JPH0430526A - 薄膜強誘電体の製造方法 - Google Patents
薄膜強誘電体の製造方法Info
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- JPH0430526A JPH0430526A JP13779690A JP13779690A JPH0430526A JP H0430526 A JPH0430526 A JP H0430526A JP 13779690 A JP13779690 A JP 13779690A JP 13779690 A JP13779690 A JP 13779690A JP H0430526 A JPH0430526 A JP H0430526A
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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。
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４１ 強誘電体の製造方法に関するものであム
特番ζ 化合物薄膜強誘電体の製造方法に関するもの
である。
特番ζ 化合物薄膜強誘電体の製造方法に関するもの
である。
従来の技術
ペロブスカイト構造を有する（Ｐｂ＋ −ｘ Ｌａｘ
）（ＺｒｙＴｉ１−ν）１−ｘ・４０８系に代表される
酸化物強誘電体（上優れた圧電法 焦電法 電気光学特
性等を示しこれを利用した種々の機能デバイスが検討さ
れていも 特へ 半導体ＩＣメモリの分野において（友
その高い誘電率を利用してＤＲＡＭのキャパシタ絶縁膜
に用いへ あるいは その分極反転を利用して不揮発性
ＲＡＭを構築す４ などの新しいメモリー領域を切り開
こうとする試みがでてきていも これらの材料の特性の向上あるいは集積化のためには
その薄膜化が非常に重要であり、特番へＳｉ基板上に作
製する技術の開発が重要である。さらに 高性能４Ｖ、
高機能化を考えた場合 単結晶薄膜あるいはＣ軸配
向膜であることが望ましｕＸ。
）（ＺｒｙＴｉ１−ν）１−ｘ・４０８系に代表される
酸化物強誘電体（上優れた圧電法 焦電法 電気光学特
性等を示しこれを利用した種々の機能デバイスが検討さ
れていも 特へ 半導体ＩＣメモリの分野において（友
その高い誘電率を利用してＤＲＡＭのキャパシタ絶縁膜
に用いへ あるいは その分極反転を利用して不揮発性
ＲＡＭを構築す４ などの新しいメモリー領域を切り開
こうとする試みがでてきていも これらの材料の特性の向上あるいは集積化のためには
その薄膜化が非常に重要であり、特番へＳｉ基板上に作
製する技術の開発が重要である。さらに 高性能４Ｖ、
高機能化を考えた場合 単結晶薄膜あるいはＣ軸配
向膜であることが望ましｕＸ。
これらに関する研究は スパッタリング法を中心に い
くつかの研究機関で行われてきた しかよ多元複合酸化
物であることかぺ 組成 結晶構造等を制御して所望の
特性を有する薄膜を得ることは 一般には容易ではなか
っｔも 発明が解決しようとする課題 強誘電体の薄膜化において従来量も一般的に用いられて
いたスパッタリング法において（よ ターゲット材料で
ある酸化物焼結体と形成された被膜とのあいだへ 化学
組成 特！、： Ｐｂ成分のずれがあり、 しかもス
パッタリング条件に大きく左右される。また ペロブス
カイト構造の良好な結晶性の被膜を得るに＋１ ６００
℃前後の高い基板温度が必要であり、そのため基板との
相互拡散や柱状成長によるピンホールなども問題である
。さらに 酸化物であるが故（Ｑ 酸化性雰囲気が必要
である力曵その選択によって、組成 結晶化温度力（著
しく影響を受ける。ピンホールの無−＼ 結晶性の高い
被膜を得るには ま？＝ さらに Ｓｉ基板上に成長
させるに（よ 形成温度が低く、組成制御性の良い薄膜
形成法が必要である。
くつかの研究機関で行われてきた しかよ多元複合酸化
物であることかぺ 組成 結晶構造等を制御して所望の
特性を有する薄膜を得ることは 一般には容易ではなか
っｔも 発明が解決しようとする課題 強誘電体の薄膜化において従来量も一般的に用いられて
いたスパッタリング法において（よ ターゲット材料で
ある酸化物焼結体と形成された被膜とのあいだへ 化学
組成 特！、： Ｐｂ成分のずれがあり、 しかもス
パッタリング条件に大きく左右される。また ペロブス
カイト構造の良好な結晶性の被膜を得るに＋１ ６００
℃前後の高い基板温度が必要であり、そのため基板との
相互拡散や柱状成長によるピンホールなども問題である
。さらに 酸化物であるが故（Ｑ 酸化性雰囲気が必要
である力曵その選択によって、組成 結晶化温度力（著
しく影響を受ける。ピンホールの無−＼ 結晶性の高い
被膜を得るには ま？＝ さらに Ｓｉ基板上に成長
させるに（よ 形成温度が低く、組成制御性の良い薄膜
形成法が必要である。
課題を解決するための手段
（Ｐｂ＋−ｘＬａｘ ）（ＺｒｖＴｉ＋−４ｔ ）＋−
Ｘ／４０３で構成される複合化合物に対し 減圧下の酸
素雰囲気において、３５０ｎｍ以下の波長の光を照射し
対向した基板上に被膜を堆積させも ここ番”ｓ Ｘおよびｙ！友 それぞれ０以上１未満
の数値であム 作用 本発明にかかる酸化物強誘電体と類似のペロブスカイト
構造を基本構造とする酸化物超電導体においてＬ その
薄膜化において同様の問題点があった力（上記のいわゆ
るレーザ蒸着法によってがなりの点が改善される。
Ｘ／４０３で構成される複合化合物に対し 減圧下の酸
素雰囲気において、３５０ｎｍ以下の波長の光を照射し
対向した基板上に被膜を堆積させも ここ番”ｓ Ｘおよびｙ！友 それぞれ０以上１未満
の数値であム 作用 本発明にかかる酸化物強誘電体と類似のペロブスカイト
構造を基本構造とする酸化物超電導体においてＬ その
薄膜化において同様の問題点があった力（上記のいわゆ
るレーザ蒸着法によってがなりの点が改善される。
本発明者らｌ；Ｌ、 （Ｐｂ＋−ｘＬａｘ）（Ｚｒｙ
Ｔｉ＋−ｖ）＋−ｘｚ４０３系酸化物強誘電体に この
レーザ蒸着法を適用し良好な薄膜強誘電体を制御法 安
定性良く実現できることを見いだし発明に至ったもので
あム本発明にかかる酸化物薄膜強誘電体の形成方法にお
いて！よ 焼結体をターゲットと味 エキシマ・レーザ
等の紫外線を照射し 高精度の薄膜強誘電体を制御法
安定性良く実現しようとする点に大きな特色がある。本
発明で（よ 形成雰囲気によらず、ターゲット材料と同
一の組成の被膜を得ることができ、しかＬ 比較的低温
で結晶性の高い被膜を得ることができる。
Ｔｉ＋−ｖ）＋−ｘｚ４０３系酸化物強誘電体に この
レーザ蒸着法を適用し良好な薄膜強誘電体を制御法 安
定性良く実現できることを見いだし発明に至ったもので
あム本発明にかかる酸化物薄膜強誘電体の形成方法にお
いて！よ 焼結体をターゲットと味 エキシマ・レーザ
等の紫外線を照射し 高精度の薄膜強誘電体を制御法
安定性良く実現しようとする点に大きな特色がある。本
発明で（よ 形成雰囲気によらず、ターゲット材料と同
一の組成の被膜を得ることができ、しかＬ 比較的低温
で結晶性の高い被膜を得ることができる。
今のとこへ 詳細な薄膜形成の機構は不明である力交
焼結体ターゲットと形成された被膜の間に組成ずれが無
℃（他の薄膜形成法に比べて、高い酸素分圧下で、ある
い６表 低い基板温度で形成できる等の利点かあム 実施例 本発明の実施例を図面と共に説明する。
焼結体ターゲットと形成された被膜の間に組成ずれが無
℃（他の薄膜形成法に比べて、高い酸素分圧下で、ある
い６表 低い基板温度で形成できる等の利点かあム 実施例 本発明の実施例を図面と共に説明する。
第１図に本発明で用いた薄膜形成装置を示す。
図において、３５０ｎｍ以下の波長の光を発する光源１
（よ 例えば エキシマ・レーザを用いる。この場合、
窒素レーザ等も有効である戟 １ショット当りのパワー
密度の高いエキシマ・レーザがより有効で、さらに集光
レンズ２を用いてパワー密度を上げた方がより効果的で
あっ九 ターゲット３として、 ５元化合物（Ｐｂ＋−
ｘＬａｘ ）（ＺｒｙＴｉ＋ −ｖ ）Ｉ−Ｘ／４０３
の焼結体を用いム 膜厚方向の特性を評価するために
例え（ｆＳ 白金を、あらかじめ下部電極として、表
面に蒸着した基板を基板４として用いる。結晶性の高い
５元化合物被膜５を形成させるためには単結晶の基板が
有効であり、酸化マグネシラなサファイア（α−ＡＩ２
Ｏ３）、チタン酸ストロンチウム等の単結晶が有効であ
る。また 電極材料自体も結晶性であることが必要で、
白金の場合、基板温度６００℃でスパッタリング蒸着し
たものを用い九 形成槽６ζよ 酸素雰囲気の減圧下であり、１ｏ−２〜
１０３パスカルの圧力範囲で膜形成が可能であっ九形成
層雰囲気と形成された被膜５の酸素含有量の定量的な関
係は 明らかではない力丈 比較的酸素分圧の高い１０
パスカル以上の酸素雰囲気下で、良質の被膜を形成する
ことができ九 少なくとＬ被膜形成終了後直ちに 酸素
ガスを導入Ｌ １０ｇパスカル以上の圧力下において
徐冷すること（よ 制御法 安定性良く被膜を形成する
上で重要であることを確認し丸 さら番−本発明者ら１
友 雰囲気ガスとしてＮ２Ｏガスを混入させることによ
り、より良質な被膜力（５０℃以上低い基板温度におい
て形成できることを確認し九 本発明者らＣヨ 結晶性の高い５元化合物被膜５を形
成させるためにｊ＆ 基板の温度範囲として３５０〜
７５０℃が適当であることを確認し丸 さら番二本発明
者ら１よ この温度範囲において、雰囲気によらず、
しか５ （Ｐｂ＋−ｘＬａｘ）（Ｚ１ｖＴｉ＋−、）
＋−ｘｚａｏｓ（ここｊＱ ｘおよびｙ４ヨ それ
ぞれ０以上１未満の数値である）の組成範囲において、
ターゲット３と５元化合物被膜５の構成金属元素の組成
は一致することを確認した 被膜の結晶性は 基板温度
の上昇と共く アモルファス−パイロクロア相−ペロブ
スカイト相と変化する力（それに応じて、誘電風 分極
反転特性等の特性が変化する。薄膜強誘電体のどの特性
を利用するかは 用途によって異なるので、被膜の結晶
性、組成 表面状態を最適なものとするにζよ 更に基
板温度と被膜の特性との関係を検討する必要がある。
（よ 例えば エキシマ・レーザを用いる。この場合、
窒素レーザ等も有効である戟 １ショット当りのパワー
密度の高いエキシマ・レーザがより有効で、さらに集光
レンズ２を用いてパワー密度を上げた方がより効果的で
あっ九 ターゲット３として、 ５元化合物（Ｐｂ＋−
ｘＬａｘ ）（ＺｒｙＴｉ＋ −ｖ ）Ｉ−Ｘ／４０３
の焼結体を用いム 膜厚方向の特性を評価するために
例え（ｆＳ 白金を、あらかじめ下部電極として、表
面に蒸着した基板を基板４として用いる。結晶性の高い
５元化合物被膜５を形成させるためには単結晶の基板が
有効であり、酸化マグネシラなサファイア（α−ＡＩ２
Ｏ３）、チタン酸ストロンチウム等の単結晶が有効であ
る。また 電極材料自体も結晶性であることが必要で、
白金の場合、基板温度６００℃でスパッタリング蒸着し
たものを用い九 形成槽６ζよ 酸素雰囲気の減圧下であり、１ｏ−２〜
１０３パスカルの圧力範囲で膜形成が可能であっ九形成
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係は 明らかではない力丈 比較的酸素分圧の高い１０
パスカル以上の酸素雰囲気下で、良質の被膜を形成する
ことができ九 少なくとＬ被膜形成終了後直ちに 酸素
ガスを導入Ｌ １０ｇパスカル以上の圧力下において
徐冷すること（よ 制御法 安定性良く被膜を形成する
上で重要であることを確認し丸 さら番−本発明者ら１
友 雰囲気ガスとしてＮ２Ｏガスを混入させることによ
り、より良質な被膜力（５０℃以上低い基板温度におい
て形成できることを確認し九 本発明者らＣヨ 結晶性の高い５元化合物被膜５を形
成させるためにｊ＆ 基板の温度範囲として３５０〜
７５０℃が適当であることを確認し丸 さら番二本発明
者ら１よ この温度範囲において、雰囲気によらず、
しか５ （Ｐｂ＋−ｘＬａｘ）（Ｚ１ｖＴｉ＋−、）
＋−ｘｚａｏｓ（ここｊＱ ｘおよびｙ４ヨ それ
ぞれ０以上１未満の数値である）の組成範囲において、
ターゲット３と５元化合物被膜５の構成金属元素の組成
は一致することを確認した 被膜の結晶性は 基板温度
の上昇と共く アモルファス−パイロクロア相−ペロブ
スカイト相と変化する力（それに応じて、誘電風 分極
反転特性等の特性が変化する。薄膜強誘電体のどの特性
を利用するかは 用途によって異なるので、被膜の結晶
性、組成 表面状態を最適なものとするにζよ 更に基
板温度と被膜の特性との関係を検討する必要がある。
（具体的実施例）
基板温度６００℃で白金を表面にスパッタリング蒸着し
た 酸化マグネシウム単結晶の（１００）面を基板とし
て用ｔ、％ 焼結した酸化物強誘電体材料Ｐｂ＠、〒
９Ｌａｓ、２ｔＴｉ・、＋＋ｓＯａをターゲットとして
用いる。光源としてＡｒＦエキシマ・レーザ（波長１９
３ｎｍ）を用し＼ターゲット上に集光させ、 １シヨツ
トでＩｃｍ２当り約１ジユールのパワー密度を得な 形
成槽は 圧力１０パスカルの酸素ガスフロー雰囲気で、
基板温度５５０肱 被膜形成時間１時間て（膜厚０．
２５μｍの被膜を得九 被膜形成後、直ちに形成槽内に
酸素ガスを導入して１キロパスカルとＬ １００℃／
時で徐冷しすも プラズマ発光分光法で分析した結果 形成された被膜の
金属元素組成比４１ Ｐｂ： Ｌａ： Ｔｉ＝ ０．
７９：０．２１： ０．９５と化学量論比 すなわ板
ターゲット組成に一致することが確認されｋ また 被
膜の結晶性ＪＬ Ｘ線回折法で分析した結果 第２図
に示す様く ペロブスカイト構造を有することを確認し
九 次級 上部電極として、金を、直径０．８ｍｍのマスク
を用いて真空蒸着し九 膜厚が比較的薄いにもかかわら
ず、ピンホールは無く、良好な電気的特性を示し九 Ｌ
ＣＲメータを用いて測定した比誘電率は 周波数１００
Ｈｚで６００と太きかった またソーヤ・タワー回路を
用いて測定した 分極反転特性を示すＤ−Ｅヒステリシ
スは 第３図に示すように良好な強誘電性を示し通 この種の５合化合物被膜の構成元素や結晶性の違いによ
る強誘電性の変化の詳細は明かではな（−また その用
途によって、要求される特性もかなり異なることが考え
られる。しかしなが収 本発明によって、かなり広範囲
な条件下で、制御性良く、化学量論比にあった薄膜強誘
電体を形成することができ、結晶性をも自在に制御でき
る可能性がでてきｋＳｉ基板上の形成に関してＬ レー
ザ蒸着法を用いて、酸化物超伝導薄膜で一部成功を納め
ているよう番ミ 良質な強誘電性薄膜が形成できる可能
性が充分考えられ 本発明（よ 薄膜強誘電体作成上
極めて有効な方法を確立するものであも 発明の効果 本発明によれば 酸化物強誘電体を薄膜化する実用的な
プロセスが提供される。用いられる強誘電体ζ戴 その
化学組成や結晶性によってその特性が大きく影響される
力（本発明により非常に高精度の薄膜強誘電体が実現で
きる。作成条件に余り依存せず、化学量論比に合致した
薄膜が常に得られるところに大きな特色がある。
た 酸化マグネシウム単結晶の（１００）面を基板とし
て用ｔ、％ 焼結した酸化物強誘電体材料Ｐｂ＠、〒
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用いる。光源としてＡｒＦエキシマ・レーザ（波長１９
３ｎｍ）を用し＼ターゲット上に集光させ、 １シヨツ
トでＩｃｍ２当り約１ジユールのパワー密度を得な 形
成槽は 圧力１０パスカルの酸素ガスフロー雰囲気で、
基板温度５５０肱 被膜形成時間１時間て（膜厚０．
２５μｍの被膜を得九 被膜形成後、直ちに形成槽内に
酸素ガスを導入して１キロパスカルとＬ １００℃／
時で徐冷しすも プラズマ発光分光法で分析した結果 形成された被膜の
金属元素組成比４１ Ｐｂ： Ｌａ： Ｔｉ＝ ０．
７９：０．２１： ０．９５と化学量論比 すなわ板
ターゲット組成に一致することが確認されｋ また 被
膜の結晶性ＪＬ Ｘ線回折法で分析した結果 第２図
に示す様く ペロブスカイト構造を有することを確認し
九 次級 上部電極として、金を、直径０．８ｍｍのマスク
を用いて真空蒸着し九 膜厚が比較的薄いにもかかわら
ず、ピンホールは無く、良好な電気的特性を示し九 Ｌ
ＣＲメータを用いて測定した比誘電率は 周波数１００
Ｈｚで６００と太きかった またソーヤ・タワー回路を
用いて測定した 分極反転特性を示すＤ−Ｅヒステリシ
スは 第３図に示すように良好な強誘電性を示し通 この種の５合化合物被膜の構成元素や結晶性の違いによ
る強誘電性の変化の詳細は明かではな（−また その用
途によって、要求される特性もかなり異なることが考え
られる。しかしなが収 本発明によって、かなり広範囲
な条件下で、制御性良く、化学量論比にあった薄膜強誘
電体を形成することができ、結晶性をも自在に制御でき
る可能性がでてきｋＳｉ基板上の形成に関してＬ レー
ザ蒸着法を用いて、酸化物超伝導薄膜で一部成功を納め
ているよう番ミ 良質な強誘電性薄膜が形成できる可能
性が充分考えられ 本発明（よ 薄膜強誘電体作成上
極めて有効な方法を確立するものであも 発明の効果 本発明によれば 酸化物強誘電体を薄膜化する実用的な
プロセスが提供される。用いられる強誘電体ζ戴 その
化学組成や結晶性によってその特性が大きく影響される
力（本発明により非常に高精度の薄膜強誘電体が実現で
きる。作成条件に余り依存せず、化学量論比に合致した
薄膜が常に得られるところに大きな特色がある。
第１図は 本発明の一実施例の薄膜強誘電体の製造方法
に用いる装置の基本構成を示す断面医第２図ｃ′Ｌ
本発明の一実施例において製造された薄膜強誘電体の結
晶性をあられすＸ線回折パターンを示す医 第３図は
本発明の一実施例において製造された薄膜強誘電体の分
極反転特性をあられすＤ−Ｅヒステリシスを示す図であ
ムト・・・光源 ２・・・・集光レンズ、 ３・・・・
ターゲット、 ４・・・・基板、 ５・・・・５元化合
物被風 ６・・・・形成捲
に用いる装置の基本構成を示す断面医第２図ｃ′Ｌ
本発明の一実施例において製造された薄膜強誘電体の結
晶性をあられすＸ線回折パターンを示す医 第３図は
本発明の一実施例において製造された薄膜強誘電体の分
極反転特性をあられすＤ−Ｅヒステリシスを示す図であ
ムト・・・光源 ２・・・・集光レンズ、 ３・・・・
ターゲット、 ４・・・・基板、 ５・・・・５元化合
物被風 ６・・・・形成捲
Claims (4)
- （１）（Ｐｂ＿１＿−＿ｘＬａ＿ｘ）（Ｚｒ＿ｙＴｉ＿
１＿−＿ｙ）＿１＿−＿ｘ＿／＿４Ｏ＿３で構成される
複合化合物に対し、減圧下の酸素雰囲気において、３５
０ｎｍ以下の波長の光を照射し、対向した基板上に被膜
を堆積させることを特徴とする薄膜強誘電体の製造方法
。 ここに、ｘおよびｙは、それぞれ０以上１未満の数値で
ある。 - （２）被膜形成層の雰囲気として、Ｎ＿２Ｏガスを混入
させることを特徴とする請求項１に記載の薄膜強誘電体
の製造方法 - （３）基板温度を３５０℃以上７５０℃以下とすること
を特徴とする請求項１に記載の薄膜強誘電体の製造方法
。 - （４）光源として、エキシマ・レーザを用いることを特
徴とする請求項１に記載の薄膜強誘電体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13779690A JPH0430526A (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 薄膜強誘電体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13779690A JPH0430526A (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 薄膜強誘電体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0430526A true JPH0430526A (ja) | 1992-02-03 |
Family
ID=15207053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13779690A Pending JPH0430526A (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 薄膜強誘電体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0430526A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000509200A (ja) * | 1995-12-26 | 2000-07-18 | テルコーディア テクノロジーズ インコーポレイテッド | シリコン上に集積された強誘電体キャパシタ用の電極構造および作成方法 |
-
1990
- 1990-05-28 JP JP13779690A patent/JPH0430526A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000509200A (ja) * | 1995-12-26 | 2000-07-18 | テルコーディア テクノロジーズ インコーポレイテッド | シリコン上に集積された強誘電体キャパシタ用の電極構造および作成方法 |
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