JPH05145123A - 強誘電体薄膜構成体およびその製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜構成体およびその製造方法Info
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- JPH05145123A JPH05145123A JP30815891A JP30815891A JPH05145123A JP H05145123 A JPH05145123 A JP H05145123A JP 30815891 A JP30815891 A JP 30815891A JP 30815891 A JP30815891 A JP 30815891A JP H05145123 A JPH05145123 A JP H05145123A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】基板の種類にかかわらず、基板面に垂直に結晶
配向したＰｂＺｒxＴｉ 1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）の強誘
電体薄膜を得る。 【構成】基板とその上に形成した薄膜からなる強誘電体
薄膜構成体で、基板上に（１００）面配向のＮｉＯなど
のＮａＣｌ型酸化物薄膜が、さらにその上に（００１）
面配向で化学式がＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦
１）のペロブスカイト型酸化物の強誘電体薄膜が配置さ
れた二層膜構成するもので、基板上に、有機金属錯体蒸
気を原料ガスとするプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法により
（１００）面配向のＮａＣｌ型酸化物薄膜を形成し、さ
らにその上にスパッタ法により（００１）面配向のペロ
ブスカイト型酸化物ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦
１）の強誘電体薄膜を形成することで製造される。
配向したＰｂＺｒxＴｉ 1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）の強誘
電体薄膜を得る。 【構成】基板とその上に形成した薄膜からなる強誘電体
薄膜構成体で、基板上に（１００）面配向のＮｉＯなど
のＮａＣｌ型酸化物薄膜が、さらにその上に（００１）
面配向で化学式がＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦
１）のペロブスカイト型酸化物の強誘電体薄膜が配置さ
れた二層膜構成するもので、基板上に、有機金属錯体蒸
気を原料ガスとするプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法により
（１００）面配向のＮａＣｌ型酸化物薄膜を形成し、さ
らにその上にスパッタ法により（００１）面配向のペロ
ブスカイト型酸化物ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦
１）の強誘電体薄膜を形成することで製造される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、焦電型赤外線検出素
子、圧電素子、電気光学素子などに用いられる誘電体薄
膜構成体およびその製造方法に関するものである。
子、圧電素子、電気光学素子などに用いられる誘電体薄
膜構成体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体とは、物質自身の中に平行また
は反平行に並んだ永久双極子によって生じる自発分極が
電場がなくても存在し、これが外部電場により向きを反
転できるような性質の物質のことである。この性質をう
まく利用して、強誘電体材料は、焦電型赤外線検出素
子、圧電素子、電気光学効果を利用したメモリー素子な
どの様々な電子部品に応用できる。代表的な強誘電体の
材料として、Ｐｂ含有ペロブスカイト結晶構造の酸化
物、たとえば、ＰｂＴｉＯ3 、ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ 3
（ＰＺＴ）が特に有名である。
は反平行に並んだ永久双極子によって生じる自発分極が
電場がなくても存在し、これが外部電場により向きを反
転できるような性質の物質のことである。この性質をう
まく利用して、強誘電体材料は、焦電型赤外線検出素
子、圧電素子、電気光学効果を利用したメモリー素子な
どの様々な電子部品に応用できる。代表的な強誘電体の
材料として、Ｐｂ含有ペロブスカイト結晶構造の酸化
物、たとえば、ＰｂＴｉＯ3 、ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ 3
（ＰＺＴ）が特に有名である。
【０００３】ところで、強誘電体の自発分極Ｐｓの変化
を出力として取り出す応用、たとえば焦電型赤外線検出
素子や圧電素子などでは、強誘電体材料のＰｓが一方向
に揃っているときに最も大きい出力が得られる。しかし
現在、赤外線検出素子や圧電素子に用いられる強誘電体
材料は、そのほとんどが多結晶体の磁器であり、結晶軸
の配列に方向性はなく、自発分極Ｐｓもでたらめに配列
している。
を出力として取り出す応用、たとえば焦電型赤外線検出
素子や圧電素子などでは、強誘電体材料のＰｓが一方向
に揃っているときに最も大きい出力が得られる。しかし
現在、赤外線検出素子や圧電素子に用いられる強誘電体
材料は、そのほとんどが多結晶体の磁器であり、結晶軸
の配列に方向性はなく、自発分極Ｐｓもでたらめに配列
している。
【０００４】近年の電子部品の小型化にともなって上記
の強誘電体材料応用の電子部品も小型にすることが要求
されてきており、薄膜の形態で使用されるようになりつ
つあり、薄膜化の研究開発が盛んになってきている。そ
こで、強誘電体を薄膜形態で電子部品に応用する場合に
は、強誘電体薄膜の自発分極の方向Ｐｓが一方向に揃う
ように、その強誘電薄膜を含む強誘電体薄膜構成体全体
を工夫されている。具体的には強誘電体薄膜の結晶軸が
一方向に（たとえば、基板面に垂直方向に）揃うように
結晶配列させ、かつＰｓの方向を揃えることができるよ
うに、基板の材料に工夫をこらした薄膜構成体として使
用している。
の強誘電体材料応用の電子部品も小型にすることが要求
されてきており、薄膜の形態で使用されるようになりつ
つあり、薄膜化の研究開発が盛んになってきている。そ
こで、強誘電体を薄膜形態で電子部品に応用する場合に
は、強誘電体薄膜の自発分極の方向Ｐｓが一方向に揃う
ように、その強誘電薄膜を含む強誘電体薄膜構成体全体
を工夫されている。具体的には強誘電体薄膜の結晶軸が
一方向に（たとえば、基板面に垂直方向に）揃うように
結晶配列させ、かつＰｓの方向を揃えることができるよ
うに、基板の材料に工夫をこらした薄膜構成体として使
用している。
【０００５】上述のＰｂＴｉＯ3 、ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x
Ｏ3 （ＰＺＴ）の組成の強誘電体薄膜を用いる場合、基
板表面に対して垂直方向にそれらの強誘電体薄膜の結晶
方位〈００１〉軸を揃えることが必要である。しかしな
がら、そのまま基板の上に成膜するだけでは、いろいろ
な種類の基板の上に、直接に上述の強誘電体薄膜を〈０
０１〉軸に結晶配向させた状態で、すなわち、（００
１）面が結晶配向した薄膜を作製することは極めて困難
である。
Ｏ3 （ＰＺＴ）の組成の強誘電体薄膜を用いる場合、基
板表面に対して垂直方向にそれらの強誘電体薄膜の結晶
方位〈００１〉軸を揃えることが必要である。しかしな
がら、そのまま基板の上に成膜するだけでは、いろいろ
な種類の基板の上に、直接に上述の強誘電体薄膜を〈０
０１〉軸に結晶配向させた状態で、すなわち、（００
１）面が結晶配向した薄膜を作製することは極めて困難
である。
【０００６】そこで、従来、ＮａＣｌ結晶構造のＭｇＯ
の単結晶で、かつ（１００）面を切り出した基板を下地
基板として選択し用いて、その表面上にスパッタ法でエ
ピタキシャル成長的に、基板表面に対して垂直方向に
〈００１〉軸が結晶配向した上述の化学式ＰｂＺｒx Ｔ
ｉ1-x Ｏ3 の強誘電体薄膜を形成して作ることにより、
強誘電体薄膜構成体が作製されていた（ジャーナル オ
ブ アプライド フィジックス，65巻，1998年，1666ペ
ージ〜1670ページ。（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏ
ｌ．65（1989）ｐ1666〜ｐ1670．））。
の単結晶で、かつ（１００）面を切り出した基板を下地
基板として選択し用いて、その表面上にスパッタ法でエ
ピタキシャル成長的に、基板表面に対して垂直方向に
〈００１〉軸が結晶配向した上述の化学式ＰｂＺｒx Ｔ
ｉ1-x Ｏ3 の強誘電体薄膜を形成して作ることにより、
強誘電体薄膜構成体が作製されていた（ジャーナル オ
ブ アプライド フィジックス，65巻，1998年，1666ペ
ージ〜1670ページ。（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏ
ｌ．65（1989）ｐ1666〜ｐ1670．））。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、下地基板にＭｇＯの単結晶を用いるため、強誘電
体薄膜構成体が高価になってしまい、ひいてはそれを用
いて作られる電子部品素子が高価になってしまうという
問題があった。また、基板の材料もＭｇＯの単結晶の一
種類に制限されてしまうという欠点もあった。
法は、下地基板にＭｇＯの単結晶を用いるため、強誘電
体薄膜構成体が高価になってしまい、ひいてはそれを用
いて作られる電子部品素子が高価になってしまうという
問題があった。また、基板の材料もＭｇＯの単結晶の一
種類に制限されてしまうという欠点もあった。
【０００８】本発明は、上記問題を解決するもので、基
板の種類にかかわらず、基板面に垂直に結晶配向したＰ
ｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）の強誘電体薄膜構
成体とその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。
板の種類にかかわらず、基板面に垂直に結晶配向したＰ
ｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）の強誘電体薄膜構
成体とその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の強誘電体薄膜構成体は、基板上に（１０
０）面配向のＮａＣｌ型結晶構造の酸化物薄膜が配置さ
れ、さらにその上に（００１）面配向であるＰｂＺｒx
Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）なる組成の強誘電体薄膜を
配置された構成にしたものである。
めに、本発明の強誘電体薄膜構成体は、基板上に（１０
０）面配向のＮａＣｌ型結晶構造の酸化物薄膜が配置さ
れ、さらにその上に（００１）面配向であるＰｂＺｒx
Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）なる組成の強誘電体薄膜を
配置された構成にしたものである。
【００１０】また、本発明の強誘電体薄膜構成体の製造
方法は、基板上に、有機金属錯体の蒸気を原料ガスとす
るプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によって、（１００）面
配向のＮａＣｌ型結晶構造の酸化物薄膜を形成し、さら
にその上にスパッタ法によって、（００１）面配向であ
るＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）なる組成の強
誘電体薄膜を形成することによって製造するものであ
る。
方法は、基板上に、有機金属錯体の蒸気を原料ガスとす
るプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によって、（１００）面
配向のＮａＣｌ型結晶構造の酸化物薄膜を形成し、さら
にその上にスパッタ法によって、（００１）面配向であ
るＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）なる組成の強
誘電体薄膜を形成することによって製造するものであ
る。
【００１１】
【作用】前述したように、強誘電体薄膜として、Ｐｂ含
有ペロブスカイト型酸化物のＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ
3 （０≦ｘ≦１）なる組成の薄膜を用いる場合、結晶方
位を〈００１〉軸に揃えることが必要である。しかしな
がら、そのままいろいろな種類の基板の上に〈００１〉
軸に配向した膜の状態で作製することは極めて困難であ
った。そこで、下地基板を選んでＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ
3 （０≦ｘ≦１）なる組成の薄膜の〈００１〉方位をエ
ピタキシャル成長させる方法がとられる。それにふさわ
しい基板として、酸素−酸素間の距離がＰｂＺｒx Ｔｉ
1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）に近い値を示すミスフィットの
少ない単結晶材料であって、ＮａＣｌ構造のＭｇＯで
（１００）面を切り出した基板が使われる。
有ペロブスカイト型酸化物のＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ
3 （０≦ｘ≦１）なる組成の薄膜を用いる場合、結晶方
位を〈００１〉軸に揃えることが必要である。しかしな
がら、そのままいろいろな種類の基板の上に〈００１〉
軸に配向した膜の状態で作製することは極めて困難であ
った。そこで、下地基板を選んでＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ
3 （０≦ｘ≦１）なる組成の薄膜の〈００１〉方位をエ
ピタキシャル成長させる方法がとられる。それにふさわ
しい基板として、酸素−酸素間の距離がＰｂＺｒx Ｔｉ
1-x Ｏ3 （０≦ｘ≦１）に近い値を示すミスフィットの
少ない単結晶材料であって、ＮａＣｌ構造のＭｇＯで
（１００）面を切り出した基板が使われる。
【００１２】Ｐｂ含有ペロブスカイト型酸化物の〈００
１〉方位の酸素−酸素間の距離はおよそ4.0 オングスト
ローム前後の値を示す。たとえば、その一つであるＰｂ
（Ｚｒ1-x Ｔｉ）Ｏ3 の〈００１〉方位の酸素−酸素間
の距離はおよそ3.90から4.15オングストロームの間の値
を示し、一方、〈１００〉方位のＭｇＯが4.21オングス
トロームである。同じＮａＣｌ構造のＮｉＯは4.19オン
グストロームであり、また、同じＮａＣｌ構造のＣｏＯ
が4.26オングストロームであって、ともにＭｇＯと同様
にミスフィットが少なく下地基板として望ましい。
１〉方位の酸素−酸素間の距離はおよそ4.0 オングスト
ローム前後の値を示す。たとえば、その一つであるＰｂ
（Ｚｒ1-x Ｔｉ）Ｏ3 の〈００１〉方位の酸素−酸素間
の距離はおよそ3.90から4.15オングストロームの間の値
を示し、一方、〈１００〉方位のＭｇＯが4.21オングス
トロームである。同じＮａＣｌ構造のＮｉＯは4.19オン
グストロームであり、また、同じＮａＣｌ構造のＣｏＯ
が4.26オングストロームであって、ともにＭｇＯと同様
にミスフィットが少なく下地基板として望ましい。
【００１３】本発明者らは、金属アセチルアセトナート
などの有機金属錯体を原料ガスに用いたプラズマ励起Ｍ
Ｏ−ＣＤＶ法によって、下地基板にかかわらず、容易に
基板に対して垂直方向に〈１００〉軸が配向したＮａＣ
ｌ結晶構造の各種の酸化物薄膜が得られることを見い出
した。この方法を用いると、原料ガスにニッケルアセチ
ルアセトナートを使用して、いろいろな材料の基板の上
に〈１００〉軸が結晶配向したＮｉＯ薄膜を形成でき
る。コバルトアセチルアセトナートを用いると〈１０
０〉軸が結晶配向したＣｏＯ薄膜が、マグネシウムアセ
チルアセトナートを用いると〈１００〉軸が結晶配向し
たＣｏＯ薄膜が形成できる。そこで、従来の単結晶Ｍｇ
Ｏ基板のかわりに、これらの薄膜を表面に形成した基板
を、上記の強誘電体薄膜の下地として使用することがで
きる。その結果、高価なＭｇＯの単結晶を用いないで、
同様な性質の誘電体薄膜構成体を作製できることにな
る。
などの有機金属錯体を原料ガスに用いたプラズマ励起Ｍ
Ｏ−ＣＤＶ法によって、下地基板にかかわらず、容易に
基板に対して垂直方向に〈１００〉軸が配向したＮａＣ
ｌ結晶構造の各種の酸化物薄膜が得られることを見い出
した。この方法を用いると、原料ガスにニッケルアセチ
ルアセトナートを使用して、いろいろな材料の基板の上
に〈１００〉軸が結晶配向したＮｉＯ薄膜を形成でき
る。コバルトアセチルアセトナートを用いると〈１０
０〉軸が結晶配向したＣｏＯ薄膜が、マグネシウムアセ
チルアセトナートを用いると〈１００〉軸が結晶配向し
たＣｏＯ薄膜が形成できる。そこで、従来の単結晶Ｍｇ
Ｏ基板のかわりに、これらの薄膜を表面に形成した基板
を、上記の強誘電体薄膜の下地として使用することがで
きる。その結果、高価なＭｇＯの単結晶を用いないで、
同様な性質の誘電体薄膜構成体を作製できることにな
る。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例の強誘電体薄膜構成体
を示す概略断面図である。基板１は、ガラス基板（コー
ニング7059）、単結晶シリコン板で（110 ）面を切り出
したもの、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の焼結体基板、また
はステンレス金属基板よりなる大きさが20ｍｍ×20ｍｍ
で厚さ１ｍｍの基板であり、その表面が鏡面研磨された
ものである。この基板１の上に〈１００〉軸に結晶配向
したＮｉＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物下地膜２を形成し、
さらにその上にスパッタ法でＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 な
る組成（０≦ｘ≦１）の強誘電体薄膜３を形成して強誘
電体薄膜構成体４を膜構成したものである。
明する。図１は本発明の一実施例の強誘電体薄膜構成体
を示す概略断面図である。基板１は、ガラス基板（コー
ニング7059）、単結晶シリコン板で（110 ）面を切り出
したもの、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の焼結体基板、また
はステンレス金属基板よりなる大きさが20ｍｍ×20ｍｍ
で厚さ１ｍｍの基板であり、その表面が鏡面研磨された
ものである。この基板１の上に〈１００〉軸に結晶配向
したＮｉＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物下地膜２を形成し、
さらにその上にスパッタ法でＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 な
る組成（０≦ｘ≦１）の強誘電体薄膜３を形成して強誘
電体薄膜構成体４を膜構成したものである。
【００１５】このように構成された強誘電体薄膜構成体
４の製造方法について、以下に詳しく説明する。〈１０
０〉結晶方位に配向したＮｉＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物
下地膜２の形成は、上記の基板１の表面上に、下記の方
法で、図２に示すプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置５
を用いて行った。
４の製造方法について、以下に詳しく説明する。〈１０
０〉結晶方位に配向したＮｉＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物
下地膜２の形成は、上記の基板１の表面上に、下記の方
法で、図２に示すプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置５
を用いて行った。
【００１６】図２に示すプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜
装置５は、真空チャンバー６内に平行に配置したアース
側電極７とＲＦ側電極８の二つの電極間に高周波によっ
てプラズマを発生させ、その中で有機金属の原料ガスを
分解して基板１上に化学蒸着（ＣＶＤ）することで薄膜
を形成する装置である。ここで、この基板１はアース側
電極７に片側面が密着して保持され、基板加熱ヒータ９
によってあらかじめ350 ℃に加熱された状態にした。
装置５は、真空チャンバー６内に平行に配置したアース
側電極７とＲＦ側電極８の二つの電極間に高周波によっ
てプラズマを発生させ、その中で有機金属の原料ガスを
分解して基板１上に化学蒸着（ＣＶＤ）することで薄膜
を形成する装置である。ここで、この基板１はアース側
電極７に片側面が密着して保持され、基板加熱ヒータ９
によってあらかじめ350 ℃に加熱された状態にした。
【００１７】一方、原料気化容器10にニッケルアセチル
アセトナート11を入れ、135 ℃に保持したオイルバス12
を用いて加熱した。このように加熱することによって気
化したニッケルアセチルアセトナート11の蒸気を、10ｍ
ｌ／ｍｉｎの流速のキャリアガス（窒素）13を用いて、
真空チャンバー６内に流し入れた。また、反応ガスとし
て酸素ガス14を12ｍｌ／ｍｉｎで流し、これを途中で混
ぜて真空チャンバー６内に吹出ノズル15を介して流し入
れた。このとき、真空チャンバー６内は、その排気口16
から真空排気されることで7.90Ｐａの真空度に保持し
た。
アセトナート11を入れ、135 ℃に保持したオイルバス12
を用いて加熱した。このように加熱することによって気
化したニッケルアセチルアセトナート11の蒸気を、10ｍ
ｌ／ｍｉｎの流速のキャリアガス（窒素）13を用いて、
真空チャンバー６内に流し入れた。また、反応ガスとし
て酸素ガス14を12ｍｌ／ｍｉｎで流し、これを途中で混
ぜて真空チャンバー６内に吹出ノズル15を介して流し入
れた。このとき、真空チャンバー６内は、その排気口16
から真空排気されることで7.90Ｐａの真空度に保持し
た。
【００１８】以上のような状態において、ＲＦ側電極８
に13.56 ＭＨｚで400 Ｗの高周波を10分間印加すること
によって、アース側電極７との間にプラズマを発生さ
せ、基板１の片側表面上に〈１００〉方位に結晶配向し
たＮｉＯ薄膜を形成した。この成膜中、基板１をアース
側電極７を回転させる基板回転モータ17によって120 ｒ
ｐｍの速度で回転させた。この方法で基板に対して垂直
方向に〈１００〉軸に結晶配向したＮｉＯ薄膜のＮａＣ
ｌ型酸化物下地膜２を厚み500 オングストロームで成膜
した。
に13.56 ＭＨｚで400 Ｗの高周波を10分間印加すること
によって、アース側電極７との間にプラズマを発生さ
せ、基板１の片側表面上に〈１００〉方位に結晶配向し
たＮｉＯ薄膜を形成した。この成膜中、基板１をアース
側電極７を回転させる基板回転モータ17によって120 ｒ
ｐｍの速度で回転させた。この方法で基板に対して垂直
方向に〈１００〉軸に結晶配向したＮｉＯ薄膜のＮａＣ
ｌ型酸化物下地膜２を厚み500 オングストロームで成膜
した。
【００１９】続いて、その下地膜２の上にＰｂＺｒx Ｔ
ｉ1-xＯ3 なる組成の強誘電体薄膜３を形成した。その
成膜方法を以下に述べる。成膜には、高周波マグネトロ
ンスパッタ装置を用いた。
ｉ1-xＯ3 なる組成の強誘電体薄膜３を形成した。その
成膜方法を以下に述べる。成膜には、高周波マグネトロ
ンスパッタ装置を用いた。
【００２０】基板は、厚さ0.2 ｍｍのステンレスマスク
を用い、銅製基板ホルダに取り付けて成膜した。ターゲ
ットは、ＰｂＯ，ＺｒＯ2 ，ＴｉＯ2 の粉末を、ＰｂＺ
ｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 でｘ＝０，0.20，0.45，0.55，0.80，
１の６種類の組成に配合し、750 ℃で４時間仮焼したの
ち粉砕し、Ｐｂの不足を防止するために、それぞれに20
ｍｏｌ％の過剰のＰｂＯ粉末をさらに混合して作製した
６種類の粉体を用いた。スパッタの成膜条件は、基板温
度が600 ℃、スパッタガスはＡｒ（50％）と酸素（50
％）の混合ガスで、ガス圧は0.5 Ｐａ、高周波投入電力
は90Ｗ（13.56 ＭＨｚ）で、成膜時間は20時間であっ
た。このようにして、異なった６種類のターゲットか
ら、表１に示すそれぞれ６種類の異なった組成の強誘電
体の試料薄膜が作製できた。膜の厚さは組成にかかわら
ず４μｍと同じ値を示した。
を用い、銅製基板ホルダに取り付けて成膜した。ターゲ
ットは、ＰｂＯ，ＺｒＯ2 ，ＴｉＯ2 の粉末を、ＰｂＺ
ｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 でｘ＝０，0.20，0.45，0.55，0.80，
１の６種類の組成に配合し、750 ℃で４時間仮焼したの
ち粉砕し、Ｐｂの不足を防止するために、それぞれに20
ｍｏｌ％の過剰のＰｂＯ粉末をさらに混合して作製した
６種類の粉体を用いた。スパッタの成膜条件は、基板温
度が600 ℃、スパッタガスはＡｒ（50％）と酸素（50
％）の混合ガスで、ガス圧は0.5 Ｐａ、高周波投入電力
は90Ｗ（13.56 ＭＨｚ）で、成膜時間は20時間であっ
た。このようにして、異なった６種類のターゲットか
ら、表１に示すそれぞれ６種類の異なった組成の強誘電
体の試料薄膜が作製できた。膜の厚さは組成にかかわら
ず４μｍと同じ値を示した。
【００２１】
【表１】
【００２２】図３はガラスの基板の上に、ＮｉＯ薄膜を
下地膜として形成後、表１に示した膜試料番号ＦＥ３の
強誘電体薄膜を形成して作製した強誘電体薄膜構成体の
試料のＸ線回折パターンを示す。ここでは、ペロブスカ
イト結晶構造の（００１）と（１００）の反射、および
その高次の反射のみが観察された。また（００１）反射
の強度が（１００）のそれと比べて著しく大きく、ｃ軸
配向膜になっていることがわかった。このｃ軸配向率α
を次式(1) で定義し、その値を算出した。
下地膜として形成後、表１に示した膜試料番号ＦＥ３の
強誘電体薄膜を形成して作製した強誘電体薄膜構成体の
試料のＸ線回折パターンを示す。ここでは、ペロブスカ
イト結晶構造の（００１）と（１００）の反射、および
その高次の反射のみが観察された。また（００１）反射
の強度が（１００）のそれと比べて著しく大きく、ｃ軸
配向膜になっていることがわかった。このｃ軸配向率α
を次式(1) で定義し、その値を算出した。
【００２３】
【数１】
【００２４】ここで、Ｉ（００１），Ｉ（１００），Ｉ
（１１０），Ｉ（１０１）およびＩ（１１１）は、それ
ぞれ（００１）、（１００）、（１１０）、（１０１）
および（１１１）反射の回折強度を示す。上述の強誘電
体薄膜構成体の試料のαは97％であった。この結果を表
２の誘電体薄膜構成体試料Ｎｏ２の試料として示した。
（１１０），Ｉ（１０１）およびＩ（１１１）は、それ
ぞれ（００１）、（１００）、（１１０）、（１０１）
および（１１１）反射の回折強度を示す。上述の強誘電
体薄膜構成体の試料のαは97％であった。この結果を表
２の誘電体薄膜構成体試料Ｎｏ２の試料として示した。
【００２５】基板の種類が異なる場合や下地膜の種類が
異なる場合および強誘電体薄膜の組成が異なる場合につ
いての、本実施例の強誘電体薄膜構成体の結果について
も表２のＮｏ１からＮｏ31にまとめて示した。
異なる場合および強誘電体薄膜の組成が異なる場合につ
いての、本実施例の強誘電体薄膜構成体の結果について
も表２のＮｏ１からＮｏ31にまとめて示した。
【００２６】
【表２】
【００２７】プラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によるＮａＣ
ｌ型酸化物下地膜２の形成の際に、原料ガス源として、
上述のニッケルアセチルアセトナートのかわりに、コバ
ルトアセチルアセトナートまたはマグネシウムアセチル
アセトナートを用いて、それぞれ、ＣｏＯまたはＭｇＯ
の（１００）面配向膜が形成できた。
ｌ型酸化物下地膜２の形成の際に、原料ガス源として、
上述のニッケルアセチルアセトナートのかわりに、コバ
ルトアセチルアセトナートまたはマグネシウムアセチル
アセトナートを用いて、それぞれ、ＣｏＯまたはＭｇＯ
の（１００）面配向膜が形成できた。
【００２８】次に、基板が、本実施例と同じガラス、単
結晶シリコンで（１１０）面を切り出したもの、アルミ
ナ焼結体、またはステンレス金属で、下地膜なしにそれ
ぞれの基板の表面に、表１に示したそれぞれの組成の強
誘電体薄膜をスパッタ法で直接成膜して強誘電体薄膜構
成体作製し、その結晶配向率αについて調べた。基板の
種類や強誘電体薄膜の組成にかかわらず、結晶配向性は
悪く、焼結体等の多結晶体の結晶配向率と変わらなかっ
た。その結果を表２のＮｏ32からＮｏ41に示した。一例
として、Ｎｏ32のＸ線回折パターンを示すと図４のよう
なものであった。
結晶シリコンで（１１０）面を切り出したもの、アルミ
ナ焼結体、またはステンレス金属で、下地膜なしにそれ
ぞれの基板の表面に、表１に示したそれぞれの組成の強
誘電体薄膜をスパッタ法で直接成膜して強誘電体薄膜構
成体作製し、その結晶配向率αについて調べた。基板の
種類や強誘電体薄膜の組成にかかわらず、結晶配向性は
悪く、焼結体等の多結晶体の結晶配向率と変わらなかっ
た。その結果を表２のＮｏ32からＮｏ41に示した。一例
として、Ｎｏ32のＸ線回折パターンを示すと図４のよう
なものであった。
【００２９】また、従来例として、基板に単結晶のＭｇ
Ｏで（１００）面を切り出したものを用い、その表面
に、表１に示したそれぞれの組成の強誘電体薄膜をスパ
ッタ法で直接成膜して強誘電体薄膜構成体を作製した。
その結晶配向率について調べた。強誘電体薄膜の組成に
かかわらず、結晶配向率は96％〜98％の値を示し、基板
に垂直方向に結晶配向していることがわかった。その結
果を表２のＮｏ42からＮｏ44に示した。一例として、Ｎ
ｏ42のＸ線回折パターンを示すと図５のようなものであ
った。
Ｏで（１００）面を切り出したものを用い、その表面
に、表１に示したそれぞれの組成の強誘電体薄膜をスパ
ッタ法で直接成膜して強誘電体薄膜構成体を作製した。
その結晶配向率について調べた。強誘電体薄膜の組成に
かかわらず、結晶配向率は96％〜98％の値を示し、基板
に垂直方向に結晶配向していることがわかった。その結
果を表２のＮｏ42からＮｏ44に示した。一例として、Ｎ
ｏ42のＸ線回折パターンを示すと図５のようなものであ
った。
【００３０】以上から、本実施例の製造方法により得た
強誘電体薄膜構成体は、従来のように基板として単結晶
のＭｇＯで（１００）面を切り出したものに限らず、各
種の材料の基板を用いても基板に垂直方向に結晶方位が
揃った誘電体薄膜を有する強誘電体薄膜構成体であるこ
とがわかった。
強誘電体薄膜構成体は、従来のように基板として単結晶
のＭｇＯで（１００）面を切り出したものに限らず、各
種の材料の基板を用いても基板に垂直方向に結晶方位が
揃った誘電体薄膜を有する強誘電体薄膜構成体であるこ
とがわかった。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、製造さ
れる強誘電体薄膜構成体は、下地基板に単結晶ＭｇＯ基
板を用いる必要なしに、安価にかつ下地基板材料を選ば
ずに、同様の性能の強誘電体薄膜構成体が得られ、した
がって、電子部品の分野でより広い範囲に使用できるこ
とになり、実用面で極めて有効である。
れる強誘電体薄膜構成体は、下地基板に単結晶ＭｇＯ基
板を用いる必要なしに、安価にかつ下地基板材料を選ば
ずに、同様の性能の強誘電体薄膜構成体が得られ、した
がって、電子部品の分野でより広い範囲に使用できるこ
とになり、実用面で極めて有効である。
【図１】本発明の一実施例の強誘電体薄膜構成体の膜構
成を示す概略断面図である。
成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例の強誘電体薄膜構成体の製造
に用いたプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置の概略断面
図である。
に用いたプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置の概略断面
図である。
【図３】本発明の一実施例の強誘電体薄膜構成体におけ
る一例のＸ線回折パターンを示す図である。
る一例のＸ線回折パターンを示す図である。
【図４】比較例の強誘電体薄膜構成体における一例のＸ
線回折パターンを示す図である。
線回折パターンを示す図である。
【図５】従来例の強誘電体薄膜構成体における一例のＸ
線回折パターンを示す図である。
線回折パターンを示す図である。
１ 基板 ２ ＮａＣｌ型酸化物下地膜 ３ 強誘電体薄膜 ４ 強誘電体薄膜構成体 ５ プラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置 ６ 真空チャンバー ７ アース側電極 ８ ＲＦ側電極 ９ 基板加熱ヒータ 10 原料気化容器 11 ニッケルアセチルアセトナート 12 オイルバス 13 キャリアガス 14 酸素ガス 15 吹出ノズル 16 排気口 17 基板回転モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高山 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に（１００）面配向のＮａＣｌ型
結晶構造の酸化物薄膜が配置され、さらにその上に（０
０１）面配向であり、化学式がＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3
で、組成範囲が０≦ｘ≦１であるペロブスカイト型酸化
物の強誘電体薄膜を配置された構成を特徴とする強誘電
体薄膜構成体。 - 【請求項２】 ＮａＣｌ型結晶構造の酸化物薄膜が、Ｎ
ｉＯ、ＣｏＯあるいはＭｇＯのいずれかであることを特
徴とする請求項１の強誘電体薄膜構成体。 - 【請求項３】 基板上に、有機金属錯体の蒸気を原料ガ
スとするプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によって、（１０
０）面配向のＮａＣｌ型結晶構造の酸化物薄膜を形成
し、さらにその上にスパッタ法によって（１００）面配
向であり、化学式がＰｂＺｒx Ｔｉ1-x Ｏ3 で、組成範
囲が０≦ｘ≦１であるペロブスカイト型酸化物の強誘電
体薄膜を形成することを特徴とする強誘電体薄膜構成体
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30815891A JP2834355B2 (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 強誘電体薄膜構成体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30815891A JP2834355B2 (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 強誘電体薄膜構成体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05145123A true JPH05145123A (ja) | 1993-06-11 |
| JP2834355B2 JP2834355B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=17977600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30815891A Expired - Fee Related JP2834355B2 (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 強誘電体薄膜構成体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2834355B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6063639A (en) * | 1998-10-28 | 2000-05-16 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Method for fabricating ferroelectric capacitor of nonvolatile semiconductor memory device using plasma |
| KR100360468B1 (ko) * | 1995-03-20 | 2003-01-24 | 삼성전자 주식회사 | 강유전성박막제조방법및이를적용한캐패시터및그제조방법 |
| JP2006324681A (ja) * | 1995-09-19 | 2006-11-30 | Seiko Epson Corp | 圧電体薄膜素子及びインクジェット式記録ヘッド |
| JP2008218880A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Seiko Epson Corp | 圧電素子およびその製造方法、液体噴射ヘッド、並びに、プリンタ |
| JP2008218879A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Seiko Epson Corp | 圧電素子およびその製造方法、液体噴射ヘッド、並びに、プリンタ |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4434537B2 (ja) | 2001-08-27 | 2010-03-17 | パナソニック株式会社 | 圧電機能部品 |
| US8557352B2 (en) | 2006-06-20 | 2013-10-15 | Tdk Corporation | Method of making a metal oxide film, laminates and electronic devices |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57193025A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Manufacture of film |
| JPS62211520A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 焦電型赤外線センサ |
| JPH0199268A (ja) * | 1987-10-13 | 1989-04-18 | Mitsubishi Electric Corp | 異方性酸化物超電導体薄膜の製造方法 |
| JPH0257686A (ja) * | 1988-08-22 | 1990-02-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | チタン酸鉛薄膜の製造方法 |
-
1991
- 1991-11-25 JP JP30815891A patent/JP2834355B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57193025A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Manufacture of film |
| JPS62211520A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 焦電型赤外線センサ |
| JPH0199268A (ja) * | 1987-10-13 | 1989-04-18 | Mitsubishi Electric Corp | 異方性酸化物超電導体薄膜の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100360468B1 (ko) * | 1995-03-20 | 2003-01-24 | 삼성전자 주식회사 | 강유전성박막제조방법및이를적용한캐패시터및그제조방법 |
| JP2006324681A (ja) * | 1995-09-19 | 2006-11-30 | Seiko Epson Corp | 圧電体薄膜素子及びインクジェット式記録ヘッド |
| US6063639A (en) * | 1998-10-28 | 2000-05-16 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Method for fabricating ferroelectric capacitor of nonvolatile semiconductor memory device using plasma |
| JP2008218880A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Seiko Epson Corp | 圧電素子およびその製造方法、液体噴射ヘッド、並びに、プリンタ |
| JP2008218879A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Seiko Epson Corp | 圧電素子およびその製造方法、液体噴射ヘッド、並びに、プリンタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2834355B2 (ja) | 1998-12-09 |
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