JPH0451407A - 強誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents

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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、ペロブスカイト型酸化物からなる強誘電体薄
膜の製造方法に関する。

（従来の技術） 強誘電体薄膜は、その強誘電特性、焦電特性、光学特性
−９から、高機能小型高集積部品である光スィッチ、光
導波路、ＥＬデイスプレィ、焦電型赤外線センサ、ＳＡ
Ｗデバイス、強誘電体不揮発性メモリ等に広く応用され
ている。

強誘電体Ｈ料の代表的なものとしては、ジルコン酸鉛系
、チタン酸鉛系、チタン酸バリウム系、アルカリ酸化物
系等のペロブスカイト型酸化物が挙げられる。ペロブス
カイト型酸化物は、結晶構造がＡＢＯ３で表され、この
構造は立方単位格子の中心をＡ原子が、隅をＢ原子か、
稜の中心を０原子が占めた構造を有するものである。こ
れらペロブスカイト型酸化物以外でも、タングステンブ
ロンズ型酸化物やＴＧＳ　（硫酸グリシン）等が強誘電
体材料として知られているが、上記したような用途に用
いられる強誘電体月利には、成膜か容易であること等か
ら、ペロブスカイト型酸化物か圧倒的に多く使用されて
いる。

上述したようなペロブスカイト型酸化物の薄膜は、スパ
ッタ法、ＣＶＤ法、イオンブレーティング法、蒸着法、
レーザアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法等の各種の成膜
法によって形成することが試みられており、中でもスパ
ッタ法が一般的に多用されている。

従来、ペロブスカイト型酸化物薄膜の形成方法としては
、成膜基板の温度を高温にし、直接、ペロブスカイト結
晶化膜を得る方法（以下、高温プロセスと呼ぶ）と、低
温状態の基板上に例えばアモルファス状態やパイロクロ
ア型構造（ペロブスカイト型酸化物と同組成の低温相、
前駆体）の酸化物膜を形成し、熱処理を施して結晶化さ
せことにより、ペロブスカイト型構造の結晶化膜を得る
方法（以下、低温プロセスと呼ぶ）とが採用されてきた
。

スパッタ法を例として説明すると、まず高温プロセスで
は、ＭｇＯ基板、Ｐｔ基板（Ｓｊウェーハ上に成膜した
もの等）、カラス基板等の成膜基板を、５００℃〜７０
０℃程度のペロブスカイト型酸化物の結晶化温度まで加
熱し、この加熱状態の基板上にスパッタ粒子を堆積させ
て成膜する。基板表面の温度か結晶化温度以上であるた
め、基板に付着したスパッタ粒子は、基板上で直接ペロ
ブスカイト構造に結晶化する。一方、低温プロセスでは
、同様な成膜基板の温度を室温〜４００℃程度に制御し
、スパッタ粒子を堆積させて成膜する。成膜状態では、
基板表面の温度がペロブスカイト型酸化物の結晶化温度
以下であるため、アモルファスあるいは別の低温相等の
結晶構造を示す。そこで、５００℃〜７００℃の温度で
１時間量」１熱処理を施し、ペロブスカイト型酸化物に
結晶化させる。なお、この低温プロセスでは、ガラス等
の非晶質基板を成膜基板として用いると、ペロジスカイ
ｌ−構造に結晶化しにくい。

（発明が解決しようとする課８） 上述した高温プロセスおよび低温プロセスがペロブスカ
イト型酸化物からなる強誘電体薄膜の代表的な成膜法で
あるが、それぞれ次に掲げるような難点かあった。

高温プロセスでは、低温プロセスと比較して基板の制約
が小さいものの、高温で成膜するために元素の再蒸発や
再スパツタ等が生じやすいという難点がある。基板にヘ
テロエピタキシャルに膜形成する場合には、基板と膜と
の界面を原子オーダーで制御する必要があるが、成膜当
初の基板表面は、高温に晒された状態にあるため、基板
表面に到達したスパッタ粒子が再蒸発や再スパツタされ
やすい状態にある。このため、基板と薄膜との界面に不
愁合層、例えば非強誘電体層が形成され、電気的特性が
劣化しやすいという問題がある。また、成膜当初の基板
との整合性がないため、ランダムに結晶成長が起こり、
ポーラスな膜になりやずいという問題もある。

一方、低温プロセスでは、低温状態の基板上に成膜する
ため、高温プロセスのような組成ズレは起こりにくいも
のの、ペロブスカイト構造への結晶化のための熱処理の
際に、クラックが生じてしまうという難点かある。これ
は、ペロブスカイト相へ結晶化する際に体積収縮か起こ
るためである。

本発明は、」一連したような従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、緻密質で強誘電特性に優れたペ
ロブスカイト型酸化物薄膜を再現性よく形成することを
可能にした強誘電体薄膜の製造方法を提供することを目
的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明における第１の強誘電体薄膜の製造方法は、基板
上に、結晶構造がＡＢＯ３で表されるペロブスカイト型
酸化物からなる強誘電体薄膜を形成するに際し、前記基
板上に、前記ペロブスカイト型酸化物の構成元素を所定
の比率で含み、かつ非ペロブスカイト（１４造の酸化物
薄膜を厚さ１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲て形成した後、
前記酸化物薄膜に熱処理を施して、第１のペロブスカイ
ト型酸化物薄膜を形成する工程と、前記第１のペロブス
カイト型酸化物薄膜上に、直接結晶化させながら所望と
する厚さの第２のペロブスカイト型酸化物薄膜を形成す
る工程とを有することを特徴としている。

また、第２の強誘電体薄膜の製造方法は、基板上に、結
晶構造がＡＢＯ３で表されるペロブスカイ］・型酸化物
からなる強誘電体薄膜を形成するに際し、前記基板上に
、前記ペロブスカイト型酸化物の構成元素を所定の比率
で含み、かつ非ペロブスカイト構造の酸化物薄膜を厚さ
ｌｏｎｍ〜５００ｎｍの範囲で形成した後、前記酸化物
薄膜に熱処理を施して、第１−のペロブスカイト型酸化
物薄膜を形成する工程と、前記第１のペロブスカイト型
酸化物薄膜上に、前記非ペロブスカイ）・構造の酸化物
薄膜の形成および熱処理を複数回繰り返し行って、所望
とする厚さの第２のペロブスカイト型酸化物薄膜を形成
する工程とを有することを特徴としている。

本発明における強誘電体薄膜となるペロブスカイト型酸
化物は、立方単位格子の中心をＡ原子が、隅を１３原子
か、稜の中心を０原子が占めたＡＢＯ３で表される結晶
構造を有するものであり、上記Ａ元素がＰｂＳＳｒ、　
Ｂａ、　Ｃａ、　Ｂｉから選ばれた１種または２種以上
の元素を主成分とし、Ｂ元素がＺｒ、　Ｔｉ。

Ｎｂ５Ｇｅから選ばれた１種または２種以上の元素を主
成分とする構成の酸化物等である。上記ペロブスカイト
型酸化物の具体例としては、ＰｂＴｉＯ３、ＰＺＴ　（
ＰｂＴｉＯ３とＰｂＺｒ０３との固溶体）　、ＰＬＺＴ
（ＰＺＴにＬａを添加したもの）、およびこれらを主成
分として、Ｍｎ、　Ｎｂ、　Ｆｅ、　Ｃｒ、　Ｃｏ、　
Ｚｎ等を添加した酸化物等のジルコン酸鉛系、チタン酸
鉛系、ＢａＴｉＯ３，５ｒＴｉ０３に代表されるチタン
酸バリウム系、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３等のアルカ
リ酸化物系等か例示される。

本発明において使用する是板としては、上記ペロブスカ
イト型酸化物の立方単位格子の格子定数に近い格子間距
離の構造を持つ立方格子構造の元素やその化合物か好ま
しく、例えばＭｇＯ１ＭｇＡｌ２Ｏ４等のペロブスカイ
ト型酸化物と格子定数の近い酸化物、ＰＬ、　Ａｕ等の
酸化物薄膜と反応しにくい電極材料（例えばＳｉウェハ
上に形成したちの等）、５ｒＴｉ０３、ＬｉＴａＯ３等
のペロブスカイト型酸化物の単結晶や多結晶体等が挙げ
られる。また、成膜する強誘電体薄膜の種類や用途によ
り、ハ板の配向性や結晶方位を最適にすることが好まし
い。

また、強誘電体薄膜の形成方法としては、−殻内な薄膜
形成法を適用することができ、例えばＲＦスパッタ法、
ＤＣスパッタ法、イオンビームスパッタ法、抵抗加熱蒸
着法、ＥＢ蒸着法、クラスターイオンビーム法、イオン
ブレーティング法、液相エピタキシャル法、熱ＣＶＤ法
、ＭＯＣＶＤ法等の各種薄膜法を使用することが可能で
ある。

本発明の強誘電体薄膜の製造方法の第１の工程において
は、まず上述したような基板上に、ｌ」的とするペロブ
スカイト型酸化物の構成元素を所定の比率で含み、かつ
非ペロブスカイト構造の酸化物薄膜を厚さ１．　Ｏｎ　
ｍ〜５００ｎｍの範囲で形成する。

上記非ペロブスカイト構造の酸化物薄膜は、ペロブスカ
イト相への結晶化温度が成膜方法により多少異なるもの
の、通常は５００°Ｃ〜７００℃程度であるため、基板
温度をそれ以下にして成膜することにより得ることがで
きる。上記非ペロブスカイト構造の酸化物薄膜とは、ア
モルファス状の酸化物薄膜やペロブスカイト型酸化物の
前駆体である同組成の低温相等である。例えば一般的な
スパッタ法では、室温でスパッタをすることでアモルフ
ァス状の酸化物薄膜が得られる。

この非ペロブスカイト構造の酸化物薄膜は、厚さｌｏｎ
ｍ〜５００ｎｍの範囲で形成する。低温プロセスによっ
て形成する薄膜の厚さを十分に薄くすることにより内部
応力が増大し、この内部応力によってペロブスカイト相
へ結晶化するための熱処理時に生じる体積収縮を緩和す
ることが可能となり、クラックの発生を防止することが
できる。すなわち、非ペロブスカイト構造の酸化物薄膜
の厚さが５００ｎｍを超えると、熱処理の際に起こる体
積収縮を薄膜内部で緩和することができず、クラックが
生じてしまう。より好ましくは、　１５０ｎｍ以下であ
る。また、上記酸化物薄膜の下限は、−様な膜を形成す
ることが可能な程度の厚さ、ｌｏｎｍ程度の厚１コ さを有していれば十分であるが、基板に対してエピタキ
シャルな方位に配向したペロブスカイト構造の酸化物薄
膜を得る際には、３０　ｎ　ｍ以上程度とすることが好
ましい。非ペロブスカイト構造の酸化物薄膜の膜厚があ
まり薄いと、熱処理時に基板から受ける応力が大ぎくな
り、基板とのエピタキシャル性が失われてしまうことか
あるためである。

本発明の第１の工程においては、上記非ペロブスカイト
構造の酸化物薄膜に対して熱処理を施すことによって、
ペロブスカイト型酸化物の薄膜を得る。この熱処理は、
例えばペロブスカイト相への結晶化温度以上に加熱した
炉に投入したり、あるいは赤外線加熱等によって行う。

予め形成した非ペロブスカイト構造の酸化物薄膜は、低
温プロセスによって形成しており、十分に組成制御され
ているため、基板との整合性に優れた強誘電体薄膜か得
られる。

上記熱処理は、基板に対してエピタキシャル成長する条
件にて行うことが好ましい。」二記非ペロブスカイト状
態の酸化物薄膜を基板に対してエピタキシャルな方位に
成長させるための条件としては、基板自体、熱処理時の
昇温速度、薄膜の厚さ等か影響する。熱処理時の昇温速
度は、１０°Ｃ／秒以上とすることか好ましい。このよ
うに昇温速度を速くすることにより、基板側か結晶核と
なって結晶成長が進み、エピタキシャル成長を促進する
ことができる。逆にｙｌ′温速度がＩＯ℃／秒未満の場
合、徐々に結晶成長が進むため、ランダムに結晶核が発
生し、エピタキシャルな結晶成長が阻害されやすい。

また使用する基板に関しては、例えばＰｂＴｉＯ３強誘
電体薄膜の分極軸は（１００）方向を向いているため、
厚さ方向に（１００）軸が配向した基板、例えばＰｌ板
を用いることが、またＰＺＴ強誘電体薄膜の分極軸は＜
ｉｌｌ＞方向を向いているため、厚さ方向に＜Ｉｌｌ＞
軸が配向した基板、例えばｐｔ基板を用いることが好ま
しい。このように、分極軸にあった配向基板を用いるこ
とにより、分極効果を最大にすることができる。また、
厚さ方向に＜１１．１＞軸か配向した基板上に、極めて
薄い非ベロブスカイト構造の酸化物薄膜を形成し、熱処
理を施すと、熱処理時の応力によって＜１００＞方向に
配向したペロブスカイト型酸化物薄膜を得ることもでき
る。

本発明の強誘電体薄膜の製造方法においては、上記第１
の工程で得たクラック等のない健全なペロブスカイト型
酸化物薄膜上に、以下に示すいずれかの方法によって必
要な膜厚の第２のペロブスカイト型酸化物薄膜を形成す
る。

■　例えば高温プロセスによって、第１のペロブスカイ
ト型酸化物薄膜上に、直接結晶化させながら必要な膜厚
の第２のペロブスカイト型酸化物薄膜を形成する。

■　上記第１のペロブスカイト型酸化物薄膜の形成と同
様に、非ペロブスカイト状態の酸化物薄膜（膜厚１０ｎ
ｍ〜５００ｎｍ）の形成と熱処理とを繰り返し行うこと
によって、必要な膜厚の第２のペロブスカイト型酸化物
薄膜を形成する。

第２のペロブスカイト型酸化物薄膜の膜厚は、使用目的
等に応じて適宜設定するものであり、般的には第１の薄
膜との合計で、０．５μｍ〜１０μｍ程度である。

上記■の方法では、基板を上述したペロブスカイト構造
の結晶化温度以上に保って成膜を行うことにより、直接
ペロブスカイト相を形成することかできる。この■の方
法によれば、内部応力が少なく特性に優れた強誘電体薄
膜が得られる。また、］二１■の方法によれば、より組
成制御がしやすい。

（作　用） 本発明の強誘電体薄膜の製造方法においては、第１の工
程で非ペロブスカイト構造の酸化物薄膜を形成し、熱処
理によりペロブスカイト構造の結晶化膜を得ている。低
温状態の基板上に成膜しているため、膜の構成元素の再
蒸発や再離脱が生じにくく、目的とする膜組成に調製が
しやすい。このため、基板との界面の整合性に優れた強
誘電体薄膜か得られる。また、予め形成する非ペロブス
カイト構造の酸化物薄膜の膜厚を十分に薄くしているた
め、クラックの発生を防止することができ、健全な強誘
電体薄膜か得られる。さらに、基板とエピタキシャルな
方位に配向したペロブスカイト薄膜を形成することがで
き、固相エピタキシャル（固相からのエピタキシャルな
結晶成長）であるため、膜内にボイドやボアがなく、高
温で基板と成膜時の付着粒子とが反応する危険も回避さ
れる。

さらに、薄い膜なので結晶の均一性にも優れる。

そして、上記したような第１のペロブスカイト構造の結
晶化膜上に、第２の工程てペロブスカイト相を直接形成
することによって、既に第１の工程でペロブスカイト構
造か形成されているため、ペロブスカイトの結晶化温度
以上に基板か保たれていれば、容易にペロブスカイト相
か形成される。

ここで、第１層目のペロブスカイト相が種結晶の役割を
果たすため、形成される膜は結果的に基板とエピタキシ
ャル方位となると共に、緻密質な膜か得られる。この工
程では基板と付着粒子との反応は考慮しなくてよく、成
膜条件の広い範囲で望む配向膜を得ることかできる。ま
た、第１の工程と同様に、非ペロブスカイト構造態の酸
化物薄膜の形成と熱処理とを繰り返し行うことによって
も、同様に緻密質でエピタキシャルに成長したペロブロ スカイト型酸化物の薄膜か得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例１ 光スィッチ、光導波路、ＳＡＷデバイス、光音響デバイ
ス、圧電トランスジューサ、焦電型赤外線センサ等ては
、ＭｇＯ，５ｒＴｉ（ｈ、サファイア、ガラス等の絶縁
基板を用い、また強誘電体メモリ素子、薄膜バイパスコ
ンデンサ等には、ＰＬ、　Ａｕを基板上に成膜したもの
を用いる。ここでは、後者を例として、ｐｔ成膜基板を
用いたものについて説明する。

まず、トランジスタもしくは配線を形成したＳｉウェー
ハ上に、５１０２絶縁膜（ＳｉＮ　、　ＰＳＧ　；リン
酸シリケートガラス、ＢＰＳＧ　、ホウ酸リン酸シリケ
ートガラス、ポリイミド等でも可）を、所望のコンタク
ト部分を残してプラズマＣＶＤ法により成膜してエツチ
ング加工して形成する。次いで、配線および電極として
ｐｔを必要とするところ以外をレジスト等のマスクで覆
い、膜厚約５００ｎｍのＰｔ膜を全面にスパッタ法によ
り形成する。この時に、ｐｔと絶縁膜との密着性が悪い
ため、Ｔｉ等の接着層を５０ｎｍ程度介在させるとよい
。Ｐｔはスパッタ法により容易に（１１１）方位に配向
する。Ｐｔ膜の形成は、以ドに示すスパッタ条件によっ
て行った。

ｐｔのスパッタ条件 方式　　　　　・ＲＰマグネトロンスパッタターゲット
　、水冷Ｃｕ製プレートに、Ｉｎでボンディングされた
直径５インチの ｐｔ板 基板温度　　：室温 スパッタガス二Ａｒ ガス圧　　　・０．５Ｐａ 基板距離　　：　　１００ｍｍ 電力　　　　：　５００Ｗ 成膜速度　　：　３０ｒｖ／ｍｉ口 以下、第１図を参照して強誘電体薄膜の形成について説
明する。

第１図（ａ）は、Ｓｊウェーハ１上に絶縁層とじて５１
０２膜２か形成されており、この５ｉ０２膜２上にＴｉ
膜３を介してｐｔの＜ＩＩｌ、＞方向配向膜４が形成さ
れている状態を示している。

次に、上記ｐｔの＜ＩＩＩ＞方向配向膜４上に、スパッ
タ法によってアモルファス状態のＰＺＴ膜（ＰｂＺｒ、
　Ｔｉ１−、　０３　）　５を成膜する（同図−ｂ）。

膜厚は約［ｉ　０　ｎ　ｍとした。また、アモルファス
状態のＰＺＴ膜５の成膜時のスパッタ条件は、以下に示
す通りとした。

ＰＺＴのスパッタ条件 方式：　Ｉ？Ｐマグネ］・ロンスパッタターゲット　：
水冷Ｃｕ製プレートに樹脂でボンディングされた直径４
インチの ＰＺＴ焼結体（ＰＺＴ　；　ＰｂＺｒｏ、　６Ｔｔｏ４
０３　） 基板温度　　：室温 スパッタガス＋　Ａｒ１０２ ガス圧　　　：　１０Ｐａ 基板距離　　：　　１３５ｍｍ 電力　　　　・４００Ｗ １　つ 成膜速度　　：　Ｉｎｎ／ｍｉｎ 次に、アモルファス状の膜５を７００°Ｃに加熱した炉
に入れて約１時間熱処理を行い、結晶化させてペロブス
カイト型ＰＺＴ強誘電体薄膜６を得る（同図−〇）。な
お、熱処理時の昇温速度は、４０°Ｃ／秒とした。

得られたペロブスカイト型ＰＺＴ強誘電体薄膜６の結晶
配向性をＸ線回折によって調べたところ、その膜の下地
であるＰｔ＜１１１＞配向膜４に対してエピタキシャル
成長していることを確認した。

また、ペロブスカイト型ＰＺＴ強誘電体膜６の膜厚が６
０ｎｍと薄いため、ＳＥＭで高倍率（Ｘ　５００００　
）で観察してもクラックは見当たらなかった。

次に、基板］を高温に加熱した状態でスパッタ成膜する
ことにより、所望の膜厚のペロブスカイト型ＰＺＴ強誘
電体薄膜７を直接結晶化させながら形成する。

ターゲット組成は、下地のペロブスカイト型ＰＺＴ膜６
と同じにし、基板温度をペロブスカイト相の結晶化温度
以上にする。以下に、スパッタ条件を示す。

ＰＺＴの尚温スパッタ条件 方式：　Ｉ？ｌ’　２元マグネトロンスパッタターゲッ
ト　：水冷Ｃｕ製プレートに樹脂でボンディングされた
直径４インチの ＰＺＴ焼結体（ＰＺＴ　；　ＰｂＺｒｏ、　６ＴＩ０．
４　０３　）および同ｐｂｏ焼結体 基板温度　　　５５０°Ｃ スパッタガス・Ａｒ１０２ ガス圧　　　・１０Ｐａ 基板距離　　：　　１３５ｍｍ 電力　　　　：　　ＰＺＴ＝４００Ｗ、　　Ｐｂ０＝］
５０Ｗ成膜速度　　：　Ｉｎｍ／ｍｉｎ 膜厚　　　　：　２０００ｎｍ 上記高温プロセスによるペロブスカイト型ＰＺＴ強誘電
体薄膜７の形成においては、成膜面がベロジスカイｌ−
４Ｍ造のため、その上には容易にペロブスカイト構造が
形成される。また、成膜面との整合性が良好なため、＜
１１．１＞方向に配向した非常に緻密なペロブスカイト
型ＰＺＴ強誘電体薄膜７か得られた。また、基板を高温
にして結晶化させなから成膜しているため、厚く成膜し
ても膜にクラックが入ることがなく、内部の応力も小さ
いと考えられる。

また、上記ペロブスカイト型ＰＺＴ強誘電体薄膜７」二
にレジストをマスクとして形成し、ＩＩＰ系の混酸で不
要部分をエツチングした。さらに、その上にＡｕ（３０
０ｎｍ）／Ｃｒ（５０ｎｍ）を上部電極としてリフトオ
フ法により形成した。できた膜は残留分極、絶縁抵抗等
電気特性ずいずれも従来より向上し、優れた強誘電特性
を有することが分った。

実施例２ 上記実施例１で形成した熱処理によるペロブスカイト型
ＰＺＴ強誘電体薄膜６上に、実施例１と同一条件でアモ
ルファス状態のＰＺＴ膜５を形成した後、実施例１と同
一条件で熱処理を施し、上記アモルファス膜５の形成と
熱処理とを１０回繰り返し行って、第２図に示すように
、熱処理によるペロブスカイト型ＰＺＴ強誘電体薄膜６
上に、同様なぺロブスカイト型ＰＺＴ強誘電体薄膜８ａ
の多層膜８を形成した。この多層膜の膜厚は２０００ｎ
ｍとした。

このようにして得た強誘電体膜においても、実施例１と
同等の効果か得られた。また、多層膜８内にもクラック
は見当たらない。

比較例１ まず、Ｓｉウェーハ上に、実施例１と同様にして、５ｉ
０２絶縁膜、Ｔｉ膜、ｐｔ膜を順次形成した。このとき
のＰＬ膜は、実施例１と同様に＜Ｉｌｌ＞方向に配向さ
れている。

次いて、上記ｐｔ膜」二に従来の低温プロセスによって
強誘電体薄膜を形成した。すなわち、上記ｐｔの＜　１
．　Ｉ　Ｉ　＞方向配向膜上に、スパッタ法によってア
モルファス状態の　ＰＺＴ膜（ＰｂＺｒ、　Ｔｉ膜−８
０３）を成膜した。膜厚は約２０００ｎｍとした。また
、アモルファス状態のＰＺＴ膜の成膜時のスパッタ条件
は、以上に示す通りとした。

１）ＺＴのスパッタ条件 方式　　　　、ＲＦマグネトロンスパッタターゲット ディングされた直径４インチの ＰＺＴ焼結体（　ＰＺＴ　；　ＰｂＺｒｏ，　。

Ｔｉｏ．ａ　　０３　） 基板温度　　：室温 スパッタガス：　Ａｒ１０２ ガス圧　　　：　１０Ｐａ 基板距離　　：　　１３５ｍｍ 電力　　　　：　４００Ｗ 成膜速度　　　１ｎｍ／ｍｉｎ 次に、アモルファス状の膜を７００℃に加熱した炉に入
れて約１時間熱処理を行い、結晶化させてペロブスカイ
ト型ＰＺＴ強誘電体薄膜を得た。なお、熱処理時の昇温
速度は、４０℃／秒とした。

得られたペロブスカイト型ＰＺＴ強誘電体薄膜の結晶配
向性をＸ線回折によって調べたところ、その膜の下地で
あるＰｉｌｌ　１１＞配向膜に対してエピタキシャル成
長していることを確認した。

しかしながら、得られたペロブスカイト型ＰＺＴ強誘電
体薄膜を光学顕微鏡（　Ｘ　４００）により観察したと
ころ、膜表面に大きなりラックが無数に存在していた。

さらに、ＳＥＭにより観察された上記ペロブスカイト型
ＰＺＴ強誘電体薄膜の縦断面図を第３図に模式的に示す
。第３図に示すように、この比較例で得られたペロブス
カイト型ＰＺＴ強誘電体薄膜９では、クラック］０がＰ
Ｌ＜ｉｌｌ＞配向膜４にまて達している。したかって、
ペロブスカイト型１）ＺＴ強誘電体薄膜９上に上部電極
を形成したとしても、ＰＬ＜Ｉ　Ｉ　Ｉ）配向膜４と短
絡してしまうため、使用することができないことが確認
された。

比較例２ ます、Ｓｉウェーハ上に、実施例１と同様にして、Ｓｉ
０２絶縁膜、Ｔｉ膜、ｐｔ膜を順次形成した。このとき
のＰＬ膜は、実施例］と同様に＜１１１＞方向に配向さ
れている。

次いで、上記Ｐ［膜上に従来の高温プロセスによって強
誘電体薄膜を形成した。すなわち、基板を高温に加熱し
た状態でスパッタ成膜することにより、上記ｐｔの＜１
１１＞方向配向膜上に以下に示す膜厚のＰＺＴ膜を直接
結晶化しながら形成する。このときの基板温度はペロブ
スカイト相の結晶化温度以上にする。以下にスパッタ条
件を示す。

ＰＺＴのスパッタ条件 方式　　　　：　ＲＰ　２元マグネｉ・ロンスパッタタ
ーゲット　：水冷Ｃｕ製プレートに樹脂でボンディング
された直径４インチの ＰＺＴ焼結体（　ＰＺＴ　；　ＰｂＺｒｏ．　６’ｒｉ
０．４　　０３　）および同ｐｂｏ焼結体 基板温度　　＝５５０°Ｃ スパッタガス・Ａｒ１０２ ガス圧　　　：　１．０Ｐａ 基板距離　　：　　１３５ｍｍ 電力　　　　：　　ＰＺＴ＝４００Ｗ，　　ＰｂＯ＝１
５０Ｗ成膜速度　　：　ｌｒｖ／ｍｉｎ 膜厚　　　　：２０００ｎＩ１１ 上記高温プロセスによるペロブスカイト型ＰＺＴ薄膜の
ＳＥＭによる観察結果を第４図に模式的に示す。第４図
に示すように、この比較例で得られたＰＺＴ薄膜１１は
、内部に無数のボア１２を有しており、緻密な膜が得ら
れなかった上に表面の凹凸も大きかった、また、Ｘ線回
折によりこの膜を分析したところ、係る膜では配向性が
見られず、ペロブスカイト相以外のバイアクロア相も生
成していた。

［発明の効渠］ 以上説明したように本発明によれば、基板上に強誘電体
膜を形成するに際し、強誘電体膜のクラック発生を防止
し、基板とエピタキシャルな方位に成長した基板との整
合性のよい緻密な膜が得られ、ひいては優れた強誘電特
性、高い信頼性を有する強誘電体薄膜素子、強誘電体薄
膜部品を提供することかてぎる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における強誘電体薄膜素子の
製造工程を示す断面図、第２図は本発明の他の実施例で
製造した強誘電体薄膜素子の構成を示す断面図、第３図
は従来の低温プロセスにより得られたペロブスカイト型
ＰＺＴ強誘電体薄膜の内部状態を模式的に示す断面図、
第４図は従来の高温プロセスにより得られたＰＺＴ薄膜
の内部状態を模式的に示す断面図である。 ］・・・・・・Ｓｉ基板、２・・・・・・５ｉ０２膜、
３・・・・・・Ｔｉ膜、４　・・・ｐｔの＜　１．　ｌ
　ｉ　）方向配向膜、５・・・・・・ＰＺＴアモルファ
ス膜、６・・・・・・熱処理によって形成したＰＺＴの
＜１　Ｉ　１＞方向配向膜、７・・・・・・高温成膜に
より形成したＰＺＴの＜ｌ　Ｉ　１＞方向配向膜、８・
・・・・ＰＺＴの＜ｌ　Ｉ　１＞方向配向膜の多層膜、
９・・・・・低温プロセスによって形成したペロブスカ
イト型ＰＺＴ強誘電体薄膜、１０・・・・クラック、１
］・・・・・・高温膜プロセスによって形成したＰＺＴ
薄膜、］２・・・・・ボア。 出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に、結晶構造がＡＢＯ＿３で表されるペロ
   ブスカイト型酸化物からなる強誘電体薄膜を形成するに
   際し、 前記基板上に、前記ペロブスカイト型酸化物の構成元素
   を所定の比率で含み、かつ非ペロブスカイト構造の酸化
   物薄膜を厚さ１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で形成した後
   、前記酸化物薄膜に熱処理を施して、第１のペロブスカ
   イト型酸化物薄膜を形成する工程と、 前記第１のペロブスカイト型酸化物薄膜上に、直接結晶
   化させながら所望とする厚さの第２のペロブスカイト型
   酸化物薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする
   強誘電体薄膜の製造方法。
2. （２）基板上に、結晶構造がＡＢＯ＿３で表されるペロ
   ブスカイト型酸化物からなる強誘電体薄膜を形成するに
   際し、 前記基板上に、前記ペロブスカイト型酸化物の構成元素
   を所定の比率で含み、かつ非ペロブスカイト構造の酸化
   物薄膜を厚さ１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で形成した後
   、前記酸化物薄膜に熱処理を施して、第１のペロブスカ
   イト型酸化物薄膜を形成する工程と、 前記第１のペロブスカイト型酸化物薄膜上に、前記非ペ
   ロブスカイト構造の酸化物薄膜の形成および熱処理を複
   数回繰り返し行って、所望とする厚さの第２のペロブス
   カイト型酸化物薄膜を形成する工程と を有することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
3. （３）請求項１または請求項２記載の強誘電体薄膜の製
   造方法において、 前記第１のペロブスカイト型酸化物薄膜が前記基板に対
   してエピタキシャルな方位に配向するよう前記熱処理を
   施すことを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。