JPH07172984A - 誘電体薄膜の製造方法及びその製造装置 - Google Patents
誘電体薄膜の製造方法及びその製造装置Info
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- JPH07172984A JPH07172984A JP31960593A JP31960593A JPH07172984A JP H07172984 A JPH07172984 A JP H07172984A JP 31960593 A JP31960593 A JP 31960593A JP 31960593 A JP31960593 A JP 31960593A JP H07172984 A JPH07172984 A JP H07172984A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜を低温で
高精度に、しかも安定性、均一性、再現性良く量産す
る。 【構成】 スパッタチャンバー１内に、焼結した酸化物
強誘電体材料をスパッタターゲット２、３、４として配
置する。ターゲット２はイオンビームスパッタ用、ター
ゲット３、４はマグネトロンスパッタ用のターゲットで
ある。基板加熱手段としては、光源７によるランプ加熱
方式を用いる。イオンビームスパッタは、バケット型イ
オン源８で発生させたＡｒイオンをターゲット２に照射
することによって行う。そして、ＡｒとＯ2 の混合ガス
雰囲気中で、まず、適当な基板温度、形成雰囲気中でタ
ーゲット２をイオンビームスパッタして基板５の上に初
期層を形成し、その後、基板温度、形成雰囲気をマグネ
トロンスパッタに適したものにしてターゲット３、４を
同時にスパッタして主堆積層を形成する。
高精度に、しかも安定性、均一性、再現性良く量産す
る。 【構成】 スパッタチャンバー１内に、焼結した酸化物
強誘電体材料をスパッタターゲット２、３、４として配
置する。ターゲット２はイオンビームスパッタ用、ター
ゲット３、４はマグネトロンスパッタ用のターゲットで
ある。基板加熱手段としては、光源７によるランプ加熱
方式を用いる。イオンビームスパッタは、バケット型イ
オン源８で発生させたＡｒイオンをターゲット２に照射
することによって行う。そして、ＡｒとＯ2 の混合ガス
雰囲気中で、まず、適当な基板温度、形成雰囲気中でタ
ーゲット２をイオンビームスパッタして基板５の上に初
期層を形成し、その後、基板温度、形成雰囲気をマグネ
トロンスパッタに適したものにしてターゲット３、４を
同時にスパッタして主堆積層を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の製造方法及びそ
の製造装置に関し、特に、誘電体薄膜の製造方法及びそ
の製造装置に関する。
の製造装置に関し、特に、誘電体薄膜の製造方法及びそ
の製造装置に関する。
【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
合はごく稀で、一般に合金あるいは化合物である場合が
多く、形成方法によって著しく特性が変化する。これら
新材料の創成及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
合はごく稀で、一般に合金あるいは化合物である場合が
多く、形成方法によって著しく特性が変化する。これら
新材料の創成及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として、一般
式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型構造を有する
誘電体材料がある。このうち、ＡサイトがＰｂ、Ｂａ、
Ｓｒ又はＬａのうち少なくとも１種類、ＢサイトがＴｉ
及びＺｒのうち少なくとも１種類の元素を含むＡＢＯ3
としては、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-
x/4 Ｏ3 系、ＢａＴｉＯ3 系に代表される強誘電体材料
がある。そして、これらが優れた強誘電性、圧電性、焦
電性、電気光学特性等を示すことから、これらの特性を
利用したセンサやフィルタなどの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、
新しいデバイス及び不揮発性メモリへの応用が期待され
ている。また、ＳｒＴｉＯ3 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）のキャパシタ絶縁膜へ
の応用が期待されている。
式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型構造を有する
誘電体材料がある。このうち、ＡサイトがＰｂ、Ｂａ、
Ｓｒ又はＬａのうち少なくとも１種類、ＢサイトがＴｉ
及びＺｒのうち少なくとも１種類の元素を含むＡＢＯ3
としては、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-
x/4 Ｏ3 系、ＢａＴｉＯ3 系に代表される強誘電体材料
がある。そして、これらが優れた強誘電性、圧電性、焦
電性、電気光学特性等を示すことから、これらの特性を
利用したセンサやフィルタなどの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、
新しいデバイス及び不揮発性メモリへの応用が期待され
ている。また、ＳｒＴｉＯ3 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）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向上あるいは集積化を
図るためには、その薄膜化が非常に重要である。また、
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。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、特定の系に
ついては、すでに実験室段階では達成されたといってよ
いものもあるが、実用化・量産化段階において、組成・
結晶構造等を制御して所望の特性を有する薄膜を再現性
良く得ることは、一般には容易でなかった。
図るためには、その薄膜化が非常に重要である。また、
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。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、特定の系に
ついては、すでに実験室段階では達成されたといってよ
いものもあるが、実用化・量産化段階において、組成・
結晶構造等を制御して所望の特性を有する薄膜を再現性
良く得ることは、一般には容易でなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】薄膜の結晶性は、基本
的には基板材料、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、結晶化温度
で結晶性の良い被膜を得ることができる。
的には基板材料、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、結晶化温度
で結晶性の良い被膜を得ることができる。
【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、結晶性の
被膜を得るために６００℃前後の高い基板温度が必要で
あるが、ようやくＭｇＯ基板やＳｉ基板あるいはこれら
の表面にＰｔ電極を被覆したものの上には結晶性の良い
被膜を形成することができるようになった。
般的に用いられていたスパッタリング法では、結晶性の
被膜を得るために６００℃前後の高い基板温度が必要で
あるが、ようやくＭｇＯ基板やＳｉ基板あるいはこれら
の表面にＰｔ電極を被覆したものの上には結晶性の良い
被膜を形成することができるようになった。
【０００７】しかし、高い基板温度下での形成に起因し
て、基板との格子不整合や相互拡散のために界面におけ
る初期層の質は非常に悪く、著しい膜厚依存性が見られ
る。この傾向は、結晶化温度の高いＺｒを含んだ系で顕
著であり、これらは、均一性及び再現性が要求される量
産段階において大きな障害であった。
て、基板との格子不整合や相互拡散のために界面におけ
る初期層の質は非常に悪く、著しい膜厚依存性が見られ
る。この傾向は、結晶化温度の高いＺｒを含んだ系で顕
著であり、これらは、均一性及び再現性が要求される量
産段階において大きな障害であった。
【０００８】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、ペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜を低温で高精
度に、しかも安定性、均一性、再現性良く量産すること
のできる誘電体薄膜の製造方法及びその製造装置を提供
することを目的とする。
ため、ペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜を低温で高精
度に、しかも安定性、均一性、再現性良く量産すること
のできる誘電体薄膜の製造方法及びその製造装置を提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る誘電体薄膜の製造方法は、基板上にＡ
ＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型複合化合物被膜を
堆積させる誘電体薄膜の製造方法であって、被膜の初期
層形成時に限り、その組成、堆積速度及び基板温度を、
それぞれＺｒを含まないもの、０．５オングストローム
／ｓ未満、４５０℃以下とすることを特徴とする。ここ
で、Ａサイトは、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ及びＬａから選ばれ
る少なくとも１種類、Ｂサイトは、Ｔｉ及びＺｒから選
ばれる少なくとも１種類の元素を含む。
め、本発明に係る誘電体薄膜の製造方法は、基板上にＡ
ＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型複合化合物被膜を
堆積させる誘電体薄膜の製造方法であって、被膜の初期
層形成時に限り、その組成、堆積速度及び基板温度を、
それぞれＺｒを含まないもの、０．５オングストローム
／ｓ未満、４５０℃以下とすることを特徴とする。ここ
で、Ａサイトは、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ及びＬａから選ばれ
る少なくとも１種類、Ｂサイトは、Ｔｉ及びＺｒから選
ばれる少なくとも１種類の元素を含む。
【００１０】また、前記本発明方法の構成においては、
初期層の厚みが５０〜３００オングストロームであるの
が好ましい。また、前記本発明方法の構成においては、
初期層の形成手段としてイオンビームスパッタ法を用
い、これに続く主堆積層の形成手段としてマグネトロン
スパッタ法を用いるのが好ましい。
初期層の厚みが５０〜３００オングストロームであるの
が好ましい。また、前記本発明方法の構成においては、
初期層の形成手段としてイオンビームスパッタ法を用
い、これに続く主堆積層の形成手段としてマグネトロン
スパッタ法を用いるのが好ましい。
【００１１】また、本発明に係る誘電体薄膜の製造装置
の構成は、基板上にＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイ
ト型複合化合物被膜を堆積させる誘電体薄膜の製造装置
であって、Ｚｒを含まない初期層の形成手段としてイオ
ンビームスパッタ法を用い、これに続く主堆積層の形成
手段としてマグネトロンスパッタ法を用いることのでき
る機構を備えたことを特徴とする。ここで、Ａサイト
は、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ及びＬａから選ばれる少なくとも
１種類、Ｂサイトは、Ｔｉ及びＺｒから選ばれる少なく
とも１種類の元素を含む。
の構成は、基板上にＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイ
ト型複合化合物被膜を堆積させる誘電体薄膜の製造装置
であって、Ｚｒを含まない初期層の形成手段としてイオ
ンビームスパッタ法を用い、これに続く主堆積層の形成
手段としてマグネトロンスパッタ法を用いることのでき
る機構を備えたことを特徴とする。ここで、Ａサイト
は、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ及びＬａから選ばれる少なくとも
１種類、Ｂサイトは、Ｔｉ及びＺｒから選ばれる少なく
とも１種類の元素を含む。
【００１２】
【作用】前記本発明方法によれば、初期層の形成手段と
してイオンビームスパッタ法を用いることにより、スパ
ッタリング法に比べて２００℃程度低温で、１００ｎｍ
以下においても膜厚依存性をほとんど示さない非常に高
精度のＺｒを含まないペロブスカイト型複合化合物から
なる初期層を形成することができ、Ｚｒを含む主堆積層
についても、同一基板温度で連続して形成することによ
り、高精度のペロブスカイト型複合化合物からなる誘電
体薄膜を得ることができる。この場合、主堆積層の形成
手段としてマグネトロンスパッタ法を用いれば、堆積速
度を高めることができ、膜自体にある程度の膜厚や機械
的強度が要求される応用分野において効果的である。
してイオンビームスパッタ法を用いることにより、スパ
ッタリング法に比べて２００℃程度低温で、１００ｎｍ
以下においても膜厚依存性をほとんど示さない非常に高
精度のＺｒを含まないペロブスカイト型複合化合物から
なる初期層を形成することができ、Ｚｒを含む主堆積層
についても、同一基板温度で連続して形成することによ
り、高精度のペロブスカイト型複合化合物からなる誘電
体薄膜を得ることができる。この場合、主堆積層の形成
手段としてマグネトロンスパッタ法を用いれば、堆積速
度を高めることができ、膜自体にある程度の膜厚や機械
的強度が要求される応用分野において効果的である。
【００１３】また、前記本発明装置の構成によれば、ま
ずイオンビームスパッタ法を用いてＺｒを含まないペロ
ブスカイト型複合化合物被膜を初期層として形成し、こ
れに引き続きマグネトロンスパッタ法を用いてＺｒを含
む主体積層を形成することができるので、スループット
（処理能力）及び量産性の点でも優れた高精度のペロブ
スカイト型複合化合物からなる誘電体薄膜を得ることが
できる。
ずイオンビームスパッタ法を用いてＺｒを含まないペロ
ブスカイト型複合化合物被膜を初期層として形成し、こ
れに引き続きマグネトロンスパッタ法を用いてＺｒを含
む主体積層を形成することができるので、スループット
（処理能力）及び量産性の点でも優れた高精度のペロブ
スカイト型複合化合物からなる誘電体薄膜を得ることが
できる。
【００１４】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。図１は本発明に係る誘電体薄膜の製造装置
の一実施例を示す概略図である。本装置のスパッタチャ
ンバー１内には、焼結した酸化物強誘電体材料がスパッ
タターゲット２、３、４として同一円周上の対称な位置
に配置されている。ここで、ターゲット２はイオンビー
ムスパッタ用、ターゲット３、４はマグネトロンスパッ
タ用のターゲットである。基板５は、基板ホルダー６の
回転によってターゲット２、３、４の直上を通過するよ
うに、基板ホルダー６の上に放射状に配置されている。
基板加熱手段としては、光源７によるランプ加熱方式が
用いられている。イオンビームスパッタは、バケット型
イオン源８で発生させたＡｒイオンをターゲット２に照
射することによって行う。本構成では、ＡｒとＯ2 の混
合ガス雰囲気中で基板ホルダー６を回転させながら、ま
ず、適当な基板温度、形成雰囲気中でターゲット２をイ
オンビームスパッタして初期層を形成した後、基板温
度、形成雰囲気をマグネトロンスパッタに適したものに
しターゲット３、４を同時にスパッタして主堆積層を形
成する。
に説明する。図１は本発明に係る誘電体薄膜の製造装置
の一実施例を示す概略図である。本装置のスパッタチャ
ンバー１内には、焼結した酸化物強誘電体材料がスパッ
タターゲット２、３、４として同一円周上の対称な位置
に配置されている。ここで、ターゲット２はイオンビー
ムスパッタ用、ターゲット３、４はマグネトロンスパッ
タ用のターゲットである。基板５は、基板ホルダー６の
回転によってターゲット２、３、４の直上を通過するよ
うに、基板ホルダー６の上に放射状に配置されている。
基板加熱手段としては、光源７によるランプ加熱方式が
用いられている。イオンビームスパッタは、バケット型
イオン源８で発生させたＡｒイオンをターゲット２に照
射することによって行う。本構成では、ＡｒとＯ2 の混
合ガス雰囲気中で基板ホルダー６を回転させながら、ま
ず、適当な基板温度、形成雰囲気中でターゲット２をイ
オンビームスパッタして初期層を形成した後、基板温
度、形成雰囲気をマグネトロンスパッタに適したものに
しターゲット３、４を同時にスパッタして主堆積層を形
成する。
【００１５】イオンビームスパッタ法による初期層の形
成においては、ターゲット２をＺｒを含まない組成の焼
結した酸化物強誘電体材料とし、基板温度、形成雰囲気
ガス圧をそれぞれ４５０℃以下、１０-3Ｔｏｒｒ以下の
領域の適当な値に設定することにより、高精度の結晶性
薄膜を得ることができた。これに続くマグネトロンスパ
ッタ法による主堆積層の形成においては、基板温度、形
成雰囲気ガス圧をそれぞれ５００℃以上、１０-3Ｔｏｒ
ｒ以上の領域の適当な値に設定し、同一組成のターゲッ
ト３、４を同時にスパッタする構成を採った。この場
合、基板温度が一定の状態で、基板５とターゲット３、
４との位置関係によって被膜の堆積速度が周期的に変化
することになる。その周期は、基板ホルダー６の回転速
度によって変えることができ、被膜の堆積速度の最大値
は、スパッタリング電力等のスパッタリング条件を調整
することによって最適な値にすることができる。また、
スリット板９には、組成の均一性等の被膜の特性を確保
できる適切な形状の開口部が穿設されており、基板ホル
ダー６は、プラズマからの電子及びイオンの衝撃を抑制
するために電位的に浮いた状態にされている。
成においては、ターゲット２をＺｒを含まない組成の焼
結した酸化物強誘電体材料とし、基板温度、形成雰囲気
ガス圧をそれぞれ４５０℃以下、１０-3Ｔｏｒｒ以下の
領域の適当な値に設定することにより、高精度の結晶性
薄膜を得ることができた。これに続くマグネトロンスパ
ッタ法による主堆積層の形成においては、基板温度、形
成雰囲気ガス圧をそれぞれ５００℃以上、１０-3Ｔｏｒ
ｒ以上の領域の適当な値に設定し、同一組成のターゲッ
ト３、４を同時にスパッタする構成を採った。この場
合、基板温度が一定の状態で、基板５とターゲット３、
４との位置関係によって被膜の堆積速度が周期的に変化
することになる。その周期は、基板ホルダー６の回転速
度によって変えることができ、被膜の堆積速度の最大値
は、スパッタリング電力等のスパッタリング条件を調整
することによって最適な値にすることができる。また、
スリット板９には、組成の均一性等の被膜の特性を確保
できる適切な形状の開口部が穿設されており、基板ホル
ダー６は、プラズマからの電子及びイオンの衝撃を抑制
するために電位的に浮いた状態にされている。
【００１６】イオンビームスパッタ法による初期層の堆
積速度は、０．５オングストローム／ｓ未満と非常に低
いが、形成される薄膜はほぼ完全なエピタキシャル膜で
あり、５００〜３００オングストローム程度堆積させる
だけで、後続のマグネトロンスパッタ法で形成する主堆
積層の形成に著しい改善をもたらすこととなる。特に、
Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3 薄膜の形成においては、通常の
マグネトロンスパッタ法では６５０℃以上の基板温度を
必要とし、１μｍ以下での著しい特性の劣力が問題であ
ったが、イオンビームスパッタ法を用いてＺｒを含まな
い初期層を形成することにより、６００℃未満の基板温
度で特性の非常に優れた薄膜を得ることができた
積速度は、０．５オングストローム／ｓ未満と非常に低
いが、形成される薄膜はほぼ完全なエピタキシャル膜で
あり、５００〜３００オングストローム程度堆積させる
だけで、後続のマグネトロンスパッタ法で形成する主堆
積層の形成に著しい改善をもたらすこととなる。特に、
Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3 薄膜の形成においては、通常の
マグネトロンスパッタ法では６５０℃以上の基板温度を
必要とし、１μｍ以下での著しい特性の劣力が問題であ
ったが、イオンビームスパッタ法を用いてＺｒを含まな
い初期層を形成することにより、６００℃未満の基板温
度で特性の非常に優れた薄膜を得ることができた
【００１７】以下、ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ3 （以下
「ＰＺＴ」という）薄膜を形成する場合を例に挙げて本
発明をさらに詳細に説明する。ターゲット２として焼結
した酸化物強誘電体［Ｐｂ0.9 Ｌａ0.2 ＴｉＯ3 ＋０．
２ＰｂＯ］（直径６インチ）を、ターゲット３、４とし
て［ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ 0.48Ｏ3 ＋０．２ＰｂＯ］（直径
６インチ）を用い、Ｐｂ0.9 Ｌａ0.2 ＴｉＯ3（以下
「ＰＬＴ」という）薄膜を初期層としてＰＺＴ薄膜を形
成した。基板５としては、下地電極１０、例えば、０．
１μｍのＰｔを被覆したＭｇＯ（１００）面を用いた。
「ＰＺＴ」という）薄膜を形成する場合を例に挙げて本
発明をさらに詳細に説明する。ターゲット２として焼結
した酸化物強誘電体［Ｐｂ0.9 Ｌａ0.2 ＴｉＯ3 ＋０．
２ＰｂＯ］（直径６インチ）を、ターゲット３、４とし
て［ＰｂＺｒ0.52Ｔｉ 0.48Ｏ3 ＋０．２ＰｂＯ］（直径
６インチ）を用い、Ｐｂ0.9 Ｌａ0.2 ＴｉＯ3（以下
「ＰＬＴ」という）薄膜を初期層としてＰＺＴ薄膜を形
成した。基板５としては、下地電極１０、例えば、０．
１μｍのＰｔを被覆したＭｇＯ（１００）面を用いた。
【００１８】本発明者らは、イオンビームスパッタ法を
用いて結晶性の高いペロブスカイト構造の薄膜を形成さ
せるためには、基板の温度範囲として３５０〜５００℃
が好ましいことを見い出した。堆積速度は、主にイオン
源８のイオン電流密度によって制御することができた
が、その上限は０．５オングストローム／ｓと非常に低
いものであった。しかし、その結晶性は極めて良好で、
わずか５０オングストローム程度の膜厚でもＸ線回折法
で分析した結果、ｃ軸配向性のペロブスカイト構造を有
し、透過電子顕微鏡による観察でもほぼ完全なエピタキ
シャル膜であることが確認された。これは、通常のマグ
ネトロンスパッタ法が２．０オングストローム／ｓ以上
と高い堆積速度を有しながらも、６００℃程度の高い基
板温度を必要とし、同程度の膜厚試料においてペロブス
カイト構造に起因する回折ピークがほとんど見られない
のと対照的である。このようにイオンビームスパッタ法
において結晶性薄膜が低温で得られる原因は、高真空中
で高エネルギーのスパッタ粒子がゆっくりと堆積してい
く過程に起因するものと考えられるが、詳細は不明であ
る。また、同様のイオンビームスパッタ法を用いても、
Ｚｒを含む系の場合には、ペロブスカイト構造の結晶性
被膜を得ることは困難であった。尚、ターゲット２に対
応するスリット板９の開口部の面積は、基板ホルダー６
の面積の約１／６であるため、基板５への平均形成速度
は堆積速度の１／６とさらに低くなる。
用いて結晶性の高いペロブスカイト構造の薄膜を形成さ
せるためには、基板の温度範囲として３５０〜５００℃
が好ましいことを見い出した。堆積速度は、主にイオン
源８のイオン電流密度によって制御することができた
が、その上限は０．５オングストローム／ｓと非常に低
いものであった。しかし、その結晶性は極めて良好で、
わずか５０オングストローム程度の膜厚でもＸ線回折法
で分析した結果、ｃ軸配向性のペロブスカイト構造を有
し、透過電子顕微鏡による観察でもほぼ完全なエピタキ
シャル膜であることが確認された。これは、通常のマグ
ネトロンスパッタ法が２．０オングストローム／ｓ以上
と高い堆積速度を有しながらも、６００℃程度の高い基
板温度を必要とし、同程度の膜厚試料においてペロブス
カイト構造に起因する回折ピークがほとんど見られない
のと対照的である。このようにイオンビームスパッタ法
において結晶性薄膜が低温で得られる原因は、高真空中
で高エネルギーのスパッタ粒子がゆっくりと堆積してい
く過程に起因するものと考えられるが、詳細は不明であ
る。また、同様のイオンビームスパッタ法を用いても、
Ｚｒを含む系の場合には、ペロブスカイト構造の結晶性
被膜を得ることは困難であった。尚、ターゲット２に対
応するスリット板９の開口部の面積は、基板ホルダー６
の面積の約１／６であるため、基板５への平均形成速度
は堆積速度の１／６とさらに低くなる。
【００１９】図２に示すように、このイオンビームスパ
ッタ法を用いて形成した結晶性の高いペロブスカイト構
造のＰＬＴ薄膜を初期層１１として、ターゲット３、４
を用いてマグネトロンスパッタ法により主堆積層として
のＰＺＴ薄膜１２を形成した。この場合、本発明者ら
は、結晶性の高いペロブスカイト構造の被膜を形成させ
るためには、基板の温度範囲として５００〜６００℃が
好ましいことを確認した。また、ＡｒとＯ2 の混合比と
しては、Ａｒ／Ｏ2 ＝２０〜５、圧力としては、０．１
〜０．５Ｐａが好ましいことも確認した。また、堆積速
度としては、ターゲット−基板間の距離が８０〜９０ｍ
ｍのときに、ターゲット１個当たり２００〜４００Ｗの
入力パワーで０．２〜２．５オングストローム／ｓが得
られた。尚、ターゲット３、４に対応するスリット板９
の開口部の面積は基板ホルダー６の面積の約１／３であ
るため、基板５への平均形成速度は堆積速度の１／３と
なる。この構成においては、堆積−非堆積（安定化）−
堆積−非堆積（安定化）・・・・というように周期的に
繰り返すことにより、高速で堆積した薄膜に対し、十分
な結晶粒の成長と安定化を確保する工程が遂次与えられ
ると考えられる。また、本発明によって形成された薄膜
は安定化が十分に施されており、長期安定性、信頼性の
面でも優れていると考えられる。
ッタ法を用いて形成した結晶性の高いペロブスカイト構
造のＰＬＴ薄膜を初期層１１として、ターゲット３、４
を用いてマグネトロンスパッタ法により主堆積層として
のＰＺＴ薄膜１２を形成した。この場合、本発明者ら
は、結晶性の高いペロブスカイト構造の被膜を形成させ
るためには、基板の温度範囲として５００〜６００℃が
好ましいことを確認した。また、ＡｒとＯ2 の混合比と
しては、Ａｒ／Ｏ2 ＝２０〜５、圧力としては、０．１
〜０．５Ｐａが好ましいことも確認した。また、堆積速
度としては、ターゲット−基板間の距離が８０〜９０ｍ
ｍのときに、ターゲット１個当たり２００〜４００Ｗの
入力パワーで０．２〜２．５オングストローム／ｓが得
られた。尚、ターゲット３、４に対応するスリット板９
の開口部の面積は基板ホルダー６の面積の約１／３であ
るため、基板５への平均形成速度は堆積速度の１／３と
なる。この構成においては、堆積−非堆積（安定化）−
堆積−非堆積（安定化）・・・・というように周期的に
繰り返すことにより、高速で堆積した薄膜に対し、十分
な結晶粒の成長と安定化を確保する工程が遂次与えられ
ると考えられる。また、本発明によって形成された薄膜
は安定化が十分に施されており、長期安定性、信頼性の
面でも優れていると考えられる。
【００２０】以上の構成により、ＰＬＴ初期層１１の厚
みを５０オンングストロームとして、主堆積層としての
ＰＺＴ薄膜１２を１０００オングストロームの膜厚で形
成した。形成された被膜の結晶性を、Ｘ線回折法によっ
て分析した結果、図３（ａ）に示すように、良好なｃ軸
配向性のペロブスカイト構造を有することが確認され
た。また、上部電極１３を形成して（図２）、電気的特
性、強誘電性を評価したところ、比誘電率８００、残留
分極２０μＣ／ｃｍ2 と、膜厚が非常に低いにもかかわ
らず通常１μｍ程度の試料に対して報告されている値と
同程度の値を示した。
みを５０オンングストロームとして、主堆積層としての
ＰＺＴ薄膜１２を１０００オングストロームの膜厚で形
成した。形成された被膜の結晶性を、Ｘ線回折法によっ
て分析した結果、図３（ａ）に示すように、良好なｃ軸
配向性のペロブスカイト構造を有することが確認され
た。また、上部電極１３を形成して（図２）、電気的特
性、強誘電性を評価したところ、比誘電率８００、残留
分極２０μＣ／ｃｍ2 と、膜厚が非常に低いにもかかわ
らず通常１μｍ程度の試料に対して報告されている値と
同程度の値を示した。
【００２１】一方、初期層を形成することなく直接基板
上に形成した場合には、図３（ｂ）に示すように、Ｚｒ
酸化物に起因する回折ピークしか見られず、被膜の組成
もＰｂが著しく欠損したものであった。
上に形成した場合には、図３（ｂ）に示すように、Ｚｒ
酸化物に起因する回折ピークしか見られず、被膜の組成
もＰｂが著しく欠損したものであった。
【００２２】以上のように、イオンビームスパッタ法に
よって形成した高精度のＰＬＴ薄膜を初期層とすること
により、主堆積層としてのＰＺＴ薄膜をマグネトロンス
パッタ法によって６００℃未満の低温で高精度に形成す
ることができる。
よって形成した高精度のＰＬＴ薄膜を初期層とすること
により、主堆積層としてのＰＺＴ薄膜をマグネトロンス
パッタ法によって６００℃未満の低温で高精度に形成す
ることができる。
【００２３】また、この場合、複数の基板を用意しター
ゲット上を通過させる方式を採っているため、同一のタ
ーゲット上で堆積を繰り返す場合に比べて、基板の取り
付け、昇温、高温等に要する時間を削減することができ
るので、スループット（処理能力）の点でも優れてい
る。また、すべての基板に同時に堆積できるような、大
きなターゲットを１つ使用する構成を採用しても、均一
性を確保することのできる基板設置範囲はむしろ小さ
く、本発明に係る方法は、量産性の点においても優れて
いる。
ゲット上を通過させる方式を採っているため、同一のタ
ーゲット上で堆積を繰り返す場合に比べて、基板の取り
付け、昇温、高温等に要する時間を削減することができ
るので、スループット（処理能力）の点でも優れてい
る。また、すべての基板に同時に堆積できるような、大
きなターゲットを１つ使用する構成を採用しても、均一
性を確保することのできる基板設置範囲はむしろ小さ
く、本発明に係る方法は、量産性の点においても優れて
いる。
【００２４】尚、本発明に係る誘電体薄膜の製造装置
は、ペロブスカイト型酸化物誘電体の他、高温超電導体
等の類似の多元系の酸化物の薄膜化にも有効である。こ
れらの材料を実用化するに当たっては、量産性、安定
性、均一性、再現性を確立する必要がある。その点、初
期層のみを高精度の薄膜形成法を用いて形成することに
より、膜質の高度化と量産性を両立させた優れた工程を
実現することのできる本製造装置は極めて有効である。
は、ペロブスカイト型酸化物誘電体の他、高温超電導体
等の類似の多元系の酸化物の薄膜化にも有効である。こ
れらの材料を実用化するに当たっては、量産性、安定
性、均一性、再現性を確立する必要がある。その点、初
期層のみを高精度の薄膜形成法を用いて形成することに
より、膜質の高度化と量産性を両立させた優れた工程を
実現することのできる本製造装置は極めて有効である。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
酸化物誘電体を薄膜化する製造方法及び製造装置を提供
することができ、工業上極めて大きな価値を有する。用
いられる誘電体は、多元系の酸化物で、基板界面に形成
される初期層によって特性が大きく影響されるが、本発
明により低温で高精度に、しかも安定性、均一性、再現
性良く量産することができる。
酸化物誘電体を薄膜化する製造方法及び製造装置を提供
することができ、工業上極めて大きな価値を有する。用
いられる誘電体は、多元系の酸化物で、基板界面に形成
される初期層によって特性が大きく影響されるが、本発
明により低温で高精度に、しかも安定性、均一性、再現
性良く量産することができる。
【図１】本発明に係る誘電体薄膜の製造装置の一実施例
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施例で得られた誘電体薄膜の断面
図である。
図である。
【図３】本発明の一実施例で得られた誘電体薄膜の結晶
性を示すＸ線回折パターン図である。
性を示すＸ線回折パターン図である。
１ スパッタチャンバー ２、３、４ ターゲット ５ 基板 ６ 基板ホルダー ７ 光源 ８ バケット型イオン源 ９ スリット板 １０ 下地電極 １１ 初期層 １２ 主堆積層 １３ 上部電極
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｇ 4/33 4/12 ４００ Ｈ０１Ｌ 21/31 21/314 Ａ 7352−4Ｍ 21/316 Ｙ 7352−4Ｍ 27/04 21/822 21/8242 27/108 37/02 41/24 // Ｃ３０Ｂ 29/32 8216−4Ｇ Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｃ 7210−4Ｍ 27/10 ３２５ Ｊ 41/22 Ａ (72)発明者 小牧 一樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 北川 雅俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上にＡＢＯ3 で構成されるペロブス
カイト型複合化合物被膜を堆積させる誘電体薄膜の製造
方法であって、被膜の初期層形成時に限り、その組成、
堆積速度及び基板温度を、それぞれＺｒを含まないも
の、０．５オングストローム／ｓ未満、４５０℃以下と
することを特徴とする誘電体薄膜の製造方法。ここで、
Ａサイトは、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ及びＬａから選ばれる少
なくとも１種類、Ｂサイトは、Ｔｉ及びＺｒから選ばれ
る少なくとも１種類の元素を含む。 - 【請求項２】 初期層の厚みが５０〜３００オングスト
ロームである請求項１に記載の誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 初期層の形成手段としてイオンビームス
パッタ法を用い、これに続く主堆積層の形成手段として
マグネトロンスパッタ法を用いる請求項１に記載の誘電
体薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 基板上にＡＢＯ3 で構成されるペロブス
カイト型複合化合物被膜を堆積させる誘電体薄膜の製造
装置であって、Ｚｒを含まない初期層の形成手段として
イオンビームスパッタ法を用い、これに続く主堆積層の
形成手段としてマグネトロンスパッタ法を用いることの
できる機構を備えたことを特徴とする誘電体薄膜の製造
装置。ここで、Ａサイトは、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ及びＬａ
から選ばれる少なくとも１種類、Ｂサイトは、Ｔｉ及び
Ｚｒから選ばれる少なくとも１種類の元素を含む。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31960593A JPH07172984A (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | 誘電体薄膜の製造方法及びその製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31960593A JPH07172984A (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | 誘電体薄膜の製造方法及びその製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07172984A true JPH07172984A (ja) | 1995-07-11 |
Family
ID=18112143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31960593A Pending JPH07172984A (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | 誘電体薄膜の製造方法及びその製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07172984A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998008255A1 (fr) * | 1996-08-20 | 1998-02-26 | Hitachi, Ltd. | Procede de fabrication de dispositif a oxyde dielectrique et memoire et semi-conducteur utilisant ce dispositif |
| JP2002531943A (ja) * | 1998-11-30 | 2002-09-24 | アンテルユニヴェルシテール・ミクロ−エレクトロニカ・サントリュム・ヴェー・ゼッド・ドゥブルヴェ | 強誘電コンデンサの作成方法および基板上にｐｚｔ層を成長させる方法 |
| JP2004014933A (ja) * | 2002-06-10 | 2004-01-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電素子およびその製造方法 |
| US7033001B2 (en) | 2001-12-18 | 2006-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, manufacturing method thereof, and ink jet type recording apparatus |
| JP2007294986A (ja) * | 1996-08-20 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | 酸化物誘電体素子 |
-
1993
- 1993-12-20 JP JP31960593A patent/JPH07172984A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998008255A1 (fr) * | 1996-08-20 | 1998-02-26 | Hitachi, Ltd. | Procede de fabrication de dispositif a oxyde dielectrique et memoire et semi-conducteur utilisant ce dispositif |
| EP0957516A1 (en) * | 1996-08-20 | 1999-11-17 | Hitachi, Ltd. | Method for manufacturing oxide dielectric device, and memory and semiconductor device usign the device |
| EP0957516A4 (ja) * | 1996-08-20 | 1999-12-01 | ||
| KR100315264B1 (ko) * | 1996-08-20 | 2001-11-26 | 가나이 쓰도무 | 산화물 유전체 소자의 제조방법, 그것을 사용한 메모리 및 반도체 장치 |
| JP2007294986A (ja) * | 1996-08-20 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | 酸化物誘電体素子 |
| JP2002531943A (ja) * | 1998-11-30 | 2002-09-24 | アンテルユニヴェルシテール・ミクロ−エレクトロニカ・サントリュム・ヴェー・ゼッド・ドゥブルヴェ | 強誘電コンデンサの作成方法および基板上にｐｚｔ層を成長させる方法 |
| JP4772188B2 (ja) * | 1998-11-30 | 2011-09-14 | アイメック | 強誘電コンデンサの作成方法および基板上にｐｚｔ層を成長させる方法 |
| US7033001B2 (en) | 2001-12-18 | 2006-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, manufacturing method thereof, and ink jet type recording apparatus |
| US7478558B2 (en) | 2001-12-18 | 2009-01-20 | Panasonic Corporation | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, method for manufacturing the same, and ink jet recording apparatus |
| JP2004014933A (ja) * | 2002-06-10 | 2004-01-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電素子およびその製造方法 |
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