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

Publication number
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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
mgo
ferroelectric thin
substrate
oriented
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4358050A
Other languages
English (en)
Inventor
Keiichi Nashimoto
恵一 梨本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP4358050A priority Critical patent/JPH06196648A/ja
Publication of JPH06196648A publication Critical patent/JPH06196648A/ja
Priority to US08/547,905 priority patent/US5776621A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors
    • H01L28/55Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/131Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by using epitaxial growth
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/132Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by deposition of thin films
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/22Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314Inorganic layers
    • H01L21/316Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31691Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass with perovskite structure
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/055Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect the active material being a ceramic
    • G02F1/0553Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect the active material being a ceramic specially adapted for gating or modulating in optical waveguides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02197Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10S428/901Printed circuit
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/70High TC, above 30 k, superconducting device, article, or structured stock
    • Y10S505/701Coated or thin film device, i.e. active or passive
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24802Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]
    • Y10T428/24926Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.] including ceramic, glass, porcelain or quartz layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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 4 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

【発明の詳細な説明】
【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。
【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 3 (P
LZT)、LiNbO3 、KNbO3 、Bi4 Ti3
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。
【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
2 4 (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 4 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。
【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。
【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 4 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。
【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 4 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。
【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 4 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-y1-x/4 3 (PLZ
T)、LiNbO3 、KNbO3 、Bi4 Ti3 12
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。
【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
3 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。
【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、
2 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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
2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。
【0024】また、同様にしてPb1-x Tix 3 (P
ZT)およびPb1-x Lax (Zry Ti1-y 1-x/4
3 (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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【符号の説明】
1…GsAs単結晶基板、2…MgO薄膜、3…Pt薄
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【請求項4】 前記バッフア薄膜素子がMgOまたはM
    gAl2 4 である請求項1記載の配向性強誘電体薄膜
    素子。
  5. 【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。
  6. 【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。
JP4358050A 1992-12-25 1992-12-25 配向性強誘電体薄膜素子 Pending JPH06196648A (ja)

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
JP4358050A Pending JPH06196648A (ja) 1992-12-25 1992-12-25 配向性強誘電体薄膜素子

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5776621A (ja)
JP (1) JPH06196648A (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH06196648A (ja) 配向性強誘電体薄膜素子
US5514484A (en) Oriented ferroelectric thin film
JP4221765B2 (ja) 光集積化酸化物装置および光集積化酸化物装置の製造方法
JP2924574B2 (ja) 配向性強誘電体薄膜素子
US7020374B2 (en) Optical waveguide structure and method for fabricating the same
EP0661754B1 (en) Structure comprising a ferroelectric crystal thin film, its production method and a device using said structure
US5919515A (en) Ferroelectric thin film, electric device and method for preparing ferroelectric thin film
US6709776B2 (en) Multilayer thin film and its fabrication process as well as electron device
US6563118B2 (en) Pyroelectric device on a monocrystalline semiconductor substrate and process for fabricating same
US6278138B1 (en) Silicon-based functional matrix substrate and optical integrated oxide device
EP0600658A2 (en) Epitaxial magnesium oxide as a buffer layer on (111)tetrahedral semiconductors
KR100827216B1 (ko) 마이크로 전자공학 압전 구조체
JP3047316B2 (ja) エピタキシャル強誘電体薄膜素子およびその作製方法
US20020006733A1 (en) Multilayer thin film and its fabrication process as well as electron device
JP2864912B2 (ja) 配向性強誘電体薄膜
JP3095944B2 (ja) 酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子
WO2002009159A2 (en) Thin-film metallic oxide structure and process for fabricating same
JPH10120494A (ja) 強誘電体薄膜の製造方法
JPH1117126A (ja) 強誘電体膜の堆積方法および強誘電体キャパシタ素子
EP0544399A2 (en) Epitaxial magnesium oxide as a buffer layer for formation of subsequent layers on tetrahedral semiconductors
JPH07330487A (ja) 酸化物薄膜の作製方法
JPH06151602A (ja) 配向性強誘電体薄膜の作製方法
JP2889463B2 (ja) 配向性強誘電体薄膜素子
JP3199091B2 (ja) 配向性薄膜の積層体
JP3513532B2 (ja) 光スイッチング素子