JP3409944B2 - 強誘電体素子及びその製造方法 - Google Patents
強誘電体素子及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、焦電型赤外線検出器，
圧電力学量センサおよび圧電アクチュエータ等に使用さ
れる強誘電体膜を用いた強誘電体素子及びその製造方法
に関するものである。
圧電力学量センサおよび圧電アクチュエータ等に使用さ
れる強誘電体膜を用いた強誘電体素子及びその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９はJOUNAL of APPLIED PHYSICS 63
(12),1988 p5868-5872 R.TAKAYAMA et.al に提案され
た従来の強誘電体素子の構成を示す斜視断面図であり、
図において、１０はＭｇＯ単結晶基板であり、１１はＰ
ｔからなる下部電極、１２はランタンが添加された，ｃ
軸配向したペロブスカイト構造からなるチタン酸鉛系強
誘電体薄膜、１３はＮｉ−Ｃｒからなる上部電極であ
る。つまり、この強誘電体素子は、ＭｇＯ単結晶基板１
０上に、ランタンが添加された，ｃ軸配向したペロブス
カイト構造からなるチタン酸鉛系強誘電体薄膜１２を形
成し、これを用いて焦電型赤外線センサーへとデバイス
化したものである。この強誘電体素子、すなわち、焦電
型赤外線センサーでは、強誘電体である焦電体（チタン
酸鉛系強誘電体薄膜１２）が、分極処理を行わなくても
その分極方向が一方向に揃っており、これによって焦電
電流を検出することができる。しかも、分極処理したバ
ルク焼結体を用いたものに比して、約３倍の焦電特性を
得ることができる。また、ＭｇＯ単結晶基板１０の熱伝
導率が高いため、通常、図に示すように、焦電体（チタ
ン酸鉛系強誘電体薄膜１２）の下部に位置するＭｇＯ単
結晶基板１０にエッチングにより貫通孔１０ａを形成し
て，焦電体（チタン酸鉛系強誘電体薄膜１２）から基板
１０への熱伝導を防止し、これによって、センサーの高
感度化を図っている。
(12),1988 p5868-5872 R.TAKAYAMA et.al に提案され
た従来の強誘電体素子の構成を示す斜視断面図であり、
図において、１０はＭｇＯ単結晶基板であり、１１はＰ
ｔからなる下部電極、１２はランタンが添加された，ｃ
軸配向したペロブスカイト構造からなるチタン酸鉛系強
誘電体薄膜、１３はＮｉ−Ｃｒからなる上部電極であ
る。つまり、この強誘電体素子は、ＭｇＯ単結晶基板１
０上に、ランタンが添加された，ｃ軸配向したペロブス
カイト構造からなるチタン酸鉛系強誘電体薄膜１２を形
成し、これを用いて焦電型赤外線センサーへとデバイス
化したものである。この強誘電体素子、すなわち、焦電
型赤外線センサーでは、強誘電体である焦電体（チタン
酸鉛系強誘電体薄膜１２）が、分極処理を行わなくても
その分極方向が一方向に揃っており、これによって焦電
電流を検出することができる。しかも、分極処理したバ
ルク焼結体を用いたものに比して、約３倍の焦電特性を
得ることができる。また、ＭｇＯ単結晶基板１０の熱伝
導率が高いため、通常、図に示すように、焦電体（チタ
ン酸鉛系強誘電体薄膜１２）の下部に位置するＭｇＯ単
結晶基板１０にエッチングにより貫通孔１０ａを形成し
て，焦電体（チタン酸鉛系強誘電体薄膜１２）から基板
１０への熱伝導を防止し、これによって、センサーの高
感度化を図っている。
【０００３】一方、図１０はSensors and Actuators A.
35(1992)77-83, C. Ye, et.al. に提案された従来の赤
外線検出器の構成を示す断面図である。図において、２
０はＳｉ基板、２１はＳｉＯ2膜 、２２はＳｉ3Ｎ4膜、
２３はＰがドープされた多結晶シリコン膜、２４はチタ
ン酸鉛系強誘電体薄膜、２５は下部電極、２６は上部電
極、２７はエアギャップである。即ち、この赤外線検出
器は、Ｓｉ基板２０上に放熱用のエアギャップ２７を形
成し、このエアギャップ２７の上に焦電体としてのチタ
ン酸鉛系強誘電体薄膜２４を形成してなるものである。
ここで、Ｐドープの多結晶シリコン膜２３は、チタン酸
鉛系強誘電体薄膜２４を形成するための下地層として使
用される。
35(1992)77-83, C. Ye, et.al. に提案された従来の赤
外線検出器の構成を示す断面図である。図において、２
０はＳｉ基板、２１はＳｉＯ2膜 、２２はＳｉ3Ｎ4膜、
２３はＰがドープされた多結晶シリコン膜、２４はチタ
ン酸鉛系強誘電体薄膜、２５は下部電極、２６は上部電
極、２７はエアギャップである。即ち、この赤外線検出
器は、Ｓｉ基板２０上に放熱用のエアギャップ２７を形
成し、このエアギャップ２７の上に焦電体としてのチタ
ン酸鉛系強誘電体薄膜２４を形成してなるものである。
ここで、Ｐドープの多結晶シリコン膜２３は、チタン酸
鉛系強誘電体薄膜２４を形成するための下地層として使
用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の強誘電体素子は
以上のように構成されており、図９に示されたものにお
いては、前記のように、素子の高感度化のために、Ｍｇ
Ｏ単結晶基板１０にエッチングにより放熱用の空洞部１
０ａを形成しており、このエッチングプロセスに長時間
を要することから、製造効率が低いという問題点があっ
た。例えば、０．５ｍｍ厚のＭｇＯ単結晶基板をリン酸
でエッチングした場合、５時間程度の時間を要してい
た。また、この空洞部１０ａの形成時、ＭｇＯ単結晶基
板１０が４５度にテーパー状にエッチングされるので、
基板１０の全体面積に対して小さい面積の焦電体１２し
か形成することができず、焦電体１２の大きさに対して
デバイス全体の大きさが大きくなる、すなわち、デバイ
スの小型化が容易でないという問題点があった。また、
ＭｇＯ単結晶基板の一部をエッチング除去するので、基
板の再使用は不可能であり、ＭｇＯ単結晶基板１０が高
価な基板であることから、コスト的にも不利であるとい
う問題点もあった。
以上のように構成されており、図９に示されたものにお
いては、前記のように、素子の高感度化のために、Ｍｇ
Ｏ単結晶基板１０にエッチングにより放熱用の空洞部１
０ａを形成しており、このエッチングプロセスに長時間
を要することから、製造効率が低いという問題点があっ
た。例えば、０．５ｍｍ厚のＭｇＯ単結晶基板をリン酸
でエッチングした場合、５時間程度の時間を要してい
た。また、この空洞部１０ａの形成時、ＭｇＯ単結晶基
板１０が４５度にテーパー状にエッチングされるので、
基板１０の全体面積に対して小さい面積の焦電体１２し
か形成することができず、焦電体１２の大きさに対して
デバイス全体の大きさが大きくなる、すなわち、デバイ
スの小型化が容易でないという問題点があった。また、
ＭｇＯ単結晶基板の一部をエッチング除去するので、基
板の再使用は不可能であり、ＭｇＯ単結晶基板１０が高
価な基板であることから、コスト的にも不利であるとい
う問題点もあった。
【０００５】一方、図１０に示されたものは、エアギャ
ップ２７により放熱を行っているので、図９に示された
もののように、基板に貫通孔を形成する必要がないの
で、素子を小型化することができる。しかしながら、焦
電体（チタン酸鉛系強誘電体薄膜２４）の下地層となる
Ｐドープの多結晶シリコン膜２３は無配向なため、焦電
体の結晶配向の制御が困難であり、また、エアギャップ
２７を形成した後、焦電体（チタン酸鉛系強誘電体薄膜
２４）を形成することから、焦電体を真空中で形成する
ことが困難であり、検出器の感度を十分に高めることが
できないという問題点があった。また、エアギャップ２
７の形成のためにリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）膜を形成す
る工程と、これを除去する工程が必要であるので、製造
作業が繁雑になり、製造効率が低いという問題点があっ
た。
ップ２７により放熱を行っているので、図９に示された
もののように、基板に貫通孔を形成する必要がないの
で、素子を小型化することができる。しかしながら、焦
電体（チタン酸鉛系強誘電体薄膜２４）の下地層となる
Ｐドープの多結晶シリコン膜２３は無配向なため、焦電
体の結晶配向の制御が困難であり、また、エアギャップ
２７を形成した後、焦電体（チタン酸鉛系強誘電体薄膜
２４）を形成することから、焦電体を真空中で形成する
ことが困難であり、検出器の感度を十分に高めることが
できないという問題点があった。また、エアギャップ２
７の形成のためにリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）膜を形成す
る工程と、これを除去する工程が必要であるので、製造
作業が繁雑になり、製造効率が低いという問題点があっ
た。
【０００６】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたものであり、低コストで放熱性に優れた小
型の強誘電体素子と，これを短時間で製造できる強誘電
体素子の製造方法を提供することを目的とする。
めになされたものであり、低コストで放熱性に優れた小
型の強誘電体素子と，これを短時間で製造できる強誘電
体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】更に、本発明の他の目的は、高感度で低コ
ストの強誘電体素子を提供することを目的とする。更
に、この発明の他の目的は、高感度かつ低コストで，し
かも放熱性に優れた小型の強誘電体素子と，これを短時
間で製造できる強誘電体素子の製造方法を提供すること
を目的とする。
ストの強誘電体素子を提供することを目的とする。更
に、この発明の他の目的は、高感度かつ低コストで，し
かも放熱性に優れた小型の強誘電体素子と，これを短時
間で製造できる強誘電体素子の製造方法を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる強誘電体
素子は、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接合
し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電体
膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板表
面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面の
所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形成
されており、前記基板の上層部の前記島状パターンの直
下に位置する領域に前記島状パターンよりも若干大きい
面積の空隙層が形成されていることを特徴とする。
素子は、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接合
し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電体
膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板表
面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面の
所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形成
されており、前記基板の上層部の前記島状パターンの直
下に位置する領域に前記島状パターンよりも若干大きい
面積の空隙層が形成されていることを特徴とする。
【０００９】更に本発明にかかる強誘電体素子は、基板
上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、その第２
の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が設けられ
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に金属酸化
物層が形成され、当該金属酸化物層表面の所定領域に前
記強誘電体膜が島状のパターンとして形成されており、
前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する
領域に当該島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層
が形成されていることを特徴とする。
上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、その第２
の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が設けられ
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に金属酸化
物層が形成され、当該金属酸化物層表面の所定領域に前
記強誘電体膜が島状のパターンとして形成されており、
前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する
領域に当該島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層
が形成されていることを特徴とする。
【００１０】更に本発明にかかる強誘電体素子は、基板
上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、その第２
の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が設けられ
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に（１０
０）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からな
る金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面に前
記強誘電体膜が形成されていることを特徴とする。
上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、その第２
の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が設けられ
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に（１０
０）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からな
る金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面に前
記強誘電体膜が形成されていることを特徴とする。
【００１１】また前記構成においては、前記強誘電体膜
が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパターンと
して形成されたものであり、前記基板の上層部の前記島
状パターンの直下に位置する領域に前記島状パターンよ
りも若干大きい面積の空隙層が形成されていることが好
ましい。
が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパターンと
して形成されたものであり、前記基板の上層部の前記島
状パターンの直下に位置する領域に前記島状パターンよ
りも若干大きい面積の空隙層が形成されていることが好
ましい。
【００１２】また前記構成においては、前記強誘電体膜
が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパターンと
して形成されたものであり、前記金属酸化物層の前記島
状パターンの直下に位置する領域に当該島状パターンよ
りも若干大きい面積の空隙層が形成されていることが好
ましい。
が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパターンと
して形成されたものであり、前記金属酸化物層の前記島
状パターンの直下に位置する領域に当該島状パターンよ
りも若干大きい面積の空隙層が形成されていることが好
ましい。
【００１３】また前記構成においては、前記強誘電体膜
が、ＰｂxＬａyＴｉzＺｒwＯ3 で表され、下記の(a),
(b),(C) のいずれかの組成を有するチタン酸鉛系強誘電
体からなることが好ましい。
が、ＰｂxＬａyＴｉzＺｒwＯ3 で表され、下記の(a),
(b),(C) のいずれかの組成を有するチタン酸鉛系強誘電
体からなることが好ましい。
【００１４】
(a) ０．７≦ｘ≦１， ｘ＋ｙ＝１， ０．９２５≦ｚ≦１， Ｗ＝０
(b) ｘ＝１， ｙ＝０， ０．４５≦ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１
(c) ０．７５≦ｘ＜１， ｘ＋ｙ＝１， ０．５≦ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１
また前記構成においては、前記金属酸化物層がＬｉがド
−プされたＮｉＯ層であり、当該金属酸化物層が前記第
１の電極層または第２の電極層として使用されているこ
とが好ましい。
−プされたＮｉＯ層であり、当該金属酸化物層が前記第
１の電極層または第２の電極層として使用されているこ
とが好ましい。
【００１５】次に、本発明にかかる強誘電体素子の製造
方法は、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化
物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パターンの
周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチング用開口
を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電
極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通し
て前記基板に等方性エッチングを施して、前記基板の上
層部の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島
状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成するこ
とを特徴とする。
方法は、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化
物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パターンの
周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチング用開口
を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電
極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通し
て前記基板に等方性エッチングを施して、前記基板の上
層部の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島
状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成するこ
とを特徴とする。
【００１６】更に本発明にかかる強誘電体素子の製造方
法は、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化物
層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に前記金属
酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を形成し、
次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極層を形成
し、しかる後、前記エッチング用開口を通して前記金属
酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金属酸化物
層の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状
パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成すること
を特徴とする。
法は、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化物
層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に前記金属
酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を形成し、
次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極層を形成
し、しかる後、前記エッチング用開口を通して前記金属
酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金属酸化物
層の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状
パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成すること
を特徴とする。
【００１７】更に本発明にかかる強誘電体素子の製造方
法は、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励起ＭＯ−
ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成することを特徴とする。
法は、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励起ＭＯ−
ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成することを特徴とする。
【００１８】更に本発明にかかる強誘電体素子の製造方
法は、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励起ＭＯ−
ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
することを特徴とする。
法は、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励起ＭＯ−
ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
することを特徴とする。
【００１９】また前記構成においては、前記強誘電体膜
のパターニング時、前記島状パターンがその中央部に貫
通孔を有するものとなるようパターニングを行うととも
に、前記エッチング用開口の形成時、前記エッチング用
開口とは別に、前記島状パターンの前記貫通孔の底部か
ら前記基板または前記金属酸化物層の表面に達するエッ
チング用開口を形成し、このエッチング用開口と前記エ
ッチング用開口の双方を通して前記等方性エッチングを
行うのが好ましい。
のパターニング時、前記島状パターンがその中央部に貫
通孔を有するものとなるようパターニングを行うととも
に、前記エッチング用開口の形成時、前記エッチング用
開口とは別に、前記島状パターンの前記貫通孔の底部か
ら前記基板または前記金属酸化物層の表面に達するエッ
チング用開口を形成し、このエッチング用開口と前記エ
ッチング用開口の双方を通して前記等方性エッチングを
行うのが好ましい。
【００２０】また前記構成においては、前記金属酸化物
層がＮｉＯ層であり、当該ＮｉＯ層を酸素過剰雰囲気で
成膜するのが好ましい。
層がＮｉＯ層であり、当該ＮｉＯ層を酸素過剰雰囲気で
成膜するのが好ましい。
【００２１】
【作用】前記した本発明の強誘電体素子の構成によれ
ば、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、
その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が
設けられてなる強誘電体素子において、前記基板表面に
金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面の所定
領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形成され
ており、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に
位置する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積
の空隙層が形成されていることにより、前記空隙層によ
り放熱性が向上するとともに、前記空隙層が前記強誘電
体膜の島状パターンとほぼ同一の面積であることから、
基板上における素子面積が強誘電体膜パターンの面積に
ほぼ等しいものとなり、素子を小型化することができ
る。また、前記基板として低コストの材料からなるもの
を用いることにより、素子の低コスト化を図ることがで
きる。
ば、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、
その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が
設けられてなる強誘電体素子において、前記基板表面に
金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面の所定
領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形成され
ており、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に
位置する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積
の空隙層が形成されていることにより、前記空隙層によ
り放熱性が向上するとともに、前記空隙層が前記強誘電
体膜の島状パターンとほぼ同一の面積であることから、
基板上における素子面積が強誘電体膜パターンの面積に
ほぼ等しいものとなり、素子を小型化することができ
る。また、前記基板として低コストの材料からなるもの
を用いることにより、素子の低コスト化を図ることがで
きる。
【００２２】更に前記した本発明の強誘電体素子の構成
によれば、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接
合し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電
体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板
表面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面
の所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形
成されており、前記金属酸化物層の前記島状パターンの
直下に位置する領域に当該島状パターンよりも若干大き
い面積の空隙層が形成されていることにより、前記空隙
層により放熱性が向上するとともに、前記空隙層が前記
強誘電体膜の島状パターンとほぼ同一の面積であること
から、基板上における素子面積が強誘電体膜パターンの
面積にほぼ等しいものとなり、素子を小型化することが
できる。また、前記基板として低コストの材料からなる
ものを用いることにより、素子の低コスト化を図ること
ができる。
によれば、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接
合し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電
体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板
表面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面
の所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形
成されており、前記金属酸化物層の前記島状パターンの
直下に位置する領域に当該島状パターンよりも若干大き
い面積の空隙層が形成されていることにより、前記空隙
層により放熱性が向上するとともに、前記空隙層が前記
強誘電体膜の島状パターンとほぼ同一の面積であること
から、基板上における素子面積が強誘電体膜パターンの
面積にほぼ等しいものとなり、素子を小型化することが
できる。また、前記基板として低コストの材料からなる
ものを用いることにより、素子の低コスト化を図ること
ができる。
【００２３】更に前記した本発明の強誘電体素子の構成
によれば、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接
合し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電
体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板
表面に（１００）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結
晶構造からなる金属酸化物層が形成され、当該金属酸化
物層表面に前記強誘電体膜が形成されていることによ
り、前記基板の構成材料に関係なく，前記金属酸化物層
と前記強誘電体膜間における格子定数の整合が図られ
て、前記強誘電体膜はその分極軸であるｃ軸への結晶配
向率が高いものとなる。従って、前記基板として低コス
トの材料からなるものを用いて、低コストで高感度の素
子を実現することができる。
によれば、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接
合し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電
体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板
表面に（１００）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結
晶構造からなる金属酸化物層が形成され、当該金属酸化
物層表面に前記強誘電体膜が形成されていることによ
り、前記基板の構成材料に関係なく，前記金属酸化物層
と前記強誘電体膜間における格子定数の整合が図られ
て、前記強誘電体膜はその分極軸であるｃ軸への結晶配
向率が高いものとなる。従って、前記基板として低コス
トの材料からなるものを用いて、低コストで高感度の素
子を実現することができる。
【００２４】また前記構成の好ましい例として、前記強
誘電体膜が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパ
ターンとして形成されたものであり、前記基板の上層部
の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状パ
ターンよりも若干大きい面積の空隙層が形成されている
と、前記空隙層により放熱性が向上するとともに、前記
空隙層が前記強誘電体膜の島状パターンとほぼ同一の面
積であることから、基板上における素子面積が強誘電体
膜パターンの面積にほぼ等しいものとなり、素子を小型
化することができる。
誘電体膜が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパ
ターンとして形成されたものであり、前記基板の上層部
の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状パ
ターンよりも若干大きい面積の空隙層が形成されている
と、前記空隙層により放熱性が向上するとともに、前記
空隙層が前記強誘電体膜の島状パターンとほぼ同一の面
積であることから、基板上における素子面積が強誘電体
膜パターンの面積にほぼ等しいものとなり、素子を小型
化することができる。
【００２５】また前記構成の好ましい例として、前記強
誘電体膜が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパ
ターンとして形成されたものであり、前記金属酸化物層
の前記島状パターンの直下に位置する領域に当該島状パ
ターンよりも若干大きい面積の空隙層が形成されている
と、前記空隙層により放熱性が向上するとともに、前記
空隙層が前記強誘電体膜の島状パターンとほぼ同一の面
積であることから、基板上における素子面積が強誘電体
膜パターンの面積にほぼ等しいものとなり、素子を小型
化することができる。
誘電体膜が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパ
ターンとして形成されたものであり、前記金属酸化物層
の前記島状パターンの直下に位置する領域に当該島状パ
ターンよりも若干大きい面積の空隙層が形成されている
と、前記空隙層により放熱性が向上するとともに、前記
空隙層が前記強誘電体膜の島状パターンとほぼ同一の面
積であることから、基板上における素子面積が強誘電体
膜パターンの面積にほぼ等しいものとなり、素子を小型
化することができる。
【００２６】また前記構成の好ましい例として、前記強
誘電体膜がＰｂxＬａyＴｉzＺｒwＯ 3で表され、下記の
(a),(b),(C)のいずれかの組成を有するチタン酸鉛系強
誘電体からなるものであると、結晶配向性を向上させる
うえで有効である。
誘電体膜がＰｂxＬａyＴｉzＺｒwＯ 3で表され、下記の
(a),(b),(C)のいずれかの組成を有するチタン酸鉛系強
誘電体からなるものであると、結晶配向性を向上させる
うえで有効である。
【００２７】
(a) ０．７≦ｘ≦１， ｘ＋ｙ＝１， ０．９２５≦ｚ≦１， Ｗ＝０
(b) ｘ＝１， ｙ＝０， ０．４５≦ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１
(c) ０．７５≦ｘ＜１， ｘ＋ｙ＝１， ０．５≦ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１
また前記構成の好ましい例として、前記金属酸化物層が
Ｌｉがド−プされたＮｉＯ層であり、当該金属酸化物層
が前記第１の電極層または第２の電極層として使用され
ていると、前記第１の電極層または第２の電極層を省略
することができ、更なる素子の小型化および低コスト化
を図るうえで有効である。
Ｌｉがド−プされたＮｉＯ層であり、当該金属酸化物層
が前記第１の電極層または第２の電極層として使用され
ていると、前記第１の電極層または第２の電極層を省略
することができ、更なる素子の小型化および低コスト化
を図るうえで有効である。
【００２８】次に前記した本発明の強誘電体素子の製造
方法によれば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成することにより、前記の低コスト基板を用いて構成さ
れた，放熱性に優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く
製造することができる。
方法によれば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成することにより、前記の低コスト基板を用いて構成さ
れた，放熱性に優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く
製造することができる。
【００２９】更に前記した本発明の強誘電体素子の製造
方法によれば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
することのより、前記の低コスト基板を用いて構成され
た，放熱性に優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く製
造することができる。また、基板にエッチングを施す必
要がないので、基板の材料選択の自由度が拡大する。
方法によれば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
することのより、前記の低コスト基板を用いて構成され
た，放熱性に優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く製
造することができる。また、基板にエッチングを施す必
要がないので、基板の材料選択の自由度が拡大する。
【００３０】更に前記した本発明の強誘電体素子の製造
方法によれば、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法
あるいは有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励
起ＭＯ−ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向
したＮａＣｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成
し、前記金属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体
膜をこの順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングし
て前記第１の電極層表面の所定領域のみに島状パターン
を残した後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前
記島状パターンの周辺領域に前記基板表面にまで達する
エッチング用開口を形成し、次に前記島状パターン上に
選択的に第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチ
ング用開口を通して前記基板に等方性エッチングを施し
て、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置
する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層を形成することにより、前記の低コスト基板を用い
て構成された，高感度かつ小型の強誘電体素子を効率良
く製造できる。
方法によれば、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法
あるいは有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励
起ＭＯ−ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向
したＮａＣｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成
し、前記金属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体
膜をこの順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングし
て前記第１の電極層表面の所定領域のみに島状パターン
を残した後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前
記島状パターンの周辺領域に前記基板表面にまで達する
エッチング用開口を形成し、次に前記島状パターン上に
選択的に第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチ
ング用開口を通して前記基板に等方性エッチングを施し
て、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置
する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層を形成することにより、前記の低コスト基板を用い
て構成された，高感度かつ小型の強誘電体素子を効率良
く製造できる。
【００３１】更に前記した本発明の構成によれば、基板
上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは有機金属錯
体を原料ガスとして用いたプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法
により（１００）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結
晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金属酸化物
層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に前記金属
酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を形成し、
次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極層を形成
し、しかる後、前記エッチング用開口を通して前記金属
酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金属酸化物
層の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状
パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成すること
により、前記の低コスト基板を用いて構成された高感度
かつ小型の強誘電体素子を効率良く製造できる。また、
基板にエッチングを施す必要がないので、基板の材料選
択の自由度が拡大する。
上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは有機金属錯
体を原料ガスとして用いたプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法
により（１００）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結
晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金属酸化物
層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に前記金属
酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を形成し、
次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極層を形成
し、しかる後、前記エッチング用開口を通して前記金属
酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金属酸化物
層の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状
パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成すること
により、前記の低コスト基板を用いて構成された高感度
かつ小型の強誘電体素子を効率良く製造できる。また、
基板にエッチングを施す必要がないので、基板の材料選
択の自由度が拡大する。
【００３２】特に、前記いずれの製造方法においても、
基板にこれに貫通孔が形成されるようなエッチングを施
す必要がないので、従来に比して製造時間を大きく短縮
できる。
基板にこれに貫通孔が形成されるようなエッチングを施
す必要がないので、従来に比して製造時間を大きく短縮
できる。
【００３３】また前記構成の好ましい例として、前記強
誘電体膜のパターニング時、前記島状パターンがその中
央部に貫通孔を有するものとなるようパターニングを行
うとともに、前記エッチング用開口の形成時、前記エッ
チング用開口とは別に、前記島状パターンの前記貫通孔
の底部から前記基板または前記金属酸化物層の表面に達
するエッチング用開口を形成し、このエッチング用開口
と前記エッチング用開口の双方を通して前記等方性エッ
チングを行うと、エッチング時間を短縮でき、製造時間
を更に短縮できる。
誘電体膜のパターニング時、前記島状パターンがその中
央部に貫通孔を有するものとなるようパターニングを行
うとともに、前記エッチング用開口の形成時、前記エッ
チング用開口とは別に、前記島状パターンの前記貫通孔
の底部から前記基板または前記金属酸化物層の表面に達
するエッチング用開口を形成し、このエッチング用開口
と前記エッチング用開口の双方を通して前記等方性エッ
チングを行うと、エッチング時間を短縮でき、製造時間
を更に短縮できる。
【００３４】また前記構成の好ましい例として、前記金
属酸化物層をＮｉＯ層とし、当該ＮｉＯ層を酸素過剰雰
囲気で成膜すると、このＮｉＯ層がＰ型半導体層として
機能するものとなり、前記第１の電極層を形成すること
なく前記の強誘電体素子を製造することができる。従っ
て、より一層小型化した強誘電体素子をより一層短時間
で製造することができる。
属酸化物層をＮｉＯ層とし、当該ＮｉＯ層を酸素過剰雰
囲気で成膜すると、このＮｉＯ層がＰ型半導体層として
機能するものとなり、前記第１の電極層を形成すること
なく前記の強誘電体素子を製造することができる。従っ
て、より一層小型化した強誘電体素子をより一層短時間
で製造することができる。
【００３５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の実施例１による基板上に２つの強誘
電体膜のパターンを所定間隔を空けて併設してなる強誘
電体素子の構成を示す断面図であり、図において、ステ
ンレス金属基板（熱膨張係数１８×１０-6℃-1、厚さ５
００μm ）１０１表面に（１００）面に優先配向したＮ
ａＣｌ型結晶構造からなるＭｇＯ薄膜１０２が配置さ
れ、ＭｇＯ薄膜１０２表面にＰｔ薄膜からなる下部電極
１０３が配置され、下部電極１０３の特定部分がＰｂ
0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電体膜１０４で覆
われ、強誘電体膜１０４の表面にはＮｉ−Ｃｒ薄膜から
なる上部電極１０８が配置されている。１０５はエッチ
ングホールで、空隙層１１０はこのエッチングホール１
０５を通して形成されたものである。１０６，１０７，
１０９は感光性ポリイミドからなる保護用の樹脂層で、
１０９は上部電極１０８を保護する樹脂層である。ここ
で、空隙層１１０は動作時における強誘電体膜１０４か
らの熱が分散するの防止するために設けられたものであ
る。
る。図１は本発明の実施例１による基板上に２つの強誘
電体膜のパターンを所定間隔を空けて併設してなる強誘
電体素子の構成を示す断面図であり、図において、ステ
ンレス金属基板（熱膨張係数１８×１０-6℃-1、厚さ５
００μm ）１０１表面に（１００）面に優先配向したＮ
ａＣｌ型結晶構造からなるＭｇＯ薄膜１０２が配置さ
れ、ＭｇＯ薄膜１０２表面にＰｔ薄膜からなる下部電極
１０３が配置され、下部電極１０３の特定部分がＰｂ
0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電体膜１０４で覆
われ、強誘電体膜１０４の表面にはＮｉ−Ｃｒ薄膜から
なる上部電極１０８が配置されている。１０５はエッチ
ングホールで、空隙層１１０はこのエッチングホール１
０５を通して形成されたものである。１０６，１０７，
１０９は感光性ポリイミドからなる保護用の樹脂層で、
１０９は上部電極１０８を保護する樹脂層である。ここ
で、空隙層１１０は動作時における強誘電体膜１０４か
らの熱が分散するの防止するために設けられたものであ
る。
【００３６】図２，図３は上記図１に示す強誘電体素子
の製造工程を示す工程別の断面図と平面図である。これ
らの図において、図１と同一符号は同一または相当する
部分を示している。以下、これら図２，図３を参照して
図１に示す本実施例の強誘電体素子の製造工程を説明す
る。
の製造工程を示す工程別の断面図と平面図である。これ
らの図において、図１と同一符号は同一または相当する
部分を示している。以下、これら図２，図３を参照して
図１に示す本実施例の強誘電体素子の製造工程を説明す
る。
【００３７】先ずステンレス金属基板１０１（図３
(a)）上にプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置により、
下地層としての，厚み０.２μｍの（１００）面に 結晶
が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からなるＭｇＯ薄膜
１０２を形成する（図２(a) ，図３(b) ）。図４は本工
程で使用したプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置の構成
を模式的に示した図であり、図において、４１は反応チ
ャンバー、４２は平行に配置された２つの電極、４３は
排気系、４５は高周波電源、４６は原料気化容器、４７
はキャリヤガスボンベ、４８は反応ガスボンベ、４９は
基板加熱ヒータである。ここで本工程をこの図に基づい
て更に詳しく説明する。ステンレス基板１０１を、電極
４２のアース側電極にその片側面を密着させることによ
り保持し、基板加熱ヒータ４９により６００℃に加熱し
た。一方、原料気化容器４６にマグネシウムアセチルア
セトナート（Ｍｇ（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）2）を入れ、１９０℃に
保持したオイルバスを用いて加熱し、この加熱によって
気化したマグネシウムアセチルアセトナートの蒸気を、
キャリアガスボンベ４７から１０ｍｌ／ｍｉｎの流速の
キャリアガス（窒素）を用いて、反応チャンバー４１内
に流し入れた。また、反応ガスボンベ４８から反応ガス
として酸素ガスを１２ｍｌ／ｍｉｎで流し、反応チャン
バー４１内に吹出ノズルを介して流し入れた。このと
き、反応チャンバー４１内は、その排気系４３から真空
排気されることで７．９０Ｐａの真空度に保持した。か
かる状態において、電極４２のＲＦ側電極に１３．５６
ＭＨｚで４００Ｗの高周波を１０分間印加して、当該Ｒ
Ｆ側電極とアース側電極との間にプラズマを発生させ、
ステンレス基板１０１の片側表面上に下地層としての厚
み０．２μｍの（１００）面に結晶が優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造のＭｇＯ薄膜１０２を形成した。この成
膜中、基板１０１を基板回転モータによって１２０ｒｐ
ｍの速度で回転させた。
(a)）上にプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置により、
下地層としての，厚み０.２μｍの（１００）面に 結晶
が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からなるＭｇＯ薄膜
１０２を形成する（図２(a) ，図３(b) ）。図４は本工
程で使用したプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置の構成
を模式的に示した図であり、図において、４１は反応チ
ャンバー、４２は平行に配置された２つの電極、４３は
排気系、４５は高周波電源、４６は原料気化容器、４７
はキャリヤガスボンベ、４８は反応ガスボンベ、４９は
基板加熱ヒータである。ここで本工程をこの図に基づい
て更に詳しく説明する。ステンレス基板１０１を、電極
４２のアース側電極にその片側面を密着させることによ
り保持し、基板加熱ヒータ４９により６００℃に加熱し
た。一方、原料気化容器４６にマグネシウムアセチルア
セトナート（Ｍｇ（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）2）を入れ、１９０℃に
保持したオイルバスを用いて加熱し、この加熱によって
気化したマグネシウムアセチルアセトナートの蒸気を、
キャリアガスボンベ４７から１０ｍｌ／ｍｉｎの流速の
キャリアガス（窒素）を用いて、反応チャンバー４１内
に流し入れた。また、反応ガスボンベ４８から反応ガス
として酸素ガスを１２ｍｌ／ｍｉｎで流し、反応チャン
バー４１内に吹出ノズルを介して流し入れた。このと
き、反応チャンバー４１内は、その排気系４３から真空
排気されることで７．９０Ｐａの真空度に保持した。か
かる状態において、電極４２のＲＦ側電極に１３．５６
ＭＨｚで４００Ｗの高周波を１０分間印加して、当該Ｒ
Ｆ側電極とアース側電極との間にプラズマを発生させ、
ステンレス基板１０１の片側表面上に下地層としての厚
み０．２μｍの（１００）面に結晶が優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造のＭｇＯ薄膜１０２を形成した。この成
膜中、基板１０１を基板回転モータによって１２０ｒｐ
ｍの速度で回転させた。
【００３８】次に、上記下地層としてのＭｇＯ薄膜１０
２上に厚み０.２μｍ のＰｔ薄膜からなる下部電極１０
３を形成する（図２(b)，図３(c)）。ここで、Ｐｔ薄膜
１０３は（１００）面に結晶が優先配向したものとなる
よう形成する。この（１００）面に結晶が優先配向した
ＮａＣｌ型結晶構造のＭｇＯ薄膜１０２上への（１０
０）面に結晶が優先配向したＰｔ薄膜１０３の成膜は、
例えば、高周波マグネトロンスパッタ法により、スパッ
タガスとしてＡｒ（９５％）と酸素（５％）の混合ガス
を用い、基板温度を６００℃、ガス圧を０．５Ｐａ、高
周波投入パワー密度を２.５Ｗ／ｃｍ2（１３．５６ＭＨ
ｚ）にした成膜条件で行われる。かかる方法では１時間
の成膜時間で厚み０.２μｍの膜を得ることができる。
２上に厚み０.２μｍ のＰｔ薄膜からなる下部電極１０
３を形成する（図２(b)，図３(c)）。ここで、Ｐｔ薄膜
１０３は（１００）面に結晶が優先配向したものとなる
よう形成する。この（１００）面に結晶が優先配向した
ＮａＣｌ型結晶構造のＭｇＯ薄膜１０２上への（１０
０）面に結晶が優先配向したＰｔ薄膜１０３の成膜は、
例えば、高周波マグネトロンスパッタ法により、スパッ
タガスとしてＡｒ（９５％）と酸素（５％）の混合ガス
を用い、基板温度を６００℃、ガス圧を０．５Ｐａ、高
周波投入パワー密度を２.５Ｗ／ｃｍ2（１３．５６ＭＨ
ｚ）にした成膜条件で行われる。かかる方法では１時間
の成膜時間で厚み０.２μｍの膜を得ることができる。
【００３９】次に、前記Ｐｔ薄膜からなる下部電極１０
３上に、厚み３μｍのＰｂ0.9Ｌａ0 .1Ｔｉ0.975Ｏ3から
なる強誘電体膜１０４を形成する（図２(c)，図３
(d)）。この強誘電体膜１０４の成膜は、例えば、高周
波マグネトロンスパッタ装置を用いて行われる。具体的
には、基板をステンレス製基板ホルダに取り付け、Ｐｂ
Ｏ，Ｌａ2Ｏ3，ＴｉＯ2 の粉末を混合したもの（粉末の
混合比は膜組成に対してＰｂＯを２０mol%過剰に加え
た。）をターゲットとして銅製皿に入れ、スパッタガス
としてＡｒ（９０％）と酸素（１０％）の混合ガスを用
い、基板温度を６００℃、ガス圧を０．９Ｐａ、高周波
投入パワー密度を２.０Ｗ／ｃｍ2（１３．５６ＭＨｚ）
にしたスパッタ成膜条件にて行われる。
３上に、厚み３μｍのＰｂ0.9Ｌａ0 .1Ｔｉ0.975Ｏ3から
なる強誘電体膜１０４を形成する（図２(c)，図３
(d)）。この強誘電体膜１０４の成膜は、例えば、高周
波マグネトロンスパッタ装置を用いて行われる。具体的
には、基板をステンレス製基板ホルダに取り付け、Ｐｂ
Ｏ，Ｌａ2Ｏ3，ＴｉＯ2 の粉末を混合したもの（粉末の
混合比は膜組成に対してＰｂＯを２０mol%過剰に加え
た。）をターゲットとして銅製皿に入れ、スパッタガス
としてＡｒ（９０％）と酸素（１０％）の混合ガスを用
い、基板温度を６００℃、ガス圧を０．９Ｐａ、高周波
投入パワー密度を２.０Ｗ／ｃｍ2（１３．５６ＭＨｚ）
にしたスパッタ成膜条件にて行われる。
【００４０】図５は、前述した方法により、ステンレス
金属基板上に（１００）面に結晶が優先配向したＭｇＯ
薄膜１０２とＰｔ薄膜からなる下部電極１０３をこの順
に形成し、更にＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強
誘電体膜を前記高周波マグネトロンスパッタ法により形
成することにより得られた試料のＸ線回折パターンであ
る。このＸ線回折パターンにより本試料のｃ軸配向率α
（％）を（数１）で定義して、その値を算出したとこ
ろ、ｃ軸配向率α（％）は９４％であり、Ｐｂ0. 9Ｌａ
0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる組成の強誘電体膜は分極軸で
あるｃ軸方向へ、優先的に配向していた。
金属基板上に（１００）面に結晶が優先配向したＭｇＯ
薄膜１０２とＰｔ薄膜からなる下部電極１０３をこの順
に形成し、更にＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強
誘電体膜を前記高周波マグネトロンスパッタ法により形
成することにより得られた試料のＸ線回折パターンであ
る。このＸ線回折パターンにより本試料のｃ軸配向率α
（％）を（数１）で定義して、その値を算出したとこ
ろ、ｃ軸配向率α（％）は９４％であり、Ｐｂ0. 9Ｌａ
0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる組成の強誘電体膜は分極軸で
あるｃ軸方向へ、優先的に配向していた。
【００４１】
【数１】
【００４２】ここで、Ｉ（００１）、Ｉ（１００）、Ｉ
（１０１），Ｉ（１１１），Ｉ（１１０）は、それぞれ
（００１）、（１００）、（１０１），（１１１），
（１１０）反射の強度を示す。
（１０１），Ｉ（１１１），Ｉ（１１０）は、それぞれ
（００１）、（１００）、（１０１），（１１１），
（１１０）反射の強度を示す。
【００４３】次にＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる
強誘電体膜１０４のパターニングを行なう（図２(d)，
図３(e)）。このパターニングは、フッ硝酸によるケミ
カルエッチング（所用時間:１０分 ），あるいはＡｒガ
スを使用したスパッタエッチング（所用時間９０分）に
より行われる。
強誘電体膜１０４のパターニングを行なう（図２(d)，
図３(e)）。このパターニングは、フッ硝酸によるケミ
カルエッチング（所用時間:１０分 ），あるいはＡｒガ
スを使用したスパッタエッチング（所用時間９０分）に
より行われる。
【００４４】次に、下部電極としてのＰｔ薄膜１０３及
びＭｇＯ薄膜１０２のパターニングと，エッチングホー
ル１０５の形成とをスパッタエッチング（所用時間１２
０分）により同時に行う（図２(e)，図３(f)）。
びＭｇＯ薄膜１０２のパターニングと，エッチングホー
ル１０５の形成とをスパッタエッチング（所用時間１２
０分）により同時に行う（図２(e)，図３(f)）。
【００４５】次に、下部電極としてのＰｔ薄膜１０３及
びＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電体膜１０
４上と，基板１０１の裏面全面とに感光性ポリイミドか
らなる樹脂層１０６，１０７を、スピンコートにより塗
布形成した後、樹脂層１０６をフォトリソ法によりＰｔ
薄膜１０３及び強誘電体膜１０４の周囲を覆う形状にパ
ターニングし、更にこれを硬化させる（図２(f)，図３
(g)）。
びＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電体膜１０
４上と，基板１０１の裏面全面とに感光性ポリイミドか
らなる樹脂層１０６，１０７を、スピンコートにより塗
布形成した後、樹脂層１０６をフォトリソ法によりＰｔ
薄膜１０３及び強誘電体膜１０４の周囲を覆う形状にパ
ターニングし、更にこれを硬化させる（図２(f)，図３
(g)）。
【００４６】次に、膜厚１００ｎｍのＮｉ−Ｃｒ薄膜を
ＤＣ−スパッタリング法により形成し、これをフォトリ
ソ法によりパターンニングすることにより上部電極１０
８を形成した後（図２(g)，図３(h)）、感光性ポリイミ
ドを成膜し、これをパターンニングして上部電極保護層
１０９を形成する（図２(h)，図３(i)）。
ＤＣ−スパッタリング法により形成し、これをフォトリ
ソ法によりパターンニングすることにより上部電極１０
８を形成した後（図２(g)，図３(h)）、感光性ポリイミ
ドを成膜し、これをパターンニングして上部電極保護層
１０９を形成する（図２(h)，図３(i)）。
【００４７】最後に、基板１０１にエッチングホール１
０５を通してエッチングを施し、空隙層１１０を形成す
る（図２(i) ）。このエッチングはエッチャントとして
３０ｗｔ％の第２塩化鉄(FeCl3 )水溶液を使用し、基板
を５５℃に加熱し、超音波を印加して、エッチング時間
を１５〜２０分にして行われる。
０５を通してエッチングを施し、空隙層１１０を形成す
る（図２(i) ）。このエッチングはエッチャントとして
３０ｗｔ％の第２塩化鉄(FeCl3 )水溶液を使用し、基板
を５５℃に加熱し、超音波を印加して、エッチング時間
を１５〜２０分にして行われる。
【００４８】このように本実施例では、プラズマ励起Ｍ
Ｏ−ＣＶＤ法により、ステンレス基板１０１上に（１０
０）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からな
るＭｇＯ薄膜１０２を形成し、このＭｇＯ薄膜１０２上
に例えば高周波マグネトロンスパッタ法を用いて（１０
０）面に結晶が優先配向したＰｔ薄膜１０３（下部電
極）を形成し、この（１００）面に結晶が優先配向した
Ｐｔ薄膜１０３上に例えば高周波マグネトロンスパッタ
法を用いてＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電
体膜１０４を形成し、このようにして得られたＰｂ0.9
Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3 からなる強誘電体膜１０４を用い
て強誘電体素子を構成したので、ＭｇＯ薄膜１０２（Ｐ
ｔ薄膜１０３）とＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる
強誘電体膜１０４間における格子定数の整合が図られ
て、Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電体膜１
０４はその分極軸であるｃ軸への結晶配向率が高いもの
となり、ステンレス基板１０１基板を用いて高感度の強
誘電体素子を実現することができる。従って、低コスト
で高感度の強誘電体素子を得ることができる。また、従
来のように基板に基板を貫通させるようなエッチングを
施すことなく、基板１０１の上層部の一部分を除去する
エッチングを行うだけで、強誘電体膜１０４の熱を分散
（放熱）させる空隙層１１０を形成できるので、強誘電
体膜１０４の発熱による劣化が防止された，高感度な強
誘電体素子を短時間で製造できる。また、空隙層１１０
はエッチングホール１１５を介して基板の，島状にパタ
ーニングされた強誘電体膜１０４の面積より若干大きい
面積の領域をエッチング除去して得られたものであるた
め、素子の大きさが空隙層１１０によって影響されず、
強誘電体膜１０４のパターンの面積にほぼ等しいものと
なり、素子を小型化することができる。なお、Ｎｉ−Ｃ
ｒ薄膜からなる上部電極１０８あるいは強誘電体膜１０
４が、空隙層１１０形成のためのエッチングによってダ
メージを受けない場合は、前記電極保護層１０９を設け
る必要は必ずしもない。この上部電極保護層１０９を設
けない場合、強誘電体膜１０４の熱容量を低下させるこ
とができ、熱型素子における高感度化の点で有効であ
る。また、強誘電体膜１０４のパターニングにおいて、
強誘電体膜１０４をその中央部に貫通孔を有する島状パ
ターンとなるようパターニングして、エッチングホール
１０５を島状パターンの中央部にも形成するようにした
が、島状パターンの中央部にエッチングホール１０５を
必ずしも形成する必要はなく、島状パターンの周囲のＭ
ｇＯ薄膜１０２およびＰｔ薄膜１０３（下部電極）に形
成したエッチングホール１０５のみを用いて、空隙層１
１０を形成することができる。本実施例のように、島状
パターンの中央部にエッチングホール１１５を設ける場
合、これを設けない場合に比して、空隙層１１０の形成
に要するエッチング時間を短縮でき、製造効率を向上で
きる。
Ｏ−ＣＶＤ法により、ステンレス基板１０１上に（１０
０）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からな
るＭｇＯ薄膜１０２を形成し、このＭｇＯ薄膜１０２上
に例えば高周波マグネトロンスパッタ法を用いて（１０
０）面に結晶が優先配向したＰｔ薄膜１０３（下部電
極）を形成し、この（１００）面に結晶が優先配向した
Ｐｔ薄膜１０３上に例えば高周波マグネトロンスパッタ
法を用いてＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電
体膜１０４を形成し、このようにして得られたＰｂ0.9
Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3 からなる強誘電体膜１０４を用い
て強誘電体素子を構成したので、ＭｇＯ薄膜１０２（Ｐ
ｔ薄膜１０３）とＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる
強誘電体膜１０４間における格子定数の整合が図られ
て、Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電体膜１
０４はその分極軸であるｃ軸への結晶配向率が高いもの
となり、ステンレス基板１０１基板を用いて高感度の強
誘電体素子を実現することができる。従って、低コスト
で高感度の強誘電体素子を得ることができる。また、従
来のように基板に基板を貫通させるようなエッチングを
施すことなく、基板１０１の上層部の一部分を除去する
エッチングを行うだけで、強誘電体膜１０４の熱を分散
（放熱）させる空隙層１１０を形成できるので、強誘電
体膜１０４の発熱による劣化が防止された，高感度な強
誘電体素子を短時間で製造できる。また、空隙層１１０
はエッチングホール１１５を介して基板の，島状にパタ
ーニングされた強誘電体膜１０４の面積より若干大きい
面積の領域をエッチング除去して得られたものであるた
め、素子の大きさが空隙層１１０によって影響されず、
強誘電体膜１０４のパターンの面積にほぼ等しいものと
なり、素子を小型化することができる。なお、Ｎｉ−Ｃ
ｒ薄膜からなる上部電極１０８あるいは強誘電体膜１０
４が、空隙層１１０形成のためのエッチングによってダ
メージを受けない場合は、前記電極保護層１０９を設け
る必要は必ずしもない。この上部電極保護層１０９を設
けない場合、強誘電体膜１０４の熱容量を低下させるこ
とができ、熱型素子における高感度化の点で有効であ
る。また、強誘電体膜１０４のパターニングにおいて、
強誘電体膜１０４をその中央部に貫通孔を有する島状パ
ターンとなるようパターニングして、エッチングホール
１０５を島状パターンの中央部にも形成するようにした
が、島状パターンの中央部にエッチングホール１０５を
必ずしも形成する必要はなく、島状パターンの周囲のＭ
ｇＯ薄膜１０２およびＰｔ薄膜１０３（下部電極）に形
成したエッチングホール１０５のみを用いて、空隙層１
１０を形成することができる。本実施例のように、島状
パターンの中央部にエッチングホール１１５を設ける場
合、これを設けない場合に比して、空隙層１１０の形成
に要するエッチング時間を短縮でき、製造効率を向上で
きる。
【００４９】（実施例２）本実施例では、表１〜表４に
示すように、基板の材料，下地層の材料と成膜方法，及
び強誘電体の材料を実施例１のそれとは異なるものにし
て、図１に示した実施例１の強誘電体素子と同一構造の
強誘電体素子を形成した。基板としては、基板厚み５０
０μmのステンレス金属基板の他に、厚み５００μmのマ
グネシア(MgO)多 結晶基板，（１００）Ｓｉ単結晶基
板，およびＣｕ金属基板を用いた。そして、これら種々
の基板に有機金属錯体を原料ガスに用いたプラズマ励起
ＭＯ−ＣＶＤ法または高周波マグネトロンスパッタ法を
用いて、（１００）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型
結晶構造からなるＭｇＯまたはＮｉＯからなる薄膜を形
成し、さらに、このＭｇＯまたはＮｉＯからなる薄誘電
体膜上にプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法または高周波マグ
ネトロンスパッタ法を用いてＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ 0.975
Ｏ3 またはＰｂＴｉＯ3 からなる強誘電体膜を形成し
た。
示すように、基板の材料，下地層の材料と成膜方法，及
び強誘電体の材料を実施例１のそれとは異なるものにし
て、図１に示した実施例１の強誘電体素子と同一構造の
強誘電体素子を形成した。基板としては、基板厚み５０
０μmのステンレス金属基板の他に、厚み５００μmのマ
グネシア(MgO)多 結晶基板，（１００）Ｓｉ単結晶基
板，およびＣｕ金属基板を用いた。そして、これら種々
の基板に有機金属錯体を原料ガスに用いたプラズマ励起
ＭＯ−ＣＶＤ法または高周波マグネトロンスパッタ法を
用いて、（１００）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型
結晶構造からなるＭｇＯまたはＮｉＯからなる薄膜を形
成し、さらに、このＭｇＯまたはＮｉＯからなる薄誘電
体膜上にプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法または高周波マグ
ネトロンスパッタ法を用いてＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ 0.975
Ｏ3 またはＰｂＴｉＯ3 からなる強誘電体膜を形成し
た。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
【表４】
【００５４】ここで、ＮｉＯからなる薄膜をプラズマ励
起ＭＯＣＶＤ法により作製する方法を詳しく説明する。
なお、使用する装置と基本的な方法は、実施例１で説明
したプラズマ励起ＭＯＣＶＤ法によりＭｇＯからなる薄
膜を作製する場合のそれと同じである。図４に示したプ
ラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置を用い、基板加熱ヒー
タ４９によって、基板１０１をあらかじめ ３５０ ℃に
加熱した。一方、原料気化容器４６にニッケルアセチル
アセトナート；Ｎｉ（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）2Ｈ2Ｏ を入れ、これ
を１６０℃に保持したオイルバスを用いて加熱し、この
加熱によって気化したニッケルアセチルアセトナートの
蒸気をキャリアガスボンベ４７から３５ｍｌ／ｍｉｎの
流速のキャリアガス（窒素）を用いて、反応チャンバー
４１内に流し入れた。また、反応ガスとしての酸素ガス
を反応ガスボンベ４８から反応チャンバー４１内に吹出
ノズルを介して流速１５ｍｌ／ｍｉｎで流し入れた。こ
のとき、反応チャンバー４１内は、その排気系４３から
真空排気されることで７．９０Ｐａの真空度に保持し
た。以上の状態において、ＲＦ側電極に１３．５６ＭＨ
ｚで４００Ｗの高周波を１０分間印加することによっ
て、アース側電極との間にプラズマを発生させ、基板の
片側表面上の（１００）面に優先配向したＮｉＯ薄膜を
形成した。この成膜中、基板１０１を基板回転モータに
よって１２０ｒｐｍの速度で回転させた。得られたＮｉ
Ｏ薄膜の膜厚は０.２μｍであった。
起ＭＯＣＶＤ法により作製する方法を詳しく説明する。
なお、使用する装置と基本的な方法は、実施例１で説明
したプラズマ励起ＭＯＣＶＤ法によりＭｇＯからなる薄
膜を作製する場合のそれと同じである。図４に示したプ
ラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置を用い、基板加熱ヒー
タ４９によって、基板１０１をあらかじめ ３５０ ℃に
加熱した。一方、原料気化容器４６にニッケルアセチル
アセトナート；Ｎｉ（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）2Ｈ2Ｏ を入れ、これ
を１６０℃に保持したオイルバスを用いて加熱し、この
加熱によって気化したニッケルアセチルアセトナートの
蒸気をキャリアガスボンベ４７から３５ｍｌ／ｍｉｎの
流速のキャリアガス（窒素）を用いて、反応チャンバー
４１内に流し入れた。また、反応ガスとしての酸素ガス
を反応ガスボンベ４８から反応チャンバー４１内に吹出
ノズルを介して流速１５ｍｌ／ｍｉｎで流し入れた。こ
のとき、反応チャンバー４１内は、その排気系４３から
真空排気されることで７．９０Ｐａの真空度に保持し
た。以上の状態において、ＲＦ側電極に１３．５６ＭＨ
ｚで４００Ｗの高周波を１０分間印加することによっ
て、アース側電極との間にプラズマを発生させ、基板の
片側表面上の（１００）面に優先配向したＮｉＯ薄膜を
形成した。この成膜中、基板１０１を基板回転モータに
よって１２０ｒｐｍの速度で回転させた。得られたＮｉ
Ｏ薄膜の膜厚は０.２μｍであった。
【００５５】次に、ＭｇＯからなる薄膜をｒｆスパッタ
法で作製する方法を詳しく説明する。ＭｇＯ焼結体（純
度９９.９％）をターゲットとして使用し、スパッタ成
膜条件を、基板温度を６００℃、スパッタガスをＡｒ
（５０％）と酸素（５０％）の混合ガス、ガス圧を０．
７Ｐａ、高周波投入パワー密度を２.５Ｗ／ｃｍ2（１
３．５６ＭＨｚ ）、成膜時間を１時間にして、成膜し
た。膜厚は０.２μｍであった。また、ＮｉＯからなる
薄膜をｒｆスパッタ法で作製する場合、ＮｉＯ粉末（純
度９９.９％ ）をターゲットとして使用し、スパッタ成
膜条件を、基板温度を６００℃、スパッタガスをＡｒ
（６０％）と酸素（４０％）の混合ガス、ガスを１．１
Ｐａ、高周波投入パワー密度を２.５Ｗ／ｃｍ2（１３．
５６ＭＨｚ）、成膜時間を１.５時間 にして、成膜し
た。膜厚は０.２μｍであった。
法で作製する方法を詳しく説明する。ＭｇＯ焼結体（純
度９９.９％）をターゲットとして使用し、スパッタ成
膜条件を、基板温度を６００℃、スパッタガスをＡｒ
（５０％）と酸素（５０％）の混合ガス、ガス圧を０．
７Ｐａ、高周波投入パワー密度を２.５Ｗ／ｃｍ2（１
３．５６ＭＨｚ ）、成膜時間を１時間にして、成膜し
た。膜厚は０.２μｍであった。また、ＮｉＯからなる
薄膜をｒｆスパッタ法で作製する場合、ＮｉＯ粉末（純
度９９.９％ ）をターゲットとして使用し、スパッタ成
膜条件を、基板温度を６００℃、スパッタガスをＡｒ
（６０％）と酸素（４０％）の混合ガス、ガスを１．１
Ｐａ、高周波投入パワー密度を２.５Ｗ／ｃｍ2（１３．
５６ＭＨｚ）、成膜時間を１.５時間 にして、成膜し
た。膜厚は０.２μｍであった。
【００５６】次に、ＰｂＴｉＯ3 からなる強誘電体膜を
プラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法で作製する方法を詳しく説
明する。図４に示したプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装
置にさらに気化容器を１台増設した装置を使用し、基板
加熱ヒータ４９によってあらかじめ基板１０１を ６０
０ ℃に加熱した。一方、原料気化容器４６に鉛ジピバ
ロイルメタン；Ｐｂ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2）2を入れ、１３０℃
に保持したオイルバスを用いて加熱した。もう一方の原
料気化容器４６ｂに、テトラ−イソ−プロピルチタナー
ト；Ｔｉ（ｉ−Ｃ3Ｈ7Ｏ）4 を入れ、５０℃に保持した
オイルバスを用いて加熱した。このように加熱すること
によって気化した鉛ジピバロイルメタンとテトラ−イソ
−プロピルチタナートの蒸気を、キャリアガスボンベ４
８から１０ｍｌ／ｍｉｎの流速のキャリアガス（窒素）
を用いて、反応チャンバー４１内に流し入れた。また、
反応ガスとして反応ガスボンベ４９から酸素ガスを流速
４０ｍｌ／ｍｉｎで反応チャンバー４１内に吹出ノズル
を介して流し入れた。このとき、反応チャンバー４１内
は、排気系４３から真空排気されることにより３．９０
Ｐａの真空度に保持された。以上の状態において、ＲＦ
側電極に１３．５６ＭＨｚで４００Ｗの高周波を１００
分間印加することによって、アース側電極との間にプラ
ズマを発生させ、基板１０１の片側表面上に（１００）
面に優先配向したＰｂＴｉＯ3 強誘電体を形成した。膜
厚は３μｍであった。この成膜中、基板１０１を基板回
転モータによって１２０ｒｐｍの速度で回転させた。
プラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法で作製する方法を詳しく説
明する。図４に示したプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装
置にさらに気化容器を１台増設した装置を使用し、基板
加熱ヒータ４９によってあらかじめ基板１０１を ６０
０ ℃に加熱した。一方、原料気化容器４６に鉛ジピバ
ロイルメタン；Ｐｂ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2）2を入れ、１３０℃
に保持したオイルバスを用いて加熱した。もう一方の原
料気化容器４６ｂに、テトラ−イソ−プロピルチタナー
ト；Ｔｉ（ｉ−Ｃ3Ｈ7Ｏ）4 を入れ、５０℃に保持した
オイルバスを用いて加熱した。このように加熱すること
によって気化した鉛ジピバロイルメタンとテトラ−イソ
−プロピルチタナートの蒸気を、キャリアガスボンベ４
８から１０ｍｌ／ｍｉｎの流速のキャリアガス（窒素）
を用いて、反応チャンバー４１内に流し入れた。また、
反応ガスとして反応ガスボンベ４９から酸素ガスを流速
４０ｍｌ／ｍｉｎで反応チャンバー４１内に吹出ノズル
を介して流し入れた。このとき、反応チャンバー４１内
は、排気系４３から真空排気されることにより３．９０
Ｐａの真空度に保持された。以上の状態において、ＲＦ
側電極に１３．５６ＭＨｚで４００Ｗの高周波を１００
分間印加することによって、アース側電極との間にプラ
ズマを発生させ、基板１０１の片側表面上に（１００）
面に優先配向したＰｂＴｉＯ3 強誘電体を形成した。膜
厚は３μｍであった。この成膜中、基板１０１を基板回
転モータによって１２０ｒｐｍの速度で回転させた。
【００５７】なお、基板としてマグネシア多結晶基板を
用いる場合、空隙層１１０を形成するためのエッチング
では、１０ｗｔ％のリン酸水溶液をエッチャントとして
使用し、８０℃で５５分間エッチングを実施した。ま
た、基板として（１００）Ｓｉ単結晶基板を用いる場
合、空隙層１１０を形成するためのエッチングでは、１
０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液をエッチャントとして使用し
た。また、基板としてＣｕ金属基板を用いる場合、空隙
層１１０を形成するためのエッチングでは、アンモニア
水をエッチャントとして使用した。
用いる場合、空隙層１１０を形成するためのエッチング
では、１０ｗｔ％のリン酸水溶液をエッチャントとして
使用し、８０℃で５５分間エッチングを実施した。ま
た、基板として（１００）Ｓｉ単結晶基板を用いる場
合、空隙層１１０を形成するためのエッチングでは、１
０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液をエッチャントとして使用し
た。また、基板としてＣｕ金属基板を用いる場合、空隙
層１１０を形成するためのエッチングでは、アンモニア
水をエッチャントとして使用した。
【００５８】（実施例３）図６は本発明の実施例３によ
る基板上に２つの強誘電体膜のパターンを所定間隔を空
けて併設してなる強誘電体素子の構成を示す断面図であ
る。結晶化ガラス基板（熱膨張係数１４×１０-6℃-1、
厚み ５００μm）６０１表面に 厚み１．５μmの（１
００）面に優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からなる
ＮｉＯ薄膜６０２が配置され、ＮｉＯ薄膜６０２表面に
Ｐｔ薄膜からなる下部電極６０３が配置され、下部電極
６０３の特定部分がＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からな
る強誘電体膜６０４で覆われ、強誘電体膜６０４の表面
にはＮｉ−Ｃｒ薄膜からなる上部電極６０８が配置され
ている。６０５はエッチングホールで、空隙層６１０は
このエッチングホール６０５を通して形成されたもので
ある。６０６，６０７，６０９は感光性ポリイミドから
なる保護用の樹脂層で、６０９は上部電極６０８を保護
する樹脂層である。ここで、空隙層６１０は、ＮｉＯ薄
膜６０２に形成されたもので、動作時における強誘電体
膜６０４からの熱が分散するの防止するために設けられ
たものである。
る基板上に２つの強誘電体膜のパターンを所定間隔を空
けて併設してなる強誘電体素子の構成を示す断面図であ
る。結晶化ガラス基板（熱膨張係数１４×１０-6℃-1、
厚み ５００μm）６０１表面に 厚み１．５μmの（１
００）面に優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からなる
ＮｉＯ薄膜６０２が配置され、ＮｉＯ薄膜６０２表面に
Ｐｔ薄膜からなる下部電極６０３が配置され、下部電極
６０３の特定部分がＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からな
る強誘電体膜６０４で覆われ、強誘電体膜６０４の表面
にはＮｉ−Ｃｒ薄膜からなる上部電極６０８が配置され
ている。６０５はエッチングホールで、空隙層６１０は
このエッチングホール６０５を通して形成されたもので
ある。６０６，６０７，６０９は感光性ポリイミドから
なる保護用の樹脂層で、６０９は上部電極６０８を保護
する樹脂層である。ここで、空隙層６１０は、ＮｉＯ薄
膜６０２に形成されたもので、動作時における強誘電体
膜６０４からの熱が分散するの防止するために設けられ
たものである。
【００５９】図７，図８は上記図６に示す強誘電体素子
の製造工程を示す工程別の断面図と平面図である。これ
らの図において、図６と同一符号は同一または相当する
部分を示している。以下、これらの図を用いて強誘電体
素子の製造工程について説明する。先ず、基板６０１上
に、下地層としての，（１００）面に優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造からなるＮｉＯ薄膜６０２をプラズマ励
起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置により形成する（図７(a)，図
８(b)）。ここでの成膜条件は実施例２と同様であり、
膜厚を１.５μｍ にした。次に、Ｐｔ薄膜からなる下部
電極６０３をＮｉＯ薄膜６０２上に形成する（図７
(b)，図８(c)）。このＰｔ薄膜（６０３）の成膜条件
は、実施例１のそれと同様であり、（１００）面に結晶
が優先配向したものとなるよう形成した。次に、Ｐｔ薄
膜からなる下部電極６０３上に、Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ
0.975Ｏ3なる組成の強誘電体膜６０４を作製した（図７
(c)，図８(d) ）。この強誘電体６０４の成膜方法は実
施例１のそれと同様である。次に、強誘電体膜００１６
０４のパターンニングを行なう（図７(d)，図８(e)）。
このパターンングは、実施例１のそれと同様にケミカル
エッチング、あるいはスパッタエッチングにより実施し
た。またＰｔ薄膜からなる下部電極６０３のパターニン
グと、エッチングホール６０５の形成を、実施例１のそ
れと同様に、スパッタエッチング（所用時間３５分）に
より、これらを同時に行った（図７(e)，図８(f)）。次
に、下部電極６０３および強誘電体６０４上に感光性ポ
リイミド樹脂からなる樹脂層６０６を、基板裏面全面に
感光性ポリイミド樹脂からなる樹脂層６０７を、スピン
コートにより塗布形成した。次に、フォトリソ法により
下部電極６０３および強誘電体６０４の周囲を覆う形状
となるように樹脂層６０６パターニングし、更に硬化さ
せた（図７(f)，図８(g)）。次に、膜厚１００ｎｍのＮ
ｉ−Ｃｒ薄膜からなる上部電極６０８をＤＣ−スパッタ
リング法により形成し、これをフォトリソ法によりパタ
ーニングした後（図７(g)，図８(h)）、感光性ポリイミ
ドを成膜し、これをパターンニングして上部電極保護層
６０９を形成した（図７(h)，図８(i)）。最後に、Ｎｉ
Ｏ薄膜６０２にエッチングホール６０５介してエッチン
グを施すことにより、空隙層６１０を作製した（図７
(i) ）。このエッチングでは、エッチャントとして１０
ｗｔ％のリン酸水溶液を使用し、８０℃でエッチングを
行った。
の製造工程を示す工程別の断面図と平面図である。これ
らの図において、図６と同一符号は同一または相当する
部分を示している。以下、これらの図を用いて強誘電体
素子の製造工程について説明する。先ず、基板６０１上
に、下地層としての，（１００）面に優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造からなるＮｉＯ薄膜６０２をプラズマ励
起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置により形成する（図７(a)，図
８(b)）。ここでの成膜条件は実施例２と同様であり、
膜厚を１.５μｍ にした。次に、Ｐｔ薄膜からなる下部
電極６０３をＮｉＯ薄膜６０２上に形成する（図７
(b)，図８(c)）。このＰｔ薄膜（６０３）の成膜条件
は、実施例１のそれと同様であり、（１００）面に結晶
が優先配向したものとなるよう形成した。次に、Ｐｔ薄
膜からなる下部電極６０３上に、Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ
0.975Ｏ3なる組成の強誘電体膜６０４を作製した（図７
(c)，図８(d) ）。この強誘電体６０４の成膜方法は実
施例１のそれと同様である。次に、強誘電体膜００１６
０４のパターンニングを行なう（図７(d)，図８(e)）。
このパターンングは、実施例１のそれと同様にケミカル
エッチング、あるいはスパッタエッチングにより実施し
た。またＰｔ薄膜からなる下部電極６０３のパターニン
グと、エッチングホール６０５の形成を、実施例１のそ
れと同様に、スパッタエッチング（所用時間３５分）に
より、これらを同時に行った（図７(e)，図８(f)）。次
に、下部電極６０３および強誘電体６０４上に感光性ポ
リイミド樹脂からなる樹脂層６０６を、基板裏面全面に
感光性ポリイミド樹脂からなる樹脂層６０７を、スピン
コートにより塗布形成した。次に、フォトリソ法により
下部電極６０３および強誘電体６０４の周囲を覆う形状
となるように樹脂層６０６パターニングし、更に硬化さ
せた（図７(f)，図８(g)）。次に、膜厚１００ｎｍのＮ
ｉ−Ｃｒ薄膜からなる上部電極６０８をＤＣ−スパッタ
リング法により形成し、これをフォトリソ法によりパタ
ーニングした後（図７(g)，図８(h)）、感光性ポリイミ
ドを成膜し、これをパターンニングして上部電極保護層
６０９を形成した（図７(h)，図８(i)）。最後に、Ｎｉ
Ｏ薄膜６０２にエッチングホール６０５介してエッチン
グを施すことにより、空隙層６１０を作製した（図７
(i) ）。このエッチングでは、エッチャントとして１０
ｗｔ％のリン酸水溶液を使用し、８０℃でエッチングを
行った。
【００６０】このような本実施例の強誘電体素子は、実
施例１の強誘電体素子と同様の作用，効果が得られるも
のとなるとともに、基板６０１にエッチングを施すこと
なく、ＮｉＯ薄膜６０２にのみエッチングを施してＮｉ
Ｏ薄膜６０２に空隙層６１０を形成するので、基板６０
１としてエッチングが困難な材料からなる基板を使用で
き、実施例１の強誘電体素子に比して基板の材料選択の
自由度がより一層大きなものとなる。
施例１の強誘電体素子と同様の作用，効果が得られるも
のとなるとともに、基板６０１にエッチングを施すこと
なく、ＮｉＯ薄膜６０２にのみエッチングを施してＮｉ
Ｏ薄膜６０２に空隙層６１０を形成するので、基板６０
１としてエッチングが困難な材料からなる基板を使用で
き、実施例１の強誘電体素子に比して基板の材料選択の
自由度がより一層大きなものとなる。
【００６１】なお、ＮｉＯ薄膜６０２を酸素過剰雰囲気
で成膜すると、酸化によりＮｉＯのＮｉ2+イオンがＮｉ
3+イオンになって，電気的中性を保つために空孔が生
じ、ＮｉＯ薄膜６０２はＰ型半導体膜となる。この場
合、ＮｉＯ薄膜６０２を電極として使用することができ
るので、下部電極６０３を形成することなく強誘電体素
子を得ることができ、より小型化した強誘電体素子をよ
り短い製造時間でもって製造することができる。また、
ＮｉＯ薄膜６０２の成膜時にＬｉをドーピングするとＮ
ｉＯ薄膜６０２がＰ型半導体膜になるので、この場合も
下部電極６０３を形成することなく強誘電体素子を得る
ことができ、より小型化した強誘電体素子をより短い製
造時間でもって製造することができる。
で成膜すると、酸化によりＮｉＯのＮｉ2+イオンがＮｉ
3+イオンになって，電気的中性を保つために空孔が生
じ、ＮｉＯ薄膜６０２はＰ型半導体膜となる。この場
合、ＮｉＯ薄膜６０２を電極として使用することができ
るので、下部電極６０３を形成することなく強誘電体素
子を得ることができ、より小型化した強誘電体素子をよ
り短い製造時間でもって製造することができる。また、
ＮｉＯ薄膜６０２の成膜時にＬｉをドーピングするとＮ
ｉＯ薄膜６０２がＰ型半導体膜になるので、この場合も
下部電極６０３を形成することなく強誘電体素子を得る
ことができ、より小型化した強誘電体素子をより短い製
造時間でもって製造することができる。
【００６２】（実施例４）本実施例では、表５〜表７に
示すように、基板の材料，下地層の材料と成膜方法，及
び強誘電体の材料を実施例３のそれとは異なるものにし
て、図８に示した実施例３の強誘電体素子と同一構造の
強誘電体素子を形成した。下地層及び誘電体膜の成膜条
件は実施例１または実施例２のそれと同様である。基板
６０１としては基板厚み５００μm の結晶化ガラス基
板，ステンレス金属基板，およびアルミナ焼結体基板を
用いた。
示すように、基板の材料，下地層の材料と成膜方法，及
び強誘電体の材料を実施例３のそれとは異なるものにし
て、図８に示した実施例３の強誘電体素子と同一構造の
強誘電体素子を形成した。下地層及び誘電体膜の成膜条
件は実施例１または実施例２のそれと同様である。基板
６０１としては基板厚み５００μm の結晶化ガラス基
板，ステンレス金属基板，およびアルミナ焼結体基板を
用いた。
【００６３】
【表５】
【００６４】
【表６】
【００６５】
【表７】
【００６６】なお、前記実施例１〜４では基板上に２つ
の強誘電体膜のパターンを所定間隔を空けて併設してな
るリニアアレイ強誘電体素子について説明したが、本発
明が単素子や２次元素子に適用できることは言うまでも
ない。また、前記実施例１〜４では、強誘電体膜として
Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3膜またはＰｂＴｉＯ3 膜を
用いたが、本発明ではこれらＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975
Ｏ3，ＰｂＴｉＯ3 以外の他の組成のチタン酸鉛系強誘
電体からなる強誘電体膜を使用することができる。例え
ば、一般式をＰｂxＬａyＴｉzＺｒwＯ3とした時、(a)
０．７≦ｘ≦１，ｘ＋ｙ＝１， ０．９２５≦ｚ≦１，
Ｗ＝０ ，（ｂ） ｘ＝１， ｙ＝０， ０．４５≦
ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１ ，または（ｃ） ０．７５≦ｘ
＜１，ｘ＋ｙ＝１， ０．５≦ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１の
いずれかの組成を有するチタン酸鉛系強誘電体からなる
強誘電体膜を使用することができる。また、前記実施例
１〜４では、強誘電体膜としてＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ
0.975Ｏ3膜またはＰｂＴｉＯ 3 膜を用いたが、本発明で
は、チタン酸鉛系強誘電体以外の他の強誘電体材料（例
えば、チタン酸バリウム系強誘電体）からなる強誘電体
膜を使用することができる。また、前記実施例１〜４で
は、基板としてステンレス金属基板，結晶化ガラス基
板，単結晶シリコン基板，アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の焼結
体基板，マグネシア（ＭｇＯ）多結晶基板，およびＣｕ
金属基板を用いたが、本発明においては、その表面に
（１００）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造
からなる金属酸化物層を形成することができる基板であ
れば、前記基板とは異なる材料からなる基板を使用する
ことができる。
の強誘電体膜のパターンを所定間隔を空けて併設してな
るリニアアレイ強誘電体素子について説明したが、本発
明が単素子や２次元素子に適用できることは言うまでも
ない。また、前記実施例１〜４では、強誘電体膜として
Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3膜またはＰｂＴｉＯ3 膜を
用いたが、本発明ではこれらＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975
Ｏ3，ＰｂＴｉＯ3 以外の他の組成のチタン酸鉛系強誘
電体からなる強誘電体膜を使用することができる。例え
ば、一般式をＰｂxＬａyＴｉzＺｒwＯ3とした時、(a)
０．７≦ｘ≦１，ｘ＋ｙ＝１， ０．９２５≦ｚ≦１，
Ｗ＝０ ，（ｂ） ｘ＝１， ｙ＝０， ０．４５≦
ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１ ，または（ｃ） ０．７５≦ｘ
＜１，ｘ＋ｙ＝１， ０．５≦ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１の
いずれかの組成を有するチタン酸鉛系強誘電体からなる
強誘電体膜を使用することができる。また、前記実施例
１〜４では、強誘電体膜としてＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ
0.975Ｏ3膜またはＰｂＴｉＯ 3 膜を用いたが、本発明で
は、チタン酸鉛系強誘電体以外の他の強誘電体材料（例
えば、チタン酸バリウム系強誘電体）からなる強誘電体
膜を使用することができる。また、前記実施例１〜４で
は、基板としてステンレス金属基板，結晶化ガラス基
板，単結晶シリコン基板，アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の焼結
体基板，マグネシア（ＭｇＯ）多結晶基板，およびＣｕ
金属基板を用いたが、本発明においては、その表面に
（１００）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造
からなる金属酸化物層を形成することができる基板であ
れば、前記基板とは異なる材料からなる基板を使用する
ことができる。
【００６７】
【発明の効果】以上のように本発明の強誘電体素子によ
れば、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接合
し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電体
膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板表
面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面の
所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形成
されており、前記基板の上層部の前記島状パターンの直
下に位置する領域に前記島状パターンよりも若干大きい
面積の空隙層が形成されているので、前記空隙層により
放熱性が向上するとともに、前記空隙層が前記強誘電体
膜の島状パターンとほぼ同一の面積であることから、基
板上における素子面積が強誘電体膜パターンの面積にほ
ぼ等しいものとなり、素子を小型化することができる。
また、前記基板として低コストの材料からなるものを用
いることにより、素子の低コスト化を図ることができ
る。
れば、基板上にその第１の領域に第１の電極層が接合
し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強誘電体
膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板表
面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面の
所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形成
されており、前記基板の上層部の前記島状パターンの直
下に位置する領域に前記島状パターンよりも若干大きい
面積の空隙層が形成されているので、前記空隙層により
放熱性が向上するとともに、前記空隙層が前記強誘電体
膜の島状パターンとほぼ同一の面積であることから、基
板上における素子面積が強誘電体膜パターンの面積にほ
ぼ等しいものとなり、素子を小型化することができる。
また、前記基板として低コストの材料からなるものを用
いることにより、素子の低コスト化を図ることができ
る。
【００６８】更に本発明の強誘電体素子によれば、基板
上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、その第２
の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が設けられ
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に金属酸化
物層が形成され、当該金属酸化物層表面の所定領域に前
記強誘電体膜が島状のパターンとして形成されており、
前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する
領域に当該島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層
が形成されているので、前記空隙層により放熱性が向上
するとともに、前記空隙層が前記強誘電体膜の島状パタ
ーンとほぼ同一の面積であることから、基板上における
素子面積が強誘電体膜パターンの面積にほぼ等しいもの
となり、素子を小型化することができる。また、前記基
板として低コストの材料からなるものを用いることによ
り、素子の低コスト化を図ることができる。
上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、その第２
の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が設けられ
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に金属酸化
物層が形成され、当該金属酸化物層表面の所定領域に前
記強誘電体膜が島状のパターンとして形成されており、
前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する
領域に当該島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層
が形成されているので、前記空隙層により放熱性が向上
するとともに、前記空隙層が前記強誘電体膜の島状パタ
ーンとほぼ同一の面積であることから、基板上における
素子面積が強誘電体膜パターンの面積にほぼ等しいもの
となり、素子を小型化することができる。また、前記基
板として低コストの材料からなるものを用いることによ
り、素子の低コスト化を図ることができる。
【００６９】更に本発明の強誘電体素子によれば、基板
上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、その第２
の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が配設され
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に（１０
０）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からな
る金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面に前
記強誘電体膜が形成されているので、前記基板の構成材
料に関係なく，前記金属酸化物層と前記強誘電体膜間に
おける格子定数の整合が図られて、前記強誘電体膜はそ
の分極軸であるｃ軸への結晶配向率が高いものとなり、
前記基板として低コストの材料からなるものを用いて高
感度の素子を実現することができる。
上にその第１の領域に第１の電極層が接合し、その第２
の領域に第２の電極層が接合した強誘電体膜が配設され
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に（１０
０）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ型結晶構造からな
る金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面に前
記強誘電体膜が形成されているので、前記基板の構成材
料に関係なく，前記金属酸化物層と前記強誘電体膜間に
おける格子定数の整合が図られて、前記強誘電体膜はそ
の分極軸であるｃ軸への結晶配向率が高いものとなり、
前記基板として低コストの材料からなるものを用いて高
感度の素子を実現することができる。
【００７０】次に、本発明の強誘電体素子の製造方法に
よれば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化
物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パターンの
周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチング用開口
を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電
極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通し
て前記基板に等方性エッチングを施して、前記基板の上
層部の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島
状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成するの
で、前記の低コスト基板を用いて構成された，放熱性に
優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く製造することが
できる。また、基板にこれに貫通孔が形成されるような
エッチングを施す必要がないので、従来に比して製造時
間を大きく短縮することができる。
よれば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化
物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パターンの
周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチング用開口
を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電
極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通し
て前記基板に等方性エッチングを施して、前記基板の上
層部の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島
状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成するの
で、前記の低コスト基板を用いて構成された，放熱性に
優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く製造することが
できる。また、基板にこれに貫通孔が形成されるような
エッチングを施す必要がないので、従来に比して製造時
間を大きく短縮することができる。
【００７１】更に本発明の強誘電体素子の製造方法によ
れば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化物
層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に前記金属
酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を形成し、
次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極層を形成
し、しかる後、前記エッチング用開口を通して前記金属
酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金属酸化物
層の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状
パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成するの
で、前記の低コスト基板を用いて構成された，放熱性に
優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く製造することが
できる。また、基板にエッチングを施す必要がないの
で、基板の材料選択の自由度を拡大できる。また、基板
にこれに貫通孔が形成されるようなエッチングを施す必
要がないので、従来に比して製造時間を大きく短縮する
ことができる。
れば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化物
層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に前記金属
酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を形成し、
次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極層を形成
し、しかる後、前記エッチング用開口を通して前記金属
酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金属酸化物
層の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状
パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成するの
で、前記の低コスト基板を用いて構成された，放熱性に
優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く製造することが
できる。また、基板にエッチングを施す必要がないの
で、基板の材料選択の自由度を拡大できる。また、基板
にこれに貫通孔が形成されるようなエッチングを施す必
要がないので、従来に比して製造時間を大きく短縮する
ことができる。
【００７２】更に本発明の強誘電体素子の製造方法によ
れば、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励起ＭＯ−
ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成するようにしたので、前記の低コスト基板を用いて構
成された高感度かつ小型の強誘電体素子を効率良く製造
することができる。また、基板にこれに貫通孔が形成さ
れるようなエッチングを施す必要がないので、従来に比
して製造時間を大きく短縮することができる。
れば、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励起ＭＯ−
ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向したＮａ
Ｃｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成するようにしたので、前記の低コスト基板を用いて構
成された高感度かつ小型の強誘電体素子を効率良く製造
することができる。また、基板にこれに貫通孔が形成さ
れるようなエッチングを施す必要がないので、従来に比
して製造時間を大きく短縮することができる。
【００７３】更に本発明の強誘電体素子の製造方法によ
れば、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズマ励起ＭＯ
−ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向したＮ
ａＣｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記
金属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの
順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第
１の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
するようにしたので、前記の低コスト基板を用いて構成
された高感度かつ小型の強誘電体素子を効率良く製造す
ることができる。また、基板にエッチングを施す必要が
ないので、基板の材料選択の自由度をより一層拡げるこ
とができる。また、基板にこれに貫通孔が形成されるよ
うなエッチングを施す必要がないので、従来に比して製
造時間を大きく短縮することができる。
れば、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズマ励起ＭＯ
−ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配向したＮ
ａＣｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記
金属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの
順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第
１の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
するようにしたので、前記の低コスト基板を用いて構成
された高感度かつ小型の強誘電体素子を効率良く製造す
ることができる。また、基板にエッチングを施す必要が
ないので、基板の材料選択の自由度をより一層拡げるこ
とができる。また、基板にこれに貫通孔が形成されるよ
うなエッチングを施す必要がないので、従来に比して製
造時間を大きく短縮することができる。
【図１】本発明の実施例１による強誘電体素子の構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】図１の強誘電体素子の製造工程を示す工程別断
面図である。
面図である。
【図３】図１の強誘電体素子の製造工程を示す工程別平
面図である。
面図である。
【図４】本発明の実施例１〜４で使用したプラズマ励起
ＭＯ−ＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。
ＭＯ−ＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施例１による強誘電体素子のステン
レス金属基板上に（１００）面に結晶が優先配向したＭ
ｇＯ薄膜，Ｐｔ薄膜，及びＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3
からなる強誘電体膜がこの順に形成されてなる試料のＸ
線回折パターンである。
レス金属基板上に（１００）面に結晶が優先配向したＭ
ｇＯ薄膜，Ｐｔ薄膜，及びＰｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3
からなる強誘電体膜がこの順に形成されてなる試料のＸ
線回折パターンである。
【図６】本発明の実施例による強誘電体素子の構成ゐ示
す断面図である。
す断面図である。
【図７】図６の強誘電体素子の製造工程を示す工程別断
面図である。
面図である。
【図８】図６の強誘電体素子の製造工程を示す工程別平
面図である。
面図である。
【図９】従来の強誘電体素子の構成を示す断面斜視図で
ある。
ある。
【図１０】従来の強誘電体素子（赤外線検出器）の構成
を示す断面斜視図である。
を示す断面斜視図である。
４１ 反応チャンバー
４２ 電極
４３ 排気系
４５ 高周波電源
４６ 気化器
４７ キャリアガスボンベ
４８ 反応ガスボンベ
４９ 基板加熱ヒーター
１０１ ステンレス金属基板
１０２ ＭｇＯ薄膜
１０３ 下部電極
１０４ Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電体
膜 １０５ エッチングホール １０６ 樹脂層 １０７ 樹脂層（裏面） １０８ 上部電極 １０９ 上部電極用樹脂層 １１０ 空隙層 ６０１ 結晶化ガラス基板 ６０２ ＮｉＯ膜 ６０３ 下部電極 ６０４ Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電体
膜 ６０５ エッチングホール ６０６ 樹脂層 ６０７ 樹脂層（裏面） ６０８ 上部電極 ６０９ 上部電極保護用樹脂層 ６１０ 空隙層
膜 １０５ エッチングホール １０６ 樹脂層 １０７ 樹脂層（裏面） １０８ 上部電極 １０９ 上部電極用樹脂層 １１０ 空隙層 ６０１ 結晶化ガラス基板 ６０２ ＮｉＯ膜 ６０３ 下部電極 ６０４ Ｐｂ0.9Ｌａ0.1Ｔｉ0.975Ｏ3からなる強誘電体
膜 ６０５ エッチングホール ６０６ 樹脂層 ６０７ 樹脂層（裏面） ６０８ 上部電極 ６０９ 上部電極保護用樹脂層 ６１０ 空隙層
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ２３Ｆ 1/00 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｃ
4/00 Ｇ０１Ｊ 1/02 Ｙ
Ｇ０１Ｊ 1/02 Ｇ０１Ｌ 1/16
Ｇ０１Ｌ 1/16 Ｈ０１Ｌ 29/84 Ａ
Ｈ０１Ｌ 21/3065 37/02
29/84 41/08 Ｃ
37/02 21/302 Ｊ
41/08 41/08 Ｚ
41/187 41/18 １０１Ｄ
41/22 41/22 Ｚ
41/24 Ａ
(72)発明者 友澤 淳
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 昭62−30695（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−215975（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−368186（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−145123（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−162686（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 41/09
Claims (13)
- 【請求項１】 基板上にその第１の領域に第１の電極層
が接合し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強
誘電体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記
基板表面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層
表面の所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとし
て形成されており、前記基板の上層部の前記島状パター
ンの直下に位置する領域に前記島状パターンよりも若干
大きい面積の空隙層が形成されていることを特徴とする
強誘電体素子。 - 【請求項２】 基板上にその第１の領域に第１の電極層
が接合し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強
誘電体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記
基板表面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層
表面の所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとし
て形成されており、前記金属酸化物層の前記島状パター
ンの直下に位置する領域に当該島状パターンよりも若干
大きい面積の空隙層が形成されていることを特徴とする
強誘電体素子。 - 【請求項３】 基板上にその第１の領域に第１の電極層
が接合し、その第２の領域に第２の電極層が接合した強
誘電体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記
基板表面に（１００）面に結晶が優先配向したＮａＣｌ
型結晶構造からなる金属酸化物層が形成され、当該金属
酸化物層表面に前記強誘電体膜が形成されていることを
特徴とする強誘電体素子。 - 【請求項４】 前記強誘電体膜は前記金属酸化物層表面
の所定領域に島状のパターンとして形成されたものであ
り、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置
する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層が形成されている請求項３に記載の強誘電体素子。 - 【請求項５】 前記強誘電体膜は前記金属酸化物層表面
の所定領域に島状のパターンとして形成されたものであ
り、前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置
する領域に当該島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層が形成されている請求項３に記載の強誘電体素子。 - 【請求項６】 前記強誘電体薄膜が、ＰｂxＬａyＴｉz
ＺｒwＯ3 で表され、下記の(a),(b),(C)のいずれかの組
成を有するチタン酸鉛系強誘電体 からなる請求項３に
記載の強誘電体素子。 (a) ０．７≦ｘ≦１， ｘ＋ｙ＝１， ０．９２５≦ｚ≦１， Ｗ＝０ (b) ｘ＝１， ｙ＝０， ０．４５≦ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１ (c) ０．７５≦ｘ＜１， ｘ＋ｙ＝１， ０．５≦ｚ＜１， ｚ＋ｗ＝１ - 【請求項７】 前記金属酸化物層がＬｉがド−プされた
ＮｉＯ層であり、当該金属酸化物層が前記第１の電極層
または前記第２の電極層として使用されている請求項１
〜３のいずれかに記載の強誘電体素子。 - 【請求項８】 基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成することを特徴とする強誘電体素子の製造方法。 - 【請求項９】 基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第１
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第１の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第２の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
することを特徴とする強誘電体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 基板上に高周波マグネトロンスパッタ
法あるいは有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ
励起ＭＯ−ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配
向したＮａＣｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成
し、前記金属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体
膜をこの順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングし
て前記第１の電極層表面の所定領域のみに島状パターン
を残した後、前記金属酸化物層および第１の電極層の前
記島状パターンの周辺領域に前記基板表面にまで達する
エッチング用開口を形成し、次に前記島状パターン上に
選択的に第２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチ
ング用開口を通して前記基板に等方性エッチングを施し
て、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置
する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層を形成することを特徴とする強誘電体素子の製造方
法。 - 【請求項１１】 基板上に高周波マグネトロンスパッタ
法あるいは有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ
励起ＭＯ−ＣＶＤ法により（１００）面に結晶が優先配
向したＮａＣｌ型結晶構造からなる金属酸化物層を形成
し、前記金属酸化物層上に第１の電極層および強誘電体
膜をこの順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングし
て前記第１の電極層表面の所定領域のみに島状パターン
を残した後、前記第１の電極層の前記島状パターンの周
辺領域に前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング
用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第
２の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口
を通して前記金属酸化物層に等方性エッチングを施し
て、前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置
する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層を形成することを特徴とする強誘電体素子の製造方
法。 - 【請求項１２】 前記強誘電体膜のパターニング時、前
記島状パターンがその中央部に貫通孔を有するものとな
るようパターニングを行うとともに、前記エッチング用
開口の形成時、前記エッチング用開口とは別に、前記島
状パターンの前記貫通孔の底部から前記基板または前記
金属酸化物層の表面に達するエッチング用開口を形成
し、このエッチング用開口と前記エッチング用開口の双
方を通して前記等方性エッチングを行う請求項８〜１１
のいずれかに記載の強誘電体素子の製造方法。 - 【請求項１３】 前記金属酸化物層がＮｉＯ層であり、
当該ＮｉＯ層を酸素過剰雰囲気で成膜する請求項８〜１
１のいずれかに記載の強誘電体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12695895A JP3409944B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 強誘電体素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12695895A JP3409944B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 強誘電体素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08321640A JPH08321640A (ja) | 1996-12-03 |
| JP3409944B2 true JP3409944B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=14948114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12695895A Expired - Lifetime JP3409944B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 強誘電体素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3409944B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3712123B2 (ja) | 2002-03-25 | 2005-11-02 | 富士通メディアデバイス株式会社 | 可変キャパシタ及びその製造方法 |
| JP5632643B2 (ja) | 2010-04-21 | 2014-11-26 | パナソニック株式会社 | 強誘電体デバイス |
-
1995
- 1995-05-26 JP JP12695895A patent/JP3409944B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08321640A (ja) | 1996-12-03 |
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