JPH08139307A

JPH08139307A - 強誘電体薄膜形成用電極

Info

Publication number: JPH08139307A
Application number: JP6270010A
Authority: JP
Inventors: Kunio Aketo; 邦夫明渡; Jiro Sakata; 二郎坂田; Yasunori Taga; 康訓多賀
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】残留分極値が比較的大きいペロブスカイト型
鉛系酸化物強誘電体の（１１１）配向膜を表面に形成で
きる、高集積化を可能とする電極を提供する。【構成】シリコン基板１２上にＳｉＯ₂層１４を形成
し、この上に、バッファ層としてのＴｉ層１６を介し
て、下部電極１８が形成されている。下部電極１８とし
ては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈから選ばれる少な
くとも１種以上の貴金属と、その貴金属以外で単体で面
心立方体の結晶構造をとる少なくとも１種以上の金属と
の（１１１）優先配向している合金薄膜が用いられる。
この合金薄膜の表面には、ＰｂＯとの混在層２０が形成
されている。この下部電極１８及び混在層２０によって
形成される電極の上に、ＰＬＴ強誘電体薄膜２２を形成
すると、この強電体薄膜２２が（１１１）優先配向をす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ペロブスカイト型鉛系
酸化物強誘電体薄膜を形成するための電極に関する。特
に、焦電型赤外線センサや不揮発性メモリ等に用いられ
る（１１１）優先配向ペロブスカイト型鉛系酸化物強誘
電体薄膜を形成するのに有用な電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電体とは、平行もしくは反平行に並
んだ永久電気双極子を有し、キュリー点以下において電
界を加えなくても自発的に分極が発生している材料のこ
とである。この強誘電体は、外部電界により双極子の向
きを反転できるような性質を有する。この性質を利用し
て、焦電型赤外線センサや不揮発性メモリなどに応用さ
れている。代表的な強誘電体材料として、Ｐｂ含有ペロ
ブスカイト結晶構造の酸化物、例えばＰｂＴｉＯ₃（Ｐ
ＴＯ）、Ｐｂ_1-xＬａ_xＴｉ_{1-x /4}Ｏ₃（ＰＬＴ）、Ｐ
ｂＺｒ_xＴｉ_1-xＯ₃（ＰＺＴ）等があげられる。

【０００３】焦電型赤外線センサは、温度の変化により
自発分極の大きさが変化するという強誘電体の特性を利
用したセンサである。すなわち、焦電型赤外線センサに
赤外線が照射されると素子の温度が変化し、強誘電体の
自発分極の大きさが変化する。焦電型赤外線センサは、
この自発分極の大きさの変化を電気信号の変化として検
出するものである。

【０００４】焦電型赤外線センサに使用される強誘電体
材料としては、ＰＬＴが良く知られている。ＰＬＴは結
晶構造がペロブスカイト構造の場合に、ｃ軸方向（（０
０１）方向）に自発分極を持つ強誘電体である。また、
この材料はＰＴＯのＰｂの一部をＬａで置換した材料で
あり、Ｌａ組成ｘを増加させることでキュリー点を下げ
ることができる。例えば、ｘ＝０の場合のキュリー点は
４９０℃であるが、ｘ＝０．２６まで増加させた場合は
室温付近までキュリー点を下げることができる。これに
より、温度変化に対する自発分極の変化の大きさを表す
焦電係数を増大させることができる。

【０００５】不揮発性メモリは、強誘電体のヒステリシ
ス特性を利用した素子である。すなわち、電圧印加後そ
の電圧を０に戻しても、印加した電圧の向きに応じた残
留分極が保持されるので、残留分極の向きを、例えば０
と１とに対応させることにより、強誘電体にデジタル情
報を記憶させることができる。この場合、分極が緩和さ
れない限り情報を保持することができる。不揮発性メモ
リに使用される強誘電体材料としては、ＰＺＴがよく知
られている。このＰＺＴは、Ｚｒの組成により正方晶
系、菱面体晶系等の結晶構造を取る。

【０００６】上述した焦電型赤外線センサや不揮発性メ
モリ等の強誘電体薄膜素子は、基板上に第１の電極を形
成し、その上に強誘電体薄膜を形成し、さらに第２の電
極を強誘電体薄膜上に形成した構造を有する。この素子
の出力を最大にするには、強誘電体材料の自発分極Ｐｓ
が素子面に垂直な方向に揃っている必要がある。

【０００７】例えば、正方晶系強誘電体を用いた場合、
第１の電極上に正方晶系強誘電体が素子面に対して垂直
な方向にｃ軸配向（（００１）配向）した場合に出力が
最大となる。

【０００８】そこで、従来より、この素子出力を最大に
するために基板及び電極に種々の改良が加えられてき
た。

【０００９】例えば、ＰＬＴを用いた場合、ｘ＝０の時
にａ軸の格子定数が３．９０オングストロームであるの
に対して、Ｐｔのａ軸の格子定数が３．９２オングスト
ローム、ＭｇＯが４．２１オングストロームと近い値を
取る材料系に注目し、このような材料系を用いて強誘電
体薄膜素子を形成することが行われていた。

【００１０】すなわち、図７に示されるように、ＮａＣ
ｌ結晶構造をとるＭｇＯの単結晶で、かつ（１００）面
を切り出したＭｇＯ基板３０を下地基板として用い、こ
のＭｇＯ基板３０の上にエピタキシャル成長的に基板表
面に対して垂直方向に（１００）配向したＰｔ電極３２
を形成し、Ｐｔ電極３２の上にｃ軸（００１）配向した
ＰＬＴ強誘電体薄膜２２と上部電極２４とを形成するこ
とにより、強誘電体薄膜素子を作成することが行われて
いた（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．６０（１９
８６）２９１４）。

【００１１】一方、近年強誘電体薄膜素子一般に対し、
高機能化、高集積化が要求されるようになってきた。こ
れに応じるためには、強誘電体薄膜を使用したセンサ部
とアンプ等の回路部等を一体化するなど集積化が必要と
なる。通常、回路部を構成する基板としては、シリコン
基板が用いられており、センサ部と回路部とを一体化さ
せたセンサを作成するためには、シリコン基板を用いて
強誘電体薄膜素子を形成することが必要となる。従っ
て、上述のＭｇＯ基板３０を使用した素子では、高集積
化を達成することができない。

【００１２】図８には、シリコン基板を用いて強誘電体
薄膜素子を形成した例が示される。図８においては、シ
リコン基板１２あるいはシリコン基板１２上のＳｉＯ₂
上に、直接もしくはＴｉ、Ｔａ等のバッファ層３４を介
してＰｔ電極３２がスパッタリング法で形成され、さら
にその上にゾル・ゲル法により強誘電体薄膜２２が形成
されている。強誘電体薄膜２２の上には、Ａｕ等の金属
による上部電極２４が形成されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、シリ
コン基板１２上もしくはシリコン基板１２上のＳｉＯ₂
上に、直接もしくはＴｉ、Ｔａ等のバッファ層３４を介
してＰｔのような面心立方体の結晶構造をとる金属を薄
膜化させ下部電極として形成する場合、この金属薄膜は
表面エネルギーが最も小さくなる（１１１）配向性を取
り易い。そして、Ｐｔ（１１１）自然配向膜の上に、ゾ
ル・ゲル法により、正方晶系強誘電体薄膜を形成する
と、ａ軸配向性（（１００）配向性）を示すものが多
い。ａ軸とはｃ軸と９０°の角度をなす結晶方位のこと
である。

【００１４】一般に、正方晶系強誘電体薄膜がａ軸配向
（（１００）配向）を示すのは、引っ張りの応力がその
薄膜にかかっているからであると考えられる。ａ軸方向
とｃ軸方向の格子定数を比較すると、ａ軸方向に比べて
ｃ軸方向の格子定数の方が大きくなっている。例えば、
ＰＬＴにおいてＬａ組成ｘ＝０の場合、ａ軸方向の格子
定数は３．９０オングストロームであるのに対して、ｃ
軸方向の格子定数は４．１５オングストロームであり、
Ｌａ組成の増大と共に格子定数の差は減少する。このた
め、膜に引っ張りの応力が掛ると、応力を緩和させるた
めにｃ軸が素子面に平行に並ぼうとする。この結果、素
子面に対して垂直な方向にはａ軸が並びａ軸配向とな
る。

【００１５】この場合、Ｐｔ（１１１）面内の原子の並
びは、三角形基調であるのに対して、正方晶系強誘電体
（１００）面内の原子の並びは四角形基調であるので、
Ｐｔ（１１１）自然配向膜上に強誘電体がエピタキシャ
ル成長的にａ軸配向しているわけではない。すなわち、
Ｐｔと強誘電体との相互作用が弱いため、正方晶系強誘
電体は表面エネルギーが最も小さくなるａ軸配向性を取
り易くなっている。

【００１６】しかし、正方晶系強誘電体は、このａ軸方
向には自発分極をもたないために、素子の分極の大きさ
を表す残留分極値は理論上ほとんど０の値に近くなる。
従って、Ｐｔ（１１１）配向膜の上のゾル・ゲル法によ
る正方晶系強誘電体薄膜を用いて強誘電体薄膜素子を作
成しても、ほとんど出力が得られないという問題があっ
た。

【００１７】図９には、上記従来の強誘電体薄膜のＸ線
回折パターンが示される。本図における強誘電体薄膜と
してはＰＬＴが使用されている。

【００１８】図９に示されるように、Ｐｔ（１１１）上
にゾル・ゲル法によるＰＬＴの強誘電体薄膜を形成した
場合、ａ軸（１００）配向を示すピークは観察される
が、（１１１）配向を示すピークは観察されていない。

【００１９】また、図１０には、上記従来例の強誘電体
薄膜のＤ−Ｅヒステリシス曲線が示される。図１０にお
いては、残留分極値は約１０μＣ／ｃｍ²となってい
る。ここで、残留分極値とは、バイアス０Ｖ時の正負分
極値の絶対値の平均をいう。

【００２０】また、上述の説明とは逆に、強誘電体薄膜
に圧縮の応力をかけることができれば、応力を緩和する
ためにａ軸が素子面に平行に並ぼうとするので、素子面
に垂直な方向にｃ軸配向させることができる。

【００２１】応力の起源は、主としてシリコン基板とＰ
ＬＴ強誘電体薄膜との線膨脹係数の違いによるものであ
る。すなわち、Ｓｉの線膨脹係数の値は約４×１０^-6／
℃であるが、ＰＬＴの線膨脹係数の値は、例えばＬａ組
成ｘ＝０の時約９×１０^-6／℃であって、Ｓｉの線膨脹
係数の方がＰＬＴの線膨脹係数よりも小さくなってい
る。このため、室温よりも高温で成膜後、室温まで基板
温度を下げると、ＰＬＴ強誘電体薄膜に引っ張り応力が
かかる。

【００２２】この引っ張り応力を圧縮応力に代える方法
は、基板として前述のＭｇＯを使うなど線膨脹係数が強
誘電体薄膜に比べて大きなものを選択する必要がある。
しかし、上述のようにＭｇＯを使用する場合には素子の
高機能化、高集積化が実現できないという問題があっ
た。

【００２３】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、残留分極値が比較的大きいペロ
ブスカイト型鉛系酸化物強誘電体の（１１１）配向膜を
表面に形成できる、高集積化が可能となる電極を提供す
ることにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る強誘電体薄膜形成用電極は、Ｐｔ、Ａ
ｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１種以上
の貴金属と、前記貴金属以外で単体で面心立方体の結晶
構造をとる少なくとも１種以上の金属との（１１１）優
先配向している合金薄膜であり、且つ表面にＰｂＯとの
混在層を有することを特徴とする。

【００２５】ここで、上記貴金属以外の金属で、単体で
面心立方体の結晶構造をとるものとしては例えばＮｉ、
Ｃｕなどがある。

【００２６】前述したように、ゾル・ゲル法により正方
晶系強誘電体薄膜をＰｔ（１１１）自然配向膜上に形成
すると、ａ軸（１００）配向膜となり、所望の性能が得
られない。

【００２７】そこで、本発明者は、強誘電体薄膜を（１
１１）方位に結晶配向させることを可能とすべく検討
し、本発明に係る強誘電体薄膜形成用電極を用いれば、
上記目的を達成し得ることを見い出した。

【００２８】この（１１１）方位は、正方晶系強誘電体
において、応力の影響を受けても分極軸であるｃ軸成分
が素子面に垂直方向の成分として存在するような結晶方
位、すなわち応力の影響を受けても常にｃ軸配向膜の約
５８％の残留分極値が得られる方位である。

【００２９】また、菱面体晶系強誘電体においては、自
発分極軸方向であり、最大の残留分極値が得られる方位
である。

【００３０】

【作用】本発明に係る強誘電体薄膜形成用電極が上記効
果を奏する機構は以下のようであると考えられる。

【００３１】すなわち、下部電極としてＰｔの代りに上
記電極を用いると、Ｎｉ、Ｃｕの存在により電極と強誘
電体との相互作用を強め、電極の結晶方位の情報を直接
強誘電体薄膜に伝えて強誘電体薄膜を（１１１）配向さ
せることが可能となる。

【００３２】この場合、表面にＰｂＯとの混在層を設け
ずに上記電極上に強誘電体薄膜を直接形成した場合は、
上記電極中のＮｉもしくはＣｕが酸素を介して強誘電体
薄膜の構成原子とランダムに結合するために、強誘電体
薄膜は（１１１）配向しなくなる。

【００３３】一方、表面にＰｂＯとの混在層を設ける
と、電極表面に予めＮｉ−Ｏ−ＰｂもしくはＣｕ−Ｏ−
Ｐｂの結合が形成されるので、そこを核として強誘電体
薄膜を（１１１）配向させることができる。

【００３４】以上のように、本発明に係る強誘電体薄膜
形成用電極は、正方晶系強誘電体薄膜を、成膜時に応力
の影響を受けても分極軸であるｃ軸成分が素子面に垂直
方向の成分として常に存在するような結晶方位である
（１１１）方位に配向させることができる。これにより
ｃ軸配向膜の約５８％の残留分極値が得られ、ａ軸配向
膜と比べて大きな性能の向上が可能となる。

【００３５】すなわち、（１１１）方位に配向した正方
晶系強誘電体薄膜では、ａ軸、ｃ軸は共に膜面に対して
３５°前後の角度をもっているので、応力を受けてａ軸
とｃ軸の交換による緩和が起っても、ｃ軸は膜面に対し
て約３５°の角度を保つ。これにより、ｃ軸成分が素子
面に垂直方向の成分として維持され、応力の影響を受け
ても、比較的大きな残留分極値を得ることが可能とな
る。また、菱面体晶系強誘電体薄膜では、（１１１）方
向に分極軸をもつので、最大の残留分極値を得ることが
できる。

【００３６】すなわち、本発明によれば、応力に関係な
く比較的大きな残留分極値が得られ、焦電型赤外線セン
サや不揮発性メモリ等に好適に用いることができる（１
１１）配向した強誘電体薄膜を表面に形成できる強誘電
体薄膜形成用電極を提供することができる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００３８】図１には、本発明に係る強誘電体薄膜形成
用電極を使用した強誘電体薄膜素子１０の断面図が示さ
れる。

【００３９】図１において、強誘電体薄膜素子１０は、
（１００）面のシリコン基板１２上にＳｉＯ₂層１４が
形成され、このＳｉＯ₂層１４の上に電極とＳｉＯ₂層
１４との密着性を向上させるために一般に良くとられる
方法であるバッファ層としてのＴｉ層１６が形成されて
いる。

【００４０】さらにこのＴｉ層１６の上には、下部電極
１８が形成されている。この下部電極１８の材料として
は、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈから選ばれる少なく
とも１種以上の貴金属と、この貴金属以外で単体で面心
立方体の結晶構造をとる少なくとも１種以上の金属との
（１１１）優先配向している合金薄膜が使用される。こ
の場合、前述した貴金属以外の金属であって、単体で面
心立方体の結晶構造をとるものとしてはＮｉ、Ｃｕなど
が好適である。本実施例においては、下部電極１８とし
てＰｔ−Ｎｉ合金が用いられている。

【００４１】下部電極１８の上には、下部電極１８とＰ
ｂＯとの混在層２０が形成されている。下部電極１８と
混在層２０とにより、本発明に係る強誘電体薄膜形成用
電極が構成される。この強誘電体薄膜形成用電極は、シ
リコン基板上に形成することができるので、これを使用
したセンサを他の回路部と一体的に形成でき、高集積化
を図ることができる。

【００４２】さらに混在層２０の上には、強誘電体薄膜
２２及び上部電極２４が形成されている。本実施例にお
ける強誘電体薄膜２２としてはＰＬＴが使用されてい
る。

【００４３】上述した下部電極１８を形成する合金薄膜
を構成する元素は、いずれも単体で面心立方体の結晶構
造をとっている。これらは適切な条件の下において結晶
相を変化させることなく合金を形成する。従って、これ
らの合金薄膜は（１１１）配向の膜とすることができ
る。

【００４４】Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈから選ばれ
る少なくとも１種以上の貴金属とＮｉとの合金として
は、例えばＮｉを２０〜８０％含み、残部がＰｔ、Ａ
ｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１種以上
の貴金属及び微量元素からなる組成を有するものが用い
られる。

【００４５】また、上記貴金属とＣｕとの合金として
は、例えばＣｕを２０〜５０％含み、残部がＰｔ、Ａ
ｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈから選ばれる少なくとも１種以上
の貴金属及び微量元素からなる組成を有するものが用い
られる。

【００４６】下部電極１８として用いられる合金薄膜と
ＰｂＯとの混在層２０は、その合金薄膜の結晶構造を大
きく乱さずに、かつ表面がＰｂＯで覆われている構造で
あれば良い。よって、下部電極１８としての合金薄膜と
ＰｂＯとの混在層２０の厚さは限定的ではないが、５０
０オングストローム以下が良く、特に５０オングストロ
ーム以下が好適である。

【００４７】混在層２０の形成手法は限定されるもので
はないが、例えば、湿式ＰｂＯコーティング処理法、Ｃ
ＶＤ法等が用いられる。湿式ＰｂＯコーティング処理法
とは、例えばゾル・ゲル法により上記下部電極１８上に
ＰｂＯ薄膜を形成し熱処理した後、例えば酢酸、あるい
は硝酸、アルカリ、酢酸鉛、塩化アンモニウム、塩化カ
ルシウムなどの水溶液により過剰なＰｂＯを除去する工
程のことである。

【００４８】また、強誘電体薄膜２２の形成法として
は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、レーザスパッタ法、
ゾル・ゲル法等が知られている。このうち、ゾル・ゲル
法は、アルコキシド溶液のコーティングにより得たポリ
マーゲル状の前駆体膜を加熱することにより薄膜を得る
手法である。この方法は、多成分系でも組成制御を再現
性良くできること、低温合成が可能であること、低コス
トであること等の利点を有し、強誘電体薄膜２２の形成
に最も有用な薄膜形成手法である。

【００４９】実験例次に、本実施例に基づく実験例を比較例と共に示す。

【００５０】本実施例に係る強誘電体薄膜素子１０を以
下の方法で作製した。

【００５１】シリコン基板１２上にＳｉＯ₂熱酸化膜で
あるＳｉＯ₂層１４を形成した後、ＲＦマグネトロンス
パッタリングにより厚さ５００オングストロームのＴｉ
層１６を基板温度３００℃で形成した。次に、Ｔｉ層１
６上に、Ｐｔ及びＮｉの２つのターゲットを用い、それ
ぞれのターゲットに加えられるＲＦパワーを制御するこ
とにより、膜の組成を制御する手法であるＲＦマグネト
ロンマルチスパッタリングにより、厚さ１０００オング
ストロームのＰｔ−Ｎｉ合金からなる下部電極１８を基
板温度３００℃で形成した。上述したスパッタリングに
より形成された下部電極１８としてのＰｔ−Ｎｉ合金薄
膜は、結晶構造を崩さずに合金として形成されており、
（１１１）方向に配向している。

【００５２】次に、下部電極１８とＰｂＯとの混在層２
０を湿式ＰｂＯコーティング処理法を用いて形成した。

【００５３】図２には、シリコン（１００）基板上にＴ
ｉバッファ層を形成し、Ｎｉを３０％含むＰｔ−Ｎｉ合
金薄膜を形成した後、湿式ＰｂＯコーティング処理を行
った電極のオージェ電子分光による深さ方向分析が示さ
れる。図２に示されるように、合金表面に合金とＰｂＯ
との混在層が形成されていることが分る。そして、その
厚さは約４０オングストロームであることが確められ
た。

【００５４】ＰＬＴの強誘電体薄膜２２は、文献Ｋ．
Ｄ．Ｂｕｄｄｅｔａｌ，Ｂｒ．Ｃｅｒａｍ．Ｐｒｏ
ｃ．，３６（１９８５）１０７−１２１に示されている
方法に従って、ゾル・ゲル法により焼成温度６００℃で
厚さ３０００オングストローム形成した。最後に、上述
したＰＬＴ強誘電体薄膜２２上に、上部電極２４として
Ａｕを蒸着し、強誘電体薄膜素子１０を作製した。

【００５５】上述の実験例のうち、実験例１として、下
部電極１８にＮｉを７０％含むＰｔ−Ｎｉ合金薄膜を用
いたものを作製した。

【００５６】また実験例２として、下部電極１８にＮｉ
を３０％含むＰｔ−Ｎｉ合金薄膜を用いたものも作製し
た。

【００５７】これら実験例１、２に対する、Ｎｉの組成
比に関する比較例１として、上記構造において下部電極
１８としてＮｉを１０％含むＰｔ−Ｎｉ合金薄膜を用い
たものを作成した。また比較例２として、上記構造にお
いて下部電極１８としてＮｉ薄膜を用いたものも作成し
た。

【００５８】さらに、上述の実験例１に対する混在層２
０に関する比較例３として、実験例１と同様に作成し混
在層２０のみを省略したものを作成した。

【００５９】また、図８に示されるような従来例とし
て、（１００）面のシリコン基板１２上にＳｉＯ₂熱酸
化膜を形成し、さらにスパッタリング法によりＴｉのバ
ッファ層３４及びＰｔの下部電極３２を形成後、ゾル・
ゲル法によりＰＬＴ強誘電体薄膜を形成し、Ａｕの上部
電極２４を形成した強誘電体薄膜素子を作成した。

【００６０】図３には、実験例１及び比較例３のＸ線回
折パターンが示される。図３において、実験例１の強誘
電体薄膜の回折パターンが実線で、比較例３の強誘電体
薄膜の回折パターンが破線で示される。

【００６１】図３に示されるように、比較例３のＸ線回
折パターンには（１１１）配向に対応するピークが認め
られない。従って無配向の多結晶膜であることが分る。
一方実験例１には（１１１）配向を示すピークが認めら
れ、（１１１）配向膜であることが確認できた。すなわ
ち、本発明に係る強誘電体薄膜形成用電極を用いて強誘
電体薄膜素子を形成した場合には、ゾル・ゲル法による
ＰＬＴ（１１１）配向膜が得られ、下部電極１８とＰｂ
Ｏの混在層２０は省略することのできない重要な要素で
あることが確認された。

【００６２】図４には、実験例１の強誘電体薄膜素子の
Ｄ−Ｅヒステリシス曲線が示される。図１０の従来例
におけるヒステリシス曲線と比較した場合、残留分極値
の値が大幅に向上されており、本実験例においては残留
分極値Ｐｒとしては約２０μＣ／ｃｍ²の値が得られて
いる。なお、ここでも前述した通り、バイアス０Ｖ時の
正負分極値の絶対値の平均を残留分極値Ｐｒとしてい
る。

【００６３】実験例１、２、比較例１、２、３及び従来
例の残留分極値Ｐｒ及び焦電係数γを表１に示す。

【００６４】

【表１】また、図１の構造の素子において、下部電極１８にＰｔ
−Ｃｕ合金薄膜を用いた場合の効果を見るため、実験例
３としてＣｕを２５％含むＰｔ−Ｃｕ合金薄膜を下部電
極１８として用いたもの、及び比較例４としてＣｕ７０
％を含むＰｔ−Ｃｕ合金薄膜を用いたものを作製した。
更に、比較例５として、実験例３と同様に作成し混在層
２０のみを省略したものを作成した。

【００６５】図５には、実験例３及び比較例５による強
誘電体薄膜のＸ線回折パターンが示される。図５におい
て実線が実験例３を、破線が比較例５を示している。

【００６６】図５においても、比較例５の強誘電体薄膜
については（１１１）配向を示すピークが認められない
が、実験例３の強誘電体薄膜においては、（１１１）配
向を示すピークが認められる。従って、実験例３の強誘
電体薄膜素子においても、強誘電体薄膜は（１１１）配
向膜であることが認められた。

【００６７】図６には、実験例３のＤ−Ｅヒステリシス
曲線が示される。本図と従来例である図１０とを比較し
た場合、残留分極値の値が向上されており、本実験例の
場合残留分極値Ｐｒは２０μＣ／ｃｍ²であった。ま
た、焦電係数γは１６ｎＣ／ｃｍ²Ｋの値が得られた。

【００６８】一方、比較例４についてはＰＬＴ強誘電体
薄膜が剥離してしまった。

【００６９】ＰＬＴ（１１１）配向膜が得られた実験例
１〜３については、従来例の約２．５〜３倍の焦電係数
γが得られており、本発明の電極を用いて形成されたＰ
ＬＴ強誘電体薄膜素子は、焦電型赤外線センサや不揮発
性メモリ等に好適に用いることができることが確められ
た。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る強誘
電体薄膜形成用電極を用いることで、この電極の上に形
成された強誘電体薄膜に電極の結晶方位の影響を直接受
けさせることが可能となった。これにより、この強誘電
体薄膜を（１１１）配向させることが可能となる。

【００７１】（１１１）配向した正方晶系強誘電体薄膜
は、理論上ｃ軸配向膜の約５８％の残留分極値が得ら
れ、また、（１１１）配向した菱面体晶系強誘電体薄膜
は、最大の残留分極値が得られるので、十分な強誘電性
を発揮し得る強誘電体薄膜素子を提供することが可能と
なる。

【００７２】以上により、本発明に係る強誘電体薄膜形
成用電極を使用することにより形成された強誘電体薄膜
素子は、焦電型赤外線センサや不揮発性メモリ等に好適
に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る強誘電体薄膜素子の膜構成を示す
断面図である。

【図２】本発明の電極の一例のオージェ電子分光による
深さ方向分析を示す図である。

【図３】実施例１及び比較例３の強誘電体薄膜のＸ線回
折パターンを示す図である。

【図４】実験例１の強誘電体薄膜素子のＤ−Ｅヒステリ
シス曲線を示す図である。

【図５】実験例３及び比較例５の強誘電体薄膜のＸ線回
折パターンを示す図である。

【図６】実験例３の強誘電体薄膜のＤ−Ｅヒステリシス
曲線を示す図である。

【図７】従来のＭｇＯ薄膜上に形成された強誘電体薄膜
素子の断面図である。

【図８】従来のシリコン基板上に形成された強誘電体薄
膜素子の膜構成を示す断面図である。

【図９】従来のシリコン基板を用いた強誘電体薄膜のＸ
線回折パターンを示す図である。

【図１０】図８に示される従来例のＤ−Ｅヒステリシス
曲線を示す図である。

【符号の説明】

１０強誘電体薄膜素子１２シリコン基板１４ＳｉＯ₂層１６Ｔｉ層１８下部電極２０混在層２２強誘電体薄膜２４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Ｈ０１Ｌ 29/792 37/02 // Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ 9545−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｒｈから選ば
れる少なくとも１種以上の貴金属と、前記貴金属以外で
単体で面心立方体の結晶構造をとる少なくとも１種以上
の金属と、の（１１１）優先配向している合金薄膜であ
り、且つ表面にＰｂＯとの混在層を有することを特徴と
する、（１１１）優先配向ペロブスカイト型鉛系酸化物
強誘電体ゾル・ゲル薄膜を形成するための強誘電体薄膜
形成用電極。
【請求項２】請求項１記載の強誘電体薄膜形成用電極
であって、前記面心立方体の結晶構造をとる金属が、Ｎｉ，Ｃｕか
ら選ばれる少なくとも一種以上の金属であることを特徴
とする強誘電体薄膜形成用電極。