JPH0257686A

JPH0257686A - チタン酸鉛薄膜の製造方法

Info

Publication number: JPH0257686A
Application number: JP20765988A
Authority: JP
Inventors: Akiyuki Fujii; 映志藤井; Hideo Torii; 秀雄鳥井; Masaki Aoki; 正樹青木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-08-22
Filing date: 1988-08-22
Publication date: 1990-02-27
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JP2506978B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、優れた焦電材料であるチタン酸鉛薄膜の製造
方法に関するものである。

従来の技術チタン酸鉛は４６０　’Ｃと高いキュリー温度をもち、
大きな自発分極を有するペロブスカイト型の強誘電体で
ある。また、チタン酸鉛は優れた焦電性も存するため数
多くの分野で応用が考えられ利用されている。

近年、電子部品の小型化の動きが強まっており、強誘電
体セラミクスも薄膜化する試みが数多くなされている。

チタン酸鉛は薄膜化することにより焦電型赤外センサ、
さらにはＦＥＴあるいはバイポーラトランジスタが同一
基板上に構成されたモノリシックセンサ等への応用が考
えられるため、現在さかんに研究が行なわれている。す
でに、チタン酸鉛多結晶膜により赤外線センサが試作さ
れ、バルクに近い特性が得られている。そしてさらに、
チタン酸鉛の自発分極がＣ軸方向に生じることを利用す
るためにＣ軸配向したエピタキシャル膜がスパッタ法に
より成膜されバルクの約３倍の焦電特性が得られている
。

発明が解決しようとする課題スパッタ法でＣ軸配向チタン酸鉛薄膜を成膜するために
は、エピタキシャル成長させる関係上下地基板を選ばな
ければならず（例えば、（００１）ＭｇＡＩ−ｘ　Ｏａ
　、（１００）ＭｇＯなど）、さらに基板温度も５００
°Ｃ以上と高温にしなければならない。

本発明は上記問題点に鑑み、優れた焦電特性を示すＣ軸
配向チタン酸鉛薄膜を、３００　’Ｃ以下の低温でしか
も下地基板の種類には無関係に製造する方法を提供する
ものである。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために本発明は、チタン酸鉛薄膜の
製造方法にプラズマの活性さを利用したプラズマＣＶＤ
法、電子サイクロトロン（Ｅ　ＣＲ）プラズマＣＶＤ法
、ＥＣＲプラズマスパッタ法を用いることにより、３０
０°Ｃ以下の低温でＣ軸配向チタン酸鉛薄膜を成膜する
という構造を備えたものである。

作用本発明は上記した構成の製造方法であるので、プラズ７
ＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法。

ＥＣＲプラズマスパック法において、成膜時の条件を選
んでやることにより、優れた焦電性を示すＣ軸配向チタ
ン酸鉛薄膜を低温でしかも下地基板の種類に無関係に製
造できるという作用がなされる。

実施例以下本発明の一実施例のプラズマＣＶＤ法によるチタン
酸鉛薄膜の製造方法について図面を参照しながら説明す
る。

（実施例１）第１図は本発明の一実施例におけるプラズマＣＶＤ装置
の概略図を示すものである。図においてｌは反応チャン
バー、２は電極、３は反応チャンバー内を低圧に保つた
めの排気系で、４は下地基板、５は高周波電源（１３，
５６ＭＨｚ）　、　　６．　７は原料の入った気化器で
８はキャリアガスボンベ（Ｎ２）　、９は反応ガスボン
ベ（０２）、１０は基板加熱ヒーターである。

気化器６に鉛アセチルアセトナト（ｐｂ（ｃ５Ｈ，０２）２　）、７にテトラ−ｎ−プロ
ピルオルトチタナート（（ｎ　　Ｃ３Ｎ７０）４　Ｔ　
ｉ　）を入れ、それぞれ１３０“Ｃ，１２５℃に加熱し
、その蒸気を窒素キャリア（ｉＡ！３．２３　ＣＣＭ）
とともに排気系３により減圧された反応チャンバー１内
に導入する。同時に反応ガスである酸素（流量５．８３
ＣＣＭ（も導入し、プラズマを発生（電力０、３　Ｗ　
／ｃ＋＋Ｉ）させ、５０分間減圧下（８，５Ｘ１０４Ｔ
Ｏｒｒ）で反応を行ない、２８０°Ｃに加熱した（１０
０）シリコン基板上に成膜した。得られた膜を解析する
と、組成ＰｂＴｉ０．でペロブスカイト型の結晶構造を
しており、膜厚は２μｍで、さらにＣ軸方向に配向して
いた。また、非誘電率ε＊／ε、−９２、焦電係数ｒ−
３，４Ｘ１０’ＩＣ／ｃｄＫ、　　ｔ　ａ　ｎδ＊−０
，０１，比抵抗ｐ　−９，３×１０９Ω・印であった。

以下同様にして、他の金属化合物や他の下地基仮を用い
た場合についての結果を上記結果と合わせて第１表に示
す。

（以　下　余　白）なお、特許請求の範囲において、プラズマを維持する時
の圧力が１．０Ｘ１０′３〜１．０Ｔｏｒｒとしたのは
、１．０Ｔｏｒｒ以上だと化学藤着の際プラズマが有効
に効かないため低温でチタン酸鉛薄膜が得られないため
である。またｘ、ｏｘｔｏａＴｏｒｒ以下だと成膜速度
が非常に遅くなってしまうからである。

（実施例２）以下本発明の一実施例のＥＣＲプラズマＣＶＤ法による
チタン酸鉛薄膜の製造方法について図面を参照しながら
説明する。

第２図はＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略図を示してい
る。図において２１はＥＣＲの高密度プラズマを発生さ
せるためのプラズマ室、２２はＥＣＲに必要な磁場を供
給する電磁石であり、２３は反応室、２４はマイクロ波
（２，４５Ｇ）（ｚ）導入口、２５はプラズマ源となる
ガス（酸素）の導入口、２６は下地基板、２７は基板ホ
ルダーである。２８．２９は原料の入った気化器で、３
０はキャリアガス（Ｎ２）導入口である。３１は反応室
を強制排気するためのポンプ（油回転ポンプおよびター
ボ分子ポンプ）につながっている排気口である。

まずプラズマ室２１および反応室２３内を１．０Ｘ１０
’Ｔｏｒｒまで減圧して吸着ガス等を除去する。次にプ
ラズマ室２１に導入口２５からプラズマ源となる酸素（
流量８．２３ＣＣＭ）を導入し、導入口２４より２．４
５　ＧＨｚのマイクロ波を４００Ｗ印加して、？！電磁
石より強界強度を８７５ガウスとすることによりＥＣＲ
プラズマを発生させる。

その際、電磁石２２による発散磁界により発生したプラ
ズマはプラズマ室２１より反応室２３に引き出される。

また、気化器２８．２９にそれぞれ鉛アセチルアセトナ
ト、テトラ−ｎ−プロピルオルトチタナートを入れてお
き、それぞれ１２０’Ｃ。

１１５°Ｃに加熱し、その蒸気を窒素キャリア（流量そ
れぞれ１．Ｏ３ＣＣＭ）とともに反応室２３に導入する
。導入された蒸気をプラズマ室２１内より引き出された
活性なプラズマに触れさせることにより、９０分間反応
を行ない（１００）シリコン基板上に成膜した。

なお、成膜時の基板温度は８０°Ｃで一定であった。ま
た成膜時の真空度は４．６Ｘ１０ｔＴｏｒｒであった。

得られた膜を解析すると、組成Ｐ　ｂ　Ｔ　ｉＯａでペ
ロブスカイト型結晶構造をしておりＣ軸方向に配向して
いた。また膜厚は１．８μｍで、比誘電率ε＊／ε、＝
８５．焦電係数γ＝３．ｔｘｔｏａＣ／ｃｔＫ、　　ｔ
　ａ　ｎδ＊＝０．０２．比抵抗ｐ　＝１．２×ｌＯ幻
Ω・ＣＩｎであった。

以下同様にして、他の金属化合物や他の下地基板を用い
た場合についての結果を上記結果と合わせて第２表に示
す。

（以　下　余　白）（実施例３）以下本発明の一実施例のＥＣＲプラズマスパッタ法によ
るチタン酸鉛薄膜の製造方法について図面を参照しなが
ら説明する。

第３図はＥＣＲプラズマスパッタリング装置の概略図を
示している。図において４１は高密度プラズマを発生さ
せるためのプラズマ室、４２はＥＣＲに必要な磁場を供
給する電磁石であり、４３は反応室、４４はマイクロ波
（２，４５Ｇ　Ｈｚ）導入口、４５はプラズマ源となる
ガスの導入口、４６はスパッタ電源、４７はターゲット
、４８は下地基板、４９は基板ホルダー、５０は反応室
を強制排気するためのポンプ（油回転ポンプまたはター
ボ分子ポンプ）につながっている排気口である。また５
１は酸素導入口である。

まずプラズマ室４１および反応室４３内を１．０Ｘ１０
’Ｔｏｒｒまで減圧して吸着ガス等を除去する０次にプ
ラズマ室４１に導入口４５からプラズマ源となるアルゴ
ン（流１２０３ＣＣＭ）　および酸素（流量５３ＣＣＭ
）を導入し、導入口４４より２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を５００Ｗ印加して、電磁石により磁界強度を８７５
ガウスとすることによってＥＣＲプラズマを発生させ、
電磁石４２による発散磁界により反応室４３に引き出さ
れる。

ターゲット４７としてｐｂｏとＰ　ｂ　Ｔ　ｉＯａ焼結
体を用意しておき、スパッタ電源に４００Ｗ印加するこ
とによりスパッタし、導入口５１より導入した酸素（流
量２．３ＳＣＣＭ）とともにＥＣＲ特有の基板上でのイ
オン衝撃効果により下地基板４８上にチタン酸鉛薄膜を
９０分間成膜した。なお下地基板として（１００）シリ
コン基板を用いた。また成膜時の真空度は４．７Ｘ　ｌ
　０４Ｔｏ　ｒ　ｒで基板温度は１１０°Ｃで一定であ
った。

得られた膜を解析すると、組成Ｐ　ｂ　Ｔ　ｉＯ３でペ
ロプスカイト型の結晶構造をしており、Ｃ軸方向に完全
に配向していた。膜厚は２．３μｍで、比誘電率ε＊／
ε。−９０，焦電係数ｒ　＝３．３　Ｘｌ　０”　Ｃ／
ｃｓａＫ、　　ｔ　ａ　ｎδ＊＝０．０１．比抵抗ρ−
８゜９Ｘ１０９Ω・１であった。

以下同様にして、他のターゲットや下地基板を用いた場
合についての結果を上記結果と合わせて第３表に示す。

（以　下　余　白）なお、特許請求の範囲第（２）項、第（３）項において
、プラズマを維持するときの圧力を１．０Ｘ１０”〜１
．０Ｘ１０２Ｔｏｒｒとしたのは、１．０Ｘ１０’Ｔｏ
ｒｒ以下だと反応生成物の成膜速度が遅く実用上問題が
あるためであり１×１０°２Ｔｏｒｒ以上だとプラズマ
が存効に効かないためである。

発明の効果以上述べてきたように本発明は、プラズマの活性さを利
用した成膜方法であるため、３００°Ｃ以下の低温で、
チタン酸鉛薄膜を合成できる製造方法であり、焦電材料
の分野においてきわめて有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるプラズマＣＶＤ装置
の概略図、第２図は本発明の一実施例におけるＥＣＲプ
ラズマＣＶＤ装置の概略図、第３図は本発明の一実施例
におけるＥＣＲプラズマスパッタリング装置の概略図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉛を含む化合物の蒸気とチタンを含む化合物の蒸
気と酸素を、減圧プラズマ中で分解させ、対象基板上に
ペロブスカイト型酸化物を化学蒸着することを特徴とす
るチタン酸鉛薄膜の製造方法。
（２）鉛を含む化合物の蒸気とチタンを含む化合物の蒸
気を、電子サイクロトロン共鳴を用いて発生させた高密
度酸素プラズマを利用して分解させ、対象基板上にペロ
ブスカイト型酸化物を化学蒸着することを特徴とするチ
タン酸鉛薄膜の製造方法。
（３）鉛を含む金属又は化合物とチタンを含む金属又は
化合物のターゲットを用いて、対象基板上に鉛とチタン
を含む化合物をスパッタリングしながら、電子サイクロ
トロン共鳴を用いて発生させた高密度酸素プラズマを対
象基板に照射して、ペロブスカイト型の酸化物薄膜を形
成することを特徴とするチタン酸鉛薄膜の製造方法。
（４）鉛を含む化合物が、β−ジケトン系金属錯体、ま
たはビスシクロペンタジエニル錯塩、または酢酸塩、ま
たはテトラフェニル鉛であることを特徴とする請求項（
１）または（２）のいずれかに記載のチタン酸鉛薄膜の
製造方法。
（５）チタンを含む化合物が、β−ジケトン系金属錯体
またはビスシクロペンタジエニル錯塩、または金属アル
コキシドであることを特徴とする請求項（１）または（
２）のいずれかに記載のチタン酸鉛薄膜の製造方法。
（６）プラズマを維持するときの圧力が１．０×１０＾
−＾３〜１．０Ｔｏｒｒであることを特徴とする請求項
（１）記載のチタン酸鉛薄膜の製造方法。
（７）プラズマを維持するときの圧力が１．０×１０＾
−＾５〜１．０×１０＾−＾２Ｔｏｒｒであることを特
徴とする請求項（２）または（３）のいずれかに記載の
チタン酸鉛薄膜の製造方法。