JPH07300397A - 強誘電体薄膜素子およびその製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜素子およびその製造方法Info
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- JPH07300397A JPH07300397A JP6096307A JP9630794A JPH07300397A JP H07300397 A JPH07300397 A JP H07300397A JP 6096307 A JP6096307 A JP 6096307A JP 9630794 A JP9630794 A JP 9630794A JP H07300397 A JPH07300397 A JP H07300397A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 下地基板にＭｇＯやサファイアなどの単結晶
を用いることなく結晶軸を揃えることができる強誘電体
薄膜素子を実現する。 【構成】 一の強誘電体薄膜素子は、基板と該基板の上
に形成された強誘電体薄膜とからなり、前記基板の室温
から前記強誘電体薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張
係数は７０×１０-7／℃以上であり、前記強誘電体薄膜
は＜００１＞方向に強く配向している。また、他の強誘
電体薄膜素子は、基板と該基板の上に形成された強誘電
体薄膜とからなり、前記基板の室温から前記強誘電体薄
膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は５０×１０-7
／℃以下であり、前記強誘電体薄膜は＜１００＞方向に
強く配向している。
を用いることなく結晶軸を揃えることができる強誘電体
薄膜素子を実現する。 【構成】 一の強誘電体薄膜素子は、基板と該基板の上
に形成された強誘電体薄膜とからなり、前記基板の室温
から前記強誘電体薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張
係数は７０×１０-7／℃以上であり、前記強誘電体薄膜
は＜００１＞方向に強く配向している。また、他の強誘
電体薄膜素子は、基板と該基板の上に形成された強誘電
体薄膜とからなり、前記基板の室温から前記強誘電体薄
膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は５０×１０-7
／℃以下であり、前記強誘電体薄膜は＜１００＞方向に
強く配向している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は焦電型赤外線検出素子、
圧電素子、電気光学素子、高誘電率材料を用いたキャパ
シタ等に用いられる強誘電体薄膜素子およびその製造方
法に関するものである。
圧電素子、電気光学素子、高誘電率材料を用いたキャパ
シタ等に用いられる強誘電体薄膜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】強誘電体とは、物質自身の中に平行又は
反平行に並んだ永久双極子によって生じる自発分極が電
場がなくても存在し、該自発分極が外部電場により向き
を反転できるような性質の物質のことである。この性質
をうまく利用して、強誘電体材料は、焦電型赤外線検出
素子、圧電素子、電気光学効果を利用した光変調器、不
揮発性メモリー素子などの様々な電子部品に応用でき
る。代表的な強誘電体の材料としては、ペロブスカイト
型結晶構造の酸化物、例えば、ＰｂＴｉＯ3 ，Ｐｂ1-x
Ｌａx Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＴ），ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x
Ｏ3 （ＰＺＴ），ＢａＴｉＯ3 等が特に有名である。
反平行に並んだ永久双極子によって生じる自発分極が電
場がなくても存在し、該自発分極が外部電場により向き
を反転できるような性質の物質のことである。この性質
をうまく利用して、強誘電体材料は、焦電型赤外線検出
素子、圧電素子、電気光学効果を利用した光変調器、不
揮発性メモリー素子などの様々な電子部品に応用でき
る。代表的な強誘電体の材料としては、ペロブスカイト
型結晶構造の酸化物、例えば、ＰｂＴｉＯ3 ，Ｐｂ1-x
Ｌａx Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＴ），ＰｂＺｒx Ｔｉ1-x
Ｏ3 （ＰＺＴ），ＢａＴｉＯ3 等が特に有名である。
【０００３】ところで、強誘電体の自発分極Ｐs の変化
を出力として取り出す応用、例えば焦電型赤外線検出素
子や圧電素子等においては、強誘電体の自発分極Ｐs が
一方向に揃っているときに最も大きい出力が得られる。
また、強誘電体は結晶軸の方向により物性、例えば誘電
率や音速などが異なるものが多く、その特性の大幅向上
や新規能のデバイスの実現のために結晶軸を揃える技術
が要望されている。現在、赤外線検出素子や圧電素子に
用いられる強誘電体素子は、そのほとんどが多結晶体の
磁器であり、結晶軸の配列に方向性はなく、自発分極Ｐ
s もでたらめに配列している。
を出力として取り出す応用、例えば焦電型赤外線検出素
子や圧電素子等においては、強誘電体の自発分極Ｐs が
一方向に揃っているときに最も大きい出力が得られる。
また、強誘電体は結晶軸の方向により物性、例えば誘電
率や音速などが異なるものが多く、その特性の大幅向上
や新規能のデバイスの実現のために結晶軸を揃える技術
が要望されている。現在、赤外線検出素子や圧電素子に
用いられる強誘電体素子は、そのほとんどが多結晶体の
磁器であり、結晶軸の配列に方向性はなく、自発分極Ｐ
s もでたらめに配列している。
【０００４】近年の電子部品の小型化に伴って前記の強
誘電体素子を応用した電子部品も小型化にすることが要
求されてきており、強誘電体素子の薄膜化が進みつつあ
る。特に、エピタキシャル薄膜や配向性薄膜を有する強
誘電体薄膜素子の研究開発が盛んになってきている。
誘電体素子を応用した電子部品も小型化にすることが要
求されてきており、強誘電体素子の薄膜化が進みつつあ
る。特に、エピタキシャル薄膜や配向性薄膜を有する強
誘電体薄膜素子の研究開発が盛んになってきている。
【０００５】強誘電体の結晶軸は、作製時に用いる基板
の種類に大きく左右される。例えば、ＰｂＴｉＯ3 やＰ
ＺＴは、（１００）でへき開したＭｇＯ単結晶基板にお
いては＜００１＞方向、サファイアｃ面においては＜１
１１＞方向に配向することが報告されている（例えば、
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．６０，Ｐ．３６１
（１９８６））。
の種類に大きく左右される。例えば、ＰｂＴｉＯ3 やＰ
ＺＴは、（１００）でへき開したＭｇＯ単結晶基板にお
いては＜００１＞方向、サファイアｃ面においては＜１
１１＞方向に配向することが報告されている（例えば、
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．６０，Ｐ．３６１
（１９８６））。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のエピタキシャル
薄膜や配向性薄膜を有する強誘電体薄膜素子において
は、下地基板にＭｇＯやサファイアなどの単結晶を用い
るため、強誘電体薄膜素子及び該薄膜素子を用いて作ら
れる電子部品素子が高価になってしまうという問題があ
る。
薄膜や配向性薄膜を有する強誘電体薄膜素子において
は、下地基板にＭｇＯやサファイアなどの単結晶を用い
るため、強誘電体薄膜素子及び該薄膜素子を用いて作ら
れる電子部品素子が高価になってしまうという問題があ
る。
【０００７】また、Ｓｉ基板上に直接エピタキシャル薄
膜や配向薄膜を成長させることができないので、素子性
能の大幅な向上を目指す信号処理デバイスと強誘電体薄
膜素子との一体化を実現することができないという問題
がある。
膜や配向薄膜を成長させることができないので、素子性
能の大幅な向上を目指す信号処理デバイスと強誘電体薄
膜素子との一体化を実現することができないという問題
がある。
【０００８】前記に鑑み、本発明は、下地基板にＭｇＯ
やサファイアなどの単結晶を用いるとなく結晶軸を揃え
ることができる強誘電体薄膜素子を提供し、これによ
り、強誘電体薄膜素子及び該薄膜素子を応用した焦電型
赤外線検出素子、圧電素子、高誘電率材料を用いるキャ
パシタ等の電子部品の低コスト化を図ると共に、信号処
理デバイス等の素子性能の大幅な向上を図ることを目的
とする。
やサファイアなどの単結晶を用いるとなく結晶軸を揃え
ることができる強誘電体薄膜素子を提供し、これによ
り、強誘電体薄膜素子及び該薄膜素子を応用した焦電型
赤外線検出素子、圧電素子、高誘電率材料を用いるキャ
パシタ等の電子部品の低コスト化を図ると共に、信号処
理デバイス等の素子性能の大幅な向上を図ることを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以下、本発明が完成する
に至った経緯を説明する。
に至った経緯を説明する。
【００１０】ＭｇＯよりなる基板上にペロブスカイト型
酸化物であるＰｂＴｉＯ3 などの配向膜をスパッタ法に
より作製する場合、基板の温度を約６００℃にする必要
がある。この６００℃という基板の温度はＰｂＴｉＯ3
のキュリー点（４９０℃）よりも高いため、基板の温度
が成膜時の温度から室温に低下するに伴って、ＰｂＴｉ
Ｏ3 の結晶構造は立方晶から正方晶に相転移する。この
とき、基板の熱膨張係数が薄膜のそれよりも大きい場
合、基板の温度が成膜時の温度から室温に低下する際に
起きる基板の収縮により薄膜は圧縮応力を受け、配向し
ようとするものと考えられる。すなわち、（１００）面
でへき開したＭｇＯ単結晶上にＰｂＴｉＯ3 が＜００１
＞方向に配向する要因の１つは、ＭｇＯの大きな熱膨張
係数（〜１２０×１０-7／℃）にあると考えられる。冷
却過程において、ＰｂＴｉＯ3 の＜００１＞軸（熱膨張
係数：−９００×１０-7／℃）は急激に増大し、＜１０
０＞軸（熱膨張係数：３８０×１０-7／℃）は減少する
ので、ＭｇＯよりなる基板の収縮に伴って、＜００１＞
軸が基板に垂直になるように配列した方が歪のエネルギ
ーが小さくなるからである。
酸化物であるＰｂＴｉＯ3 などの配向膜をスパッタ法に
より作製する場合、基板の温度を約６００℃にする必要
がある。この６００℃という基板の温度はＰｂＴｉＯ3
のキュリー点（４９０℃）よりも高いため、基板の温度
が成膜時の温度から室温に低下するに伴って、ＰｂＴｉ
Ｏ3 の結晶構造は立方晶から正方晶に相転移する。この
とき、基板の熱膨張係数が薄膜のそれよりも大きい場
合、基板の温度が成膜時の温度から室温に低下する際に
起きる基板の収縮により薄膜は圧縮応力を受け、配向し
ようとするものと考えられる。すなわち、（１００）面
でへき開したＭｇＯ単結晶上にＰｂＴｉＯ3 が＜００１
＞方向に配向する要因の１つは、ＭｇＯの大きな熱膨張
係数（〜１２０×１０-7／℃）にあると考えられる。冷
却過程において、ＰｂＴｉＯ3 の＜００１＞軸（熱膨張
係数：−９００×１０-7／℃）は急激に増大し、＜１０
０＞軸（熱膨張係数：３８０×１０-7／℃）は減少する
ので、ＭｇＯよりなる基板の収縮に伴って、＜００１＞
軸が基板に垂直になるように配列した方が歪のエネルギ
ーが小さくなるからである。
【００１１】これらの知見に基づき、本件発明者らは、
相転位時の結晶方位は基板の室温から成膜時までの平均
熱膨張係数（以下、単に平均熱膨張係数と称する。）の
大きさに依存すると推測した。そこで、平均熱膨張係数
が異なる各種の基板を選択し、該各種の基板上に強誘電
体薄膜を形成したところ、基板の平均熱膨脹係数の大き
さと該基板上に形成された強誘電体薄膜の配向性との間
に一定の関係があることを見出した。
相転位時の結晶方位は基板の室温から成膜時までの平均
熱膨張係数（以下、単に平均熱膨張係数と称する。）の
大きさに依存すると推測した。そこで、平均熱膨張係数
が異なる各種の基板を選択し、該各種の基板上に強誘電
体薄膜を形成したところ、基板の平均熱膨脹係数の大き
さと該基板上に形成された強誘電体薄膜の配向性との間
に一定の関係があることを見出した。
【００１２】請求項１又は２の発明は前記知見に基づい
てなされたものであり、請求項１の発明が講じた解決手
段は、強誘電体薄膜素子を、基板と該基板の上に形成さ
れた強誘電体薄膜とからなり、前記基板の室温から前記
強誘電体薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は７
０×１０-7／℃以上であり、前記強誘電体薄膜は＜００
１＞方向に強く配向しているという構成とするものであ
る。
てなされたものであり、請求項１の発明が講じた解決手
段は、強誘電体薄膜素子を、基板と該基板の上に形成さ
れた強誘電体薄膜とからなり、前記基板の室温から前記
強誘電体薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は７
０×１０-7／℃以上であり、前記強誘電体薄膜は＜００
１＞方向に強く配向しているという構成とするものであ
る。
【００１３】請求項２の発明が講じた解決手段は、強誘
電体薄膜素子を、基板と該基板の上に形成された強誘電
体薄膜とからなり、前記基板の室温から前記強誘電体薄
膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は５０×１０-7
／℃以下であり、前記強誘電体薄膜は＜１００＞方向に
強く配向しているという構成とするものである。
電体薄膜素子を、基板と該基板の上に形成された強誘電
体薄膜とからなり、前記基板の室温から前記強誘電体薄
膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は５０×１０-7
／℃以下であり、前記強誘電体薄膜は＜１００＞方向に
強く配向しているという構成とするものである。
【００１４】また、基板と強誘電体薄膜との間に結晶性
の中間層を介在させると、強誘電体薄膜の結晶性・配向
性が向上する。
の中間層を介在させると、強誘電体薄膜の結晶性・配向
性が向上する。
【００１５】ところで、中間層の上にエピタキシャル薄
膜や配向性薄膜よりなる強誘電体薄膜を形成するには、
成膜時の温度における中間層の格子定数と強誘電体薄膜
の格子定数との間のミスフィットは１５％以内であるこ
とが好ましい。ＰｂＴｉＯ3，ＰＺＴ，ＢａＴｉＯ3 な
どの強誘電体薄膜は、＜００１＞方位の酸素−酸素間の
距離はおよそ４．０オングストローム前後の値を示す。
例えば、前記強誘電体薄膜の１つであるＰｂ（Ｚｒ1-x
Ｔｉx ）Ｏ3 の＜００１＞方位の酸素−酸素間の距離は
およそ３．９０から４．１５オングストロームの間の値
を示し、＜１００＞方位のＭｇＯの酸素−酸素間の距離
は４．２１オングストロームである。また、ＮａＣｌ構
造のＮｉＯの酸素−酸素間の距離は４．１９オングスト
ロームであり、同じくＮａＣｌ構造のＣｏＯの酸素−酸
素間の距離は４．２６オングストロームであって、Ｍｇ
Ｏと同様、前記強誘電体薄膜との間のミスフィットが少
ない。
膜や配向性薄膜よりなる強誘電体薄膜を形成するには、
成膜時の温度における中間層の格子定数と強誘電体薄膜
の格子定数との間のミスフィットは１５％以内であるこ
とが好ましい。ＰｂＴｉＯ3，ＰＺＴ，ＢａＴｉＯ3 な
どの強誘電体薄膜は、＜００１＞方位の酸素−酸素間の
距離はおよそ４．０オングストローム前後の値を示す。
例えば、前記強誘電体薄膜の１つであるＰｂ（Ｚｒ1-x
Ｔｉx ）Ｏ3 の＜００１＞方位の酸素−酸素間の距離は
およそ３．９０から４．１５オングストロームの間の値
を示し、＜１００＞方位のＭｇＯの酸素−酸素間の距離
は４．２１オングストロームである。また、ＮａＣｌ構
造のＮｉＯの酸素−酸素間の距離は４．１９オングスト
ロームであり、同じくＮａＣｌ構造のＣｏＯの酸素−酸
素間の距離は４．２６オングストロームであって、Ｍｇ
Ｏと同様、前記強誘電体薄膜との間のミスフィットが少
ない。
【００１６】請求項３又は４の発明は、前記知見に基づ
いてなされたものであって、請求項３の発明が講じた解
決手段は、強誘電体薄膜素子を、基板と該基板の上に形
成された結晶性の中間層と該中間層の上に形成された強
誘電体薄膜とからなり、前記基板の室温から前記強誘電
体薄膜の成膜時の温度までの平均熱膨張係数は７０×１
０-7／℃以上であり、前記強誘電体薄膜の形成時の温度
における前記中間層の格子定数と前記強誘電体薄膜の格
子定数とのミスフィットは１５％以内であり、前記強誘
電体薄膜は＜００１＞方向に強く配向しているという構
成をするものである。
いてなされたものであって、請求項３の発明が講じた解
決手段は、強誘電体薄膜素子を、基板と該基板の上に形
成された結晶性の中間層と該中間層の上に形成された強
誘電体薄膜とからなり、前記基板の室温から前記強誘電
体薄膜の成膜時の温度までの平均熱膨張係数は７０×１
０-7／℃以上であり、前記強誘電体薄膜の形成時の温度
における前記中間層の格子定数と前記強誘電体薄膜の格
子定数とのミスフィットは１５％以内であり、前記強誘
電体薄膜は＜００１＞方向に強く配向しているという構
成をするものである。
【００１７】請求項４の発明が講じた解決手段は、基板
と該基板の上に形成された結晶性の中間層と該中間層の
上に形成された強誘電体薄膜とからなり、前記基板の室
温から前記強誘電体薄膜の成膜時の温度までの平均熱膨
張係数は５０×１０-7／℃以下であり、前記強誘電体薄
膜の形成時の温度における前記中間層の格子定数と前記
強誘電体薄膜の格子定数とのミスフィットは１５％以内
であり、前記強誘電体薄膜は＜１００＞方向に強く配向
しているという構成とするものである。
と該基板の上に形成された結晶性の中間層と該中間層の
上に形成された強誘電体薄膜とからなり、前記基板の室
温から前記強誘電体薄膜の成膜時の温度までの平均熱膨
張係数は５０×１０-7／℃以下であり、前記強誘電体薄
膜の形成時の温度における前記中間層の格子定数と前記
強誘電体薄膜の格子定数とのミスフィットは１５％以内
であり、前記強誘電体薄膜は＜１００＞方向に強く配向
しているという構成とするものである。
【００１８】請求項５の発明は、請求項１〜４における
強誘電体薄膜を、チタン酸鉛系、チタン酸ジルコン酸鉛
系又はチタン酸バリウム系を主成分とする材料により形
成するものである。
強誘電体薄膜を、チタン酸鉛系、チタン酸ジルコン酸鉛
系又はチタン酸バリウム系を主成分とする材料により形
成するものである。
【００１９】請求項６の発明は、請求項１〜４における
強誘電体薄膜の結晶構造を正方晶に限定するものであ
る。
強誘電体薄膜の結晶構造を正方晶に限定するものであ
る。
【００２０】請求項７の発明は、請求項３又は４におけ
る中間層をＮａＣｌ型結晶構造の酸化物よりなるものに
限定するものである。
る中間層をＮａＣｌ型結晶構造の酸化物よりなるものに
限定するものである。
【００２１】請求項８の発明は、請求項７のＮａＣｌ型
結晶構造の酸化物を（１００）面に配向しているものに
限定するものである。
結晶構造の酸化物を（１００）面に配向しているものに
限定するものである。
【００２２】請求項９の発明は、請求項８のＮａＣｌ型
結晶構造の酸化物をＮｉＯ、ＣｏＯ又はＭｇＯのいずれ
かに限定するものである。
結晶構造の酸化物をＮｉＯ、ＣｏＯ又はＭｇＯのいずれ
かに限定するものである。
【００２３】請求項１０の発明が講じた解決手段は、強
誘電体薄膜素子の製造方法を、基板上に（１００）面配
向のＮａＣｌ型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成
する第１の工程と、前記中間層の上に正方晶系のペロブ
スカイト型の強誘電体薄膜を形成する第２の工程とを備
え、前記第１の工程における基板の室温から前記強誘電
体薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は７０×１
０-7／℃以上であり、前記第２の工程は前記強誘電体薄
膜を＜００１＞方向に強く配向させる工程を有している
という構成とするものである。
誘電体薄膜素子の製造方法を、基板上に（１００）面配
向のＮａＣｌ型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成
する第１の工程と、前記中間層の上に正方晶系のペロブ
スカイト型の強誘電体薄膜を形成する第２の工程とを備
え、前記第１の工程における基板の室温から前記強誘電
体薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は７０×１
０-7／℃以上であり、前記第２の工程は前記強誘電体薄
膜を＜００１＞方向に強く配向させる工程を有している
という構成とするものである。
【００２４】請求項１１の発明が講じた解決手段は、強
誘電体薄膜素子の製造方法を、基板上に（１００）面配
向のＮａＣｌ型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成
する第１の工程と、前記中間層の上に正方晶系のペロブ
スカイト型の強誘電体薄膜を形成する第２の工程とを備
え、前記第１の工程における基板の室温から前記強誘電
体薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は５０×１
０-7／℃以下であり、前記第２の工程は前記強誘電体薄
膜を＜１００＞方向に強く配向させる工程を有している
という構成とするものである。
誘電体薄膜素子の製造方法を、基板上に（１００）面配
向のＮａＣｌ型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成
する第１の工程と、前記中間層の上に正方晶系のペロブ
スカイト型の強誘電体薄膜を形成する第２の工程とを備
え、前記第１の工程における基板の室温から前記強誘電
体薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数は５０×１
０-7／℃以下であり、前記第２の工程は前記強誘電体薄
膜を＜１００＞方向に強く配向させる工程を有している
という構成とするものである。
【００２５】請求項１２の発明は請求項１０又は１１に
おける第１の工程及び第２の工程をスパッタ法により行
なうものであり、請求項１３の発明は請求項１０又は１
１における第１の工程を有機金属錯体の蒸気を原料ガス
とするＭＯ−ＣＶＤ法により行ない第２の工程をスパッ
タ法により行なうものであり、請求項１４の発明は請求
項１０又は１１における第１の工程をスパッタ法により
行ない第２の工程を有機金属錯体の蒸気を原料ガスとす
るＭＯ−ＣＶＤ法によって行なうものであり、請求項１
５の発明は請求項１０又は１１における第１の工程及び
第２の工程を有機金属錯体の蒸気を原料ガスとするＭＯ
−ＣＶＤ法により行なうものである。この場合、特に、
中間層の形成に、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るプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法
を用いると、基板に対して垂直方向に＜１００＞軸が配
向したＮａＣｌ型の結晶構造を有する各種酸化膜を確実
に形成することができる。原料ガスとして、ニッケルア
セチルアセトナートを用いると各種材料の基板上に＜１
００＞軸が結晶配向したＮｉＯ薄膜を形成でき、コバル
トアセチルアセチナートを用いると各種材料の基板上に
＜１００＞軸が結晶配向したＣｏＯ薄膜を形成でき、マ
グネシウムアセチルアセトナートを用いると各種材料の
基板上に＜１００＞軸が結晶配向したＭｇＯ薄膜を形成
できる。
おける第１の工程及び第２の工程をスパッタ法により行
なうものであり、請求項１３の発明は請求項１０又は１
１における第１の工程を有機金属錯体の蒸気を原料ガス
とするＭＯ−ＣＶＤ法により行ない第２の工程をスパッ
タ法により行なうものであり、請求項１４の発明は請求
項１０又は１１における第１の工程をスパッタ法により
行ない第２の工程を有機金属錯体の蒸気を原料ガスとす
るＭＯ−ＣＶＤ法によって行なうものであり、請求項１
５の発明は請求項１０又は１１における第１の工程及び
第２の工程を有機金属錯体の蒸気を原料ガスとするＭＯ
−ＣＶＤ法により行なうものである。この場合、特に、
中間層の形成に、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るプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法
を用いると、基板に対して垂直方向に＜１００＞軸が配
向したＮａＣｌ型の結晶構造を有する各種酸化膜を確実
に形成することができる。原料ガスとして、ニッケルア
セチルアセトナートを用いると各種材料の基板上に＜１
００＞軸が結晶配向したＮｉＯ薄膜を形成でき、コバル
トアセチルアセチナートを用いると各種材料の基板上に
＜１００＞軸が結晶配向したＣｏＯ薄膜を形成でき、マ
グネシウムアセチルアセトナートを用いると各種材料の
基板上に＜１００＞軸が結晶配向したＭｇＯ薄膜を形成
できる。
【００２６】
【作用】請求項１の構成により、基板として、該基板の
室温から前記強誘電体薄膜の形成時の温度までの平均熱
膨張係数が７０×１０-7／℃以上のものを用いているの
で、その上に形成される強誘電体薄膜は＜００１＞方向
に強く配向している。
室温から前記強誘電体薄膜の形成時の温度までの平均熱
膨張係数が７０×１０-7／℃以上のものを用いているの
で、その上に形成される強誘電体薄膜は＜００１＞方向
に強く配向している。
【００２７】請求項２の構成により、基板として、該基
板の室温から前記強誘電体薄膜の形成時の温度までの平
均熱膨張係数が５０×１０-7／℃以下のものを用いてい
るので、その上に形成される強誘電体薄膜は＜１００＞
方向に強く配向している。
板の室温から前記強誘電体薄膜の形成時の温度までの平
均熱膨張係数が５０×１０-7／℃以下のものを用いてい
るので、その上に形成される強誘電体薄膜は＜１００＞
方向に強く配向している。
【００２８】請求項３又は４の構成により、基板と強誘
電体薄膜との間に、強誘電体薄膜の形成時の温度におけ
る格子定数が該強誘電体薄膜の格子定数に対して１５％
以内のミスフィットである中間層が介在しているので、
強誘電体薄膜は成膜性に優れている。
電体薄膜との間に、強誘電体薄膜の形成時の温度におけ
る格子定数が該強誘電体薄膜の格子定数に対して１５％
以内のミスフィットである中間層が介在しているので、
強誘電体薄膜は成膜性に優れている。
【００２９】請求項５の構成により、強誘電体薄膜は、
チタン酸鉛系、チタン酸ジルコン酸鉛系又はチタン酸バ
リウム系を主成分とする材料よりなるため、平均熱膨張
係数が７０×１０-7／℃以上の基板上においては＜００
１＞方向に強く配向し、平均熱膨張係数が５０×１０-7
／℃以下の基板上においては＜１００＞方向に強く配向
する。
チタン酸鉛系、チタン酸ジルコン酸鉛系又はチタン酸バ
リウム系を主成分とする材料よりなるため、平均熱膨張
係数が７０×１０-7／℃以上の基板上においては＜００
１＞方向に強く配向し、平均熱膨張係数が５０×１０-7
／℃以下の基板上においては＜１００＞方向に強く配向
する。
【００３０】請求項６の構成により、強誘電体薄膜は、
その結晶構造が正方晶であるため、＜００１＞方向又は
＜１００＞方向に強く配向する。
その結晶構造が正方晶であるため、＜００１＞方向又は
＜１００＞方向に強く配向する。
【００３１】請求項７の構成により、中間層がＮａＣｌ
型の結晶構造を有しているため、該中間層の上に形成さ
れる強誘電体薄膜を＜００１＞方向又は＜１００＞方向
に強く配向させることができる。
型の結晶構造を有しているため、該中間層の上に形成さ
れる強誘電体薄膜を＜００１＞方向又は＜１００＞方向
に強く配向させることができる。
【００３２】請求項８の構成により、中間層のＮａＣｌ
型の結晶構造は、（１００）面に配向しているため、
（００１）面にも配向していることになり、該中間層の
上に形成される強誘電体薄膜を＜００１＞方向又は＜１
００＞方向に強く配向させることができる。
型の結晶構造は、（１００）面に配向しているため、
（００１）面にも配向していることになり、該中間層の
上に形成される強誘電体薄膜を＜００１＞方向又は＜１
００＞方向に強く配向させることができる。
【００３３】請求項９の構成により、ＮａＣｌ型結晶構
造の酸化物はＮｉＯ、ＣｏＯ又はＭｇＯのいずれかであ
るため、（１００）面に配向するＮａＣｌ型の結晶構造
を確実に形成することができる。
造の酸化物はＮｉＯ、ＣｏＯ又はＭｇＯのいずれかであ
るため、（１００）面に配向するＮａＣｌ型の結晶構造
を確実に形成することができる。
【００３４】請求項１０の構成により、平均熱膨張率が
７０×１０-7以上である基板の上に（１００）面配向の
ＮａＣｌ型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成した
後、該中間層の上に正方晶系のペロブスカイト型の強誘
電体薄膜を形成するため、＜００１＞方向に強く配向し
た強誘電体薄膜を形成することができる。
７０×１０-7以上である基板の上に（１００）面配向の
ＮａＣｌ型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成した
後、該中間層の上に正方晶系のペロブスカイト型の強誘
電体薄膜を形成するため、＜００１＞方向に強く配向し
た強誘電体薄膜を形成することができる。
【００３５】請求項１１の構成により、平均熱膨張率が
５０×-7以下である基板の上に（１００）面配向のＮａ
Ｃｌ型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成した後、
該中間層の上に正方晶系のペロブスカイト型の強誘電体
薄膜を形成するため、＜１００＞方向に強く配向した強
誘電体薄膜を形成することができる。
５０×-7以下である基板の上に（１００）面配向のＮａ
Ｃｌ型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成した後、
該中間層の上に正方晶系のペロブスカイト型の強誘電体
薄膜を形成するため、＜１００＞方向に強く配向した強
誘電体薄膜を形成することができる。
【００３６】請求項１２〜１５の構成により、請求項１
０又は１１の中間層及び強誘電体薄膜を確実に形成する
ことができる。
０又は１１の中間層及び強誘電体薄膜を確実に形成する
ことができる。
【００３７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００３８】（実施例１）基板として、大きさが２０ｍ
ｍ×２０ｍｍで、厚さが１ｍｍである、石英ガラス基板
（平均熱膨張係数：５×１０-7／℃）、（１００）面を
切り出したＳｉ基板（平均熱膨張係数：２５×１０-7／
℃）、ガラス基板（コーニング７０５９，平均熱膨張係
数：４６×１０-7／℃）、ガラス基板（ソーダ石灰，平
均熱膨張係数：９０×１０-7／℃）及びステンレス金属
基板（平均熱膨張係数：１８０×１０-7／℃）を準備し
た。尚、前記の各平均熱膨張係数は、すべて室温から強
誘電体薄膜の成膜時までの平均熱膨張係数である。
ｍ×２０ｍｍで、厚さが１ｍｍである、石英ガラス基板
（平均熱膨張係数：５×１０-7／℃）、（１００）面を
切り出したＳｉ基板（平均熱膨張係数：２５×１０-7／
℃）、ガラス基板（コーニング７０５９，平均熱膨張係
数：４６×１０-7／℃）、ガラス基板（ソーダ石灰，平
均熱膨張係数：９０×１０-7／℃）及びステンレス金属
基板（平均熱膨張係数：１８０×１０-7／℃）を準備し
た。尚、前記の各平均熱膨張係数は、すべて室温から強
誘電体薄膜の成膜時までの平均熱膨張係数である。
【００３９】次に、これらの各種の基板上に、厚さが
０．２ｍｍのメタルマスクを用いてＰｂx Ｌａ1-x Ｔｉ
1-x/4 Ｏ3 なる組成（０≦ｘ≦０．２５）の強誘電体薄
膜を高周波マグネトロン法により所望のパターンに成膜
した。ターゲットは、ＰｂＯ，Ｌａ2 Ｏ3 及びＴｉＯ2
の粉末を配合したものを７５０℃の温度下で４時間仮焼
した後に粉砕し、さらにＰｂの不足を防止するために２
０ｍｏｌ％の過剰のＰｂＯ粉末を混合して作製した。ス
パッタの成膜条件としては、基板温度が６００℃であ
り、スパッタガスはＡｒ（９０％）とＯ2 （１０％）と
の混合ガスであり、ガス圧は０．５Ｐａであり、高周波
投入電力は９０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）であった。ま
た、強誘電体薄膜の膜厚は約１μｍであった。
０．２ｍｍのメタルマスクを用いてＰｂx Ｌａ1-x Ｔｉ
1-x/4 Ｏ3 なる組成（０≦ｘ≦０．２５）の強誘電体薄
膜を高周波マグネトロン法により所望のパターンに成膜
した。ターゲットは、ＰｂＯ，Ｌａ2 Ｏ3 及びＴｉＯ2
の粉末を配合したものを７５０℃の温度下で４時間仮焼
した後に粉砕し、さらにＰｂの不足を防止するために２
０ｍｏｌ％の過剰のＰｂＯ粉末を混合して作製した。ス
パッタの成膜条件としては、基板温度が６００℃であ
り、スパッタガスはＡｒ（９０％）とＯ2 （１０％）と
の混合ガスであり、ガス圧は０．５Ｐａであり、高周波
投入電力は９０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）であった。ま
た、強誘電体薄膜の膜厚は約１μｍであった。
【００４０】図１において、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），
（Ｄ）及び（Ｅ）は、それぞれ前記の石英ガラス基板、
Ｓｉ基板、ガラス基板（コーニング７０５９）、ソーダ
石灰ガラス基板及びステンレス基板上に形成した強誘電
体薄膜素子のｘ線回折パターンを示す。各基板上に形成
した試料は、多結晶のペロブスカイト型結晶構造を示し
ているが、（００１）及び（１００）の反射が比較的大
きいことが分かる。また、基板の平均熱膨張係数と結晶
構造の配向性との関係について次のことが分かる。すな
わち、基板の平均熱膨張係数が大きくなるに伴って
（００１）反射の強度が（１００）の反射の強度よりも
大きくなり、逆に、基板の平均熱膨張係数が小さくなる
に伴って（１００）の反射強度が（００１）の反射強度
よりも大きくなること、（Ｃ）〜（Ｅ）の試料の観察
結果、特に（Ｃ）の試料と（Ｄ）の試料との比較から、
平均熱膨張係数が７０×１０-7以上になると（００１）
方向に配向し、特に平均熱膨張係数が９０×１０-7以上
になると（００１）方向に強く配向すること、及び
（Ａ）〜（Ｃ）の試料の観察結果から、平均熱膨張係数
が５０×１０-7以下になると（１００）方向に強く配向
することが分かる。
（Ｄ）及び（Ｅ）は、それぞれ前記の石英ガラス基板、
Ｓｉ基板、ガラス基板（コーニング７０５９）、ソーダ
石灰ガラス基板及びステンレス基板上に形成した強誘電
体薄膜素子のｘ線回折パターンを示す。各基板上に形成
した試料は、多結晶のペロブスカイト型結晶構造を示し
ているが、（００１）及び（１００）の反射が比較的大
きいことが分かる。また、基板の平均熱膨張係数と結晶
構造の配向性との関係について次のことが分かる。すな
わち、基板の平均熱膨張係数が大きくなるに伴って
（００１）反射の強度が（１００）の反射の強度よりも
大きくなり、逆に、基板の平均熱膨張係数が小さくなる
に伴って（１００）の反射強度が（００１）の反射強度
よりも大きくなること、（Ｃ）〜（Ｅ）の試料の観察
結果、特に（Ｃ）の試料と（Ｄ）の試料との比較から、
平均熱膨張係数が７０×１０-7以上になると（００１）
方向に配向し、特に平均熱膨張係数が９０×１０-7以上
になると（００１）方向に強く配向すること、及び
（Ａ）〜（Ｃ）の試料の観察結果から、平均熱膨張係数
が５０×１０-7以下になると（１００）方向に強く配向
することが分かる。
【００４１】尚、Ｐｂx Ｌａ1-x Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 よりな
る強誘電体薄膜に代えて、ＰｂＴｉＯ3 、ＰＺＴ，Ｂａ
ＴｉＯ3 などの強誘電体薄膜を形成した場合でも同様な
結果が得られた。
る強誘電体薄膜に代えて、ＰｂＴｉＯ3 、ＰＺＴ，Ｂａ
ＴｉＯ3 などの強誘電体薄膜を形成した場合でも同様な
結果が得られた。
【００４２】（実施例２）図２は、本発明の実施例２に
係る強誘電体薄膜素子の構成を示す概略断面である。
係る強誘電体薄膜素子の構成を示す概略断面である。
【００４３】実施例２に係る強誘電体薄膜素子４は、実
施例１と同様の各種材料よりなる基板１上に、＜１００
＞軸に結晶配向したＭｇＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物より
なる中間層２が形成され、該中間層２の上にスパッタ法
により、Ｐｂx Ｌａ1-x Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 なる組成（０≦
ｘ≦０．２５）の強誘電体薄膜３が形成された構成であ
る。
施例１と同様の各種材料よりなる基板１上に、＜１００
＞軸に結晶配向したＭｇＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物より
なる中間層２が形成され、該中間層２の上にスパッタ法
により、Ｐｂx Ｌａ1-x Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 なる組成（０≦
ｘ≦０．２５）の強誘電体薄膜３が形成された構成であ
る。
【００４４】以下、前記のように構成された強誘電体薄
膜素子４の製造方法について説明する。
膜素子４の製造方法について説明する。
【００４５】＜１００＞軸方位に配向したＭｇＯ薄膜の
ＮａＣｌ型酸化物よりなる中間層２の形成は、実施例１
と同様の各種材料よりなる基板の表面上に、図３に示す
プラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置を用いて以下の方法
により行なう。
ＮａＣｌ型酸化物よりなる中間層２の形成は、実施例１
と同様の各種材料よりなる基板の表面上に、図３に示す
プラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置を用いて以下の方法
により行なう。
【００４６】図３に示すプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜
装置５は、真空チャンバー６の内部に互いに平行に配置
されたアース側電極７とＲＦ側電極８との間に高周波に
よってプラズマを発生させ、該プラズマにより有機金属
の原料ガスを分解し、分解された原料ガスを基板１上に
化学蒸着することにより薄膜を形成する装置である。基
板１は、アース側電極７により一方側の面が密着状態で
保持され、基板加熱ヒータ９により予め４００℃に加熱
される。
装置５は、真空チャンバー６の内部に互いに平行に配置
されたアース側電極７とＲＦ側電極８との間に高周波に
よってプラズマを発生させ、該プラズマにより有機金属
の原料ガスを分解し、分解された原料ガスを基板１上に
化学蒸着することにより薄膜を形成する装置である。基
板１は、アース側電極７により一方側の面が密着状態で
保持され、基板加熱ヒータ９により予め４００℃に加熱
される。
【００４７】原料気化容器１０にマグネシウムアセチル
アセトナート１１を入れ、該マグネシウムアセチルアセ
トナート１１を１９０℃に保持したオイルバス１２によ
り加熱する。このように加熱することにより気化したマ
グネシウムアセチルアセトナート１１の蒸気を、３０ｍ
ｌ／ｍｉｎの流速のキャリアガス（窒素）１３を用い
て、真空チャンバー６内に流し入れる。
アセトナート１１を入れ、該マグネシウムアセチルアセ
トナート１１を１９０℃に保持したオイルバス１２によ
り加熱する。このように加熱することにより気化したマ
グネシウムアセチルアセトナート１１の蒸気を、３０ｍ
ｌ／ｍｉｎの流速のキャリアガス（窒素）１３を用い
て、真空チャンバー６内に流し入れる。
【００４８】反応ガスとして酸素ガス１４を２ｍｌ／ｍ
ｉｎで流し、途中においてキャリアガス１３と酸素ガス
１４とを混ぜて真空チャンバー６内に吹出ノズル１５を
介して流し入れる。このとき、真空チャンバー６の内部
は、その排気口１６から真空排気することにより７．９
０Ｐａの真空度に保持する。この状態において、ＲＦ側
電極８に４００Ｗの高周波電力を１３．５６ＭＨｚで１
０分間印加することによって、アース側電極７とＲＦ側
電極８との間にプラズマを発生させ、基板１の他方側の
表面上に＜１００＞方位に結晶配向したＭｇＯ薄膜より
なる中間層２を厚さ２００ｎｍに形成する。この成膜
中、基板１を基板回転モータ１７によって１２０ｒｐｍ
の速度で回転する。
ｉｎで流し、途中においてキャリアガス１３と酸素ガス
１４とを混ぜて真空チャンバー６内に吹出ノズル１５を
介して流し入れる。このとき、真空チャンバー６の内部
は、その排気口１６から真空排気することにより７．９
０Ｐａの真空度に保持する。この状態において、ＲＦ側
電極８に４００Ｗの高周波電力を１３．５６ＭＨｚで１
０分間印加することによって、アース側電極７とＲＦ側
電極８との間にプラズマを発生させ、基板１の他方側の
表面上に＜１００＞方位に結晶配向したＭｇＯ薄膜より
なる中間層２を厚さ２００ｎｍに形成する。この成膜
中、基板１を基板回転モータ１７によって１２０ｒｐｍ
の速度で回転する。
【００４９】次に、中間層２の上にＰｂx Ｌａ1-x Ｔｉ
1-x/4 Ｏ3 なる組成（０≦ｘ≦０．２５）の強誘電体薄
膜３を、実施例１と同様にして、高周波マグネトロンス
パッタ法により約１μｍの膜厚に形成する。
1-x/4 Ｏ3 なる組成（０≦ｘ≦０．２５）の強誘電体薄
膜３を、実施例１と同様にして、高周波マグネトロンス
パッタ法により約１μｍの膜厚に形成する。
【００５０】図４において、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），
（Ｄ）及び（Ｅ）は、前述の石英ガラス基板、Ｓｉ基
板、ガラス基板（コーニング７０５９）、ソーダ石灰ガ
ラス基板及びステンレス基板上に形成された強誘電体薄
膜素子のｘ線回折パターンを示している。実施例２に係
る強誘電体薄膜素子はペロブスカイト結晶構造の（００
１）及び（１００）の反射、並びにその高次の反射のみ
が観察された。図４に示すように、基板１の平均熱膨張
係数が大きくなるに伴って、（００１）反射の強度が
（１００）反射の強度よりも大きくなり、＜００１＞軸
配向になっていることが分かる。逆に、平均熱膨張係数
の小さい基板では、＜１００＞軸配向膜が得られること
も分かる。
（Ｄ）及び（Ｅ）は、前述の石英ガラス基板、Ｓｉ基
板、ガラス基板（コーニング７０５９）、ソーダ石灰ガ
ラス基板及びステンレス基板上に形成された強誘電体薄
膜素子のｘ線回折パターンを示している。実施例２に係
る強誘電体薄膜素子はペロブスカイト結晶構造の（００
１）及び（１００）の反射、並びにその高次の反射のみ
が観察された。図４に示すように、基板１の平均熱膨張
係数が大きくなるに伴って、（００１）反射の強度が
（１００）反射の強度よりも大きくなり、＜００１＞軸
配向になっていることが分かる。逆に、平均熱膨張係数
の小さい基板では、＜１００＞軸配向膜が得られること
も分かる。
【００５１】プラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によるＮａＣ
ｌ型酸化物よりなる中間層２の形成の際に、原料ガス源
として、前述のマグネシウムアセチルアセトナートの代
わりに、コバルトアセチルアセトナート又はニッケルア
セチルアセトナートを用いることにより、ＣｏＯ又はＮ
ｉＯの（１００）面に配向した膜を種々の基板上に形成
できる。これらの中間層２の上に、Ｐｂx Ｌａ1-x Ｔｉ
1-x/4 Ｏ3 なる組成の強誘電体薄膜３を形成した場合に
も、平均熱膨張係数の大きい基板１上には＜００１＞軸
配向の薄膜が形成され、平均熱膨張係数の小さい基板１
上には＜１００＞配向の薄膜が得られる。
ｌ型酸化物よりなる中間層２の形成の際に、原料ガス源
として、前述のマグネシウムアセチルアセトナートの代
わりに、コバルトアセチルアセトナート又はニッケルア
セチルアセトナートを用いることにより、ＣｏＯ又はＮ
ｉＯの（１００）面に配向した膜を種々の基板上に形成
できる。これらの中間層２の上に、Ｐｂx Ｌａ1-x Ｔｉ
1-x/4 Ｏ3 なる組成の強誘電体薄膜３を形成した場合に
も、平均熱膨張係数の大きい基板１上には＜００１＞軸
配向の薄膜が形成され、平均熱膨張係数の小さい基板１
上には＜１００＞配向の薄膜が得られる。
【００５２】尚、Ｐｂx Ｌａ1-x Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 よりな
る強誘電体薄膜３に代えて、ＰｂＴｉＯ3 ，ＰＺＴ，Ｂ
ａＴｉＯ3 などの強誘電体薄膜を中間層２の上に形成し
た場合にも、同様な結果が得られた。
る強誘電体薄膜３に代えて、ＰｂＴｉＯ3 ，ＰＺＴ，Ｂ
ａＴｉＯ3 などの強誘電体薄膜を中間層２の上に形成し
た場合にも、同様な結果が得られた。
【００５３】（実施例３）実施例３に係る強誘電体薄膜
素子４は、実施例１，２と同様の各種材料よりなる基板
１上に、＜１００＞軸に結晶配向したＭｇＯ薄膜のＮａ
Ｃｌ型酸化物よりなる中間層２が形成され、該中間層２
の上にプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によりＰｂＴｉＯ3
よりなる強誘電体薄膜３が形成された構成である。
素子４は、実施例１，２と同様の各種材料よりなる基板
１上に、＜１００＞軸に結晶配向したＭｇＯ薄膜のＮａ
Ｃｌ型酸化物よりなる中間層２が形成され、該中間層２
の上にプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ法によりＰｂＴｉＯ3
よりなる強誘電体薄膜３が形成された構成である。
【００５４】以下、前記のように構成された強誘電体薄
膜素子４の製造方法について説明する。
膜素子４の製造方法について説明する。
【００５５】実施例２と同様に、基板１の上に、＜１０
０＞結晶方位に配向したＭｇＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物
よりなる中間層２の形成した後、該中間層２の上に、図
４に示すプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置を用いてＰ
ｂＴｉＯ3 の強誘電体薄膜３を形成する。
０＞結晶方位に配向したＭｇＯ薄膜のＮａＣｌ型酸化物
よりなる中間層２の形成した後、該中間層２の上に、図
４に示すプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置を用いてＰ
ｂＴｉＯ3 の強誘電体薄膜３を形成する。
【００５６】図４に示すプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜
装置２１は、真空チャンバー２２内に互いに平行に配置
されたアース側電極２３とＲＦ側電極２４との間に高周
波によってプラズマを発生させ、該プラズマにより有機
金属の原料ガスを分解し、分解された原料ガスを基板１
上に化学蒸着することにより薄膜を形成する装置であ
る。基板１は、アース側電極２３により一方側の面が密
着状態で保持され、基板加熱ヒータ２５により予め４０
０℃に加熱される。
装置２１は、真空チャンバー２２内に互いに平行に配置
されたアース側電極２３とＲＦ側電極２４との間に高周
波によってプラズマを発生させ、該プラズマにより有機
金属の原料ガスを分解し、分解された原料ガスを基板１
上に化学蒸着することにより薄膜を形成する装置であ
る。基板１は、アース側電極２３により一方側の面が密
着状態で保持され、基板加熱ヒータ２５により予め４０
０℃に加熱される。
【００５７】第１の原料気化容器２６にマグネシウムア
セチルアセトナートを入れ、これを１９０℃に保持す
る。このように加熱することにより気化したマグネシウ
ムアセチルアセトナートの蒸気を、３０ｍｌ／ｍｉｎの
流速のキャリアガス（窒素）２７を用いて、真空チャン
バー２２内に流し入れる。反応ガスとして酸素ガス２８
を２ｍｌ／ｍｉｎで流し、途中においてキャリアガス２
７と酸素ガス２８とを混ぜて真空チャンバー２２内に吹
出ノズルから流し入れる。このとき、真空チャンバー２
２内は、真空排気系２９により７．９０Ｐａの真空度に
保持する。この状態において、ＲＦ側電極２４に４００
Ｗの高周波電力を１３．５６ＭＨｚで１０分間印加する
ことによって、ＲＦ側電極２４とアース側電極２３との
間にプラズマを発生させ、基板１の他方側の表面上に＜
１００＞方位に結晶配向したＭｇＯ薄膜よりなる中間層
２を厚さ２００ｎｍに形成する。
セチルアセトナートを入れ、これを１９０℃に保持す
る。このように加熱することにより気化したマグネシウ
ムアセチルアセトナートの蒸気を、３０ｍｌ／ｍｉｎの
流速のキャリアガス（窒素）２７を用いて、真空チャン
バー２２内に流し入れる。反応ガスとして酸素ガス２８
を２ｍｌ／ｍｉｎで流し、途中においてキャリアガス２
７と酸素ガス２８とを混ぜて真空チャンバー２２内に吹
出ノズルから流し入れる。このとき、真空チャンバー２
２内は、真空排気系２９により７．９０Ｐａの真空度に
保持する。この状態において、ＲＦ側電極２４に４００
Ｗの高周波電力を１３．５６ＭＨｚで１０分間印加する
ことによって、ＲＦ側電極２４とアース側電極２３との
間にプラズマを発生させ、基板１の他方側の表面上に＜
１００＞方位に結晶配向したＭｇＯ薄膜よりなる中間層
２を厚さ２００ｎｍに形成する。
【００５８】次に、中間層２の上にＰｂＴｉＯ3 の強誘
電体薄膜３を形成する。すなわち、基板加熱ヒータ２５
を４００℃から５００℃に加熱した後、第２の原料気化
容器３０に鉛ジピバロイルメタネート：Ｐｂ（Ｃ11Ｈ19
Ｏ2 ）を入れ、これを１３０℃に保持する。第３の原料
気化容器３１に、テトライソプロピルチタネート：Ｔｉ
（ｉ−Ｃ3 Ｈ7 Ｏ）4 を入れ、これを５０℃に保持す
る。このように加熱して気化した鉛ジピバロイルメタネ
ートとテトライソプロピルチタネートとの蒸気を１０ｍ
ｌ／ｍｉｎの流速のキャリアガス２７を用いて真空チャ
ンバー２２内に流し入れる。また、反応ガスとして酸素
ガス２８を４０ｍｌ／ｍｉｎで流し、途中で酸素ガス２
８とキャリアガス２７とを混ぜて真空チャンバー２２内
に吹出ノズルから流し入れる。このとき、真空チャンバ
ー２２内は、真空排気系２９により３．９０Ｐａの真空
度に保持する。この状態において、ＲＦ側電極２４に４
００Ｗの高周波電力を２０分間印加することによって、
ＲＦ側電極２４とアース側電極２３との間にプラズマを
発生させ、基板１上に形成された＜１００＞配向ＭｇＯ
薄膜よりなる中間層２の上にＰｂＴｉＯ3 を１μｍの膜
厚に成長させる。
電体薄膜３を形成する。すなわち、基板加熱ヒータ２５
を４００℃から５００℃に加熱した後、第２の原料気化
容器３０に鉛ジピバロイルメタネート：Ｐｂ（Ｃ11Ｈ19
Ｏ2 ）を入れ、これを１３０℃に保持する。第３の原料
気化容器３１に、テトライソプロピルチタネート：Ｔｉ
（ｉ−Ｃ3 Ｈ7 Ｏ）4 を入れ、これを５０℃に保持す
る。このように加熱して気化した鉛ジピバロイルメタネ
ートとテトライソプロピルチタネートとの蒸気を１０ｍ
ｌ／ｍｉｎの流速のキャリアガス２７を用いて真空チャ
ンバー２２内に流し入れる。また、反応ガスとして酸素
ガス２８を４０ｍｌ／ｍｉｎで流し、途中で酸素ガス２
８とキャリアガス２７とを混ぜて真空チャンバー２２内
に吹出ノズルから流し入れる。このとき、真空チャンバ
ー２２内は、真空排気系２９により３．９０Ｐａの真空
度に保持する。この状態において、ＲＦ側電極２４に４
００Ｗの高周波電力を２０分間印加することによって、
ＲＦ側電極２４とアース側電極２３との間にプラズマを
発生させ、基板１上に形成された＜１００＞配向ＭｇＯ
薄膜よりなる中間層２の上にＰｂＴｉＯ3 を１μｍの膜
厚に成長させる。
【００５９】種々の基板上に形成した強誘電体薄膜素子
のｘ線回折パターンは、実施例２と同様の結果が得られ
た。すなわち、実施例３に係る強誘電体薄膜素子はペロ
ブスカイト結晶構造の（００１）及び（１００）の反
射、並びにその高次の反射のみが観察された。また、平
均熱膨張係数が大きく基板の上には＜００１＞軸配向の
膜が得られ、逆に、平均熱膨張係数が小さい基板の上に
は＜１００＞軸配向の膜が得られた。実施例２と比較し
て、強誘電体薄膜３の成膜速度は３倍に向上した。
のｘ線回折パターンは、実施例２と同様の結果が得られ
た。すなわち、実施例３に係る強誘電体薄膜素子はペロ
ブスカイト結晶構造の（００１）及び（１００）の反
射、並びにその高次の反射のみが観察された。また、平
均熱膨張係数が大きく基板の上には＜００１＞軸配向の
膜が得られ、逆に、平均熱膨張係数が小さい基板の上に
は＜１００＞軸配向の膜が得られた。実施例２と比較し
て、強誘電体薄膜３の成膜速度は３倍に向上した。
【００６０】尚、基板１の上に、スパッタ法により（１
００）面が配向したＮａＣｌ型結晶構造の酸化物薄膜よ
りなる中間層２を形成し、該中間層２の上に同じスパッ
タ法により正方晶系のペロブスカイト型強誘電体薄膜を
形成する場合にも、基板１の平均熱膨張係数により、＜
００１＞方向又は＜１００＞方向に配向した強誘電体薄
膜を形成することができた。しかし、結晶性は基板１の
種類に依存する傾向にあった。
００）面が配向したＮａＣｌ型結晶構造の酸化物薄膜よ
りなる中間層２を形成し、該中間層２の上に同じスパッ
タ法により正方晶系のペロブスカイト型強誘電体薄膜を
形成する場合にも、基板１の平均熱膨張係数により、＜
００１＞方向又は＜１００＞方向に配向した強誘電体薄
膜を形成することができた。しかし、結晶性は基板１の
種類に依存する傾向にあった。
【００６１】
【発明の効果】請求項１の発明に係る強誘電体薄膜素子
によると、基板として、該基板の室温から前記強誘電体
薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数が７０×１０
-7／℃以上のものを用いるので、その上に形成される強
誘電体薄膜は＜００１＞方向に強く配向している。
によると、基板として、該基板の室温から前記強誘電体
薄膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数が７０×１０
-7／℃以上のものを用いるので、その上に形成される強
誘電体薄膜は＜００１＞方向に強く配向している。
【００６２】請求項２の発明に係る強誘電体薄膜素子に
よると、基板として、該基板の室温から前記強誘電体薄
膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数が５０×１０-7
／℃以下のものを用いるので、その上に形成される強誘
電体薄膜は＜１００＞方向に強く配向している。
よると、基板として、該基板の室温から前記強誘電体薄
膜の形成時の温度までの平均熱膨張係数が５０×１０-7
／℃以下のものを用いるので、その上に形成される強誘
電体薄膜は＜１００＞方向に強く配向している。
【００６３】このため、請求項１又は２の発明による
と、高価なＭｇＯの単結晶よりなる基板を用いることな
く、安価な基板により、ＭｇＯの基板を用いたときと同
様の強誘電体薄膜素子を作製することができる。従っ
て、強誘電体薄膜素子及び該薄膜素子を応用した焦電型
赤外線検出素子、圧電素子、高誘電率材料を用いるキャ
パシタ等の電子部品の低コスト化を図ることができると
共に、Ｓｉ基板上に直接に強誘電体薄膜を形成できるの
で素子性能が大幅に向上した一体化された信号処理デバ
イスを実現できる。
と、高価なＭｇＯの単結晶よりなる基板を用いることな
く、安価な基板により、ＭｇＯの基板を用いたときと同
様の強誘電体薄膜素子を作製することができる。従っ
て、強誘電体薄膜素子及び該薄膜素子を応用した焦電型
赤外線検出素子、圧電素子、高誘電率材料を用いるキャ
パシタ等の電子部品の低コスト化を図ることができると
共に、Ｓｉ基板上に直接に強誘電体薄膜を形成できるの
で素子性能が大幅に向上した一体化された信号処理デバ
イスを実現できる。
【００６４】請求項３又は４の発明に係る強誘電体薄膜
素子によると、基板と強誘電体薄膜との間に、強誘電体
薄膜の形成時の温度における格子定数が該強誘電体薄膜
の格子定数に対して１５％以内のミスフィットである中
間層が介在しているので、結晶性・配向性に優れた強誘
電体薄膜を形成することができる。
素子によると、基板と強誘電体薄膜との間に、強誘電体
薄膜の形成時の温度における格子定数が該強誘電体薄膜
の格子定数に対して１５％以内のミスフィットである中
間層が介在しているので、結晶性・配向性に優れた強誘
電体薄膜を形成することができる。
【００６５】請求項５の発明に係る強誘電体薄膜素子に
よると、強誘電体薄膜がチタン酸鉛系、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系又はチタン酸バリウム系を主成分とする材料よ
りなるため、平均熱膨張係数が７０×１０-7／℃以上の
基板上においては＜００１＞方向に強く配向し、平均熱
膨張係数が５０×１０-7／℃以下の基板上においては＜
１００＞方向に強く配向する。
よると、強誘電体薄膜がチタン酸鉛系、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系又はチタン酸バリウム系を主成分とする材料よ
りなるため、平均熱膨張係数が７０×１０-7／℃以上の
基板上においては＜００１＞方向に強く配向し、平均熱
膨張係数が５０×１０-7／℃以下の基板上においては＜
１００＞方向に強く配向する。
【００６６】請求項６の発明に係る強誘電体薄膜素子に
よると、強誘電体薄膜の結晶構造が正方晶であるため、
強誘電体薄膜を＜００１＞方向又は＜１００＞方向に強
く配向させることができる。
よると、強誘電体薄膜の結晶構造が正方晶であるため、
強誘電体薄膜を＜００１＞方向又は＜１００＞方向に強
く配向させることができる。
【００６７】請求項７の発明に係る強誘電体薄膜素子に
よると、中間層がＮａＣｌ型の結晶構造を有しているた
め、強誘電体薄膜を＜００１＞方向又は＜１００＞方向
に強く配向させることができる。
よると、中間層がＮａＣｌ型の結晶構造を有しているた
め、強誘電体薄膜を＜００１＞方向又は＜１００＞方向
に強く配向させることができる。
【００６８】請求項８の発明に係る強誘電体薄膜素子に
よると、中間層のＮａＣｌ型の結晶構造が（１００）面
に配向しているため、強誘電体薄膜を＜００１＞方向又
は＜１００＞方向に強く配向させることができる。
よると、中間層のＮａＣｌ型の結晶構造が（１００）面
に配向しているため、強誘電体薄膜を＜００１＞方向又
は＜１００＞方向に強く配向させることができる。
【００６９】請求項９の発明に係る強誘電体薄膜素子に
よると、ＮａＣｌ型結晶構造の酸化物がＮｉＯ、ＣｏＯ
又はＭｇＯのいずれかであるため、（１００）面に配向
するＮａＣｌ型の結晶構造を確実に形成することができ
る。
よると、ＮａＣｌ型結晶構造の酸化物がＮｉＯ、ＣｏＯ
又はＭｇＯのいずれかであるため、（１００）面に配向
するＮａＣｌ型の結晶構造を確実に形成することができ
る。
【００７０】請求項１０の発明に係る強誘電体薄膜素子
の製造方法によると、平均熱膨張率が７０×１０-7以上
である基板の上に（１００）面配向のＮａＣｌ型結晶構
造の酸化物よりなる中間層を形成した後、該中間層の上
に正方晶系のペロブスカイト型の強誘電体薄膜を形成す
るため、＜００１＞方向に強く配向した強誘電体薄膜を
形成することができる。
の製造方法によると、平均熱膨張率が７０×１０-7以上
である基板の上に（１００）面配向のＮａＣｌ型結晶構
造の酸化物よりなる中間層を形成した後、該中間層の上
に正方晶系のペロブスカイト型の強誘電体薄膜を形成す
るため、＜００１＞方向に強く配向した強誘電体薄膜を
形成することができる。
【００７１】請求項１１の発明に係る強誘電体薄膜素子
の製造方法によると、平均熱膨張率が５０×-7以下であ
る基板の上に（１００）面配向のＮａＣｌ型結晶構造の
酸化物よりなる中間層を形成した後、該中間層の上に正
方晶系のペロブスカイト型の強誘電体薄膜を形成するた
め、＜１００＞方向に強く配向した強誘電体薄膜を形成
することができる。
の製造方法によると、平均熱膨張率が５０×-7以下であ
る基板の上に（１００）面配向のＮａＣｌ型結晶構造の
酸化物よりなる中間層を形成した後、該中間層の上に正
方晶系のペロブスカイト型の強誘電体薄膜を形成するた
め、＜１００＞方向に強く配向した強誘電体薄膜を形成
することができる。
【００７２】請求項１２〜１５の発明に係る強誘電体薄
膜素子の製造方法によると、中間層及び強誘電体薄膜を
確実に形成することができる。
膜素子の製造方法によると、中間層及び強誘電体薄膜を
確実に形成することができる。
【図１】各種材料よりなる基板上に形成された強誘電体
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図２】本発明の実施例２に係る強誘電体薄膜素子の膜
構成を示す概略断面図である。
構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施例２又は３に係る強誘電体薄膜素
子の製造方法に用いるプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装
置の概略断面図である。
子の製造方法に用いるプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装
置の概略断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る強誘電体薄膜素子にお
ける強誘電体薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
ける強誘電体薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。
【図５】本発明の実施例２又は３に係る強誘電体薄膜素
子の製造方法に用いる他のプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成
膜装置の概略断面図である。
子の製造方法に用いる他のプラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成
膜装置の概略断面図である。
１ 基板 ２ 中間層 ３ 強誘電体薄膜 ４ 強誘電体薄膜素子 ５ プラズマ励起ＭＯ−ＣＶＤ成膜装置 ６ 真空チャンバー ７ アース側電極 ８ ＲＦ側電極 ９ 基板加熱ヒータ １０ 原料気化容器 １１ マグネシウムアセチルアセトナート １２ オイルバス １３ キャリアガス １４ 酸素ガス １５ 吹出ノズル １６ 排気口 １７ 基板回転モータ ２３ アース側電極 ２４ ＲＦ側電極 ２５ 基板加熱ヒータ ２６ 第１の原料気化容器 ３０ 第２の原料気化容器 ３１ 第３の原料気化容器
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 37/02 41/08 (72)発明者 友澤 淳 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 鳥井 秀雄 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 (15)
- 【請求項１】 基板と該基板の上に形成された強誘電体
薄膜とからなり、前記基板の室温から前記強誘電体薄膜
の形成時の温度までの平均熱膨張係数は７０×１０-7／
℃以上であり、前記強誘電体薄膜は＜００１＞方向に強
く配向していることを特徴とする強誘電体薄膜素子。 - 【請求項２】 基板と該基板の上に形成された強誘電体
薄膜とからなり、前記基板の室温から前記強誘電体薄膜
の形成時の温度までの平均熱膨張係数は５０×１０-7／
℃以下であり、前記強誘電体薄膜は＜１００＞方向に強
く配向していることを特徴とする強誘電体薄膜素子。 - 【請求項３】 基板と該基板の上に形成された結晶性の
中間層と該中間層の上に形成された強誘電体薄膜とから
なり、前記基板の室温から前記強誘電体薄膜の成膜時の
温度までの平均熱膨張係数は７０×１０-7／℃以上であ
り、前記強誘電体薄膜の形成時の温度における前記中間
層の格子定数と前記強誘電体薄膜の格子定数とのミスフ
ィットは１５％以内であり、前記強誘電体薄膜は＜００
１＞方向に強く配向していることを特徴とする強誘電体
薄膜素子。 - 【請求項４】 基板と該基板の上に形成された結晶性の
中間層と該中間層の上に形成された強誘電体薄膜とから
なり、前記基板の室温から前記強誘電体薄膜の成膜時の
温度までの平均熱膨張係数は５０×１０-7／℃以下であ
り、前記強誘電体薄膜の形成時の温度における前記中間
層の格子定数と前記強誘電体薄膜の格子定数とのミスフ
ィットは１５％以内であり、前記強誘電体薄膜は＜１０
０＞方向に強く配向していることを特徴とする強誘電体
薄膜素子。 - 【請求項５】 前記強誘電体薄膜は、チタン酸鉛系、チ
タン酸ジルコン酸鉛系又はチタン酸バリウム系を主成分
とする材料よりなることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項６】 前記強誘電体薄膜の結晶構造は正方晶で
あることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項７】 前記中間層はＮａＣｌ型結晶構造の酸化
物よりなることを特徴とする請求項３又は４に記載の強
誘電体薄膜素子。 - 【請求項８】 前記ＮａＣｌ型結晶構造の酸化物は（１
００）面に配向していることを特徴とする請求項７に記
載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項９】 前記ＮａＣｌ型結晶構造の酸化物はＮｉ
Ｏ、ＣｏＯ又はＭｇＯのいずれかであることを特徴とす
る請求項８に記載の強誘電体薄膜素子。 - 【請求項１０】 基板上に（１００）面配向のＮａＣｌ
型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成する第１の工
程と、前記中間層の上に正方晶系のペロブスカイト型の
強誘電体薄膜を形成する第２の工程とを備え、前記第１
の工程における基板の室温から前記強誘電体薄膜の形成
時の温度までの平均熱膨張係数は７０×１０-7／℃以上
であり、前記第２の工程は前記強誘電体薄膜を＜００１
＞方向に強く配向させる工程を有していることを特徴と
する強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項１１】 基板上に（１００）面配向のＮａＣｌ
型結晶構造の酸化物よりなる中間層を形成する第１の工
程と、前記中間層の上に正方晶系のペロブスカイト型の
強誘電体薄膜を形成する第２の工程とを備え、前記第１
の工程における基板の室温から前記強誘電体薄膜の形成
時の温度までの平均熱膨張係数は５０×１０-7／℃以下
であり、前記第２の工程は前記強誘電体薄膜を＜１００
＞方向に強く配向させる工程を有していることを特徴と
する強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項１２】 前記第１の工程及び第２の工程はスパ
ッタ法により行なうことを特徴とする請求項１０又は１
１に記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項１３】 第１の工程は有機金属錯体の蒸気を原
料ガスとするＭＯ−ＣＶＤ法により行ない、前記第２の
工程はスパッタ法により行なうことを特徴とする請求項
１０又は１１に記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項１４】 前記第１の工程はスパッタ法により行
ない、前記第２の工程は有機金属錯体の蒸気を原料ガス
とするＭＯ−ＣＶＤ法によって行なうことを特徴とする
請求項１０又は１１に記載の強誘電体薄膜素子の製造方
法。 - 【請求項１５】 前記第１の工程及び第２の工程は有機
金属錯体の蒸気を原料ガスとするＭＯ−ＣＶＤ法により
行なうことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の強
誘電体薄膜素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6096307A JPH07300397A (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 強誘電体薄膜素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6096307A JPH07300397A (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 強誘電体薄膜素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07300397A true JPH07300397A (ja) | 1995-11-14 |
Family
ID=14161378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6096307A Pending JPH07300397A (ja) | 1994-05-10 | 1994-05-10 | 強誘電体薄膜素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07300397A (ja) |
Cited By (7)
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-
1994
- 1994-05-10 JP JP6096307A patent/JPH07300397A/ja active Pending
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