JPH0953188A - Production of preferentially oriented platinum thin film electrode and functional element using the same - Google Patents
Production of preferentially oriented platinum thin film electrode and functional element using the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｓｉ基板もしくは
Ｓｉ基板上アモルファスＳｉＯ2 上に直接もしくはＴ
ｉ、Ｔａ等のバッファ層を介して形成されたＰｔ薄膜電
極の製造方法に関する。特に、焦電型赤外線センサ、不
揮発性メモリや圧電センサ等に用いられる、正方晶構造
誘電体薄膜を作製する場合の電極として有用な（１０
０）配向性を有するＰｔ電極の製造方法に関する。ま
た、本発明は、このようにして形成された機能素子に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Si substrate or an amorphous SiO 2 on a Si substrate directly or on a T
The present invention relates to a method of manufacturing a Pt thin film electrode formed via a buffer layer of i, Ta or the like. In particular, it is useful as an electrode for producing a tetragonal structure dielectric thin film used for a pyroelectric infrared sensor, a non-volatile memory, a piezoelectric sensor, etc. (10
0) A method for manufacturing a Pt electrode having orientation. The present invention also relates to the functional element thus formed.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、強誘電体薄膜や圧電体薄膜等
を電気的、光学的に利用した機能素子が開発されてい
る。該機能素子には、例えば強誘電体を利用した焦電型
赤外線センサ、不揮発性メモリ、圧電体を利用した圧力
センサなどがある。このような機能素子では、薄膜の結
晶方位によって特性の変化するものが多い。すなわち、
薄膜の結晶配向方位によっては性能を１００％引き出せ
たり、全く引き出せない場合もある。このため、素子の
性能向上には薄膜の結晶配向方位が重要である。2. Description of the Related Art Conventionally, functional elements have been developed which electrically and optically utilize ferroelectric thin films, piezoelectric thin films and the like. Examples of the functional element include a pyroelectric infrared sensor using a ferroelectric substance, a non-volatile memory, and a pressure sensor using a piezoelectric substance. In many such functional elements, the characteristics change depending on the crystal orientation of the thin film. That is,
Depending on the crystal orientation of the thin film, the performance may be 100% or not at all. Therefore, the crystal orientation of the thin film is important for improving the device performance.
【０００３】例えば、ペロブスカイト構造の強誘電体の
一種であるチタン酸鉛系強誘電体の多くは、その結晶構
造が正方晶構造であり、ｃ軸方向に自発分極を持つ。こ
のため、ｃ軸を基板と垂直方向に配向させる（ｃ軸配
向）ことにより、基板と垂直方向の自発分極を最大にす
ることができ、これを用いて作製した機能素子が最大限
の性能を発揮することができる。For example, most of lead titanate-based ferroelectrics, which are a kind of ferroelectrics having a perovskite structure, have a tetragonal crystal structure and have spontaneous polarization in the c-axis direction. Therefore, by orienting the c-axis in the direction perpendicular to the substrate (c-axis orientation), the spontaneous polarization in the direction perpendicular to the substrate can be maximized, and the functional element manufactured using this can maximize the performance. Can be demonstrated.
【０００４】それに対して、無配向多結晶膜やｃ軸以外
の結晶方位に配向した膜では、基板と垂直方向の自発分
極を最大にすることができず、これを用いて作製した機
能素子は十分な性能が発揮されない。特に、ａ軸を基板
と垂直に配向させた（ａ軸配向）場合は上述のような機
能素子の特性は全く得られない。On the other hand, a non-oriented polycrystalline film or a film oriented in a crystal orientation other than the c-axis cannot maximize the spontaneous polarization in the direction perpendicular to the substrate, and a functional element fabricated using this Not enough performance. In particular, when the a-axis is oriented perpendicular to the substrate (a-axis orientation), the characteristics of the functional element as described above cannot be obtained at all.
【０００５】このように、ペロブスカイト構造チタン酸
鉛系強誘電体薄膜を形成する場合において、結晶配向方
位の制御が重要な要素となっている。As described above, when forming a lead titanate-based ferroelectric thin film having a perovskite structure, control of the crystal orientation is an important factor.
【０００６】薄膜の結晶配向方位は、自然配向する場合
を除いて、膜形成時の下地電極の結晶配向方位の影響を
受けて決定される。よって、下地電極および基板を適切
に選択することが、結晶配向方位の制御に対して有効な
手段であるといえる。The crystal orientation of the thin film is determined by the influence of the crystal orientation of the base electrode during film formation, except when it is naturally oriented. Therefore, it can be said that proper selection of the base electrode and the substrate is an effective means for controlling the crystal orientation direction.
【０００７】チタン酸鉛系強誘電体薄膜を形成する場合
に、下地電極として白金（Ｐｔ）がよく用いられる。Ｐ
ｔは高融点金属であり、しかも酸化されにくいので誘電
体との界面にＰｔ酸化層を形成せず、素子の性能を劣化
させないという利点を有する。しかも、ｃ軸配向膜形成
に際しても利点を有する。When forming a lead titanate-based ferroelectric thin film, platinum (Pt) is often used as a base electrode. P
Since t is a refractory metal and is hard to be oxidized, it has an advantage that a Pt oxide layer is not formed at the interface with the dielectric and the device performance is not deteriorated. Moreover, there is an advantage in forming the c-axis alignment film.
【０００８】Ｐｔの結晶構造は格子定数が３．９２オン
グストロームの面心立方格子であり、その（１００）面
は一辺が３．９２オングストロームの正方形をしてい
る。それに対して、例えば強誘電体としてチタン酸鉛を
選択した場合、チタン酸鉛の結晶はａ軸方向の格子定数
が３．９０オングストロームであり、その（１００）面
は一辺が３．９０オングストロームの正方形をしており
Ｐｔ（１００）面と近似している。このため、Ｐｔ（１
００）面上にチタン酸鉛のｃ軸配向膜を形成することが
可能となっている。The crystal structure of Pt is a face-centered cubic lattice having a lattice constant of 3.92 angstroms, and its (100) plane is a square having one side of 3.92 angstroms. On the other hand, when lead titanate is selected as the ferroelectric substance, for example, the crystal of lead titanate has a lattice constant of 3.90 angstroms in the a-axis direction, and its (100) plane has a side of 3.90 angstroms. It has a square shape and is close to the Pt (100) plane. Therefore, Pt (1
It is possible to form a c-axis oriented film of lead titanate on the (00) plane.
【０００９】しかし、アモルファス基板、例えば通常Ｉ
Ｃ基板として用いられるＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上にスパッ
タ法によりＰｔを形成した場合、（１１１）自然配向膜
となる。このため、このＰｔ上に例えばチタン酸鉛薄膜
を形成した場合、ｃ軸配向膜は得らなかった。従って、
このようにして製造した素子では十分な性能を引き出す
ことはできず、該薄膜を機能素子に好適に用いることは
できなかった。However, an amorphous substrate, for example I
When Pt is formed on the SiO 2 / Si substrate used as the C substrate by the sputtering method, it becomes a (111) natural orientation film. Therefore, when a lead titanate thin film was formed on this Pt, a c-axis oriented film was not obtained. Therefore,
The device manufactured in this way cannot bring out sufficient performance, and the thin film could not be suitably used for a functional device.
【００１０】そこで、従来より、ｃ軸配向膜を得るため
に、基板として単結晶ＭｇＯ（１００）を用い、その上
に若干の酸素の存在下でのスパッタリングによりＰｔを
堆積させ（１００）配向させる手法がとられている。こ
の手法を用いれぱ、チタン酸鉛のｃ軸配向膜の形成が可
能であり、機能素子に好適に用いることができる。Therefore, conventionally, in order to obtain a c-axis oriented film, single crystal MgO (100) is used as a substrate, and Pt is deposited thereon by sputtering in the presence of some oxygen to orient (100). The approach is taken. By using this method, a c-axis oriented film of lead titanate can be formed and can be suitably used for a functional element.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年機能素
子一般に対して、高機能化、インテリジェント化が要求
されるようになり、そのためには素子部とＩＣ部とを一
体化することが必要である。通常、ＩＣ部を構成するた
めの基板としてＳｉ基板が用いられており、素子部とｌ
Ｃ部を一体化させた機能素子を作製するためには、Ｓｉ
基板を用いて素子を形成することが必要となる。However, in recent years, functional elements in general have been required to have higher functionality and be intelligent, and for that purpose, it is necessary to integrate the element section and the IC section. . Normally, a Si substrate is used as a substrate for forming the IC part,
To manufacture a functional element in which the C portion is integrated,
It is necessary to form the element using the substrate.
【００１２】Ｓｉ基板を用いて誘電体薄膜を形成する場
合、Ｓｉ基板もしくはＳｉ基板上のＳｉＯ2 上に直接も
しくはＴｉ、Ｔａ等のバッファ層（密着層）を介して、
Ｐｔ層をスパッタリング法で形成した上に、誘電体薄膜
を形成する構成のものが従来から提案されている。When a dielectric thin film is formed using a Si substrate, it may be directly formed on the Si substrate or SiO 2 on the Si substrate or via a buffer layer (adhesion layer) such as Ti or Ta.
A structure in which a Pt layer is formed by a sputtering method and then a dielectric thin film is formed has been proposed.
【００１３】しかし、前述したようにＳｉ基板もしくは
Ｓｉ基板上のＳｉＯ2 上に、直接もしくはＴｉ、Ｔａ等
のバッファ層を介してＰｔのような面心立方体の結晶構
造をとる金属を薄膜化させる場合、表面エネルギーが最
も小さくなる（１１１）配向性をとりやすく、このよう
なＰｔ層を機能素子として好適に用いることはできな
い。However, as described above, a metal having a face-centered cubic crystal structure such as Pt is thinned on the Si substrate or SiO 2 on the Si substrate directly or through a buffer layer such as Ti or Ta. In this case, (111) orientation having the smallest surface energy is easily obtained, and such a Pt layer cannot be preferably used as a functional element.
【００１４】そこで、Ｓｉ基板もしくはＳｉ基板上のＳ
ｉＯ2 上に（１００）配向性のＭｇＯ層を形成し、この
上にＰｔ薄膜を形成する手法が提案されている。しか
し、ＭｇＯ層形成のための専用のプロセスが必要とな
り、コストの面で実用上問題がある。Therefore, the Si substrate or the S on the Si substrate is
A method has been proposed in which a (100) -oriented MgO layer is formed on iO 2 and a Pt thin film is formed thereon. However, a dedicated process for forming the MgO layer is required, and there is a practical problem in terms of cost.
【００１５】本発明の目的は、誘電体薄膜を作製する場
合の電極として有用であり、Ｓｉ基板もしくはＳｉ基板
上アモルファスＳｉＯ2 （ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）上に直接も
しくはＴｉ、Ｔａ等のバッファ層を介して形成された
（１００）配向性を有するＰｔ薄膜電極の製造方法を提
供することにある。The object of the present invention is useful as an electrode when producing a dielectric thin film, and a Si substrate or amorphous SiO 2 (SiO 2 / Si) on a Si substrate is directly provided with a buffer layer such as Ti or Ta. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a Pt thin film electrode having a (100) orientation formed through the above.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明は、（１００）配
向性を有するＰｔ薄膜上に正方晶構造誘電体薄膜をｃ軸
配向させることができることに注目し、正方晶構造誘電
体薄膜をｃ軸配向させることで、焦電型赤外線センサ、
不揮発性メモリや圧力センサ等に好適に用いることがで
きる誘電体薄膜素子用電極である（１００）配向性を有
するＰｔ薄膜の製造方法を提供するものである。The present invention focuses on the fact that a tetragonal structure dielectric thin film can be c-axis oriented on a Pt thin film having a (100) orientation, and a tetragonal structure dielectric thin film By orienting the axis, a pyroelectric infrared sensor,
Provided is a method for producing a Pt thin film having a (100) orientation, which is an electrode for a dielectric thin film element, which can be suitably used for a nonvolatile memory, a pressure sensor and the like.
【００１７】本発明の（１００）配向性を有するＰｔ薄
膜電極の製造方法は、基板上にＰｔ−Ｐｂ合金層を形成
した後、このＰｔ−Ｐｂ合金薄膜を酸化雰囲気で熱処理
することを特徴としている。そして、この熱処理により
Ｐｂを徐々に酸化しながら表面に析出させ、熱処理後表
面に形成されたＰｂＯ層を除去することを特徴とする。The method of manufacturing a Pt thin film electrode having (100) orientation of the present invention is characterized in that after a Pt-Pb alloy layer is formed on a substrate, the Pt-Pb alloy thin film is heat-treated in an oxidizing atmosphere. There is. Then, Pb is gradually oxidized by this heat treatment to precipitate on the surface, and the PbO layer formed on the surface after the heat treatment is removed.
【００１８】ここで、（１００）配向性を有すると言え
るためには、下記式で定義される配向率αが、０．５以
上であることが必要である。Here, in order to have the (100) orientation, the orientation rate α defined by the following formula must be 0.5 or more.
【００１９】α＝Ｉ（２００）／｛Ｉ（１１１）＋Ｉ
（２００）＋Ｉ（２２０）＋Ｉ（３１１）｝ ここで、Ｉ（１１１）、Ｉ（２００）、Ｉ（２２０）お
よびＩ（３１１）は粉末サンプルで規格化した（１１
１）、（２００）、（２２０）、および（３１１）面か
らのＸ線回折強度である。Α = I (200) / {I (111) + I
(200) + I (220) + I (311)} Here, I (111), I (200), I (220), and I (311) were standardized by the powder sample (11
The X-ray diffraction intensities from the (1), (200), (220), and (311) planes.
【００２０】また、Ｐｔ−Ｐｂ合金薄膜は、Ｐｂを２０
〜６０ａｔ．％（ａｔｏｍ％）含み、残部がＰｔおよび
微量元素からなる組成を有することが好ましい。The Pt-Pb alloy thin film contains Pb of 20
~ 60 at. % (Atom%) with the balance being Pt and trace elements.
【００２１】このような合金薄膜の製造方法は限定的で
はないが、例えばＰｔおよびＰｂの夕ーゲットを用いて
同時にスパッタリングを行うマルチターゲットスパタリ
ング法により形成可能である。または、表面にＰｂＯ層
を形成したＰｔ（１１１）自然配向膜を水素ガス等の還
元雰囲気中でアニール処理することによっても形成可能
である。The method for producing such an alloy thin film is not limited, but it can be formed by, for example, a multi-target sputtering method in which sputtering is simultaneously performed using Pt and Pb targets. Alternatively, it can also be formed by annealing a Pt (111) natural orientation film having a PbO layer formed on the surface in a reducing atmosphere such as hydrogen gas.
【００２２】このようにして形成されたＰｔ−Ｐｂ合金
薄膜は、Ｐｔ相とＰｔ−Ｐｂ相からなり、（１１１）配
向性を有する。Ｐｔ−Ｐｂ合金薄膜の膜厚は限定的では
ないが、例えば下地電極に使用した場合において適切な
厚さである１０００〜２０００オングストロームとする
のが好適である。The Pt-Pb alloy thin film thus formed is composed of a Pt phase and a Pt-Pb phase and has a (111) orientation. Although the film thickness of the Pt-Pb alloy thin film is not limited, it is preferably 1000 to 2000 angstrom, which is an appropriate thickness when used as a base electrode, for example.
【００２３】また、Ｐｔ−Ｐｂ合金薄膜の熱処理温度
は、３００℃以上、好ましくは４００℃から５００℃が
好適である。The heat treatment temperature of the Pt-Pb alloy thin film is 300 ° C or higher, preferably 400 ° C to 500 ° C.
【００２４】さらに、熱処理雰囲気は限定的ではない
が、０．０１％以上の酸素ガスを含んでいることが好ま
しく、０．１〜１０％の酸素ガスを含んだ窒素ガスがよ
り好ましい。Further, the heat treatment atmosphere is not limited, but preferably contains 0.01% or more of oxygen gas, and more preferably nitrogen gas containing 0.1 to 10% of oxygen gas.
【００２５】表面に形成されたＰｂＯ層は、望ましくは
酢酸で除去されるが、硝酸、アルカリ、酢酸鉛、塩化ア
ンモニウム、塩化カルシウムの水溶液によっても除去可
能である。また、ＰｂＯ層除去後Ｐｔ表面にＰｔとＰｂ
Ｏとの混合層が形成されている場合があるが、該混合層
は、例えばＡｒイオンミリングにより除去可能である。The PbO layer formed on the surface is preferably removed with acetic acid, but can also be removed with an aqueous solution of nitric acid, alkali, lead acetate, ammonium chloride or calcium chloride. Also, after removing the PbO layer, Pt and Pb are formed on the Pt surface.
A mixed layer with O may be formed, but the mixed layer can be removed by, for example, Ar ion milling.
【００２６】前述したようにＳｉ基板もしくはＳｉ基板
上のＳｉＯ2 上に、直接もしくはＴｉ、Ｔａ等のバッフ
ァ層を介してスパッタ法などにより（１００）配向性を
有するＰｔ電極を形成することは困難である。なぜなら
ば、Ｓｉ基板もしくはＳｉ基板上のＳｉＯ2 上に、直接
もしくはＴｉ、Ｔａ等のバッファ層を介してＰｔのよう
な面心立方体の結晶構造をとる金属を薄膜化させる場
合、表面エネルギーが最も小さくなる（１１１）配向性
をとりやすいからである。As described above, it is difficult to form a Pt electrode having a (100) orientation on the Si substrate or SiO 2 on the Si substrate directly or through a buffer layer of Ti, Ta or the like by a sputtering method or the like. Is. This is because when a metal having a face-centered cubic crystal structure such as Pt is thinned on the Si substrate or SiO 2 on the Si substrate directly or through a buffer layer such as Ti or Ta, the surface energy is the highest. This is because it tends to have a small (111) orientation.
【００２７】そこで、本発明者は、Ｐｔ薄膜を（１０
０）配向させることが可能とすべく検討した結果、Ｐｔ
−Ｐｂ合金薄膜を熱処理し、かつ熱処理後表面に形成さ
れたＰｂＯ層を除去することを特徴とするＰｔ薄膜電極
の製造方法を見出した。この製造方法を用いれぱ、Ｐｔ
薄膜を（１００）配向させるという課題を達成すること
ができる。Therefore, the present inventor has used a Pt thin film (10
0) As a result of studying the possibility of orientation, Pt
A process for producing a Pt thin film electrode has been found, which comprises heat treating a Pb alloy thin film and removing the PbO layer formed on the surface after the heat treatment. Use this manufacturing method, Pt
The problem of (100) orientation of the thin film can be achieved.
【００２８】ここで、本発明により、上記効果が得られ
る機構の詳細は不明であるが、Ｐｔ−Ｐｂ合金薄膜を熱
処理することにより合金中のＰｂが徐々に酸化されて表
面に析出し、ＰｂがぬけることによってＰｔの再配列が
促進されて（１００）への再配列が起こり、（１００）
配向性を有するＰｔが得られたのではないかと考えられ
る。Although the details of the mechanism by which the above-mentioned effects are obtained by the present invention are not clear, Pb in the alloy is gradually oxidized by heat treatment of the Pt-Pb alloy thin film to precipitate on the surface. When Pt is removed, Pt rearrangement is promoted and rearrangement to (100) occurs, resulting in (100)
It is considered that Pt having orientation was obtained.
【００２９】このように、本発明によれば、Ｓｉ基板も
しくはＳｉ基板上のＳｉＯ2 上に、直接もしくはＴｉ、
Ｔａ等のバッファ層を介して（１００）配向性を有する
Ｐｔ薄膜電極を形成することができる。これにより、該
Ｐｔ薄膜電極上に正方晶構造誘電体薄膜をｃ軸配向させ
ることが可能となる。よって、本発明の製造方法により
形成された誘電体、膜素子は焦電型赤外線センサ、不揮
発性メモリや圧力センサ等に好適に用いることができ
る。As described above, according to the present invention, the Si substrate or the SiO 2 on the Si substrate is directly or Ti,
A Pt thin film electrode having a (100) orientation can be formed through a buffer layer of Ta or the like. This enables the tetragonal structure dielectric thin film to be c-axis oriented on the Pt thin film electrode. Therefore, the dielectric and film element formed by the manufacturing method of the present invention can be suitably used for a pyroelectric infrared sensor, a non-volatile memory, a pressure sensor, and the like.
【００３０】[0030]
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
に基づいて説明する。図１は、本実施形態の製造方法に
よって作製された機能素子である誘電体薄膜素子を示し
ており、誘電体薄膜素子１は、（１００）面のＳｉ基板
２上に、電極とＳｉ基板との密着性を向上させ、かつＳ
ｉが電極へ拡散するのを防ぐために一般によくとられる
方法であるバッファ層としてＴａバッファ層３、（１０
０）配向性を有するＰｔ薄膜電極４、チタン酸鉛ランタ
ン強誘電薄膜５、および上部電極６を有する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a dielectric thin film element that is a functional element manufactured by the manufacturing method of the present embodiment. The dielectric thin film element 1 includes an electrode and a Si substrate on a (100) plane Si substrate 2. Improves the adhesiveness of
The Ta buffer layer 3, (10) is used as a buffer layer, which is a commonly used method for preventing i from diffusing into the electrode.
0) It has a Pt thin film electrode 4 having orientation, a lead lanthanum titanate ferroelectric thin film 5, and an upper electrode 6.
【００３１】この図１に示す誘電体薄膜素子１は、図２
に示すように、以下の要領で作製した。The dielectric thin film element 1 shown in FIG.
As shown in FIG.
【００３２】まず、Ｓｉ基板２上にＲＦマグネトロンス
パッタリングにより厚さ約１０００オングストロームの
Ｔａバッファ層３を基板温度３００℃で形成した（Ｓ
１）。次に、Ｔａバッファ層３上に、ＰｔおよびＰｂの
２つのターゲットを用い、それぞれの夕ーゲットに加え
られるＲＦ（高周波）パワーを制御することによって、
膜の組成を制御する手法であるＲＦマグネトロンマルチ
スパッタリングにより、厚さ約１０００オングストロー
ムのＰｔを３０ａｔ．％含むＰｔ−Ｐｂ合金薄膜を基板
温度３００℃で形成した（Ｓ２）。First, a Ta buffer layer 3 having a thickness of about 1000 angstrom was formed on a Si substrate 2 by RF magnetron sputtering at a substrate temperature of 300.degree.
1). Next, by using two targets of Pt and Pb on the Ta buffer layer 3 and controlling the RF (radio frequency) power applied to each target,
By RF magnetron multi-sputtering, which is a method for controlling the composition of the film, Pt having a thickness of about 1000 angstroms was formed at 30 at. % Pt—Pb alloy thin film was formed at a substrate temperature of 300 ° C. (S2).
【００３３】このようにして形成されたＰｔ−Ｐｂ合金
薄膜は、Ｐｔ相とＰｔ−Ｐｂ相からなり（１１１）配向
した。次に、形成されたＰｔ−Ｐｂ合金薄膜／Ｔａ／Ｓ
ｉ基板を、酸素ガスを０．１％含む窒素ガス雰囲気中で
４００℃の熱処理を行った（Ｓ３）。熱処理により、Ｐ
ｔ−Ｐｂ合金薄膜からＰｂが酸化されながら分離して表
面にＰｂＯ層を形成し、ＰｂＯ／Ｐｔ／Ｔａ／Ｓｉ構造
に変化した。The Pt-Pb alloy thin film thus formed was composed of a Pt phase and a Pt-Pb phase and had a (111) orientation. Next, the formed Pt-Pb alloy thin film / Ta / S
The i substrate was heat-treated at 400 ° C. in a nitrogen gas atmosphere containing 0.1% oxygen gas (S3). P by heat treatment
Pb was separated from the t-Pb alloy thin film while being oxidized to form a PbO layer on the surface, and the structure was changed to a PbO / Pt / Ta / Si structure.
【００３４】次に、表面ＰｂＯ層を酢酸により洗浄し、
ＰｂＯ層を除去した（Ｓ４）。そして、このＰｂＯ層を
除去した後、Ａｒイオンエッチングによる表面洗浄を行
って、ＲＦマグネトロンスパッタリングによりチタン酸
鉛ランタン強誘電薄膜５を形成した（Ｓ５）。最後に、
Ａｕを蒸着して上部電極６を形成し（Ｓ６）、誘電体薄
膜素子１を作製した。Next, the surface PbO layer is washed with acetic acid,
The PbO layer was removed (S4). Then, after removing the PbO layer, surface cleaning was performed by Ar ion etching, and a lead lanthanum titanate ferroelectric thin film 5 was formed by RF magnetron sputtering (S5). Finally,
The upper electrode 6 was formed by depositing Au (S6), and the dielectric thin film element 1 was produced.
【００３５】図３に本実施形態の表面ＰｂＯ層除去後の
オージェ電子分光による深さ方向分析を示す。表面に３
０オングストローム以下のＰｔとＰｂＯとの混在層がみ
られるものの、Ｐｔ層内にはＰｂがほとんど存在しない
ことが確かめられた。FIG. 3 shows a depth direction analysis by Auger electron spectroscopy after removing the surface PbO layer of this embodiment. 3 on the surface
Although a mixed layer of Pt and PbO having a thickness of 0 angstrom or less can be seen, it was confirmed that Pb hardly exists in the Pt layer.
【００３６】図４に本発明の製造方法により作製された
Ｐｔ薄膜電極の熱処理前後におけるＸ線回折パターンを
示す。熱処理前は、Ｐｔ相およびＰｔ−Ｐｂ相の（１１
１）配向膜であったのに対して、熱処理後Ｐｔ−Ｐｂ相
は消失しＰｔ相のみが存在している。そして、Ｐｔ相の
結晶配向方位は（１００）であり、その配向率αとし
て、０．８２が得られた。なお、結晶方位（１００）
は、Ｘ線回折によると（２００）であり、図には（２０
０）と記載してある。FIG. 4 shows X-ray diffraction patterns before and after heat treatment of the Pt thin film electrode manufactured by the manufacturing method of the present invention. Prior to the heat treatment, the Pt phase and the Pt-Pb phase (11
1) In contrast to the oriented film, the Pt-Pb phase disappears after the heat treatment and only the Pt phase exists. The crystal orientation of the Pt phase was (100), and the orientation rate α was 0.82. The crystal orientation (100)
Is (200) according to X-ray diffraction, and (20
0) is described.
【００３７】よって、図３とあわせて、本発明の製造方
法により（１００）配向性を有するＰｔ薄膜電極の作製
が可能であることがわかった。Therefore, together with FIG. 3, it was found that a Pt thin film electrode having a (100) orientation can be manufactured by the manufacturing method of the present invention.
【００３８】図５にＰｔ−Ｐｂ合金薄膜におけるＰｂ含
有量とＰｔ（１００）配向率αとの関係を示す。Ｐｂ含
有量が２０％から６０％の範囲で、配向率αが０．４を
超えている、すなわちＰｔ−Ｐｂ合金薄膜中のＰｂの含
有率を２０〜６０ａｔ．％とすることで（１００）配向
性を有するＰｔ薄膜電極が得られることが確かめられ
た。FIG. 5 shows the relationship between the Pb content in the Pt-Pb alloy thin film and the Pt (100) orientation ratio α. When the Pb content is in the range of 20% to 60%, the orientation ratio α exceeds 0.4, that is, the Pb content in the Pt-Pb alloy thin film is 20 to 60 at. It was confirmed that a Pt thin film electrode having a (100) orientation can be obtained by setting the content to be%.
【００３９】図６にＰｔ（１００）配向率αとチタン酸
鉛ランタン薄膜のｃ軸配向率βの関係を示す。ここで、
ｃ軸配向率βは下記式で定義される。FIG. 6 shows the relationship between the Pt (100) orientation rate α and the c-axis orientation rate β of the lead lanthanum titanate thin film. here,
The c-axis orientation rate β is defined by the following formula.
【００４０】β＝Ｉ（００１）／｛Ｉ（００１）＋Ｉ
（１００）＋Ｉ（１０１）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１
１）｝ 但し、Ｉ（００１）、Ｉ（１００）、Ｉ（１０１）、Ｉ
（１１０）およびＩ（１１１）は粉末サンプルで規格化
した（００１）、（１００）、（１０１）、（１１
０）、および（１１１）面からのＸ線回折強度である。Β = I (001) / {I (001) + I
(100) + I (101) + I (110) + I (11
1)} where I (001), I (100), I (101), I
(110) and I (111) were normalized to powder samples (001), (100), (101), (11).
0) and X-ray diffraction intensities from the (111) plane.
【００４１】図６から明らかなように、Ｐｔ（１００）
配向率αが大きいほど、チタン酸鉛ランタン薄膜のｃ軸
配向率βも大きくなっている。このように、本実施形態
の製造方法によって作製された（１００）配向性を有す
るＰｔ薄膜電極を用いることにより、チタン酸鉛ランタ
ン薄膜等の正方晶系誘電体薄膜をｃ軸配向させることが
できる。従って、得られた誘電体薄膜を利用して、高性
能の焦電型赤外線センサ、不揮発性メモリや圧電センサ
を得ることができる。As is clear from FIG. 6, Pt (100)
The larger the orientation rate α, the larger the c-axis orientation rate β of the lead lanthanum titanate thin film. Thus, by using the Pt thin film electrode having the (100) orientation produced by the manufacturing method of the present embodiment, a tetragonal dielectric thin film such as a lead lanthanum titanate thin film can be c-axis oriented. . Therefore, a high-performance pyroelectric infrared sensor, a non-volatile memory, or a piezoelectric sensor can be obtained by using the obtained dielectric thin film.
【図１】 本発明の実施形態の製造方法により製造され
た膜構成を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a film structure manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施形態の製造方法を示すフローチ
ャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の実施形態の製造方法により製造され
た膜の表面ＰｂＯ層除去後のオージェ電子分光による深
さ方向分析を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing depth direction analysis by Auger electron spectroscopy after removing the surface PbO layer of the film manufactured by the manufacturing method of the embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の実施形態製造方法により作製された
Ｐｔ薄膜電極の熱処理前後におけるＸ線回折パターンを
示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern before and after heat treatment of a Pt thin film electrode manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
【図５】 Ｐｔ−Ｐｂ合金薄膜におけるＰｂ含有量とＰ
ｔ（１００）配向率αとの関係を示す図である。FIG. 5 shows Pb content and P in a Pt-Pb alloy thin film.
It is a figure which shows the relationship with t (100) orientation rate (alpha).
【図６】 Ｐｔ（１００）配向率αとチタン酸鉛ランタ
ン薄膜のｃ軸配向率βの関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a Pt (100) orientation rate α and a c-axis orientation rate β of a lead lanthanum titanate thin film.
１ 誘電体薄膜素子、２ Ｓｉ基板、３ Ｔａバッファ
層、４ Ｐｔ薄膜電極、５ チタン酸鉛ランタン強誘電
薄膜、６ 上部電極。1 dielectric thin film element, 2 Si substrate, 3 Ta buffer layer, 4 Pt thin film electrode, 5 lead lanthanum titanate ferroelectric thin film, 6 upper electrode.
Claims (7)
形成されたＰｔ−Ｐｂ合金薄膜を酸素含有気体中で熱処
理し表面にＰｂＯ層を形成し、表面に形成されたＰｂＯ
層を除去し、（１００）配向性を有するＰｔ薄膜電極を
得ることを特徴とする優先配向したＰｔ薄膜電極の製造
方法。1. A Pt—Pb alloy thin film is formed on a substrate,
The formed Pt-Pb alloy thin film is heat-treated in an oxygen-containing gas to form a PbO layer on the surface, and the PbO formed on the surface.
A method for producing a Pt thin film electrode with preferential orientation, which comprises removing the layer to obtain a Pt thin film electrode having (100) orientation.
２０〜６０ａｔ．％であることを特徴とする請求項１記
載の優先配向した白金電極の製造方法。2. The Pb concentration in the Pt-Pb alloy thin film is 20 to 60 at. %, The method for producing a preferentially oriented platinum electrode according to claim 1.
その酸素含有率が０．０１％以上であることを特徴とす
る請求項１または２に記載の優先配向したＰｔ薄膜電極
の製造方法。3. The oxygen-containing gas used in the heat treatment is
The method for producing a preferentially oriented Pt thin film electrode according to claim 1 or 2, wherein the oxygen content is 0.01% or more.
３００℃以上であることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の優先配向したＰｔ薄膜電極の製造方法。4. The method for producing a preferentially oriented Pt thin film electrode according to claim 1, wherein in the heat treatment, the heat treatment temperature is 300 ° C. or higher.
面にＳｉＯ2 層が形成されたＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の優先
配向したＰｔ薄膜電極の製造方法。5. The preferentially oriented Pt according to claim 1, wherein the substrate is a Si substrate or a SiO 2 / Si substrate in which an SiO 2 layer is formed on the surface of the Si substrate. Method for manufacturing thin film electrode.
面にＳｉＯ2 層が形成されたＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板上にＴ
ｉまたはＴａ層を形成し、この上にＰｔ−Ｐｂ合金薄膜
を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の優先配向したＰｔ薄膜電極の製造方法。Wherein T is the substrate SiO 2 / Si substrate that SiO 2 layer formed on the Si substrate or the Si surface of the substrate
The method for producing a preferentially oriented Pt thin film electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein an i or Ta layer is formed and a Pt-Pb alloy thin film is formed thereon.
成されたＳｉＯ2 ／Ｓｉからなる基板と、 この基板上に形成された（１００）配向性を有するＰｔ
薄膜電極と、 このＰｔ薄膜電極上に形成されたｃ軸配向を有する正方
晶構造強誘電体層と、 を有することを特徴とする機能素子。7. A substrate of Si or SiO 2 / Si having a SiO 2 layer formed on the surface of Si, and Pt having (100) orientation formed on the substrate.
A functional element comprising: a thin film electrode; and a tetragonal structure ferroelectric layer having c-axis orientation formed on the Pt thin film electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21164395A JPH0953188A (en) | 1995-08-21 | 1995-08-21 | Production of preferentially oriented platinum thin film electrode and functional element using the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0953188A true JPH0953188A (en) | 1997-02-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP21164395A Pending JPH0953188A (en) | 1995-08-21 | 1995-08-21 | Production of preferentially oriented platinum thin film electrode and functional element using the same |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JPH0953188A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005353578A (en) * | 2004-05-11 | 2005-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Light emitting element |
| US7176132B2 (en) | 2002-10-30 | 2007-02-13 | Fujitsu Limited | Manufacturing method of semiconductor device |
| CN115058686A (en) * | 2022-06-17 | 2022-09-16 | 广东风华高新科技股份有限公司 | Preparation method for regulating and controlling crystal growth orientation of Pt film layer |
-
1995
- 1995-08-21 JP JP21164395A patent/JPH0953188A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7176132B2 (en) | 2002-10-30 | 2007-02-13 | Fujitsu Limited | Manufacturing method of semiconductor device |
| JP2005353578A (en) * | 2004-05-11 | 2005-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Light emitting element |
| CN115058686A (en) * | 2022-06-17 | 2022-09-16 | 广东风华高新科技股份有限公司 | Preparation method for regulating and controlling crystal growth orientation of Pt film layer |
| CN115058686B (en) * | 2022-06-17 | 2024-02-20 | 广东风华高新科技股份有限公司 | Preparation method for regulating and controlling growth orientation of Pt film crystal |
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