JPH11103027A - 強誘電体薄膜及び強誘電体薄膜素子の製造方法、並びに強誘電体薄膜構造及び強誘電体薄膜素子 - Google Patents
強誘電体薄膜及び強誘電体薄膜素子の製造方法、並びに強誘電体薄膜構造及び強誘電体薄膜素子Info
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- JPH11103027A JPH11103027A JP9261379A JP26137997A JPH11103027A JP H11103027 A JPH11103027 A JP H11103027A JP 9261379 A JP9261379 A JP 9261379A JP 26137997 A JP26137997 A JP 26137997A JP H11103027 A JPH11103027 A JP H11103027A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｓｉ基板上において、Ｐｂ系ペロブスカイト
型酸化物強誘電体薄膜を容易にかつ確実にエピタキシャ
ル成長させ得る強誘電体薄膜の製造方法とこれにより得
られる強誘電体薄膜を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ基板上に、Ｔｉの一部をＡｌで置換
してなるＴｉＮ薄膜を形成し、その上に（Ｂａ，Ｓｒ）
ＴｉＯ3 層を形成し、さらにその上にＰｂ系ペロブスカ
イト型酸化物強誘電体をエピタキシャル成長させる強誘
電体薄膜の製造方法。
型酸化物強誘電体薄膜を容易にかつ確実にエピタキシャ
ル成長させ得る強誘電体薄膜の製造方法とこれにより得
られる強誘電体薄膜を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ基板上に、Ｔｉの一部をＡｌで置換
してなるＴｉＮ薄膜を形成し、その上に（Ｂａ，Ｓｒ）
ＴｉＯ3 層を形成し、さらにその上にＰｂ系ペロブスカ
イト型酸化物強誘電体をエピタキシャル成長させる強誘
電体薄膜の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＲＡＭやＦｅｒ
ｒｏｌｅｃｔｒｉｃ ＲＡＭ（ＦｅＲＡＭ）用キャパシ
ターとして有用な強誘電体薄膜をＳｉ基板上に形成する
強誘電体薄膜の製造方法とこれにより得られる強誘電体
薄膜に関し、より詳細にはＳｉ基板上に導電膜を形成
し、該導電膜上に強誘電体薄膜を高い配向度で形成する
ことを可能とする強誘電体薄膜の製造方法とこれにより
得られる強誘電体薄膜に関する。
ｒｏｌｅｃｔｒｉｃ ＲＡＭ（ＦｅＲＡＭ）用キャパシ
ターとして有用な強誘電体薄膜をＳｉ基板上に形成する
強誘電体薄膜の製造方法とこれにより得られる強誘電体
薄膜に関し、より詳細にはＳｉ基板上に導電膜を形成
し、該導電膜上に強誘電体薄膜を高い配向度で形成する
ことを可能とする強誘電体薄膜の製造方法とこれにより
得られる強誘電体薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、Ｓｉ基板上に、鉛系あるいは非鉛
系ペロブスカイト化合物からなる強誘電体薄膜を形成す
る方法が種々試みられている。この種々の鉛系もしくは
非鉛系ペロブスカイト化合物としては、例えば、ＢａＴ
ｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 、Ｐｂ
ＴｉＯ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3 、ＰＺＴ、ＰＬＺ
Ｔ、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3 などが挙げられる。
系ペロブスカイト化合物からなる強誘電体薄膜を形成す
る方法が種々試みられている。この種々の鉛系もしくは
非鉛系ペロブスカイト化合物としては、例えば、ＢａＴ
ｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 、Ｐｂ
ＴｉＯ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3 、ＰＺＴ、ＰＬＺ
Ｔ、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3 などが挙げられる。
【０００３】中でも、残留分極が大きいＰＺＴやＰＬＺ
ＴなどのＰｂ系ペロブスカイト化合物をＳｉ基板上にお
いてエピタキシャル成長することができれば、自発分極
を一方向に揃えることができるので、より大きな分極値
及び良好なスイッチング特性を得ることができる。従っ
て、高密度記録媒体としての応用を拡大し得るため、Ｐ
ｂ系ペロブスカイト化合物をＳｉ基板上にエピタキシャ
ル成長させる方法が強く求められている。
ＴなどのＰｂ系ペロブスカイト化合物をＳｉ基板上にお
いてエピタキシャル成長することができれば、自発分極
を一方向に揃えることができるので、より大きな分極値
及び良好なスイッチング特性を得ることができる。従っ
て、高密度記録媒体としての応用を拡大し得るため、Ｐ
ｂ系ペロブスカイト化合物をＳｉ基板上にエピタキシャ
ル成長させる方法が強く求められている。
【０００４】しかしながら、自発分極を膜厚方向の一方
向に揃えることが必要な上記用途では、Ｓｉ基板上にお
いて、強誘電体薄膜を導電層で挟み込んだ構造、いわゆ
る金属−強誘電体−金属（ＭＦＭ）構造が必要となる。
そのため、以下の理由により、結晶性に優れた、３軸配
向した酸化物強誘電体薄膜を得ることは困難であった。
向に揃えることが必要な上記用途では、Ｓｉ基板上にお
いて、強誘電体薄膜を導電層で挟み込んだ構造、いわゆ
る金属−強誘電体−金属（ＭＦＭ）構造が必要となる。
そのため、以下の理由により、結晶性に優れた、３軸配
向した酸化物強誘電体薄膜を得ることは困難であった。
【０００５】すなわち、Ｓｉ基板上に金属層として、
ＡｇやＡｕなどの金属膜を形成し、金属膜上に酸化物強
誘電体薄膜を成長させた場合には、酸化物強誘電体薄膜
の成長時に強誘電体と金属との界面が酸化したり、金属
とＳｉとの間で相互拡散を生じたりするという問題があ
った。
ＡｇやＡｕなどの金属膜を形成し、金属膜上に酸化物強
誘電体薄膜を成長させた場合には、酸化物強誘電体薄膜
の成長時に強誘電体と金属との界面が酸化したり、金属
とＳｉとの間で相互拡散を生じたりするという問題があ
った。
【０００６】金属膜材料としてＰｔを用いる方法も考
えられるが、ＰｔはＭｇＯやＳｒＴｉＯ3 などの酸化物
単結晶基板上においてはエピタキシャル成長するが、Ｓ
ｉ基板上でＰｔを直接エピタキシャル成長することはで
きなかった。
えられるが、ＰｔはＭｇＯやＳｒＴｉＯ3 などの酸化物
単結晶基板上においてはエピタキシャル成長するが、Ｓ
ｉ基板上でＰｔを直接エピタキシャル成長することはで
きなかった。
【０００７】導電層として、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ3
のような酸化物を用いる方法も考えられているが、この
場合には、Ｓｉ基板と導電層との間に別の層を挿入する
ことが必要であった。例えば、強誘電体薄膜としてＰＬ
ＺＴを形成する場合、ＰＬＺＴ／（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ
3 ／Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12／Ｙ添加ＺｒＯ2 ／Ｓｉのような
構造とする必要があった。従って、最上層であるＰＬＺ
Ｔ層のような強誘電体層のエピタキシャル性を高めるこ
とが困難であった。
のような酸化物を用いる方法も考えられているが、この
場合には、Ｓｉ基板と導電層との間に別の層を挿入する
ことが必要であった。例えば、強誘電体薄膜としてＰＬ
ＺＴを形成する場合、ＰＬＺＴ／（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ
3 ／Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12／Ｙ添加ＺｒＯ2 ／Ｓｉのような
構造とする必要があった。従って、最上層であるＰＬＺ
Ｔ層のような強誘電体層のエピタキシャル性を高めるこ
とが困難であった。
【０００８】他方、鯉沼等（Jpn. J. Appl. Phys. vol.
35 (1996), L574 ）は、Ｓｉ基板上にＴｉＮ膜をレーザ
ー蒸着法（Pulsed Laser Deposition: PLD）により形成
し、ＴｉＮ膜上にバッファ層としてＳｒＴｉＯ3 層を形
成し、バッファ層上にＰＺＴ薄膜をエピタキシャル成長
させる方法を提案している。この方法では、Ｓｉ基板上
に１０-7Ｔｏｒｒ以下の圧力（高真空）下でＴｉＮをエ
ピタキシャル成長させ、ＳｒＴｉＯ3 層を１０-5Ｔｏｒ
ｒの圧力下において５５０℃の温度で形成し、しかる
後、ＰＺＴ層を４５０℃において０．１Ｔｏｒｒ／Ｏ2
フロー中で形成している。すなわち、ＳｒＴｉＯ3 は、
ＰＺＴ層と極端に異なる圧力で作成されており、ＳｒＴ
ｉＯ3 層が、上記のような低酸素分圧下でペロブスカイ
ト層となるため、ＳｒＴｉＯ3 層は、ＰＺＴ薄膜形成時
の酸化雰囲気下におけるＴｉＮ層の酸化を防止するため
に用いられていた。
35 (1996), L574 ）は、Ｓｉ基板上にＴｉＮ膜をレーザ
ー蒸着法（Pulsed Laser Deposition: PLD）により形成
し、ＴｉＮ膜上にバッファ層としてＳｒＴｉＯ3 層を形
成し、バッファ層上にＰＺＴ薄膜をエピタキシャル成長
させる方法を提案している。この方法では、Ｓｉ基板上
に１０-7Ｔｏｒｒ以下の圧力（高真空）下でＴｉＮをエ
ピタキシャル成長させ、ＳｒＴｉＯ3 層を１０-5Ｔｏｒ
ｒの圧力下において５５０℃の温度で形成し、しかる
後、ＰＺＴ層を４５０℃において０．１Ｔｏｒｒ／Ｏ2
フロー中で形成している。すなわち、ＳｒＴｉＯ3 は、
ＰＺＴ層と極端に異なる圧力で作成されており、ＳｒＴ
ｉＯ3 層が、上記のような低酸素分圧下でペロブスカイ
ト層となるため、ＳｒＴｉＯ3 層は、ＰＺＴ薄膜形成時
の酸化雰囲気下におけるＴｉＮ層の酸化を防止するため
に用いられていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記鯉
沼等の方法では、以下の問題があった。 Ｓｉ上においてＴｉＮ薄膜をエピタキシャル成長させ
るために、１０-7Ｔｏｒｒ以下の低圧力（高真空）が必
要であり、成膜チャンバなどの真空系のコストが非常に
高くつくという欠点があった。
沼等の方法では、以下の問題があった。 Ｓｉ上においてＴｉＮ薄膜をエピタキシャル成長させ
るために、１０-7Ｔｏｒｒ以下の低圧力（高真空）が必
要であり、成膜チャンバなどの真空系のコストが非常に
高くつくという欠点があった。
【００１０】ＴｉＮとＰＺＴとの間のＳｒＴｉＯ3 バ
ッファ層は、比誘電率εr が約２００と小さいため、Ｐ
ＺＴ／ＳｒＴｉＯ3 の積層構造を形成した場合、電界が
ＳｒＴｉＯ3 側に集中しやすかった。また、格子定数に
ついても、ＳｒＴｉＯ3 の格子定数ａは３．９０５Åで
あり、ＴｉＮの格子定数ａ＝４．２３５ÅやＰＺＴの格
子定数ａ＝４．０〜４．１Åに比べて小さいため、Ｓｒ
ＴｉＯ3 膜は、ＰＺＴ薄膜をその上でエピタキシャル成
長させるには適当な膜とはいえなかった。
ッファ層は、比誘電率εr が約２００と小さいため、Ｐ
ＺＴ／ＳｒＴｉＯ3 の積層構造を形成した場合、電界が
ＳｒＴｉＯ3 側に集中しやすかった。また、格子定数に
ついても、ＳｒＴｉＯ3 の格子定数ａは３．９０５Åで
あり、ＴｉＮの格子定数ａ＝４．２３５ÅやＰＺＴの格
子定数ａ＝４．０〜４．１Åに比べて小さいため、Ｓｒ
ＴｉＯ3 膜は、ＰＺＴ薄膜をその上でエピタキシャル成
長させるには適当な膜とはいえなかった。
【００１１】よって、本発明の目的は、Ｓｉ基板上にバ
ッファ層としてＴｉＮ系材料層を形成し、さらにＰｂ系
強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させるに際し、強誘
電体薄膜を容易にかつ確実にエピタキシャル成長させる
ことができ、高い真空度を必要としないため安価に強誘
電体薄膜を製造することを可能とする、強誘電体薄膜の
製造方法とこれにより得られる強誘電体薄膜を提供する
ことにある。
ッファ層としてＴｉＮ系材料層を形成し、さらにＰｂ系
強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させるに際し、強誘
電体薄膜を容易にかつ確実にエピタキシャル成長させる
ことができ、高い真空度を必要としないため安価に強誘
電体薄膜を製造することを可能とする、強誘電体薄膜の
製造方法とこれにより得られる強誘電体薄膜を提供する
ことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、Ｓｉ基板上に、導電膜を形成し、該導電膜上に強誘
電体薄膜をエピタキシャル成長させる強誘電体薄膜の製
造方法において、前記導電膜として、ＡｌでＴｉの一部
が置換されたＴｉＮ（以下ＴＡＮと略す。）膜を形成
し、該ＴＡＮ膜上に（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 下地層を形
成し、下地層上にＰｂ系ペロブスカイト型の酸化物強誘
電体を堆積させることを特徴とする。
は、Ｓｉ基板上に、導電膜を形成し、該導電膜上に強誘
電体薄膜をエピタキシャル成長させる強誘電体薄膜の製
造方法において、前記導電膜として、ＡｌでＴｉの一部
が置換されたＴｉＮ（以下ＴＡＮと略す。）膜を形成
し、該ＴＡＮ膜上に（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 下地層を形
成し、下地層上にＰｂ系ペロブスカイト型の酸化物強誘
電体を堆積させることを特徴とする。
【００１３】また、請求項２記載の発明は、前記ＴＡＮ
膜におけるＡｌ置換量が、Ｔｉ及びＡｌの合計に対し原
子比で１〜３０％の範囲とされていることを特徴とす
る。請求項３に記載の発明は、前記ＴＡＮ膜を、Ｔｉの
一部がＡｌで置換されているターゲット物質を用いレー
ザー蒸着法により形成することを特徴とする。
膜におけるＡｌ置換量が、Ｔｉ及びＡｌの合計に対し原
子比で１〜３０％の範囲とされていることを特徴とす
る。請求項３に記載の発明は、前記ＴＡＮ膜を、Ｔｉの
一部がＡｌで置換されているターゲット物質を用いレー
ザー蒸着法により形成することを特徴とする。
【００１４】また、好ましくは、請求項３に記載の発明
においては、請求項４に記載のように、前記ＴＡＮ膜の
レーザー蒸着法による形成に際し、１０-5Ｔｏｒｒ以下
の圧力で形成することを特徴とする。
においては、請求項４に記載のように、前記ＴＡＮ膜の
レーザー蒸着法による形成に際し、１０-5Ｔｏｒｒ以下
の圧力で形成することを特徴とする。
【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれかに記載の強誘電体薄膜の製造方法を用いた強誘
電体薄膜素子の製造方法であって、前記Ｐｂ系ペロブス
カイト型酸化物誘電体を堆積させた後に、該Ｐｂ系ペロ
ブスカイト型酸化物強誘電体膜上にさらに金属層を形成
することを特徴とする。
いずれかに記載の強誘電体薄膜の製造方法を用いた強誘
電体薄膜素子の製造方法であって、前記Ｐｂ系ペロブス
カイト型酸化物誘電体を堆積させた後に、該Ｐｂ系ペロ
ブスカイト型酸化物強誘電体膜上にさらに金属層を形成
することを特徴とする。
【００１６】請求項６に記載の発明は、Ｓｉ基板と、Ｓ
ｉ基板上に形成されたＴＡＮ膜と、ＴＡＮ膜上に形成さ
れた（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層と、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3層上に形成されたＰｂ系ペロブスカイト型酸化物強
誘電体薄膜とを備える強誘電体薄膜構造である。
ｉ基板上に形成されたＴＡＮ膜と、ＴＡＮ膜上に形成さ
れた（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層と、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3層上に形成されたＰｂ系ペロブスカイト型酸化物強
誘電体薄膜とを備える強誘電体薄膜構造である。
【００１７】請求項７に記載の発明は、前記請求項６の
Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ膜におけるＡｌ置換
量がＴｉ及びＡｌの合計に対し原子比で１〜３０％の範
囲とされていることを特徴とする。
Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ膜におけるＡｌ置換
量がＴｉ及びＡｌの合計に対し原子比で１〜３０％の範
囲とされていることを特徴とする。
【００１８】請求項８に記載の発明は、前記Ｐｂ系ペロ
ブスカイト酸化物強誘電体薄膜上に、形成された金属層
をさらに備える請求項６または７に記載の強誘電体薄膜
構造を用いたことを特徴とする強誘電体薄膜素子であ
る。
ブスカイト酸化物強誘電体薄膜上に、形成された金属層
をさらに備える請求項６または７に記載の強誘電体薄膜
構造を用いたことを特徴とする強誘電体薄膜素子であ
る。
【００１９】以下、本発明の詳細を説明する。本願発明
者等は、Ｓｉ基板上に強誘電体薄膜をエピタキシャル成
長させるに際し、バッファ層としてＴｉＮ膜を形成する
場合、ＴｉＮのＴｉサイトの一部をＡｌで置換すれば、
１０-7Ｔｏｒｒのような高真空下でなくとも、Ａｌで置
換されたＴｉＮ膜が良好にエピタキシャル成長すること
を見い出し、ＴＡＮ膜を用い、さらに、特定の第２のバ
ッファ層を形成すれば、上記課題を達成し得ることを見
い出し、本発明をなすに至った。
者等は、Ｓｉ基板上に強誘電体薄膜をエピタキシャル成
長させるに際し、バッファ層としてＴｉＮ膜を形成する
場合、ＴｉＮのＴｉサイトの一部をＡｌで置換すれば、
１０-7Ｔｏｒｒのような高真空下でなくとも、Ａｌで置
換されたＴｉＮ膜が良好にエピタキシャル成長すること
を見い出し、ＴＡＮ膜を用い、さらに、特定の第２のバ
ッファ層を形成すれば、上記課題を達成し得ることを見
い出し、本発明をなすに至った。
【００２０】ＴＡＮ膜が、絶対圧１０-7Ｔｏｒｒのよう
な低圧力（高真空）下でなくとも良好にエピタキシャル
成長する理由は定かではないが、本願発明者により実験
的に見い出されたものである。
な低圧力（高真空）下でなくとも良好にエピタキシャル
成長する理由は定かではないが、本願発明者により実験
的に見い出されたものである。
【００２１】また、ＴｉＮのＴｉサイトの一部をＡｌで
置換するに際しての置換量については、請求項２に記載
のように、Ｔｉ及びＡｌの合計量に対し原子比率でＡｌ
原子として１〜３０％の範囲とすることが好ましい。こ
の置換割合が１％未満では、後述の耐酸化性向上効果が
十分に得られないことがあり、３０％を超えるとＴＡＮ
の導電率が著しく低下し、電極層として機能を果たさな
くなることがある。
置換するに際しての置換量については、請求項２に記載
のように、Ｔｉ及びＡｌの合計量に対し原子比率でＡｌ
原子として１〜３０％の範囲とすることが好ましい。こ
の置換割合が１％未満では、後述の耐酸化性向上効果が
十分に得られないことがあり、３０％を超えるとＴＡＮ
の導電率が著しく低下し、電極層として機能を果たさな
くなることがある。
【００２２】ＴＡＮ膜のＳｉ基板上への形成は、上述し
たとおり、高い真空度を必要とせずに行うことができ、
本願発明者の実験によれば、従来のＴｉＮ膜形成時に比
べて、高い圧力（低真空度）、すなわち１０-5Ｔｏｒｒ
で行うことが可能であり、それによってＳｉ基板上にＴ
ＡＮ膜をエピタキシャル成長させることができる。
たとおり、高い真空度を必要とせずに行うことができ、
本願発明者の実験によれば、従来のＴｉＮ膜形成時に比
べて、高い圧力（低真空度）、すなわち１０-5Ｔｏｒｒ
で行うことが可能であり、それによってＳｉ基板上にＴ
ＡＮ膜をエピタキシャル成長させることができる。
【００２３】さらに、本願発明者等は、ＰＺＴに代表さ
れるＰｂ系ペロブスカイト化合物を上記ＴＡＮ膜上にて
直接エピタキシャル成長させることが困難であることを
考慮し、ＴＡＮ膜とＰｂ系ペロブスカイト酸化物との間
に、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3層を介在させれば、Ｐｂ系
ペロブスカイト酸化物をエピタキシャル成長させ得るこ
とを見い出した。
れるＰｂ系ペロブスカイト化合物を上記ＴＡＮ膜上にて
直接エピタキシャル成長させることが困難であることを
考慮し、ＴＡＮ膜とＰｂ系ペロブスカイト酸化物との間
に、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3層を介在させれば、Ｐｂ系
ペロブスカイト酸化物をエピタキシャル成長させ得るこ
とを見い出した。
【００２４】ここで、ＴＡＮ層上に上記Ｐｂ系ペロブス
カイト酸化物をエピタキシャル成長させるに先立ち、
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層を形成した理由は、以下の２
点である。
カイト酸化物をエピタキシャル成長させるに先立ち、
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層を形成した理由は、以下の２
点である。
【００２５】ＰＺＴに代表されるようなＰｂ系強誘電
体薄膜の作製雰囲気は、一般には１０ -1〜数１０Ｔｏｒ
ｒの酸素雰囲気であり、ＴＡＮを成長させる雰囲気とは
大きく異なり、非常に高酸素分圧である。従って、Ｐｂ
系強誘電体薄膜の作製に際し、ＴＡＮ層の酸化が進行し
やすくなる。これに対して、揮発成分を構成元素に持た
ない非Ｐｂ系ペロブスカイト型強誘電体（室温以下で強
誘電体であるものを含む）、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔ
ｉＯ3 は、低酸素分圧下でもペロブスカイト構造を取り
やすいため、ＴＡＮの酸化防止層として利用することが
でき、かつＰｂ系強誘電体薄膜形成に際しての下地とし
てペロブスカイトを形成する際の核となって働くことが
期待される。
体薄膜の作製雰囲気は、一般には１０ -1〜数１０Ｔｏｒ
ｒの酸素雰囲気であり、ＴＡＮを成長させる雰囲気とは
大きく異なり、非常に高酸素分圧である。従って、Ｐｂ
系強誘電体薄膜の作製に際し、ＴＡＮ層の酸化が進行し
やすくなる。これに対して、揮発成分を構成元素に持た
ない非Ｐｂ系ペロブスカイト型強誘電体（室温以下で強
誘電体であるものを含む）、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔ
ｉＯ3 は、低酸素分圧下でもペロブスカイト構造を取り
やすいため、ＴＡＮの酸化防止層として利用することが
でき、かつＰｂ系強誘電体薄膜形成に際しての下地とし
てペロブスカイトを形成する際の核となって働くことが
期待される。
【００２６】上部に形成されるＰｂ系誘電体薄膜の格
子定数を考慮すると、鯉沼等の提案しているＳｒＴｉＯ
3 層に比べて、ＳｒＴｉＯ3 とＢａＴｉＯ3 （格子定数
ａ＝３．９９２Å）との固溶体である（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔ
ｉＯ3 をバッファ層として採用した場合の方が、Ｐｂ系
強誘電体がエピタキシャル成長しやすいと考えられる。
子定数を考慮すると、鯉沼等の提案しているＳｒＴｉＯ
3 層に比べて、ＳｒＴｉＯ3 とＢａＴｉＯ3 （格子定数
ａ＝３．９９２Å）との固溶体である（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔ
ｉＯ3 をバッファ層として採用した場合の方が、Ｐｂ系
強誘電体がエピタキシャル成長しやすいと考えられる。
【００２７】もっとも、格子定数だけを考慮すると、Ｂ
ａＴｉＯ3 単体も有望であるが、ＢａＴｉＯ3 は温度に
より種々の結晶系に相変態するため、Ｐｂ系強誘電体の
エピタキシャル成長に際しての下地バッファ層としては
好ましくない。
ａＴｉＯ3 単体も有望であるが、ＢａＴｉＯ3 は温度に
より種々の結晶系に相変態するため、Ｐｂ系強誘電体の
エピタキシャル成長に際しての下地バッファ層としては
好ましくない。
【００２８】また、比誘電率の面でも（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔ
ｉＯ3 はＳｒＴｉＯ3 やＰＺＴに比べて十分大きいた
め、ＰＺＴとの積層構造をとった場合にも、ＰＺＴ側に
より電界がかかり易いという利点がある。
ｉＯ3 はＳｒＴｉＯ3 やＰＺＴに比べて十分大きいた
め、ＰＺＴとの積層構造をとった場合にも、ＰＺＴ側に
より電界がかかり易いという利点がある。
【００２９】以上のように、本発明では、ＴＡＮを用い
ることにより、従来より高い圧力でＳｉ基板上にＴＡＮ
を良好にエピタキシャル成長させ、ＴＡＮ層上にさらに
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 をエピタキシャル成長させ、そ
れによってＰｂ系強誘電体のエピタキシャル成長を確実
に行うことを可能とすると共に、該エピタキシャル成長
に際してのＴＡＮの酸化を防止したことに特徴を有す
る。
ることにより、従来より高い圧力でＳｉ基板上にＴＡＮ
を良好にエピタキシャル成長させ、ＴＡＮ層上にさらに
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 をエピタキシャル成長させ、そ
れによってＰｂ系強誘電体のエピタキシャル成長を確実
に行うことを可能とすると共に、該エピタキシャル成長
に際してのＴＡＮの酸化を防止したことに特徴を有す
る。
【００３０】本発明において、用いられる上記Ｓｉ基板
としては、特に限定される訳ではないが、種々の結晶方
位の単結晶Ｓｉ基板を用いることができ、例えば、（１
００）、（１１１）、（１１０）などの任意の結晶方位
のＳｉ単結晶基板を用いることができる。
としては、特に限定される訳ではないが、種々の結晶方
位の単結晶Ｓｉ基板を用いることができ、例えば、（１
００）、（１１１）、（１１０）などの任意の結晶方位
のＳｉ単結晶基板を用いることができる。
【００３１】また、Ｓｉ基板上に、ＴＡＮ膜を形成する
工程についても特に限定される訳ではないが、例えば、
レーザー蒸着法、スパッタリング、反応性蒸着などを例
示することができる。好ましくは、真空度を独立に制御
できる等の理由により請求項３に記載のように、Ｔｉの
一部がＡｌで置換されているターゲット物質を用いて、
レーザー蒸着法によりＴＡＮ層を形成することができ
る。この場合、１０-5Ｔｏｒｒ以下の圧力下でＴＡＮ膜
を形成することができる。すなわち鯉沼等の方法におけ
るＴｉＮ膜の形成よりも高い圧力（低真空）下でＴＡＮ
膜を形成することができる。
工程についても特に限定される訳ではないが、例えば、
レーザー蒸着法、スパッタリング、反応性蒸着などを例
示することができる。好ましくは、真空度を独立に制御
できる等の理由により請求項３に記載のように、Ｔｉの
一部がＡｌで置換されているターゲット物質を用いて、
レーザー蒸着法によりＴＡＮ層を形成することができ
る。この場合、１０-5Ｔｏｒｒ以下の圧力下でＴＡＮ膜
を形成することができる。すなわち鯉沼等の方法におけ
るＴｉＮ膜の形成よりも高い圧力（低真空）下でＴＡＮ
膜を形成することができる。
【００３２】上記ＴＡＮ膜の厚みについても特に限定さ
れるわけではないが、一般的な金属よりも比抵抗が１桁
〜２桁大きいため、３００〜５００ｎｍ程度の厚みとす
ることが望ましい。
れるわけではないが、一般的な金属よりも比抵抗が１桁
〜２桁大きいため、３００〜５００ｎｍ程度の厚みとす
ることが望ましい。
【００３３】（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層の形成について
も、その方法自体は特に限定されず、例えば、レーザー
蒸着法、スパッタ、ＣＶＤ法などを用いることができ
る。また、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層の膜厚について
も、特に限定される訳ではないが、その上にＰｂ系ペロ
ブスカイト酸化物強誘電体をエピタキシャル成長させる
ため、並びに、下地のＴＡＮ膜の酸化を防止するには、
通常、５０〜１５０ｎｍ程度とすることが望ましい。
も、その方法自体は特に限定されず、例えば、レーザー
蒸着法、スパッタ、ＣＶＤ法などを用いることができ
る。また、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層の膜厚について
も、特に限定される訳ではないが、その上にＰｂ系ペロ
ブスカイト酸化物強誘電体をエピタキシャル成長させる
ため、並びに、下地のＴＡＮ膜の酸化を防止するには、
通常、５０〜１５０ｎｍ程度とすることが望ましい。
【００３４】本発明において、上記（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 層上に形成されるＰｂ系ペロブスカイト型酸化物強
誘電体についても、特に限定されず、例えば、Ｐｂ（Ｔ
ｉ，Ｚｒ）Ｏ3 のようなＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｐｂ（Ｍ
ｇ，Ｎｂ）Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ
3 などを挙げることができる。
Ｏ3 層上に形成されるＰｂ系ペロブスカイト型酸化物強
誘電体についても、特に限定されず、例えば、Ｐｂ（Ｔ
ｉ，Ｚｒ）Ｏ3 のようなＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｐｂ（Ｍ
ｇ，Ｎｂ）Ｏ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ
3 などを挙げることができる。
【００３５】上記Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電
体層の膜厚についても特に限定されず、用途によって異
なるが、通常、５００〜１μｍの範囲とすることが望ま
しい。
体層の膜厚についても特に限定されず、用途によって異
なるが、通常、５００〜１μｍの範囲とすることが望ま
しい。
【００３６】なお、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘
電体薄膜の形成方法についても、ＣＶＤ法、スパッタ法
やレーザー蒸着法等の種々の方法を採用することができ
る。また、好ましくは、上記Ｐｂ系ペロブスカイト型酸
化物強誘電体を堆積させた後に、強誘電体薄膜上にさら
に適宜の金属層を形成し、それによってＭＦＭ構造を形
成してもよい。この場合の金属層構成材料としては、Ａ
ｕ，Ａｇ，ＴＡＮ等任意の金属材料を用いることができ
る。
電体薄膜の形成方法についても、ＣＶＤ法、スパッタ法
やレーザー蒸着法等の種々の方法を採用することができ
る。また、好ましくは、上記Ｐｂ系ペロブスカイト型酸
化物強誘電体を堆積させた後に、強誘電体薄膜上にさら
に適宜の金属層を形成し、それによってＭＦＭ構造を形
成してもよい。この場合の金属層構成材料としては、Ａ
ｕ，Ａｇ，ＴＡＮ等任意の金属材料を用いることができ
る。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の非限定的な実施例
及び比較例を挙げることにより、本発明を明らかにす
る。
及び比較例を挙げることにより、本発明を明らかにす
る。
【００３８】（実施例１）Ｓｉ基板として５．０８ｍｍ
径（２インチ径）のＳｉ（１００）単結晶基板を用い
た。このＳｉ単結晶基板を有機溶媒中で超音波洗浄し、
１０重量％濃度のＨＦ水溶液中に浸漬し、Ｓｉ単結晶基
板表面の酸化膜を除去した。
径（２インチ径）のＳｉ（１００）単結晶基板を用い
た。このＳｉ単結晶基板を有機溶媒中で超音波洗浄し、
１０重量％濃度のＨＦ水溶液中に浸漬し、Ｓｉ単結晶基
板表面の酸化膜を除去した。
【００３９】次に、図１に示すパルスレーザー蒸着法
（ＰＬＤ）法により、約１０-5Ｔｏｒｒの圧力下で基板
温度を５５０〜６５０℃程度とし、レーザー繰り返し周
波数５Ｈｚ、レーザーエネルギー密度＝４．５Ｊ／ｃｍ
2 （ＫｒＦ）の条件下で、Ｔｉサイトの一部をＡｌで、
Ａｌ原子に換算して１０％置換してなるＴＡＮ薄膜（Ｔ
ｉ0.9 Ａｌ0.1 Ｎ）をエピタキシャル成長させた。
（ＰＬＤ）法により、約１０-5Ｔｏｒｒの圧力下で基板
温度を５５０〜６５０℃程度とし、レーザー繰り返し周
波数５Ｈｚ、レーザーエネルギー密度＝４．５Ｊ／ｃｍ
2 （ＫｒＦ）の条件下で、Ｔｉサイトの一部をＡｌで、
Ａｌ原子に換算して１０％置換してなるＴＡＮ薄膜（Ｔ
ｉ0.9 Ａｌ0.1 Ｎ）をエピタキシャル成長させた。
【００４０】なお、図１において、１は真空容器を示
し、１０は入射されるレーザービームを示す。レーザー
ビーム１０は、レーザー集光レンズ２を介して真空容器
１に設けられた合成石英からなる窓部９から入射され
る。窓部９近傍には、真空容器１にガス導入管３が設け
られており、該ガス導入管３から種々のガスの導入が可
能である。真空容器１内においては、基板加熱ヒーター
５上に載置されたＳｉ単結晶基板７の斜め上方にターゲ
ット４が配置されている。ターゲット４としては、Ｔｉ
サイトの一部をＡｌで１０％置換したＴｉＮ焼結体（Ｔ
ｉ0.9 Ａｌ0.1 Ｎ）を用いた。この焼結体の相対密度は
９０％以上であるが、望ましくは９５％以上の緻密なも
のを用いることが好ましい。
し、１０は入射されるレーザービームを示す。レーザー
ビーム１０は、レーザー集光レンズ２を介して真空容器
１に設けられた合成石英からなる窓部９から入射され
る。窓部９近傍には、真空容器１にガス導入管３が設け
られており、該ガス導入管３から種々のガスの導入が可
能である。真空容器１内においては、基板加熱ヒーター
５上に載置されたＳｉ単結晶基板７の斜め上方にターゲ
ット４が配置されている。ターゲット４としては、Ｔｉ
サイトの一部をＡｌで１０％置換したＴｉＮ焼結体（Ｔ
ｉ0.9 Ａｌ0.1 Ｎ）を用いた。この焼結体の相対密度は
９０％以上であるが、望ましくは９５％以上の緻密なも
のを用いることが好ましい。
【００４１】また、６はターゲットを駆動するためのマ
ニュピュレーターを示し、８は排気口を示す。次に、上
記のようにして形成されたＴＡＮ薄膜上に、同様のパル
スレーザー蒸着法を用い、１０-4Ｔｏｒｒ、基板温度５
５０℃、レーザー繰り返し周波数５Ｈｚ、レーザーエネ
ルギー密度＝５．０Ｊ／ｃｍ2 （ＫｒＦ）の条件下で厚
み約５０〜１００ｎｍの（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 薄膜を
成長させた。この場合、ターゲットとしては、Ｂａ0.7
Ｓｒ0.3 ＴｉＯ3 の組成のセラミック焼結体ターゲット
を用いた。
ニュピュレーターを示し、８は排気口を示す。次に、上
記のようにして形成されたＴＡＮ薄膜上に、同様のパル
スレーザー蒸着法を用い、１０-4Ｔｏｒｒ、基板温度５
５０℃、レーザー繰り返し周波数５Ｈｚ、レーザーエネ
ルギー密度＝５．０Ｊ／ｃｍ2 （ＫｒＦ）の条件下で厚
み約５０〜１００ｎｍの（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 薄膜を
成長させた。この場合、ターゲットとしては、Ｂａ0.7
Ｓｒ0.3 ＴｉＯ3 の組成のセラミック焼結体ターゲット
を用いた。
【００４２】上記（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 薄膜上に図２
に示すＭＯＣＶＤ装置により、Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔ
ｉ0.48）Ｏ3 薄膜をエピタキシャル成長させた。なお、
図２において、２１は真空容器を示し、２２は真空容器
２１内に設けられたガス吹き出しノズルを示す。また、
真空容器２１内においては、ガス吹き出しノズル２２の
下方に基板加熱用ヒーター２３が配置されており、該基
板加熱ヒーター２３上に基板２４が配置されている。２
５はガス混合器を示し、２６は真空ポンプを示す。
に示すＭＯＣＶＤ装置により、Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔ
ｉ0.48）Ｏ3 薄膜をエピタキシャル成長させた。なお、
図２において、２１は真空容器を示し、２２は真空容器
２１内に設けられたガス吹き出しノズルを示す。また、
真空容器２１内においては、ガス吹き出しノズル２２の
下方に基板加熱用ヒーター２３が配置されており、該基
板加熱ヒーター２３上に基板２４が配置されている。２
５はガス混合器を示し、２６は真空ポンプを示す。
【００４３】ガス混合機２５には、ガスフローコントロ
ーラー２７〜３０が、それぞれ、所定のガスを導入する
ために接続されている。ガスフローコントローラー２８
とガス混合機２５との間にはＰｂ用固体気化器３１が接
続されており、ガスフローコントローラー２９とガス混
合器２５との間にはＺｒ用液体気化器３２が接続されて
おり、ガスフローコントローラー３０とガス混合器２５
との間にはＴｉ用液体気化器３３が接続されている。
ーラー２７〜３０が、それぞれ、所定のガスを導入する
ために接続されている。ガスフローコントローラー２８
とガス混合機２５との間にはＰｂ用固体気化器３１が接
続されており、ガスフローコントローラー２９とガス混
合器２５との間にはＺｒ用液体気化器３２が接続されて
おり、ガスフローコントローラー３０とガス混合器２５
との間にはＴｉ用液体気化器３３が接続されている。
【００４４】ガスフローコントローラー２７には、Ｏ2
ガス３４が供給され、ガスフローコントローラー２８〜
３０には、それぞれ、Ａｒガスが供給される。上記ＭＯ
ＣＶＤ装置により、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層上に、全
圧１０Ｔｏｒｒ（酸素分圧５Ｔｏｒｒ）、基板温度６０
０℃で、厚み３００〜６００ｎｍのＰｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ
0.48）Ｏ3 薄膜をエピタキシャル成長させた。なお、Ｐ
ｂ、Ｚｒ及びＴｉのプリカーサーとしては、それぞれ、
Ｐｂ（ＤＰＭ）2 、Ｚｒ（Ｏ−ｔ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 、Ｔｉ
（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 を用いた。また、上記Ｐｂ（Ｚ
ｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜形成に際しての詳細な条件を
下記の表１に示す。
ガス３４が供給され、ガスフローコントローラー２８〜
３０には、それぞれ、Ａｒガスが供給される。上記ＭＯ
ＣＶＤ装置により、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層上に、全
圧１０Ｔｏｒｒ（酸素分圧５Ｔｏｒｒ）、基板温度６０
０℃で、厚み３００〜６００ｎｍのＰｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ
0.48）Ｏ3 薄膜をエピタキシャル成長させた。なお、Ｐ
ｂ、Ｚｒ及びＴｉのプリカーサーとしては、それぞれ、
Ｐｂ（ＤＰＭ）2 、Ｚｒ（Ｏ−ｔ−Ｃ4 Ｈ9 ）4 、Ｔｉ
（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 を用いた。また、上記Ｐｂ（Ｚ
ｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜形成に際しての詳細な条件を
下記の表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】次に、Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜
上に、マスクを用いて径０．５ｍｍのＡｕ上部電極を真
空蒸着法により形成し、強誘電体薄膜素子を得た。
上に、マスクを用いて径０．５ｍｍのＡｕ上部電極を真
空蒸着法により形成し、強誘電体薄膜素子を得た。
【００４７】（比較例１）実施例１と同様にして、Ｓｉ
（１００）単結晶基板上に、ＰＬＤ法により、約１０-5
Ｔｏｒｒ、基板温度５５０〜６５０℃、レーザー繰り返
し周波数５Ｈｚ、レーザーエネルギー密度４．５Ｊ／ｃ
ｍ2 （ＫｒＦ）の条件下で、約厚み１００〜５００ｎｍ
のＴＡＮ薄膜（Ｔｉ0.9 Ａｌ0.1 Ｎ薄膜）をエピタキシ
ャル成長させた。このＴＡＮ薄膜上に実施例１と同様に
ＭＯＣＶＤ法により全圧１０Ｔｏｒｒ（酸素分圧５Ｔｏ
ｒｒ）、基板温度６００℃で、厚み３００〜６００ｎｍ
のＰｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜をエピタキシャル
成長させた。次に、Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜
上に、マスクを用いて径０．５ｍｍのＡｕ上部電極を真
空蒸着法により形成し、強誘電体薄膜素子を得た。
（１００）単結晶基板上に、ＰＬＤ法により、約１０-5
Ｔｏｒｒ、基板温度５５０〜６５０℃、レーザー繰り返
し周波数５Ｈｚ、レーザーエネルギー密度４．５Ｊ／ｃ
ｍ2 （ＫｒＦ）の条件下で、約厚み１００〜５００ｎｍ
のＴＡＮ薄膜（Ｔｉ0.9 Ａｌ0.1 Ｎ薄膜）をエピタキシ
ャル成長させた。このＴＡＮ薄膜上に実施例１と同様に
ＭＯＣＶＤ法により全圧１０Ｔｏｒｒ（酸素分圧５Ｔｏ
ｒｒ）、基板温度６００℃で、厚み３００〜６００ｎｍ
のＰｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜をエピタキシャル
成長させた。次に、Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜
上に、マスクを用いて径０．５ｍｍのＡｕ上部電極を真
空蒸着法により形成し、強誘電体薄膜素子を得た。
【００４８】（実施例１及び比較例１の評価）図３は、
実施例１でＳｉ基板上に形成されたＴＡＮ薄膜のＸＲＤ
（Ｘ線回折）パターンを示す。また、図４は、実施例１
で得られたＴＡＮ薄膜における膜面内の配向性を確認す
るために極点図解析を行った結果を示す。この解析は、
ＴＡＮ（２２０）について行ったが、４回対称のピーク
が得られており、ＴＡＮ薄膜がＳｉ基板上において良好
にエピタキシャル成長していることがわかる。
実施例１でＳｉ基板上に形成されたＴＡＮ薄膜のＸＲＤ
（Ｘ線回折）パターンを示す。また、図４は、実施例１
で得られたＴＡＮ薄膜における膜面内の配向性を確認す
るために極点図解析を行った結果を示す。この解析は、
ＴＡＮ（２２０）について行ったが、４回対称のピーク
が得られており、ＴＡＮ薄膜がＳｉ基板上において良好
にエピタキシャル成長していることがわかる。
【００４９】図５は、ＴＡＮ層上に（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 層を形成した後に、エピタキシャルＰｂ（Ｚｒ0.52
Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜を形成した場合の該ＰＺＴ薄膜のＸ
ＲＤパターンを示す。なお、図５，図６及び図９中のＢ
ＳＴは、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 を示す。
Ｏ3 層を形成した後に、エピタキシャルＰｂ（Ｚｒ0.52
Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜を形成した場合の該ＰＺＴ薄膜のＸ
ＲＤパターンを示す。なお、図５，図６及び図９中のＢ
ＳＴは、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 を示す。
【００５０】また、多層構造となった強誘電体薄膜素子
全体の配向性について、φスキャンを実施した結果を図
６に示す。図５及び図６より、実施例１では、Ｐｂ（Ｚ
ｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜が良好にエピタキシャル成長
していることがわかる。
全体の配向性について、φスキャンを実施した結果を図
６に示す。図５及び図６より、実施例１では、Ｐｂ（Ｚ
ｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 薄膜が良好にエピタキシャル成長
していることがわかる。
【００５１】図７は、比較例１で得られたＰＺＴ薄膜の
ＸＲＤパターンを示す。図７から明らかなように、ＰＺ
Ｔ薄膜はペロブスカイト層とはなっているものの、特定
軸に配向している傾向が見られず、エピタキシャル成長
できないことがわかる。
ＸＲＤパターンを示す。図７から明らかなように、ＰＺ
Ｔ薄膜はペロブスカイト層とはなっているものの、特定
軸に配向している傾向が見られず、エピタキシャル成長
できないことがわかる。
【００５２】また、実施例１及び比較例１で得たＰＺＴ
薄膜上に、さらに、上述したようにＡｕ上部電極を真空
蒸着法により形成し、強誘電体薄膜素子を形成した場合
の電気的特性を測定した。結果を下記の表２に示す。
薄膜上に、さらに、上述したようにＡｕ上部電極を真空
蒸着法により形成し、強誘電体薄膜素子を形成した場合
の電気的特性を測定した。結果を下記の表２に示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】表２から明らかなように、比較例１で得ら
れた強誘電体薄膜素子に比べて、実施例１で得られた強
誘電体薄膜素子ではｔａｎδが低められていることがわ
かる。
れた強誘電体薄膜素子に比べて、実施例１で得られた強
誘電体薄膜素子ではｔａｎδが低められていることがわ
かる。
【００５５】また、実施例１において得られたエピタキ
シャルＰＺＴ薄膜を用いて描いたＰ−Ｅヒステリシスル
ープを図８に示す。図８から分極度−駆動電圧特性にお
いて良好なヒステリシス特性を有することがわかる。
シャルＰＺＴ薄膜を用いて描いたＰ−Ｅヒステリシスル
ープを図８に示す。図８から分極度−駆動電圧特性にお
いて良好なヒステリシス特性を有することがわかる。
【００５６】（実施例２）実施例１と同様にして、Ｓｉ
単結晶基板上にＰＬＤ法によりＴＡＮ薄膜（Ｔｉ 0.7 Ａ
ｌ0.3 Ｎ）をエピタキシャル成長させた。
単結晶基板上にＰＬＤ法によりＴＡＮ薄膜（Ｔｉ 0.7 Ａ
ｌ0.3 Ｎ）をエピタキシャル成長させた。
【００５７】このＴＡＮ薄膜上に、実施例１と同様にし
て厚み５０〜１００ｎｍのごく薄い（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 層を形成した。しかる後、ＰＬＤ法により、５Ｔｏ
ｒｒ（Ｏ2 雰囲気）、基板温度５００℃、レーザー繰り
返し周波数５Ｈｚ、レーザーエネルギー密度４．５Ｊ／
ｃｍ2 （ＫｒＦ）の条件下で厚み約５００〜８００ｎｍ
のＰＬＴ薄膜（Ｐｂ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 ）をエピタキ
シャル成長させた。この場合ＰＬＴ薄膜を得るのに用い
たターゲットは、Ｐｂ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 組成のセラ
ミック焼結体ターゲットである。
て厚み５０〜１００ｎｍのごく薄い（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ
Ｏ3 層を形成した。しかる後、ＰＬＤ法により、５Ｔｏ
ｒｒ（Ｏ2 雰囲気）、基板温度５００℃、レーザー繰り
返し周波数５Ｈｚ、レーザーエネルギー密度４．５Ｊ／
ｃｍ2 （ＫｒＦ）の条件下で厚み約５００〜８００ｎｍ
のＰＬＴ薄膜（Ｐｂ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 ）をエピタキ
シャル成長させた。この場合ＰＬＴ薄膜を得るのに用い
たターゲットは、Ｐｂ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 組成のセラ
ミック焼結体ターゲットである。
【００５８】図９に得られたエピタキシャルＰＬＴ薄膜
のＸＲＤパターンを示す。図９から明らかなように、本
発明による強誘電体薄膜製造方法を用いることにより、
ＰＬＴ薄膜についても、Ｓｉ単結晶基板上においてエピ
タキシャル成長させ得ることがわかる。
のＸＲＤパターンを示す。図９から明らかなように、本
発明による強誘電体薄膜製造方法を用いることにより、
ＰＬＴ薄膜についても、Ｓｉ単結晶基板上においてエピ
タキシャル成長させ得ることがわかる。
【００５９】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ＴＡＮ
膜は、単結晶Ｓｉ基板上において従来法に比べて低い真
空度（高い圧力）でエピタキシャル成長させることがで
きるため、真空系のコストを低減することができる。加
えて、ＴＡＮとＰｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電体
層との間に（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層を挿入することに
より、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電体の形成に
際してのＴＡＮ表面の酸化が確実に防止され、良好な結
晶を維持しつつ、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電
体薄膜をエピタキシャル成長させることができる。
膜は、単結晶Ｓｉ基板上において従来法に比べて低い真
空度（高い圧力）でエピタキシャル成長させることがで
きるため、真空系のコストを低減することができる。加
えて、ＴＡＮとＰｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電体
層との間に（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層を挿入することに
より、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電体の形成に
際してのＴＡＮ表面の酸化が確実に防止され、良好な結
晶を維持しつつ、Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電
体薄膜をエピタキシャル成長させることができる。
【００６０】従って、従来、極めて困難とされていたＰ
ＺＴに代表されるＰｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電
体薄膜を単結晶Ｓｉ基板上において比較的容易にかつ確
実にエピタキシャル成長させることが可能となり、ＤＲ
ＡＭやＦｅＲＡＭなどの強誘電体薄膜素子や焦電素子、
マイクロアクチュエータ、薄膜コンデンサあるいは小型
圧電素子などの様々な用途に好適に用い得る強誘電体薄
膜を提供することが可能となる。
ＺＴに代表されるＰｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電
体薄膜を単結晶Ｓｉ基板上において比較的容易にかつ確
実にエピタキシャル成長させることが可能となり、ＤＲ
ＡＭやＦｅＲＡＭなどの強誘電体薄膜素子や焦電素子、
マイクロアクチュエータ、薄膜コンデンサあるいは小型
圧電素子などの様々な用途に好適に用い得る強誘電体薄
膜を提供することが可能となる。
【００６１】請求項２に記載の発明では、エピタキシャ
ルＴＡＮ薄膜におけるＡｌによる置換量が、Ａｌ原子と
してＴｉ及びＡｌの合計の１〜３０％（原子比率）とさ
れているため、ＴＡＮ薄膜をＳｉ基板上により一層確実
にエピタキシャル成長させることができる。
ルＴＡＮ薄膜におけるＡｌによる置換量が、Ａｌ原子と
してＴｉ及びＡｌの合計の１〜３０％（原子比率）とさ
れているため、ＴＡＮ薄膜をＳｉ基板上により一層確実
にエピタキシャル成長させることができる。
【００６２】請求項３に記載の発明では、Ｔｉの一部が
Ａｌで置換されているターゲット物質を用いてレーザー
蒸着法により、ＴＡＮ薄膜が形成されるので、ＴＡＮ薄
膜を容易にかつ確実にエピタキシャル成長させることが
でき、さらに、請求項４に記載のように１０-5Ｔｏｒｒ
以下の圧力で形成し得るため、高価な真空系を必要とし
ない。
Ａｌで置換されているターゲット物質を用いてレーザー
蒸着法により、ＴＡＮ薄膜が形成されるので、ＴＡＮ薄
膜を容易にかつ確実にエピタキシャル成長させることが
でき、さらに、請求項４に記載のように１０-5Ｔｏｒｒ
以下の圧力で形成し得るため、高価な真空系を必要とし
ない。
【００６３】請求項５に記載の発明によれば、上記Ｐｂ
系ペロブスカイト型酸化物強誘電体層上に、さらに金属
層が形成されるので、請求項８に記載の発明に係る強誘
電体薄膜素子を提供することが可能となる。
系ペロブスカイト型酸化物強誘電体層上に、さらに金属
層が形成されるので、請求項８に記載の発明に係る強誘
電体薄膜素子を提供することが可能となる。
【図１】本発明の実施例において、ＴＡＮ薄膜及び（Ｂ
ａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 薄膜の作製に用いたパルスレーザー
蒸着装置を説明するための概略構成図。
ａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 薄膜の作製に用いたパルスレーザー
蒸着装置を説明するための概略構成図。
【図２】実施例１及び比較例１でＰＺＴ薄膜の作製に用
いたＭＯＣＶＤ装置の概略構成図。
いたＭＯＣＶＤ装置の概略構成図。
【図３】実施例１，２及び比較例１で作製したＴＡＮ薄
膜のＸＲＤパターン図。
膜のＸＲＤパターン図。
【図４】実施例１，２及び比較例１で得たＴＡＮ薄膜の
極点図。
極点図。
【図５】実施例１で作製したエピタキシャルＰＺＴ薄膜
のＸＲＤパターン図。
のＸＲＤパターン図。
【図６】図５に示したＰＺＴ薄膜のφスキャン図。
【図７】比較例１で作製したＰＺＴ薄膜のＸＲＤパター
ン図。
ン図。
【図８】実施例１で作製したエピタキシャルＰＺＴ薄膜
のＰ（分極度）−Ｅ（電圧）ヒステリシスループを示す
図。
のＰ（分極度）−Ｅ（電圧）ヒステリシスループを示す
図。
【図９】実施例２で作製したエピタキシャルＰＬＴ薄膜
のＸＲＤパターン図を示す。
のＸＲＤパターン図を示す。
１…ＰＬＤ装置における真空容器 ２…レーザー集光レンズ ３…ガス導入管 ４…ターゲット ５…基板加熱ヒーター ６…ターゲット駆動用マニュピュレーター ７…基板 ８…排気口 ９…合成石英窓 １０…エキシマレーザー光（ビームライン） ２１…ＭＯＣＶＤ装置における真空容器 ２２…ガス吹き出しノズル ２３…基板加熱ヒーター ２４…基板 ２５…ガス混合器 ２６…真空ポンプ（メカニカルブースターポンプ） ２７〜３０…マスフローコントローラー ３１…固定気化器（Ｐｂ用） ３２…液体気化器（Ｚｒ用） ３３…液体気化器（Ｔｉ用） ３４…Ｏ2 ガス ３５〜３７…Ａｒガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/10 ４５１ (72)発明者 李 効民 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 白露 幸祐 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (8)
- 【請求項１】 Ｓｉ基板上に、導電膜を形成し、該導電
膜上に強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させる強誘電
体薄膜の製造方法において、 前記導電膜として、Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ
膜を形成し、該Ａｌで置換されたＴｉＮ膜上に（Ｂａ，
Ｓｒ）ＴｉＯ3 下地層を形成し、下地層上にＰｂ系ペロ
ブスカイト型の酸化物強誘電体を堆積させることを特徴
とする、強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ
膜におけるＡｌ置換量が、Ｔｉ及びＡｌの合計に対し原
子比で１〜３０％の範囲とされていることを特徴とす
る、請求項１に記載の強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 前記Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ
膜を、Ｔｉの一部がＡｌで置換されているターゲット物
質を用いレーザー蒸着法により形成する、請求項１また
は２に記載の強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記Ｔｉの一部をＡｌで置換してなるＴ
ｉＮ膜のレーザー蒸着法による形成に際し、１０-5Ｔｏ
ｒｒ以下の圧力で形成することを特徴とする、請求項３
に記載の強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の強誘電
体薄膜の製造方法を用いた強誘電体薄膜素子の製造方法
であって、前記Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物誘電体を
堆積させた後に、該Ｐｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘
電体膜上にさらに金属層を形成す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６】 Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に形成されてお
りかつＴｉの一部をＡｌで置換されてなるＴｉＮ膜と、
Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ膜上に形成された
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 層と、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3
層上に形成されたＰｂ系ペロブスカイト型酸化物強誘電
体薄膜とを備える強誘電体薄膜構造。 - 【請求項７】 前記Ｔｉの一部をＡｌで置換したＴｉＮ
膜におけるＡｌ置換量が、Ｔｉ及びＡｌの合計に対し原
子比で１〜３０％の範囲とされていることを特徴とす
る、請求項６に記載の強誘電体薄膜構造。 - 【請求項８】 前記Ｐｂ系ペロブスカイト酸化物強誘電
体薄膜上に形成された金属層をさらに備える請求項６ま
たは７に記載の強誘電体薄膜構造を用いたことを特徴と
する強誘電体薄膜素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9261379A JPH11103027A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 強誘電体薄膜及び強誘電体薄膜素子の製造方法、並びに強誘電体薄膜構造及び強誘電体薄膜素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9261379A JPH11103027A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 強誘電体薄膜及び強誘電体薄膜素子の製造方法、並びに強誘電体薄膜構造及び強誘電体薄膜素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11103027A true JPH11103027A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17361037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9261379A Pending JPH11103027A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 強誘電体薄膜及び強誘電体薄膜素子の製造方法、並びに強誘電体薄膜構造及び強誘電体薄膜素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11103027A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001024265A1 (fr) | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Rohm, Co., Ltd. | Memoire non volatile |
| JP2002083811A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Murata Mfg Co Ltd | 薄膜積層体の製造方法および強誘電体薄膜素子の製造方法 |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP9261379A patent/JPH11103027A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001024265A1 (fr) | 1999-09-30 | 2001-04-05 | Rohm, Co., Ltd. | Memoire non volatile |
| US6674109B1 (en) | 1999-09-30 | 2004-01-06 | Rohm Co., Ltd. | Nonvolatile memory |
| JP2002083811A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Murata Mfg Co Ltd | 薄膜積層体の製造方法および強誘電体薄膜素子の製造方法 |
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