JPS6353264A - 強誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜の製造方法Info
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- JPS6353264A JPS6353264A JP19732786A JP19732786A JPS6353264A JP S6353264 A JPS6353264 A JP S6353264A JP 19732786 A JP19732786 A JP 19732786A JP 19732786 A JP19732786 A JP 19732786A JP S6353264 A JPS6353264 A JP S6353264A
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、欠陥の少ない強誘電体薄膜の製造方法に関
する。
する。
〈技術的背景〉
近年、マイクロエレクトロニクスの発達とともに、半導
体集積回路装置形成時の絶縁層の形成や、光集積回路素
子の誘電体導波路の形成に強誘電体薄膜作製技術か利用
されるようになってきた。
体集積回路装置形成時の絶縁層の形成や、光集積回路素
子の誘電体導波路の形成に強誘電体薄膜作製技術か利用
されるようになってきた。
強誘電体薄膜の形成は、通常、高周波マグネトロンスパ
ッタ法にしたがって成膜される。
ッタ法にしたがって成膜される。
高周波マグネトロンスパッタは、通常、第4図(A)
、 (B)に示す装置9を使用して行われる。ただし第
4図(A)は装置の基本的な概略構成図であり、(B)
は装置のマグネトロン部、電極部および基板配置部分の
構成を示す一部断面斜視図であって、真空ベルジャ1内
に配置した陰i2上に平板ターゲット3を載せている。
、 (B)に示す装置9を使用して行われる。ただし第
4図(A)は装置の基本的な概略構成図であり、(B)
は装置のマグネトロン部、電極部および基板配置部分の
構成を示す一部断面斜視図であって、真空ベルジャ1内
に配置した陰i2上に平板ターゲット3を載せている。
陰Vi2は円板状の形状を有し、内部は中空に形成され
ており、中空内にはマグネットのN極4a、 S極4b
が平板マグネトロンを形成するように配置され、冷却水
で冷され、ターゲット3の前面(上方)で200〜50
0ガウス程度のトロイダル磁場を形成するように配置さ
れている。
ており、中空内にはマグネットのN極4a、 S極4b
が平板マグネトロンを形成するように配置され、冷却水
で冷され、ターゲット3の前面(上方)で200〜50
0ガウス程度のトロイダル磁場を形成するように配置さ
れている。
また、陰極2の前面には一定の距離を隔てて高周波型#
7から供給される電力によって陰極2間にグロー放電を
行うアノード5が配置され、アノード5上の、陰極2対
向而には強誘電体膜を被膜させる基板6が設置さね、真
空ベルジャ1内にスパッタガスとしてA「と02との混
合ガスを5 X 10−′Torr程度に封入して使用
していた。
7から供給される電力によって陰極2間にグロー放電を
行うアノード5が配置され、アノード5上の、陰極2対
向而には強誘電体膜を被膜させる基板6が設置さね、真
空ベルジャ1内にスパッタガスとしてA「と02との混
合ガスを5 X 10−′Torr程度に封入して使用
していた。
また、陰FiA2とアノード5間にグロー放′こが生じ
ると、陰極附近の電子はマグネットからの磁場によフて
、らせん運動を行ないスパッタガスのイオン化効率を高
める。このようにして生成した高密度イオンによりター
ゲット表面が衝撃され、ターゲットの組成原子をはじき
出す結果、基板6上にターゲットとほぼ同一組成の強誘
電体薄膜が被着する。
ると、陰極附近の電子はマグネットからの磁場によフて
、らせん運動を行ないスパッタガスのイオン化効率を高
める。このようにして生成した高密度イオンによりター
ゲット表面が衝撃され、ターゲットの組成原子をはじき
出す結果、基板6上にターゲットとほぼ同一組成の強誘
電体薄膜が被着する。
〈発明が解決しようとする問題点〉
ところが、上述した従来の高周波マグネトロンスパッタ
法では、成膜される強誘電体薄膜の酸素欠陥をなくすた
めに、スパッタガスに静と02の混合ガスを使用すると
、成膜中の酸素欠陥はなくなるものの、スパッタ率が減
少するため、へrガスだけをスパッタガスにするときよ
りも成膜速度が数段力る。例えば、静ガス80モル%、
0□ガス20モル%の混合ガスをスパッタガスに使用す
るときは成膜速度は、計ガス単独の場合はと以下である
。
法では、成膜される強誘電体薄膜の酸素欠陥をなくすた
めに、スパッタガスに静と02の混合ガスを使用すると
、成膜中の酸素欠陥はなくなるものの、スパッタ率が減
少するため、へrガスだけをスパッタガスにするときよ
りも成膜速度が数段力る。例えば、静ガス80モル%、
0□ガス20モル%の混合ガスをスパッタガスに使用す
るときは成膜速度は、計ガス単独の場合はと以下である
。
さらに、上述した高周波マグネトロンスパッタ法によっ
て成膜した強誘電体薄膜は、プラズマからの高エネルギ
ーイオンの照射を受けるため、欠陥を生じやすく、物性
的に良質の膜が得にくい。例えば、光スィッチなどに利
用するPLZT薄膜の場合、誘′賀体薄膜導波路中の光
の減衰が極力小さいことが望ましいが、従来の高周波マ
グネトロンスパッタ法で作製した強誘電体薄膜では5d
B/cm程度が限界であった。
て成膜した強誘電体薄膜は、プラズマからの高エネルギ
ーイオンの照射を受けるため、欠陥を生じやすく、物性
的に良質の膜が得にくい。例えば、光スィッチなどに利
用するPLZT薄膜の場合、誘′賀体薄膜導波路中の光
の減衰が極力小さいことが望ましいが、従来の高周波マ
グネトロンスパッタ法で作製した強誘電体薄膜では5d
B/cm程度が限界であった。
この発明は、このような従来の高周波マグネトロンスパ
ッタ法による強誘電体薄膜の製造方法の欠点を解消する
ためになされたものであって、成膜速度が早く、しかも
欠陥のない強誘電体薄膜の製造方法を提供しようとする
ものである。
ッタ法による強誘電体薄膜の製造方法の欠点を解消する
ためになされたものであって、成膜速度が早く、しかも
欠陥のない強誘電体薄膜の製造方法を提供しようとする
ものである。
〈問題点を解決するための手段〉
上述の目的を達成するための、この発明の強誘電体薄膜
の製造方法は、高周波マグネトロンスパッタ法で強誘電
体材料を作製するに当り、ターゲットに作製する強誘電
体薄膜と同一組成の強誘電体材料を用い、スパッタガス
に不活性ガスを用いると共に、冷陰極イオン源より基板
上に被着した強誘電体薄膜面に02イオンビームを照射
することを特徴とするものである。
の製造方法は、高周波マグネトロンスパッタ法で強誘電
体材料を作製するに当り、ターゲットに作製する強誘電
体薄膜と同一組成の強誘電体材料を用い、スパッタガス
に不活性ガスを用いると共に、冷陰極イオン源より基板
上に被着した強誘電体薄膜面に02イオンビームを照射
することを特徴とするものである。
この発明において作製される強誘電体薄膜はペロブスカ
イト型酸化物強電体の場合に、もっとも有効な成膜を得
ることができる。
イト型酸化物強電体の場合に、もっとも有効な成膜を得
ることができる。
〈作 川〉
以上のように、スパッタガスを不活性ガスのみで行うと
、高速成膜が可能となり、この場合に被着する強誘電体
薄膜中の酸素欠陥は、02イオンビームの打する運動エ
ネルギーにより解消されるから良質の強誘電体薄膜が得
られる。
、高速成膜が可能となり、この場合に被着する強誘電体
薄膜中の酸素欠陥は、02イオンビームの打する運動エ
ネルギーにより解消されるから良質の強誘電体薄膜が得
られる。
また、PLZT、f−の強誘電体をスパッタプロセスに
より成膜する場合、基板温度を500℃以上650℃以
下に上げなければ、ペロブスカイト型の強誘電体膜は得
られないが、本発明の0□イオンビーム照射スパツタリ
ングによって、 350℃の低温にて良質なヘロブスカ
イト型の強誘電体膜が得られた。しかしながら02イオ
ンビームのエネルギーが高すぎると逆に膜中に格子欠陥
が生じるため加速電圧は 1.5kV以下が望ましい。
より成膜する場合、基板温度を500℃以上650℃以
下に上げなければ、ペロブスカイト型の強誘電体膜は得
られないが、本発明の0□イオンビーム照射スパツタリ
ングによって、 350℃の低温にて良質なヘロブスカ
イト型の強誘電体膜が得られた。しかしながら02イオ
ンビームのエネルギーが高すぎると逆に膜中に格子欠陥
が生じるため加速電圧は 1.5kV以下が望ましい。
く実 h6 例〉
つぎに、この発明の代表的な実施例について具体的に説
明する。
明する。
実施例−1
第1図はこの発明の強誘電体薄膜の製造方法の実施に使
用した高周波マグネトロンスパッタ装置10である。
用した高周波マグネトロンスパッタ装置10である。
この装置lOは、第4図(A)の従来の高周波マグネト
ロンスパッタ装置9と同様、真空ベルジャ1中に配置し
た中空の陰極2上に平板ターゲット3を載せると共に、
中空の陰極2の室内にマグネットのN極4a、 S極柿
を収納し、平板マグネトロンを形成させる。中空陰極2
内には真空ベルジャ1外から冷却水を導入、室内を循環
後、ベルジャ1外へ排出するように構成されている。
ロンスパッタ装置9と同様、真空ベルジャ1中に配置し
た中空の陰極2上に平板ターゲット3を載せると共に、
中空の陰極2の室内にマグネットのN極4a、 S極柿
を収納し、平板マグネトロンを形成させる。中空陰極2
内には真空ベルジャ1外から冷却水を導入、室内を循環
後、ベルジャ1外へ排出するように構成されている。
また、ターゲット3の前面(上方)で上述した平板マグ
ネトロンにより、 200〜500ガウスのトロイダル
磁場を形成させる。
ネトロンにより、 200〜500ガウスのトロイダル
磁場を形成させる。
さらに、陰極2の補血には一定の距芝をおいて、高周波
源から供給される電力によって陰極2間にグロー放電を
形成するアノード5が陰I!j2表面と傾斜した角度に
配置され、アノード5には板が基板6として配置されて
いる。
源から供給される電力によって陰極2間にグロー放電を
形成するアノード5が陰I!j2表面と傾斜した角度に
配置され、アノード5には板が基板6として配置されて
いる。
ざらに、真空ベルジャ1の側方には、真空ベルジャ1と
一体に連結された別の真空ベルジャlaが接続しており
、ベルジャ1と18間には引出電極としてグリッドが配
置されている。
一体に連結された別の真空ベルジャlaが接続しており
、ベルジャ1と18間には引出電極としてグリッドが配
置されている。
そして、ベルジャlaは排気口によって真空排気可能に
構成されると共に、ガス導入管を介して図示しないイオ
ンビーム発生陰極源から02イオンビームを引出型il
lを通して前記基板6面に向は照射可能な構造になって
いる。
構成されると共に、ガス導入管を介して図示しないイオ
ンビーム発生陰極源から02イオンビームを引出型il
lを通して前記基板6面に向は照射可能な構造になって
いる。
さらに、前述した真空ベルジャ1にはベルジャ1内を真
空排気する排気口と、スパッタガスである不活性ガス導
入口が設けられ、真空ベルジャ1および1aは差動排気
によりそれぞれto−’Torrおよびto−’Tor
r程度の差圧が生じるように排気できる構造になってい
る。
空排気する排気口と、スパッタガスである不活性ガス導
入口が設けられ、真空ベルジャ1および1aは差動排気
によりそれぞれto−’Torrおよびto−’Tor
r程度の差圧が生じるように排気できる構造になってい
る。
上述の装置を使用し、
ゝ 、 0
組成が (8/65/35)の焼結体、PLZTセラミ
ック板をターゲットとし、がっ、ガス導入[1からAr
ガスを5 X 1O−3Torrのガス圧になるように
真空ベルジャ1内に入れると共に、5 X to−’T
orrの02ガス圧の真空ベルシw l aから02イ
オンビームを基板面(500”Cに加熱)に照射し、8
/65/:15 (7)PLZTセフミツ’)薄膜を作
製した。
ック板をターゲットとし、がっ、ガス導入[1からAr
ガスを5 X 1O−3Torrのガス圧になるように
真空ベルジャ1内に入れると共に、5 X to−’T
orrの02ガス圧の真空ベルシw l aから02イ
オンビームを基板面(500”Cに加熱)に照射し、8
/65/:15 (7)PLZTセフミツ’)薄膜を作
製した。
このようにして作製したPLZTセラミック薄膜におい
て、成膜時の02イオンビームの加速電圧と得られたP
LZTセラミック薄膜の透過光の減衰率の関係を示すと
第2図のごとき特性曲線を得る。ただし、第2図の特性
図において、02イオンビームの加速電圧0のときの値
は、PLZTセラミック薄膜面に02イオンビームを照
射しないで、Ar+02(1096)のガスをスパッタ
ガスとしてスパッタ膜を作製したときに得られる8/6
5/35 P L Z Tセラミック膜の光黛衰特性図
である。
て、成膜時の02イオンビームの加速電圧と得られたP
LZTセラミック薄膜の透過光の減衰率の関係を示すと
第2図のごとき特性曲線を得る。ただし、第2図の特性
図において、02イオンビームの加速電圧0のときの値
は、PLZTセラミック薄膜面に02イオンビームを照
射しないで、Ar+02(1096)のガスをスパッタ
ガスとしてスパッタ膜を作製したときに得られる8/6
5/35 P L Z Tセラミック膜の光黛衰特性図
である。
ただし1本実施例の光減衰特性は、照射光にYAGレー
ザから放射される1、06μmの出力光を使用し、8/
65/35 P L Z Tセラミック膜の膜面内方向
の透過光の伝播光強度と伝播距離の関係をシンクロスコ
ープの画面で観測して求めた。
ザから放射される1、06μmの出力光を使用し、8/
65/35 P L Z Tセラミック膜の膜面内方向
の透過光の伝播光強度と伝播距離の関係をシンクロスコ
ープの画面で観測して求めた。
実施例−2
第1図に示す高周波マグネトロンスパッタ装置を用い、
ターゲット物質にPbTi0:+を用い、基板温度を3
00℃から500℃に変えて成115!させたときに、
基板上に成膜したPbTi07IJQの結晶性を調べた
ところ、第3図に示すごとく、基板温度と結晶構造との
間に一定の区分があることが判った。
ターゲット物質にPbTi0:+を用い、基板温度を3
00℃から500℃に変えて成115!させたときに、
基板上に成膜したPbTi07IJQの結晶性を調べた
ところ、第3図に示すごとく、基板温度と結晶構造との
間に一定の区分があることが判った。
すなわち、基板温度が300度Cにおいてはパイロクロ
ア型結晶構造のものや、ペロブスカイト型とパイロクロ
ア型結晶構造の入り混しったものが表われ、300度C
以上350度Cの温度範囲ではペロブスカイト型とバク
ロア型の結晶構造の混在したものが得られ、350℃以
上550℃の温度ではへロブスカイト型結晶構造のもの
のみが得られることが判った。
ア型結晶構造のものや、ペロブスカイト型とパイロクロ
ア型結晶構造の入り混しったものが表われ、300度C
以上350度Cの温度範囲ではペロブスカイト型とバク
ロア型の結晶構造の混在したものが得られ、350℃以
上550℃の温度ではへロブスカイト型結晶構造のもの
のみが得られることが判った。
ただし、このときの0□イオンビームの加速?「圧はa
oovとした。
oovとした。
したがって、従来の高周波マグネトロンスパッタ法では
500度C前後でないと得られなかった強MA 重相の
プロブスカイト型が、この発明の製造方法では350度
Cで得られ、゛成膜の低温化が可能となった。
500度C前後でないと得られなかった強MA 重相の
プロブスカイト型が、この発明の製造方法では350度
Cで得られ、゛成膜の低温化が可能となった。
以上の実施例において、作製した強誘電体薄膜は8/6
5/15のPLZTセラミック膜およびPbTi0:+
ll5jの成膜について説明したが、他の強誘電体薄膜
の成膜についても同様に作製することができる。
5/15のPLZTセラミック膜およびPbTi0:+
ll5jの成膜について説明したが、他の強誘電体薄膜
の成膜についても同様に作製することができる。
さらに、高周波マグネトロンスパッタ装置内のスパッタ
ガスはArガスを使用する場合についてだけ説明したが
、Arガスの他、Xe、 Neなとの他の不活性ガスを
使用しても全く同様の強誘電体薄膜を成膜させることが
できる。
ガスはArガスを使用する場合についてだけ説明したが
、Arガスの他、Xe、 Neなとの他の不活性ガスを
使用しても全く同様の強誘電体薄膜を成膜させることが
できる。
〈発明の効果〉
以、ヒの説明から明らかなように、この発明の強誘電体
薄膜の製造方法により、強誘電相であるペロブスカイト
型結晶構造の薄膜を作製しようとするときは、従来の高
周波マグネトロンスパッタ法と異なり、基板上に被膜し
た強誘電体薄膜に、02イオンビームを同時照射するこ
とによって酸素欠陥のない良質の強誘電体薄膜を迅速に
作製することができる。
薄膜の製造方法により、強誘電相であるペロブスカイト
型結晶構造の薄膜を作製しようとするときは、従来の高
周波マグネトロンスパッタ法と異なり、基板上に被膜し
た強誘電体薄膜に、02イオンビームを同時照射するこ
とによって酸素欠陥のない良質の強誘電体薄膜を迅速に
作製することができる。
第1図はこの発明の強誘電体薄膜の製造方法の実施に使
用する高周波マグネトロンスパッタ装置の概略構成図、
第2図はこの発明の強誘電体薄りの製造方法により作製
した8/65/35 P LZTセラミック膜の成膜時
の0□イオンビーム加速電圧(V)対生成した膜の面内
方向光減衰率(dB/cm)の関係を示す特性図、第3
図はこの発明の強誘電体薄膜の製造方法により作製した
PbTi0zllUの成膜時基板温度対成膜の結晶構造
の関係を示す特性図、第4図(A) (B)はそれぞれ
従来の高周波マグネトロンスパッタ法の実施に使用して
いた装置の概略基本構成図およびこの装置のマグネトロ
ン部、′北極部および基板配置部分の構成を示す一部断
面斜視図である。 図面中、1・・・真空ベルジャ(従来)、la・・・真
空ベルジャ(本発明)、 2・・・陰極、 3・・・ターゲット、 4a・・・マグネットのN極、 4b・・・マグネットのS極、 5・・・アノード、 6・・・基板、 7・・・高周波電源、 9(全体符号)・・・従来の高周波マグネトロンスパッ
タ 装置、 10(全体符号)・・・本発明に使用する高周波マグネ
トロ ンスパッタ装置。 第2図 加速電圧 (V) 第3図 基板温度(0C) 手 続 補 正 書 昭和61年10月28日
用する高周波マグネトロンスパッタ装置の概略構成図、
第2図はこの発明の強誘電体薄りの製造方法により作製
した8/65/35 P LZTセラミック膜の成膜時
の0□イオンビーム加速電圧(V)対生成した膜の面内
方向光減衰率(dB/cm)の関係を示す特性図、第3
図はこの発明の強誘電体薄膜の製造方法により作製した
PbTi0zllUの成膜時基板温度対成膜の結晶構造
の関係を示す特性図、第4図(A) (B)はそれぞれ
従来の高周波マグネトロンスパッタ法の実施に使用して
いた装置の概略基本構成図およびこの装置のマグネトロ
ン部、′北極部および基板配置部分の構成を示す一部断
面斜視図である。 図面中、1・・・真空ベルジャ(従来)、la・・・真
空ベルジャ(本発明)、 2・・・陰極、 3・・・ターゲット、 4a・・・マグネットのN極、 4b・・・マグネットのS極、 5・・・アノード、 6・・・基板、 7・・・高周波電源、 9(全体符号)・・・従来の高周波マグネトロンスパッ
タ 装置、 10(全体符号)・・・本発明に使用する高周波マグネ
トロ ンスパッタ装置。 第2図 加速電圧 (V) 第3図 基板温度(0C) 手 続 補 正 書 昭和61年10月28日
Claims (2)
- (1)高周波マグネトロンスパッタ法で強誘電体薄膜を
作製するに当り、ターゲットに作製する強誘電体薄膜と
同一組成の強誘電体材料を用い、スパッタガスに不活性
ガスを用いると共に、冷陰極イオン源より基板上に被着
した強誘電体薄膜面にO_2イオンビームを照射するこ
とを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。 - (2)強誘電体薄膜はペロブスカイト型酸化物強誘電体
であることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載
の強誘電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19732786A JPS6353264A (ja) | 1986-08-25 | 1986-08-25 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19732786A JPS6353264A (ja) | 1986-08-25 | 1986-08-25 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6353264A true JPS6353264A (ja) | 1988-03-07 |
Family
ID=16372621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19732786A Pending JPS6353264A (ja) | 1986-08-25 | 1986-08-25 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6353264A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0294507A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Toshiba Corp | 強誘電体薄膜及びその製造方法 |
EP0380326A2 (en) * | 1989-01-26 | 1990-08-01 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing a semi-conductor device |
JPH02290079A (ja) * | 1989-01-26 | 1990-11-29 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法 |
JPH04183872A (ja) * | 1990-11-16 | 1992-06-30 | Mitsubishi Materials Corp | 超高純度強誘電体薄膜 |
JPH07147200A (ja) * | 1993-11-11 | 1995-06-06 | Alps Electric Co Ltd | 高周波マグネトロンプラズマ装置 |
-
1986
- 1986-08-25 JP JP19732786A patent/JPS6353264A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0294507A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Toshiba Corp | 強誘電体薄膜及びその製造方法 |
EP0380326A2 (en) * | 1989-01-26 | 1990-08-01 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing a semi-conductor device |
JPH02290079A (ja) * | 1989-01-26 | 1990-11-29 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法 |
JPH04183872A (ja) * | 1990-11-16 | 1992-06-30 | Mitsubishi Materials Corp | 超高純度強誘電体薄膜 |
JPH07147200A (ja) * | 1993-11-11 | 1995-06-06 | Alps Electric Co Ltd | 高周波マグネトロンプラズマ装置 |
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