JPH07288033A

JPH07288033A - 強誘電体素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07288033A
Application number: JP7833094A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fujii; 覚藤井; Ryoichi Takayama; 良一高山; Atsushi Tomosawa; 淳友澤; Akiyuki Fujii; 映志藤井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1994-04-18
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】製造プロセス時間の短縮化、デバイスの小型
高感度化が可能であり、かつ安価な強誘電体素子および
その製造方法を供給する。【構成】基板１１上に下地電極１３が空隙層１０を覆
って形成され、下地電極１３上に強誘電体１４が、強誘
電体１４と下地電極１３を覆うように樹脂層１５が形成
され、上部電極１６が樹脂層１５上に形成され、空隙層
よりも面積が小さい強誘電体１４が空隙層１０の概ね中
央に設けられており、基板上に、犠牲層１２、下地電極
１３、強誘電体１４、樹脂層１５、上部電極１６を順次
形成したのち、犠牲層１２をウエットエッチング除去し
て、空隙層１０を基板１１と下地電極１３の間に形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強誘電体薄膜を用いた、
焦電型赤外線検出器、圧電力学量センサ、圧電アクチュ
エータ等の素子およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、強誘電体薄膜の成膜方法として
は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、ゾル−ゲル
法、などがあげられる。しかし、配向性薄膜を作製する
ためには基板材料が限定される問題があった。

【０００３】例えば、JOUNAL of APPLIED PHYSICS 63
(12),1988 p5868-5872 R.TAKAYAMAet.alには、ＭｇＯ
単結晶上に、ｃ軸配向したペロブスカイト構造のランタ
ンを添加したチタン酸鉛系強誘電体薄膜を形成させ、こ
れを焦電型赤外線センサーへとデバイス化したことが報
告されている。この場合、強誘電体である焦電体は、分
極処理を行わなくても、分極方向が一方向に揃ってお
り、焦電電流が検出される。さらに、分極処理したバル
ク焼結体と比較して、約３倍の焦電特性が得られてい
る。しかし、ＭｇＯ単結晶基板は熱伝導率が高い特性が
ある。従って赤外線センサの高感度化を図るためには、
焦電体の下部に位置するＭｇＯ単結晶基板をエッチング
して、焦電体から基板への熱伝導を防止している。さら
に、成膜のためにＭｇＯ単結晶基板を使用しているため
に、薄膜と外部回路を１枚の基板上に構成することはで
きない。

【０００４】これに対して、素子の小型化のために、AP
PLYED PHYSICS LETTERS 59(27),p3539-3541, D.L.Polla
et.al.には、Ｓｉ基板上に形成したエアギャップの上
に、焦電体を形成した赤外線検出器が報告されている。
リンケイ酸ガラスが、犠牲層として使用されている。犠
牲層のエッチャントは、フッ酸を用いている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら第１番目
の従来例のような構成では、焦電体の下部に位置するＭ
ｇＯ単結晶基板をエッチング除去するために、エッチン
グプロセスに時間を要するという問題点を有していた。
例えば、０．５ｍｍ厚のＭｇＯ単結晶基板をリン酸でエ
ッチングすると、５時間程度の時間を要した。さらに、
ＭｇＯ単結晶基板は高価な基板であり、ＭｇＯ単結晶基
板の一部をエッチング除去するために、基板の再使用は
不可能であり、コスト的にも不利であるという問題点も
有していた。さらに、ＭｇＯ単結晶基板が４５度にテー
パー状にエッチングされる。デバイス化のためには、成
膜基板に対して小さい面積しか焦電体を形成できない。
従って、焦電体面積に対してデバイス全体が大きくなる
という問題点も有していた。

【０００６】また、第２番目の従来例の構成では、犠牲
層が無配向のために焦電体の結晶配向の制御が困難であ
るという問題点がある。さらに、エアギャップの形成が
焦電体形成工程の前である。従って、真空中ではエアギ
ャップ部分が安定しないために、焦電体を真空中で形成
することが困難であるという問題点がある。

【０００７】本発明の目的は、製造プロセス時間の短縮
化、デバイスの小型高感度化が可能であり、かつ安価な
強誘電体素子およびその製造方法を供給することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の強誘電体素子は、基板と、空隙層と、樹脂
層と、前記空隙層よりも面積が小さい強誘電体と、前記
空隙層よりも面積が小さい強誘電体の両面に設けた上部
電極と下地電極を備え、前記基板上に、前記下地電極が
前記空隙層を覆って形成され、前記下地電極上に前記強
誘電体が形成され、前記強誘電体と前記下地電極を覆う
ように前記樹脂層が形成され、前記上部電極が前記樹脂
層上に形成され、かつ、前記強誘電体上に形成された前
記樹脂層のコンタクトホールを介して強誘電体と接続さ
れており、前記空隙層よりも面積が小さい強誘電体が前
記空隙層の概ね中央に設けられている。

【０００９】また、本発明の強誘電体素子の製造方法
は、基板上に犠牲層を形成し、前記犠牲層上に下地電極
を形成し、前記下地電極上に強誘電体を形成し、前記強
誘電体上に樹脂層を形成し、前記樹脂層上に上部電極を
形成したのち、前記犠牲層をウエットエッチング除去す
ることにより、空隙層を前記基板と前記下地電極の間に
形成することである。

【００１０】さらに、本発明の強誘電体素子は、基板
と、一対の強誘電体支持層と、空隙層と、樹脂層と、前
記空隙層よりも面積が小さい強誘電体と、前記空隙層よ
りも面積が小さい強誘電体の両面に設けた上部電極と下
地電極を備え、前記一対の強誘電体支持層が前記空隙層
を挟んで前記基板上に形成され、前記下地電極が前記一
対の強誘電体支持層上に前記空隙層を横切るように形成
され、前記強誘電体が前記空隙層上に位置する下地電極
部分上に形成され、前記樹脂層が前記強誘電体上に形成
され、前記強誘電体と前記下地電極を覆うように前記樹
脂層が形成され、前記上部電極が前記樹脂層上に形成さ
れ、かつ、前記強誘電体上に形成された前記樹脂層のコ
ンタクトホールを介して強誘電体と接続されており、前
記空隙層よりも面積が小さい強誘電体が前記空隙層の概
ね中央に設けられている。

【００１１】また、本発明の強誘電体素子の製造方法
は、一対の強誘電体支持層を基板上に形成し、犠牲層を
前記一対の強誘電体支持層に挟まれた溝部分に形成し、
下地電極を前記一対の強誘電体支持層と前記犠牲層上に
形成し、強誘電体を前記犠牲層上に位置する下地電極部
分上に形成し、樹脂層を前記強誘電体と下地電極を覆う
ように形成し、上部電極を前記樹脂層上に形成したの
ち、前記犠牲層をウエットエッチング除去することによ
り、前記一対の強誘電体支持層に挟まれた空隙層を前記
基板と前記下地電極の間に形成することである。

【００１２】

【作用】本発明は上記構成により、基板上に形成した犠
牲層をエッチングすることにより空隙層を形成し、基板
と強誘電体を熱的に分離するするために検出器の高感度
化のために有効である。また、犠牲層をエッチングする
ため、プロセス時間の短縮化が可能となる点で有効であ
る。さらに、ｒｆマグネトロンスパッタ法、あるいは、
金属アセチルアセトナート等の有機金属錯体を原料ガス
に用いたプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によって、下地基
板にかかわらず、容易に基板に対して垂直方向に（１０
０）軸が優先配向したＮａＣｌ結晶構造の各種の酸化物
犠牲層が得られる。基板上に（１００）面に優先配向し
たＮａＣｌ結晶型犠牲層を形成することにより、犠牲層
上に作製する強誘電体と犠牲層の格子定数のミスフィッ
トの整合を図ることが可能であり、強誘電体の配向性が
向上する。この結果、強誘電体が、分極軸であるｃ軸へ
の配向率が高くなり、検出器の高感度化に効果的であ
る。そのため、前記犠牲層は、強誘電体の配向膜形成の
下地層としても使用可能であり、空隙層形成機能と配向
性薄膜作製のための下地層機能を兼ね備えている。これ
らの方法を用いると、いろいろな材料の基板の上に、
（１００）面結晶配向したＭｇＯあるいはＮｉＯ薄膜を
形成できる。従って、配向性犠牲層を形成する基板の選
択により、製造コストを大幅に減少させることが可能な
点でも有効である。

【００１３】また、本発明は上記構成により、犠牲層の
みをエッチングするため、基板がテーパー状にエッチン
グされることがなく、デバイスの小型化の点でも有効で
ある。

【００１４】さらに、本発明は上記構成により、空隙層
の形成が強誘電体形成過程の後であるため、真空中で強
誘電体を形成することが可能であり、高配向性強誘電体
を形成することにより検出器の高感度化の点でも有効で
ある。

【００１５】

【実施例】以下本発明の強誘電体素子ならびにその製造
方法に関する一実施例について、焦電型赤外線検出器を
一実施例として、図面を参照しながら説明する。

【００１６】（実施例１）図１に、本発明の一実施例の
強誘電体素子の断面図（一素子のみを部分的に図示）
を、図２にその作製プロセスの（図１のａ−ａ’線に沿
った）断面図を、図３にその作製プロセスの平面図を示
す。基板１１としてステンレス金属基板（熱膨張係数１
８×１０^-6℃^-1）を用いた。

【００１７】基板１１の上に（１００）面に優先配向し
た、ＭｇＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物犠牲層１２を、プラ
ズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置により形成した。図４に
示すプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置は、反応チャン
バー４１内に平行に配置した二つの電極４２間に高周波
によってプラズマを発生させ、その中で有機金属の原料
ガスを分解して基板上に化学蒸着（ＣＶＤ）することで
薄膜を形成する装置である。ここで、この基板１１は、
アース側電極に片側面が密着して保持され、基板加熱ヒ
ータ４９によってあらかじめ３５０ ℃に加熱された状
態にした。

【００１８】一方、原料気化容器４６にマグネシウムア
セチルアセトナート；Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂を入れ、１９
０℃に保持したオイルバスを用いて加熱した。このよう
に加熱することによって気化したマグネシウムアセチル
アセトナートの蒸気を、キャリアガスボンベ４７から１
０ｍｌ／ｍｉｎの流速のキャリアガス（窒素）を用い
て、反応チャンバー４１内に流し入れた。また、反応ガ
スボンベ４８から反応ガスとして酸素ガスを１２ｍｌ／
ｍｉｎで流し、これを途中で混ぜて反応チャンバー４１
内に吹出ノズルを介して流し入れた。このとき、反応チ
ャンバー４１内は、その排気系４３から真空排気される
ことで７．９０Ｐａの真空度に保持した。

【００１９】以上のような状態において、ＲＦ側電極に
１３．５６ＭＨｚで４００Ｗの高周波を１０分間印加す
ることによって、アース側電極との間にプラズマを発生
させ、第１基板の片側表面上に（１００）面に結晶配向
したＭｇＯ薄膜を形成した。この成膜中、基板１１を基
板回転モータによって１２０ｒｐｍの速度で回転した。
このような方法で基板に対して垂直方向に（１００）面
に結晶配向したＭｇＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物犠牲層１
２を厚み１μｍで成膜した。

【００２０】続いて、犠牲層をフォトリソ法によりパタ
ーンニングをした。この後、パタンニングした犠牲層１
２上に、Ｐｔ薄膜を下地電極１３として形成した。下地
電極１３の形状は、犠牲層１２のエッチング除去工程を
考慮した。すなわち、下地電極１３の形状は、犠牲層１
２の中央部と４隅を覆う形状とした。下地電極１３のパ
ターンニングは、ステンレスマスク、あるいはリフトオ
フにより行なった。また、下地電極１３であるＰｔ薄膜
は、（１００）面に優先配向していることが望ましい。
これは、本発明の強誘電体の分極軸が、ｃ軸であること
による。以下に、（１００）面に優先配向したＮａＣｌ
型酸化物犠牲層１２上で、（１００）面に優先配向した
Ｐｔ薄膜の作製方法を述べる。

【００２１】高周波マグネトロンスパッタ法により、Ｐ
ｔ膜を作製した。スパッタ成膜条件は、基板温度が４０
０℃、スパッタガスはＡｒ（９５％）と酸素（５％）の
混合ガスで、ガス圧は０．５Ｐａ、高周波投入パワー密
度は２.５Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ＭＨｚ）で、成膜時間
は１時間であった。膜の厚さは０.２μｍであった。

【００２２】さらに、前記下地電極１３の中央部上に、
Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1Ｔｉ_0.975Ｏ₃なる組成の強誘電体１４を
形成した。その成膜方法を以下に述べる。

【００２３】Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1Ｔｉ_0.975Ｏ₃の薄膜の成膜
には、高周波マグネトロンスパッタ装置を用いた。第１
基板は、厚さ０．２ｍｍのステンレスマスクを用い、ス
テンレス製基板ホルダに取り付けて成膜した。ターゲッ
トは、ＰｂＯ，Ｌａ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂の粉末を混合し、銅
製皿に入れて用いた。粉末の混合比は、膜組成に対して
ＰｂＯを２０mol%過剰に加えた。スパッタの成膜条件
は、基板温度が６００℃、スパッタガスはＡｒ（９０
％）と酸素（１０％）の混合ガスで、ガス圧は０．９Ｐ
ａ、高周波投入パワー密度は２.０Ｗ／ｃｍ²（１３．５
６ＭＨｚ）であった。膜の厚さは３μｍであった。

【００２４】（１００）面に優先配向した、ＭｇＯ薄膜
であるＮａＣｌ型酸化物犠牲層１２とＰｔ下地電極１３
を、上記の方法により作成し、さらにその上に、Ｐｂ
_0.9Ｌａ_0.1Ｔｉ_0.975Ｏ₃の成膜を、高周波マグネトロン
スパッタ法で作製した。試料のＸ線回折パターンを図５
に示す。

【００２５】ｃ軸配向率α（％）を（数１）で定義し、
その値を算出した。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、Ｉ（００１）、Ｉ（１００）、Ｉ
（１０１），Ｉ（１１１），Ｉ（１１０）は、それぞれ
（００１）、（１００）、（１０１），（１１１），
（１１０）反射の強度を示す。前記試料のαは、９４％
であり、強誘電体を構成する薄膜の分極軸方向へ、優先
的に配向していた。

【００２８】続いてこの全面に、樹脂層１５として感光
性ポリイミド樹脂を、スピンコートにより塗布した。そ
して、フォトリソ法により、犠牲層１２上の下地電極部
分を覆い、かつ強誘電体１４上に上部電極接合用のコン
タクトホールを備えた形状にパターンニングし、硬化さ
せた。

【００２９】樹脂層１５を形成後、上部電極１６を、樹
脂層１５（コンタクトホールを介して強誘電体１４と接
続）、下地電極１３と基板１１上に形成した。上部電極
１６は、膜厚１００ｎｍのＮｉ−Ｃｒ薄膜を、ステンレ
スマスクを使用してスパッタリング法により形成した。

【００３０】最後に、犠牲層１２をエッチング除去して
空隙層１０を作製した。エッチャントは、１０ｗｔ％リ
ン酸水溶液を使用し、８０℃に加熱した。エッチング時
間は５〜１０分であった。空隙層１０の形成により、強
誘電体１４からの熱の分散を縮小できる。これは、検出
器の高感度化の点で有効である。

【００３１】従来、ＭｇＯ単結晶基板はサイドエッチン
グを受け、均一なエッチングが難しく、エッチングむら
につながっていた。強誘電体の下部に位置するＭｇＯ単
結晶基板をエッチング除去する場合には、通常ＭｇＯ単
結晶基板厚さが、３００〜５００μｍ程度である。その
ために、エッチングプロセス時間が、リン酸水溶液を用
いた場合には数時間を要していた。

【００３２】本発明では、基板上に形成した犠牲層をエ
ッチングすることにより、犠牲層のエッチングプロセス
時間の短縮が可能となる点で有効である。また、空隙層
の形成により、基板と強誘電体を熱的に分離するするた
めに検出器の高感度化のために有効である。さらに、犠
牲層のみをエッチングするため、基板がテーパー状にエ
ッチングされることがなく、デバイスの小型化の点でも
有効である。

【００３３】また、ｒｆマグネトロンスパッタ法、ある
いは、金属アセチルアセトナート等の有機金属錯体を原
料ガスに用いたプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によって、
下地基板にかかわらず、容易に基板に対して垂直方向に
（１００）軸配向したＮａＣｌ結晶構造の各種の酸化物
下地膜が得られる。基板上に（１００）面配向のＮａＣ
ｌ結晶型犠牲層を形成することにより、犠牲層上に作製
する強誘電体と犠牲層の格子定数のミスフィットの整合
を図ることが可能であり、強誘電体の配向性が向上す
る。この結果、強誘電体は、分極軸であるｃ軸への配向
率が高くなり、検出器の高感度化に効果的である。その
ため、前記犠牲層は、強誘電体の配向膜形成のための下
地層としても使用可能であり、空隙層形成機能と配向性
薄膜作製のための下地層機能を兼ね備えている点で有効
である。これらの方法を用いると、いろいろな材料の基
板の上に、（１００）面結晶配向したＭｇＯあるいはＮ
ｉＯ薄膜を形成できる。従って、配向性犠牲層を形成す
る基板の選択により、製造コストを大幅に減少させるこ
とが可能な点でも有効である。

【００３４】（実施例２）基板の種類、犠牲層の種類お
よび犠牲層の成膜方法、強誘電体の種類が、実施例１と
異なる場合についても、検討をおこなった。表１に作製
方法をまとめた。

【００３５】基板１１として、ステンレス金属、アルミ
ナ焼結体基板、（１００）Ｓｉ単結晶基板を用いた。こ
れは、下地基板にかかわらず、容易に基板に対して垂直
方向に（１００）軸配向したＮａＣｌ結晶構造の各種の
酸化物犠牲層が得られることによる。従って、基板１１
の材料を様々に選べるため、大幅な低コスト化が可能な
点で有効である。

【００３６】

【表１】

【００３７】犠牲層として、ＮｉＯをプラズマ励起ＭＯ
ＣＶＤ法で作製した場合について以下に述べる。装置及
び方法は、実施例１のプラズマ励起ＭＯＣＶＤ法による
ＭｇＯの作成と同様である。相違点は、以下の通りであ
る。

【００３８】ＮｉＯ下地膜も、図４に示すプラズマ励起
ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置により形成した。基板加熱ヒータ
４９によってあらかじめ３５０ ℃に加熱された状態に
した。一方、原料気化容器４６にニッケルアセチルアセ
トナート；Ｎｉ（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂）₂Ｈ₂Ｏを入れ、１６０℃
に保持したオイルバスを用いて加熱した。このように加
熱することによって気化したニッケルアセチルアセトナ
ートの蒸気を、キャリアガスボンベ４７から３５ｍｌ／
ｍｉｎの流速のキャリアガス（窒素）を用いて、反応チ
ャンバー４１内に流し入れた。また、反応ガスボンベ４
８から反応ガスとして酸素ガスを１５ｍｌ／ｍｉｎで流
し、これを途中で混ぜて反応チャンバー４１内に吹出ノ
ズルを介して流し入れた。このとき、反応チャンバー４
１内は、その排気系４３から真空排気されることで７．
９０Ｐａの真空度に保持した。

【００３９】以上のような状態において、ＲＦ側電極に
１３．５６ＭＨｚで４００Ｗの高周波を１０分間印加す
ることによって、アース側電極との間にプラズマを発生
させ、基板の片側表面上（１００）面に優先配向したＮ
ｉＯ薄膜を形成した。この成膜中、基板１１を基板回転
モータによって１２０ｒｐｍの速度で回転した。膜厚
は、２０００オングストロームで成膜した。

【００４０】次に、犠牲層１２をｒｆスパッタ法で作製
した場合について、以下に述べる。ＭｇＯ作製には、Ｍ
ｇＯ焼結体（純度９９.９％）をターゲットとして使用
した。スパッタの成膜条件は、基板温度が６００℃、ス
パッタガスはＡｒ（５０％）と酸素（５０％）の混合ガ
スで、ガス圧は０．７Ｐａ、高周波投入パワー密度は
２.５Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ＭＨｚ）で、成膜時間は１
時間であった。膜の厚さは０.２μｍであった。

【００４１】また、ｒｆスパッタ法によるＮｉＯの作製
には、ＮｉＯ粉末（純度９９.９％）を銅製皿に入れ
て、ターゲットとして用いた。スパッタ成膜条件は、基
板温度が６００℃、スパッタガスはＡｒ（６０％）と酸
素（４０％）の混合ガスで、ガス圧は１．１Ｐａ、高周
波投入パワー密度は２.５Ｗ／ｃｍ²（１３．５６ＭＨ
ｚ）で、成膜時間は１.５時間であった。膜の厚さは０.
２μｍであった。

【００４２】最後に、強誘電体１４が、ＰｂＴｉＯ₃の
組成の場合について作製法を述べる。強誘電体１４は、
プラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置により形成した。装
置は、（図４）に示した装置に気化容器（４６ｂ；図示
せず）をさらに１台増加させた。基板加熱ヒータ４９に
よってあらかじめ、基板１１を、４５０ ℃に加熱し
た。一方、原料気化容器４６に鉛ジピバロイルメタン；
Ｐｂ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂）₂を入れ、１３０℃に保持したオイ
ルバスを用いて加熱した。もう一方の原料気化容器４６
ｂに、テトラ−イソ−プロピルチタナート；Ｔｉ（ｉ−
Ｃ₃Ｈ₇Ｏ）₄を入れ、５０℃に保持したオイルバスを用
いて加熱した。このように加熱することによって気化し
た鉛ジピバロイルメタンとテトラ−イソ−プロピルチタ
ナートの蒸気を、キャリアガスボンベ４８から１０ｍｌ
／ｍｉｎの流速のキャリアガス（窒素）を用いて、反応
チャンバー４１内に流し入れた。また、反応ガスとして
反応ガスボンベ４９から酸素ガスを４０ｍｌ／ｍｉｎで
流し、これを途中で混ぜて反応チャンバー４１内に吹出
ノズルを介して流し入れた。このとき、反応チャンバー
４１内は、その排気系４３から真空排気されることで
３．９０Ｐａの真空度に保持した。

【００４３】以上のような状態において、ＲＦ側電極に
１３．５６ＭＨｚで４００Ｗの高周波を１００分間印加
することによって、アース側電極との間にプラズマを発
生させ、基板１１の片側表面上に（１００）面に優先配
向したＰｂＴｉＯ₃強誘電体を形成した。膜厚は、３μ
ｍであった。この成膜中、基板１１を基板回転モータに
よって１２０ｒｐｍの速度で回転した。

【００４４】（実施例３）図６に、本実施例の強誘電体
素子の断面図（２素子のみを部分的に図示）を、図７に
その作製プロセスの（図６のａ−ａ’線、およびｂ−
ｂ’線に沿った）断面図を、図８にその作製プロセスの
平面図を示す。基板６１として結晶化ガラス基板（熱膨
張係数１４×１０^-6℃^-1）を用いた。

【００４５】最初に、基板６１上に、ＳｉＯ₂、または
Ｓｉ₃Ｎ₄を、一対の強誘電体支持層６２としてスパッタ
法により形成した。なお、強誘電体支持層６２のパター
ンニングは、ステンレスマスク、あるいはフォトリソ法
により行なった。

【００４６】続いて、一対の強誘電体支持層６２に挟ま
れた溝部分７１に、（１００）面に優先配向したＮｉＯ
薄膜ＮａＣｌ型酸化物の犠牲層７２を、プラズマ励起Ｍ
Ｏ−ＣＶＤ成膜装置により形成した。作製条件は、実施
例２と同様である。なお、犠牲層７２形成中は、強誘電
体支持層６２表面を、ステンレスマスクあるいはレジス
トで保護した。これは、強誘電体支持層６２表面に、Ｎ
ｉＯ薄膜が形成されることを防止するためである。

【００４７】その後、下地電極６３であるＰｔ薄膜を、
犠牲層７２と一対の強誘電体支持層６２上に横切るよう
に形成した。下地電極６３の成膜条件は、実施例１と同
様である。この場合も、（１００）面に優先配向した下
地電極６３を、（１００）面に優先配向したＮｉＯ薄膜
犠牲層７２上部分に形成可能であった。

【００４８】続いて、（１００）面に優先配向したＮｉ
Ｏ薄膜犠牲層７２上部分に形成された（１００）面優先
配向した下地電極６３上に、Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1Ｔｉ_0.975
Ｏ₃なる組成の強誘電体６４を作製した。強誘電体６４
の成膜方法は実施例１と同様である。また、強誘電体６
４のパターンニングは、ステンレスマスクにより行っ
た。

【００４９】続いてこの全面に、樹脂層６５として感光
性ポリイミド樹脂を、スピンコートにより塗布した。そ
して、フォトリソ法により、下地電極６３を覆い、かつ
強誘電体６４上に上部電極接合用のコンタクトホールを
備えた形状にパターンニングし、硬化させた。

【００５０】樹脂層６５を形成後、上部電極６６を、樹
脂層６５（コンタクトホールを介して強誘電体６４と接
続）と強誘電体支持層６２上に形成した。上部電極６６
は、膜厚１００ｎｍのＮｉ−Ｃｒ薄膜を、ステンレスマ
スクを使用してスパッタリング法により形成した。

【００５１】最後に、犠牲層７２をエッチング除去して
空隙層６０を作製した。エッチャントは、１０ｗｔ％リ
ン酸水溶液を使用し、８０℃に加熱した。エッチング時
間は５〜１０分であった。空隙層６０の形成により、強
誘電体６４からの熱の分散を縮小できる。これは、検出
器の高感度化の点で有効である。

【００５２】従来、ＭｇＯ単結晶基板はサイドエッチン
グを受け、均一なエッチングが難しく、エッチングむら
につながっていた。強誘電体の下部に位置するＭｇＯ単
結晶基板をエッチング除去する場合には、通常基板厚さ
が、３００〜５００μｍ程度である。そのために、エッ
チングプロセス時間が、リン酸水溶液を用いた場合には
数時間を要していた。

【００５３】本発明では、基板上に形成した犠牲層をエ
ッチングすることにより、エッチングプロセス時間の短
縮が可能となる点で有効である。また、空隙層形成によ
り、基板と強誘電体を熱的に分離するするために検出器
の高感度化のために有効である。さらに、犠牲層のみを
エッチングするため、基板がテーパー状にエッチングさ
れることがなく、デバイスの小型化の点でも有効であ
る。

【００５４】また、ｒｆマグネトロンスパッタ法、ある
いは、金属アセチルアセトナート等の有機金属錯体を原
料ガスに用いたプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によって、
下地基板にかかわらず、容易に基板に対して垂直方向に
（１００）軸配向したＮａＣｌ結晶構造の各種の酸化物
下地膜が得られる。基板上に（１００）面配向のＮａＣ
ｌ結晶型犠牲層を形成することにより、犠牲層上に作製
する強誘電体と犠牲層の格子定数のミスフィットの整合
を図ることが可能であり、強誘電体の配向性が向上す
る。この結果、強誘電体が、分極軸であるｃ軸への配向
率が高くなり、検出器の高感度化に効果的である。その
ため、前記犠牲層は、強誘電体の配向膜形成のための下
地層としても使用可能であり、空隙層形成機能と配向性
薄膜作製のための下地層機能を兼ね備えている点で有効
である。これらの方法を用いると、いろいろな材料の基
板の上に、（１００）面結晶配向したＭｇＯあるいはＮ
ｉＯ薄膜を形成できる。従って、配向性犠牲層を形成す
る基板の選択により、製造コストを大幅に減少させるこ
とが可能な点でも有効である。

【００５５】（実施例４）基板の種類、犠牲層の種類お
よび成膜方法、強誘電体の種類が、実施例３と異なる場
合についても、検討をおこなった。表２に作製方法をま
とめた。成膜条件は、実施例１および２と同様である。

【００５６】基板６１として、結晶化ガラス、ソーダラ
イムガラス基板（コーニング７０５９）、（１１１）Ｓ
ｉ単結晶基板を用いた。これは、下地基板にかかわら
ず、容易に基板に対して垂直方向に（１００）軸配向し
たＮａＣｌ結晶構造の各種の酸化物犠牲層が得られるこ
とによる。従って、基板６１の材料を様々に選べるた
め、大幅な低コスト化が可能な点で有効である。

【００５７】

【表２】

【００５８】なお、本実施例１から４において、３個の
強誘電体からなるリニアアレイ強誘電体素子について図
示しているが、単素子や２次元素子の作製についても同
様の効果が得られることは明らかである。また、本実施
１から４において、強誘電体としてＰｂ_0.9Ｌａ_0.1Ｔｉ
_0.975Ｏ₃、またはＰｂＴｉＯ₃を用いた例を示した。し
かし、他の組成の強誘電体を用いた場合にも、同様の効
果が得られることは明らかである。本実施例１から４に
おいて、強誘電体の形成方法として、プラズマ励起ＭＯ
−ＣＶＤ法または、高周波マグネトロンスパッタ法を用
いた実施例を示したが、他の形成方法を用いた場合も、
同様の効果が得られることは明らかである。さらに、本
実施例１から４において、基板として、ガラス基板（コ
ーニング７０５９）、単結晶シリコン板で（１００）お
よび（１１１）面を切り出したもの、アルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）の焼結体基板、およびステンレス金属基板を用い
たが、本実施例の成膜条件でも使用可能な他の基板でも
同様の効果が得られることは明らかである。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本発明の強誘電体素子は、
基板と、空隙層と、樹脂層と、前記空隙層よりも面積が
小さい強誘電体と、前記空隙層よりも面積が小さい強誘
電体の両面に設けた上部電極と下地電極を備え、前記基
板上に、前記下地電極が前記空隙層を覆って形成され、
前記下地電極上に前記強誘電体が形成され、前記強誘電
体と前記下地電極を覆うように前記樹脂層が形成され、
前記上部電極が前記樹脂層上に形成され、前記上部電極
が、前記強誘電体上に形成された前記樹脂層のコンタク
トホールを介して強誘電体と接続されており、前記空隙
層よりも面積が小さい強誘電体が前記空隙層の概ね中央
に設けられていることを特徴としている。

【００６０】また、本発明の強誘電体素子の製造方法
は、基板上に犠牲層を形成し、前記犠牲層上に下地電極
を形成し、前記下地電極上に強誘電体を形成し、前記強
誘電体上に樹脂層を形成し、前記樹脂層上に上部電極を
形成したのち、前記犠牲層をウエットエッチング除去す
ることにより、空隙層を前記基板と前記下地電極の間に
形成することである。

【００６１】さらに、本発明の強誘電体素子は、基板
と、一対の強誘電体支持層と、空隙層と、樹脂層と、前
記空隙層よりも面積が小さい強誘電体と、前記空隙層よ
りも面積が小さい強誘電体の両面に設けた上部電極と下
地電極を備え、前記一対の強誘電体支持層が前記空隙層
を挟んで前記基板上に形成され、前記下地電極が前記一
対の強誘電体支持層上に前記空隙層を横切るように形成
され、前記強誘電体が前記下地電極上に形成され、前記
樹脂層が前記強誘電体上に形成され、前記強誘電体と前
記下地電極を覆うように前記樹脂層が形成され、前記上
部電極が前記樹脂層上に形成され、前記上部電極が、前
記強誘電体上に形成された前記樹脂層のコンタクトホー
ルを介して強誘電体と接続されており、前記空隙層より
も面積が小さい強誘電体が前記空隙層の概ね中央に設け
られていることを特徴としている。

【００６２】また、本発明の強誘電体素子の製造方法
は、一対の強誘電体支持層を基板上に形成し、犠牲層を
前記一対の強誘電体支持層に挟まれた空隙層部分に形成
し、下地電極を前記一対の強誘電体支持層と前記犠牲層
上に形成し、強誘電体を前記犠牲層上に位置する下地電
極部分上に形成し、樹脂層を前記強誘電体と下地電極を
覆うように形成し、上部電極を前記樹脂層上に形成した
のち、前記犠牲層をウエットエッチング除去することに
より、前記一対の強誘電体支持層に挟まれた空隙層を前
記基板と前記下地電極の間に形成することを特徴として
いる。

【００６３】本発明は上記構成により、基板上に形成し
た犠牲層をエッチングすることにより、基板と強誘電体
を熱的に分離するするために検出器の高感度化のために
有効である。また、犠牲層のエッチングプロセス時間の
短縮が可能となる点で有効である。さらに、ｒｆマグネ
トロンスパッタ法、あるいは、金属アセチルアセトナー
ト等の有機金属錯体を原料ガスに用いたプラズマ励起Ｍ
Ｏ−ＣＶＤ法によって、下地基板にかかわらず、容易に
基板に対して垂直方向に（１００）軸配向したＮａＣｌ
結晶構造の各種の酸化物下地膜が得られる。基板上に
（１００）面配向のＮａＣｌ結晶型犠牲層を形成するこ
とにより、犠牲層上に作製する強誘電体との格子定数の
ミスフィットとの整合を図ることが可能であり、強誘電
体の配向性が向上する。この結果、強誘電体は、分極軸
であるｃ軸への配向率が高くなり、検出器の高感度化に
効果的である。このように、前記犠牲層は、強誘電体の
配向膜形成のための下地層としても使用可能であり、空
隙層形成機能と配向性薄膜作製のための下地層機能を兼
ね備えている点で有効である。これらの方法を用いる
と、いろいろな材料の基板の上に、（１００）面結晶配
向したＭｇＯあるいはＮｉＯ薄膜を形成できる。従っ
て、配向性犠牲層を形成する基板の選択により、製造コ
ストを大幅に減少させることが可能な点でも有効であ
る。

【００６４】また、本発明は上記構成により、犠牲層の
みをエッチングするため、基板がテーパー状にエッチン
グされることがなく、デバイスの小型化の点でも有効で
ある。

【００６５】さらに、本発明は上記構成により、空隙層
の形成が強誘電体形成過程の後であるため、真空中で強
誘電体を形成することが可能であり、高配向性強誘電体
を形成することにより検出器の高感度化の点でも有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１および２の強誘電体素子の断面図

【図２】実施例１および２の強誘電体素子の製造プロセ
スの断面図

【図３】実施例１および２の強誘電体素子の製造プロセ
スの平面図

【図４】実施例１、２、３および４に用いたプラズマ励
起ＭＯ−ＣＶＤ装置の断面図

【図５】実施例１の強誘電体のＸ線回折パターンを示す
図

【図６】実施例３および４の強誘電体素子の部分断面斜
視図

【図７】実施例３および４の強誘電体素子の製造プロセ
スの断面図

【図８】実施例３および４の強誘電体素子の製造プロセ
スの平面図

【符号の説明】

１０空隙層１１基板１２犠牲層１３下地電極１４強誘電体１５樹脂層１６上部電極４１反応チャンバー４２電極４３排気系４５高周波電源４６気化器４７キャリアガスボンベ４８反応ガスボンベ４９基板加熱ヒーター６０空隙層６１基板６２強誘電体支持層６３下地電極６４強誘電体６５樹脂層６６上部電極７１溝部分７２犠牲層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井映志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

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、空隙層と、上面から投影した面積
が前記空隙層よりも小さい強誘電体と、前記強誘電体の
両面に設けた上部電極と下地電極を備え、前記基板上
に、前記下地電極が前記空隙層を覆って形成され、前記
下地電極上に前記強誘電体が形成され、前記強誘電体が
前記空隙層の概ね中央に設けられていることを特徴とす
る強誘電体素子。
【請求項２】基板上に犠牲層を形成し、前記犠牲層上に
前記下地電極を形成し、前記下地電極上に前記強誘電体
を形成し、前記上部電極を形成したのち、前記犠牲層を
ウエットエッチング除去することにより、空隙層を前記
基板と前記下地電極の間に形成することを特徴とする強
誘電体素子の製造方法。
【請求項３】基板と、一対の強誘電体支持層と、空隙層
と、樹脂層と、前記空隙層よりも面積が小さい強誘電体
と、前記空隙層よりも面積が小さい強誘電体の両面に設
けた上部電極と下地電極を備え、前記一対の強誘電体支
持層が前記空隙層を挟んで前記基板上に形成され、前記
下地電極が前記一対の強誘電体支持層上に前記空隙層を
横切るように形成され、前記強誘電体が前記空隙層上に
位置する前記下地電極部分上に形成され、前記樹脂層が
前記強誘電体上に形成され、前記強誘電体と前記下地電
極を覆うように前記樹脂層が形成され、前記上部電極が
前記樹脂層上に形成されかつ、前記強誘電体上に形成さ
れた前記樹脂層のコンタクトホールを介して強誘電体と
接続されており、前記空隙層よりも面積が小さい強誘電
体が前記空隙層の概ね中央に設けられていることを特徴
とする強誘電体素子。
【請求項４】一対の強誘電体支持層を前記基板上に形成
し、犠牲層を前記一対の強誘電体支持層に挟まれた溝部
分に形成し、下地電極を前記一対の強誘電体支持層と前
記犠牲層上に形成し、前記強誘電体を前記犠牲層上に位
置する下地電極部分上に形成し、前記樹脂層を前記強誘
電体と下地電極を覆うように形成し、前記上部電極を前
記樹脂層上に形成したのち、前記犠牲層をウエットエッ
チング除去することにより、前記一対の強誘電体支持層
に挟まれた空隙層を前記基板と前記下地電極の間に形成
することを特徴とする強誘電体素子の製造方法。
【請求項５】強誘電体が、Ｐｂ_xＬａ_yＴｉ_zＺｒ_wＯ₃で
表され、ａ）０．７≦ｘ≦１，ｘ＋ｙ＝１，０．９２５≦ｚ
≦１，ｗ＝０ｂ）ｘ＝１，ｙ＝０，０.４５≦ｚ＜１，ｚ＋ｗ＝１ｃ）０．７５≦ｘ＜１，ｘ＋ｙ＝１，０．５≦ｚ＜
１，ｚ＋ｗ＝１のいずれかの組成を有する強誘電体薄膜材料であること
を特徴とする請求項１または３に記載の強誘電体素子。
【請求項６】強誘電体を構成する薄膜が、分極軸方向に
配向していることを特徴とする請求項１または３に記載
の強誘電体素子。
【請求項７】犠牲層が、強誘電体を構成する薄膜の分極
軸方向への配向を可能とし、かつ、ウエットエッチング
が容易に可能な材料であることを特徴とする請求項２ま
たは４に記載の強誘電体素子の製造方法。
【請求項８】犠牲層が、ＮａＣｌ型結晶構造であること
を特微とする請求項２または４に記載の強誘電体素子の
製造方法。
【請求項９】前記犠牲層が、ＭｇＯであることを特微と
する請求項２または４に記載の強誘電体素子の製造方
法。
【請求項１０】犠牲層が、ＮｉＯであることを特微とす
る請求項２または４に記載の強誘電体素子の製造方法。
【請求項１１】犠牲層が、（１００）面に優先配向した
ＭｇＯであることを特微とする請求項２または４に記載
の強誘電体素子の製造方法。
【請求項１２】前記犠牲層が、（１００）面に優先配向
したＮｉＯであることを特微とする請求項２または４に
記載の強誘電体素子の製造方法。
【請求項１３】犠牲層を、有機金属錯体の蒸気を原料ガ
スとするプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法により形成するこ
とを特徴とする請求項２または４に記載の強誘電体素子
の製造方法。
【請求項１４】犠牲層を、スパッタリング法により形成
することを特徴とする請求項２または４に記載の強誘電
体素子の製造方法。