JPS6353264A - 強誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents

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。

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。

〈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。

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。

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。

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。

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。

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。

〈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
。

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。

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。

〈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。

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。

〈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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〈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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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。