JP2001222913A - 誘電体薄膜，その製造方法，その電子部品 - Google Patents
誘電体薄膜，その製造方法，その電子部品Info
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- JP2001222913A JP2001222913A JP2000341439A JP2000341439A JP2001222913A JP 2001222913 A JP2001222913 A JP 2001222913A JP 2000341439 A JP2000341439 A JP 2000341439A JP 2000341439 A JP2000341439 A JP 2000341439A JP 2001222913 A JP2001222913 A JP 2001222913A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 格子不整合に起因した格子歪を有効に利用す
ることができ、更にはリーク電流の低減や疲労特性の改
善を図る。 【解決手段】 薄膜と結晶構造が類似する基板１０上
に、ペロブスカイト酸化物である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２
をエピタキシャル成長させつつ、適宜の間隔で{Ｘ3}Ｏ
の１原子層に相当する{Ｘ3}Ｏを実質１層挿入する。{Ｘ
1}，{Ｘ3}は、Ｃａなどであり、{Ｘ2}はＴｉなどであ
り、「Ｏ」は酸素である。{Ｘ3}Ｏ層１４は、{Ｘ1}{Ｘ
2}Ｏ３層１２のペロブスカイト構造を分断する形で導入
されるが、ペロブスカイト構造と極めて構造整合性の高
い状態で存在し、層状ペロブスカイト構造を形成する。
{Ｘ3}Ｏ層１４は、ミスフィット（格子不整合）転位導
入に対するブロッキング層として作用する。その結果、
高い格子歪を保持した強誘電体薄膜が得られる。
ることができ、更にはリーク電流の低減や疲労特性の改
善を図る。 【解決手段】 薄膜と結晶構造が類似する基板１０上
に、ペロブスカイト酸化物である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２
をエピタキシャル成長させつつ、適宜の間隔で{Ｘ3}Ｏ
の１原子層に相当する{Ｘ3}Ｏを実質１層挿入する。{Ｘ
1}，{Ｘ3}は、Ｃａなどであり、{Ｘ2}はＴｉなどであ
り、「Ｏ」は酸素である。{Ｘ3}Ｏ層１４は、{Ｘ1}{Ｘ
2}Ｏ３層１２のペロブスカイト構造を分断する形で導入
されるが、ペロブスカイト構造と極めて構造整合性の高
い状態で存在し、層状ペロブスカイト構造を形成する。
{Ｘ3}Ｏ層１４は、ミスフィット（格子不整合）転位導
入に対するブロッキング層として作用する。その結果、
高い格子歪を保持した強誘電体薄膜が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ペロブスカイト構
造を有する誘電体薄膜，その製造方法，その電子部品に
関する。
造を有する誘電体薄膜，その製造方法，その電子部品に
関する。
【０００２】
【背景技術】ペロブスカイト構造をもつ酸化物薄膜材料
は、強誘電性，高誘電率，電気光学効果，圧電効果，焦
電効果，あるいは超伝導などの極めて多岐にわたる機能
を有することから、コンデンサ素子，強誘電体メモリ素
子，光学センサなどの広範な電子デバイスに応用されて
いる。例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memo
ry），ＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integrated Ci
rcuit），ＭＣＭ（Multi Chip Module）のキャパシタが
好適な適用例の一つである。
は、強誘電性，高誘電率，電気光学効果，圧電効果，焦
電効果，あるいは超伝導などの極めて多岐にわたる機能
を有することから、コンデンサ素子，強誘電体メモリ素
子，光学センサなどの広範な電子デバイスに応用されて
いる。例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memo
ry），ＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integrated Ci
rcuit），ＭＣＭ（Multi Chip Module）のキャパシタが
好適な適用例の一つである。
【０００３】特に最近では、ペロブスカイト酸化物薄膜
の高誘電率特性や強誘電特性に着目したメモリ素子の開
発が脚光を浴びており、キャパシタ面積の低減による高
集積化を狙ったＤＲＡＭ用キャパシタとしての応用，あ
るいは強誘電性によるヒステリシス特性を利用した高速
動作可能な不揮発性強誘電体メモリとしての応用が検討
されている。
の高誘電率特性や強誘電特性に着目したメモリ素子の開
発が脚光を浴びており、キャパシタ面積の低減による高
集積化を狙ったＤＲＡＭ用キャパシタとしての応用，あ
るいは強誘電性によるヒステリシス特性を利用した高速
動作可能な不揮発性強誘電体メモリとしての応用が検討
されている。
【０００４】しかしながら、このペロブスカイト構造の
酸化物薄膜材料は、従来のＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などの
アモルファス系材料とは異なり、結晶材料である。この
ため、所望の特性発現には、高度な薄膜結晶成長技術及
び欠陥制御技術が必要とされる。例えば、Ｐｂ（Ｚｒｍ
Ｔｉ１−ｍ）Ｏ３系材料は、大きな自発分極値をもち、
キュリー温度が３００℃以上と比較的高いことから、不
揮発性強誘電体メモリ材料として用いられている。
酸化物薄膜材料は、従来のＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などの
アモルファス系材料とは異なり、結晶材料である。この
ため、所望の特性発現には、高度な薄膜結晶成長技術及
び欠陥制御技術が必要とされる。例えば、Ｐｂ（Ｚｒｍ
Ｔｉ１−ｍ）Ｏ３系材料は、大きな自発分極値をもち、
キュリー温度が３００℃以上と比較的高いことから、不
揮発性強誘電体メモリ材料として用いられている。
【０００５】しかし、Ｐｂの揮発性に伴う陽イオン空孔
の生成，Ｐｔ電極界面近傍での酸素欠陥の生成，パッシ
ベーション膜形成などの半導体プロセスによる欠陥の導
入等によって、特性が著しく劣化することが知られてい
る。特に、分極反転サイクルに伴う自発分極の劣化，い
わゆる疲労特性は、上記欠陥に深く起因するものであ
り、実用上大きな課題となっている。また、Ｐｂ系ペロ
ブスカイトは、薄膜低温プロセスでは強誘電性を大きく
低減させるパイロクロア型構造を持つ異相が形成されや
すく、この点も実用化の大きな課題となっている。
の生成，Ｐｔ電極界面近傍での酸素欠陥の生成，パッシ
ベーション膜形成などの半導体プロセスによる欠陥の導
入等によって、特性が著しく劣化することが知られてい
る。特に、分極反転サイクルに伴う自発分極の劣化，い
わゆる疲労特性は、上記欠陥に深く起因するものであ
り、実用上大きな課題となっている。また、Ｐｂ系ペロ
ブスカイトは、薄膜低温プロセスでは強誘電性を大きく
低減させるパイロクロア型構造を持つ異相が形成されや
すく、この点も実用化の大きな課題となっている。
【０００６】一方、Ｐｂを持たない強誘電性ペロブスカ
イト構造酸化物としては、ＢａＴｉＯ３がよく知られて
おり，Ｐｂ系ペロブスカイトと比べて構造が極めて安定
である。しかしながら、このＢａＴｉＯ３系の材料は自
発分極が小さく、キュリー点が１２０℃と室温に近い。
このため、分極量の温度依存性が極めて大きく、結果的
に強誘電体メモリ素子用の不揮発性キャパシタとして不
適とされている。
イト構造酸化物としては、ＢａＴｉＯ３がよく知られて
おり，Ｐｂ系ペロブスカイトと比べて構造が極めて安定
である。しかしながら、このＢａＴｉＯ３系の材料は自
発分極が小さく、キュリー点が１２０℃と室温に近い。
このため、分極量の温度依存性が極めて大きく、結果的
に強誘電体メモリ素子用の不揮発性キャパシタとして不
適とされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
着目したもので、熱力学的に安定で、格子不整合に起因
した格子歪を有効に利用することができ、更にはリーク
電流の低減や疲労特性の改善を図ることができる誘電体
薄膜，その製造方法，その電子部品を提供することを、
その目的とするものである。
着目したもので、熱力学的に安定で、格子不整合に起因
した格子歪を有効に利用することができ、更にはリーク
電流の低減や疲労特性の改善を図ることができる誘電体
薄膜，その製造方法，その電子部品を提供することを、
その目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、酸素１２配位構造を持つ{Ｘ1}と、{Ｘ1}
とは配位構造が異なる{Ｘ3}とを、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，
Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１種の元素で構成
し、酸素６配位構造を持つ{Ｘ2}を、Ｔｉ及びＺｒから
選択した少なくとも１種の元素で構成し、「Ｏ」を酸素
としたとき、結晶構造が類似する基板上に形成された
{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ3の組成を有するペロブスカイト層に、{Ｘ
3}Ｏを挿入して、前記基板との格子不整合性に起因した
格子歪みを形成したことを特徴とする。
め、本発明は、酸素１２配位構造を持つ{Ｘ1}と、{Ｘ1}
とは配位構造が異なる{Ｘ3}とを、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，
Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１種の元素で構成
し、酸素６配位構造を持つ{Ｘ2}を、Ｔｉ及びＺｒから
選択した少なくとも１種の元素で構成し、「Ｏ」を酸素
としたとき、結晶構造が類似する基板上に形成された
{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ3の組成を有するペロブスカイト層に、{Ｘ
3}Ｏを挿入して、前記基板との格子不整合性に起因した
格子歪みを形成したことを特徴とする。
【０００９】他の発明は、酸素１２配位構造を持つ{Ｘ
1}と、{Ｘ1}とは配位構造が異なる{Ｘ3}とを、Ｃａ，Ｍ
ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１種の元
素で構成し、酸素６配位構造を持つ{Ｘ2}を、Ｔｉ及び
Ｚｒから選択した少なくとも１種の元素で構成し、{Ｘ}
を{Ｘ1}と{Ｘ3}の構成元素の総和とし、「Ｏ」を酸素と
したとき、{Ｘ}ｍ{Ｘ2}Ｏ２＋ｍ（ただしｍ＞１）の組
成を有する誘電体薄膜であって、結晶構造が類似する基
板上に形成された{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３の組成を有するペロブ
スカイト層と、該ペロブスカイト層に挿入された{Ｘ3}
Ｏとを含み、前記基板との格子不整合性に起因した格子
歪みを有することを特徴とする。
1}と、{Ｘ1}とは配位構造が異なる{Ｘ3}とを、Ｃａ，Ｍ
ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１種の元
素で構成し、酸素６配位構造を持つ{Ｘ2}を、Ｔｉ及び
Ｚｒから選択した少なくとも１種の元素で構成し、{Ｘ}
を{Ｘ1}と{Ｘ3}の構成元素の総和とし、「Ｏ」を酸素と
したとき、{Ｘ}ｍ{Ｘ2}Ｏ２＋ｍ（ただしｍ＞１）の組
成を有する誘電体薄膜であって、結晶構造が類似する基
板上に形成された{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３の組成を有するペロブ
スカイト層と、該ペロブスカイト層に挿入された{Ｘ3}
Ｏとを含み、前記基板との格子不整合性に起因した格子
歪みを有することを特徴とする。
【００１０】更に他の発明は、酸素１２配位構造を持つ
{Ｘ1}と、{Ｘ1}とは配位構造が異なる{Ｘ3}とを、Ｃ
ａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１
種の元素で構成し、酸素６配位構造を持つ{Ｘ2}を、Ｔ
ｉ及びＺｒから選択した少なくとも１種の元素で構成
し、「Ｏ」を酸素としたとき、{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ3の組成を
有するペロブスカイト層に、二次元的もしくは三次元的
に{Ｘ3}Ｏを挿入したことを特徴とする。
{Ｘ1}と、{Ｘ1}とは配位構造が異なる{Ｘ3}とを、Ｃ
ａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１
種の元素で構成し、酸素６配位構造を持つ{Ｘ2}を、Ｔ
ｉ及びＺｒから選択した少なくとも１種の元素で構成
し、「Ｏ」を酸素としたとき、{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ3の組成を
有するペロブスカイト層に、二次元的もしくは三次元的
に{Ｘ3}Ｏを挿入したことを特徴とする。
【００１１】本発明の前記及び他の目的，特徴，利点
は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】＜実施形態１＞……最初に、本発
明の実施形態１ついて詳細に説明する。図１（Ａ）に示
すように、形成しようとする薄膜と結晶構造が類似する
ＳｒＲｕＯ３や、Ｎｂをドープ（添加）したＳｒＴｉＯ
３（以下「Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３」と表現する）などの単
結晶基板（下部電極）１０を用意する。そして、この単
結晶基板１０上に、ペロブスカイト酸化物である{Ｘ1}
{Ｘ2}Ｏ３層１２をエピタキシャル成長させつつ、適宜
の間隔で実質１原子層ないし実質１分子層の{Ｘ3}Ｏ１
４を挿入する。従って、{Ｘ3}Ｏは、必ずしも層と呼べ
る状態とは限らないが、以下の説明では便宜上「層」と
称する。
明の実施形態１ついて詳細に説明する。図１（Ａ）に示
すように、形成しようとする薄膜と結晶構造が類似する
ＳｒＲｕＯ３や、Ｎｂをドープ（添加）したＳｒＴｉＯ
３（以下「Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３」と表現する）などの単
結晶基板（下部電極）１０を用意する。そして、この単
結晶基板１０上に、ペロブスカイト酸化物である{Ｘ1}
{Ｘ2}Ｏ３層１２をエピタキシャル成長させつつ、適宜
の間隔で実質１原子層ないし実質１分子層の{Ｘ3}Ｏ１
４を挿入する。従って、{Ｘ3}Ｏは、必ずしも層と呼べ
る状態とは限らないが、以下の説明では便宜上「層」と
称する。
【００１３】ここで、{Ｘ1}は、酸素１２配位構造を持
ち、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂからなる群より選ば
れた少なくとも１種の元素である。{Ｘ2}は、酸素６配
位構造を持ち、Ｔｉ及びＺｒからなる群より選ばれた少
なくとも１種の元素である。{Ｘ3}は、{Ｘ1}と異なる配
位構造を持ち、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂからなる
群から選ばれた少なくとも１種の元素である。「Ｏ」は
酸素である。
ち、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂからなる群より選ば
れた少なくとも１種の元素である。{Ｘ2}は、酸素６配
位構造を持ち、Ｔｉ及びＺｒからなる群より選ばれた少
なくとも１種の元素である。{Ｘ3}は、{Ｘ1}と異なる配
位構造を持ち、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂからなる
群から選ばれた少なくとも１種の元素である。「Ｏ」は
酸素である。
【００１４】図１（Ｂ）あるいは（Ｃ）に示すように、
前記{Ｘ3}Ｏ層１４は、{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２のペロブ
スカイト構造を分断する形で導入される。同図中、八面
体１２Ａは{Ｘ2}Ｏ６酸素八面体によるペロブスカイト
構造を表し、黒丸１２Ｂは元素{Ｘ1}を表し、白丸１２
Ｃは元素{Ｘ3}を表す。ただし、元素{Ｘ3}１２Ｃは、隣
接する元素{Ｘ1}１２Ｂと容易に位置置換をする。すな
わち、{Ｘ3}Ｏがペロブスカイト層１２にランダムに挿
入された状態になる。
前記{Ｘ3}Ｏ層１４は、{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２のペロブ
スカイト構造を分断する形で導入される。同図中、八面
体１２Ａは{Ｘ2}Ｏ６酸素八面体によるペロブスカイト
構造を表し、黒丸１２Ｂは元素{Ｘ1}を表し、白丸１２
Ｃは元素{Ｘ3}を表す。ただし、元素{Ｘ3}１２Ｃは、隣
接する元素{Ｘ1}１２Ｂと容易に位置置換をする。すな
わち、{Ｘ3}Ｏがペロブスカイト層１２にランダムに挿
入された状態になる。
【００１５】同図（Ｂ）の例は、{Ｘ3}Ｏ層１４が、ペ
ロブスカイト構造と極めて構造整合性の高い岩塩型構造
の状態で存在し、いわゆるＫ２ＮｉＦ４構造に類似した
層状ペロブスカイト構造を形成した例である。これに対
し、同図（Ｃ）に示すような必ずしも岩塩型構造とはい
えないものも観察されている。いずれにしても、岩塩型
構造をもつ{Ｘ3}Ｏ層１４は、ミスフィット（格子不整
合）転位導入に対するブロッキング層として作用する。
その結果、高い格子歪を保持した強誘電体薄膜が得られ
る。
ロブスカイト構造と極めて構造整合性の高い岩塩型構造
の状態で存在し、いわゆるＫ２ＮｉＦ４構造に類似した
層状ペロブスカイト構造を形成した例である。これに対
し、同図（Ｃ）に示すような必ずしも岩塩型構造とはい
えないものも観察されている。いずれにしても、岩塩型
構造をもつ{Ｘ3}Ｏ層１４は、ミスフィット（格子不整
合）転位導入に対するブロッキング層として作用する。
その結果、高い格子歪を保持した強誘電体薄膜が得られ
る。
【００１６】また、岩塩型構造をもつ{Ｘ3}Ｏ層１４
は、強誘電性発現の主要因でもあり、かつ電子の導電経
路ともなるＴｉ−Ｏ結合の３次元ネットワークを分断す
る。このため、{Ｘ3}Ｏ層１４の導入は、リーク電流の
低減及び疲労特性の向上に効果がある。なお、{Ｘ1}{Ｘ
2}Ｏ３層１２に対する{Ｘ3}Ｏ層１４の存在比率をあま
り高くすると、ペロブスカイト構造をもつユニット間の
協調作用が低下し、強誘電性が著しく低下する現象が現
れるようになる。
は、強誘電性発現の主要因でもあり、かつ電子の導電経
路ともなるＴｉ−Ｏ結合の３次元ネットワークを分断す
る。このため、{Ｘ3}Ｏ層１４の導入は、リーク電流の
低減及び疲労特性の向上に効果がある。なお、{Ｘ1}{Ｘ
2}Ｏ３層１２に対する{Ｘ3}Ｏ層１４の存在比率をあま
り高くすると、ペロブスカイト構造をもつユニット間の
協調作用が低下し、強誘電性が著しく低下する現象が現
れるようになる。
【００１７】また、{Ｘ3}Ｏ層１４の導入は、超格子構
造を作らないように不規則的に行ってもよいし、超格子
構造となるようにしてもよい。例えば、超格子構造を作
らないように不規則に{Ｘ3}Ｏ層１４を導入すると、膜
厚方向（図１（Ａ）に矢印Ｆ１で示す上下方向）に並進
対称性を持たせないことにより、実効的な臨界膜厚を増
大させ、ミスフィット転位の導入を効果的に抑制するこ
とができる。逆に、超格子構造となるように{Ｘ3}Ｏ層
１４を導入すると、後述するように、良好な絶縁性が得
られるようになる。
造を作らないように不規則的に行ってもよいし、超格子
構造となるようにしてもよい。例えば、超格子構造を作
らないように不規則に{Ｘ3}Ｏ層１４を導入すると、膜
厚方向（図１（Ａ）に矢印Ｆ１で示す上下方向）に並進
対称性を持たせないことにより、実効的な臨界膜厚を増
大させ、ミスフィット転位の導入を効果的に抑制するこ
とができる。逆に、超格子構造となるように{Ｘ3}Ｏ層
１４を導入すると、後述するように、良好な絶縁性が得
られるようになる。
【００１８】以上のような積層構造を有する誘電体薄膜
１６を、該誘電体薄膜と結晶構造が類似する基板１０上
にエピタキシャル成長させると、格子が歪んだ状態で成
膜される。これによって形成される格子歪は、新たな誘
電特性を生み出す要因になる。加えて、本形態では、上
述したように{Ｘ3}Ｏ層１４による歪も導入される。こ
のため、これら２種類の歪が本形態にかかる誘電体素子
の誘電特性に寄与することになる。また、図１（Ｂ）に
示したように、{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２と{Ｘ3}Ｏ層１４
を交互に積層することで、岩塩構造層である{Ｘ3}Ｏ層
１４の挿入数だけ誘電膜に歪みを導入することができ、
この点からも誘電特性に寄与することになる。
１６を、該誘電体薄膜と結晶構造が類似する基板１０上
にエピタキシャル成長させると、格子が歪んだ状態で成
膜される。これによって形成される格子歪は、新たな誘
電特性を生み出す要因になる。加えて、本形態では、上
述したように{Ｘ3}Ｏ層１４による歪も導入される。こ
のため、これら２種類の歪が本形態にかかる誘電体素子
の誘電特性に寄与することになる。また、図１（Ｂ）に
示したように、{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２と{Ｘ3}Ｏ層１４
を交互に積層することで、岩塩構造層である{Ｘ3}Ｏ層
１４の挿入数だけ誘電膜に歪みを導入することができ、
この点からも誘電特性に寄与することになる。
【００１９】また、酸素１２配位構造を持つ{Ｘ4}をＣ
ａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１
種の元素で構成し、{Ｘ5}を{Ｘ4}とは異なる陽イオンで
構成したとき、前記{Ｘ1}が、{Ｘ4}１−ｍ{Ｘ5}ｍ（た
だしｍ＞０）で表される構成としてもよい。このように
すると、{Ｘ5}が不純物として作用し、ペロブスカイト
層内に歪みを発生させる。なお、不純物{Ｘ5}が少ない
ほうが、すなわちｍ＜０．５としたほうが、ペロブスカ
イト構造としては一般的に安定である。
ａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１
種の元素で構成し、{Ｘ5}を{Ｘ4}とは異なる陽イオンで
構成したとき、前記{Ｘ1}が、{Ｘ4}１−ｍ{Ｘ5}ｍ（た
だしｍ＞０）で表される構成としてもよい。このように
すると、{Ｘ5}が不純物として作用し、ペロブスカイト
層内に歪みを発生させる。なお、不純物{Ｘ5}が少ない
ほうが、すなわちｍ＜０．５としたほうが、ペロブスカ
イト構造としては一般的に安定である。
【００２０】次に、製造プロセスについて更に詳細に説
明する。下部電極として作用する基板１０としては、第
１に、ＮｂあるいはＬａを添加した導電性ＳｒＴｉＯ３
ペロブスカイト酸化物基板が挙げられる。第２に、Ｍｇ
Ｏ，ＳｒＴｉＯ３，ＬａＡｌＯ３などの絶縁性ペロブス
カイト単結晶基板上に、導電性酸化物であるＣａ{Ｘ91}
Ｏ３（ただし{Ｘ91}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，又はＲｕ）、Ｓ
ｒ{Ｘ92}Ｏ３（ただし{Ｘ92}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，又はＲ
ｕ）、Ｌａ{Ｘ93}Ｏ３（ただし{Ｘ93}＝Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，又はＣｕ）、Ｌａ１−ｍＳｒｍ{Ｘ94}Ｏ３（ただし
{Ｘ94}＝Ｖ，Ｍｎ，又はＣｏで、ｍ＞０.２３）、Ｂａ
ＰｂＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒｌｒＯ３、Ｓｒ２ＲｕＯ
４、Ｓｒ２ＩｒＯ４、あるいは（Ｌａ１−ｍＳｒｍ）２
ＣｕＯ４（ただしｍ＜０.３）のいずれかをエピタキシ
ャル成長したものが挙げられる。
明する。下部電極として作用する基板１０としては、第
１に、ＮｂあるいはＬａを添加した導電性ＳｒＴｉＯ３
ペロブスカイト酸化物基板が挙げられる。第２に、Ｍｇ
Ｏ，ＳｒＴｉＯ３，ＬａＡｌＯ３などの絶縁性ペロブス
カイト単結晶基板上に、導電性酸化物であるＣａ{Ｘ91}
Ｏ３（ただし{Ｘ91}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，又はＲｕ）、Ｓ
ｒ{Ｘ92}Ｏ３（ただし{Ｘ92}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，又はＲ
ｕ）、Ｌａ{Ｘ93}Ｏ３（ただし{Ｘ93}＝Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，又はＣｕ）、Ｌａ１−ｍＳｒｍ{Ｘ94}Ｏ３（ただし
{Ｘ94}＝Ｖ，Ｍｎ，又はＣｏで、ｍ＞０.２３）、Ｂａ
ＰｂＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒｌｒＯ３、Ｓｒ２ＲｕＯ
４、Ｓｒ２ＩｒＯ４、あるいは（Ｌａ１−ｍＳｒｍ）２
ＣｕＯ４（ただしｍ＜０.３）のいずれかをエピタキシ
ャル成長したものが挙げられる。
【００２１】更に、第３に、半導体Ｓｉ基板上のバリア
層、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、α−Ａｌ２Ｏ
３、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニウム）などの
エピタキシャル酸化物上に、導電性酸化物であるＣａ
{Ｘ95}Ｏ３（ただし{Ｘ95}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，又はＲ
ｕ）、Ｓｒ{Ｘ96}Ｏ３（ただし{Ｘ96}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，又はＲｕ）、Ｌａ{Ｘ97}Ｏ３（ただし{Ｘ97}＝Ｔ
ｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，又はＣｕ）、Ｌａ１−ｍＳｒｍ{Ｘ98}
Ｏ３（ただし{Ｘ98}＝Ｖ，Ｍｎ，又はＣｏで、ｍ＞０.
２３）、ＢａＰｂＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒＩｒＯ３、
Ｓｒ２ＲｕＯ４、Ｓｒ２ＩｒＯ４、あるいは（Ｌａ
１−ｍＳｒｍ）２ＣｕＯ４（ただしｍ＜０.３）のいず
れかをエピタキシャル成長させたものが挙げられる。
層、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、α−Ａｌ２Ｏ
３、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニウム）などの
エピタキシャル酸化物上に、導電性酸化物であるＣａ
{Ｘ95}Ｏ３（ただし{Ｘ95}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，又はＲ
ｕ）、Ｓｒ{Ｘ96}Ｏ３（ただし{Ｘ96}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，又はＲｕ）、Ｌａ{Ｘ97}Ｏ３（ただし{Ｘ97}＝Ｔ
ｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，又はＣｕ）、Ｌａ１−ｍＳｒｍ{Ｘ98}
Ｏ３（ただし{Ｘ98}＝Ｖ，Ｍｎ，又はＣｏで、ｍ＞０.
２３）、ＢａＰｂＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒＩｒＯ３、
Ｓｒ２ＲｕＯ４、Ｓｒ２ＩｒＯ４、あるいは（Ｌａ
１−ｍＳｒｍ）２ＣｕＯ４（ただしｍ＜０.３）のいず
れかをエピタキシャル成長させたものが挙げられる。
【００２２】このような基板１０上に、例えばレーザア
ブレーション法，ＭＢＥ(MolecularBeam Epitaxy)法，
スパッタリング法などの薄膜作製手法によって誘電体薄
膜１６を形成する。すなわち、{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２と
{Ｘ3}Ｏ層１４の積層薄膜を形成する。{Ｘ3}Ｏ層１４
は、公知の原子層制御を利用して形成する。例えば、レ
ーザアブレーション法であれば、レーザの出力とパルス
数を調節して実質１原子層程度形成する。同様に、スパ
ッタの場合にはプラズマの出力とスパッタ時間を調節
し、ＣＶＤの場合にはガス量を調節して、それぞれ実質
１原子層程度形成する。この場合、{Ｘ3}Ｏ層１４の成
膜制御が技術的に困難であるが、若干量の{Ｘ3}Ｏの供
給量の相違は、膜厚方向に{Ｘ3}Ｏ層１４を形成するこ
とにより許容されることが確認されている。また、後述
するように、成膜時の{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２の組成を
{Ｘ1}Ｏ過剰とすることによって、３次元的に成長した
{Ｘ3}Ｏ層（図２参照）を容易に形成できる。
ブレーション法，ＭＢＥ(MolecularBeam Epitaxy)法，
スパッタリング法などの薄膜作製手法によって誘電体薄
膜１６を形成する。すなわち、{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２と
{Ｘ3}Ｏ層１４の積層薄膜を形成する。{Ｘ3}Ｏ層１４
は、公知の原子層制御を利用して形成する。例えば、レ
ーザアブレーション法であれば、レーザの出力とパルス
数を調節して実質１原子層程度形成する。同様に、スパ
ッタの場合にはプラズマの出力とスパッタ時間を調節
し、ＣＶＤの場合にはガス量を調節して、それぞれ実質
１原子層程度形成する。この場合、{Ｘ3}Ｏ層１４の成
膜制御が技術的に困難であるが、若干量の{Ｘ3}Ｏの供
給量の相違は、膜厚方向に{Ｘ3}Ｏ層１４を形成するこ
とにより許容されることが確認されている。また、後述
するように、成膜時の{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２の組成を
{Ｘ1}Ｏ過剰とすることによって、３次元的に成長した
{Ｘ3}Ｏ層（図２参照）を容易に形成できる。
【００２３】図３には、本形態にかかる誘電体薄膜の製
造装置の一例が示されている。この装置は、レーザアブ
レーション法によってペロブスカイト化合物を成膜用基
板上に堆積させ、層状ペロブスカイト構造による誘電体
薄膜を作製するものである。同図において、真空チャン
バ１００内にターゲット１０２を配置するとともに、こ
のターゲット１０２に対して所定距離だけ離間して成膜
用基板１０を配置する。真空チャンバ１００には、必要
に応じて酸素ガスあるいはオゾンを導入してもよい。レ
ーザ光源１０４としては、例えば波長λ＝１９３nmのＡ
ｒＦエキシマレーザが用いられる。レーザ光源１０４か
ら射出されたレーザビーム１０６は、ミラーやレンズな
どの光学系１０８を介して前記ターゲット１０２に照射
される構成となっている。
造装置の一例が示されている。この装置は、レーザアブ
レーション法によってペロブスカイト化合物を成膜用基
板上に堆積させ、層状ペロブスカイト構造による誘電体
薄膜を作製するものである。同図において、真空チャン
バ１００内にターゲット１０２を配置するとともに、こ
のターゲット１０２に対して所定距離だけ離間して成膜
用基板１０を配置する。真空チャンバ１００には、必要
に応じて酸素ガスあるいはオゾンを導入してもよい。レ
ーザ光源１０４としては、例えば波長λ＝１９３nmのＡ
ｒＦエキシマレーザが用いられる。レーザ光源１０４か
ら射出されたレーザビーム１０６は、ミラーやレンズな
どの光学系１０８を介して前記ターゲット１０２に照射
される構成となっている。
【００２４】真空チャンバ１００は、ＴＭＰ（ターボ分
子ポンプ）などの排気装置１１０によって真空排気され
ており、成膜用基板１０の加熱用として赤外線ヒータ１
１２が設けられている。また、成膜用基板１０の表面近
傍には膜厚モニタ１１４が設けられている。更に、分析
用機器として、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）ガン
１２０，ＲＨＥＥＤスクリーン１２２，高感度カメラ１
２４が設けられており、ＲＨＥＥＤガン１２０は排気装
置１２６によって排気されている。
子ポンプ）などの排気装置１１０によって真空排気され
ており、成膜用基板１０の加熱用として赤外線ヒータ１
１２が設けられている。また、成膜用基板１０の表面近
傍には膜厚モニタ１１４が設けられている。更に、分析
用機器として、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）ガン
１２０，ＲＨＥＥＤスクリーン１２２，高感度カメラ１
２４が設けられており、ＲＨＥＥＤガン１２０は排気装
置１２６によって排気されている。
【００２５】ターゲット１０２としては、例えば、通常
の粉末冶金手法によって作製したセラミックス焼結体や
粉末プレス体を使用する。焼結体は、所望の組成になる
よう原料粉末を混合し、その後、仮焼成，成形，及び焼
成を行うことによって得られる。粉末プレス体は、焼結
を行うことなくプレス形成したものである。
の粉末冶金手法によって作製したセラミックス焼結体や
粉末プレス体を使用する。焼結体は、所望の組成になる
よう原料粉末を混合し、その後、仮焼成，成形，及び焼
成を行うことによって得られる。粉末プレス体は、焼結
を行うことなくプレス形成したものである。
【００２６】レーザビーム１０６をターゲット１０２に
照射すると、プルーム１１６で示すようにターゲット１
０２からその蒸気が酸素雰囲気中に飛散し、対向する成
膜用基板１０にターゲット１０２とほぼ同一組成を有す
る薄膜が形成される。
照射すると、プルーム１１６で示すようにターゲット１
０２からその蒸気が酸素雰囲気中に飛散し、対向する成
膜用基板１０にターゲット１０２とほぼ同一組成を有す
る薄膜が形成される。
【００２７】ターゲット１０２として、例えばペロブス
カイト酸化物ＳｒＴｉＯ３の焼結体と、ＳｒＯの焼結体
（もしくは粉末プレス体）とをそれぞれ用意し、これら
を交互に使用して基板１０上に積層成膜することで、Ｓ
ｒＯ層を２次元的に内包した層状ペロブスカイト酸化物
薄膜が得られる。具体例については、実施例として後述
する。
カイト酸化物ＳｒＴｉＯ３の焼結体と、ＳｒＯの焼結体
（もしくは粉末プレス体）とをそれぞれ用意し、これら
を交互に使用して基板１０上に積層成膜することで、Ｓ
ｒＯ層を２次元的に内包した層状ペロブスカイト酸化物
薄膜が得られる。具体例については、実施例として後述
する。
【００２８】＜実施形態２＞……次に、本発明の実施形
態２について説明する。本形態では、上述した層状ペロ
ブスカイト酸化物において、挿入層である{Ｘ3}Ｏ層１
４の{Ｘ3}イオンを、母相である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２
の{Ｘ1}イオンとは異なるイオン半径をもつ{Ｘ1}’元素
で置き換える。ここで、{Ｘ1}’は、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，及びＰｂからなる群より選ばれた少なくとも
１種の元素である。このようにすることで、基板１０と
薄膜１６との間の格子不整合起因以外の格子歪，すなわ
ちイオン半径の差による歪が効果的に導入される。
態２について説明する。本形態では、上述した層状ペロ
ブスカイト酸化物において、挿入層である{Ｘ3}Ｏ層１
４の{Ｘ3}イオンを、母相である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２
の{Ｘ1}イオンとは異なるイオン半径をもつ{Ｘ1}’元素
で置き換える。ここで、{Ｘ1}’は、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，及びＰｂからなる群より選ばれた少なくとも
１種の元素である。このようにすることで、基板１０と
薄膜１６との間の格子不整合起因以外の格子歪，すなわ
ちイオン半径の差による歪が効果的に導入される。
【００２９】{Ｘ1}’イオンのイオン半径としては、母
相である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２の{Ｘ1}のイオン半径よ
りも大きくてもよいし、小さくてもよい。しかし、母相
である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２の{Ｘ1}イオンよりもイオ
ン半径の小さなイオンを選択することで、結晶構造の安
定化を図ることができる。
相である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２の{Ｘ1}のイオン半径よ
りも大きくてもよいし、小さくてもよい。しかし、母相
である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２の{Ｘ1}イオンよりもイオ
ン半径の小さなイオンを選択することで、結晶構造の安
定化を図ることができる。
【００３０】一般に、単純な幾何学的観点からすれば、
イオン結晶の構造安定性は、各構成元素のイオン半径か
ら類推され、イオン半径の大きな元素ほど高い配位数を
とることにより安定となる。一方、上述した構造の誘電
体薄膜では、挿入する{Ｘ3}Ｏ層１４の{Ｘ3}イオンの配
位数は、ペロブスカイト構造である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１
２の{Ｘ1}イオンの配位数よりも小さい。このため、よ
り小さなイオン半径をもつ{Ｘ1}’元素のほうが、{Ｘ3}
Ｏ層１４の陽イオンサイトを優先的に占有することによ
り、結晶構造が安定化することとなる。この現象を利用
することで、本形態の層状ペロブスカイト酸化物をより
安定的に生成することが可能である。また、{Ｘ1}イオ
ンと{Ｘ1}’イオンのイオン半径比を、構造安定性が保
持できる範囲内で変化させることにより、効果的に格子
歪を制御できる。
イオン結晶の構造安定性は、各構成元素のイオン半径か
ら類推され、イオン半径の大きな元素ほど高い配位数を
とることにより安定となる。一方、上述した構造の誘電
体薄膜では、挿入する{Ｘ3}Ｏ層１４の{Ｘ3}イオンの配
位数は、ペロブスカイト構造である{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１
２の{Ｘ1}イオンの配位数よりも小さい。このため、よ
り小さなイオン半径をもつ{Ｘ1}’元素のほうが、{Ｘ3}
Ｏ層１４の陽イオンサイトを優先的に占有することによ
り、結晶構造が安定化することとなる。この現象を利用
することで、本形態の層状ペロブスカイト酸化物をより
安定的に生成することが可能である。また、{Ｘ1}イオ
ンと{Ｘ1}’イオンのイオン半径比を、構造安定性が保
持できる範囲内で変化させることにより、効果的に格子
歪を制御できる。
【００３１】更に、格子歪を効果的に導入するため、
{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２における{Ｘ1}イオン元素の一部
を、イオン半径の異なる「Ｒ」イオンで置換してもよ
い。「Ｒ」イオンとしては、希土類元素，例えばＬａ，
Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，及びＨｏ
からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素が好適で
ある。このような構成の誘電体薄膜では、{Ｘ3}Ｏ層１
４による格子歪と、{Ｘ1}イオンと異なるイオン半径を
もつ「Ｒ」イオンの部分導入による格子歪の相乗作用に
よって、より大きな格子歪が誘起され、高い自発分極な
どの優れた特性が得られる。更に、異なる価数をもつ
「Ｒ」イオンを部分導入することにより、酸素欠損など
によるキャリアの生成を抑制することが可能となる。
{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２における{Ｘ1}イオン元素の一部
を、イオン半径の異なる「Ｒ」イオンで置換してもよ
い。「Ｒ」イオンとしては、希土類元素，例えばＬａ，
Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，及びＨｏ
からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素が好適で
ある。このような構成の誘電体薄膜では、{Ｘ3}Ｏ層１
４による格子歪と、{Ｘ1}イオンと異なるイオン半径を
もつ「Ｒ」イオンの部分導入による格子歪の相乗作用に
よって、より大きな格子歪が誘起され、高い自発分極な
どの優れた特性が得られる。更に、異なる価数をもつ
「Ｒ」イオンを部分導入することにより、酸素欠損など
によるキャリアの生成を抑制することが可能となる。
【００３２】加えて、イオン半径の小さな元素が優先的
に入り込んで多く含まれる方が、結晶構造としては安定
になる。例えば、ペロブスカイト層がＢａＴｉＯ３の場
合にＣａＯを導入するという具合である。
に入り込んで多く含まれる方が、結晶構造としては安定
になる。例えば、ペロブスカイト層がＢａＴｉＯ３の場
合にＣａＯを導入するという具合である。
【００３３】＜実施形態３＞……次に、本発明の実施形
態３について説明する。前記実施形態は、{Ｘ3}Ｏ層１
４を２次元的に{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２に導入したが、単
に成膜する{Ｘ}{Ｘ2}Ｏ３で示される薄膜の組成を{Ｘ}
Ｏ過剰にすることによっても、{Ｘ3}Ｏ層を内包する結
晶性薄膜が得られる。ただし、この場合、図２に示すよ
うに、{Ｘ3}Ｏ層１４は、ペロブスカイト構造の母相で
ある{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２に対して３次元無秩序的に導
入されることになる。本形態においても、{Ｘ3}Ｏ層１
４がミスフィット転位導入のブロッキング層として作用
することは上記形態と同様である。なお、この３次元構
造は、薄膜全体の組成が{Ｘ3}サイト過剰である。
態３について説明する。前記実施形態は、{Ｘ3}Ｏ層１
４を２次元的に{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２に導入したが、単
に成膜する{Ｘ}{Ｘ2}Ｏ３で示される薄膜の組成を{Ｘ}
Ｏ過剰にすることによっても、{Ｘ3}Ｏ層を内包する結
晶性薄膜が得られる。ただし、この場合、図２に示すよ
うに、{Ｘ3}Ｏ層１４は、ペロブスカイト構造の母相で
ある{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３層１２に対して３次元無秩序的に導
入されることになる。本形態においても、{Ｘ3}Ｏ層１
４がミスフィット転位導入のブロッキング層として作用
することは上記形態と同様である。なお、この３次元構
造は、薄膜全体の組成が{Ｘ3}サイト過剰である。
【００３４】また、本実施形態において、{Ｘ1}イオン
がイオン半径の異なる２種以上の元素の組み合わせで構
成されている場合、すなわち（{Ｘ1}’ｎ{Ｘ
1}”ｍ−ｎ）{Ｘ2}Ｏ２＋ｍで表される場合、イオン半
径の小さな{Ｘ1}’元素を選択的に{Ｘ3}Ｏ層１４の{Ｘ
3}陽イオン位置に析出させれば、結晶構造を安定化させ
ることができる。ただし、{Ｘ1}’，{Ｘ1}”はＣａ，Ｍ
ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，及びＰｂからなる群より選ばれた少な
くとも１種の元素であり、ｍ＞１，ｎ＞０である。な
お、{Ｘ1}’元素のイオン半径は{Ｘ1}”のイオン半径よ
り小さいものとする。
がイオン半径の異なる２種以上の元素の組み合わせで構
成されている場合、すなわち（{Ｘ1}’ｎ{Ｘ
1}”ｍ−ｎ）{Ｘ2}Ｏ２＋ｍで表される場合、イオン半
径の小さな{Ｘ1}’元素を選択的に{Ｘ3}Ｏ層１４の{Ｘ
3}陽イオン位置に析出させれば、結晶構造を安定化させ
ることができる。ただし、{Ｘ1}’，{Ｘ1}”はＣａ，Ｍ
ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，及びＰｂからなる群より選ばれた少な
くとも１種の元素であり、ｍ＞１，ｎ＞０である。な
お、{Ｘ1}’元素のイオン半径は{Ｘ1}”のイオン半径よ
り小さいものとする。
【００３５】本実施形態においても、{Ｘ3}Ｏ層にイオ
ン半径の小さな元素が優先的に入り込んで多く含まれる
方が、結晶構造としては安定になる。例えば、ペロブス
カイト層を（Ｓｒｍ１Ｃａｓ１）ＴｉＯ３（ただしｍ１
＋ｓ１＝１），{Ｘ3}Ｏ層を（Ｓｒｍ２Ｃａｓ２）Ｏ
（ただしｍ２＜ｓ２）とするという具合である。
ン半径の小さな元素が優先的に入り込んで多く含まれる
方が、結晶構造としては安定になる。例えば、ペロブス
カイト層を（Ｓｒｍ１Ｃａｓ１）ＴｉＯ３（ただしｍ１
＋ｓ１＝１），{Ｘ3}Ｏ層を（Ｓｒｍ２Ｃａｓ２）Ｏ
（ただしｍ２＜ｓ２）とするという具合である。
【００３６】＜実施例＞……以下、本発明の実施例につ
いて説明する。 （１）実施例１……この実施例１では、前記図３に示し
たレーザ光源１０４として、波長１９３nmのＡｒＦエキ
シマレーザが用いられる。薄膜形成を行う際の雰囲気酸
素圧は１．３Ｐａ，基板１０の温度は６００℃とした。
基板１０としては、（１００）面を表面（膜形成面）と
するＮｂ−ＳｒＴｉＯ３単結晶基板を使用し、ターゲッ
ト１０２として、ペロブスカイト酸化物ＳｒＴｉＯ３の
焼結体と、ＳｒＯの粉末プレス体の２つを用意した。こ
れらを交互に用いてレーザアブレーションを行い、基板
１０上に、ＳｒＯ層を２次元的に内包した超格子構造の
層状ペロブスカイト誘電体薄膜を形成した。
いて説明する。 （１）実施例１……この実施例１では、前記図３に示し
たレーザ光源１０４として、波長１９３nmのＡｒＦエキ
シマレーザが用いられる。薄膜形成を行う際の雰囲気酸
素圧は１．３Ｐａ，基板１０の温度は６００℃とした。
基板１０としては、（１００）面を表面（膜形成面）と
するＮｂ−ＳｒＴｉＯ３単結晶基板を使用し、ターゲッ
ト１０２として、ペロブスカイト酸化物ＳｒＴｉＯ３の
焼結体と、ＳｒＯの粉末プレス体の２つを用意した。こ
れらを交互に用いてレーザアブレーションを行い、基板
１０上に、ＳｒＯ層を２次元的に内包した超格子構造の
層状ペロブスカイト誘電体薄膜を形成した。
【００３７】具体的には、ＳｒＴｉＯ３を５層形成し、
ＳｒＯ層を実質１層形成するという具合で誘電体薄膜を
形成する。図４（Ａ）には、膜形成中におけるＲＨＥＥ
Ｄ強度の経時変化の様子を示したもので、強度の変化パ
ターンからＳｒＯが実質１層形成され、その上に、Ｓｒ
ＴｉＯ３が実質５層形成されていることが判る。
ＳｒＯ層を実質１層形成するという具合で誘電体薄膜を
形成する。図４（Ａ）には、膜形成中におけるＲＨＥＥ
Ｄ強度の経時変化の様子を示したもので、強度の変化パ
ターンからＳｒＯが実質１層形成され、その上に、Ｓｒ
ＴｉＯ３が実質５層形成されていることが判る。
【００３８】更に、得られた誘電体薄膜の断面の高分解
能透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を検討したところ、ペ
ロブスカイト構造をもつＳｒＴｉＯ３結晶内に岩塩型構
造を有するＳｒＯ挿入層が２次元的に形成されているこ
とが原子層レベルで確認された。また、この誘電体薄膜
中には、ＳｒＯ層とＳｒＴｉＯ３層を交互に単純に一方
向に積層した構造だけではなく、熱的に誘起された３次
元的に垂直な関係にあるＳｒＯ層の形成も見られた。
能透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を検討したところ、ペ
ロブスカイト構造をもつＳｒＴｉＯ３結晶内に岩塩型構
造を有するＳｒＯ挿入層が２次元的に形成されているこ
とが原子層レベルで確認された。また、この誘電体薄膜
中には、ＳｒＯ層とＳｒＴｉＯ３層を交互に単純に一方
向に積層した構造だけではなく、熱的に誘起された３次
元的に垂直な関係にあるＳｒＯ層の形成も見られた。
【００３９】一方、ターゲット１０２として、Ｓｒ６Ｔ
ｉ５Ｏ１６＋ｍを用いて、同様の条件で比較例の誘電体
薄膜を形成した。このようにすることで、ＳｒＯ過剰の
３次元ペロブスカイト膜が得られる。
ｉ５Ｏ１６＋ｍを用いて、同様の条件で比較例の誘電体
薄膜を形成した。このようにすることで、ＳｒＯ過剰の
３次元ペロブスカイト膜が得られる。
【００４０】次に、上述したＳｒＴｉＯ３／ＳｒＯによ
る超格子ペロブスカイト膜と、ＳｒＯ過剰のペロブスカ
イト膜を比較する。Ｘ線回折の結果を示すと、図４
（Ｂ）に示すようになった。同図中、グラフＧＡは超格
子ペロブスカイト膜の回折結果であり，グラフＧＢはＳ
ｒＯ過剰ペロブスカイト膜の回折結果である。両者を比
較すると明らかなように、超格子ペロブスカイト膜には
矢印Ｆ４で示すピークが存在し、超格子の周期が存在し
ている。
る超格子ペロブスカイト膜と、ＳｒＯ過剰のペロブスカ
イト膜を比較する。Ｘ線回折の結果を示すと、図４
（Ｂ）に示すようになった。同図中、グラフＧＡは超格
子ペロブスカイト膜の回折結果であり，グラフＧＢはＳ
ｒＯ過剰ペロブスカイト膜の回折結果である。両者を比
較すると明らかなように、超格子ペロブスカイト膜には
矢印Ｆ４で示すピークが存在し、超格子の周期が存在し
ている。
【００４１】次に、両者の電気特性の一例を比較して示
すと、図５に示すようになる。なお、同図の電気特性
は、両者の各ペロブスカイト膜上に白金による電極を形
成して測定したものである。同図中、実線のグラフＧＡ
は超格子ペロブスカイト膜の特性であり（比誘電率εｒ
＝２４４）、点線のグラフＧＢはＳｒＯ過剰ペロブスカ
イト膜の特性であり（比誘電率εｒ＝３０２）、一点鎖
線のグラフＧＣは化学量論組成ＳｒＴｉＯ３ペロブスカ
イト単結晶の特性である（比誘電率εｒ＝２９８）。
すと、図５に示すようになる。なお、同図の電気特性
は、両者の各ペロブスカイト膜上に白金による電極を形
成して測定したものである。同図中、実線のグラフＧＡ
は超格子ペロブスカイト膜の特性であり（比誘電率εｒ
＝２４４）、点線のグラフＧＢはＳｒＯ過剰ペロブスカ
イト膜の特性であり（比誘電率εｒ＝３０２）、一点鎖
線のグラフＧＣは化学量論組成ＳｒＴｉＯ３ペロブスカ
イト単結晶の特性である（比誘電率εｒ＝２９８）。
【００４２】まず、図５を参照して電圧印加時のリーク
電流量から検討すると、超格子ペロブスカイト膜が最も
リーク電流が少ない結果となっている。これに対し、静
電容量は、ＳｒＯ過剰ペロブスカイト膜が最も高く、次
に超格子ペロブスカイト膜が高い。このように、超格子
構造とすることで、静電容量は若干低下するものの、耐
圧性を大幅に改善することができる。
電流量から検討すると、超格子ペロブスカイト膜が最も
リーク電流が少ない結果となっている。これに対し、静
電容量は、ＳｒＯ過剰ペロブスカイト膜が最も高く、次
に超格子ペロブスカイト膜が高い。このように、超格子
構造とすることで、静電容量は若干低下するものの、耐
圧性を大幅に改善することができる。
【００４３】（２）実施例２……本実施例では、ペロブ
スカイト層が（{Ｂａ０．８Ｃａ０ ．２}０．９８{Ｌａ}
０．０２）ＴｉＯ３によって形成されており、これにＳ
ｒＯが導入される。具体的には、ターゲットとして、
（{Ｂａ０．８Ｃａ０．２}０ ．９８{Ｌａ}０．０２）Ｔ
ｉＯ３の焼結体と、ＳｒＯの焼結体を用意し、前記実施
例と同様に、それらを交互に用いてレーザアブレーショ
ンを行い、ＳｒＯ岩塩型構造層を２次元的に内包した層
状ペロブスカイト誘電体薄膜を基板上に形成した。これ
によれば、{Ｌａ}０．０２が不純物として作用し、ペロ
ブスカイト層内に歪みを発生させる。
スカイト層が（{Ｂａ０．８Ｃａ０ ．２}０．９８{Ｌａ}
０．０２）ＴｉＯ３によって形成されており、これにＳ
ｒＯが導入される。具体的には、ターゲットとして、
（{Ｂａ０．８Ｃａ０．２}０ ．９８{Ｌａ}０．０２）Ｔ
ｉＯ３の焼結体と、ＳｒＯの焼結体を用意し、前記実施
例と同様に、それらを交互に用いてレーザアブレーショ
ンを行い、ＳｒＯ岩塩型構造層を２次元的に内包した層
状ペロブスカイト誘電体薄膜を基板上に形成した。これ
によれば、{Ｌａ}０．０２が不純物として作用し、ペロ
ブスカイト層内に歪みを発生させる。
【００４４】（３）実施例３……本実施例では、ターゲ
ット１０２として、{Ｘ1}イオン過剰組成をもつＳｒ
１.５ＴｉＯ３.５焼結体を用いて誘電体薄膜を作製し
た。なお、本実施例においても、基板１０は前記実施例
と同様にＮｂ−ＳｒＴｉＯ３単結晶基板であり、基板温
度は６００℃とした。
ット１０２として、{Ｘ1}イオン過剰組成をもつＳｒ
１.５ＴｉＯ３.５焼結体を用いて誘電体薄膜を作製し
た。なお、本実施例においても、基板１０は前記実施例
と同様にＮｂ−ＳｒＴｉＯ３単結晶基板であり、基板温
度は６００℃とした。
【００４５】得られた誘電体薄膜の断面の透過型電子顕
微鏡像を検討したところ、ペロブスカイト構造内に３次
元的であって、かつ極めて構造整合性のよいＳｒＯ層の
形成を原子層レベルで確認することができた。また、制
限視野電子線回折像を検討したところ、層状ペロブスカ
イト構造の形成を示唆する十字型のストリークスポット
の存在が確認できた。
微鏡像を検討したところ、ペロブスカイト構造内に３次
元的であって、かつ極めて構造整合性のよいＳｒＯ層の
形成を原子層レベルで確認することができた。また、制
限視野電子線回折像を検討したところ、層状ペロブスカ
イト構造の形成を示唆する十字型のストリークスポット
の存在が確認できた。
【００４６】本実施例の誘電体薄膜は、ＳｒＯ層の導入
によって３次元等方的に格子定数が増大するが、ＳｒＯ
層のブロッキング効果によりミスフィット転位は導入さ
れない。また、薄膜格子は基板１０の格子に２次元的に
完全に制約され、およそ１ＧＰａの面内圧縮応力が薄膜
中に生じている。
によって３次元等方的に格子定数が増大するが、ＳｒＯ
層のブロッキング効果によりミスフィット転位は導入さ
れない。また、薄膜格子は基板１０の格子に２次元的に
完全に制約され、およそ１ＧＰａの面内圧縮応力が薄膜
中に生じている。
【００４７】（４）実施例４……本実施例では、ターゲ
ット１０２として、ＢａＴｉＯ３焼結体及びＳｒＯ焼結
体の２つを用いて、ＢａＴｉＯ３層内にＳｒＯ層を不規
則に導入した誘電体薄膜を作製した。基板１０の下地と
して、下部電極として機能するＳｒＴｉＯ３単結晶基板
を使用した。これに導電性ペロブスカイトであるＳｒＲ
ｕＯ３をエピタキシャル成長させたものを基板１０とし
て用い、基板温度は６００℃とした。
ット１０２として、ＢａＴｉＯ３焼結体及びＳｒＯ焼結
体の２つを用いて、ＢａＴｉＯ３層内にＳｒＯ層を不規
則に導入した誘電体薄膜を作製した。基板１０の下地と
して、下部電極として機能するＳｒＴｉＯ３単結晶基板
を使用した。これに導電性ペロブスカイトであるＳｒＲ
ｕＯ３をエピタキシャル成長させたものを基板１０とし
て用い、基板温度は６００℃とした。
【００４８】以上のようにして得た誘電体薄膜は、Ｓｒ
Ｏ層の導入により、ミスフィット転位は導入されず、薄
膜格子は基板１０の格子に２次元的に完全に制約され、
高い強誘電性を示した。
Ｏ層の導入により、ミスフィット転位は導入されず、薄
膜格子は基板１０の格子に２次元的に完全に制約され、
高い強誘電性を示した。
【００４９】（５）実施例５……本実施例では、ターゲ
ット１０２として、{Ｓｒ０．８Ｃａ０．２}１．１Ｔｉ
Ｏ３．１を用いた。このようにすることで、{Ｓｒ
０．８Ｃａ０．２}が過剰の３次元ペロブスカイト膜が
形成される。
ット１０２として、{Ｓｒ０．８Ｃａ０．２}１．１Ｔｉ
Ｏ３．１を用いた。このようにすることで、{Ｓｒ
０．８Ｃａ０．２}が過剰の３次元ペロブスカイト膜が
形成される。
【００５０】（６）実施例６……次に、本発明の誘電体
薄膜を強誘電体不揮発性メモリに用した実施例について
説明する。本不揮発性メモリは、図６に示すように、Ｓ
ｉ基板５０上に酸化物であるＭｇＡｌ２Ｏ４膜５２，導
電性酸化物であるＳｒＲｕＯ ３膜５４，本発明による層
状ペロブスカイト膜５６，及び導電性酸化物であるＳｒ
ＲｕＯ３膜５８が積層された構造となっている。ここ
で、２つのＳｒＲｕＯ３薄膜５４，５８は、それぞれ上
部及び下部電極として機能し、ＭｇＡｌ２Ｏ４膜５２
は、Ｓｉ基板５０上に成膜するためのバッファ層として
機能する。
薄膜を強誘電体不揮発性メモリに用した実施例について
説明する。本不揮発性メモリは、図６に示すように、Ｓ
ｉ基板５０上に酸化物であるＭｇＡｌ２Ｏ４膜５２，導
電性酸化物であるＳｒＲｕＯ ３膜５４，本発明による層
状ペロブスカイト膜５６，及び導電性酸化物であるＳｒ
ＲｕＯ３膜５８が積層された構造となっている。ここ
で、２つのＳｒＲｕＯ３薄膜５４，５８は、それぞれ上
部及び下部電極として機能し、ＭｇＡｌ２Ｏ４膜５２
は、Ｓｉ基板５０上に成膜するためのバッファ層として
機能する。
【００５１】このような構成の誘電体メモリ素子におい
ては、ＭｇＡｌ２Ｏ４膜５２がＳｉ基板５０上に完全な
面方位関係を持ってエピタキシャル成長し、その上に更
にＳｒＲｕＯ３膜５４が成長している。このＳｒＲｕＯ
３膜５４は、ペロブスカイト構造をもつ導電性酸化物電
極として作用する。この電極上に、強誘電体酸化物層で
ある{Ｂａ０.３Ｓｒ０.７}ＴｉＯ３及びＳｒＯを層状形
成するため，ペロブスカイト膜５６は容易にエピタキシ
ャル成長することとなる。
ては、ＭｇＡｌ２Ｏ４膜５２がＳｉ基板５０上に完全な
面方位関係を持ってエピタキシャル成長し、その上に更
にＳｒＲｕＯ３膜５４が成長している。このＳｒＲｕＯ
３膜５４は、ペロブスカイト構造をもつ導電性酸化物電
極として作用する。この電極上に、強誘電体酸化物層で
ある{Ｂａ０.３Ｓｒ０.７}ＴｉＯ３及びＳｒＯを層状形
成するため，ペロブスカイト膜５６は容易にエピタキシ
ャル成長することとなる。
【００５２】従って、本実施例の強誘電体メモリ素子で
は、本発明による層状ペロブスカイト構造をもつ優れた
リーク特性や歪誘起の強誘電体特性のみならず、完全に
格子整合した強誘電体薄膜−酸化物電極界面の実現によ
り、Ｐｔ電極を用いた場合に見られる強誘電体薄膜−電
極間の密着性の問題や、疲労特性劣化を誘発する構成元
素，特に酸素の拡散を回避できる。
は、本発明による層状ペロブスカイト構造をもつ優れた
リーク特性や歪誘起の強誘電体特性のみならず、完全に
格子整合した強誘電体薄膜−酸化物電極界面の実現によ
り、Ｐｔ電極を用いた場合に見られる強誘電体薄膜−電
極間の密着性の問題や、疲労特性劣化を誘発する構成元
素，特に酸素の拡散を回避できる。
【００５３】＜他の実施形態＞……本発明には数多くの
実施形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変する
ことが可能である。例えば、次のようなものも含まれ
る。 （１）前記実施例では、主としてレーザアブレーション
法について説明したが、原子・分子層オーダーで所望組
成をもった２次元周期構造を成膜する人工超格子の手法
を適用しても、同様の層状ペロブスカイト構造を実現可
能である。この場合、ＳｒＯ分子層及びＴｉＯ２分子層
を交互に積層することによりペロブスカイト構造をもつ
ＳｒＴｉＯ３薄膜が形成されるが、ＳｒＯ分子層を実質
１層過剰に加えることによって、本発明の層状ペロブス
カイト構造を得ることができる。
実施形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変する
ことが可能である。例えば、次のようなものも含まれ
る。 （１）前記実施例では、主としてレーザアブレーション
法について説明したが、原子・分子層オーダーで所望組
成をもった２次元周期構造を成膜する人工超格子の手法
を適用しても、同様の層状ペロブスカイト構造を実現可
能である。この場合、ＳｒＯ分子層及びＴｉＯ２分子層
を交互に積層することによりペロブスカイト構造をもつ
ＳｒＴｉＯ３薄膜が形成されるが、ＳｒＯ分子層を実質
１層過剰に加えることによって、本発明の層状ペロブス
カイト構造を得ることができる。
【００５４】（２）前記実施例４においては、Ｓｉ基板
５０上にエピタキシャル成長するとともに、上部にペロ
ブスカイト構造をもつ導電性酸化物がエピタキシャル成
長するバッファ層として、ＭｇＡｌ２Ｏ４膜５２を用い
た。しかし、バッファ層としては、何らそれに限らず、
使用する導電性基板の格子整合性に応じて、Ｓｉ基板に
エピタキシャル成長する各種の酸化物が使用可能であ
る。例えば、ＭｇＯ，ＣｅＯ２，α−Ａｌ２Ｏ３，ＹＳ
Ｚ（イットリウム安定化ジルコニウム）が使用可能であ
る。
５０上にエピタキシャル成長するとともに、上部にペロ
ブスカイト構造をもつ導電性酸化物がエピタキシャル成
長するバッファ層として、ＭｇＡｌ２Ｏ４膜５２を用い
た。しかし、バッファ層としては、何らそれに限らず、
使用する導電性基板の格子整合性に応じて、Ｓｉ基板に
エピタキシャル成長する各種の酸化物が使用可能であ
る。例えば、ＭｇＯ，ＣｅＯ２，α−Ａｌ２Ｏ３，ＹＳ
Ｚ（イットリウム安定化ジルコニウム）が使用可能であ
る。
【００５５】このバッファ層５２上にエピタキシャル形
成される導電性酸化物５４に関しても、上部の層状ペロ
ブスカイト膜５６及び下部バッファ層５２との格子整合
性を考慮して、ペロブスカイト構造をもつ各種の酸化物
を用いてよい。例えば、Ｃａ{Ｘ81}Ｏ３（ただし{Ｘ81}
＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｒｕ）、Ｓｒ{Ｘ82}Ｏ３（ただし
{Ｘ82}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｒｕ）、Ｌａ{Ｘ83}Ｏ３（た
だし{Ｘ83}＝Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）、Ｌａ１−ｍＳ
ｒｍ{Ｘ84}Ｏ３（ただし{Ｘ84}＝Ｖ，Ｍｎ，Ｃｏ、ｍ＞
０.２３）、ＢａＰｂＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒＩｒＯ
３、Ｓｒ２ＲｕＯ ４、Ｓｒ２ＩｒＯ４、（Ｌａ１−ｍＳ
ｒｍ）２ＣｕＯ４（ただしｍ＜０.３）などの導電性ペ
ロブスカイト酸化物が適用可能である。
成される導電性酸化物５４に関しても、上部の層状ペロ
ブスカイト膜５６及び下部バッファ層５２との格子整合
性を考慮して、ペロブスカイト構造をもつ各種の酸化物
を用いてよい。例えば、Ｃａ{Ｘ81}Ｏ３（ただし{Ｘ81}
＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｒｕ）、Ｓｒ{Ｘ82}Ｏ３（ただし
{Ｘ82}＝Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｒｕ）、Ｌａ{Ｘ83}Ｏ３（た
だし{Ｘ83}＝Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ）、Ｌａ１−ｍＳ
ｒｍ{Ｘ84}Ｏ３（ただし{Ｘ84}＝Ｖ，Ｍｎ，Ｃｏ、ｍ＞
０.２３）、ＢａＰｂＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒＩｒＯ
３、Ｓｒ２ＲｕＯ ４、Ｓｒ２ＩｒＯ４、（Ｌａ１−ｍＳ
ｒｍ）２ＣｕＯ４（ただしｍ＜０.３）などの導電性ペ
ロブスカイト酸化物が適用可能である。
【００５６】（３）前記実施例４は、誘電体メモリ素子
の適用例について述べたが、本発明はこれに限らず、各
種の電子部品の誘電体簿膜に適用することができる。例
えば、ＤＲＡＭ用キャパシタあるいはＭＣＭ用デカップ
リングキャパシタとして適用することにより、これらの
部品の高機能化を図ることができる。
の適用例について述べたが、本発明はこれに限らず、各
種の電子部品の誘電体簿膜に適用することができる。例
えば、ＤＲＡＭ用キャパシタあるいはＭＣＭ用デカップ
リングキャパシタとして適用することにより、これらの
部品の高機能化を図ることができる。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果を得ることができる。 （１）{Ｘ3}Ｏを{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ3の組成を有するペロブス
カイト層に挿入形成することとしたので、基板及びペロ
ブスカイト層間の格子不整合に起因した格子歪を有効に
利用することができ、更にはリーク電流の低減や疲労特
性の改善を図ることができる。 （２）イオン半径を考慮したイオン置換を行うことによ
り、格子歪を効果的に導入して自発分極の向上を図るこ
とができる。 （３）前記{Ｘ3}Ｏと前記ペロブスカイト層を超格子構
造としたので、耐圧の向上を図ることができる。
次のような効果を得ることができる。 （１）{Ｘ3}Ｏを{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ3の組成を有するペロブス
カイト層に挿入形成することとしたので、基板及びペロ
ブスカイト層間の格子不整合に起因した格子歪を有効に
利用することができ、更にはリーク電流の低減や疲労特
性の改善を図ることができる。 （２）イオン半径を考慮したイオン置換を行うことによ
り、格子歪を効果的に導入して自発分極の向上を図るこ
とができる。 （３）前記{Ｘ3}Ｏと前記ペロブスカイト層を超格子構
造としたので、耐圧の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２次元型層状ペロブスカイト構造を模
式的に示す図である。
式的に示す図である。
【図２】３次元型層状ペロブスカイト構造を模式的に示
す図である。
す図である。
【図３】ペロブスカイト構造の誘電体薄膜の製造装置の
一例を示すブロック図である。
一例を示すブロック図である。
【図４】超格子構造の実施例におけるＲＨＥＥＤ強度及
びＸ線回折強度の測定例を示すグラフである。
びＸ線回折強度の測定例を示すグラフである。
【図５】超格子ペロブスカイト膜とＳｒＯ過剰ペロブス
カイト膜の電気特性を比較して示すグラフである。
カイト膜の電気特性を比較して示すグラフである。
【図６】本発明を適用した誘電体メモリ素子の主要構成
を示す図である。
を示す図である。
１０，５０…基板 １２…ペロブスカイト層 １４…{Ｘ3}Ｏ層 １６…誘電体薄膜 ５２…酸化物（バッファ層） ５４…導電性酸化物（下部電極） ５６…ペロブスカイト膜 ５８…導電性酸化物（上部電極） １００…真空チャンバ １０２…ターゲット １０４…レーザ光源 １０６…レーザビーム １０８…光学系 １１０…排気装置 １１２…赤外線ヒータ １１４…膜厚モニタ １１６…プルーム １２０…ガン １２２…スクリーン １２４…高感度カメラ １２６…排気装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｚ Ｓ 21/316 Ｙ 21/316 Ｘ Ｈ０１Ｇ 4/06 １０２ 27/04 Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｃ 21/822 27/10 ４４４Ｃ 27/105 ６５１ 27/108 41/18 １０１Ｂ 21/8242 41/22 Ａ 41/187 41/24 (72)発明者 森戸 健太郎 東京都台東区上野６丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内 (72)発明者 関口 象一 東京都台東区上野６丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内 (72)発明者 藤本 正之 東京都台東区上野６丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内
Claims (17)
- 【請求項１】 酸素１２配位構造を持つ{Ｘ1}と、{Ｘ1}
とは配位構造が異なる{Ｘ3}とを、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，
Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１種の元素で構成
し、酸素６配位構造を持つ{Ｘ2}を、Ｔｉ及びＺｒから
選択した少なくとも１種の元素で構成し、「Ｏ」を酸素
としたとき、 結晶構造が類似する基板上に形成された{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ3
の組成を有するペロブスカイト層に、{Ｘ3}Ｏを挿入し
て、前記基板との格子不整合性に起因した格子歪みを形
成したことを特徴とする誘電体薄膜。 - 【請求項２】 前記{Ｘ3}Ｏの挿入によって、前記ペロ
ブスカイト層が複数の層に分断されたことを特徴とする
誘電体薄膜。 - 【請求項３】 前記{Ｘ3}Ｏを実質１層挿入したことを
特徴とする請求項１又は２記載の誘電体薄膜。 - 【請求項４】 前記{Ｘ3}Ｏの挿入によって岩塩構造層
が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載の誘電体薄膜。 - 【請求項５】 前記ペロブスカイト層と前記{Ｘ3}Ｏと
を交互に積層して超格子構造を形成したことを特徴とす
る請求項１〜４のいずれかに記載の誘電体薄膜。 - 【請求項６】 酸素１２配位構造を持つ{Ｘ4}をＣａ，
Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１種の
元素で構成し、{Ｘ5}を{Ｘ4}とは異なる元素で構成した
とき、前記{Ｘ1}が、{Ｘ4}１−ｍ{Ｘ5}ｍ（ただしｍ＞
０）で表されることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の誘電体薄膜。 - 【請求項７】 前記ｍを、ｍ＜０．５としたことを特徴
とする請求項６記載の誘電体薄膜。 - 【請求項８】 前記{Ｘ3}は、前記{Ｘ1}よりイオン半径
の小さな元素を多く含む組成を有することを特徴とする
請求項１〜７のいずれかに記載の誘電体薄膜。 - 【請求項９】 前記ペロブスカイト層及び前記{Ｘ3}Ｏ
を、第１及び第２のターゲットを交互に用いて、結晶構
造が類似する基板上にエピタキシャル成長させることを
特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の誘電体薄膜
の製造方法。 - 【請求項１０】 酸素１２配位構造を持つ{Ｘ1}と、{Ｘ
1}とは配位構造が異なる{Ｘ3}とを、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１種の元素で構
成し、酸素６配位構造を持つ{Ｘ2}を、Ｔｉ及びＺｒか
ら選択した少なくとも１種の元素で構成し、{Ｘ}を{Ｘ
1}と{Ｘ3}の構成元素の総和とし、「Ｏ」を酸素とした
とき、{Ｘ}ｍ{Ｘ2}Ｏ２＋ｍ（ただしｍ＞１）の組成を
有する誘電体薄膜であって、 結晶構造が類似する基板上に形成された{Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ３
の組成を有するペロブスカイト層と、該ペロブスカイト
層に挿入された{Ｘ3}Ｏとを含み、前記基板との格子不
整合性に起因した格子歪みを有することを特徴とする誘
電体薄膜。 - 【請求項１１】 前記{Ｘ3}Ｏの挿入によって岩塩構造
層が形成されたことを特徴とする請求項１０記載の誘電
体薄膜。 - 【請求項１２】 酸素１２配位構造を持つ{Ｘ4}をＣ
ａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１
種の元素で構成し、{Ｘ5}を{Ｘ4}とは異なる元素で構成
したとき、前記{Ｘ1}が、{Ｘ4}１−ｍ{Ｘ5}ｍ（ただし
ｍ＞０）で表されることを特徴とする請求項１０又は１
１記載の誘電体薄膜。 - 【請求項１３】 前記ｍを、ｍ＜０．５としたことを特
徴とする請求項１２記載の誘電体薄膜。 - 【請求項１４】 前記{Ｘ3}は、前記{Ｘ1}よりイオン半
径の小さな元素を多く含む組成を有することを特徴とす
る請求項１０〜１３のいずれかに記載の誘電体薄膜。 - 【請求項１５】 前記ペロブスカイト層及び{Ｘ3}Ｏ
を、{Ｘ}ｍ{Ｘ2}Ｏ２＋ ｍ（ただしｍ＞１）の組成を有
するターゲットを用いて、結晶構造が類似する基板上に
エピタキシャル成長させて形成することを特徴とする請
求項１０〜１４のいずれかに記載の誘電体薄膜の製造方
法。 - 【請求項１６】 酸素１２配位構造を持つ{Ｘ1}と、{Ｘ
1}とは配位構造が異なる{Ｘ3}とを、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓ
ｒ，Ｂａ，Ｐｂから選択した少なくとも１種の元素で構
成し、酸素６配位構造を持つ{Ｘ2}を、Ｔｉ及びＺｒか
ら選択した少なくとも１種の元素で構成し、「Ｏ」を酸
素としたとき、 {Ｘ1}{Ｘ2}Ｏ3の組成を有するペロブスカイト層に、二
次元的もしくは三次元的に{Ｘ3}Ｏを挿入したことを特
徴とする誘電体薄膜。 - 【請求項１７】 請求項１〜８，請求項１０〜１４，請
求項１６のいずれかに記載の誘電体薄膜を使用したこと
を特徴とする電子部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000341439A JP4503810B2 (ja) | 1999-11-19 | 2000-11-09 | 誘電体薄膜，その製造方法，その電子部品 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-329768 | 1999-11-19 | ||
| JP32976899 | 1999-11-19 | ||
| JP2000341439A JP4503810B2 (ja) | 1999-11-19 | 2000-11-09 | 誘電体薄膜，その製造方法，その電子部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001222913A true JP2001222913A (ja) | 2001-08-17 |
| JP4503810B2 JP4503810B2 (ja) | 2010-07-14 |
Family
ID=26573331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000341439A Expired - Fee Related JP4503810B2 (ja) | 1999-11-19 | 2000-11-09 | 誘電体薄膜，その製造方法，その電子部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4503810B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003063860A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-05 | Taiyo Yuden Co Ltd | 焼結体ターゲット，それを利用した誘電体薄膜及びその製造方法，それを利用した電子部品 |
| JP2003243736A (ja) * | 2002-02-19 | 2003-08-29 | Seiko Epson Corp | 圧電アクチュエータ、液滴噴射ヘッド、およびそれを用いた液滴噴射装置 |
| JP2004071933A (ja) * | 2002-08-08 | 2004-03-04 | Canon Inc | アクチュエータおよび液体噴射ヘッドならびに前記液体噴射ヘッドの製造方法 |
| WO2004068235A1 (ja) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Fujitsu Limited | 光偏向素子およびその製造方法 |
| JP2006185940A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-13 | Ngk Insulators Ltd | 圧電／電歪体、圧電／電歪積層体、及び圧電／電歪膜型アクチュエータ |
| JP2016127209A (ja) * | 2015-01-07 | 2016-07-11 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | ペロブスカイト酸化物薄膜の作製方法およびこれを利用したメモリ素子 |
| JP2018031063A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 | 負熱膨張性薄膜の形成方法 |
| JP2019038715A (ja) * | 2017-08-24 | 2019-03-14 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 | 積層体、および薄膜の製造方法 |
| JP2021190715A (ja) * | 2020-06-02 | 2021-12-13 | 延世大学校 産学協力団Yonsei University, University−Industry Foundation(Uif) | 圧電発光構造体、圧電構造体、その製造方法およびこれを用いる高感度圧力センサ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996000704A1 (fr) * | 1994-06-30 | 1996-01-11 | Hitachi, Ltd. | Materiau ferroelectrique a couches d'oxyde de bismuth |
-
2000
- 2000-11-09 JP JP2000341439A patent/JP4503810B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996000704A1 (fr) * | 1994-06-30 | 1996-01-11 | Hitachi, Ltd. | Materiau ferroelectrique a couches d'oxyde de bismuth |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003063860A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-05 | Taiyo Yuden Co Ltd | 焼結体ターゲット，それを利用した誘電体薄膜及びその製造方法，それを利用した電子部品 |
| JP2003243736A (ja) * | 2002-02-19 | 2003-08-29 | Seiko Epson Corp | 圧電アクチュエータ、液滴噴射ヘッド、およびそれを用いた液滴噴射装置 |
| JP2004071933A (ja) * | 2002-08-08 | 2004-03-04 | Canon Inc | アクチュエータおよび液体噴射ヘッドならびに前記液体噴射ヘッドの製造方法 |
| WO2004068235A1 (ja) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Fujitsu Limited | 光偏向素子およびその製造方法 |
| JPWO2004068235A1 (ja) * | 2003-01-27 | 2006-05-25 | 富士通株式会社 | 光偏向素子およびその製造方法 |
| JP2006185940A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-13 | Ngk Insulators Ltd | 圧電／電歪体、圧電／電歪積層体、及び圧電／電歪膜型アクチュエータ |
| JP2016127209A (ja) * | 2015-01-07 | 2016-07-11 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | ペロブスカイト酸化物薄膜の作製方法およびこれを利用したメモリ素子 |
| JP2018031063A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 | 負熱膨張性薄膜の形成方法 |
| JP2019038715A (ja) * | 2017-08-24 | 2019-03-14 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 | 積層体、および薄膜の製造方法 |
| JP2021190715A (ja) * | 2020-06-02 | 2021-12-13 | 延世大学校 産学協力団Yonsei University, University−Industry Foundation(Uif) | 圧電発光構造体、圧電構造体、その製造方法およびこれを用いる高感度圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4503810B2 (ja) | 2010-07-14 |
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