JPH0665715A - 誘電体薄膜形成用下地電極の形成方法 - Google Patents
誘電体薄膜形成用下地電極の形成方法Info
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- JPH0665715A JPH0665715A JP22120192A JP22120192A JPH0665715A JP H0665715 A JPH0665715 A JP H0665715A JP 22120192 A JP22120192 A JP 22120192A JP 22120192 A JP22120192 A JP 22120192A JP H0665715 A JPH0665715 A JP H0665715A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板との密着性が良好で、誘電体薄膜／下地
電極／基板の各成分の相互拡散が防止でき、下地電極の
上に結晶性、配向性に優れた高品質のペロブスカイト型
複合化合物からなる誘電体薄膜が形成しうる下地電極の
形成方法を提供する。 【構成】 イオン源４によるイオンビームスパッタ法に
よりＰｔターゲット６をスパッタリングして基板１上に
下地電極２を形成する際に、アシストイオン源５を用い
て、酸素イオンを同時照射しながら下地電極を形成す
る。
電極／基板の各成分の相互拡散が防止でき、下地電極の
上に結晶性、配向性に優れた高品質のペロブスカイト型
複合化合物からなる誘電体薄膜が形成しうる下地電極の
形成方法を提供する。 【構成】 イオン源４によるイオンビームスパッタ法に
よりＰｔターゲット６をスパッタリングして基板１上に
下地電極２を形成する際に、アシストイオン源５を用い
て、酸素イオンを同時照射しながら下地電極を形成す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、誘電体薄膜を下地電極
を介して基板上に形成する場合の下地電極の形成に関す
るものである。特に本発明は、誘電体薄膜として、ペロ
ブスカイト型複合化合物からなる誘電体薄膜を形成する
場合の下地電極の形成方法に関するものである。
を介して基板上に形成する場合の下地電極の形成に関す
るものである。特に本発明は、誘電体薄膜として、ペロ
ブスカイト型複合化合物からなる誘電体薄膜を形成する
場合の下地電極の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】薄膜化技術は、エレクトロニクス分野、
特に、半導体製造プロセスを中心に発展し、新材料の開
発と共に進歩してきた。これらの薄膜は、単体元素の場
合はごくまれで、一般に合金あるいは化合物である場合
が多く、形成方法により著しく特性が変化する。これら
新材料の創成およびそのデバイス化は、人工格子材料な
どに代表されるように、薄膜化技術の向上によるところ
が大きい。
特に、半導体製造プロセスを中心に発展し、新材料の開
発と共に進歩してきた。これらの薄膜は、単体元素の場
合はごくまれで、一般に合金あるいは化合物である場合
が多く、形成方法により著しく特性が変化する。これら
新材料の創成およびそのデバイス化は、人工格子材料な
どに代表されるように、薄膜化技術の向上によるところ
が大きい。
【０００３】近年注目されている薄膜材料に、一般式Ａ
ＢＯ3 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。尚、前記一般式において、Ａ成分は、Ｐ
ｂ、Ｂａ、ＳｒまたはＬａの少なくとも１種、Ｂ成分
は、ＴｉおよびＺｒのうち少なくとも１種の元素を表
す。例えば、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/ 4 Ｏ3 系（但し、０≦ｘ〈１ならびに０≦ｙ
〈１）、ＢａＴｉＯ3 系のペロブスカイト型構造を有す
る誘電体材料に代表される強誘電体は、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、不揮発性
メモリーへの応用が期待されている。また、ＳｒＴｉＯ
3 系は強誘電性こそ示さないものの、高誘電率材料とし
て超高密度ＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメ
モリー）のキャパシタ絶縁膜への応用が期待されてい
る。
ＢＯ3 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。尚、前記一般式において、Ａ成分は、Ｐ
ｂ、Ｂａ、ＳｒまたはＬａの少なくとも１種、Ｂ成分
は、ＴｉおよびＺｒのうち少なくとも１種の元素を表
す。例えば、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/ 4 Ｏ3 系（但し、０≦ｘ〈１ならびに０≦ｙ
〈１）、ＢａＴｉＯ3 系のペロブスカイト型構造を有す
る誘電体材料に代表される強誘電体は、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、不揮発性
メモリーへの応用が期待されている。また、ＳｒＴｉＯ
3 系は強誘電性こそ示さないものの、高誘電率材料とし
て超高密度ＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメ
モリー）のキャパシタ絶縁膜への応用が期待されてい
る。
【０００４】これらの材料の特性の向上あるいは集積化
のためには、その薄膜化が非常に重要であり、特に、Si
などの半導体基板上に作製する技術の開発が重要であ
る。その高性能化を考えた場合、単結晶薄膜あるいは配
向膜であることが望ましく、ヘテロエピタキシャル技術
の開発が重要である。さらには、その構造を人工格子的
にあるいは原子層レベルで制御したり、異種材料を積層
させたりといった、高機能の薄膜形成技術も材料設計の
面から切望されている。これらに関する研究は、様々な
薄膜堆積法に基づいて、多くの研究機関で行われてき
た。しかし、組成、結晶構造等を制御して所望の特性を
有する薄膜を得ることは、一般には容易ではなかった。
特に、これらの薄膜を前述したような強誘電性、圧電
性、焦電性、電気光学特性等を利用した種々の機能デバ
イスとして用いる場合には、電極の形成が必要であり、
電極などの異種物質の上に格子不整合を少なく抑えなが
ら、これらの薄膜の組成、結晶構造等を制御して所望の
特性を有する薄膜を得ることは、一般には容易ではなか
った。
のためには、その薄膜化が非常に重要であり、特に、Si
などの半導体基板上に作製する技術の開発が重要であ
る。その高性能化を考えた場合、単結晶薄膜あるいは配
向膜であることが望ましく、ヘテロエピタキシャル技術
の開発が重要である。さらには、その構造を人工格子的
にあるいは原子層レベルで制御したり、異種材料を積層
させたりといった、高機能の薄膜形成技術も材料設計の
面から切望されている。これらに関する研究は、様々な
薄膜堆積法に基づいて、多くの研究機関で行われてき
た。しかし、組成、結晶構造等を制御して所望の特性を
有する薄膜を得ることは、一般には容易ではなかった。
特に、これらの薄膜を前述したような強誘電性、圧電
性、焦電性、電気光学特性等を利用した種々の機能デバ
イスとして用いる場合には、電極の形成が必要であり、
電極などの異種物質の上に格子不整合を少なく抑えなが
ら、これらの薄膜の組成、結晶構造等を制御して所望の
特性を有する薄膜を得ることは、一般には容易ではなか
った。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】薄膜の結晶性は、基本
的に基板材料、化学組成、形成温度で制御される。一般
に、基板との格子不整合を少なくし、活性度の高い堆積
方法を用いて、化学組成を合致させれば低温で結晶性の
被膜が得られる。
的に基板材料、化学組成、形成温度で制御される。一般
に、基板との格子不整合を少なくし、活性度の高い堆積
方法を用いて、化学組成を合致させれば低温で結晶性の
被膜が得られる。
【０００６】酸化物誘電体の薄膜化において従来最も一
般的に用いられていたスパッタリング法では、酸化物誘
電体を構成する各元素のスパッタ率に違いがあったり、
その蒸気圧の相違によってターゲット材料である酸化物
焼結体と形成された被膜とのあいだに、化学組成にずれ
が生じ易く、しかもスパッタリング条件に大きく左右さ
れる。活性度の高い、非熱平衡プロセスであるために、
形成温度はかなり低減されているものの、良好な結晶性
の被膜を得るには、依然、６００℃前後の高い基板温度
が必要であり、そのため基板との相互拡散や柱状成長に
よるピンホールなども生じやすい。従来、サファイア、
酸化マグネシア等の単結晶基板上には、単結晶薄膜ある
いはｃ軸配向膜が得られてきたが、これらの材料のデバ
イスへの応用、高性能化、高機能化を考えた場合、高品
質の、しかも非常に薄い薄膜を半導体等の基板上に作製
する技術の開発が重要である。すなわち、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓおよびガラス（例えばＳｉＯ2 等の石英ガラス）基板
上のみならず適当な下地電極を介して誘電体材料をヘテ
ロエピタキシャル成長させる必要がある。従って、誘電
体薄膜／下地電極／基板間の相互拡散を防ぎ、密着性・
整合性を確立する必要がある。
般的に用いられていたスパッタリング法では、酸化物誘
電体を構成する各元素のスパッタ率に違いがあったり、
その蒸気圧の相違によってターゲット材料である酸化物
焼結体と形成された被膜とのあいだに、化学組成にずれ
が生じ易く、しかもスパッタリング条件に大きく左右さ
れる。活性度の高い、非熱平衡プロセスであるために、
形成温度はかなり低減されているものの、良好な結晶性
の被膜を得るには、依然、６００℃前後の高い基板温度
が必要であり、そのため基板との相互拡散や柱状成長に
よるピンホールなども生じやすい。従来、サファイア、
酸化マグネシア等の単結晶基板上には、単結晶薄膜ある
いはｃ軸配向膜が得られてきたが、これらの材料のデバ
イスへの応用、高性能化、高機能化を考えた場合、高品
質の、しかも非常に薄い薄膜を半導体等の基板上に作製
する技術の開発が重要である。すなわち、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓおよびガラス（例えばＳｉＯ2 等の石英ガラス）基板
上のみならず適当な下地電極を介して誘電体材料をヘテ
ロエピタキシャル成長させる必要がある。従って、誘電
体薄膜／下地電極／基板間の相互拡散を防ぎ、密着性・
整合性を確立する必要がある。
【０００７】これまで前記一般式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と相性が良
く、よく用いられている電極材料にＰｔ（白金）、Ｐｄ
（パラジウム）がある。しかし、これらの材料を用いた
構成においても、より高精度化が求められている。
ペロブスカイト型構造を有する誘電体材料と相性が良
く、よく用いられている電極材料にＰｔ（白金）、Ｐｄ
（パラジウム）がある。しかし、これらの材料を用いた
構成においても、より高精度化が求められている。
【０００８】ペロブスカイト型構造を有する酸化物誘電
体薄膜を形成する場合には、ペロブスカイト型酸化物誘
電体のみならずこれらを形成するために用いられる基板
もＭｇＯ、サファイアなど酸化物単結晶である場合が多
い。したがって、その界面に形成されるべき下地電極材
料はこの両者に対して密着性・整合性を有し、また、相
互拡散を抑制する事が重要である。すなわち、これら界
面の状態は、ひいてはその上に形成される誘電体薄膜の
結晶性・配向性にも大きな影響を与える。
体薄膜を形成する場合には、ペロブスカイト型酸化物誘
電体のみならずこれらを形成するために用いられる基板
もＭｇＯ、サファイアなど酸化物単結晶である場合が多
い。したがって、その界面に形成されるべき下地電極材
料はこの両者に対して密着性・整合性を有し、また、相
互拡散を抑制する事が重要である。すなわち、これら界
面の状態は、ひいてはその上に形成される誘電体薄膜の
結晶性・配向性にも大きな影響を与える。
【０００９】下地電極形成後のペロブスカイト型酸化物
誘電体薄膜の形成は６００℃以上の基板温度で行われる
場合が多く、ＰｔやＰｄを下地電極とした場合、基板加
熱中に基板から剥離してしまうなど、密着性に問題があ
る場合や、ＰｔやＰｄが基板や誘電体薄膜中に拡散して
しまうと言った問題がある。これらの問題は、電極形成
時にも十分に基板温度を上げ、酸素雰囲気で行うことに
よりある程度改善される。しかしながら、まだ不十分で
あり、信頼のおけるデバイス材料とする場合には、より
高精度の改良が求められれている。
誘電体薄膜の形成は６００℃以上の基板温度で行われる
場合が多く、ＰｔやＰｄを下地電極とした場合、基板加
熱中に基板から剥離してしまうなど、密着性に問題があ
る場合や、ＰｔやＰｄが基板や誘電体薄膜中に拡散して
しまうと言った問題がある。これらの問題は、電極形成
時にも十分に基板温度を上げ、酸素雰囲気で行うことに
よりある程度改善される。しかしながら、まだ不十分で
あり、信頼のおけるデバイス材料とする場合には、より
高精度の改良が求められれている。
【００１０】本発明は、基板との密着性・整合性がよ
く、ペロブスカイト型複合化合物の誘電体薄膜／下地電
極／基板間の相互拡散を防ぎ、格子不整合を少なく抑え
ながら、下地電極の上に形成される誘電体薄膜の組成、
結晶構造、配向性等を制御して所望の特性を有する高品
質の薄膜を得るに好適な下地電極の形成方法を提供する
ことを目的とするものである。
く、ペロブスカイト型複合化合物の誘電体薄膜／下地電
極／基板間の相互拡散を防ぎ、格子不整合を少なく抑え
ながら、下地電極の上に形成される誘電体薄膜の組成、
結晶構造、配向性等を制御して所望の特性を有する高品
質の薄膜を得るに好適な下地電極の形成方法を提供する
ことを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の下地電極の形成方法は、次の構成を有す
る。
め、本発明の下地電極の形成方法は、次の構成を有す
る。
【００１２】（１）基板上に下地電極が形成され、更に
前記下地電極上に一般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブス
カイト型複合化合物からなる誘電体薄膜が形成されてな
る誘電体薄膜積層体における下地電極の形成方法におい
て、前記下地電極を基板上に形成する際に、酸素イオン
あるいは酸素原子を同時照射しながらＰｔおよびＰｄの
うち少なくとも１種の元素を含む下地電極材料を基板上
に蒸着させることからなる誘電体薄膜形成用下地電極の
形成方法。ここで一般式中、Ａは、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒま
たはＬａの少なくとも１種、Ｂは、ＴｉおよびＺｒのう
ち少なくとも１種の元素を表す。
前記下地電極上に一般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブス
カイト型複合化合物からなる誘電体薄膜が形成されてな
る誘電体薄膜積層体における下地電極の形成方法におい
て、前記下地電極を基板上に形成する際に、酸素イオン
あるいは酸素原子を同時照射しながらＰｔおよびＰｄの
うち少なくとも１種の元素を含む下地電極材料を基板上
に蒸着させることからなる誘電体薄膜形成用下地電極の
形成方法。ここで一般式中、Ａは、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒま
たはＬａの少なくとも１種、Ｂは、ＴｉおよびＺｒのう
ち少なくとも１種の元素を表す。
【００１３】（２）基板上に下地電極が形成され、更に
前記下地電極上に一般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブス
カイト型複合化合物からなる誘電体薄膜が形成されてな
る誘電体薄膜積層体における下地電極の形成方法におい
て、ＰｔおよびＰｄのうち少なくとも１種の元素を含む
下地電極材料を基板上に蒸着したのち、酸素イオンある
いは酸素原子を照射・注入することからなる誘電体薄膜
形成用下地電極の形成方法。ここで一般式中、Ａは、Ｐ
ｂ、Ｂａ、ＳｒまたはＬａの少なくとも１種、Ｂは、Ｔ
ｉおよびＺｒのうち少なくとも１種の元素を表す。
前記下地電極上に一般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブス
カイト型複合化合物からなる誘電体薄膜が形成されてな
る誘電体薄膜積層体における下地電極の形成方法におい
て、ＰｔおよびＰｄのうち少なくとも１種の元素を含む
下地電極材料を基板上に蒸着したのち、酸素イオンある
いは酸素原子を照射・注入することからなる誘電体薄膜
形成用下地電極の形成方法。ここで一般式中、Ａは、Ｐ
ｂ、Ｂａ、ＳｒまたはＬａの少なくとも１種、Ｂは、Ｔ
ｉおよびＺｒのうち少なくとも１種の元素を表す。
【００１４】
【作用】本発明の第１の発明に於いては、基板上に下地
電極が形成され、更に前記下地電極上に前述した一般式
ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型複合化合物から
なる誘電体薄膜が形成されてなる誘電体薄膜積層体にお
ける下地電極の形成方法において、前記下地電極を基板
上に形成する際に、酸素イオンあるいは酸素原子を同時
照射しながらＰｔおよびＰｄのうち少なくとも１種の元
素を含む下地電極材料を基板上に蒸着させるので、蒸着
されるＰｔおよび／またはＰｄが十分に酸化され、その
ため、この下地電極と基板及び前記誘電体薄膜との整合
性が向上する事により密着性が良好になり、前述の相互
拡散が防止でき、下地電極の上に結晶性・配向性に優れ
た高品質のペロブスカイト型複合化合物からなる誘電体
薄膜が形成しうる下地電極を形成できるものと考えられ
る。
電極が形成され、更に前記下地電極上に前述した一般式
ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型複合化合物から
なる誘電体薄膜が形成されてなる誘電体薄膜積層体にお
ける下地電極の形成方法において、前記下地電極を基板
上に形成する際に、酸素イオンあるいは酸素原子を同時
照射しながらＰｔおよびＰｄのうち少なくとも１種の元
素を含む下地電極材料を基板上に蒸着させるので、蒸着
されるＰｔおよび／またはＰｄが十分に酸化され、その
ため、この下地電極と基板及び前記誘電体薄膜との整合
性が向上する事により密着性が良好になり、前述の相互
拡散が防止でき、下地電極の上に結晶性・配向性に優れ
た高品質のペロブスカイト型複合化合物からなる誘電体
薄膜が形成しうる下地電極を形成できるものと考えられ
る。
【００１５】また、本発明の第２の発明に於いても、基
板上に下地電極が形成され、更に前記下地電極上に一般
式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型複合化合物か
らなる誘電体薄膜が形成されてなる誘電体薄膜積層体に
おける下地電極の形成方法において、ＰｔおよびＰｄの
うち少なくとも１種の元素を含む下地電極材料を基板上
に蒸着したのち、酸素イオンあるいは酸素原子を照射・
注入するので、蒸着されたＰｔおよび／またはＰｄが十
分に酸化され、そのため、この下地電極と基板及び前記
誘電体薄膜との整合性が向上する事により密着性が良好
になり、前述の相互拡散が防止でき、下地電極の上に結
晶性・配向性に優れた高品質のペロブスカイト型複合化
合物からなる誘電体薄膜が形成しうる下地電極を形成で
きるものと考えられる。
板上に下地電極が形成され、更に前記下地電極上に一般
式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型複合化合物か
らなる誘電体薄膜が形成されてなる誘電体薄膜積層体に
おける下地電極の形成方法において、ＰｔおよびＰｄの
うち少なくとも１種の元素を含む下地電極材料を基板上
に蒸着したのち、酸素イオンあるいは酸素原子を照射・
注入するので、蒸着されたＰｔおよび／またはＰｄが十
分に酸化され、そのため、この下地電極と基板及び前記
誘電体薄膜との整合性が向上する事により密着性が良好
になり、前述の相互拡散が防止でき、下地電極の上に結
晶性・配向性に優れた高品質のペロブスカイト型複合化
合物からなる誘電体薄膜が形成しうる下地電極を形成で
きるものと考えられる。
【００１６】
【実施例】本発明の実施例を図面と共に説明する。図１
に本発明にかかる下地電極を形成したペロブスカイト型
薄膜誘電体の一実施例の略断面構造を示す。基板１とし
ては、ＭｇＯ、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓおよびガラ
ス（ＳｉＯ2 ）基板が用いられる。下地電極２として
は、ＰｔもしくはＰｄの少なくとも一種が用いられ、蒸
着中に酸素イオンあるいは酸素原子が同時照射される
か、蒸着後、酸素イオンあるいは酸素原子が照射・注入
されたものである。基板１の上に下地電極２を形成した
のち、前記一般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト
型複合化合物からなる誘電体薄膜３が形成されている。
に本発明にかかる下地電極を形成したペロブスカイト型
薄膜誘電体の一実施例の略断面構造を示す。基板１とし
ては、ＭｇＯ、サファイア、Ｓｉ、ＧａＡｓおよびガラ
ス（ＳｉＯ2 ）基板が用いられる。下地電極２として
は、ＰｔもしくはＰｄの少なくとも一種が用いられ、蒸
着中に酸素イオンあるいは酸素原子が同時照射される
か、蒸着後、酸素イオンあるいは酸素原子が照射・注入
されたものである。基板１の上に下地電極２を形成した
のち、前記一般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト
型複合化合物からなる誘電体薄膜３が形成されている。
【００１７】図２に本発明にかかる下地電極薄膜形成方
法を実施するための装置の一例を示す。堆積機構として
は、イオン源４によるイオンビームスパッタ法を用いて
おり、アシストイオン源５によるアシスト機構が併設さ
れている。ターゲット６には、高純度(99.999%) のＰｔ
もしくはＰｄ金属を用いる。スパッタリングガスには，
超高純度(99.999%) のＡｒガスを用い，イオンビーム電
流は，10ｍＡで一定とした．背圧は、10-6Torr、成膜時
はＡｒガス分圧5 ×10-5Torr、Ｏ2 ガス分圧3×10-5Tor
rの圧力下であった。尚、１は基板、２は形成された下
地電極、７は酸素ガス導入口、８は真空ポンプを示す。
法を実施するための装置の一例を示す。堆積機構として
は、イオン源４によるイオンビームスパッタ法を用いて
おり、アシストイオン源５によるアシスト機構が併設さ
れている。ターゲット６には、高純度(99.999%) のＰｔ
もしくはＰｄ金属を用いる。スパッタリングガスには，
超高純度(99.999%) のＡｒガスを用い，イオンビーム電
流は，10ｍＡで一定とした．背圧は、10-6Torr、成膜時
はＡｒガス分圧5 ×10-5Torr、Ｏ2 ガス分圧3×10-5Tor
rの圧力下であった。尚、１は基板、２は形成された下
地電極、７は酸素ガス導入口、８は真空ポンプを示す。
【００１８】まず，比較例として、通常のイオンビーム
スパッタ法を用いて，たとえば、ＭｇＯ（１００）基板
１上に下地電極２としてＰｔ膜を作製する．安定した
（２００）配向性のＰｔ膜を得るための基板温度として
は、５００℃以上が必要であった。尚、ここでは５００
℃とした。成膜速度は，イオンビーム加速電圧1100eVに
おいて，5 Ａ／min であり、300 オングストロームの薄
膜を得た．つぎに、本発明の実施例として、アシストイ
オン源５としてＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）イオ
ン源をもちいて酸素イオンビームを同時照射しながら、
Ｐｔ膜の形成を行なった。酸素イオンのアシスト条件と
しては、マイクロ波の入力パワー100 〜150 ワット、加
速電圧100 〜300 Ｖ、電流0.1 〜0.3 ｍＡが適当であっ
た。尚、本実施例では、マイクロ波の入力パワー100 ワ
ット、加速電圧200Ｖ、電流0.15ｍＡとした。
スパッタ法を用いて，たとえば、ＭｇＯ（１００）基板
１上に下地電極２としてＰｔ膜を作製する．安定した
（２００）配向性のＰｔ膜を得るための基板温度として
は、５００℃以上が必要であった。尚、ここでは５００
℃とした。成膜速度は，イオンビーム加速電圧1100eVに
おいて，5 Ａ／min であり、300 オングストロームの薄
膜を得た．つぎに、本発明の実施例として、アシストイ
オン源５としてＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）イオ
ン源をもちいて酸素イオンビームを同時照射しながら、
Ｐｔ膜の形成を行なった。酸素イオンのアシスト条件と
しては、マイクロ波の入力パワー100 〜150 ワット、加
速電圧100 〜300 Ｖ、電流0.1 〜0.3 ｍＡが適当であっ
た。尚、本実施例では、マイクロ波の入力パワー100 ワ
ット、加速電圧200Ｖ、電流0.15ｍＡとした。
【００１９】さらに、先ほどと同様に比較例として示し
た通常のイオンビームスパッタ法をもちいてＰｔ膜を形
成した基板にイオン注入装置（フリーマン型、カウフマ
ン型、バケット型など種々のものが用い得るがここでは
バケット型を用いた。（図示せず））を用いて、酸素イ
オンビ−ムを注入した。注入条件としては、加速電圧10
ｋ〜100 ｋＶ、注入量1016〜1018ions／cm2 が適当であ
った。尚、本実施例では、加速電圧50ｋＶ、注入量1017
ions／cm2 とした。
た通常のイオンビームスパッタ法をもちいてＰｔ膜を形
成した基板にイオン注入装置（フリーマン型、カウフマ
ン型、バケット型など種々のものが用い得るがここでは
バケット型を用いた。（図示せず））を用いて、酸素イ
オンビ−ムを注入した。注入条件としては、加速電圧10
ｋ〜100 ｋＶ、注入量1016〜1018ions／cm2 が適当であ
った。尚、本実施例では、加速電圧50ｋＶ、注入量1017
ions／cm2 とした。
【００２０】これら３種の手法を用いて形成したＰｔ薄
膜は、Ｘ線回折法で分析した結果、いずれも図３に示す
様に良好な（２００）配向性を有することが確認され
た。下地電極を形成した基板上に、ペロブスカイト型複
合化合物からなる誘電体薄膜３を形成する。誘電体薄膜
３として、例えば（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔ
ｉ1-y）1-x/4 Ｏ3 を形成する。これらの形成方法とし
て、例えば、高周波マグネトロンスパッタリング法を用
いる。ターゲットとして、焼結した酸化物強誘電体材
料、例えば、Ｐｂ0.79Ｌａ0.21Ｔｉ0.95Ｏ3 粉末をター
ゲットとして用いる。形成条件は、ＡｒとＯ2 の3:2 の
混合ガス雰囲気で、ガス圧力0.4 Pa、スパッタリング電
力160 Ｗ、基板温度600 ℃、スパッタリング時間2 時
間、で膜厚0.１μm の被膜を得た。プラズマ発光分光法
で分析した結果、形成された被膜の金属元素組成比は、
Pb：La：Ti＝0.79：0.21：0.95と化学量論比、すなわ
ち、ターゲット組成に一致することが確認された。
膜は、Ｘ線回折法で分析した結果、いずれも図３に示す
様に良好な（２００）配向性を有することが確認され
た。下地電極を形成した基板上に、ペロブスカイト型複
合化合物からなる誘電体薄膜３を形成する。誘電体薄膜
３として、例えば（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔ
ｉ1-y）1-x/4 Ｏ3 を形成する。これらの形成方法とし
て、例えば、高周波マグネトロンスパッタリング法を用
いる。ターゲットとして、焼結した酸化物強誘電体材
料、例えば、Ｐｂ0.79Ｌａ0.21Ｔｉ0.95Ｏ3 粉末をター
ゲットとして用いる。形成条件は、ＡｒとＯ2 の3:2 の
混合ガス雰囲気で、ガス圧力0.4 Pa、スパッタリング電
力160 Ｗ、基板温度600 ℃、スパッタリング時間2 時
間、で膜厚0.１μm の被膜を得た。プラズマ発光分光法
で分析した結果、形成された被膜の金属元素組成比は、
Pb：La：Ti＝0.79：0.21：0.95と化学量論比、すなわ
ち、ターゲット組成に一致することが確認された。
【００２１】Ｘ線回折法を用いて分析した被膜の結晶性
を、図４、図５に示す。いずれもペロブスカイト構造を
有するが、分極軸であるｃ軸の配向性は、（ａ）Ｐｔを
通常のイオンビームスパッタ法を用いて形成したもの
（図４）よりも、（ｂ）酸素イオンを同時照射しながら
Ｐｔを形成したもの（図５）、や（ｃ）Ｐｔ形成後酸素
イオンを注入したもの（図５）が高く、より良好な結晶
性、特性が期待できる。このように、形成された誘電体
薄膜の膜厚が0.1 μｍと薄い場合には、被膜の結晶性は
界面の状態を反映するものとなる。
を、図４、図５に示す。いずれもペロブスカイト構造を
有するが、分極軸であるｃ軸の配向性は、（ａ）Ｐｔを
通常のイオンビームスパッタ法を用いて形成したもの
（図４）よりも、（ｂ）酸素イオンを同時照射しながら
Ｐｔを形成したもの（図５）、や（ｃ）Ｐｔ形成後酸素
イオンを注入したもの（図５）が高く、より良好な結晶
性、特性が期待できる。このように、形成された誘電体
薄膜の膜厚が0.1 μｍと薄い場合には、被膜の結晶性は
界面の状態を反映するものとなる。
【００２２】次に、上部電極として、金を、直径0.5mm
のマスクを用いて真空蒸着した。膜厚が比較的薄いにも
かかわらず、ピンホールは無く、良好な電気的特性を示
した。ＬＣＲメータを用いて周波数100Hz で測定した比
誘電率は、（ａ）は100 とやや小さかったが、（ｂ）お
よび（ｃ）は600 と大きかった。また、ソーヤ・タワー
回路を用いて測定した分極反転特性を示すＤ−Ｅヒステ
リシスも、（ａ）は強誘電性を示すものの、特性的には
良好でなっかたが、（ｂ）および（ｃ）は良好な強誘電
性を示した。
のマスクを用いて真空蒸着した。膜厚が比較的薄いにも
かかわらず、ピンホールは無く、良好な電気的特性を示
した。ＬＣＲメータを用いて周波数100Hz で測定した比
誘電率は、（ａ）は100 とやや小さかったが、（ｂ）お
よび（ｃ）は600 と大きかった。また、ソーヤ・タワー
回路を用いて測定した分極反転特性を示すＤ−Ｅヒステ
リシスも、（ａ）は強誘電性を示すものの、特性的には
良好でなっかたが、（ｂ）および（ｃ）は良好な強誘電
性を示した。
【００２３】基板１としてＭｇＯ基板のほか、Ｓｉ、Ｇ
ａＡｓ、ＳｉＯ2 基板の場合にも、また、下地電極２と
してＰｔのほかＰｄを用いた場合にも、下地電極の形成
方法として本発明にかかる酸素イオンを同時照射しなが
ら形成する、あるいは形成後酸素イオンを照射・注入す
るという方法を用いた場合において、その後形成された
誘電体薄膜はより良好な特性を示した。
ａＡｓ、ＳｉＯ2 基板の場合にも、また、下地電極２と
してＰｔのほかＰｄを用いた場合にも、下地電極の形成
方法として本発明にかかる酸素イオンを同時照射しなが
ら形成する、あるいは形成後酸素イオンを照射・注入す
るという方法を用いた場合において、その後形成された
誘電体薄膜はより良好な特性を示した。
【００２４】尚、本発明に於いて、酸素イオンあるいは
酸素原子を電極材料蒸着時に同時照射する場合、各種の
イオン源を用いることができ、特に限定はなく、例えば
ＥＣＲイオン源などを用いた場合には、特に限定するも
のではないが、通常加速電圧５０〜３００Ｖ、照射量１
０15〜１０16ions/ ｃｍ2 などの条件が好適であり、下
地電極蒸着後、酸素イオンあるいは酸素原子を電極材料
に照射・注入する場合についても、各種のイオン源を用
いることができ、特に限定はなく、例えば、汎用の各種
の注入装置（例えばフリーマン型、カウフマン型、バケ
ット型など）を用いる場合には、通常加速電圧１０〜１
００Ｖ、照射量１０16〜１０18ions/ ｃｍ2 などの条件
で照射・注入するのが好適である。
酸素原子を電極材料蒸着時に同時照射する場合、各種の
イオン源を用いることができ、特に限定はなく、例えば
ＥＣＲイオン源などを用いた場合には、特に限定するも
のではないが、通常加速電圧５０〜３００Ｖ、照射量１
０15〜１０16ions/ ｃｍ2 などの条件が好適であり、下
地電極蒸着後、酸素イオンあるいは酸素原子を電極材料
に照射・注入する場合についても、各種のイオン源を用
いることができ、特に限定はなく、例えば、汎用の各種
の注入装置（例えばフリーマン型、カウフマン型、バケ
ット型など）を用いる場合には、通常加速電圧１０〜１
００Ｖ、照射量１０16〜１０18ions/ ｃｍ2 などの条件
で照射・注入するのが好適である。
【００２５】また、下地電極材料をイオンビームスパッ
タ法で蒸着する場合には、用いるターゲットの材質や、
大きさなどによって異なるので一概に規定することは困
難であるが、例えば大きさ３インチのターゲットの場合
のイオンビーム電流としては、約５〜２０ｍＡ、イオン
ビーム加速電圧としてはおよそ３００〜１５００ｅＶ、
スパッタリングガスとしてはＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希
ガス類、その分圧はおよそ１０-5〜１０-4Torr、また、
Ｏ2 ガスの分圧はおよそ１０-5〜１０-4Torr、基板温度
としては約４００〜６００℃が用いられる。
タ法で蒸着する場合には、用いるターゲットの材質や、
大きさなどによって異なるので一概に規定することは困
難であるが、例えば大きさ３インチのターゲットの場合
のイオンビーム電流としては、約５〜２０ｍＡ、イオン
ビーム加速電圧としてはおよそ３００〜１５００ｅＶ、
スパッタリングガスとしてはＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希
ガス類、その分圧はおよそ１０-5〜１０-4Torr、また、
Ｏ2 ガスの分圧はおよそ１０-5〜１０-4Torr、基板温度
としては約４００〜６００℃が用いられる。
【００２６】また、下地電極上にペロブスカイト型複合
化合物からなる誘電体薄膜を形成するには、通常の誘電
体材料の薄膜形成で用いられている各種方法を採用すれ
ばよく、特に限定するものではないが、例えば、高周波
マグネトロンスパッタリング法を用いる場合には、希ガ
ス、例えばＡｒ、とＯ2 のの混合ガス（混合比Ａｒ／Ｏ
2 比約１０〜０．５）雰囲気で、ガス圧力約0.1 〜1 P
a、スパッタリング電力は例えば４インチのターゲット
で約100 〜250 Ｗ、基板温度約550 〜650 ℃などが例示
される。
化合物からなる誘電体薄膜を形成するには、通常の誘電
体材料の薄膜形成で用いられている各種方法を採用すれ
ばよく、特に限定するものではないが、例えば、高周波
マグネトロンスパッタリング法を用いる場合には、希ガ
ス、例えばＡｒ、とＯ2 のの混合ガス（混合比Ａｒ／Ｏ
2 比約１０〜０．５）雰囲気で、ガス圧力約0.1 〜1 P
a、スパッタリング電力は例えば４インチのターゲット
で約100 〜250 Ｗ、基板温度約550 〜650 ℃などが例示
される。
【００２７】また、本発明にかかる薄膜下地電極の製造
方法は、ペロブスカイト型酸化物誘電体のほか、高温超
電導体等類似の多元系の酸化物の薄膜化に有効である。
これらの材料をエレクトロニクス素子に応用するには、
種々の基板上に、結晶性良く成長させる必要がある。そ
の点で、良好な導電膜を介して、所望の特性を有する誘
電体薄膜を形成することができる本発明の下地電極形成
方法はきわめて有効である。
方法は、ペロブスカイト型酸化物誘電体のほか、高温超
電導体等類似の多元系の酸化物の薄膜化に有効である。
これらの材料をエレクトロニクス素子に応用するには、
種々の基板上に、結晶性良く成長させる必要がある。そ
の点で、良好な導電膜を介して、所望の特性を有する誘
電体薄膜を形成することができる本発明の下地電極形成
方法はきわめて有効である。
【００２８】
【発明の効果】本発明は、基板との密着性が良好で、誘
電体薄膜／下地電極／基板の各成分の相互拡散が防止で
き、下地電極の上に結晶性、配向性に優れた高品質のペ
ロブスカイト型複合化合物からなる誘電体薄膜が形成し
うる下地電極の形成方法を提供できる。
電体薄膜／下地電極／基板の各成分の相互拡散が防止で
き、下地電極の上に結晶性、配向性に優れた高品質のペ
ロブスカイト型複合化合物からなる誘電体薄膜が形成し
うる下地電極の形成方法を提供できる。
【図１】本発明の一実施例にかかる下地電極を形成した
ペロブスカイト型薄膜誘電体の概略構成断面図である。
ペロブスカイト型薄膜誘電体の概略構成断面図である。
【図２】本発明の一実施例の下地電極薄膜形成方法を実
施するための装置の基本構成概略断面図である。
施するための装置の基本構成概略断面図である。
【図３】本発明の一実施例の誘電体薄膜形成用下地電極
の結晶性をあらわすＸ線回折パターンを示す図である。
の結晶性をあらわすＸ線回折パターンを示す図である。
【図４】比較例の誘電体薄膜の結晶性をあらわすＸ線回
折パターンを示す図である。
折パターンを示す図である。
【図５】本発明の一実施例の誘電体薄膜の結晶性をあら
わすＸ線回折パターンを示す図である。
わすＸ線回折パターンを示す図である。
１ 基板 ２ 下地電極 ３ 誘電体薄膜 ４ イオン源 ５ アシストイオン源 ６ ターゲット ７ 酸素ガス導入口 ８ 真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/04 Ｃ 8427−4Ｍ // Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ 8422−4Ｍ
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に下地電極が形成され、更に前記
下地電極上に一般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイ
ト型複合化合物からなる誘電体薄膜が形成されてなる誘
電体薄膜積層体における下地電極の形成方法において、
前記下地電極を基板上に形成する際に、酸素イオンある
いは酸素原子を同時照射しながらＰｔおよびＰｄのうち
少なくとも１種の元素を含む下地電極材料を基板上に蒸
着させることからなる誘電体薄膜形成用下地電極の形成
方法。ここで一般式中、Ａは、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒまたは
Ｌａの少なくとも１種、Ｂは、ＴｉおよびＺｒのうち少
なくとも１種の元素を表す。 - 【請求項２】 基板上に下地電極が形成され、更に前記
下地電極上に一般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイ
ト型複合化合物からなる誘電体薄膜が形成されてなる誘
電体薄膜積層体における下地電極の形成方法において、
ＰｔおよびＰｄのうち少なくとも１種の元素を含む下地
電極材料を基板上に蒸着したのち、酸素イオンあるいは
酸素原子を照射・注入することからなる誘電体薄膜形成
用下地電極の形成方法。ここで一般式中、Ａは、Ｐｂ、
Ｂａ、ＳｒまたはＬａの少なくとも１種、Ｂは、Ｔｉお
よびＺｒのうち少なくとも１種の元素を表す。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22120192A JPH0665715A (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | 誘電体薄膜形成用下地電極の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22120192A JPH0665715A (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | 誘電体薄膜形成用下地電極の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0665715A true JPH0665715A (ja) | 1994-03-08 |
Family
ID=16763059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22120192A Pending JPH0665715A (ja) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | 誘電体薄膜形成用下地電極の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0665715A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10312977A (ja) * | 1997-01-15 | 1998-11-24 | Tongyang Cement Corp | 酸化防止作用を有する白金膜を基板上に蒸着する方法と、その方法により製造された装置 |
| US6078072A (en) * | 1997-10-01 | 2000-06-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having a capacitor |
| KR100537014B1 (ko) * | 2002-10-04 | 2006-01-20 | 권영욱 | 이온 플래이팅 방식에 의한 유해전자파 방지용 및 투명아크릴 폴리 카보네이트의 금속 칼라 박막 형성 시스템 |
| US7220598B1 (en) | 1999-08-18 | 2007-05-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of making ferroelectric thin film having a randomly oriented layer and spherical crystal conductor structure |
| JP2007169671A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 白金薄膜の形成方法 |
| JP2011195348A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Yukio Watabe | 酸化物強誘電体の分極電場の増大法 |
-
1992
- 1992-08-20 JP JP22120192A patent/JPH0665715A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10312977A (ja) * | 1997-01-15 | 1998-11-24 | Tongyang Cement Corp | 酸化防止作用を有する白金膜を基板上に蒸着する方法と、その方法により製造された装置 |
| US6078072A (en) * | 1997-10-01 | 2000-06-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having a capacitor |
| US7220598B1 (en) | 1999-08-18 | 2007-05-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of making ferroelectric thin film having a randomly oriented layer and spherical crystal conductor structure |
| KR100537014B1 (ko) * | 2002-10-04 | 2006-01-20 | 권영욱 | 이온 플래이팅 방식에 의한 유해전자파 방지용 및 투명아크릴 폴리 카보네이트의 금속 칼라 박막 형성 시스템 |
| JP2007169671A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 白金薄膜の形成方法 |
| JP2011195348A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Yukio Watabe | 酸化物強誘電体の分極電場の増大法 |
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