JPH06338598A - 誘電体薄膜構造物及びその製造方法 - Google Patents
誘電体薄膜構造物及びその製造方法Info
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- JPH06338598A JPH06338598A JP5128759A JP12875993A JPH06338598A JP H06338598 A JPH06338598 A JP H06338598A JP 5128759 A JP5128759 A JP 5128759A JP 12875993 A JP12875993 A JP 12875993A JP H06338598 A JPH06338598 A JP H06338598A
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Landscapes
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- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 強誘電体薄膜が常誘電体薄膜によって挟まれ
ている積層構造としたことにより、誘電体薄膜の分極反
転の繰り返しによる疲労劣化を防ぐ。 【構成】 基板１上に第１層として常誘電体層、第２層
としてＰＬＺＴ層、第３層として常誘電体層で構成す
る。基板１としては、酸化マグネシウム等の誘電体薄膜
とエピタキシャル関係にあるものを用いる。基板１の上
には第１層としてペロブスカイト型常誘電体のうちＳｒ
ＴｉＯ3 薄膜２を形成し、このＳｒＴｉＯ 3 薄膜２の上
に第２層としてペロブスカイト型強誘電体のＰＬＺＴ薄
膜３を形成し、該ＰＬＺＴ薄膜３の上に第３層としてペ
ロブスカイト型常誘電体のＳｒＴｉＯ3 薄膜４を形成す
る。ＰＬＺＴ薄膜３は電極または基板１と直接接するこ
とがなくなり、強誘電体ＰＬＺＴ薄膜３の電界の繰り返
しによって引き起こされる電気特性の低下を抑えること
ができる。
ている積層構造としたことにより、誘電体薄膜の分極反
転の繰り返しによる疲労劣化を防ぐ。 【構成】 基板１上に第１層として常誘電体層、第２層
としてＰＬＺＴ層、第３層として常誘電体層で構成す
る。基板１としては、酸化マグネシウム等の誘電体薄膜
とエピタキシャル関係にあるものを用いる。基板１の上
には第１層としてペロブスカイト型常誘電体のうちＳｒ
ＴｉＯ3 薄膜２を形成し、このＳｒＴｉＯ 3 薄膜２の上
に第２層としてペロブスカイト型強誘電体のＰＬＺＴ薄
膜３を形成し、該ＰＬＺＴ薄膜３の上に第３層としてペ
ロブスカイト型常誘電体のＳｒＴｉＯ3 薄膜４を形成す
る。ＰＬＺＴ薄膜３は電極または基板１と直接接するこ
とがなくなり、強誘電体ＰＬＺＴ薄膜３の電界の繰り返
しによって引き起こされる電気特性の低下を抑えること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、誘電体薄膜の構造及び
その製造方法に関する。さらに詳しくは、特定構造の積
層体を用いた誘電体薄膜の構造及びその製造方法に関す
る。
その製造方法に関する。さらに詳しくは、特定構造の積
層体を用いた誘電体薄膜の構造及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年注目されている薄膜材料にＡＢＯ3
で構成されるペロブスカイト型構造を有する誘電体材料
がある。ＡＢＯ3 としてＡサイトがＰｂ、Ｂａ、Ｓｒま
たはＬａの少なくとも１種、ＢサイトがＴｉおよびＺｒ
のうち少なくとも１種の元素を含むものが挙げられ、そ
のうちＰｂＴｉＯ3 系、ＢａＴｉＯ3 系に代表される強
誘電体材料が広く知られている。これらは優れた強誘電
性、圧電性、焦電性、電気光学特性等を示し、これを利
用したセンサやフィルタなど種々の機能デバイスが検討
されている。特に半導体ＩＣの分野においては新しいデ
バイス、ＤＲＡＭおよび不揮発性メモリーへの応用が期
待されている。
で構成されるペロブスカイト型構造を有する誘電体材料
がある。ＡＢＯ3 としてＡサイトがＰｂ、Ｂａ、Ｓｒま
たはＬａの少なくとも１種、ＢサイトがＴｉおよびＺｒ
のうち少なくとも１種の元素を含むものが挙げられ、そ
のうちＰｂＴｉＯ3 系、ＢａＴｉＯ3 系に代表される強
誘電体材料が広く知られている。これらは優れた強誘電
性、圧電性、焦電性、電気光学特性等を示し、これを利
用したセンサやフィルタなど種々の機能デバイスが検討
されている。特に半導体ＩＣの分野においては新しいデ
バイス、ＤＲＡＭおよび不揮発性メモリーへの応用が期
待されている。
【０００３】ＤＲＡＭをはじめとする半導体を用いたメ
モリに関する研究開発は近年盛んに行われており、その
高密度化のかなめとなる技術として、微細加工技術とと
もにキャパシターの構成材料となる高誘電率誘電体薄膜
の開発があげられている。高誘電率材料としてＳｒＴｉ
Ｏ3 などが知られているが、特に鉛系の強誘電体である
Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 や（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚ
ｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）
（以下これらをＰＬＺＴと呼ぶ）は、比誘電率１０００
以上の高い値を示し、かつ印加した電界を切った状態で
も高い残留分極を保持する。このような優れた強誘電性
から、ＤＲＡＭだけでなく不揮発メモリーへの応用も考
えられている。これらの誘電体は結晶方向によってその
電気的特性が異なり、それぞれの応用を考慮した結晶配
向膜を形成することにより、各種特性を最大限に引き出
すことができる。これらＰＬＺＴを結晶性よく薄膜化す
ることによって高集積化メモリセルを実現することが可
能となり、ｒｆスパッタ、イオンビームスパッタ、ゾル
・ゲル、ＣＶＤおよびレーザアブレーション法などの方
法を用いて、ＰＬＺＴ薄膜作製に関する研究が現在勢力
的に行われている。
モリに関する研究開発は近年盛んに行われており、その
高密度化のかなめとなる技術として、微細加工技術とと
もにキャパシターの構成材料となる高誘電率誘電体薄膜
の開発があげられている。高誘電率材料としてＳｒＴｉ
Ｏ3 などが知られているが、特に鉛系の強誘電体である
Ｐｂ（Ｚｒx Ｔｉ1-x ）Ｏ3 や（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚ
ｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）
（以下これらをＰＬＺＴと呼ぶ）は、比誘電率１０００
以上の高い値を示し、かつ印加した電界を切った状態で
も高い残留分極を保持する。このような優れた強誘電性
から、ＤＲＡＭだけでなく不揮発メモリーへの応用も考
えられている。これらの誘電体は結晶方向によってその
電気的特性が異なり、それぞれの応用を考慮した結晶配
向膜を形成することにより、各種特性を最大限に引き出
すことができる。これらＰＬＺＴを結晶性よく薄膜化す
ることによって高集積化メモリセルを実現することが可
能となり、ｒｆスパッタ、イオンビームスパッタ、ゾル
・ゲル、ＣＶＤおよびレーザアブレーション法などの方
法を用いて、ＰＬＺＴ薄膜作製に関する研究が現在勢力
的に行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＰＬＺＴは上述したよ
うに高い比誘電率を有しかつ優れた強誘電特性から各種
応用が考えられているが、ＰＬＺＴ薄膜に電界を繰り返
してかけていくうちに、薄膜が初期に維持していた特
性、特に比誘電率と残留分極特性が低下するといったい
わゆる膜の疲労劣化の問題が以前から指摘されていた。
これはＰＬＺＴ薄膜に高速度で電界のオン・オフを繰り
返しを行うメモリへの応用を考えた場合、実用化に対し
て大きな障害となっている。
うに高い比誘電率を有しかつ優れた強誘電特性から各種
応用が考えられているが、ＰＬＺＴ薄膜に電界を繰り返
してかけていくうちに、薄膜が初期に維持していた特
性、特に比誘電率と残留分極特性が低下するといったい
わゆる膜の疲労劣化の問題が以前から指摘されていた。
これはＰＬＺＴ薄膜に高速度で電界のオン・オフを繰り
返しを行うメモリへの応用を考えた場合、実用化に対し
て大きな障害となっている。
【０００５】このほか多元素からなる複合酸化物である
ＰＬＺＴ薄膜の作製においては、それぞれの元素の物性
の違い、特にZrとPbの親和力の悪さやPbの蒸気圧の高さ
などから理想的な組成を有する薄膜を再現性よく形成す
ることが難しい。また従来の方法ではペロブスカイト型
ＰＬＺＴ薄膜の形成には基板温度を６００℃近くまで上
げる、もしくはそれ以下の基板温度で薄膜を形成した後
８００℃近い温度で熱処理をすることが必要であった。
しかし半導体を用いたメモリなどへの応用を考えた場
合、５００℃以上の高温で生じる基板の半導体中に形成
されているトランジスタ部や配線に用いるＡｌの熱拡散
から来る問題があり、低い基板温度でＰＬＺＴ薄膜を形
成することが望まれていた。
ＰＬＺＴ薄膜の作製においては、それぞれの元素の物性
の違い、特にZrとPbの親和力の悪さやPbの蒸気圧の高さ
などから理想的な組成を有する薄膜を再現性よく形成す
ることが難しい。また従来の方法ではペロブスカイト型
ＰＬＺＴ薄膜の形成には基板温度を６００℃近くまで上
げる、もしくはそれ以下の基板温度で薄膜を形成した後
８００℃近い温度で熱処理をすることが必要であった。
しかし半導体を用いたメモリなどへの応用を考えた場
合、５００℃以上の高温で生じる基板の半導体中に形成
されているトランジスタ部や配線に用いるＡｌの熱拡散
から来る問題があり、低い基板温度でＰＬＺＴ薄膜を形
成することが望まれていた。
【０００６】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、誘電体薄膜の分極反転の繰り返しによる疲労劣化を
防ぐ構造を提供し、またその製造方法としてデバイス作
製プロセスを考慮した基板温度以下で形成させメモリ用
素子などの応用に耐えうる高品質の誘電体薄膜の製造方
法を提供することを目的とする。
で、誘電体薄膜の分極反転の繰り返しによる疲労劣化を
防ぐ構造を提供し、またその製造方法としてデバイス作
製プロセスを考慮した基板温度以下で形成させメモリ用
素子などの応用に耐えうる高品質の誘電体薄膜の製造方
法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の誘電体薄膜構造物は、常誘電体
薄膜と強誘電体薄膜との積層構造物であって、少なくと
も強誘電体薄膜が常誘電体薄膜によって挟まれているこ
とを特徴とする。
め、本発明の第１番目の誘電体薄膜構造物は、常誘電体
薄膜と強誘電体薄膜との積層構造物であって、少なくと
も強誘電体薄膜が常誘電体薄膜によって挟まれているこ
とを特徴とする。
【０００８】前記構成においては、基板上に第１層とし
てペロブスカイト型常誘電体薄膜と、前記第１層の上に
第２層としてペロブスカイト型強誘電体薄膜と、前記第
２層の上に第３層としてペロブスカイト型常誘電体薄膜
とを備えていることが好ましい。
てペロブスカイト型常誘電体薄膜と、前記第１層の上に
第２層としてペロブスカイト型強誘電体薄膜と、前記第
２層の上に第３層としてペロブスカイト型常誘電体薄膜
とを備えていることが好ましい。
【０００９】また前記構成においては、第１層及び第３
層のペロブスカイト型常誘電体がＳｒＴｉＯ3 であり、
第２層のペロブスカイト型強誘電体が（Ｐｂ1-x Ｌ
ａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ただし、０≦ｘ
＜１、０＜ｙ＜１）であることが好ましい。
層のペロブスカイト型常誘電体がＳｒＴｉＯ3 であり、
第２層のペロブスカイト型強誘電体が（Ｐｂ1-x Ｌ
ａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ただし、０≦ｘ
＜１、０＜ｙ＜１）であることが好ましい。
【００１０】次に本発明の第２番目の誘電体薄膜構造物
は、基板上の第１層が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ
3 （０≦ｘ＜１）の組成で構成されるペロブスカイト型
誘電体薄膜であり、前記第１層の上の第２層が（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y）1-x/4 Ｏ3 （ただし、
０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の組成で構成されるペロブス
カイト型誘電体薄膜、前記第２層の上の第３層が（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4Ｏ3 （０≦ｘ＜１）の組成で構
成されるペロブスカイト型誘電体薄膜であるという構成
を備えたものである。前記第１〜２番目の構成において
は、誘電体薄膜構造物を構成する第１および第３層の膜
厚が、各々５０オングストローム以下であることが好ま
しい。
は、基板上の第１層が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ
3 （０≦ｘ＜１）の組成で構成されるペロブスカイト型
誘電体薄膜であり、前記第１層の上の第２層が（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y）1-x/4 Ｏ3 （ただし、
０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の組成で構成されるペロブス
カイト型誘電体薄膜、前記第２層の上の第３層が（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4Ｏ3 （０≦ｘ＜１）の組成で構
成されるペロブスカイト型誘電体薄膜であるという構成
を備えたものである。前記第１〜２番目の構成において
は、誘電体薄膜構造物を構成する第１および第３層の膜
厚が、各々５０オングストローム以下であることが好ま
しい。
【００１１】次に本発明の誘電体薄膜構造物の製造方法
は、基板温度を５００℃以下に保ち、荷電粒子、中性粒
子ビーム及び紫外線光から選ばれるエネルギー手段をタ
ーゲットに照射することにより、基板上に常誘電体もし
くは（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ 1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１）
の組成で構成される誘電体薄膜を形成し、次いで強誘電
体薄膜を形成し、しかる後常誘電体薄膜を形成すること
を特徴とする。
は、基板温度を５００℃以下に保ち、荷電粒子、中性粒
子ビーム及び紫外線光から選ばれるエネルギー手段をタ
ーゲットに照射することにより、基板上に常誘電体もし
くは（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ 1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１）
の組成で構成される誘電体薄膜を形成し、次いで強誘電
体薄膜を形成し、しかる後常誘電体薄膜を形成すること
を特徴とする。
【００１２】
【作用】前記本発明の構成によれば、強誘電体薄膜が常
誘電体薄膜によって挟まれている積層構造であることに
より、誘電体薄膜の分極反転の繰り返しによる疲労劣化
を防ぐことができる。すなわち、基板および電極との界
面における強誘電体薄膜の結晶性の劣化が原因の一つと
される疲労による強誘電特性の低下を界面に常誘電体薄
膜や（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （Ｏ≦ｘ＜１）
薄膜（以下これをＰＬＴ薄膜と呼ぶ）などの疲労の起こ
りにくい層を介在させることにより、誘電体薄膜の特性
を長期間にわたって維持することができる。
誘電体薄膜によって挟まれている積層構造であることに
より、誘電体薄膜の分極反転の繰り返しによる疲労劣化
を防ぐことができる。すなわち、基板および電極との界
面における強誘電体薄膜の結晶性の劣化が原因の一つと
される疲労による強誘電特性の低下を界面に常誘電体薄
膜や（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （Ｏ≦ｘ＜１）
薄膜（以下これをＰＬＴ薄膜と呼ぶ）などの疲労の起こ
りにくい層を介在させることにより、誘電体薄膜の特性
を長期間にわたって維持することができる。
【００１３】前記発明の構成において、常誘電薄膜やＰ
ＬＴ薄膜の膜厚が５０オングストローム以下であるとい
う好ましい構成によれば、ＰＬＺＴ薄膜などの強誘電体
薄膜の電気特性に影響を及ぼすことはない。
ＬＴ薄膜の膜厚が５０オングストローム以下であるとい
う好ましい構成によれば、ＰＬＺＴ薄膜などの強誘電体
薄膜の電気特性に影響を及ぼすことはない。
【００１４】また前記誘電体薄膜構造物を１ｋｅＶ程度
の運動エネルギーを有するイオンもしくは中性粒子によ
り５×１０-4Torr以下の真空中でターゲットをスパッタ
リングすることにより、またはターゲットに紫外線光を
照射することにより、基板に飛来する粒子の運動エネル
ギーも比較的高くすることができ５００℃以下の低い基
板温度でも高品質の誘電体薄膜の形成ができる。またこ
の方法では、ターゲットとして誘電体薄膜を構成する元
素を単体もしくは複数含有したものを複数個設置するこ
とにより多層膜形成の容易な製造方法とすることができ
る。
の運動エネルギーを有するイオンもしくは中性粒子によ
り５×１０-4Torr以下の真空中でターゲットをスパッタ
リングすることにより、またはターゲットに紫外線光を
照射することにより、基板に飛来する粒子の運動エネル
ギーも比較的高くすることができ５００℃以下の低い基
板温度でも高品質の誘電体薄膜の形成ができる。またこ
の方法では、ターゲットとして誘電体薄膜を構成する元
素を単体もしくは複数含有したものを複数個設置するこ
とにより多層膜形成の容易な製造方法とすることができ
る。
【００１５】
【実施例】以下本発明の一実施例における誘電体薄膜の
構造および製造方法について、図面を参照しながら説明
する。
構造および製造方法について、図面を参照しながら説明
する。
【００１６】（実施例１）図１に本発明にかかる誘電体
薄膜構造物の一実施例を示す。本誘電体薄膜の基板１と
しては、誘電体薄膜とエピタキシャル関係にあるものを
もちいることにより配向した結晶性薄膜を得ることがで
き、具体的には酸化マグネシウム、サファイア（α−Ａ
ｌ2 Ｏ3 ）、チタン酸ストロンチウム等の単結晶の基板
や、これらの基板に加えて半導体などの表面に白金など
の電極を配向させて蒸着したものを用いた。基板１の上
には第１層としてペロブスカイト型常誘電体のうちＳｒ
ＴｉＯ3 薄膜２を形成し、このＳｒＴｉＯ3 薄膜２の上
に第２層としてペロブスカイト型強誘電体のＰＬＺＴ薄
膜３を形成し、該ＰＬＺＴ薄膜３の上に第３層としてペ
ロブスカイト型常誘電体のＳｒＴｉＯ3 薄膜４を形成し
た。このように強誘電体ＰＬＺＴ薄膜３を常誘電体Ｓｒ
ＴｉＯ3 薄膜２および４ではさむことにより、ＰＬＺＴ
薄膜３は電極または基板１と直接接することがなくな
り、電極や基板１との界面での結晶性劣化が原因の一つ
である強誘電体ＰＬＺＴ薄膜３の電界の繰り返しによっ
て引き起こされる電気特性の低下を抑えることができ
た。
薄膜構造物の一実施例を示す。本誘電体薄膜の基板１と
しては、誘電体薄膜とエピタキシャル関係にあるものを
もちいることにより配向した結晶性薄膜を得ることがで
き、具体的には酸化マグネシウム、サファイア（α−Ａ
ｌ2 Ｏ3 ）、チタン酸ストロンチウム等の単結晶の基板
や、これらの基板に加えて半導体などの表面に白金など
の電極を配向させて蒸着したものを用いた。基板１の上
には第１層としてペロブスカイト型常誘電体のうちＳｒ
ＴｉＯ3 薄膜２を形成し、このＳｒＴｉＯ3 薄膜２の上
に第２層としてペロブスカイト型強誘電体のＰＬＺＴ薄
膜３を形成し、該ＰＬＺＴ薄膜３の上に第３層としてペ
ロブスカイト型常誘電体のＳｒＴｉＯ3 薄膜４を形成し
た。このように強誘電体ＰＬＺＴ薄膜３を常誘電体Ｓｒ
ＴｉＯ3 薄膜２および４ではさむことにより、ＰＬＺＴ
薄膜３は電極または基板１と直接接することがなくな
り、電極や基板１との界面での結晶性劣化が原因の一つ
である強誘電体ＰＬＺＴ薄膜３の電界の繰り返しによっ
て引き起こされる電気特性の低下を抑えることができ
た。
【００１７】なお薄膜２および４の常誘電体薄膜の代わ
りに、強誘電性を示すＰＬＴ薄膜を用いた場合もＰＬＴ
薄膜がＰＬＺＴ薄膜よりも強誘電性が劣るため、電極と
の界面での結晶性劣化が少なく、電気特性低下を抑える
ことができた。
りに、強誘電性を示すＰＬＴ薄膜を用いた場合もＰＬＴ
薄膜がＰＬＺＴ薄膜よりも強誘電性が劣るため、電極と
の界面での結晶性劣化が少なく、電気特性低下を抑える
ことができた。
【００１８】これらの常誘電薄膜またはＰＬＴ薄膜２お
よび４の膜厚としてはＰＬＺＴ薄膜３の電気特性に影響
を及ぼさない点から５０オングストローム以下であるの
が好ましい。
よび４の膜厚としてはＰＬＺＴ薄膜３の電気特性に影響
を及ぼさない点から５０オングストローム以下であるの
が好ましい。
【００１９】（実施例２）図２に本発明にかかる薄膜形
成装置の一実施例を示す。本形成装置の主たる堆積機構
として、イオン源５、６、７および８による最大４元の
イオンビームスパッタ機構を有しており、それに対応し
てターゲット９、１０、１１および１２を設置する。イ
オンビーム電流の制御およびシャッタリングによって、
誘電体薄膜１３の組成および構造制御を行うことができ
る。ペロブスカイト構造の結晶性薄膜を成長させる基板
１としては、酸化マグネシウム、サファイア（α−Ａｌ
2 Ｏ 3 ）チタン酸ストロンチウム等の単結晶の基板やシ
リコン単結晶基板の上部に白金を配向させて蒸着着たも
のなどが有効である。なおターゲットを照射する粒子と
してイオンを一旦中性化したものを用いると、金属以外
のターゲットを使用した場合有効であった。このほかイ
オン源の代わりに５、６、７及び８から紫外線光を入射
させることによってターゲットをスパッタする方法にす
ると、イオンによる照射の場合と違い形成槽内の真空度
をはじめとする雰囲気を自由に変えることができ、超高
真空中、または低真空中で誘電体薄膜を形成する場合有
効であった。
成装置の一実施例を示す。本形成装置の主たる堆積機構
として、イオン源５、６、７および８による最大４元の
イオンビームスパッタ機構を有しており、それに対応し
てターゲット９、１０、１１および１２を設置する。イ
オンビーム電流の制御およびシャッタリングによって、
誘電体薄膜１３の組成および構造制御を行うことができ
る。ペロブスカイト構造の結晶性薄膜を成長させる基板
１としては、酸化マグネシウム、サファイア（α−Ａｌ
2 Ｏ 3 ）チタン酸ストロンチウム等の単結晶の基板やシ
リコン単結晶基板の上部に白金を配向させて蒸着着たも
のなどが有効である。なおターゲットを照射する粒子と
してイオンを一旦中性化したものを用いると、金属以外
のターゲットを使用した場合有効であった。このほかイ
オン源の代わりに５、６、７及び８から紫外線光を入射
させることによってターゲットをスパッタする方法にす
ると、イオンによる照射の場合と違い形成槽内の真空度
をはじめとする雰囲気を自由に変えることができ、超高
真空中、または低真空中で誘電体薄膜を形成する場合有
効であった。
【００２０】図２に示す装置を用いて誘電体薄膜の製造
方法について述べる。基板１として酸化マグネシウムMg
O(100)単結晶基板および単結晶Si上部にPt(111) に蒸着
したものを用いた。ターゲット９、１０、１１および１
２にはそれぞれPb、Sr、ZrおよびTiの金属ターゲットを
用い、イオン源５、６、７および８によりアルゴンイオ
ンビームを照射して、基板１上にスパッタリング蒸着す
る。このときの基板表面の温度は４５０℃に保持し、形
成槽内には酸化性ガスを減圧下で流しており、形成する
誘電体薄膜が十分酸化するようにした。なお基板表面に
イオンビーム照射および紫外線照射を行うと更に基板温
度を下げることが可能であった。
方法について述べる。基板１として酸化マグネシウムMg
O(100)単結晶基板および単結晶Si上部にPt(111) に蒸着
したものを用いた。ターゲット９、１０、１１および１
２にはそれぞれPb、Sr、ZrおよびTiの金属ターゲットを
用い、イオン源５、６、７および８によりアルゴンイオ
ンビームを照射して、基板１上にスパッタリング蒸着す
る。このときの基板表面の温度は４５０℃に保持し、形
成槽内には酸化性ガスを減圧下で流しており、形成する
誘電体薄膜が十分酸化するようにした。なお基板表面に
イオンビーム照射および紫外線照射を行うと更に基板温
度を下げることが可能であった。
【００２１】まず第１層を形成するためSrおよびTiター
ゲットにそれぞれArイオンビームを照射し、膜厚約３０
オングストロームのＳｒＴｉＯ3 薄膜２を形成した。ひ
きつづきPb,Zr,及びTiターゲットによるイオンビームス
パッタを行い、ＳｒＴｉＯ3薄膜２の上に（Ｐｂ1-x Ｌ
ａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 (x=0,y=50)の組成
を有する約７００オングストロームのＰＬＺＴ薄膜３を
形成した。この後引続きＰＬＺＴ薄膜３の上にＳｒＴｉ
Ｏ3 薄膜４を形成した。
ゲットにそれぞれArイオンビームを照射し、膜厚約３０
オングストロームのＳｒＴｉＯ3 薄膜２を形成した。ひ
きつづきPb,Zr,及びTiターゲットによるイオンビームス
パッタを行い、ＳｒＴｉＯ3薄膜２の上に（Ｐｂ1-x Ｌ
ａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 (x=0,y=50)の組成
を有する約７００オングストロームのＰＬＺＴ薄膜３を
形成した。この後引続きＰＬＺＴ薄膜３の上にＳｒＴｉ
Ｏ3 薄膜４を形成した。
【００２２】図３は(100)MgOに(100)Pt を蒸着した基板
上に形成した誘電体薄膜構造物のＸ線回折強度を示す図
である。(100) に配向したＳｒＴｉＯ3 及び(001) に配
向したＰＬＺＴ薄膜の形成が確認できた。
上に形成した誘電体薄膜構造物のＸ線回折強度を示す図
である。(100) に配向したＳｒＴｉＯ3 及び(001) に配
向したＰＬＺＴ薄膜の形成が確認できた。
【００２３】図４はMgO(100)基板上に形成した誘電体薄
膜構造物の分極反転特性を示す図である。このときの残
留分極は２０μC/cm2 の良好な強誘電特性を示してお
り、また比誘電率は８００以上の値を示した。この後、
周波数1kHz、7Vの交流を誘電体薄膜にかけ、１０8 回分
極反転を行ったがＰＬＺＴのみの誘電体薄膜の場合残留
分極および比誘電率はそれぞれ３０％以上の特性低下が
おこるが、誘電体薄膜の上部電極および下部電極との間
にＳｒＴｉＯ3 薄膜２および４を形成した本実施例の構
成を採ることにより、残留分極および比誘電率の１０％
以上の特性低下はみられなかった。
膜構造物の分極反転特性を示す図である。このときの残
留分極は２０μC/cm2 の良好な強誘電特性を示してお
り、また比誘電率は８００以上の値を示した。この後、
周波数1kHz、7Vの交流を誘電体薄膜にかけ、１０8 回分
極反転を行ったがＰＬＺＴのみの誘電体薄膜の場合残留
分極および比誘電率はそれぞれ３０％以上の特性低下が
おこるが、誘電体薄膜の上部電極および下部電極との間
にＳｒＴｉＯ3 薄膜２および４を形成した本実施例の構
成を採ることにより、残留分極および比誘電率の１０％
以上の特性低下はみられなかった。
【００２４】以上のように本発明の実施例では、基板上
の第１層として常誘電体もしくはＰＬＴ層、第２層とし
てＰＬＺＴ層、第３層として常誘電体もしくはＰＬＴ層
とする構造によって、誘電体薄膜の分極反転の繰り返し
による特性低下を防ぐ構造とすることが出来た。このよ
うな多層構造の誘電体薄膜を形成する方法として、基板
温度を５００℃以下とし、複数のターゲットにイオンビ
ーム、中性粒子ビ−ムもしくは紫外線光を照射すること
によって高品質の誘電体薄膜を製造することが出来た。
の第１層として常誘電体もしくはＰＬＴ層、第２層とし
てＰＬＺＴ層、第３層として常誘電体もしくはＰＬＴ層
とする構造によって、誘電体薄膜の分極反転の繰り返し
による特性低下を防ぐ構造とすることが出来た。このよ
うな多層構造の誘電体薄膜を形成する方法として、基板
温度を５００℃以下とし、複数のターゲットにイオンビ
ーム、中性粒子ビ−ムもしくは紫外線光を照射すること
によって高品質の誘電体薄膜を製造することが出来た。
【００２５】
【発明の効果】以上説明した通り、前記本発明によれ
ば、強誘電体薄膜が常誘電体薄膜によって挟まれている
積層構造であることにより、誘電体薄膜の分極反転の繰
り返しによる疲労劣化を防ぐことができる。すなわち、
基板および電極との界面における強誘電体薄膜の結晶性
の劣化が原因の一つとされる疲労による強誘電特性の低
下を界面に常誘電体薄膜や（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ
1-x/4 Ｏ3 （Ｏ≦ｘ＜１）薄膜（以下これをＰＬＴ薄膜
と呼ぶ）などの疲労の起こりにくい層を介在させること
により、誘電体薄膜の特性を長期間にわたって維持する
ことができる。
ば、強誘電体薄膜が常誘電体薄膜によって挟まれている
積層構造であることにより、誘電体薄膜の分極反転の繰
り返しによる疲労劣化を防ぐことができる。すなわち、
基板および電極との界面における強誘電体薄膜の結晶性
の劣化が原因の一つとされる疲労による強誘電特性の低
下を界面に常誘電体薄膜や（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ
1-x/4 Ｏ3 （Ｏ≦ｘ＜１）薄膜（以下これをＰＬＴ薄膜
と呼ぶ）などの疲労の起こりにくい層を介在させること
により、誘電体薄膜の特性を長期間にわたって維持する
ことができる。
【００２６】次に本発明の製造方法によれば、基板温度
を５００℃以下に保ち、荷電粒子、中性粒子ビーム及び
紫外線光から選ばれるエネルギー手段をターゲットに照
射することにより、基板上に強誘電体薄膜を形成し、次
いで常誘電体薄膜を形成し、しかる後強誘電体薄膜を形
成することにより、効率良く合理的に誘電体薄膜構造物
を得ることができる。
を５００℃以下に保ち、荷電粒子、中性粒子ビーム及び
紫外線光から選ばれるエネルギー手段をターゲットに照
射することにより、基板上に強誘電体薄膜を形成し、次
いで常誘電体薄膜を形成し、しかる後強誘電体薄膜を形
成することにより、効率良く合理的に誘電体薄膜構造物
を得ることができる。
【図１】本発明の一実施例における誘電体薄膜構造物の
構成断面図。
構成断面図。
【図２】本発明の一実施例における誘電体薄膜の製造方
法に用いる薄膜形成装置の構成断面図。
法に用いる薄膜形成装置の構成断面図。
【図３】本発明の一実施例における誘電体薄膜の製造方
法により(100)MgOに(100)Pt を蒸着した基板上に形成さ
れた誘電体薄膜構造物のＸ線回折強度を示す図。
法により(100)MgOに(100)Pt を蒸着した基板上に形成さ
れた誘電体薄膜構造物のＸ線回折強度を示す図。
【図４】本発明の一実施例における誘電体薄膜の製造方
法により形成された誘電体薄膜構造物の分極反転特性を
示す図。
法により形成された誘電体薄膜構造物の分極反転特性を
示す図。
１ 基板 ２ ＳｒＴｉＯ3 薄膜 ３ ＰＬＺＴ薄膜 ４ ＳｒＴｉＯ3 薄膜 ５ イオン源 ６ イオン源 ７ イオン源 ８ イオン源 ９ ターゲット １０ ターゲット １１ ターゲット １２ ターゲット
Claims (6)
- 【請求項１】 常誘電体薄膜と強誘電体薄膜との積層構
造物であって、少なくとも強誘電体薄膜が常誘電体薄膜
によって挟まれていることを特徴とする誘電体薄膜構造
物。 - 【請求項２】 基板上に第１層としてペロブスカイト型
常誘電体薄膜と、前記第１層の上に第２層としてペロブ
スカイト型強誘電体薄膜と、前記第２層の上に第３層と
してペロブスカイト型常誘電体薄膜とを備えた請求項１
に記載の誘電体薄膜構造物。 - 【請求項３】 第１層及び第３層のペロブスカイト型常
誘電体がＳｒＴｉＯ3であり、第２層のペロブスカイト
型強誘電体が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ 1-y ）
1-x/4 Ｏ3 （ただし、０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）である
請求項２に記載の誘電体薄膜構造物。 - 【請求項４】 基板上の第１層が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔ
ｉ1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１）の組成で構成されるペロブ
スカイト型誘電体薄膜であり、前記第１層の上の第２層
が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ
3 （ただし、０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の組成で構成さ
れるペロブスカイト型誘電体薄膜、前記第２層の上の第
３層が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１）の組成で構成されるペロブスカイト型誘電体薄膜で
ある誘電体薄膜構造物。 - 【請求項５】 誘電体薄膜構造物を構成する第１および
第３層の膜厚が、各々５０オングストローム以下である
請求項２、３または４に記載の誘電体薄膜構造物。 - 【請求項６】 基板温度を５００℃以下に保ち、荷電粒
子、中性粒子ビーム及び紫外線光から選ばれるエネルギ
ー手段をターゲットに照射することにより、基板上に常
誘電体もしくは（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （０
≦ｘ＜１）の組成で構成される誘電体薄膜を形成し、次
いで強誘電体薄膜を形成し、しかる後常誘電体薄膜を形
成することを特徴とする誘電体薄膜構造物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5128759A JPH06338598A (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | 誘電体薄膜構造物及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5128759A JPH06338598A (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | 誘電体薄膜構造物及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06338598A true JPH06338598A (ja) | 1994-12-06 |
Family
ID=14992767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5128759A Pending JPH06338598A (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | 誘電体薄膜構造物及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06338598A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100275120B1 (ko) * | 1997-12-30 | 2001-01-15 | 김영환 | 캐패시터의강유전체박막형성방법 |
| KR100324587B1 (ko) * | 1998-12-24 | 2002-04-17 | 박종섭 | 고온 열처리로 인한 전극의 특성 저하를 방지할 수 있는 강유전체 캐패시터 제조 방법 |
-
1993
- 1993-05-31 JP JP5128759A patent/JPH06338598A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100275120B1 (ko) * | 1997-12-30 | 2001-01-15 | 김영환 | 캐패시터의강유전체박막형성방법 |
| KR100324587B1 (ko) * | 1998-12-24 | 2002-04-17 | 박종섭 | 고온 열처리로 인한 전극의 특성 저하를 방지할 수 있는 강유전체 캐패시터 제조 방법 |
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