JPH06196648A - 配向性強誘電体薄膜素子 - Google Patents
配向性強誘電体薄膜素子Info
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- JPH06196648A JPH06196648A JP4358050A JP35805092A JPH06196648A JP H06196648 A JPH06196648 A JP H06196648A JP 4358050 A JP4358050 A JP 4358050A JP 35805092 A JP35805092 A JP 35805092A JP H06196648 A JPH06196648 A JP H06196648A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体基板上に、金属薄膜を設けた配向性強
電体薄膜素子を提供することを目的とし、本発明により
高機能の不揮発性メモリーやキャパシター、または光変
調素子などの素子を半導体基板上に作製することができ
る。 【構成】 配向性強誘電体薄膜素子は、半導体単結晶基
板上にエピタキシャルまたは配向性のバッファ薄膜が形
成され、その上にエピタルシャルまたは配向性の金属薄
膜が形成され、さらにその上にエピタキシャルまたは配
向性の強誘電体薄膜が形成された構造を有する。半導体
単結晶基板にはSiまたはGaAsが使用でき、バッフ
ア薄膜にはMgOまたはMgAl2 O4 が使用でき、金
属薄膜にはPd、Pt、Al、AuまたはAgが使用で
き、強誘電体薄膜にはABO3 型ペロブスカイトが使用
できる。
電体薄膜素子を提供することを目的とし、本発明により
高機能の不揮発性メモリーやキャパシター、または光変
調素子などの素子を半導体基板上に作製することができ
る。 【構成】 配向性強誘電体薄膜素子は、半導体単結晶基
板上にエピタキシャルまたは配向性のバッファ薄膜が形
成され、その上にエピタルシャルまたは配向性の金属薄
膜が形成され、さらにその上にエピタキシャルまたは配
向性の強誘電体薄膜が形成された構造を有する。半導体
単結晶基板にはSiまたはGaAsが使用でき、バッフ
ア薄膜にはMgOまたはMgAl2 O4 が使用でき、金
属薄膜にはPd、Pt、Al、AuまたはAgが使用で
き、強誘電体薄膜にはABO3 型ペロブスカイトが使用
できる。
Description
【0001】
【産業上の技術分野】この発明は、エピタキシャルまた
は配向性のバッファ層と金属層を用い、半導体単結晶基
板上にエピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄膜を形
成したものであって、不揮発性メモリーやキャパシタ
ー、または光変調素子などを半導体基板上に作製する場
合に使用することができる配向性強誘電体薄膜素子に関
する。
は配向性のバッファ層と金属層を用い、半導体単結晶基
板上にエピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄膜を形
成したものであって、不揮発性メモリーやキャパシタ
ー、または光変調素子などを半導体基板上に作製する場
合に使用することができる配向性強誘電体薄膜素子に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、酸化物強誘電体薄膜は、強誘電体
のもつ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果などの
多くの性質により不揮発性メモリーを始めとして、表面
弾性波素子、赤外線焦電素子、音響光学素子、電気光学
素子など多くの応用が期待されている。これらの応用の
うち、薄膜光導波路構造での低光損失化と単結晶並みの
分極特性や電気光学効果を得るために単結晶薄膜の作製
が不可欠である。それゆえ、BaTiO3 、PbTiO
3 、Pb1-x Lax (Zry Ti1-y )1-x/4 O3 (P
LZT)、LiNbO3 、KNbO3 、Bi4 Ti3 O
12などのエピタキシャル強誘電体薄膜が、Rf−マグネ
トロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリ
ング、レーザー・アブレーション、有機金属化学蒸着
(MOCVD)などの方法によって酸化物単結晶基板に
形成することが数多く試みられている。
のもつ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果などの
多くの性質により不揮発性メモリーを始めとして、表面
弾性波素子、赤外線焦電素子、音響光学素子、電気光学
素子など多くの応用が期待されている。これらの応用の
うち、薄膜光導波路構造での低光損失化と単結晶並みの
分極特性や電気光学効果を得るために単結晶薄膜の作製
が不可欠である。それゆえ、BaTiO3 、PbTiO
3 、Pb1-x Lax (Zry Ti1-y )1-x/4 O3 (P
LZT)、LiNbO3 、KNbO3 、Bi4 Ti3 O
12などのエピタキシャル強誘電体薄膜が、Rf−マグネ
トロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリ
ング、レーザー・アブレーション、有機金属化学蒸着
(MOCVD)などの方法によって酸化物単結晶基板に
形成することが数多く試みられている。
【0003】ところが、半導体素子との集積化のために
は、半導体基板上に強誘電体薄膜を作製することが必要
である。半導体基板上に強誘電体薄膜をエピタキシャル
成長させることは、高成長温度、半導体と強誘電体との
間の相互拡散、半導体の酸化などの為に難しい。さら
に、GaAs基板上に強誘電体薄膜をエピタキシャル成
長させることは、次のような理由で難しい。すなわち、
GaAsは400℃以上では表面のAsが減少し、69
0℃以上ではAs4 雰囲気なしではAsとGaの一層ず
つの昇華が始まることが知られている。また、GaAs
基板上への強誘電体薄膜作製の報告は極めて数少なく、
PLZTをGaAs基板上に成長させた際には、Pbの
GaAsへの拡散が検出されている。これらの理由のた
め、低温で半導体基板上でエピタキシャル成長し、強誘
電体薄膜のエピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリア
としても働くキャッピング層をバッファ層として半導体
基板上に形成することが必要である。
は、半導体基板上に強誘電体薄膜を作製することが必要
である。半導体基板上に強誘電体薄膜をエピタキシャル
成長させることは、高成長温度、半導体と強誘電体との
間の相互拡散、半導体の酸化などの為に難しい。さら
に、GaAs基板上に強誘電体薄膜をエピタキシャル成
長させることは、次のような理由で難しい。すなわち、
GaAsは400℃以上では表面のAsが減少し、69
0℃以上ではAs4 雰囲気なしではAsとGaの一層ず
つの昇華が始まることが知られている。また、GaAs
基板上への強誘電体薄膜作製の報告は極めて数少なく、
PLZTをGaAs基板上に成長させた際には、Pbの
GaAsへの拡散が検出されている。これらの理由のた
め、低温で半導体基板上でエピタキシャル成長し、強誘
電体薄膜のエピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリア
としても働くキャッピング層をバッファ層として半導体
基板上に形成することが必要である。
【0004】これに対して、特開昭61−185808
号公報には、Si(100)単結晶上にスピネルMgA
l2 O4 (100)または酸化マグネシウムMgO(1
00)をバッファ層としてエピタキシャル成長した基板
上に、強誘電体化合物をエピタキシャル成長させること
が開示されている。しかしながら、この場合には、強誘
電体薄膜とMgAl2 O4 またはMgOとの間に電極が
存在しないために、素子への応用が限られていた。ま
た、特開平3−262173号公報には、半導体単結晶
基板の(111)面上に(111)配向性の貴金属薄膜
を形成し、その上に(111)配向性の強誘電体薄膜を
形成することが記載されているが、この場合、半導体と
金属の反応を避けることが困難であるという問題があっ
た。
号公報には、Si(100)単結晶上にスピネルMgA
l2 O4 (100)または酸化マグネシウムMgO(1
00)をバッファ層としてエピタキシャル成長した基板
上に、強誘電体化合物をエピタキシャル成長させること
が開示されている。しかしながら、この場合には、強誘
電体薄膜とMgAl2 O4 またはMgOとの間に電極が
存在しないために、素子への応用が限られていた。ま
た、特開平3−262173号公報には、半導体単結晶
基板の(111)面上に(111)配向性の貴金属薄膜
を形成し、その上に(111)配向性の強誘電体薄膜を
形成することが記載されているが、この場合、半導体と
金属の反応を避けることが困難であるという問題があっ
た。
【0005】一方、白金(Pt)はMgO単結晶基板に
エピタキシャル成長できることが知られており、例え
ば、K.Iijima他;J.Appl.Phys.6
0(1986)p361には、(100)配向性のPt
をMgO(100)単結晶基板にエピタキシャル成長さ
せることが記載されている。また、本発明者等は、先
に、化学的に極めて安定なMgOを半導体基板上にエピ
タキシャル成長させることを提案した。
エピタキシャル成長できることが知られており、例え
ば、K.Iijima他;J.Appl.Phys.6
0(1986)p361には、(100)配向性のPt
をMgO(100)単結晶基板にエピタキシャル成長さ
せることが記載されている。また、本発明者等は、先
に、化学的に極めて安定なMgOを半導体基板上にエピ
タキシャル成長させることを提案した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来、
半導体単結晶を基板とし、金属薄膜を設けた配向性強電
体薄膜素子は知られていなく、その作製が困難であって
未だ実現しておらず、その実現が求められていた。本発
明は、従来の技術における上記のような実情に鑑みてな
されたものである。したがって、本発明の目的は、半導
体基板上に、金属薄膜を設けた配向性強電体薄膜素子を
提供することにある。
半導体単結晶を基板とし、金属薄膜を設けた配向性強電
体薄膜素子は知られていなく、その作製が困難であって
未だ実現しておらず、その実現が求められていた。本発
明は、従来の技術における上記のような実情に鑑みてな
されたものである。したがって、本発明の目的は、半導
体基板上に、金属薄膜を設けた配向性強電体薄膜素子を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等はさらに検討
を続けた結果、半導体単結晶基板上に、エピタキシャル
または配向性のMgOまたはMgAl2 O4 よりなるバ
ッファ薄膜を形成すると、Pd、Pt、Al、Au、A
g等の金属がエピタキシャルまたは配向性をもって形成
することを見出だし、本発明を完成した。したがって、
本発明の配向性強誘電体薄膜素子は、半導体単結晶基板
上にエピタキシャルまたは配向性のバッファ薄膜が形成
され、その上にエピタルシャルまたは配向性の金属薄膜
が形成され、さらにその上にエピタキシャルまたは配向
性の強誘電体薄膜が形成されてなることを特徴とする。
を続けた結果、半導体単結晶基板上に、エピタキシャル
または配向性のMgOまたはMgAl2 O4 よりなるバ
ッファ薄膜を形成すると、Pd、Pt、Al、Au、A
g等の金属がエピタキシャルまたは配向性をもって形成
することを見出だし、本発明を完成した。したがって、
本発明の配向性強誘電体薄膜素子は、半導体単結晶基板
上にエピタキシャルまたは配向性のバッファ薄膜が形成
され、その上にエピタルシャルまたは配向性の金属薄膜
が形成され、さらにその上にエピタキシャルまたは配向
性の強誘電体薄膜が形成されてなることを特徴とする。
【0008】以下、本発明について詳記する。本発明に
おいて、半導体単結晶基板としては、単体半導体または
化合物半導体よりなるものが使用される。単体半導体と
しては、Si、Ge、ダイアモンド等があげられ、化合
物半導体としては、III −V系の化合物半導体であるA
lAs、AlSb、AlP、GaAs、GaSb、In
P、InAs、InSb、AlGaP、AlLnP、A
lGaAs、AlInAs、AlAsSb、GaInA
s、GaInSb、GaAsSb、InAsSb等、お
よびII−VI系の化合物半導体であるZnS、ZnSe、
ZnTe、CaSe、CdTe、HgSe、HgTe、
CdS等があげられる。
おいて、半導体単結晶基板としては、単体半導体または
化合物半導体よりなるものが使用される。単体半導体と
しては、Si、Ge、ダイアモンド等があげられ、化合
物半導体としては、III −V系の化合物半導体であるA
lAs、AlSb、AlP、GaAs、GaSb、In
P、InAs、InSb、AlGaP、AlLnP、A
lGaAs、AlInAs、AlAsSb、GaInA
s、GaInSb、GaAsSb、InAsSb等、お
よびII−VI系の化合物半導体であるZnS、ZnSe、
ZnTe、CaSe、CdTe、HgSe、HgTe、
CdS等があげられる。
【0009】上記半導体単結晶基板上に形成されるエピ
タキシャルまたは配向性のバッファ薄膜としては、Mg
OまたはMgAl2 O4 が好ましいものとして使用され
る。このバッファ薄膜は、電子ビーム蒸着、フラッシュ
蒸着、イオン・プレーティング、Rf−マグネトロン・
スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリング、レ
ーザー・アブレーション、モレキュラー・ビーム・エピ
タキシー(MBE)、化学蒸着(CVD)、プラズマC
VD、有機金属化学蒸着(MOCVD)等より選ばれる
気相成長法およびゾルゲル法等のウエット・プロセスに
よって作製することができる。
タキシャルまたは配向性のバッファ薄膜としては、Mg
OまたはMgAl2 O4 が好ましいものとして使用され
る。このバッファ薄膜は、電子ビーム蒸着、フラッシュ
蒸着、イオン・プレーティング、Rf−マグネトロン・
スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリング、レ
ーザー・アブレーション、モレキュラー・ビーム・エピ
タキシー(MBE)、化学蒸着(CVD)、プラズマC
VD、有機金属化学蒸着(MOCVD)等より選ばれる
気相成長法およびゾルゲル法等のウエット・プロセスに
よって作製することができる。
【0010】上記バッファ薄膜上に形成されるエピタキ
シャルまたは配向性の金属薄膜は、電子ビーム蒸着、フ
ラッシュ蒸着、イオン・プレーティング、Rf−マグネ
トロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリ
ング、レーザー・アブレーション、モレキュラー・ビー
ム・エピタキシー(MBE)等より選ばれる気相成長法
によって作製することができる。
シャルまたは配向性の金属薄膜は、電子ビーム蒸着、フ
ラッシュ蒸着、イオン・プレーティング、Rf−マグネ
トロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリ
ング、レーザー・アブレーション、モレキュラー・ビー
ム・エピタキシー(MBE)等より選ばれる気相成長法
によって作製することができる。
【0011】使用される金属としては、バッファ薄膜お
よび強誘電体に格子定数が近いものが好ましい。例え
ば、バッファ薄膜がMgOまたはMgAl2 O4 よりな
り、強誘電体がBaTiO3 またはPbTiO3 の場合
には、Pd、Pt、Al、Au、Agが好ましいものと
して使用される。(後記表1参照)
よび強誘電体に格子定数が近いものが好ましい。例え
ば、バッファ薄膜がMgOまたはMgAl2 O4 よりな
り、強誘電体がBaTiO3 またはPbTiO3 の場合
には、Pd、Pt、Al、Au、Agが好ましいものと
して使用される。(後記表1参照)
【0012】金属薄膜の上には、エピタキシャルまたは
配向性の強誘電体薄膜が形成されるが、強誘電体として
はABO3 型ペロブスカイト構造を有するものが使用さ
れる。具体的には、BaTiO3 、PbTiO3 、Pb
1-x Lax (Zry Ti1-y)1-x/4 O3 (PLZ
T)、LiNbO3 、KNbO3 、Bi4 Ti3 O12な
どがあげられる。この強誘電体薄膜は、電子ビーム蒸
着、フラッシュ蒸着、イオン・プレーティング、Rf−
マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパ
ッタリング、レーザー・アブレーション、モレキュラー
・ビーム・エピタキシー(MBE)、化学蒸着(CV
D)、プラズマCVD、有機金属化学蒸着(MOCV
D)等より選ばれる気相成長法およびゾルゲル法等のウ
エット・プロセスによって作製することができる。
配向性の強誘電体薄膜が形成されるが、強誘電体として
はABO3 型ペロブスカイト構造を有するものが使用さ
れる。具体的には、BaTiO3 、PbTiO3 、Pb
1-x Lax (Zry Ti1-y)1-x/4 O3 (PLZ
T)、LiNbO3 、KNbO3 、Bi4 Ti3 O12な
どがあげられる。この強誘電体薄膜は、電子ビーム蒸
着、フラッシュ蒸着、イオン・プレーティング、Rf−
マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパ
ッタリング、レーザー・アブレーション、モレキュラー
・ビーム・エピタキシー(MBE)、化学蒸着(CV
D)、プラズマCVD、有機金属化学蒸着(MOCV
D)等より選ばれる気相成長法およびゾルゲル法等のウ
エット・プロセスによって作製することができる。
【0013】なお、本発明において、好ましく使用でき
る材料の結晶構造および格子定数を表1に示す。
る材料の結晶構造および格子定数を表1に示す。
【表1】
【0014】本発明における好ましい強誘電体薄膜素子
としては、半導体単結晶基板上にエピタキシャルまたは
配向性のMgOバッファ層が形成され、その上にエピタ
キシャルまたは配向性の金属層が形成され、さらにその
上にエピタキシャルまたは配向性のペロブスカイトAB
O3 型強誘電体薄膜が形成されたものをあげることがで
きる。
としては、半導体単結晶基板上にエピタキシャルまたは
配向性のMgOバッファ層が形成され、その上にエピタ
キシャルまたは配向性の金属層が形成され、さらにその
上にエピタキシャルまたは配向性のペロブスカイトAB
O3 型強誘電体薄膜が形成されたものをあげることがで
きる。
【0015】本発明の配向性強誘電体薄膜素子は、上記
の構成を有するから、半導体単結晶基板上におけるバッ
ファ層および金属薄膜よりなる二重層が、強誘電体薄膜
のエピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリアとしても
働き、かつ金属薄膜が、強誘電体薄膜を使用した素子に
おける下部電極としても作用する。
の構成を有するから、半導体単結晶基板上におけるバッ
ファ層および金属薄膜よりなる二重層が、強誘電体薄膜
のエピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリアとしても
働き、かつ金属薄膜が、強誘電体薄膜を使用した素子に
おける下部電極としても作用する。
【0016】
【実施例】実施例1 GaAs基板へのエピタキシャル層の形成を、ターゲッ
ト表面をUVレーザー・パルスにより瞬間的に加熱し蒸
着を行うエキシマ・レーザー・デポジション法によって
行った。レーザーはXeClエキシマ・レーザー(波長
308nm)を用い、パルス周期4Hz、パルス長17
ns、エネルギー130mJ(ターゲット表面でのエネ
ルギー密度1.3J/cm2 )の条件とした。ターゲッ
トと基板の距離は50mmであった。ターゲットとして
は、PbTiO3 、PtおよびMgOは、波長308n
mに吸収を持たないために金属Mgを用いた。MgOは
10eV以上の高い結合エネルギーを持っているため、
O2 を成膜中に導入し、それによってMgは容易に酸化
された。基板はハロゲン・ランプによって加熱した。G
aAs基板としては、n型、(100)±0.2°、6
×6mmのウエハーを用いた。これらの基板は溶剤洗浄
の後、H2 SO4 系の溶液にてエッチングを行った。さ
らにこの基板を脱イオン水とエタノールでリンスし、最
後に窒素流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。
エッチング後に脱イオン水リンスで形成されたGaAs
基板表面の単層酸化膜は、パッシベーション層として働
き、また582℃で解離するという報告がある。したが
って、スピン乾燥後に基板を直ちにデポジション・チャ
ンバーに導入し、一定温度、バックグラウンド圧力3×
10-7Torrにて加熱を行ってGaAs表面の不動体
層の脱離(昇華)をはかり、続いて100〜1000オ
ングストロームの厚さにMgOの成膜を行った。
ト表面をUVレーザー・パルスにより瞬間的に加熱し蒸
着を行うエキシマ・レーザー・デポジション法によって
行った。レーザーはXeClエキシマ・レーザー(波長
308nm)を用い、パルス周期4Hz、パルス長17
ns、エネルギー130mJ(ターゲット表面でのエネ
ルギー密度1.3J/cm2 )の条件とした。ターゲッ
トと基板の距離は50mmであった。ターゲットとして
は、PbTiO3 、PtおよびMgOは、波長308n
mに吸収を持たないために金属Mgを用いた。MgOは
10eV以上の高い結合エネルギーを持っているため、
O2 を成膜中に導入し、それによってMgは容易に酸化
された。基板はハロゲン・ランプによって加熱した。G
aAs基板としては、n型、(100)±0.2°、6
×6mmのウエハーを用いた。これらの基板は溶剤洗浄
の後、H2 SO4 系の溶液にてエッチングを行った。さ
らにこの基板を脱イオン水とエタノールでリンスし、最
後に窒素流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。
エッチング後に脱イオン水リンスで形成されたGaAs
基板表面の単層酸化膜は、パッシベーション層として働
き、また582℃で解離するという報告がある。したが
って、スピン乾燥後に基板を直ちにデポジション・チャ
ンバーに導入し、一定温度、バックグラウンド圧力3×
10-7Torrにて加熱を行ってGaAs表面の不動体
層の脱離(昇華)をはかり、続いて100〜1000オ
ングストロームの厚さにMgOの成膜を行った。
【0017】X線回折によって解析すると、成膜したM
gOは広い範囲の条件にて(100)面単一配向のエピ
タキシャル膜となったが、特に250〜450℃、5×
10-6〜1×10-4Torr O2 の条件で良質な薄膜
になった。MgOとGaAsの面内結晶方位の関係を同
定するために、X線回折ファイ・スキャンを行った。立
方晶において(100)面に対して45°の角度をもつ
(202)面についてのファイ・スキャンは、MgO
(100)/GaAs(100)のMgOに対して90
°の回転周期をもつシャープなピークを示し、この位置
はGaAsのピーク位置に一致した。これらのことか
ら、MgOとGaAsとの結晶学的関係は、格子不整が
25.5%となるにもかかわらず、MgOとGaAsの
結晶方位の関係は、MgO(100)//GaAs(10
0)、面内方位MgO[001]//GaAs[001]
であることが分かった。
gOは広い範囲の条件にて(100)面単一配向のエピ
タキシャル膜となったが、特に250〜450℃、5×
10-6〜1×10-4Torr O2 の条件で良質な薄膜
になった。MgOとGaAsの面内結晶方位の関係を同
定するために、X線回折ファイ・スキャンを行った。立
方晶において(100)面に対して45°の角度をもつ
(202)面についてのファイ・スキャンは、MgO
(100)/GaAs(100)のMgOに対して90
°の回転周期をもつシャープなピークを示し、この位置
はGaAsのピーク位置に一致した。これらのことか
ら、MgOとGaAsとの結晶学的関係は、格子不整が
25.5%となるにもかかわらず、MgOとGaAsの
結晶方位の関係は、MgO(100)//GaAs(10
0)、面内方位MgO[001]//GaAs[001]
であることが分かった。
【0018】MgOとGaAs基板の界面を高分解能透
過型電子顕微鏡にて観察すると、MgO−GaAs界面
ではMgO:GaAs=4:3の格子整合による二次元
超格子が形成されており、界面には二次層などの生成は
なく急峻な界面であった。4:3の格子整合を考える
と、MgO:GaAs=4:3では0.7%となり、大
きな格子不整合を持つにもかかわらず、膜内応力が緩和
されてMgO[001]//GaAs[001]のエピタ
キシャル成長が実現されたと考えられる。
過型電子顕微鏡にて観察すると、MgO−GaAs界面
ではMgO:GaAs=4:3の格子整合による二次元
超格子が形成されており、界面には二次層などの生成は
なく急峻な界面であった。4:3の格子整合を考える
と、MgO:GaAs=4:3では0.7%となり、大
きな格子不整合を持つにもかかわらず、膜内応力が緩和
されてMgO[001]//GaAs[001]のエピタ
キシャル成長が実現されたと考えられる。
【0019】次に、500〜700℃、バックグラウン
ド圧力3×10-7Torrの条件で、Pt結晶をMgO
薄膜に対してエピタキシャル成長させた。MgOバッフ
ァ層上にその場成長した膜厚500〜2000オングス
トロームのPt薄膜は、X線回折によると、結晶方位の
関係が、Pt(100)//MgO(100)//GaAs
(100)、面内方位Pt[001]//MgO[00
1]//GaAs[001]であった。さらに、600〜
800℃、1×10-4〜1×10-2Torr O2 の条
件で、PbTiO3 結晶をエピタキシャルまたは配向性
成長させて、Pt薄膜上にその場成長した膜厚500〜
5000オングストロームのPbTiO3 薄膜を形成し
た。X線回折パターンを解析すると、PbTiO3 はほ
ぼ完全なc軸配向性であり、結晶方位の関係は、PbT
iO3 (001)//Pt(100)//MgO(100)
//GaAs(100)およびPbTiO3 [010]//
Pt[001]//MgO[001]//GaAs[00
1]であった。
ド圧力3×10-7Torrの条件で、Pt結晶をMgO
薄膜に対してエピタキシャル成長させた。MgOバッフ
ァ層上にその場成長した膜厚500〜2000オングス
トロームのPt薄膜は、X線回折によると、結晶方位の
関係が、Pt(100)//MgO(100)//GaAs
(100)、面内方位Pt[001]//MgO[00
1]//GaAs[001]であった。さらに、600〜
800℃、1×10-4〜1×10-2Torr O2 の条
件で、PbTiO3 結晶をエピタキシャルまたは配向性
成長させて、Pt薄膜上にその場成長した膜厚500〜
5000オングストロームのPbTiO3 薄膜を形成し
た。X線回折パターンを解析すると、PbTiO3 はほ
ぼ完全なc軸配向性であり、結晶方位の関係は、PbT
iO3 (001)//Pt(100)//MgO(100)
//GaAs(100)およびPbTiO3 [010]//
Pt[001]//MgO[001]//GaAs[00
1]であった。
【0020】得られた強誘電体薄膜素子について、図1
にその模式的断面図を示す。なお、図において、1はG
aAs単結晶基板(ジンク・ブレンド構造)、2はMg
O薄膜(NaCl構造)、3はPt薄膜(面心立方構
造)、4はPbTiO3 薄膜(ペロブスカイト構造)で
ある。
にその模式的断面図を示す。なお、図において、1はG
aAs単結晶基板(ジンク・ブレンド構造)、2はMg
O薄膜(NaCl構造)、3はPt薄膜(面心立方構
造)、4はPbTiO3 薄膜(ペロブスカイト構造)で
ある。
【0021】走査型電子顕微鏡によって観察したPbT
iO3 の表面は、極めて平滑であった。このことから、
このPbTiO3 膜は、その表面平滑性においては、光
導波路として良好な低光減衰特性を示すことを意味す
る。また、1000オングストローム−Pt/3000
オングストローム−PbTiO3 /1000オングスト
ローム−Pt/1000オングストローム−MgO/G
aAsのキャパシター構造において、Pt間に電圧を印
加することにより、PbTiO3 の分極特性を測定する
と、この構造によるP−E特性はヒステリシス・ループ
を示し、PbTiO3 は構造解析によって推定したよう
に、分極軸が単結晶GaAs基板に垂直に配向した強誘
電相(正方晶)であることが分かった。
iO3 の表面は、極めて平滑であった。このことから、
このPbTiO3 膜は、その表面平滑性においては、光
導波路として良好な低光減衰特性を示すことを意味す
る。また、1000オングストローム−Pt/3000
オングストローム−PbTiO3 /1000オングスト
ローム−Pt/1000オングストローム−MgO/G
aAsのキャパシター構造において、Pt間に電圧を印
加することにより、PbTiO3 の分極特性を測定する
と、この構造によるP−E特性はヒステリシス・ループ
を示し、PbTiO3 は構造解析によって推定したよう
に、分極軸が単結晶GaAs基板に垂直に配向した強誘
電相(正方晶)であることが分かった。
【0022】実施例2 SiへのエピタキシャルMgOバッファ層の形成を上記
実施例1とほぼ同様に行った。Si基板として、n型ま
たはp型、(100)面、6×6mmのウエハーを用い
た。MgOバッファ層が形成された基板を、先の実施例
1とほぼ同様に溶剤洗浄した後、HFによるエッチン
グ、乾燥を行い、基板を直ちにデポジション・チャンバ
ーに導入し、一定温度、バックグラウンド圧力3×10
-7Torr、500℃以上にて加熱を行ってSi表面の
H不動体層の脱離(昇華)をはかった。続いてMgOを
200〜600℃、1×10-6〜1×10-3Torr
O2の条件にて約500オングストロームの厚さにMg
Oを成膜し、MgOとSiの面内結晶方位の関係が、M
gO(100)//Si(100)、MgO[001]//
Si[001]であるエピタキシャル薄膜を得た。次
に、500〜700℃、バックグラウンド圧力3×10
-7の条件でMgOバッファー層上に膜厚1000〜20
00オングストロームのPt薄膜をその場エピタキシャ
ル成長させ、Pt(100)//MgO(100)//Si
(100)、Pt[001]//MgO[001]//Si
[001]の結晶方位の関係を得た。
実施例1とほぼ同様に行った。Si基板として、n型ま
たはp型、(100)面、6×6mmのウエハーを用い
た。MgOバッファ層が形成された基板を、先の実施例
1とほぼ同様に溶剤洗浄した後、HFによるエッチン
グ、乾燥を行い、基板を直ちにデポジション・チャンバ
ーに導入し、一定温度、バックグラウンド圧力3×10
-7Torr、500℃以上にて加熱を行ってSi表面の
H不動体層の脱離(昇華)をはかった。続いてMgOを
200〜600℃、1×10-6〜1×10-3Torr
O2の条件にて約500オングストロームの厚さにMg
Oを成膜し、MgOとSiの面内結晶方位の関係が、M
gO(100)//Si(100)、MgO[001]//
Si[001]であるエピタキシャル薄膜を得た。次
に、500〜700℃、バックグラウンド圧力3×10
-7の条件でMgOバッファー層上に膜厚1000〜20
00オングストロームのPt薄膜をその場エピタキシャ
ル成長させ、Pt(100)//MgO(100)//Si
(100)、Pt[001]//MgO[001]//Si
[001]の結晶方位の関係を得た。
【0023】続いて、600〜800℃、1×10-4〜
1×10-2Torr O2 の条件でPbTiO3 をc軸
配向成長させ、Pt薄膜上にその場成長した膜厚100
0〜3000オングストロームのPbTiO3 膜を形成
した。X線回折パターンによって同定したPbTiO3
とPt/MgO/Siの結晶方位の関係は、PbTiO
3 (001)//Pt(100)//MgO(100)//S
i(100)、PbTiO3 [100]//Pt[00
1]//MgO[001]//Si[001]であった。
1×10-2Torr O2 の条件でPbTiO3 をc軸
配向成長させ、Pt薄膜上にその場成長した膜厚100
0〜3000オングストロームのPbTiO3 膜を形成
した。X線回折パターンによって同定したPbTiO3
とPt/MgO/Siの結晶方位の関係は、PbTiO
3 (001)//Pt(100)//MgO(100)//S
i(100)、PbTiO3 [100]//Pt[00
1]//MgO[001]//Si[001]であった。
【0024】また、同様にしてPb1-x Tix O3 (P
ZT)およびPb1-x Lax (Zry Ti1-y )1-x/4
O3 (PLZT)についても、Si基板上に、エピタキ
シャルMgOバッファ層およびPt薄膜を介してエピタ
キシャル成長させることができた。なお、この実施例に
おいては結晶方位の関係としてPbTiO3 (001)
//Pt(100)//MgO(100)//Si(10
0)、PbTiO3 [001]//Pt[100]//Mg
O[100]//Si[100]が得られたが、結晶方位
の関係はこれに限定されるものではなく、例えば、結晶
方位の関係がABO3 (111)//金属(111)//M
gO(111)//半導体(111)のエピタキシャルま
たは配向性の関係も可能である。
ZT)およびPb1-x Lax (Zry Ti1-y )1-x/4
O3 (PLZT)についても、Si基板上に、エピタキ
シャルMgOバッファ層およびPt薄膜を介してエピタ
キシャル成長させることができた。なお、この実施例に
おいては結晶方位の関係としてPbTiO3 (001)
//Pt(100)//MgO(100)//Si(10
0)、PbTiO3 [001]//Pt[100]//Mg
O[100]//Si[100]が得られたが、結晶方位
の関係はこれに限定されるものではなく、例えば、結晶
方位の関係がABO3 (111)//金属(111)//M
gO(111)//半導体(111)のエピタキシャルま
たは配向性の関係も可能である。
【0025】なお、上記実施例では、成膜にはエキシマ
・レーザー・デポジション法を用いたが、成膜プロセス
はこれに限定されるものではなく、Rf−マグネトロン
・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリング、
電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、イオン・プレーティ
ング、モレキュラー・ビーム・エピタキシ(MBE)、
イオン化クラスター・ビーム・エピタキシ、化学気相成
長法(CVD)、有機金属化学気相成長法(MOCV
D)、プラズマCVDなどの気相成長法およびゾルゲル
法などのウエット・プロセスが同様に有効に使用でき
る。
・レーザー・デポジション法を用いたが、成膜プロセス
はこれに限定されるものではなく、Rf−マグネトロン
・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリング、
電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、イオン・プレーティ
ング、モレキュラー・ビーム・エピタキシ(MBE)、
イオン化クラスター・ビーム・エピタキシ、化学気相成
長法(CVD)、有機金属化学気相成長法(MOCV
D)、プラズマCVDなどの気相成長法およびゾルゲル
法などのウエット・プロセスが同様に有効に使用でき
る。
【0026】
【発明の効果】本発明においては、半導体単結晶基板上
に、バッファ薄膜および金属薄膜よりなる二層構造が形
成され、これが強誘電体薄膜のエピタキシャル成長を助
け、かつ拡散バリアとしても働くので、半導体単結晶基
板上で強誘電体薄膜の配向成長が可能になる。また、金
属薄膜が形成されているので、強誘電体薄膜を使用した
素子において、金属薄膜が下部電極として働き、高機能
の不揮発性メモリーやキャパシターとして使用できる。
さらに、本発明の配向性強誘電体薄膜素子は、配向が制
御できるので、大きな残留分極値や大きな電気光学定数
等を得ることができ、また、強誘電体スイッチング素子
と半導体集積回路とを組み合わせた三次元素子の作製が
可能になる。また、強誘電体の屈折率は、一般に半導体
よりも小さいが、強誘電体と半導体間の金属薄膜によっ
て、半導体レーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ
込めることが可能になり、本発明の配向性強誘電体薄膜
素子を利用して光変調素子をGaAs系半導体基板レー
ザー素子上に作製したり、光集積回路をSi半導体集積
回路上に作製することが可能になる。
に、バッファ薄膜および金属薄膜よりなる二層構造が形
成され、これが強誘電体薄膜のエピタキシャル成長を助
け、かつ拡散バリアとしても働くので、半導体単結晶基
板上で強誘電体薄膜の配向成長が可能になる。また、金
属薄膜が形成されているので、強誘電体薄膜を使用した
素子において、金属薄膜が下部電極として働き、高機能
の不揮発性メモリーやキャパシターとして使用できる。
さらに、本発明の配向性強誘電体薄膜素子は、配向が制
御できるので、大きな残留分極値や大きな電気光学定数
等を得ることができ、また、強誘電体スイッチング素子
と半導体集積回路とを組み合わせた三次元素子の作製が
可能になる。また、強誘電体の屈折率は、一般に半導体
よりも小さいが、強誘電体と半導体間の金属薄膜によっ
て、半導体レーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ
込めることが可能になり、本発明の配向性強誘電体薄膜
素子を利用して光変調素子をGaAs系半導体基板レー
ザー素子上に作製したり、光集積回路をSi半導体集積
回路上に作製することが可能になる。
【図1】 実施例1の配向性強誘電体薄膜素子の模式的
断面図である。
断面図である。
1…GsAs単結晶基板、2…MgO薄膜、3…Pt薄
膜、4…PbTiO3薄膜。
膜、4…PbTiO3薄膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/108
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体単結晶基板上にエピタキシャルま
たは配向性のバッファ薄膜が形成され、その上にエピタ
ルシャルまたは配向性の金属薄膜が形成され、さらにそ
の上にエピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄膜が形
成されてなることを特徴とする配向性強誘電体薄膜素
子。 - 【請求項2】 前記半導体単結晶基板が、単体半導体ま
たは化合物半導体である請求項1記載の配向性強誘電体
薄膜素子。 - 【請求項3】 前記半導体単結晶基板が、SiまたはG
aAsである請求項1記載の配向性強誘電体薄膜素子。 - 【請求項4】 前記バッフア薄膜素子がMgOまたはM
gAl2 O4 である請求項1記載の配向性強誘電体薄膜
素子。 - 【請求項5】 前記金属薄膜が、Pd、Pt、Al、A
uおよびAgよりなる群から選ばれる請求項1記載の配
向性強誘電体薄膜素子。 - 【請求項6】 前記強誘電体薄膜がABO3 型ペロブス
カイトである請求項1記載の配向性強誘電体薄膜素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4358050A JPH06196648A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 配向性強誘電体薄膜素子 |
US08/547,905 US5776621A (en) | 1992-12-25 | 1995-10-25 | Oriented ferroelectric thin film element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4358050A JPH06196648A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 配向性強誘電体薄膜素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06196648A true JPH06196648A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18457282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4358050A Pending JPH06196648A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 配向性強誘電体薄膜素子 |
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Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JPH06196648A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6291292B1 (en) | 1998-10-24 | 2001-09-18 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor memory device |
JP2004158717A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-03 | Fujitsu Ltd | 薄膜積層体、その薄膜積層体を用いた電子装置及びアクチュエータ、並びにアクチュエータの製造方法 |
JPWO2004068235A1 (ja) * | 2003-01-27 | 2006-05-25 | 富士通株式会社 | 光偏向素子およびその製造方法 |
WO2007029282A1 (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Fujitsu Limited | 半導体装置とその製造方法 |
CN1314078C (zh) * | 2004-10-13 | 2007-05-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Cd(In,Ga)2O4/MgAl2O4复合衬底的材料及其制备方法 |
KR100760449B1 (ko) * | 2005-04-14 | 2007-09-20 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 광편향 소자 및 그 제조 방법 |
US7326989B2 (en) | 2002-08-29 | 2008-02-05 | Fujitsu Limited | Thin film capacitor and its manufacture method |
JP2009280441A (ja) * | 2008-05-22 | 2009-12-03 | Murata Mfg Co Ltd | 誘電体単結晶薄膜の製造方法 |
US7674634B2 (en) | 2002-11-12 | 2010-03-09 | Fujitsu Limited | Method of producing semiconductor device |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5753300A (en) * | 1995-06-19 | 1998-05-19 | Northwestern University | Oriented niobate ferroelectric thin films for electrical and optical devices and method of making such films |
US6025205A (en) * | 1997-01-07 | 2000-02-15 | Tong Yang Cement Corporation | Apparatus and methods of forming preferred orientation-controlled platinum films using nitrogen |
US6197267B1 (en) | 1997-07-25 | 2001-03-06 | International Business Machines Corporation | Catalytic reactor |
US6193832B1 (en) | 1997-07-25 | 2001-02-27 | International Business Machines Corporation | Method of making dielectric catalyst structures |
US6130182A (en) * | 1997-07-25 | 2000-10-10 | International Business Machines Corporation | Dielectric catalyst structures |
JP2000066050A (ja) * | 1998-08-19 | 2000-03-03 | Ngk Insulators Ltd | 光導波路部品の製造方法及び光導波路部品 |
US6605151B1 (en) | 1999-11-29 | 2003-08-12 | Northwestern University | Oxide thin films and composites and related methods of deposition |
US6693033B2 (en) | 2000-02-10 | 2004-02-17 | Motorola, Inc. | Method of removing an amorphous oxide from a monocrystalline surface |
JP3514207B2 (ja) * | 2000-03-15 | 2004-03-31 | 株式会社村田製作所 | 強誘電体薄膜素子ならびにセンサ、および強誘電体薄膜素子の製造方法 |
US6555946B1 (en) | 2000-07-24 | 2003-04-29 | Motorola, Inc. | Acoustic wave device and process for forming the same |
US6590236B1 (en) | 2000-07-24 | 2003-07-08 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure for use with high-frequency signals |
KR100370504B1 (ko) * | 2000-08-03 | 2003-01-30 | 한국화학연구원 | 입방형 탄화규소 완충막을 이용하여 규소 (100) 기질 위에양질의 산화마그네슘 막을 적층 성장시키는 방법 |
US6493497B1 (en) * | 2000-09-26 | 2002-12-10 | Motorola, Inc. | Electro-optic structure and process for fabricating same |
CN1483225A (zh) * | 2000-09-27 | 2004-03-17 | ���µ�����ҵ��ʽ���� | 电介质薄膜元件及使用它的执行元件、喷墨头和喷墨记录装置 |
US6638838B1 (en) | 2000-10-02 | 2003-10-28 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure including a partially annealed layer and method of forming the same |
US6680229B2 (en) * | 2001-01-26 | 2004-01-20 | Micron Technology, Inc. | Method for enhancing vertical growth during the selective formation of silicon, and structures formed using same |
US6673646B2 (en) | 2001-02-28 | 2004-01-06 | Motorola, Inc. | Growth of compound semiconductor structures on patterned oxide films and process for fabricating same |
DE10114956C2 (de) | 2001-03-27 | 2003-06-18 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Herstellen einer dielektrischen Schicht als Isolatorschicht für einen Grabenkondensator |
JP2002372641A (ja) * | 2001-06-13 | 2002-12-26 | Ngk Insulators Ltd | 光導波路の製造方法、光導波路および波長変換デバイス |
US6709989B2 (en) | 2001-06-21 | 2004-03-23 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a semiconductor structure including a metal oxide interface with silicon |
US6646293B2 (en) | 2001-07-18 | 2003-11-11 | Motorola, Inc. | Structure for fabricating high electron mobility transistors utilizing the formation of complaint substrates |
US6693298B2 (en) | 2001-07-20 | 2004-02-17 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating epitaxial semiconductor on insulator (SOI) structures and devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form same |
US6667196B2 (en) | 2001-07-25 | 2003-12-23 | Motorola, Inc. | Method for real-time monitoring and controlling perovskite oxide film growth and semiconductor structure formed using the method |
US6639249B2 (en) | 2001-08-06 | 2003-10-28 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabrication for a solid-state lighting device |
US6589856B2 (en) | 2001-08-06 | 2003-07-08 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for controlling anti-phase domains in semiconductor structures and devices |
US6673667B2 (en) | 2001-08-15 | 2004-01-06 | Motorola, Inc. | Method for manufacturing a substantially integral monolithic apparatus including a plurality of semiconductor materials |
JP4292128B2 (ja) * | 2004-09-07 | 2009-07-08 | キヤノンアネルバ株式会社 | 磁気抵抗効果素子の製造方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6355198A (ja) * | 1986-08-25 | 1988-03-09 | Nec Corp | 誘電体薄膜デバイス用基板 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3808674A (en) * | 1972-08-10 | 1974-05-07 | Westinghouse Electric Corp | Epitaxial growth of thermically expandable films and particularly anisotropic ferro-electric films |
FR2354810A1 (fr) * | 1976-06-14 | 1978-01-13 | Anvar | Couches monocristallines, procedes de fabrication de telles couches, et structures comportant une couche monocristalline |
JPS61185808A (ja) * | 1985-02-14 | 1986-08-19 | 日本電気株式会社 | 強誘電体化合物の配向薄膜の作製法 |
JPH0685450B2 (ja) * | 1986-01-13 | 1994-10-26 | 松下電器産業株式会社 | 強誘電体薄膜素子 |
JPH03262173A (ja) * | 1990-03-13 | 1991-11-21 | Nikko Kyodo Co Ltd | 酸化物薄膜デバイス |
JPH0543399A (ja) * | 1991-03-08 | 1993-02-23 | Ricoh Co Ltd | 薄膜機能部材 |
US5225031A (en) * | 1991-04-10 | 1993-07-06 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Process for depositing an oxide epitaxially onto a silicon substrate and structures prepared with the process |
US5270298A (en) * | 1992-03-05 | 1993-12-14 | Bell Communications Research, Inc. | Cubic metal oxide thin film epitaxially grown on silicon |
US5317446A (en) * | 1992-09-29 | 1994-05-31 | Eastman Kodak Company | Electrooptic device for scanning using domain reversed regions |
US5514484A (en) * | 1992-11-05 | 1996-05-07 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Oriented ferroelectric thin film |
US5323023A (en) * | 1992-12-02 | 1994-06-21 | Xerox Corporation | Epitaxial magnesium oxide as a buffer layer on (111) tetrahedral semiconductors |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP4358050A patent/JPH06196648A/ja active Pending
-
1995
- 1995-10-25 US US08/547,905 patent/US5776621A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6355198A (ja) * | 1986-08-25 | 1988-03-09 | Nec Corp | 誘電体薄膜デバイス用基板 |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6291292B1 (en) | 1998-10-24 | 2001-09-18 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor memory device |
US7326989B2 (en) | 2002-08-29 | 2008-02-05 | Fujitsu Limited | Thin film capacitor and its manufacture method |
JP2004158717A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-03 | Fujitsu Ltd | 薄膜積層体、その薄膜積層体を用いた電子装置及びアクチュエータ、並びにアクチュエータの製造方法 |
US7674634B2 (en) | 2002-11-12 | 2010-03-09 | Fujitsu Limited | Method of producing semiconductor device |
JPWO2004068235A1 (ja) * | 2003-01-27 | 2006-05-25 | 富士通株式会社 | 光偏向素子およびその製造方法 |
CN1314078C (zh) * | 2004-10-13 | 2007-05-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Cd(In,Ga)2O4/MgAl2O4复合衬底的材料及其制备方法 |
KR100760449B1 (ko) * | 2005-04-14 | 2007-09-20 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 광편향 소자 및 그 제조 방법 |
WO2007029282A1 (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Fujitsu Limited | 半導体装置とその製造方法 |
JP4801078B2 (ja) * | 2005-09-01 | 2011-10-26 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
US8263419B2 (en) | 2005-09-01 | 2012-09-11 | Fujitsu Semiconductor Limited | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
JP2009280441A (ja) * | 2008-05-22 | 2009-12-03 | Murata Mfg Co Ltd | 誘電体単結晶薄膜の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5776621A (en) | 1998-07-07 |
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