JP2889463B2 - 配向性強誘電体薄膜素子 - Google Patents
配向性強誘電体薄膜素子Info
- Publication number
- JP2889463B2 JP2889463B2 JP5163891A JP16389193A JP2889463B2 JP 2889463 B2 JP2889463 B2 JP 2889463B2 JP 5163891 A JP5163891 A JP 5163891A JP 16389193 A JP16389193 A JP 16389193A JP 2889463 B2 JP2889463 B2 JP 2889463B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mgo
- thin film
- substrate
- epitaxial
- ferroelectric thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 55
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 25
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 claims 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 23
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 10
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical group [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 2
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000005616 pyroelectricity Effects 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エピタキシャルＭｇＯ
をバッファ層として用い、単結晶Ｓｉ（１００）基板上
に、エピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄膜を形成
したものであって、不揮発性メモリーやキャパシター、
または光集積回路などの素子をＳｉ半導体基板上に作製
する場合に利用することができる配向性強誘電体薄膜素
子に関する。
をバッファ層として用い、単結晶Ｓｉ（１００）基板上
に、エピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄膜を形成
したものであって、不揮発性メモリーやキャパシター、
または光集積回路などの素子をＳｉ半導体基板上に作製
する場合に利用することができる配向性強誘電体薄膜素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、酸化物強誘電体薄膜は強誘電体の
もつ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果などの多
くの性質により不揮発性メモリーを始めとして表面弾性
波素子、赤外線焦電素子、音響光学素子、電気光学素子
など多くの応用が期待されている。これらの応用のう
ち、薄膜光導波路構造での低光損失化と単結晶なみの分
極特性や電気光学効果を得るために単結晶薄膜の作製が
不可欠である。そのため、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉ
Ｏ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ
3 （ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂＯ3 、Ｂｉ4 Ｔ
ｉ3 Ｏ12などのエピタキシャル強誘電体薄膜がＲｆ−マ
グネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッ
タリング、レーザー・アブレーション（レーザー・デポ
ジション）、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）などの方
法によって酸化物単結晶基板に形成することが種々試み
られている。
もつ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果などの多
くの性質により不揮発性メモリーを始めとして表面弾性
波素子、赤外線焦電素子、音響光学素子、電気光学素子
など多くの応用が期待されている。これらの応用のう
ち、薄膜光導波路構造での低光損失化と単結晶なみの分
極特性や電気光学効果を得るために単結晶薄膜の作製が
不可欠である。そのため、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉ
Ｏ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ
3 （ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂＯ3 、Ｂｉ4 Ｔ
ｉ3 Ｏ12などのエピタキシャル強誘電体薄膜がＲｆ−マ
グネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッ
タリング、レーザー・アブレーション（レーザー・デポ
ジション）、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）などの方
法によって酸化物単結晶基板に形成することが種々試み
られている。
【０００３】しかしながら、半導体素子との集積化のた
めには半導体基板上に強誘電体薄膜を作製することが必
要である。Ｓｉ基板上における強誘電体薄膜のエピタキ
シャル成長は、高成長温度、Ｓｉと強誘電体との間の相
互拡散、Ｓｉの酸化などの為に難しい。これらの理由の
ため低温で半導体基板上にエピタキシャル成長し、強誘
電体薄膜のエピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリア
としても働くキャッピング層をバッファ層として、半導
体基板上に形成することが必要である。さらに、強誘電
体と半導体との間に絶縁体を形成したＦＥＴ素子におい
ては、そのようなバッファ層が存在すれば、強誘電体の
分極時に半導体からの電荷の注入を防ぐことができ、強
誘電体の分極状態を維持することが容易となる。また、
強誘電体の屈折率は一般にＳｉよりも小さいが、強誘電
体よりも小さい屈折率をもつバッファ層が得られればレ
ーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ込めることが
可能になり、光集積回路をＳｉ半導体集積回路上に作製
することが可能になる。
めには半導体基板上に強誘電体薄膜を作製することが必
要である。Ｓｉ基板上における強誘電体薄膜のエピタキ
シャル成長は、高成長温度、Ｓｉと強誘電体との間の相
互拡散、Ｓｉの酸化などの為に難しい。これらの理由の
ため低温で半導体基板上にエピタキシャル成長し、強誘
電体薄膜のエピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリア
としても働くキャッピング層をバッファ層として、半導
体基板上に形成することが必要である。さらに、強誘電
体と半導体との間に絶縁体を形成したＦＥＴ素子におい
ては、そのようなバッファ層が存在すれば、強誘電体の
分極時に半導体からの電荷の注入を防ぐことができ、強
誘電体の分極状態を維持することが容易となる。また、
強誘電体の屈折率は一般にＳｉよりも小さいが、強誘電
体よりも小さい屈折率をもつバッファ層が得られればレ
ーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ込めることが
可能になり、光集積回路をＳｉ半導体集積回路上に作製
することが可能になる。
【０００４】これに対し、Ｓｉ（１００）単結晶上にＭ
ｇＡｌ2 Ｏ4 （１００）またはＭｇＯ（１００）をエピ
タキシャル成長させた基板上に強誘電体化合物をエピタ
キシャル成長させることが、特開昭６１−１８５８０８
号公報に示されているが、Ｓｉ（１００）単結晶とＭｇ
Ｏ（１００）との結晶学的関係は明らかにはされていな
い。事実、その後の研究において（１００）配向性のＭ
ｇＯがＳｉ（１００）単結晶に形成された際にも、Ｍｇ
Ｏは（１００）面がＳｉ（１００）面に平行であるだけ
で、面内方位はランダムな配向性多結晶ＭｇＯであるこ
とが明らかにされている（Ｐ．Ｔｉｗａｒｉ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６９，８３５８（１９
９１））．その後、格子定数と熱安定性とにより強誘電
体や高温超電導体の基板としてよく用いられるＭｇＯ
は、Ｓｉ上へエピタキシャル成長させることができるこ
とが初めて明らかにされ（Ｄ．Ｋ．Ｆｏｒｋ ｅｔ ａ
ｌ．， Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８， ２２
９４（１９９１））、そしてそれを利用した超電導薄膜
が提案されている。
ｇＡｌ2 Ｏ4 （１００）またはＭｇＯ（１００）をエピ
タキシャル成長させた基板上に強誘電体化合物をエピタ
キシャル成長させることが、特開昭６１−１８５８０８
号公報に示されているが、Ｓｉ（１００）単結晶とＭｇ
Ｏ（１００）との結晶学的関係は明らかにはされていな
い。事実、その後の研究において（１００）配向性のＭ
ｇＯがＳｉ（１００）単結晶に形成された際にも、Ｍｇ
Ｏは（１００）面がＳｉ（１００）面に平行であるだけ
で、面内方位はランダムな配向性多結晶ＭｇＯであるこ
とが明らかにされている（Ｐ．Ｔｉｗａｒｉ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６９，８３５８（１９
９１））．その後、格子定数と熱安定性とにより強誘電
体や高温超電導体の基板としてよく用いられるＭｇＯ
は、Ｓｉ上へエピタキシャル成長させることができるこ
とが初めて明らかにされ（Ｄ．Ｋ．Ｆｏｒｋ ｅｔ ａ
ｌ．， Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８， ２２
９４（１９９１））、そしてそれを利用した超電導薄膜
が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
技術では、単結晶Ｓｉ基板上に強誘電体薄膜をエピタキ
シャル成長させることは困難であった。したがって、本
発明は、この問題点を解決することを目的とするもので
ある。すなわち、本発明の目的は、単結晶Ｓｉ（１０
０）基板上に、エピタキシャルまたは配向性の強誘電体
薄膜を形成した配向性強誘電体薄膜素子を提供すること
にある。本発明の他の目的は、高機能の不揮発性メモリ
ーやキャパシター、または光変調素子等の素子を半導体
基板上に作製する場合に利用可能な配向性強誘電体薄膜
素子を提供することにある。
技術では、単結晶Ｓｉ基板上に強誘電体薄膜をエピタキ
シャル成長させることは困難であった。したがって、本
発明は、この問題点を解決することを目的とするもので
ある。すなわち、本発明の目的は、単結晶Ｓｉ（１０
０）基板上に、エピタキシャルまたは配向性の強誘電体
薄膜を形成した配向性強誘電体薄膜素子を提供すること
にある。本発明の他の目的は、高機能の不揮発性メモリ
ーやキャパシター、または光変調素子等の素子を半導体
基板上に作製する場合に利用可能な配向性強誘電体薄膜
素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、気相成長
法によりＭｇＯをＳｉ（１００）基板上へエピタキシャ
ル成長させ、また、ＭｇＯをバッファ層として用いると
強誘電体薄膜がＳｉ（１００）基板上へエピタキシャル
成長できることを発見し、本発明を完成するに至った。
本発明の配向性強誘電体薄膜素子は、単結晶Ｓｉ（１０
０）基板上にエピタキシャルＭｇＯバッファ層が形成さ
れ、さらにその上にエピタキシャルまたは配向性のペロ
ブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜が形成されており、
前記単結晶Ｓｉ（１００）基板とエピタキシャルＭｇＯ
バッファ層の結晶学的関係が、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ
（１００）、面内方位ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００
１］であることを特徴とする。
法によりＭｇＯをＳｉ（１００）基板上へエピタキシャ
ル成長させ、また、ＭｇＯをバッファ層として用いると
強誘電体薄膜がＳｉ（１００）基板上へエピタキシャル
成長できることを発見し、本発明を完成するに至った。
本発明の配向性強誘電体薄膜素子は、単結晶Ｓｉ（１０
０）基板上にエピタキシャルＭｇＯバッファ層が形成さ
れ、さらにその上にエピタキシャルまたは配向性のペロ
ブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜が形成されており、
前記単結晶Ｓｉ（１００）基板とエピタキシャルＭｇＯ
バッファ層の結晶学的関係が、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ
（１００）、面内方位ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００
１］であることを特徴とする。
【０００７】以下、本発明について詳記する。本発明に
おいて、配向性強誘電体薄膜における結晶学的関係は、
例えばＢａＴｉＯ3 については、ＢａＴｉＯ3 （００
１）//ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、面内方位Ｂ
ａＴｉＯ3 ［０１０］//ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００
１］であり、正方晶系の強誘電体の分極方向が基板面に
対して垂直な構造を作ることができる。ＭｇＯとＳｉと
の結晶学的関係は、格子不整が２２．５％となるにもか
かわらず、ＭｇＯとＳｉの結晶方位の関係は、ＭｇＯ
（１００）//Ｓｉ（１００）、面内方位ＭｇＯ［００
１］//Ｓｉ［００１］である。ＭｇＯとＳｉの界面を高
分解能透過型電子顕微鏡にて観察すると、約ＭｇＯ：Ｓ
ｉ＝４：３の格子整合と考えられる構造が形成されてお
り、界面にはＳｉＯ2 などの生成はなく急峻な界面であ
ることが認められる。４：３の格子整合を考えると、格
子不整が９．７％となるＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１０
０）、ＭｇＯ［０１１］//Ｓｉ［００１］のエピタキシ
ャル成長の場合よりも小さな格子不整３．４％となり、
見掛け上は大きな格子不整合を持つにもかかわらず、Ｍ
ｇＯ［０１１］//Ｓｉ［００１］の場合よりも膜内応力
が緩和されて、ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］のエ
ピタキシャル薄膜の膜質は良好なものとなる。したがっ
て、Ｓｉ（１００）単結晶上に、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 （１０
０）もしくはＭｇＯ（１００）をエピタキシャル成長し
た基板上に強誘電体化合物をエピタキシャル成長する場
合、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）でのＭｇＯとＳ
ｉの面内結晶方位の関係はＭｇＯ［０１１］//Ｓｉ［０
０１］ではなく、ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］で
あることが望ましい。
おいて、配向性強誘電体薄膜における結晶学的関係は、
例えばＢａＴｉＯ3 については、ＢａＴｉＯ3 （００
１）//ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、面内方位Ｂ
ａＴｉＯ3 ［０１０］//ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００
１］であり、正方晶系の強誘電体の分極方向が基板面に
対して垂直な構造を作ることができる。ＭｇＯとＳｉと
の結晶学的関係は、格子不整が２２．５％となるにもか
かわらず、ＭｇＯとＳｉの結晶方位の関係は、ＭｇＯ
（１００）//Ｓｉ（１００）、面内方位ＭｇＯ［００
１］//Ｓｉ［００１］である。ＭｇＯとＳｉの界面を高
分解能透過型電子顕微鏡にて観察すると、約ＭｇＯ：Ｓ
ｉ＝４：３の格子整合と考えられる構造が形成されてお
り、界面にはＳｉＯ2 などの生成はなく急峻な界面であ
ることが認められる。４：３の格子整合を考えると、格
子不整が９．７％となるＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１０
０）、ＭｇＯ［０１１］//Ｓｉ［００１］のエピタキシ
ャル成長の場合よりも小さな格子不整３．４％となり、
見掛け上は大きな格子不整合を持つにもかかわらず、Ｍ
ｇＯ［０１１］//Ｓｉ［００１］の場合よりも膜内応力
が緩和されて、ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］のエ
ピタキシャル薄膜の膜質は良好なものとなる。したがっ
て、Ｓｉ（１００）単結晶上に、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 （１０
０）もしくはＭｇＯ（１００）をエピタキシャル成長し
た基板上に強誘電体化合物をエピタキシャル成長する場
合、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）でのＭｇＯとＳ
ｉの面内結晶方位の関係はＭｇＯ［０１１］//Ｓｉ［０
０１］ではなく、ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］で
あることが望ましい。
【０００８】本発明において、単結晶Ｓｉ（１００）基
板上にエピタキシャルＭｇＯバッファ層を形成するが、
成膜条件として、室温〜１２００℃の成膜温度および
０．０１〜１０．０オングストローム／ｓｅｃの成膜速
度が採用され、それによってエピタキシャルＭｇＯバッ
ファ層を形成することができる。ＭｇＯの膜厚は、１０
〜１０5 オングストロームの範囲が好ましい。上記のよ
うに単結晶Ｓｉ（１００）基板上にエピタキシャルＭｇ
Ｏバッファ層を形成することにより、その上にエピタキ
シャルまたは配向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電
体薄膜を形成することが可能になる。具体的には、Ｂａ
ＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ
1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂ
Ｏ3 、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12などの配向性のペロブスカイト
ＡＢＯ3 型強誘電体薄膜を形成する。その膜厚は、０．
０１〜１０μｍの範囲であるのが好ましい。これらの成
膜方法としては、エキシマ・レーザー・デポジション、
Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム
・スパッタリング、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、
イオン・プレーティング、モレキュラー・ビーム・エピ
タキシー（ＭＢＥ）、イオン化クラスター・ビーム・エ
ピタキシー、化学気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属化学
気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、プラズマＣＶＤなどの気相
成長法が有効に使用できる。
板上にエピタキシャルＭｇＯバッファ層を形成するが、
成膜条件として、室温〜１２００℃の成膜温度および
０．０１〜１０．０オングストローム／ｓｅｃの成膜速
度が採用され、それによってエピタキシャルＭｇＯバッ
ファ層を形成することができる。ＭｇＯの膜厚は、１０
〜１０5 オングストロームの範囲が好ましい。上記のよ
うに単結晶Ｓｉ（１００）基板上にエピタキシャルＭｇ
Ｏバッファ層を形成することにより、その上にエピタキ
シャルまたは配向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電
体薄膜を形成することが可能になる。具体的には、Ｂａ
ＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ
1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂ
Ｏ3 、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12などの配向性のペロブスカイト
ＡＢＯ3 型強誘電体薄膜を形成する。その膜厚は、０．
０１〜１０μｍの範囲であるのが好ましい。これらの成
膜方法としては、エキシマ・レーザー・デポジション、
Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム
・スパッタリング、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、
イオン・プレーティング、モレキュラー・ビーム・エピ
タキシー（ＭＢＥ）、イオン化クラスター・ビーム・エ
ピタキシー、化学気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属化学
気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、プラズマＣＶＤなどの気相
成長法が有効に使用できる。
【０００９】本発明においては、前記単結晶Ｓｉ（１０
０）基板とエピタキシャルＭｇＯバッファ層の結晶学的
関係が、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、面内方位
ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］であるが、前記エピ
タキシャルＭｇＯバッファ層とエピタキシャルまたは配
向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜の結晶学
的関係が、ＡＢＯ3 （００１）//ＭｇＯ（１００）また
はＡＢＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１００）、面内方位Ａ
ＢＯ3 ［０１０］//ＭｇＯ［００１］またはＡＢＯ
3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］であるのが好ましい。
０）基板とエピタキシャルＭｇＯバッファ層の結晶学的
関係が、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、面内方位
ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］であるが、前記エピ
タキシャルＭｇＯバッファ層とエピタキシャルまたは配
向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜の結晶学
的関係が、ＡＢＯ3 （００１）//ＭｇＯ（１００）また
はＡＢＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１００）、面内方位Ａ
ＢＯ3 ［０１０］//ＭｇＯ［００１］またはＡＢＯ
3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］であるのが好ましい。
【００１０】
【作用】本発明の配向性強誘電体薄膜素子は、上記の構
成を有するから、単結晶Ｓｉ（１００）基板上への強誘
電体薄膜のエピタキシャル成長が可能になる。すなわ
ち、エピタキシャルＭｇＯバッファ層が、強誘電体薄膜
のエピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリアとしても
働く。この際、格子不整が９．７％となるＭｇＯ（１０
０）//Ｓｉ（１００）、ＭｇＯ［０１１］//Ｓｉ［００
１］のエピタキシャル成長よりも小さな格子不整３．４
％をもつＭｇＯ−Ｓｉの界面では、４：３の格子整合が
形成されていると考えられ、見掛け上は２２．５％と大
きな格子不整合を持つにもかかわらず、ＭｇＯ［０１
１］//Ｓｉ［００１］の場合よりも、膜内応力が緩和さ
れてより良質なＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］のエ
ピタキシャル成長が可能になる。さらに、強誘電体薄膜
の配向が制御できるために大きな残留分極値や大きな電
気光学定数などを得ることができ、強誘電体と半導体と
の間に絶縁体を形成したＦＥＴ素子においては、強誘電
体の分極時の半導体からの電荷の注入を防ぐことがで
き、強誘電体の分極状態を維持することが容易となる。
また、強誘電体の屈折率は一般にＳｉよりも小さいが、
強誘電体よりも小さい屈折率をもつバッファ層が得られ
ればレーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ込める
ことが可能になり、光集積回路をＳｉ半導体集積回路上
に作製することが可能になる。
成を有するから、単結晶Ｓｉ（１００）基板上への強誘
電体薄膜のエピタキシャル成長が可能になる。すなわ
ち、エピタキシャルＭｇＯバッファ層が、強誘電体薄膜
のエピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリアとしても
働く。この際、格子不整が９．７％となるＭｇＯ（１０
０）//Ｓｉ（１００）、ＭｇＯ［０１１］//Ｓｉ［００
１］のエピタキシャル成長よりも小さな格子不整３．４
％をもつＭｇＯ−Ｓｉの界面では、４：３の格子整合が
形成されていると考えられ、見掛け上は２２．５％と大
きな格子不整合を持つにもかかわらず、ＭｇＯ［０１
１］//Ｓｉ［００１］の場合よりも、膜内応力が緩和さ
れてより良質なＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］のエ
ピタキシャル成長が可能になる。さらに、強誘電体薄膜
の配向が制御できるために大きな残留分極値や大きな電
気光学定数などを得ることができ、強誘電体と半導体と
の間に絶縁体を形成したＦＥＴ素子においては、強誘電
体の分極時の半導体からの電荷の注入を防ぐことがで
き、強誘電体の分極状態を維持することが容易となる。
また、強誘電体の屈折率は一般にＳｉよりも小さいが、
強誘電体よりも小さい屈折率をもつバッファ層が得られ
ればレーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ込める
ことが可能になり、光集積回路をＳｉ半導体集積回路上
に作製することが可能になる。
【００１１】
実施例１ 単結晶Ｓｉ基板へのエピタキシャルＭｇＯバッファ層の
形成は、ターゲット表面をＵＶレーザー・パルスにより
瞬間的に加熱し蒸着を行うエキシマ・レーザー・デポジ
ション法によって行った。レーザーはＸｅＣｌエキシマ
・レーザー（波長３０８ｎｍ）を用い、パルス周期４Ｈ
ｚ、パルス長１７ｎｓ、エネルギー１３０ｍＪ（ターゲ
ット表面でのエネルギー密度１．３Ｊ／ｃｍ2 ）の条件
とした。ターゲットと基板の距離は５０ｍｍである。タ
ーゲットはＭｇＯが波長３０８ｎｍに吸収を持たないた
めに金属Ｍｇを用いた。ＭｇＯは１０ｅＶ以上の高い結
合エネルギーを持っているため、Ｏ2 を成膜中に導入す
ることによってＭｇは容易に酸化される。Ｓｉ基板はハ
ロゲン・ランプによって加熱した。
形成は、ターゲット表面をＵＶレーザー・パルスにより
瞬間的に加熱し蒸着を行うエキシマ・レーザー・デポジ
ション法によって行った。レーザーはＸｅＣｌエキシマ
・レーザー（波長３０８ｎｍ）を用い、パルス周期４Ｈ
ｚ、パルス長１７ｎｓ、エネルギー１３０ｍＪ（ターゲ
ット表面でのエネルギー密度１．３Ｊ／ｃｍ2 ）の条件
とした。ターゲットと基板の距離は５０ｍｍである。タ
ーゲットはＭｇＯが波長３０８ｎｍに吸収を持たないた
めに金属Ｍｇを用いた。ＭｇＯは１０ｅＶ以上の高い結
合エネルギーを持っているため、Ｏ2 を成膜中に導入す
ることによってＭｇは容易に酸化される。Ｓｉ基板はハ
ロゲン・ランプによって加熱した。
【００１２】単結晶Ｓｉ基板としては、ｎ型またはｐ
型、（１００）面、６×６ｍｍのウエハーを用いた。こ
れらの基板は溶剤洗浄の後、ＨＦ系溶液にてエッチング
を行った。さらにこの基板を脱イオン水とエタノールで
リンスし、最後に窒素流下でエタノールによるスピン乾
燥を行った。スピン乾燥後に基板を直ちにデポジション
・チャンバーに導入し、一定温度、バックグラウンド圧
力３×１０-7Ｔｏｒｒ、５００℃以上にて加熱を行っ
て、Ｓｉ表面のＨ不動態層の脱離（昇華）を図り、続い
てＭｇＯを２００〜７００℃、１×１０-6〜１×１０-3
Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件にて４０〜３００オングストロー
ムのＭｇＯの成膜を行った。
型、（１００）面、６×６ｍｍのウエハーを用いた。こ
れらの基板は溶剤洗浄の後、ＨＦ系溶液にてエッチング
を行った。さらにこの基板を脱イオン水とエタノールで
リンスし、最後に窒素流下でエタノールによるスピン乾
燥を行った。スピン乾燥後に基板を直ちにデポジション
・チャンバーに導入し、一定温度、バックグラウンド圧
力３×１０-7Ｔｏｒｒ、５００℃以上にて加熱を行っ
て、Ｓｉ表面のＨ不動態層の脱離（昇華）を図り、続い
てＭｇＯを２００〜７００℃、１×１０-6〜１×１０-3
Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件にて４０〜３００オングストロー
ムのＭｇＯの成膜を行った。
【００１３】Ｘ線回折によって解析するとＳｉ基板上へ
成膜したＭｇＯは広い範囲の条件にて（１００）面単一
配向のエピタキシャル膜となったが、４００〜６００
℃、２×１０-6〜１×１０-5Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件にて
良質な薄膜となることが確認された。ＭｇＯとＳｉの面
内結晶方位の関係を同定するために、Ｘ線回折ファイ・
スキャンを行った。立方晶において（１００）面に対し
て４５°の角度をもっている（２０２）面についてのフ
ァイ・スキャンは、ＭｇＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
のＭｇＯに対して９０°の回転周期をもつシャープなピ
ークを示し、この位置はＳｉのピーク位置に一致した。
これらのことから、ＭｇＯとＳｉとの結晶学的関係は、
格子不整が２２．５％となるにもかかわらず、ＭｇＯと
Ｓｉの結晶方位の関係は、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１
００）、面内方位ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］で
あることが分かった。
成膜したＭｇＯは広い範囲の条件にて（１００）面単一
配向のエピタキシャル膜となったが、４００〜６００
℃、２×１０-6〜１×１０-5Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件にて
良質な薄膜となることが確認された。ＭｇＯとＳｉの面
内結晶方位の関係を同定するために、Ｘ線回折ファイ・
スキャンを行った。立方晶において（１００）面に対し
て４５°の角度をもっている（２０２）面についてのフ
ァイ・スキャンは、ＭｇＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
のＭｇＯに対して９０°の回転周期をもつシャープなピ
ークを示し、この位置はＳｉのピーク位置に一致した。
これらのことから、ＭｇＯとＳｉとの結晶学的関係は、
格子不整が２２．５％となるにもかかわらず、ＭｇＯと
Ｓｉの結晶方位の関係は、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１
００）、面内方位ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］で
あることが分かった。
【００１４】ＭｇＯとＳｉの界面を高分解能透過型電子
顕微鏡にて観察すると、約ＭｇＯ：Ｓｉ＝４：３の格子
整合とみられる構造が形成されており、界面にはＳｉＯ
2 などの生成はなく急峻な界面であった。４：３の格子
整合を考えると、ＭｇＯ：Ｓｉ＝４：３の場合は３．４
％となり、大きな格子不整合を持つにもかかわらず膜内
応力が緩和されたため、良質なＭｇＯ［００１］//Ｓｉ
［００１］のエピタキシャル薄膜が得られたと考えられ
る。
顕微鏡にて観察すると、約ＭｇＯ：Ｓｉ＝４：３の格子
整合とみられる構造が形成されており、界面にはＳｉＯ
2 などの生成はなく急峻な界面であった。４：３の格子
整合を考えると、ＭｇＯ：Ｓｉ＝４：３の場合は３．４
％となり、大きな格子不整合を持つにもかかわらず膜内
応力が緩和されたため、良質なＭｇＯ［００１］//Ｓｉ
［００１］のエピタキシャル薄膜が得られたと考えられ
る。
【００１５】一方、代表的な強誘電体であるＢａＴｉＯ
3 （正方晶系、ペロブスカイト構造）とＳｉ（立方晶
系、ダイアモンド構造）との格子常数は大きく異なり格
子不整合は２６．４％であるが、ＢａＴｉＯ3 （００
１）面とＳｉ（１００）面の面内４５°回転、すなわち
ＢａＴｉＯ3 ［１１０］//Ｓｉ［００１］の方位の関係
において格子整合性を考えると、格子不整合は４．０％
と比較的小さい。そこで、ＢａＴｉＯ3 をＧａＡｓ上に
直接成長を行った。成膜に際して、最初の１００レーザ
ー・パルスの間、前記のように各種のＯ2 圧にし、その
後１．０ｍＴｏｒｒＯ2 にて成膜を続けた。最初の１０
０パルス間のＯ2 圧と成膜温度に依存してＢａＴｉＯ3
の結晶性は変化したが、得られたものは、（１１０）／
（１０１）配向の多結晶膜であった。このように、エピ
タキシーは単純な格子整合性によっては決まらなかっ
た。
3 （正方晶系、ペロブスカイト構造）とＳｉ（立方晶
系、ダイアモンド構造）との格子常数は大きく異なり格
子不整合は２６．４％であるが、ＢａＴｉＯ3 （００
１）面とＳｉ（１００）面の面内４５°回転、すなわち
ＢａＴｉＯ3 ［１１０］//Ｓｉ［００１］の方位の関係
において格子整合性を考えると、格子不整合は４．０％
と比較的小さい。そこで、ＢａＴｉＯ3 をＧａＡｓ上に
直接成長を行った。成膜に際して、最初の１００レーザ
ー・パルスの間、前記のように各種のＯ2 圧にし、その
後１．０ｍＴｏｒｒＯ2 にて成膜を続けた。最初の１０
０パルス間のＯ2 圧と成膜温度に依存してＢａＴｉＯ3
の結晶性は変化したが、得られたものは、（１１０）／
（１０１）配向の多結晶膜であった。このように、エピ
タキシーは単純な格子整合性によっては決まらなかっ
た。
【００１６】ＢａＴｉＯ3 をＳｉ上に直接成長させた場
合には、エピタキシーは前記のようにみられなかった
が、６００〜８００℃、１×１０-4〜１×１０-2Ｔｏｒ
ｒ Ｏ2 の条件でＭｇＯバッファー層上にその場成長し
た膜厚５００〜２０００オングストロームのＢａＴｉＯ
3 は、ＭｇＯに対して格子不整合性が５．２％あるが全
てエピタキシャル成長をした。Ｘ線回折パターンを解析
するとＢａＴｉＯ3 はｃ軸配向性であり、ファイ・スキ
ャンによって同定したＢａＴｉＯ3 とＭｇＯ／Ｓｉの結
晶方位の関係は図１に示すように、ＢａＴｉＯ3 （００
１）//ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、ＢａＴｉＯ
3 ［０１０］//ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］であ
った。なお、図１において、１は単結晶Ｓｉ基板（ダイ
ヤモンド構造）、２はＭｇＯ薄膜（ＮａＣｌ構造）、３
はエピタキシャルＢａＴｉＯ3 薄膜（ペロブスカイト構
造）を示す。
合には、エピタキシーは前記のようにみられなかった
が、６００〜８００℃、１×１０-4〜１×１０-2Ｔｏｒ
ｒ Ｏ2 の条件でＭｇＯバッファー層上にその場成長し
た膜厚５００〜２０００オングストロームのＢａＴｉＯ
3 は、ＭｇＯに対して格子不整合性が５．２％あるが全
てエピタキシャル成長をした。Ｘ線回折パターンを解析
するとＢａＴｉＯ3 はｃ軸配向性であり、ファイ・スキ
ャンによって同定したＢａＴｉＯ3 とＭｇＯ／Ｓｉの結
晶方位の関係は図１に示すように、ＢａＴｉＯ3 （００
１）//ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、ＢａＴｉＯ
3 ［０１０］//ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］であ
った。なお、図１において、１は単結晶Ｓｉ基板（ダイ
ヤモンド構造）、２はＭｇＯ薄膜（ＮａＣｌ構造）、３
はエピタキシャルＢａＴｉＯ3 薄膜（ペロブスカイト構
造）を示す。
【００１７】走査型電子顕微鏡によって観察したＢａＴ
ｉＯ3 の表面は極めて平滑であった。さらに原子間力顕
微鏡によってＢａＴｉＯ3 の表面を１×１μｍ2 の範囲
について観察すると、光学研磨をしたガラス（５０〜１
５０オングストロームの表面粗さ）と同等レベルの平滑
性を持っていた。このことからこのＢａＴｉＯ3 膜はそ
の表面平滑性においては、光導波路として良好な低光減
衰特性につながることが期待できる。また、Ｃｒ／２０
００オングストローム−ＢａＴｉＯ3 ／４００オングス
トローム−ＭｇＯ／Ｓｉのキャパシター構造においてＢ
ａＴｉＯ3 の分極特性を測定すると、この構造によるＰ
−Ｅ特性はヒステリシス・ループを示し、ＢａＴｉＯ3
は構造解析によって推定したように、分極軸が単結晶Ｓ
ｉ基板に垂直に配向した強誘電相（正方晶）であること
が分かった。
ｉＯ3 の表面は極めて平滑であった。さらに原子間力顕
微鏡によってＢａＴｉＯ3 の表面を１×１μｍ2 の範囲
について観察すると、光学研磨をしたガラス（５０〜１
５０オングストロームの表面粗さ）と同等レベルの平滑
性を持っていた。このことからこのＢａＴｉＯ3 膜はそ
の表面平滑性においては、光導波路として良好な低光減
衰特性につながることが期待できる。また、Ｃｒ／２０
００オングストローム−ＢａＴｉＯ3 ／４００オングス
トローム−ＭｇＯ／Ｓｉのキャパシター構造においてＢ
ａＴｉＯ3 の分極特性を測定すると、この構造によるＰ
−Ｅ特性はヒステリシス・ループを示し、ＢａＴｉＯ3
は構造解析によって推定したように、分極軸が単結晶Ｓ
ｉ基板に垂直に配向した強誘電相（正方晶）であること
が分かった。
【００１８】実施例２ ＳｉへのエピタキシャルＭｇＯバッファ層の形成は、上
記実施例１と同様に行った。Ｓｉ基板はｎ型またはｐ
型、（１００）面、６×６ｍｍのウエハーを用いた。こ
れらの基板を、実施例１と同様にエッチング、リンス、
乾燥を行った後に、基板を直ちにデポジション・チャン
バーに導入し、一定温度、バックグラウンド圧力３×１
０-7Ｔｏｒｒ、５００℃以上にて加熱を行ってＳｉ表面
のＨ不動態層の脱離（昇華）を図った。続いてＭｇＯを
６００℃、１×１０-5Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件にて約３０
０オングストロームのＭｇＯの成膜を行い、ＭｇＯとＳ
ｉの面内結晶方位の関係がＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１
００）、ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］であるエピ
タキシャル薄膜を得た。６５０℃、１×１０-2Ｔｏｒｒ
Ｏ2 の条件でＭｇＯバッファー層上へその場成長させ
た膜厚２０００オングストロームのＰｂＴｉＯ3 は、ａ
軸配向成長をした。Ｘ線回折パターンによって同定した
ＰｂＴｉＯ3 とＭｇＯ／Ｓｉの結晶方位の関係はＰｂＴ
ｉＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）
であった。
記実施例１と同様に行った。Ｓｉ基板はｎ型またはｐ
型、（１００）面、６×６ｍｍのウエハーを用いた。こ
れらの基板を、実施例１と同様にエッチング、リンス、
乾燥を行った後に、基板を直ちにデポジション・チャン
バーに導入し、一定温度、バックグラウンド圧力３×１
０-7Ｔｏｒｒ、５００℃以上にて加熱を行ってＳｉ表面
のＨ不動態層の脱離（昇華）を図った。続いてＭｇＯを
６００℃、１×１０-5Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件にて約３０
０オングストロームのＭｇＯの成膜を行い、ＭｇＯとＳ
ｉの面内結晶方位の関係がＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１
００）、ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］であるエピ
タキシャル薄膜を得た。６５０℃、１×１０-2Ｔｏｒｒ
Ｏ2 の条件でＭｇＯバッファー層上へその場成長させ
た膜厚２０００オングストロームのＰｂＴｉＯ3 は、ａ
軸配向成長をした。Ｘ線回折パターンによって同定した
ＰｂＴｉＯ3 とＭｇＯ／Ｓｉの結晶方位の関係はＰｂＴ
ｉＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）
であった。
【００１９】走査型電子顕微鏡によって観察したＰｂＴ
ｉＯ3 の表面は、光導波路として良好な低光減衰特性に
つながると期待できる極めて平滑ものであった。また、
同様にしてＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ
3 （ＰＬＺＴ）もエピタキシャルＭｇＯバッファ層を用
いることによりＳｉへエピタキシャル成長させることが
できた。
ｉＯ3 の表面は、光導波路として良好な低光減衰特性に
つながると期待できる極めて平滑ものであった。また、
同様にしてＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ
3 （ＰＬＺＴ）もエピタキシャルＭｇＯバッファ層を用
いることによりＳｉへエピタキシャル成長させることが
できた。
【００２０】実施例３ Ｓｉ（１００）単結晶基板へのＭｇＯバッファ層の形成
を、電子ビーム蒸着法によって行った。ターゲットとし
てＭｇＯを用い、ターゲットと基板の距離は１３０ｍ
ｍ、電子ビーム電流は５〜２０ｍＡとした。Ｓｉ単結晶
基板はハロゲン・ランプによって加熱し、基板温度は３
００℃〜７００℃とした。Ｓｉ単結晶基板として、ｎ型
またはｐ型で（１００）面を持つ６×６ｍｍのウエハー
を用いた。これらのＳｉ単結晶基板を溶剤で洗浄した
後、ＨＦ系溶液にてエッチングを行った。さらに、最後
に窒素流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。ス
ピン乾燥後、Ｓｉ単結晶基板を直ちにデポジション・チ
ャンバーに導入し、バックグラウンド圧力に達した後、
Ｓｉ単結晶基板を加熱し、一定の基板温度に達した時点
でＭｇＯの成膜を行ない、膜厚５００オングストローム
のＭｇＯ膜を形成した。Ｘ線回折によって回析すると、
電子ビーム電流を変えて成膜速度を変化させて成膜した
ＭｇＯは、成膜速度が０．５オングストローム／ｓｅｃ
で、成膜温度が６１０℃、および成膜速度が０．２オン
グストローム／ｓｅｃで、成膜温度が４４０℃の条件で
は、（１００）面単一配向の膜となっていることが分か
った。
を、電子ビーム蒸着法によって行った。ターゲットとし
てＭｇＯを用い、ターゲットと基板の距離は１３０ｍ
ｍ、電子ビーム電流は５〜２０ｍＡとした。Ｓｉ単結晶
基板はハロゲン・ランプによって加熱し、基板温度は３
００℃〜７００℃とした。Ｓｉ単結晶基板として、ｎ型
またはｐ型で（１００）面を持つ６×６ｍｍのウエハー
を用いた。これらのＳｉ単結晶基板を溶剤で洗浄した
後、ＨＦ系溶液にてエッチングを行った。さらに、最後
に窒素流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。ス
ピン乾燥後、Ｓｉ単結晶基板を直ちにデポジション・チ
ャンバーに導入し、バックグラウンド圧力に達した後、
Ｓｉ単結晶基板を加熱し、一定の基板温度に達した時点
でＭｇＯの成膜を行ない、膜厚５００オングストローム
のＭｇＯ膜を形成した。Ｘ線回折によって回析すると、
電子ビーム電流を変えて成膜速度を変化させて成膜した
ＭｇＯは、成膜速度が０．５オングストローム／ｓｅｃ
で、成膜温度が６１０℃、および成膜速度が０．２オン
グストローム／ｓｅｃで、成膜温度が４４０℃の条件で
は、（１００）面単一配向の膜となっていることが分か
った。
【００２１】ＭｇＯバッファー層をＳｉ単結晶基板上に
作製した後、直ちにＰＺＴをＭｇＯ上にゾル・ゲル法に
て作製した。ＰＺＴの作製は、まず、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 とＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 を所定のモル
比にて２−メトキシエタノール：ＣＨ3 ＯＣＨ2 ＣＨ2
ＯＨ（ＲＯＨと略記する。）に溶解し、続いてＰｂ（Ｃ
Ｈ3 ＣＯＯ）2 をＰｂ：（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０：１．
０のモル組成比になるように配合して溶解した。その後
１２５℃にて一定時間蒸留することにより、金属錯体Ｐ
ｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ2 （ＯＲ）2 を形成するとともに副
生成物ＣＨ3 ＣＯＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 の除去を行っ
た。次に、この溶液に、Ｐｂ：Ｈ2 Ｏ：ＮＨ4 ＯＨ＝
１：１：０．１となるようにＨ2 Ｏ：ＮＨ4 ＯＨのＲＯ
Ｈ溶液を加え、数時間還流することにより金属アルコキ
シドを部分的に加水分解した。この後、溶液を減圧濃縮
して最終的にＰｂ濃度で０．６Ｍの安定な前駆体溶液を
得た。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。こ
の前駆体溶液をＭｇＯバッファ層が形成されたＳｉ（１
００）基板に室温Ｎ2 雰囲気中にて２０００ｒｐｍでス
ピンコーティングを行った。スピンコーティングされた
基板は、Ｏ2 雰囲気中で３００℃にて加熱の後、６５０
℃に加熱し、結晶化させた。これにより、膜厚１０００
オングストロームの薄膜が得られた。得られた正方晶組
成のＰＺＴ（Ｚｒ：Ｔｉ＝５０：５０）は、（１００）
面単一配向ＭｇＯ上に（００１）配向性を示し、分極軸
［００１］が基板面に垂直に配向した正方晶ＰＺＴであ
った。
作製した後、直ちにＰＺＴをＭｇＯ上にゾル・ゲル法に
て作製した。ＰＺＴの作製は、まず、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）4 とＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 を所定のモル
比にて２−メトキシエタノール：ＣＨ3 ＯＣＨ2 ＣＨ2
ＯＨ（ＲＯＨと略記する。）に溶解し、続いてＰｂ（Ｃ
Ｈ3 ＣＯＯ）2 をＰｂ：（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０：１．
０のモル組成比になるように配合して溶解した。その後
１２５℃にて一定時間蒸留することにより、金属錯体Ｐ
ｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ2 （ＯＲ）2 を形成するとともに副
生成物ＣＨ3 ＣＯＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 の除去を行っ
た。次に、この溶液に、Ｐｂ：Ｈ2 Ｏ：ＮＨ4 ＯＨ＝
１：１：０．１となるようにＨ2 Ｏ：ＮＨ4 ＯＨのＲＯ
Ｈ溶液を加え、数時間還流することにより金属アルコキ
シドを部分的に加水分解した。この後、溶液を減圧濃縮
して最終的にＰｂ濃度で０．６Ｍの安定な前駆体溶液を
得た。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。こ
の前駆体溶液をＭｇＯバッファ層が形成されたＳｉ（１
００）基板に室温Ｎ2 雰囲気中にて２０００ｒｐｍでス
ピンコーティングを行った。スピンコーティングされた
基板は、Ｏ2 雰囲気中で３００℃にて加熱の後、６５０
℃に加熱し、結晶化させた。これにより、膜厚１０００
オングストロームの薄膜が得られた。得られた正方晶組
成のＰＺＴ（Ｚｒ：Ｔｉ＝５０：５０）は、（１００）
面単一配向ＭｇＯ上に（００１）配向性を示し、分極軸
［００１］が基板面に垂直に配向した正方晶ＰＺＴであ
った。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】さらに、本実施例１〜３では、エキシマ・
レーザー・デポジション法または電子ビーム蒸着法を用
いたが、成膜プロセスはこれに限定されるものではな
く、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビ
ーム・スパッタリング、フラッシュ蒸着、イオン・プレ
ーティング、モレキュラー・ビーム・エピタキシ（ＭＢ
Ｅ）、イオン化クラスター・ビーム・エピタキシ、化学
気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤなどの気相成長法が同様に本
発明におけるＭｇＯ層の作製に有効である。
レーザー・デポジション法または電子ビーム蒸着法を用
いたが、成膜プロセスはこれに限定されるものではな
く、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビ
ーム・スパッタリング、フラッシュ蒸着、イオン・プレ
ーティング、モレキュラー・ビーム・エピタキシ（ＭＢ
Ｅ）、イオン化クラスター・ビーム・エピタキシ、化学
気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤなどの気相成長法が同様に本
発明におけるＭｇＯ層の作製に有効である。
【００２６】
【発明の効果】本発明においては、従来用いられている
単結晶酸化物基板よりも安価な単結晶Ｓｉ（１００）基
板を使用して、その上で強誘電体薄膜をエピタキシャル
成長させることが可能になる。したがって、本発明の配
向性強誘電体薄膜素子は、不揮発性メモリー、キャパシ
ター、ＦＥＴ素子等の作製に有用であり、また光集積回
路などの素子をＳｉ半導体基板上に作製するのに利用す
ることができる。
単結晶酸化物基板よりも安価な単結晶Ｓｉ（１００）基
板を使用して、その上で強誘電体薄膜をエピタキシャル
成長させることが可能になる。したがって、本発明の配
向性強誘電体薄膜素子は、不揮発性メモリー、キャパシ
ター、ＦＥＴ素子等の作製に有用であり、また光集積回
路などの素子をＳｉ半導体基板上に作製するのに利用す
ることができる。
【図１】 エピタキシャルＢａＴｉＯ3 薄膜およびＭｇ
Ｏ薄膜の単結晶Ｓｉ基板に対する結晶方位の関係を示す
説明図である。
Ｏ薄膜の単結晶Ｓｉ基板に対する結晶方位の関係を示す
説明図である。
１…単結晶Ｓｉ基板、２…ＭｇＯ薄膜、３…エピタキシ
ャルＢａＴｉＯ3 薄膜
ャルＢａＴｉＯ3 薄膜
Claims (3)
- 【請求項１】 単結晶Ｓｉ（１００）基板上にエピタキ
シャルＭｇＯバッファ層が形成され、さらにその上にエ
ピタキシャルまたは配向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型
強誘電体薄膜が形成されており、前記単結晶Ｓｉ（１０
０）基板とエピタキシャルＭｇＯバッファ層の結晶学的
関係が、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、面内方位
ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］であることを特徴と
する配向性強誘電体薄膜素子。 - 【請求項２】 前記エピタキシャルＭｇＯバッファ層
が、室温〜１２００℃の成膜温度および０．０１〜１
０．０オングストローム／ｓｅｃの成膜速度において形
成されたものである請求項１記載の配向性強誘電体薄膜
素子。 - 【請求項３】 前記エピタキシャルＭｇＯバッファ層と
エピタキシャルまたは配向性のペロブスカイトＡＢＯ3
型強誘電体薄膜の結晶学的関係が、ＡＢＯ3（００１）/
/ＭｇＯ（１００）またはＡＢＯ3 （１００）//ＭｇＯ
（１００）、面内方位ＡＢＯ3 ［０１０］//ＭｇＯ［０
０１］またはＡＢＯ3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］で
ある請求項１記載の配向性強誘電体薄膜素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5163891A JP2889463B2 (ja) | 1992-11-05 | 1993-06-10 | 配向性強誘電体薄膜素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31922992 | 1992-11-05 | ||
| JP4-319229 | 1992-11-05 | ||
| JP5163891A JP2889463B2 (ja) | 1992-11-05 | 1993-06-10 | 配向性強誘電体薄膜素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196018A JPH06196018A (ja) | 1994-07-15 |
| JP2889463B2 true JP2889463B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=26489193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5163891A Expired - Fee Related JP2889463B2 (ja) | 1992-11-05 | 1993-06-10 | 配向性強誘電体薄膜素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2889463B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5576879A (en) * | 1994-01-14 | 1996-11-19 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Composite optical modulator |
| WO2001075985A1 (fr) * | 2000-03-30 | 2001-10-11 | Fujitsu Limited | Actionneur piezoelectrique, son procede de fabrication et tete a jet d'encre dotee de cet actionneur |
| CN113741068B (zh) * | 2021-09-06 | 2024-06-18 | 华为技术有限公司 | 磁光薄膜、光隔离器以及制造磁光薄膜的方法 |
-
1993
- 1993-06-10 JP JP5163891A patent/JP2889463B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06196018A (ja) | 1994-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2924574B2 (ja) | 配向性強誘電体薄膜素子 | |
| US7020374B2 (en) | Optical waveguide structure and method for fabricating the same | |
| EP0661754B1 (en) | Structure comprising a ferroelectric crystal thin film, its production method and a device using said structure | |
| US5514484A (en) | Oriented ferroelectric thin film | |
| US5801105A (en) | Multilayer thin film, substrate for electronic device, electronic device, and preparation of multilayer oxide thin film | |
| US5776621A (en) | Oriented ferroelectric thin film element | |
| JP3310881B2 (ja) | 積層薄膜、電子デバイス用基板、電子デバイスおよび積層薄膜の製造方法 | |
| JP3047316B2 (ja) | エピタキシャル強誘電体薄膜素子およびその作製方法 | |
| KR100827216B1 (ko) | 마이크로 전자공학 압전 구조체 | |
| JP2000067650A (ja) | 強誘電体薄膜素子およびその製造方法 | |
| US20020006733A1 (en) | Multilayer thin film and its fabrication process as well as electron device | |
| KR100378276B1 (ko) | 절연 재료, 절연막 피복 기판, 그 제조 방법 및 박막 소자 | |
| JP4427925B2 (ja) | 積層薄膜その製造方法および電子デバイス | |
| JP2864912B2 (ja) | 配向性強誘電体薄膜 | |
| JP3095944B2 (ja) | 酸化物結晶薄膜の製造方法及び薄膜素子 | |
| WO2002009159A2 (en) | Thin-film metallic oxide structure and process for fabricating same | |
| JP2889463B2 (ja) | 配向性強誘電体薄膜素子 | |
| JP4399059B2 (ja) | 薄膜構造体 | |
| US6482538B2 (en) | Microelectronic piezoelectric structure and method of forming the same | |
| JP2889492B2 (ja) | 酸化物薄膜の作製方法 | |
| JPH10120494A (ja) | 強誘電体薄膜の製造方法 | |
| JPH06151602A (ja) | 配向性強誘電体薄膜の作製方法 | |
| JPH07133199A (ja) | 配向性強誘電体薄膜 | |
| JP3513532B2 (ja) | 光スイッチング素子 | |
| JP4368004B2 (ja) | 光導波路素子及び光導波路素子の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080219 Year of fee payment: 9 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080219 Year of fee payment: 9 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080219 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080219 Year of fee payment: 9 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080219 Year of fee payment: 9 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080219 Year of fee payment: 9 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080219 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080219 Year of fee payment: 9 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080219 Year of fee payment: 9 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090219 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090219 Year of fee payment: 10 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090219 Year of fee payment: 10 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100219 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100219 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110219 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120219 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130219 Year of fee payment: 14 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |