ新しい機能材
料は実現していなかった。
記憶合金のようなＴｉを含有するＮｉ系合金薄膜または
Ｎｉを含有するＴｉ系合金薄膜とＰｂＴｉＯ3 系強誘電
体薄膜との機能を組み合わせた実用的かつ新しい機能材
料は実現していなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＴｉＮｉ形
状記憶合金のようなＴｉを含有するＮｉ系合金またはＮ
ｉを含有するＴｉ系合金とＰｂＴｉＯ3 系強誘電体との
機能を融合して新しい機能材料を実現させ、両機能材料
との間に効果的なバリア層を形成して相互拡散を防止す
るとともに、基板および電極材料との間での拡散も有効
に防止することのできる金属−セラミックス積層薄膜お
よび同薄膜の形成方法を提供する。また、本発明におい
ては誘電率および誘電損失ともに、単層の強誘電体膜と
同等の特性を保持し、かつこのような強誘電特性と形状
記憶特性が融合した機能素子が容易に得られる金属−セ
ラミックス積層薄膜および同薄膜の形成方法を提供す
る。
状記憶合金のようなＴｉを含有するＮｉ系合金またはＮ
ｉを含有するＴｉ系合金とＰｂＴｉＯ3 系強誘電体との
機能を融合して新しい機能材料を実現させ、両機能材料
との間に効果的なバリア層を形成して相互拡散を防止す
るとともに、基板および電極材料との間での拡散も有効
に防止することのできる金属−セラミックス積層薄膜お
よび同薄膜の形成方法を提供する。また、本発明におい
ては誘電率および誘電損失ともに、単層の強誘電体膜と
同等の特性を保持し、かつこのような強誘電特性と形状
記憶特性が融合した機能素子が容易に得られる金属−セ
ラミックス積層薄膜および同薄膜の形成方法を提供す
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、 １ Ｔｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉを含有す
るＴｉ系合金薄膜の上に、相互拡散を抑制するためのバ
リア層を、さらにその上にＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄
膜を備えていることを特徴とする金属−セラミックス積
層薄膜 ２ Ｔｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉを含有す
るＴｉ系合金薄膜とＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄膜との
間に、相互拡散を抑制するためのバリア層として、前記
Ｎｉ系合金薄膜またはＴｉ系合金薄膜側にＴｉ、そして
ＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄膜側にＰｔの積層薄膜を備
えていることを特徴とする金属−セラミックス積層薄膜 ３ 前記Ｎｉ系合金薄膜またはＴｉ系合金薄膜がＴｉ４
０〜６０ａｔ％、残部ＮｉであるＴｉＮｉ合金であるこ
とを特徴とする上記１または２に記載の金属−セラミッ
クス積層薄膜 ４ Ｔｉ薄膜およびＰｔ薄膜のバリア層がそれぞれ１ｎ
ｍ〜１μｍの膜厚を備えていることを特徴とする上記２
または３に記載の金属−セラミックス積層薄膜 ５ 前記Ｎｉ系合金薄膜においては主成分とするＮｉが
３０ａｔ％以上、また前記Ｔｉ系合金薄膜においては主
成分とするＴｉが３０ａｔ％以上含有することを特徴と
する上記１または２に記載の金属−セラミックス積層薄
膜 ６ 表面にＳｉＯ２ 層を形成したＳｉ基板上に積層さ
れていることを特徴とする上記１〜５のそれぞれに記載
の金属−セラミックス積層薄膜 ７ 前記ＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄膜がＰＺＴ（Ｐｂ
（Ｚｒ１−ｘ Ｔｉｘ ）Ｏ３ ，ｘ＜１）系強誘電体薄
膜であることを特徴とする上記１〜６のそれぞれに記載
の金属−セラミックス積層薄膜 ８ 基板上に、スパッタリングにより１〜３μｍのＴｉ
を含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉを含有するＴｉ系
合金薄膜を形成した後、該薄膜上にバリア層として、そ
れぞれ１ｎｍ〜１μｍ厚のＴｉ薄膜およびＰｔ薄膜をこ
の順にスパッタリングにより形成し、さらにこのバリア
層の上にチタン酸鉛系強誘電体薄膜をゾル・ゲル法によ
り形成することを特徴とする金属−セラミックス積層薄
膜の形成方法 ９ 基板上に１〜３μｍのＴｉ４０〜６０ａｔ％、残部
ＮｉであるＴｉＮｉ合金薄膜をスパッタリングにより形
成することを特徴とする上記７に記載の金属−セラミッ
クス積層薄膜の形成方法 １０ 基板としてＳｉ基板を用いることを特徴とする上
記８または９に記載の金属−セラミックス積層薄膜の形
成方法 １１ Ｓｉ基板の表面に予め熱酸化によりＳｉＯ２ 層
を形成することを特徴とする上記１０に記載の金属−セ
ラミックス積層薄膜の形成方法に関する。
るＴｉ系合金薄膜の上に、相互拡散を抑制するためのバ
リア層を、さらにその上にＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄
膜を備えていることを特徴とする金属−セラミックス積
層薄膜 ２ Ｔｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉを含有す
るＴｉ系合金薄膜とＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄膜との
間に、相互拡散を抑制するためのバリア層として、前記
Ｎｉ系合金薄膜またはＴｉ系合金薄膜側にＴｉ、そして
ＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄膜側にＰｔの積層薄膜を備
えていることを特徴とする金属−セラミックス積層薄膜 ３ 前記Ｎｉ系合金薄膜またはＴｉ系合金薄膜がＴｉ４
０〜６０ａｔ％、残部ＮｉであるＴｉＮｉ合金であるこ
とを特徴とする上記１または２に記載の金属−セラミッ
クス積層薄膜 ４ Ｔｉ薄膜およびＰｔ薄膜のバリア層がそれぞれ１ｎ
ｍ〜１μｍの膜厚を備えていることを特徴とする上記２
または３に記載の金属−セラミックス積層薄膜 ５ 前記Ｎｉ系合金薄膜においては主成分とするＮｉが
３０ａｔ％以上、また前記Ｔｉ系合金薄膜においては主
成分とするＴｉが３０ａｔ％以上含有することを特徴と
する上記１または２に記載の金属−セラミックス積層薄
膜 ６ 表面にＳｉＯ２ 層を形成したＳｉ基板上に積層さ
れていることを特徴とする上記１〜５のそれぞれに記載
の金属−セラミックス積層薄膜 ７ 前記ＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄膜がＰＺＴ（Ｐｂ
（Ｚｒ１−ｘ Ｔｉｘ ）Ｏ３ ，ｘ＜１）系強誘電体薄
膜であることを特徴とする上記１〜６のそれぞれに記載
の金属−セラミックス積層薄膜 ８ 基板上に、スパッタリングにより１〜３μｍのＴｉ
を含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉを含有するＴｉ系
合金薄膜を形成した後、該薄膜上にバリア層として、そ
れぞれ１ｎｍ〜１μｍ厚のＴｉ薄膜およびＰｔ薄膜をこ
の順にスパッタリングにより形成し、さらにこのバリア
層の上にチタン酸鉛系強誘電体薄膜をゾル・ゲル法によ
り形成することを特徴とする金属−セラミックス積層薄
膜の形成方法 ９ 基板上に１〜３μｍのＴｉ４０〜６０ａｔ％、残部
ＮｉであるＴｉＮｉ合金薄膜をスパッタリングにより形
成することを特徴とする上記７に記載の金属−セラミッ
クス積層薄膜の形成方法 １０ 基板としてＳｉ基板を用いることを特徴とする上
記８または９に記載の金属−セラミックス積層薄膜の形
成方法 １１ Ｓｉ基板の表面に予め熱酸化によりＳｉＯ２ 層
を形成することを特徴とする上記１０に記載の金属−セ
ラミックス積層薄膜の形成方法に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、Ｔｉ４０〜６０ａｔ
％、残部ＮｉであるＴｉＮｉ形状記憶合金などのＴｉを
含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有するＴｉ系合金と
ＰｂＴｉＯ3 系強誘電体との機能融合材に関するもので
あるが、基板や両機能材の相互拡散、特にＰｂＴｉＯ3
系強誘電体薄膜は殆どが結晶膜であり、熱処理が必要と
なるため拡散の問題を抜きには語れないものである。ま
ず、Ｓｉ基板への例えばＴｉＮｉ形状記憶合金膜の形成
であるが、Ｓｉ基板へ直接ＴｉＮｉ薄膜を形成した場合
には後述する比較例にも示すように、ＴｉＮｉ層中にＳ
ｉが拡散する。この拡散を阻止する方法として、Ｓｉ
（１００）基板を熱酸化させ、表面にＳｉＯ2 層を形成
するのが有効である。図６に、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板を用
い、基板温度４５０°Ｃで作製したＴｉＮｉ膜の断面組
織を示す。また、この積層膜のＸ線回折結果を図７に示
す。この図６より、ＳｉＯ2 とＴｉＮｉ層の境界には反
応相が存在していないことが分かる。また、Ｘ線回折の
結果からも、ＳｉはＴｉＮｉ層に拡散しておらず、Ｓｉ
Ｏ2 層によりＴｉＮｉ層へのＳｉの拡散が阻止でき、Ｓ
ｉＯ2 層は効果的なバリアとなることが分かる。なお、
ＴｉＮｉ膜は後述する実施例と同一の条件で、Ｔｉ−４
８ａｔ．％Ｎｉ合金ターゲットを用い、Ｒ．Ｆマグネト
ロンスパッタ装置を使用して形成したものである。
％、残部ＮｉであるＴｉＮｉ形状記憶合金などのＴｉを
含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有するＴｉ系合金と
ＰｂＴｉＯ3 系強誘電体との機能融合材に関するもので
あるが、基板や両機能材の相互拡散、特にＰｂＴｉＯ3
系強誘電体薄膜は殆どが結晶膜であり、熱処理が必要と
なるため拡散の問題を抜きには語れないものである。ま
ず、Ｓｉ基板への例えばＴｉＮｉ形状記憶合金膜の形成
であるが、Ｓｉ基板へ直接ＴｉＮｉ薄膜を形成した場合
には後述する比較例にも示すように、ＴｉＮｉ層中にＳ
ｉが拡散する。この拡散を阻止する方法として、Ｓｉ
（１００）基板を熱酸化させ、表面にＳｉＯ2 層を形成
するのが有効である。図６に、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板を用
い、基板温度４５０°Ｃで作製したＴｉＮｉ膜の断面組
織を示す。また、この積層膜のＸ線回折結果を図７に示
す。この図６より、ＳｉＯ2 とＴｉＮｉ層の境界には反
応相が存在していないことが分かる。また、Ｘ線回折の
結果からも、ＳｉはＴｉＮｉ層に拡散しておらず、Ｓｉ
Ｏ2 層によりＴｉＮｉ層へのＳｉの拡散が阻止でき、Ｓ
ｉＯ2 層は効果的なバリアとなることが分かる。なお、
ＴｉＮｉ膜は後述する実施例と同一の条件で、Ｔｉ−４
８ａｔ．％Ｎｉ合金ターゲットを用い、Ｒ．Ｆマグネト
ロンスパッタ装置を使用して形成したものである。
【００１０】さらにＸ線回折の結果より、ＳｉＯ2 ／Ｓ
ｉ基板上に作製したＴｉＮｉ薄膜はオーステナイト相で
あるＢ２構造を示すとともに、（１１０）面が優先的に
配向することが分かった。一般に膜面の優先配向は成膜
初期段階の成膜様式に大きく左右されることが知られて
いる。酸化物は表面エネルギーが大きいため、Ｂ２構造
において最も低い表面エネルギーを持つ最密面である
（１１０）面が優先配向するものと考えられる。このよ
うにＳｉ基板上のＳｉＯ2 層はバリアとして有効であ
る。
ｉ基板上に作製したＴｉＮｉ薄膜はオーステナイト相で
あるＢ２構造を示すとともに、（１１０）面が優先的に
配向することが分かった。一般に膜面の優先配向は成膜
初期段階の成膜様式に大きく左右されることが知られて
いる。酸化物は表面エネルギーが大きいため、Ｂ２構造
において最も低い表面エネルギーを持つ最密面である
（１１０）面が優先配向するものと考えられる。このよ
うにＳｉ基板上のＳｉＯ2 層はバリアとして有効であ
る。
【００１１】次に、ＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜とＴｉ
Ｎｉ界面における拡散であるが、後述の比較例に示すよ
うに、ＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜とＴｉＮｉとの界面
で、酸素と反応したり化合物が形成したりして広い範囲
にわたり相互拡散を生ずる。なお、この場合のチタン酸
鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）系強誘電体の薄膜は後述する実施例
と同一の条件でゾル・ゲル法により形成したものであ
る。この拡散阻止バリアとして考えたのが、ＰＺＴ強誘
電体薄膜の電極材料として多く用いられているＰｔであ
る。このＰｔが電極材料として用いられる主な理由は強
誘電体材料との格子定数のミスマッチが小さい、反応性
が低い、高温耐性が優れている、細密充填構造であるＦ
ＣＣ（面心立方格子）構造をとるため自己配向が強いな
どである。
Ｎｉ界面における拡散であるが、後述の比較例に示すよ
うに、ＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜とＴｉＮｉとの界面
で、酸素と反応したり化合物が形成したりして広い範囲
にわたり相互拡散を生ずる。なお、この場合のチタン酸
鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）系強誘電体の薄膜は後述する実施例
と同一の条件でゾル・ゲル法により形成したものであ
る。この拡散阻止バリアとして考えたのが、ＰＺＴ強誘
電体薄膜の電極材料として多く用いられているＰｔであ
る。このＰｔが電極材料として用いられる主な理由は強
誘電体材料との格子定数のミスマッチが小さい、反応性
が低い、高温耐性が優れている、細密充填構造であるＦ
ＣＣ（面心立方格子）構造をとるため自己配向が強いな
どである。
【００１２】そこで、Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 とＴ
ｉＮｉ界面の拡散阻止層としてＰｔを用いた。すなわ
ち、ＴｉＮｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上にＰｔ膜をスパッ
タリング法で形成し、その上にＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）
Ｏ3 を積層した。図８にこのようにして作製した膜の断
面を示す。これによると、Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3
とＰｔ層との間は、良好な界面を形成している。しか
し、Ｐｔ／ＴｉＮｉ層の境界付近には微細な粒と空孔か
らなる反応相が形成されている。Ｘ線分析の結果、この
ような層構造はＰｔ層にはＴｉが、境界付近のＴｉＮｉ
層にはＮｉが過剰に存在することにより、ＴｉＮｉ側の
ＴｉがＰｔ層に拡散し、反応相が形成されたものと考え
られる。
ｉＮｉ界面の拡散阻止層としてＰｔを用いた。すなわ
ち、ＴｉＮｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上にＰｔ膜をスパッ
タリング法で形成し、その上にＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）
Ｏ3 を積層した。図８にこのようにして作製した膜の断
面を示す。これによると、Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3
とＰｔ層との間は、良好な界面を形成している。しか
し、Ｐｔ／ＴｉＮｉ層の境界付近には微細な粒と空孔か
らなる反応相が形成されている。Ｘ線分析の結果、この
ような層構造はＰｔ層にはＴｉが、境界付近のＴｉＮｉ
層にはＮｉが過剰に存在することにより、ＴｉＮｉ側の
ＴｉがＰｔ層に拡散し、反応相が形成されたものと考え
られる。
【００１３】この積層膜構造のＸ線回折結果を図９に示
す。後記する前記図５と比較した場合ＴｉＯ2 の形成が
抑制されるとともに、より鮮明なＰｂ（Ｔｉ0.9Ａ
ｌ0.1）Ｏ3 のペロブスカイト構造のピークを示してい
ることが分かる。しかしＴｉ3Ｎｉ4、ＴｉＮｉ3 のピー
クおよび図に示すようなＰｔＴｉの強いピークが見ら
れ、Ｐｔ層へのＴｉの拡散とＮｉ過剰層の存在を示す組
織観察の結果と一致した。以上から、ＴｉＮｉ層とＰｂ
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 の境界にＰｔ層を形成した場
合、酸素のＴｉＮｉ層への拡散を阻止することは可能と
なったが、Ｐｔ層へＴｉが拡散してしまうことが分かっ
た。したがって、この状態ではやはり拡散阻止のための
バリアとしてまだ欠陥があることが認識された。
す。後記する前記図５と比較した場合ＴｉＯ2 の形成が
抑制されるとともに、より鮮明なＰｂ（Ｔｉ0.9Ａ
ｌ0.1）Ｏ3 のペロブスカイト構造のピークを示してい
ることが分かる。しかしＴｉ3Ｎｉ4、ＴｉＮｉ3 のピー
クおよび図に示すようなＰｔＴｉの強いピークが見ら
れ、Ｐｔ層へのＴｉの拡散とＮｉ過剰層の存在を示す組
織観察の結果と一致した。以上から、ＴｉＮｉ層とＰｂ
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 の境界にＰｔ層を形成した場
合、酸素のＴｉＮｉ層への拡散を阻止することは可能と
なったが、Ｐｔ層へＴｉが拡散してしまうことが分かっ
た。したがって、この状態ではやはり拡散阻止のための
バリアとしてまだ欠陥があることが認識された。
【００１４】そこでさらに、Ｐｔ層とＴｉＮｉ層との界
面に他のバリアを設ける必要があり、ＰｔとＴｉＮｉと
の相互拡散を防止するために、Ｔｉ薄膜のバリア層をス
パッタリングにより作製することを試みた。この結果、
Ｔｉ／ＴｉＮｉ層間には反応層が形成されておらず良好
な境界面を示し、Ｐｔ／Ｔｉ層はＰｂ（Ｔｉ0.9Ａ
ｌ0.1）Ｏ3 とＴｉＮｉ層間の拡散防止層として極めて
有効であることが分かった。なお、この結果の詳細につ
いては、実施例で再度述べることとする。上記において
は、主としてＴｉＮｉについて説明してきたが、Ｔｉを
含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有するＴｉ系合金一
般について言えることであり、本願発明はこれらを包含
するものである。特に、Ｎｉ系合金薄膜においては主成
分とするＮｉが３０ａｔ％以上、またＴｉ系合金薄膜に
おいては主成分とするＴｉが３０ａｔ％以上含有する金
属−セラミックス積層薄膜において効果が著しい。ま
た、特に強誘電体としてＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 を
例に挙げて説明してきたが、他のＰｂＴｉＯ3 系強誘電
体にも同様に適用できるものである。上記におけるＴｉ
薄膜およびＰｔ薄膜のバリア層はそれぞれ１ｎｍ〜１μ
ｍの膜厚とする。１ｎｍ未満ではバリア層として拡散防
止効果がなく、また１μｍを超えると上記ＴｉＮｉ形状
記憶合金のようなＴｉを含有するＮｉ系合金またはＮｉ
を含有するＴｉ系合金の機能およびＰｂＴｉＯ3 系強誘
電体の機能を有効に活用できないので、上記の膜厚の範
囲とするのが好ましい。
面に他のバリアを設ける必要があり、ＰｔとＴｉＮｉと
の相互拡散を防止するために、Ｔｉ薄膜のバリア層をス
パッタリングにより作製することを試みた。この結果、
Ｔｉ／ＴｉＮｉ層間には反応層が形成されておらず良好
な境界面を示し、Ｐｔ／Ｔｉ層はＰｂ（Ｔｉ0.9Ａ
ｌ0.1）Ｏ3 とＴｉＮｉ層間の拡散防止層として極めて
有効であることが分かった。なお、この結果の詳細につ
いては、実施例で再度述べることとする。上記において
は、主としてＴｉＮｉについて説明してきたが、Ｔｉを
含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有するＴｉ系合金一
般について言えることであり、本願発明はこれらを包含
するものである。特に、Ｎｉ系合金薄膜においては主成
分とするＮｉが３０ａｔ％以上、またＴｉ系合金薄膜に
おいては主成分とするＴｉが３０ａｔ％以上含有する金
属−セラミックス積層薄膜において効果が著しい。ま
た、特に強誘電体としてＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 を
例に挙げて説明してきたが、他のＰｂＴｉＯ3 系強誘電
体にも同様に適用できるものである。上記におけるＴｉ
薄膜およびＰｔ薄膜のバリア層はそれぞれ１ｎｍ〜１μ
ｍの膜厚とする。１ｎｍ未満ではバリア層として拡散防
止効果がなく、また１μｍを超えると上記ＴｉＮｉ形状
記憶合金のようなＴｉを含有するＮｉ系合金またはＮｉ
を含有するＴｉ系合金の機能およびＰｂＴｉＯ3 系強誘
電体の機能を有効に活用できないので、上記の膜厚の範
囲とするのが好ましい。
【００１５】以上より明らかなように、Ｔｉを含有する
Ｎｉ系合金薄膜またはＮｉを含有するＴｉ系合金薄膜と
ＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜との間に、相互拡散を抑制
するためのバリア層として、前記Ｎｉ系合金薄膜または
Ｔｉ系合金薄膜側にＴｉ、そしてＰｂＴｉＯ3 系強誘電
体薄膜側にＰｔの積層薄膜を備えていることは、金属−
セラミックス積層薄膜の機能を融合させる上で、極めて
有効であることが分かる。なお、上記説明および後述す
る実施例において、ＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜の形成
にはゾル・ゲル法を使用し、ＴｉＮｉ薄膜ならびにＴｉ
およびＰｔのバリア層の形成にスパッタリング法を使用
して説明した。これらの薄膜の形成法は本発明の金属−
セラミックス積層薄膜を形成する上で安定した有効な方
法である。しかし、これら以外の薄膜形成法であっても
同様の現象が起きるものであり、他の薄膜形成法の使用
を妨げるものではない。したがって、本発明においては
上記以外の薄膜形成法を任意に適用でき、本発明は上記
以外の薄膜形成法をも包含するものである。
Ｎｉ系合金薄膜またはＮｉを含有するＴｉ系合金薄膜と
ＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜との間に、相互拡散を抑制
するためのバリア層として、前記Ｎｉ系合金薄膜または
Ｔｉ系合金薄膜側にＴｉ、そしてＰｂＴｉＯ3 系強誘電
体薄膜側にＰｔの積層薄膜を備えていることは、金属−
セラミックス積層薄膜の機能を融合させる上で、極めて
有効であることが分かる。なお、上記説明および後述す
る実施例において、ＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜の形成
にはゾル・ゲル法を使用し、ＴｉＮｉ薄膜ならびにＴｉ
およびＰｔのバリア層の形成にスパッタリング法を使用
して説明した。これらの薄膜の形成法は本発明の金属−
セラミックス積層薄膜を形成する上で安定した有効な方
法である。しかし、これら以外の薄膜形成法であっても
同様の現象が起きるものであり、他の薄膜形成法の使用
を妨げるものではない。したがって、本発明においては
上記以外の薄膜形成法を任意に適用でき、本発明は上記
以外の薄膜形成法をも包含するものである。
【００１６】
【実施例および比較例】次に、実施例を示す。基板に
は、Ｓｉ（１００）基板材料を用い、これを熱酸化させ
てＳｉＯ2 層を形成したＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板を使用し
た。このＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上に、Ｔｉ−４８ａｔ．％
Ｎｉ合金ターゲットを用い、Ｒ．Ｆマグネトロンスパッ
タ装置を使用して、投入電力４００Ｗ、基板温度４５０
°Ｃで薄膜１〜３μｍのＴｉＮｉ薄膜を作製した。
は、Ｓｉ（１００）基板材料を用い、これを熱酸化させ
てＳｉＯ2 層を形成したＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板を使用し
た。このＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上に、Ｔｉ−４８ａｔ．％
Ｎｉ合金ターゲットを用い、Ｒ．Ｆマグネトロンスパッ
タ装置を使用して、投入電力４００Ｗ、基板温度４５０
°Ｃで薄膜１〜３μｍのＴｉＮｉ薄膜を作製した。
【００１７】上記のＴｉＮｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板から
なる積層膜上にＰｔとＴｉＮｉとの相互拡散を防止する
ために、Ｔｉ薄膜のバリア層をスパッタリングにより作
製した。このＴｉ薄膜のバリア層の膜厚は１ｎｍ〜１μ
ｍの範囲に調節するが、本実施例においては１５０ｎｍ
とした。さらに、上記のバリア層を形成したＴｉ／Ｔｉ
Ｎｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層膜上に強誘電体
のためのバリア層Ｐｔ薄膜を形成した。これも同様に膜
厚は１ｎｍ〜１μｍの範囲で調節するが、本実施例では
１５０ｎｍとした。
なる積層膜上にＰｔとＴｉＮｉとの相互拡散を防止する
ために、Ｔｉ薄膜のバリア層をスパッタリングにより作
製した。このＴｉ薄膜のバリア層の膜厚は１ｎｍ〜１μ
ｍの範囲に調節するが、本実施例においては１５０ｎｍ
とした。さらに、上記のバリア層を形成したＴｉ／Ｔｉ
Ｎｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層膜上に強誘電体
のためのバリア層Ｐｔ薄膜を形成した。これも同様に膜
厚は１ｎｍ〜１μｍの範囲で調節するが、本実施例では
１５０ｎｍとした。
【００１８】次に、チタン酸鉛系強誘電体の薄膜をゾル
・ゲル法により形成した。出発原料として酢酸鉛三水化
物、チタンイソプロポキシド、アルミニウムイソプロポ
キシドを用い、最終組成がＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3
となるように前駆体溶液を作製した。この溶液を用い３
０００ｒｐｍでのスピンコート、乾燥および４８０°Ｃ
での有機物熱分解を２０回繰り返した後、昇温速度３０
°Ｃ／ｓｅｃで６００〜７００°Ｃ、１分間の焼成をＯ
2 雰囲気中で行い、膜厚３００ｎｍのＰｂ（Ｔｉ0.9Ａ
ｌ0.1）Ｏ3 薄膜をＰｔ／Ｔｉ／ＴｉＮｉ／ＳｉＯ2 ／
Ｓｉ基板からなる積層薄膜上に形成した。
・ゲル法により形成した。出発原料として酢酸鉛三水化
物、チタンイソプロポキシド、アルミニウムイソプロポ
キシドを用い、最終組成がＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3
となるように前駆体溶液を作製した。この溶液を用い３
０００ｒｐｍでのスピンコート、乾燥および４８０°Ｃ
での有機物熱分解を２０回繰り返した後、昇温速度３０
°Ｃ／ｓｅｃで６００〜７００°Ｃ、１分間の焼成をＯ
2 雰囲気中で行い、膜厚３００ｎｍのＰｂ（Ｔｉ0.9Ａ
ｌ0.1）Ｏ3 薄膜をＰｔ／Ｔｉ／ＴｉＮｉ／ＳｉＯ2 ／
Ｓｉ基板からなる積層薄膜上に形成した。
【００１９】このようにして得られたＰｂ（Ｔｉ0.9Ａ
ｌ0.1）Ｏ3 ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ
基板からなる積層膜のＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 表面
の結晶組織を図１に示す。また、Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａ
ｌ0.1）Ｏ3 ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮｉ積層構造の断面組
織を図２に、Ｘ線回折結果を図３に示す。なお、薄膜の
評価に際し、薄膜の結晶構造はＸ線回折により調べた。
また、結晶組織の観察および解釈はエネルギー分散型Ｘ
線分析装置を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い
た。誘電的性質を調べるために、薄膜上部に直径０．５
ｍｍのＡｕ電極を蒸着法により作製し、比誘電率を測定
した。
ｌ0.1）Ｏ3 ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ
基板からなる積層膜のＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 表面
の結晶組織を図１に示す。また、Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａ
ｌ0.1）Ｏ3 ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮｉ積層構造の断面組
織を図２に、Ｘ線回折結果を図３に示す。なお、薄膜の
評価に際し、薄膜の結晶構造はＸ線回折により調べた。
また、結晶組織の観察および解釈はエネルギー分散型Ｘ
線分析装置を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い
た。誘電的性質を調べるために、薄膜上部に直径０．５
ｍｍのＡｕ電極を蒸着法により作製し、比誘電率を測定
した。
【００２０】図１に示すように、平均結晶粒径は約５０
ｎｍで、緻密な組織になっていることがわかる。これは
Ｐｂ（Ｔｉ1-x Ａｌx ）Ｏ3 の単層膜と同様の結晶組織
である。また、図２から明らかなように、Ｔｉ／ＴｉＮ
ｉ層間には反応層が形成されておらず良好な境界面を示
している。さらに図３のＸ線回折結果より、ＴｉＮｉ層
ではＢ２構造が支配的であることから、Ｐｔ／Ｔｉ層は
Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1 ）Ｏ3 とＴｉＮｉ層間の拡散防止
層として有効であることが分かる。
ｎｍで、緻密な組織になっていることがわかる。これは
Ｐｂ（Ｔｉ1-x Ａｌx ）Ｏ3 の単層膜と同様の結晶組織
である。また、図２から明らかなように、Ｔｉ／ＴｉＮ
ｉ層間には反応層が形成されておらず良好な境界面を示
している。さらに図３のＸ線回折結果より、ＴｉＮｉ層
ではＢ２構造が支配的であることから、Ｐｔ／Ｔｉ層は
Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1 ）Ｏ3 とＴｉＮｉ層間の拡散防止
層として有効であることが分かる。
【００２１】次に、Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 膜の誘
電的性質を調べた。該膜の比誘電率（ε）は２８１であ
り、誘電損失（ｔａｎδ）は０．０１１であった。これ
は、従来のＰｂ（Ｔｉ1-x Ａｌx ）Ｏ3 単層膜と同等の
誘電的性質であった。（Ｐｔ基板上に作製したＰｂ（Ｔ
ｉ1-x Ａｌx ）Ｏ3 薄膜の報告例「T.Iijim and N.Sana
da,Proceedings of the 2nd International Meeting of
Pacific Rim CeramicScieties.,in pres」参照） これより明らかなように、Ｐｔ／Ｔｉ層をバリア（拡散
阻止層）として用いることにより、ＴｉＮｉ膜上に強誘
電体であるＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 層を、その誘電
的性質を損なうことなく形成できることがわかる。
電的性質を調べた。該膜の比誘電率（ε）は２８１であ
り、誘電損失（ｔａｎδ）は０．０１１であった。これ
は、従来のＰｂ（Ｔｉ1-x Ａｌx ）Ｏ3 単層膜と同等の
誘電的性質であった。（Ｐｔ基板上に作製したＰｂ（Ｔ
ｉ1-x Ａｌx ）Ｏ3 薄膜の報告例「T.Iijim and N.Sana
da,Proceedings of the 2nd International Meeting of
Pacific Rim CeramicScieties.,in pres」参照） これより明らかなように、Ｐｔ／Ｔｉ層をバリア（拡散
阻止層）として用いることにより、ＴｉＮｉ膜上に強誘
電体であるＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 層を、その誘電
的性質を損なうことなく形成できることがわかる。
【００２２】次に比較例を示す。Ｓｉ基板上に直接Ｔｉ
Ｎｉ層およびＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 を形成した。
薄膜の形成方法は実施例と同じ条件なので、ここでの記
述は省略する。図４に７００°Ｃ、１分間焼成したＰｂ
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 ／ＴｉＮｉ／Ｓｉの積層膜の断
面組織を示す。この図から明らかなように、それぞれの
層間に拡散層が大きく現われているのが分かる。Ｘ線分
析の結果Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1 ）Ｏ3 とＴｉＮｉ層間に
Ｎｉ過剰の領域が存在することが分かった。
Ｎｉ層およびＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 を形成した。
薄膜の形成方法は実施例と同じ条件なので、ここでの記
述は省略する。図４に７００°Ｃ、１分間焼成したＰｂ
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 ／ＴｉＮｉ／Ｓｉの積層膜の断
面組織を示す。この図から明らかなように、それぞれの
層間に拡散層が大きく現われているのが分かる。Ｘ線分
析の結果Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1 ）Ｏ3 とＴｉＮｉ層間に
Ｎｉ過剰の領域が存在することが分かった。
【００２３】図５は、この積層膜のＸ線回折結果を示
す。ＴｉＮｉのＢ２相とＰｂ（Ｔｉ0. 9Ａｌ0.1）Ｏ3 の
ペロブスカイト相以外に、ルチル（ＴｉＯ2 ）、ＴｉＮ
ｉ3 、Ｔｉ3Ｎｉ4 およびパイロクロア相（Ｐｂ2Ｔｉ2
Ｏ6 ）のピークが見られる。ＴｉＯ2 はＴｉＮｉ層のＴ
ｉがＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1 ）Ｏ3 の界面において、酸
素と反応して形成されたと考えられる。そして、この結
果Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0 .1）Ｏ3 とＴｉＮｉ層間にＮｉ過
剰の拡散層が形成されたと予想される。また、ＴｉＮｉ
とＳｉとの界面の拡散層はＸ線分析の結果より、ＴｉＮ
ｉ層中にＳｉが拡散したものと考えられる。いずれの拡
散も、ＴｉＮｉ薄膜およびＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3
薄膜の結晶構造および組成に影響を与えるので好ましく
ない。
す。ＴｉＮｉのＢ２相とＰｂ（Ｔｉ0. 9Ａｌ0.1）Ｏ3 の
ペロブスカイト相以外に、ルチル（ＴｉＯ2 ）、ＴｉＮ
ｉ3 、Ｔｉ3Ｎｉ4 およびパイロクロア相（Ｐｂ2Ｔｉ2
Ｏ6 ）のピークが見られる。ＴｉＯ2 はＴｉＮｉ層のＴ
ｉがＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1 ）Ｏ3 の界面において、酸
素と反応して形成されたと考えられる。そして、この結
果Ｐｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0 .1）Ｏ3 とＴｉＮｉ層間にＮｉ過
剰の拡散層が形成されたと予想される。また、ＴｉＮｉ
とＳｉとの界面の拡散層はＸ線分析の結果より、ＴｉＮ
ｉ層中にＳｉが拡散したものと考えられる。いずれの拡
散も、ＴｉＮｉ薄膜およびＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3
薄膜の結晶構造および組成に影響を与えるので好ましく
ない。
【００２４】上記比較例に示すように、ＴｉＮｉ形状記
憶合金などのＴｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉ
を含有するＴｉ系合金薄膜とＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄
膜を用いた機能融合化材料を作製する場合において、こ
のままの状態で両機能材料を積層しても本来の持つべき
機能が著しく低減してしまう。したがって、両者および
基板との相互拡散を阻止することが必要となることが分
かる。このことから、本発明の実施例に示すように、Ｔ
ｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉを含有するＴｉ
系合金薄膜とＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜との間に、前
記Ｎｉ系合金薄膜またはＴｉ系合金薄膜側にＴｉ、そし
てＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜側にＰｔの積層薄膜を備
けることにより、相互拡散を効果的に抑制できる。これ
により両機能材料を生かした優れた金属−セラミックス
積層薄膜が得られる。なお、上記実施例に挙げたいくつ
かの材料はあくまで一例にすぎず、本発明の要旨を逸脱
しない範囲において、種々変更し得るものである。そし
て、本発明はこれらを全て包含するものである。
憶合金などのＴｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉ
を含有するＴｉ系合金薄膜とＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄
膜を用いた機能融合化材料を作製する場合において、こ
のままの状態で両機能材料を積層しても本来の持つべき
機能が著しく低減してしまう。したがって、両者および
基板との相互拡散を阻止することが必要となることが分
かる。このことから、本発明の実施例に示すように、Ｔ
ｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉを含有するＴｉ
系合金薄膜とＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜との間に、前
記Ｎｉ系合金薄膜またはＴｉ系合金薄膜側にＴｉ、そし
てＰｂＴｉＯ3 系強誘電体薄膜側にＰｔの積層薄膜を備
けることにより、相互拡散を効果的に抑制できる。これ
により両機能材料を生かした優れた金属−セラミックス
積層薄膜が得られる。なお、上記実施例に挙げたいくつ
かの材料はあくまで一例にすぎず、本発明の要旨を逸脱
しない範囲において、種々変更し得るものである。そし
て、本発明はこれらを全て包含するものである。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、ＴｉＮｉ形状記憶合金
のようなＴｉを含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有す
るＴｉ系合金とＰｂＴｉＯ3 系強誘電体との機能を融合
して新しい機能材料を実現させ、両機能材料との間に効
果的なバリア層を形成して相互拡散を防止するととも
に、基板および電極材料との間での拡散も有効に防止す
ることのできる金属−セラミックス積層薄膜および同薄
膜の形成方法を提供する。また、本発明においては誘電
率および誘電損失ともに、単層の強誘電体膜と同等の特
性を保持し、かつこのような強誘電特性と形状記憶特性
が融合した機能素子が容易に得られる金属−セラミック
ス積層薄膜を提供できるという特徴を有している。
のようなＴｉを含有するＮｉ系合金またはＮｉを含有す
るＴｉ系合金とＰｂＴｉＯ3 系強誘電体との機能を融合
して新しい機能材料を実現させ、両機能材料との間に効
果的なバリア層を形成して相互拡散を防止するととも
に、基板および電極材料との間での拡散も有効に防止す
ることのできる金属−セラミックス積層薄膜および同薄
膜の形成方法を提供する。また、本発明においては誘電
率および誘電損失ともに、単層の強誘電体膜と同等の特
性を保持し、かつこのような強誘電特性と形状記憶特性
が融合した機能素子が容易に得られる金属−セラミック
ス積層薄膜を提供できるという特徴を有している。
【図１】 図１は、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮｉ／ＳｉＯ2 ／
Ｓｉからなる積層膜上のＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 の
ペロブスカイト単相を示す顕微鏡（ＳＥＭ）写真であ
る。
Ｓｉからなる積層膜上のＰｂ（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 の
ペロブスカイト単相を示す顕微鏡（ＳＥＭ）写真であ
る。
【図２】 図２は、６００°Ｃで１分間焼成したＰｂ
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮｉ積層膜
の断面の顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮｉ積層膜
の断面の顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】 図３は、図２の積層構造体のＸ線回折パター
ンである。
ンである。
【図４】 図４は、７００°Ｃで１分間焼成したＰｂ
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 ／ＴｉＮｉ／Ｓｉ積層膜の断面
の顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 ／ＴｉＮｉ／Ｓｉ積層膜の断面
の顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５】 図５は、図４の積層構造体のＸ線回折パター
ンである。
ンである。
【図６】 図６は、４５０°Ｃで形成したＴｉＮｉ／Ｓ
ｉＯ2 ／Ｓｉ膜の断面の顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
ｉＯ2 ／Ｓｉ膜の断面の顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図７】 図７は、図６の積層構造体のＸ線回折パター
ンである。
ンである。
【図８】 図８は、６００°Ｃで１分間焼成したＰｂ
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 ／Ｐｔ／ＴｉＮｉ積層膜の断面
の顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
（Ｔｉ0.9Ａｌ0.1）Ｏ3 ／Ｐｔ／ＴｉＮｉ積層膜の断面
の顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図９】 図９は、図８の積層構造体のＸ線回折パター
ンである。
ンである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｂ 3/12 ３０２ Ｈ０１Ｂ 3/12 ３０２ Ｈ０１Ｌ 21/822 Ｈ０１Ｌ 27/10 ４５１ 21/8242 27/04 Ｃ 27/04 27/10 ６５１ 27/10 ４５１ 27/108 (72)発明者 阿部 利彦 宮城県仙台市宮城野区苦竹４丁目２番１ 号 東北工業技術研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 41/81 C22C 1/00 C22C 14/00 C22C 19/00
Claims (11)
- 【請求項１】 Ｔｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮ
ｉを含有するＴｉ系合金薄膜の上に、相互拡散を抑制す
るためのバリア層を、さらにその上にＰｂＴｉＯ３ 系
強誘電体薄膜を備えていることを特徴とする金属−セラ
ミックス積層薄膜。 - 【請求項２】 Ｔｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮ
ｉを含有するＴｉ系合金薄膜とＰｂＴｉＯ３ 系強誘電
体薄膜との間に、相互拡散を抑制するためのバリア層と
して、前記Ｎｉ系合金薄膜またはＴｉ系合金薄膜側にＴ
ｉ、そしてＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄膜側にＰｔの積
層薄膜を備えていることを特徴とする金属−セラミック
ス積層薄膜。 - 【請求項３】 前記Ｎｉ系合金薄膜またはＴｉ系合金薄
膜がＴｉ４０〜６０ａｔ％、残部ＮｉであるＴｉＮｉ合
金であることを特徴とする請求項１または２に記載の金
属−セラミックス積層薄膜。 - 【請求項４】 Ｔｉ薄膜およびＰｔ薄膜のバリア層がそ
れぞれ１ｎｍ〜１μｍの膜厚を備えていることを特徴と
する請求項２または３に記載の金属−セラミックス積層
薄膜。 - 【請求項５】 前記Ｎｉ系合金薄膜においては主成分と
するＮｉが３０ａｔ％以上、また前記Ｔｉ系合金薄膜に
おいては主成分とするＴｉが３０ａｔ％以上含有するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の金属−セラミ
ックス積層薄膜 - 【請求項６】 表面にＳｉＯ２ 層を形成したＳｉ基板
上に積層されていることを特徴とする請求項１〜５のそ
れぞれに記載の金属−セラミックス積層薄膜。 - 【請求項７】 前記ＰｂＴｉＯ３ 系強誘電体薄膜がＰ
ＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ ）Ｏ３ ，ｘ＜１）系強
誘電体薄膜であることを特徴とする請求項１〜６のそれ
ぞれに記載の金属−セラミックス積層薄膜。 - 【請求項８】 基板上に、スパッタリングにより１〜３
μｍのＴｉを含有するＮｉ系合金薄膜またはＮｉを含有
するＴｉ系合金薄膜を形成した後、該薄膜上にバリア層
として、それぞれ１ｎｍ〜１μｍ厚のＴｉ薄膜およびＰ
ｔ薄膜をこの順にスパッタリングにより形成し、さらに
このバリア層の上にチタン酸鉛系強誘電体薄膜をゾル・
ゲル法により形成することを特徴とする金属−セラミッ
クス積層薄膜の形成方法。 - 【請求項９】 基板上に１〜３μｍのＴｉ４０〜６０ａ
ｔ％、残部ＮｉであるＴｉＮｉ合金薄膜をスパッタリン
グにより形成することを特徴とする請求項８に記載の金
属−セラミックス積層薄膜の形成方法。 - 【請求項１０】 基板としてＳｉ基板を用いることを特
徴とする請求項８または９に記載の金属−セラミックス
積層薄膜の形成方法。 - 【請求項１１】 Ｓｉ基板の表面に予め熱酸化によりＳ
ｉＯ２ 層を形成することを特徴とする請求項１０に記
載の金属−セラミックス積層薄膜の形成方法。
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|---|---|---|---|
| JP09210120A JP3122759B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 金属−セラミックス積層薄膜および同薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09210120A JP3122759B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 金属−セラミックス積層薄膜および同薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140869A JPH1140869A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3122759B2 true JP3122759B2 (ja) | 2001-01-09 |
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ID=16584135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09210120A Expired - Lifetime JP3122759B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 金属−セラミックス積層薄膜および同薄膜の形成方法 |
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| JP (1) | JP3122759B2 (ja) |
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-
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