JP5799294B2 - 強誘電体膜 - Google Patents
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Description
4インチウエハ上に例えば(111)に配向したPt膜を形成し、このPt膜上にスピンコータによってPZTゾルゲル溶液を回転塗布する。次に、この塗布されたPZTゾルゲル溶液をホットプレート上で加熱保持して乾燥させ、水分を除去した後、さらに高温に保持したホットプレート上で加熱保持して仮焼成を行う。これを複数回繰り返しPZTアモルファスを生成する。
本発明の一態様は、非鉛の材料からなる強誘電体膜を作製することを課題とする。
(1)ペロブスカイト構造からなる(K1−XNaX)NbO3膜またはBiFeO3膜と、
前記(K1−XNaX)NbO3膜またはBiFeO3膜の上及び下の少なくとも一方に形成された(001)に優先配向した結晶性酸化物と、
を具備し、
Xが下記式を満たすことを特徴とする強誘電体膜。
0.3≦X≦0.7
前記結晶性酸化物は、疑ペロブスカイト構造を有するビスマス層状構造強誘電体またはタングステン・ブロンズ型強誘電体であることを特徴とする強誘電体膜。
前記ビスマス層状構造強誘電体は、(Bi2O2)2+(Am−1BmO3m+1)2−(m=1〜5)またはBi2Am−1BmO3m+3(m=1〜5)であることを特徴とする強誘電体膜。
前記ビスマス層状構造強誘電体は、Bi4Ti3O12または(Bi4−xLax)Ti3O12であり、xは下記式を満たすことを特徴とする強誘電体膜。
0<x<1
前記結晶性酸化物は、島状又は膜状に形成されていることを特徴とする強誘電体膜。
前記結晶性酸化物の厚さは2〜30nmであることを特徴とする強誘電体膜。
ここでいう結晶性酸化物の厚さは、結晶性酸化物が(K1−XNaX)NbO3膜またはBiFeO3膜の上及び下の一方のみに形成されている場合はその厚さを意味し、結晶性酸化物が(K1−XNaX)NbO3膜またはBiFeO3膜の上及び下の両方に形成されている場合はその両方の合計厚さを意味する。
前記(K1−XNaX)NbO3膜またはBiFeO3膜は、ゾルゲル法により形成されていることを特徴とする強誘電体膜。
前記(K1−XNaX)NbO3膜またはBiFeO3膜と、その上及び下の少なくとも一方に形成された前記結晶性酸化物とを具備する強誘電体膜が積層されていることを特徴とする強誘電体膜。
前記塗布膜を仮焼成することにより、前記基板上に強誘電体材料膜を形成し、
前記強誘電体材料膜上に島状又は膜状の第1の結晶性酸化物形成用材料膜を形成し、
前記強誘電体材料膜及び前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜を酸素雰囲気で熱処理することにより、前記強誘電体材料膜及び前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜を結晶化した強誘電体膜を形成し、
前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜を結晶化した第1の結晶性酸化物は(001)に優先配向していることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
前記第1の結晶性酸化物は、疑ペロブスカイト構造を有するビスマス層状構造強誘電体またはタングステン・ブロンズ型強誘電体であることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
前記ビスマス層状構造強誘電体は、Bi4Ti3O12または(Bi4−xLax)Ti3O12であり、xは下記式を満たすことを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
0<x<1
前記基板上に塗布膜を形成する前に、前記基板上に島状又は膜状の(001)に優先配向した第2の結晶性酸化物形成用材料膜を形成しておき、
前記塗布膜は、前記第2の結晶性酸化物形成用材料膜上に形成され、
前記強誘電体材料膜、前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜および前記第2の結晶性酸化物形成用材料膜が酸素雰囲気で熱処理され、
前記第2の結晶性酸化物形成用材料膜を結晶化した第2の結晶性酸化物は(001)に優先配向していることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜上に、K、Na及びNbを含有するゾルゲル溶液をスピンコート法により塗布することにより、前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜上に塗布膜を形成し、
前記塗布膜を仮焼成することにより、前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜上に強誘電体材料膜を形成し、
前記強誘電体材料膜上に遮蔽膜を形成し、
前記強誘電体材料膜及び前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜を酸素雰囲気で熱処理しながら前記遮蔽膜によってK及びNaが前記強誘電体材料膜中から離脱するのを抑制することにより、前記強誘電体材料膜及び前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜を結晶化した強誘電体膜を形成し、
前記第1の結晶性酸化物形成用材料膜を結晶化した第1の結晶性酸化物は(001)に優先配向していることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
前記ゾルゲル溶液に含有する前記K、Na及びNbの合計濃度は、10〜50mol%であることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
前記強誘電体材料膜を形成する際、前記塗布膜の形成及び前記仮焼成を複数回繰り返すことにより、複数の塗布膜からなる強誘電体材料膜を形成することを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
前記熱処理は、0.0993〜1.986MPaの圧力範囲で行うことを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
前記強誘電体膜は、ペロブスカイト構造からなる(K1−XNaX)NbO3膜であり、Xが下記式を満たすことを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
0.3≦X≦0.7
本実施形態による強誘電体膜は、ペロブスカイト構造からなる(K1−XNaX)NbO3膜12であり、Xは下記式(1)を満たすことが好ましい。
(1)0.3≦X≦0.7
0<x<1
例えば6インチSiウエハのような基板上に所定の結晶面に配向した下地膜を形成する。この下地膜には、例えば(111)配向させたPt膜またはIr膜が用いられる。
または、(001)に優先配向した結晶性酸化物を形成するための公知のゾルゲル溶液をスピンコート法により塗布することにより下地膜上に塗布膜を形成し、この塗布膜を仮焼成することにより、下地膜上に塗布膜からなる結晶性酸化物形成用材料膜を成膜したものでもよい。なお、上記の塗布膜の形成及び仮焼成を複数回繰り返すことにより、複数の塗布膜からなる結晶性酸化物形成用材料膜を成膜してもよい。
結晶性酸化物形成用材料膜、(K1−XNaX)NbO3材料膜及び結晶性酸化物形成用材料膜を450〜900℃の温度(好ましくは900℃の温度)の酸素雰囲気で熱処理することにより、それらを結晶化することができる。この際の熱処理条件は、0.0993〜1.986MPaの圧力範囲で行うとよい。また、この際の熱処理条件は、加圧酸素雰囲気2〜20atm、50〜150℃/secの昇温速度で、1〜5min焼成するとよい。また、(K1−XNaX)NbO3材料膜を一括で結晶化する際の(K1−XNaX)NbO3材料膜の膜厚は300nm以上であることが好ましい。
(1)0.3≦X≦0.7
3.3×10-3Torr、10kVの電源出力で4分の成膜時間で形成した。
図4は、周波数700Hzで±10Vのバイポーラパルスで強誘電体膜を駆動させて評価した結果である。
図4に示すように、サンプル1の強誘電体膜は、優れた圧電特性を有することが確認された。
12…(K1−XNaX)NbO3膜(強誘電体膜)
13…結晶性酸化物
Claims (10)
- ペロブスカイト構造からなる(K1−XNaX)NbO3膜と、
前記(K1−XNaX)NbO3膜の上及び下に形成された(001)に優先配向した結晶性酸化物と、
を具備し、
前記結晶性酸化物は、疑ペロブスカイト構造を有するビスマス層状構造強誘電体またはタングステン・ブロンズ型強誘電体であり、
Xが下記式を満たすことを特徴とする強誘電体膜。
0.3≦X≦0.7 - 請求項1において、
前記ビスマス層状構造強誘電体は、(Bi2O2)2+(Am−1BmO3m+1)2−(m=1〜5)またはBi2Am−1BmO3m+3(m=1〜5)であることを特徴とする強誘電体膜。 - 請求項1または2において、
前記ビスマス層状構造強誘電体は、Bi4Ti3O12または(Bi4−xLax)Ti3O12であり、xは下記式を満たすことを特徴とする強誘電体膜。
0<x<1 - BiFeO3膜と、
前記BiFeO3膜の上及び下の少なくとも一方に形成された(001)に優先配向した結晶性酸化物と、
を具備し、
前記結晶性酸化物はBa 2 NaNb 5 O 15 であることを特徴とする強誘電体膜。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記タングステン・ブロンズ型強誘電体は、Ba2NaNb5O15であることを特徴とする強誘電体膜。 - 請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記結晶性酸化物は、島状又は膜状に形成されていることを特徴とする強誘電体膜。 - 請求項1乃至6のいずれか一項において、
前記結晶性酸化物の厚さは2〜30nmであることを特徴とする強誘電体膜。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記(K1−XNaX)NbO3膜は、ゾルゲル法により形成されていることを特徴とする強誘電体膜。 - 請求項4において、
前記BiFeO3膜は、ゾルゲル法により形成されていることを特徴とする強誘電体膜。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記(K1−XNaX)NbO3膜と、その上及び下に形成された前記結晶性酸化物とを具備する強誘電体膜が積層されていることを特徴とする強誘電体膜。
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