JPH06290983A - 誘電体薄膜及びその製造方法 - Google Patents
誘電体薄膜及びその製造方法Info
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- JPH06290983A JPH06290983A JP5079721A JP7972193A JPH06290983A JP H06290983 A JPH06290983 A JP H06290983A JP 5079721 A JP5079721 A JP 5079721A JP 7972193 A JP7972193 A JP 7972193A JP H06290983 A JPH06290983 A JP H06290983A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 強誘電性、焦電性、圧電性等の電気的特性を
損なうことなく（Ｐｂ 1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）薄膜を作製す
る。 【構成】 まず、Ｐｂ、Ｌａ及びＴｉターゲット８、９
及び１１にそれぞれアルゴンイオンビームを照射し、
（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （ｘ＝０．１５）の
組成を有する膜厚約３０オングストロームのＰＬＴ層２
を基板１上に形成する。次いで、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉタ
ーゲット８、１０及び１１によるイオンビームスパッタ
リングを行い、ＰＬＴ薄膜２の上に（Ｐｂ1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ｘ＝０、ｙ＝０．５
０）の組成を有する膜厚約７００オングストロームのＰ
ＬＺＴ薄膜３を形成する。
損なうことなく（Ｐｂ 1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）薄膜を作製す
る。 【構成】 まず、Ｐｂ、Ｌａ及びＴｉターゲット８、９
及び１１にそれぞれアルゴンイオンビームを照射し、
（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （ｘ＝０．１５）の
組成を有する膜厚約３０オングストロームのＰＬＴ層２
を基板１上に形成する。次いで、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉタ
ーゲット８、１０及び１１によるイオンビームスパッタ
リングを行い、ＰＬＴ薄膜２の上に（Ｐｂ1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ｘ＝０、ｙ＝０．５
０）の組成を有する膜厚約７００オングストロームのＰ
ＬＺＴ薄膜３を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、誘電体薄膜及びその製
造方法に関する。
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年注目されている薄膜材料として、一
般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型構造を有す
る誘電体材料がある。このうち、ＡサイトがＰｂ、Ｂ
ａ、Ｓｒ又はＬａのうち少なくとも１種類、Ｂサイトが
Ｔｉ及びＺｒのうち少なくとも１種類の元素を含むＡＢ
Ｏ3 としては、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1- x/4 Ｏ3 系、ＢａＴｉＯ3 系に代表される強誘電体材
料がある。そして、これらが優れた強誘電性、圧電性、
焦電性、電気光学特性等を示すことから、これらの特性
を利用したセンサやフィルタなどの種々の機能デバイス
が検討されている。特に、半導体ＩＣの分野において
は、新しいデバイス、ＤＲＡＭ（ダイナミックランダム
アクセスメモリ）及び不揮発性メモリへの応用が期待さ
れている。
般式ＡＢＯ3 で構成されるペロブスカイト型構造を有す
る誘電体材料がある。このうち、ＡサイトがＰｂ、Ｂ
ａ、Ｓｒ又はＬａのうち少なくとも１種類、Ｂサイトが
Ｔｉ及びＺｒのうち少なくとも１種類の元素を含むＡＢ
Ｏ3 としては、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1- x/4 Ｏ3 系、ＢａＴｉＯ3 系に代表される強誘電体材
料がある。そして、これらが優れた強誘電性、圧電性、
焦電性、電気光学特性等を示すことから、これらの特性
を利用したセンサやフィルタなどの種々の機能デバイス
が検討されている。特に、半導体ＩＣの分野において
は、新しいデバイス、ＤＲＡＭ（ダイナミックランダム
アクセスメモリ）及び不揮発性メモリへの応用が期待さ
れている。
【０００３】ＤＲＡＭをはじめとする半導体を用いたメ
モリに関する研究開発は近年盛んに行われており、その
高密度化の要となる技術として、微細加工技術と共にキ
ャパシタの構成材料となる高誘電率誘電体薄膜の開発が
挙げられている。
モリに関する研究開発は近年盛んに行われており、その
高密度化の要となる技術として、微細加工技術と共にキ
ャパシタの構成材料となる高誘電率誘電体薄膜の開発が
挙げられている。
【０００４】高誘電率材料としてはＳｒＴｉＯ3 などが
知られているが、特に鉛系の強誘電体であるＰｂ（Ｚｒ
x Ｔｉ1-x ）Ｏ3 や（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ
1-y ） 1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）（以下、
これらを「ＰＬＺＴ」という）は誘電率が１０００以上
でかつその優れた強誘電性からＤＲＡＭだけでなく不揮
発性メモリへの応用も考えられている。これらの誘電体
は結晶方向によってその電気的特性が異なるため、それ
ぞれの応用を考慮した結晶軸の揃った配向膜とするのが
望ましい。また、センサなどへの応用においては、その
優れた焦電性、圧電性を利用した赤外線センサ、ガスセ
ンサ、圧力センサなどを配向した薄膜を用いることによ
り、高感度化、高集積化を実現する試みがなされてい
る。
知られているが、特に鉛系の強誘電体であるＰｂ（Ｚｒ
x Ｔｉ1-x ）Ｏ3 や（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ
1-y ） 1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）（以下、
これらを「ＰＬＺＴ」という）は誘電率が１０００以上
でかつその優れた強誘電性からＤＲＡＭだけでなく不揮
発性メモリへの応用も考えられている。これらの誘電体
は結晶方向によってその電気的特性が異なるため、それ
ぞれの応用を考慮した結晶軸の揃った配向膜とするのが
望ましい。また、センサなどへの応用においては、その
優れた焦電性、圧電性を利用した赤外線センサ、ガスセ
ンサ、圧力センサなどを配向した薄膜を用いることによ
り、高感度化、高集積化を実現する試みがなされてい
る。
【０００５】以上のような理由から、ＰＬＺＴの薄膜化
は現在精力的に行われており、ｒｆスパッタリング法、
イオンビームスパッタリング法、ゾル・ゲル法、ＣＶＤ
法及びレーザアブレーション法などの方法を用いて、薄
膜作製に関する研究が行われている。
は現在精力的に行われており、ｒｆスパッタリング法、
イオンビームスパッタリング法、ゾル・ゲル法、ＣＶＤ
法及びレーザアブレーション法などの方法を用いて、薄
膜作製に関する研究が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＰＬＺＴは多
元素からなる複合酸化物であるため、上記のような様々
な製造方法を用いても、それぞれの元素の物性の違い、
特にＺｒとＰｂとの親和力の悪さやＰｂの蒸気圧の高さ
などから理想的な組成を有するＰＬＺＴ薄膜を再現性よ
く形成することは困難であった。
元素からなる複合酸化物であるため、上記のような様々
な製造方法を用いても、それぞれの元素の物性の違い、
特にＺｒとＰｂとの親和力の悪さやＰｂの蒸気圧の高さ
などから理想的な組成を有するＰＬＺＴ薄膜を再現性よ
く形成することは困難であった。
【０００７】また、従来の方法でペロブスカイト型ＰＬ
ＺＴ薄膜を形成するには、基板温度を６００℃近くまで
上げるか、もしくはそれ以下の基板温度で薄膜を形成し
た後に８００℃近い温度で熱処理する必要があった。し
かし、半導体を用いたメモリなどへの応用を考えた場
合、５００℃以上の高温にすると、基板の半導体中に形
成されているトランジスタ部や配線に用いるＡｌの熱拡
散による性能の低下を招くため、低い基板温度でＰＬＺ
Ｔ薄膜を形成することが望まれていた。
ＺＴ薄膜を形成するには、基板温度を６００℃近くまで
上げるか、もしくはそれ以下の基板温度で薄膜を形成し
た後に８００℃近い温度で熱処理する必要があった。し
かし、半導体を用いたメモリなどへの応用を考えた場
合、５００℃以上の高温にすると、基板の半導体中に形
成されているトランジスタ部や配線に用いるＡｌの熱拡
散による性能の低下を招くため、低い基板温度でＰＬＺ
Ｔ薄膜を形成することが望まれていた。
【０００８】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、ＰＬＺＴ薄膜の強誘電性、焦電性、圧電性等の電
気特性を損なうことのない誘電体薄膜の構造及びその製
造方法を提供することを目的とする。
ため、ＰＬＺＴ薄膜の強誘電性、焦電性、圧電性等の電
気特性を損なうことのない誘電体薄膜の構造及びその製
造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る誘電体薄膜は、Ｚｒを含まないペロブ
スカイト型誘電体薄膜と、Ｚｒを含むペロブスカイト型
誘電体薄膜との積層構造を有するという構成を備えたも
のである。
め、本発明に係る誘電体薄膜は、Ｚｒを含まないペロブ
スカイト型誘電体薄膜と、Ｚｒを含むペロブスカイト型
誘電体薄膜との積層構造を有するという構成を備えたも
のである。
【００１０】前記本発明の構成においては、Ｚｒを含ま
ないペロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が５０オングス
トローム以下であるのが好ましい。また、前記本発明の
構成においては、Ｚｒを含まないペロブスカイト型誘電
体薄膜が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１）の組成で構成されるペロブスカイト型誘電体薄膜で
あり、Ｚｒを含むペロブスカイト型誘電体薄膜が（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）の組成で構成されるペロブスカイト型
誘電体薄膜であるのが好ましい。
ないペロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が５０オングス
トローム以下であるのが好ましい。また、前記本発明の
構成においては、Ｚｒを含まないペロブスカイト型誘電
体薄膜が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１）の組成で構成されるペロブスカイト型誘電体薄膜で
あり、Ｚｒを含むペロブスカイト型誘電体薄膜が（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）の組成で構成されるペロブスカイト型
誘電体薄膜であるのが好ましい。
【００１１】本発明に係る誘電体薄膜の製造方法は、基
板上に第１層としてＺｒを含まないペロブスカイト型誘
電体薄膜を形成し、前記第１層の上にＺｒを含むペロブ
スカイト型誘電体薄膜を形成することを特徴とする。
板上に第１層としてＺｒを含まないペロブスカイト型誘
電体薄膜を形成し、前記第１層の上にＺｒを含むペロブ
スカイト型誘電体薄膜を形成することを特徴とする。
【００１２】前記本発明方法の構成においては、荷電粒
子もしくは中性粒子ビームをターゲットに照射すること
により基板上に誘電体薄膜を形成するのが好ましい。ま
た、前記本発明方法の構成においては、Ｚｒを含まない
ペロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が５０オングストロ
ーム以下であるのが好ましい。
子もしくは中性粒子ビームをターゲットに照射すること
により基板上に誘電体薄膜を形成するのが好ましい。ま
た、前記本発明方法の構成においては、Ｚｒを含まない
ペロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が５０オングストロ
ーム以下であるのが好ましい。
【００１３】また、前記本発明方法の構成においては、
Ｚｒを含まないペロブスカイト型誘電体薄膜が（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１）の組成で構
成されるペロブスカイト型誘電体薄膜であり、Ｚｒを含
むペロブスカイト型誘電体薄膜が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）の組成で構成されるペロブスカイト型誘電体薄膜で
あるのが好ましい。
Ｚｒを含まないペロブスカイト型誘電体薄膜が（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１）の組成で構
成されるペロブスカイト型誘電体薄膜であり、Ｚｒを含
むペロブスカイト型誘電体薄膜が（Ｐｂ1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）の組成で構成されるペロブスカイト型誘電体薄膜で
あるのが好ましい。
【００１４】
【作用】前記本発明の構成によれば、Ｚｒを含まないペ
ロブスカイト型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔ
ｉ1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１）とＺｒを含むペロブスカイ
ト型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ
1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の結晶構
造がほぼ同じであるために、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ
1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１）薄膜に引きずられる形で（Ｐ
ｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ
＜１、０＜ｙ＜１）薄膜を容易に結晶成長させることが
でき、その結果、強誘電性、焦電性、圧電性等の電気特
性を損なうことなく、５００℃以下の基板温度で（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/ 4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）薄膜を安定に作製することができる。
ロブスカイト型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔ
ｉ1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１）とＺｒを含むペロブスカイ
ト型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ
1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の結晶構
造がほぼ同じであるために、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ
1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１）薄膜に引きずられる形で（Ｐ
ｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ
＜１、０＜ｙ＜１）薄膜を容易に結晶成長させることが
でき、その結果、強誘電性、焦電性、圧電性等の電気特
性を損なうことなく、５００℃以下の基板温度で（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/ 4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）薄膜を安定に作製することができる。
【００１５】前記本発明の構成において、Ｚｒを含まな
いペロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が５０オングスト
ローム以下であるという好ましい構成によれば、Ｚｒを
含むペロブスカイト型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａ
x ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/ 4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜
ｙ＜１）の電気的特性に影響を及ぼすことがない。
いペロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が５０オングスト
ローム以下であるという好ましい構成によれば、Ｚｒを
含むペロブスカイト型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａ
x ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/ 4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜
ｙ＜１）の電気的特性に影響を及ぼすことがない。
【００１６】また、前記本発明方法の構成によれば、本
発明に係る誘電体薄膜を、効率よく合理的に作製するこ
とができる。また、前記本発明方法の構成において、荷
電粒子もしくは中性粒子ビームをターゲットに照射する
ことにより基板上に誘電体薄膜を形成するという好まし
い構成によれば、１ｋｅＶ程度の運動エネルギーを有す
る荷電粒子もしくは中性粒子ビームによって１×１０-4
Ｔｏｒｒ程度の真空中でターゲットをスパッタリングす
ることにより、基板に飛来するスパッタ粒子の運動エネ
ルギーを比較的高くすることができるので、さらに低い
基板温度で高品質の（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒ y Ｔｉ
1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）薄膜を形
成することができる。
発明に係る誘電体薄膜を、効率よく合理的に作製するこ
とができる。また、前記本発明方法の構成において、荷
電粒子もしくは中性粒子ビームをターゲットに照射する
ことにより基板上に誘電体薄膜を形成するという好まし
い構成によれば、１ｋｅＶ程度の運動エネルギーを有す
る荷電粒子もしくは中性粒子ビームによって１×１０-4
Ｔｏｒｒ程度の真空中でターゲットをスパッタリングす
ることにより、基板に飛来するスパッタ粒子の運動エネ
ルギーを比較的高くすることができるので、さらに低い
基板温度で高品質の（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒ y Ｔｉ
1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）薄膜を形
成することができる。
【００１７】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。図１に、本発明に係る誘電体薄膜の一実施
例を示す。
に説明する。図１に、本発明に係る誘電体薄膜の一実施
例を示す。
【００１８】本誘電体薄膜を成長させる基板１として
は、配向した結晶性薄膜を得ることができる点で、誘電
体薄膜とエピタキシャル関係にあるものを用いるのが好
ましい。具体的には、酸化マグネシウム、サファイア
（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）、チタン酸ストロンチウム等の単結
晶の基板や、半導体などの表面に白金などの電極を配向
させて蒸着したものを用いた。基板１の上には、Ｐｂ系
強誘電体の中でＰｂ（Ｚｒ x Ｔｉ1-x ）Ｏ3 や（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）（以下、これらを「ＰＬＺＴ」とい
う）ほど高い誘電率ではないが、Ｚｒを含まず比較的安
定に形成できる（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ 3 （０
≦ｘ＜１）（以下、これらを「ＰＬＴ」という）薄膜２
を形成し、該ＰＬＴ薄膜２の上にはＺｒを含有したＰＬ
ＺＴ薄膜３を形成した。この場合、ＰＬＴ薄膜２の膜厚
としては、ＰＬＺＴ薄膜３の電気的特性に影響を及ぼさ
ない点で、５０オングストローム以下であるのが好まし
い。
は、配向した結晶性薄膜を得ることができる点で、誘電
体薄膜とエピタキシャル関係にあるものを用いるのが好
ましい。具体的には、酸化マグネシウム、サファイア
（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）、チタン酸ストロンチウム等の単結
晶の基板や、半導体などの表面に白金などの電極を配向
させて蒸着したものを用いた。基板１の上には、Ｐｂ系
強誘電体の中でＰｂ（Ｚｒ x Ｔｉ1-x ）Ｏ3 や（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）（以下、これらを「ＰＬＺＴ」とい
う）ほど高い誘電率ではないが、Ｚｒを含まず比較的安
定に形成できる（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ 3 （０
≦ｘ＜１）（以下、これらを「ＰＬＴ」という）薄膜２
を形成し、該ＰＬＴ薄膜２の上にはＺｒを含有したＰＬ
ＺＴ薄膜３を形成した。この場合、ＰＬＴ薄膜２の膜厚
としては、ＰＬＺＴ薄膜３の電気的特性に影響を及ぼさ
ない点で、５０オングストローム以下であるのが好まし
い。
【００１９】このように基板１とＰＬＺＴ薄膜３との間
にＰＬＴ薄膜２が介在する構造としたことにより、ＰＬ
ＺとＰＬＺＴの結晶系がほぼ同じペロブスカイト構造を
しているために、ＰＬＴ薄膜２に引きずられる形でＰＬ
ＺＴ薄膜３を容易に結晶成長させることができ、その結
果、強誘電性、焦電性、圧電性等の電気特性を損なうこ
となく、５００℃以下の基板温度でＰＬＺＴ薄膜３を安
定に作製することが可能となった。
にＰＬＴ薄膜２が介在する構造としたことにより、ＰＬ
ＺとＰＬＺＴの結晶系がほぼ同じペロブスカイト構造を
しているために、ＰＬＴ薄膜２に引きずられる形でＰＬ
ＺＴ薄膜３を容易に結晶成長させることができ、その結
果、強誘電性、焦電性、圧電性等の電気特性を損なうこ
となく、５００℃以下の基板温度でＰＬＺＴ薄膜３を安
定に作製することが可能となった。
【００２０】一方、以上のような構造を採らず、基板１
の上に直接ＰＬＺＴ薄膜３を形成する場合には、Ｐｂと
Ｚｒとの親和力の悪さなどから基板温度を６５０℃以上
の高温にしなければならず、また、ペロブスカイト構造
のＰＬＺＴ薄膜を再現性よく形成することは困難であっ
た。
の上に直接ＰＬＺＴ薄膜３を形成する場合には、Ｐｂと
Ｚｒとの親和力の悪さなどから基板温度を６５０℃以上
の高温にしなければならず、また、ペロブスカイト構造
のＰＬＺＴ薄膜を再現性よく形成することは困難であっ
た。
【００２１】図２に、本実施例で用いた薄膜形成装置の
概略図を示す。本形成装置は、その主たる堆積機構とし
て、イオン源４、５、６及び７による最大４元のイオン
ビームスパッタ機構を備えており、それに対応してター
ゲット８、９、１０及び１１が設置されている。そし
て、イオンビーム電流の制御及びシャッタリングによっ
て、誘電体薄膜の組成及び構造を制御できるようにされ
ている。ペロブスカイト構造の結晶性薄膜を成長させる
基板１としては、前記した理由から、酸化マグネシウ
ム、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）、チタン酸ストロン
チウム等の単結晶の基板やシリコン単結晶基板の上部に
白金を配向させて蒸着したものなどを用いる。尚、ター
ゲットを照射する粒子としてイオンを一旦中性化したも
のを用いれば、金属以外のターゲットを使用する場合に
有効である。
概略図を示す。本形成装置は、その主たる堆積機構とし
て、イオン源４、５、６及び７による最大４元のイオン
ビームスパッタ機構を備えており、それに対応してター
ゲット８、９、１０及び１１が設置されている。そし
て、イオンビーム電流の制御及びシャッタリングによっ
て、誘電体薄膜の組成及び構造を制御できるようにされ
ている。ペロブスカイト構造の結晶性薄膜を成長させる
基板１としては、前記した理由から、酸化マグネシウ
ム、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）、チタン酸ストロン
チウム等の単結晶の基板やシリコン単結晶基板の上部に
白金を配向させて蒸着したものなどを用いる。尚、ター
ゲットを照射する粒子としてイオンを一旦中性化したも
のを用いれば、金属以外のターゲットを使用する場合に
有効である。
【００２２】次に、図２に示す薄膜形成装置を用いて、
誘電体薄膜を作製する場合について説明する。基板１と
してＭｇＯ（１００）単結晶基板及び単結晶Ｓｉ上部に
Ｐｔ（１１１）を蒸着したものを用い、ターゲット８、
９、１０及び１１としてそれぞれＰｂ、Ｌａ、Ｚｒ及び
Ｔｉの金属ターゲットを用いた。そして、イオン源４、
５、６及び７からアルゴンイオンビームを照射し、各タ
ーゲットを構成する元素を独立に蒸発させて基板１上に
スパッタリング蒸着を行った。ここで、基板１の表面温
度は４５０℃に保持した。また、形成槽内には、オゾ
ン、酸化窒素などの酸化性ガスを減圧下（トータルガス
圧で１×１０-5〜１×１０-4Ｔｏｒｒ）で流し、形成す
る誘電体薄膜が十分酸化されるようにした。尚、基板表
面にイオンビーム照射あるいは紫外線照射を行えば、基
板温度をさらに下げることができる。
誘電体薄膜を作製する場合について説明する。基板１と
してＭｇＯ（１００）単結晶基板及び単結晶Ｓｉ上部に
Ｐｔ（１１１）を蒸着したものを用い、ターゲット８、
９、１０及び１１としてそれぞれＰｂ、Ｌａ、Ｚｒ及び
Ｔｉの金属ターゲットを用いた。そして、イオン源４、
５、６及び７からアルゴンイオンビームを照射し、各タ
ーゲットを構成する元素を独立に蒸発させて基板１上に
スパッタリング蒸着を行った。ここで、基板１の表面温
度は４５０℃に保持した。また、形成槽内には、オゾ
ン、酸化窒素などの酸化性ガスを減圧下（トータルガス
圧で１×１０-5〜１×１０-4Ｔｏｒｒ）で流し、形成す
る誘電体薄膜が十分酸化されるようにした。尚、基板表
面にイオンビーム照射あるいは紫外線照射を行えば、基
板温度をさらに下げることができる。
【００２３】まず、第１層を形成するために、Ｐｂ、Ｌ
ａ及びＴｉターゲット８、９及び１１にそれぞれ１ｋｅ
Ｖ程度のアルゴンイオンビームを照射し、（Ｐｂ1-x Ｌ
ａx）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （ｘ＝０．１５）の組成を有する
膜厚約３０オングストロームのＰＬＴ層２を形成した。
次いで、第２層を形成するために、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉ
ターゲット８、１０及び１１によるイオンビームスパッ
タリングを行い、ＰＬＴ薄膜２の上に（Ｐｂ1-x Ｌ
ａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ｘ＝０、ｙ＝
０．５０）の組成を有する膜厚約７００オングストロー
ムのＰＬＺＴ薄膜３を形成した。
ａ及びＴｉターゲット８、９及び１１にそれぞれ１ｋｅ
Ｖ程度のアルゴンイオンビームを照射し、（Ｐｂ1-x Ｌ
ａx）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （ｘ＝０．１５）の組成を有する
膜厚約３０オングストロームのＰＬＴ層２を形成した。
次いで、第２層を形成するために、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉ
ターゲット８、１０及び１１によるイオンビームスパッ
タリングを行い、ＰＬＴ薄膜２の上に（Ｐｂ1-x Ｌ
ａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ｘ＝０、ｙ＝
０．５０）の組成を有する膜厚約７００オングストロー
ムのＰＬＺＴ薄膜３を形成した。
【００２４】図３に、ＭｇＯ（１００）単結晶基板上に
形成した誘電体薄膜のＸ線回折強度を示す。図３に示す
ように、（０１１）に配向したＰＬＺＴ薄膜の形成を確
認することができた。
形成した誘電体薄膜のＸ線回折強度を示す。図３に示す
ように、（０１１）に配向したＰＬＺＴ薄膜の形成を確
認することができた。
【００２５】図４に、単結晶Ｓｉ上部にＰｔ（１１１）
を蒸着した基板上に形成した誘電体薄膜のＸ線回折強度
を示す。図４に示すように、主に（１１１）に配向した
ＰＬＺＴ薄膜の形成を確認することができた。
を蒸着した基板上に形成した誘電体薄膜のＸ線回折強度
を示す。図４に示すように、主に（１１１）に配向した
ＰＬＺＴ薄膜の形成を確認することができた。
【００２６】図５に、ＭｇＯ（１００）単結晶基板上に
形成した誘電体薄膜の分極反転特性を示す。良好な強誘
電特性を示しており、このときの比誘電率は８００以上
の値を示した。尚、単結晶Ｓｉ上部にＰｔ（１１１）を
蒸着した基板上に形成した誘電体薄膜についても、同様
の電気特性を示すことが確認された。
形成した誘電体薄膜の分極反転特性を示す。良好な強誘
電特性を示しており、このときの比誘電率は８００以上
の値を示した。尚、単結晶Ｓｉ上部にＰｔ（１１１）を
蒸着した基板上に形成した誘電体薄膜についても、同様
の電気特性を示すことが確認された。
【００２７】図１に示す構造の誘電体薄膜を応用したも
のとして、上記製造方法によってメモリ素子を作製し
た。誘電体薄膜を上記のように構成したことにより、安
定したＰＬＺＴ薄膜からなるキャパシタ部を得ることが
でき、また、多元イオンビームスパッタリング法によっ
て低基板温度によるメモリ素子の作製が可能となったこ
とから、基板中に形成されるトランジスタ部や配線に用
いられるＡｌの熱拡散による性能の低下を防止すること
ができた。また、誘電体薄膜の膜厚を１５００オングス
トローム以下としても、絶縁破壊やピンホールなどによ
る電流リークのない良好な電気特性を示した。このた
め、小さな面積でもメモリとしての動作に充分な蓄積電
荷を確保することができ、その結果、メモリ素子の集積
度を大幅に向上させることができた。
のとして、上記製造方法によってメモリ素子を作製し
た。誘電体薄膜を上記のように構成したことにより、安
定したＰＬＺＴ薄膜からなるキャパシタ部を得ることが
でき、また、多元イオンビームスパッタリング法によっ
て低基板温度によるメモリ素子の作製が可能となったこ
とから、基板中に形成されるトランジスタ部や配線に用
いられるＡｌの熱拡散による性能の低下を防止すること
ができた。また、誘電体薄膜の膜厚を１５００オングス
トローム以下としても、絶縁破壊やピンホールなどによ
る電流リークのない良好な電気特性を示した。このた
め、小さな面積でもメモリとしての動作に充分な蓄積電
荷を確保することができ、その結果、メモリ素子の集積
度を大幅に向上させることができた。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る誘電
体薄膜の構成によれば、Ｚｒを含まないペロブスカイト
型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3
（０≦ｘ＜１）とＺｒを含むペロブスカイト型誘電体薄
膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4
Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の結晶構造がほぼ同じ
であるために、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （０
≦ｘ＜１）薄膜に引きずられる形で（Ｐｂ1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）薄膜を容易に結晶成長させることができ、その結
果、強誘電性、焦電性、圧電性等の電気特性を損なうこ
となく、５００℃以下の基板温度で（Ｐｂ 1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）薄膜を安定に作製することができる。
体薄膜の構成によれば、Ｚｒを含まないペロブスカイト
型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3
（０≦ｘ＜１）とＺｒを含むペロブスカイト型誘電体薄
膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4
Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の結晶構造がほぼ同じ
であるために、（Ｐｂ1-x Ｌａx ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （０
≦ｘ＜１）薄膜に引きずられる形で（Ｐｂ1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）薄膜を容易に結晶成長させることができ、その結
果、強誘電性、焦電性、圧電性等の電気特性を損なうこ
となく、５００℃以下の基板温度で（Ｐｂ 1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）薄膜を安定に作製することができる。
【００２９】本発明の構成において、Ｚｒを含まないペ
ロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が５０オングストロー
ム以下であるという好ましい構成によれば、Ｚｒを含む
ペロブスカイト型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ 3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）の電気的特性に影響を及ぼすことがない。
ロブスカイト型誘電体薄膜の膜厚が５０オングストロー
ム以下であるという好ましい構成によれば、Ｚｒを含む
ペロブスカイト型誘電体薄膜である（Ｐｂ1-x Ｌａx ）
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ 3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜
１）の電気的特性に影響を及ぼすことがない。
【００３０】また、本発明に係る誘電体薄膜の製造方法
によれば、本発明に係る誘電体薄膜を、効率よく合理的
に作製することができる。また、本発明方法の構成にお
いて、荷電粒子もしくは中性粒子ビームをターゲットに
照射することにより基板上に誘電体薄膜を形成するとい
う好ましい構成によれば、１×１０-4Ｔｏｒｒ程度の真
空中で１ｋｅＶ程度の運動エネルギーを有する荷電粒子
もしくは中性粒子ビームによってターゲットをスパッタ
リングすることにより、基板に飛来するスパッタ粒子の
運動エネルギーを比較的高くすることができるので、さ
らに低い基板温度で高品質の（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒ
y Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）薄
膜を形成することができる。
によれば、本発明に係る誘電体薄膜を、効率よく合理的
に作製することができる。また、本発明方法の構成にお
いて、荷電粒子もしくは中性粒子ビームをターゲットに
照射することにより基板上に誘電体薄膜を形成するとい
う好ましい構成によれば、１×１０-4Ｔｏｒｒ程度の真
空中で１ｋｅＶ程度の運動エネルギーを有する荷電粒子
もしくは中性粒子ビームによってターゲットをスパッタ
リングすることにより、基板に飛来するスパッタ粒子の
運動エネルギーを比較的高くすることができるので、さ
らに低い基板温度で高品質の（Ｐｂ1-x Ｌａx ）（Ｚｒ
y Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１）薄
膜を形成することができる。
【図１】本発明に係る誘電体薄膜の構造の一実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】本発明の一実施例の誘電体薄膜の製造方法に用
いた薄膜形成装置の概略図である。
いた薄膜形成装置の概略図である。
【図３】本発明の一実施例の誘電体薄膜の製造方法によ
りＭｇＯ（１００）単結晶基板上に形成された誘電体薄
膜のＸ線回折強度を示す図である。
りＭｇＯ（１００）単結晶基板上に形成された誘電体薄
膜のＸ線回折強度を示す図である。
【図４】本発明の一実施例の誘電体薄膜の製造方法によ
り単結晶Ｓｉ上部にＰｔ（１１１）を蒸着した基板上に
形成された誘電体薄膜のＸ線回折強度を示す図である。
り単結晶Ｓｉ上部にＰｔ（１１１）を蒸着した基板上に
形成された誘電体薄膜のＸ線回折強度を示す図である。
【図５】本発明の一実施例の誘電体薄膜の製造方法によ
り形成された誘電体薄膜の分極反転特性を示す図であ
る。
り形成された誘電体薄膜の分極反転特性を示す図であ
る。
１ 基板 ２ ＰＬＴ薄膜 ３ ＰＬＺＴ薄膜 ４、５、６、７ イオン源 ８、９、１０、１１ ターゲット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｎ 9046−4Ｋ Ｈ０１Ｇ 4/10 9375−5Ｅ Ｈ０１Ｌ 21/285 Ｓ 7376−4Ｍ 21/64 7630−4Ｍ 41/08 // Ｈ０１Ｌ 27/108
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｚｒを含まないペロブスカイト型誘電体
薄膜と、Ｚｒを含むペロブスカイト型誘電体薄膜との積
層構造を有する誘電体薄膜。 - 【請求項２】 基板上に第１層としてＺｒを含まないペ
ロブスカイト型誘電体薄膜を形成し、前記第１層の上に
Ｚｒを含むペロブスカイト型誘電体薄膜を形成する誘電
体薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 荷電粒子もしくは中性粒子ビームをター
ゲットに照射することにより基板上に誘電体薄膜を形成
する請求項２に記載の誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 Ｚｒを含まないペロブスカイト型誘電体
薄膜の膜厚が５０オングストローム以下である請求項１
に記載の誘電体薄膜又は請求項２に記載の誘電体薄膜の
製造方法。 - 【請求項５】 Ｚｒを含まないペロブスカイト型誘電体
薄膜が（Ｐｂ1-x Ｌａ x ）Ｔｉ1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１）の組成で構成されるペロブスカイト型誘電体薄膜で
あり、Ｚｒを含むペロブスカイト型誘電体薄膜が（Ｐｂ
1-x Ｌａx ）（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （０≦ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）の組成で構成されるペロブスカイト型
誘電体薄膜である請求項１に記載の誘電体薄膜又は請求
項２に記載の誘電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5079721A JPH06290983A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 誘電体薄膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5079721A JPH06290983A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 誘電体薄膜及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06290983A true JPH06290983A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=13698069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5079721A Pending JPH06290983A (ja) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | 誘電体薄膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06290983A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998029908A1 (fr) * | 1996-12-25 | 1998-07-09 | Hitachi, Ltd. | Memoire ferroelectrique et son procede de fabrication |
| WO2002029129A1 (fr) * | 2000-10-03 | 2002-04-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Film mince piezo-electrique et son procede de preparation, et element piezo-electrique comportant le film mince piezo-electrique, tete a jet d'encre utilisant l'element piezo-electrique et dispositif d'impression a jet d'encre dote de la tete a jet d'encre |
| US6666943B2 (en) | 2000-12-04 | 2003-12-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Film transfer method |
| US7033001B2 (en) | 2001-12-18 | 2006-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, manufacturing method thereof, and ink jet type recording apparatus |
| US7380318B2 (en) | 2003-11-13 | 2008-06-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing liquid discharge head |
| WO2012063642A1 (ja) | 2010-11-10 | 2012-05-18 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 強誘電体薄膜、強誘電体薄膜の製造方法、圧電体素子の製造方法 |
| WO2012124409A1 (ja) | 2011-03-15 | 2012-09-20 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 強誘電体薄膜およびその製造方法 |
| WO2014024695A1 (ja) | 2012-08-08 | 2014-02-13 | コニカミノルタ株式会社 | 圧電素子、圧電デバイス、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ |
| WO2014024696A1 (ja) | 2012-08-10 | 2014-02-13 | コニカミノルタ株式会社 | 圧電素子、圧電デバイス、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ |
| US10369787B2 (en) | 2015-05-25 | 2019-08-06 | Konica Minolta, Inc. | Piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, inkjet printer, and method for manufacturing piezoelectric actuator |
-
1993
- 1993-04-06 JP JP5079721A patent/JPH06290983A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998029908A1 (fr) * | 1996-12-25 | 1998-07-09 | Hitachi, Ltd. | Memoire ferroelectrique et son procede de fabrication |
| US6623986B2 (en) | 1996-12-25 | 2003-09-23 | Hitachi, Ltd. | Method of manufacturing a ferroelectric memory device |
| US6906365B2 (en) | 1996-12-25 | 2005-06-14 | Hitachi, Ltd. | Ferroelectric memory device including an upper protection electrode |
| WO2002029129A1 (fr) * | 2000-10-03 | 2002-04-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Film mince piezo-electrique et son procede de preparation, et element piezo-electrique comportant le film mince piezo-electrique, tete a jet d'encre utilisant l'element piezo-electrique et dispositif d'impression a jet d'encre dote de la tete a jet d'encre |
| US7001014B2 (en) | 2000-10-03 | 2006-02-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric thin film and method for preparation theof, and piezoelectric element having the piezoelectric thin film, ink-jet head using the piezoelectric element, and ink-jet recording device having the ink-jet head |
| US6666943B2 (en) | 2000-12-04 | 2003-12-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Film transfer method |
| US7478558B2 (en) | 2001-12-18 | 2009-01-20 | Panasonic Corporation | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, method for manufacturing the same, and ink jet recording apparatus |
| US7033001B2 (en) | 2001-12-18 | 2006-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, manufacturing method thereof, and ink jet type recording apparatus |
| US7380318B2 (en) | 2003-11-13 | 2008-06-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing liquid discharge head |
| WO2012063642A1 (ja) | 2010-11-10 | 2012-05-18 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 強誘電体薄膜、強誘電体薄膜の製造方法、圧電体素子の製造方法 |
| US9705070B2 (en) | 2010-11-10 | 2017-07-11 | Konica Minolta, Inc. | Ferroelectric thin film, method of manufacturing same and method of manufacturing piezoelectric element |
| WO2012124409A1 (ja) | 2011-03-15 | 2012-09-20 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 強誘電体薄膜およびその製造方法 |
| US9246080B2 (en) | 2011-03-15 | 2016-01-26 | Konica Minolta, Inc. | Ferroelectric thin film and method for producing same |
| WO2014024695A1 (ja) | 2012-08-08 | 2014-02-13 | コニカミノルタ株式会社 | 圧電素子、圧電デバイス、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ |
| US9853203B2 (en) | 2012-08-08 | 2017-12-26 | Konica Minolta, Inc. | Piezoelectric element with underlying layer to control crystallinity of a piezoelectric layer, and piezoelectric device, inkjet head, and inkjet printer including such piezoelectric element |
| WO2014024696A1 (ja) | 2012-08-10 | 2014-02-13 | コニカミノルタ株式会社 | 圧電素子、圧電デバイス、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ |
| US9318687B2 (en) | 2012-08-10 | 2016-04-19 | Konica Minolta, Inc. | Piezoelectric element, piezoelectric device, ink-jet head, and ink-jet printer |
| US10369787B2 (en) | 2015-05-25 | 2019-08-06 | Konica Minolta, Inc. | Piezoelectric thin film, piezoelectric actuator, inkjet head, inkjet printer, and method for manufacturing piezoelectric actuator |
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