(57)【要約】【課題】低コストで分極反転の核密度を高めることができる分極反転領域の形成方法を提供する。【解決手段】この分極反転領域の形成方法は、強誘電体結晶（強誘電体結晶基板）１００の第１面に、強誘電体結晶基板１００より低抵抗である低抵抗強誘電体層１０２を形成する工程と、低抵抗強誘電体層１０２上に、第１面のうち分極反転される第１領域１２０の上方に位置する第１電極２４０を形成する工程と、強誘電体結晶基板１００の第１面の反対面である第２面上に形成された第２電極２２０と第１電極２４０の間に電圧を印加することにより、第１領域１２０を分極反転領域とする工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体結晶の第１面に、前記強誘電体結晶より低抵抗である低抵抗強誘電体層を形成する工程と、
前記低抵抗強誘電体層上に、前記第１面のうち分極反転される第１領域の上方に位置する第１電極を形成する工程と、
前記強誘電体結晶の前記第１面の反対面である第２面上に形成された第２電極と、前記第１電極の間に電圧を印加することにより、前記第１領域を分極反転領域とする工程と、
を備える分極反転領域の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の分極反転領域の形成方法において、
前記低抵抗強誘電体層を形成する工程は、還元雰囲気において前記強誘電体結晶の前記第１面を熱処理することにより、前記強誘電体結晶の前記第１面に前記低抵抗強誘電体層を形成する工程である分極反転領域の形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載の分極反転領域の形成方法において、
前記低抵抗強誘電体層を形成する工程は、
周期的に形成されたマスク膜を前記強誘電体結晶の前記第１面上に形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして、還元雰囲気において前記強誘電体結晶の前記第１面を熱処理することにより、前記第１面に選択的に前記低抵抗強誘電体層を形成する工程と、
を備える分極反転領域の形成方法。
【請求項４】
請求項１に記載の分極反転領域の形成方法において、
前記低抵抗強誘電体層を形成する工程は、前記第１面上に前記低抵抗強誘電体層を成膜する工程である分極反転領域の形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の分極反転領域の形成方法において、
前記低抵抗強誘電体層は、前記強誘電体結晶と同一の強誘電体から構成される分極反転領域の形成方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の分極反転領域の形成方法において、
前記低抵抗強誘電体層を成膜する工程は、予め還元雰囲気において熱処理された強誘電体ターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより、前記低抵抗強誘電体層を成膜する工程である分極反転領域の形成方法。
【請求項７】
請求項１に記載の分極反転領域の形成方法において、
前記低抵抗強誘電体層を形成する工程は、
低抵抗強誘電体と前記強誘電体結晶を貼り合せる工程と、
前記低抵抗強誘電体を研磨して薄くすることにより前記低抵抗強誘電体層を形成する工程と
を備える分極反転領域の形成方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の分極反転領域の形成方法により、強誘電体結晶に複数の前記分極反転領域を周期的に形成する工程を有する擬似位相整合素子の製造方法。
【請求項９】
一面及び前記一面の反対面を有する強誘電体結晶と、
前記強誘電体結晶の少なくとも前記一面に周期的に形成された複数の分極反転領域と、
前記一面に形成され、前記強誘電体結晶より低抵抗の低抵抗強誘電体層と、
を備える擬似位相整合素子。
【請求項１０】
強誘電体結晶に分極反転領域を形成する製造システムであって、
強誘電体結晶に還元雰囲気下で熱処理を加える熱処理装置と、
前記強誘電体結晶に電極を形成する電極形成装置と、
前記強誘電体結晶に形成された前記電極に電圧を印加する電圧印加装置と、
を備える製造システム。
【請求項１１】
強誘電体結晶に分極反転領域を形成する製造システムであって、
強誘電体結晶の一面に低抵抗強誘電体層を成膜する成膜装置と、
前記強誘電体結晶に電極を形成する電極形成装置と、
前記強誘電体結晶に形成された前記電極に電圧を印加する電圧印加装置と、
を備える製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低いコストで分極反転の核密度を高めることができる分極反転領域の形成方法、擬似位相整合素子の製造方法、擬似位相整合素子、及び製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3などの強誘電体結晶の誘電分極方向を周期的に１８０度反転（分極反転）させることにより擬似的に位相整合をさせる方法は、擬似位相整合（ＱＰＭ：Quasi-Phase-Matching）と呼ばれている。上記技術により、安価なレーザー光源を用いて、より高い周波数のレーザー光を得ることが可能になる。
【０００３】
分極反転領域を形成する方法としては、Ｔｉ拡散法、電子ビーム照射法、電圧印加法などさまざまな手法が研究開発されてきている。特に電圧印加法の進歩は目覚しい（例えば非特許文献１）。電圧印加法は、例えば特許文献１に記載されているように、強誘電体結晶の上面に上面電極を設け、下面の略全面に下面電極を形成し、両電極間に高電圧をパルス印加するものである。
【０００４】
非特許文献２には、良好な分極反転構造を得るためには、分極反転処理（高圧パルス印加時）初期において、電極端の電界集中域に発生する分極反転の核密度を高めることが重要である、と記載されている。
【０００５】
これに対して特許文献１に記載の技術は、強誘電体結晶に傷や衝撃を与えたり、電極パターンを微細なパターンの集合体とするものである。これにより、電極端を増加し、分極反転処理初期の電界集中域が増加して分極反転の核密度が高まる、と記載されている。
【０００６】
【非特許文献１】栗村直  他９名「ＬｉＮｂＯ3の分極反転における選択的核成長法Ｉ〜動機とその背景〜」、第４９回応用物理学関係連合講演会予稿集（２００２年３月  ２７ａ−ＺＳ−９）
【非特許文献２】丸山真幸  他７名「ＬｉＮｂＯ3の分極反転における選択的核成長法Ｖ〜短周期分極反転における核成長条件〜」第６３回応用物理学関係連合講演会予稿集（２００２年９月  ２７ｐ−Ｂ−３）
【特許文献１】特開２００５−２６６３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の技術では、分極反転の核密度を高めることは可能ではあるが、高価な露光器などの設備が必要であり、製造コストが高くなっていた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低コストで分極反転の核密度を高めることができる分極反転領域の形成方法、擬似位相整合素子の製造方法、擬似位相整合素子、及び製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、強誘電体結晶の第１面に、前記強誘電体結晶より低抵抗である低抵抗強誘電体層を形成する工程と、
前記低抵抗強誘電体層上に、前記第１面のうち分極反転される第１領域の上方に位置する第１電極を形成する工程と、
前記強誘電体結晶の前記第１面の反対面である第２面上に形成された第２電極と、前記第１電極の間に電圧を印加することにより、前記第１領域を分極反転領域とする工程と、
を備える分極反転領域の形成方法が提供される。
【００１０】
本発明によれば、上記した分極反転領域の形成方法により、前記強誘電体結晶に複数の前記分極反転領域を周期的に形成する工程を有する擬似位相整合素子の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明によれば、一面及び前記一面の反対面を有する強誘電体結晶と、
前記強誘電体結晶の少なくとも前記一面に周期的に形成された複数の分極反転領域と、
前記一面に形成され、前記強誘電体結晶より低抵抗の低抵抗強誘電体層とを備える擬似位相整合素子が提供される。
【００１２】
本発明によれば、強誘電体結晶に分極反転領域を形成する製造システムであって、
強誘電体結晶に還元雰囲気下で熱処理を加える熱処理装置と、
前記強誘電体結晶に電極を形成する電極形成装置と、
前記強誘電体結晶に形成された電極に電圧を印加する電圧印加装置と、
を備える製造システムが提供される。
【００１３】
本発明によれば、強誘電体結晶に分極反転領域を形成する製造システムであって、
強誘電体結晶の一面に低抵抗強誘電体層を成膜する成膜装置と、
前記強誘電体結晶に電極を形成する電極形成装置と、
前記強誘電体結晶に形成された電極に電圧を印加する電圧印加装置と、
を備える製造システムが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、低コストで分極反転の核密度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
図１〜図３の各図は、第１の実施形態にかかる分極反転領域の形成方法を説明するための図である。この分極反転領域の形成方法は、強誘電体結晶（強誘電体結晶基板）１００の第１面に、強誘電体結晶基板１００より低抵抗である低抵抗強誘電体層１０２を形成する工程と、低抵抗強誘電体層１０２上に、第１面のうち分極反転される第１領域１２０の上方に位置する第１電極２４０を形成する工程と、強誘電体結晶基板１００の第１面の反対面である第２面上に形成された第２電極２２０と第１電極２４０の間に電圧を印加することにより、第１領域１２０を分極反転領域とする工程と、を備える。この分極反転領域の形成方法は、例えば擬似位相整合素子を形成する工程の一部である。低抵抗強誘電体層１０２は、例えば強誘電体結晶基板１００より酸素含有率が低い酸素欠陥強誘電体層である。以下、詳細に説明する。
【００１７】
まず図１（ａ）の断面図に示すように、強誘電体結晶基板１００を準備する。強誘電体結晶基板１００は、例えばＬｉＮｂＯ3基板又はＬｉＴａＯ3基板であり、その厚さは例えば０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下である。第１面は例えば＋Ｚ面であり、第２面は−Ｚ面である。次いで強誘電体結晶基板１００の第１面を、還元雰囲気において熱処理する。還元雰囲気とは、強誘電体結晶基板１００の第１面から酸素が抜けやすくなる雰囲気を意味しており、例えば減圧雰囲気（１０−４Ｔｏｒｒ以下）である。熱処理温度は、例えば６００℃以上１０００℃以下であり、熱処理時間は例えば１０秒以上９０秒以下である。これにより、強誘電体結晶基板１００の第１面から酸素が欠損し、強誘電体結晶基板１００の第１面が低抵抗強誘電体層１０２になる。低抵抗強誘電体層１０２は、強誘電体結晶基板１００の他の部分より低抵抗な層であり、その厚さは１μｍ以上２０μｍ以下である。
【００１８】
次いで、強誘電体結晶基板１００の低抵抗強誘電体層１０２の上に、第１電極２４０を形成するとともに、強誘電体結晶基板１００のうち第１面の反対面である第２面上に第２電極２２０を形成する。第１電極２４０及び第２電極２２０は、金属膜、例えばＣｒ膜とＡｕ膜をこの順に積層した膜であり、例えば真空蒸着法又はスパッタリング法により形成される。
【００１９】
次いで、第１電極２４０のうち分極反転されない領域である第２領域１１０の上方に位置する部分を選択的に除去する。これにより、第１電極２４０は、第１面のうち第１領域１２０の上方に位置するようになる。また第２電極２２０を選択的に除去することにより、その平面形状を擬似位相整合素子となる領域より少し小さくする。
【００２０】
次いで図２（ａ）に示すように、第１電極２４０と第２電極２２０に高電圧電源５０を接続し、第１電極２４０と第２電極２２０の間に高電圧をパルス印加する。電圧の大きさは、例えば定比組成のＬｉＮｂＯ3基板（厚さが０．５ｍｍ）を用いた場合には０．２ｋＶ以上１ｋＶ以下であり、パルス幅は、例えば１ｍｓであり、パルス形状は、例えば矩形である。また印加されるパルス数は、例えば１００回以上１万回以下である。
【００２１】
このパルス印加において、第１領域１２０のうち第１電極２４０の端部の下に位置する部分に電界が集中し、分極反転領域の核１２２が形成される。また、強誘電体結晶基板１００の第１面には低抵抗強誘電体層１０２が形成されているため、核１２２の生成に必要な電圧が低くなる。このため、第１領域１２０のうち第１電極２４０の端部以外の下に位置する部分においても核１２２が生成する。従って、分極反転領域の核１２２の密度が高くなる。
【００２２】
そして図２（ｂ）に示すように、第１電極２４０と第２電極２２０の間に継続して高電圧のパルス印加を行うと、分極反転領域の核１２２が横方向にも広がって互いにつながり、第１領域１２０の全体に分極反転領域１２４が形成される。このときの電圧の大きさは、核生成のためのパルス印加時より高い電圧、例えば１．５ｋＶ以上３ｋＶ以下であり、パルス幅は核生成のためのパルス印加時より長い時間、例えば１０ｍｓであり、パルス形状は、例えば矩形である。また印加されるパルス数は、核生成のためのパルス印加時より少なく、例えば１〜５回である。
【００２３】
その後図３に示すように、第１電極２４０と第２電極２２０から高電圧電源５０を取り外し、さらに第１電極２４０及び第２電極２２０を除去する。第１電極２４０及び第２電極２２０の除去は、例えばリン酸、硝酸、及び酢酸の混酸を用いたエッチングにより行われる。なお、この工程において低抵抗強誘電体層１０２は除去されないが、特に問題は生じない。このようにして、分極反転領域１２４が形成される。分極反転領域１２４の平面形状は例えば長方形であるが、これに限定されない。
【００２４】
分極反転領域１２４が形成された強誘電体結晶基板１００は、例えば擬似位相整合素子として用いられる。この擬似位相整合素子は、一面及び一面の反対面を有する強誘電体結晶基板１００と、強誘電体結晶基板１００の少なくとも一面に周期的に形成された複数の分極反転領域１２４を備える。また、強誘電体結晶基板１００は、一面に低抵抗強誘電体層１０２を有する。
【００２５】
図４は、本実施形態に示した分極反転領域の形成方法を行うためのシステムの構成を示す図である。このシステムは、熱処理装置４００、電極形成装置４２０、及び電圧印加装置４４０を備える。熱処理装置４００は、強誘電体結晶基板１００に還元雰囲気下で熱処理を加える装置であり、図１（ａ）に示した処理を行う装置である。電極形成装置４２０は、強誘電体結晶基板１００に第１電極２４０及び第２電極２２０を形成する装置であり、図１（ｂ）に示した処理を行う装置である。電極形成装置４２０は、例えば成膜装置（スパッタリング装置）、レジスト膜塗布装置、プリベーク装置、露光装置、現像装置、ポストベーク装置、エッチング装置、及びレジスト膜除去装置を有している。電圧印加装置４４０は、強誘電体結晶基板に形成された電極に電圧を印加する装置であり、図２の各図に示した処理を行う装置である。電圧印加装置４４０は、図２に示した高電圧電源５０を有している。
【００２６】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。上記したように、強誘電体結晶基板１００の第１面には、低抵抗強誘電体層１０２が形成されている。このため、分極反転領域の核１２２の生成に必要な電圧が低くなる。このため、第１領域１２０のうち第１電極２４０の端部以外の下に位置する部分においても核１２２が生成する。従って、低いコストで分極反転領域の核１２２の密度が高くなる。
【００２７】
また、分極反転領域の核１２２を形成する工程において、印加電圧を低くすることができる。
【００２８】
また分極反転の核密度が高くなるため、分極反転領域１２４のアスペクト比（幅に対する深さの比）を大きくすることができる。これにより、分極反転領域１２４を必要な深さにするまでに必要な高電圧のパルス数を少なくすることができ、平面視における分極反転領域１２４の形状の制御性及び再現性が向上する。従って、例えば分極反転領域１２４が形成された強誘電体結晶基板１００を擬似位相整合素子として用いた場合、擬似位相整合素子の性能のばらつきが小さくなる。
【００２９】
図５は、第２の実施形態にかかる分極反転領域の形成方法を説明するための平面図であり、第１の実施形態における図１（ａ）に相当する。本実施形態にかかる分極反転領域の形成方法は、低抵抗強誘電体層１０２の形成方法を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００３０】
本実施形態において、低抵抗強誘電体層１０２は、強誘電体結晶基板１００の第１面上に成膜されている。低抵抗強誘電体層１０２は、強誘電体結晶基板１００と同一の強誘電体から構成されているのが好ましい。低抵抗強誘電体層１０２は、例えばスパッタリング法により形成されている。ここでスパッタリングターゲットとなる強誘電体ターゲットは、予め還元雰囲気下で熱処理することにより、酸素欠損状態になっている。このため、低抵抗強誘電体層１０２は、強誘電体結晶基板１００より低抵抗になる。なお、スパッタリング時の雰囲気を調整することにより、酸素欠損していない強誘電体ターゲットを使用しても、低抵抗強誘電体層１０２を形成することができる。
【００３１】
図６は、本実施形態に示した分極反転領域の形成方法を行うためのシステムの構成を示す図である。このシステムは、熱処理装置４００の代わりに成膜装置４０２を有している点を除いて、第１の実施形態の図４に示したシステムと同様の構成である。成膜装置４０２は強誘電体結晶基板１００の一面に低抵抗強誘電体層１０２を成膜する装置、例えばスパッタリング装置である。
【００３２】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００３３】
図７の各図及び図８は、第３の実施形態に係る分極反転領域の形成方法を説明するための図である。この分極反転領域の形成方法は、低抵抗強誘電体層１０２の形成方法を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００３４】
まず図７（ａ）に示すように、強誘電体結晶基板１００の第１面上に耐熱性の高いマスク膜３００を形成し、マスク膜３００のうち第１領域１２０の上に位置する部分を除去する。マスク膜３００は、例えば酸化シリコン膜である。
【００３５】
次いで図７（ｂ）に示すように、マスク膜３００をマスクとして、強誘電体結晶基板１００の第１面を、還元雰囲気において熱処理する。このときの熱処理条件は第１の実施形態と同様である。これにより、強誘電体結晶基板１００の第１面のうち第１領域１２０には、低抵抗強誘電体層１０２が形成される。
【００３６】
次いで、図８に示すように、第１電極２４０及び第２電極２２０を形成し、第１電極２４０及び第２電極２２０の間に高電圧をパルス印加する。このときの電圧印加条件も、第１の実施形態と同様である。これにより、強誘電体結晶基板１００には分極反転領域１２４が形成される。
【００３７】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
図９は、第４の実施形態に係る分極反転領域の形成方法を説明するための図である。この分極反転領域の形成方法は、低抵抗強誘電体層１０２の形成方法を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００３９】
まず図９（ａ）に示すように、強誘電体結晶基板１００の第１面上に低抵抗強誘電体基板１０４を、例えばウェハ直接接合法を用いて貼りあわせる。低抵抗強誘電体基板１０４は、例えば強誘電体結晶基板１００と同じ材料からなる強誘電体結晶基板を、還元雰囲気下で熱処理して酸素欠損状態にすることで形成されている。
【００４０】
次いで図９（ｂ）に示すように、低抵抗強誘電体基板１０４の表面を研磨し、低抵抗強誘電体基板１０４を薄くする。このようにして、強誘電体結晶基板１００の第１面上に低抵抗強誘電体層１０２が形成される。
【００４１】
その後の工程は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
図１０は、第５の実施形態に係るシステムの構成を示す図である。このシステムは、図４に示した電極形成装置４２０の構成を詳細に示している点、およびダイシング装置４３０を有している点を除いて、第１の実施形態において図４に示したシステムと同様の構成である。このシステムは、第１の実施形態に係る方法により分極反転領域を形成する。また熱処理装置４００及び電極形成装置４２０における処理は、複数の擬似位相整合素子が切り出される前の強誘電体結晶基板１００に対して行なわれる。
【００４３】
電極形成装置４２０は、電極膜形成装置４２１、フォトレジスト膜塗布装置４２２、プリベーク炉４２３、露光装置４２４、現像装置４２５、ポストベーク炉４２６、エッチング装置４２７、及びレジスト剥離装置４２８を備える。
【００４４】
電極膜形成装置４２１は、例えばスパッタリング装置や蒸着装置であり、第１電極２４０となる導電膜及び第２電極２２０となる導電膜を強誘電体結晶基板１００に形成する。導電膜は、単層膜であってもよいし、互いに異なる材料を積層させた積層膜であってもよい。後者の場合、積層膜は、例えばクロムと金をこの順に積層させた膜である。
【００４５】
フォトレジスト膜塗布装置４２２は、第１電極２４０となる導電膜及び第２電極２２０となる導電膜それぞれ上に、フォトレジスト膜を塗布する。プリベーク炉４２３は、フォトレジスト膜塗布装置４２２で塗布されたフォトレジスト膜を乾燥させる。露光装置４２４は、フォトマスクを用いて、フォトレジスト膜に所定のパターンを感光させる。
【００４６】
現像装置４２５は、現像液を保持している容器を有しており、この容器内に強誘電体結晶基板１００を所定の間浸漬させることにより、感光後のフォトレジスト膜を現像する。現像後の強誘電体結晶基板１００は、純水で洗浄された後、エアーガン又はスピンドライヤーを用いて乾燥される。なお現像装置４２５は、上記した処理を自動で行なうものであっても良いし、マニュアル操作で行なうものであってもよい。
【００４７】
ポストベーク炉４２６は、現像装置４２５で処理された後の強誘電体結晶基板１００を熱処理し、現像後のフォトレジスト膜を硬化させる。
【００４８】
エッチング装置４２７は、エッチング液を保持している容器を有しており、この容器内に強誘電体結晶基板１００を所定の間浸漬させることにより、フォトレジスト膜をマスクとして、第１電極２４０となる導電膜及び第２電極２２０となる導電膜をエッチングする。これにより、第１電極２４０及び第２電極２２０が形成される。エッチング後の強誘電体結晶基板１００は、純水で洗浄された後、エアーガン又はスピンドライヤーを用いて乾燥される。なおエッチング装置４２７は、上記した処理を自動で行なうものであっても良いし、マニュアル操作で行なうものであってもよい。また導電膜が、互いに異なる材料を積層させた積層膜である場合、エッチング液が互いに異なる複数のエッチング装置４２７を準備し、複数のエッチング装置４２７それぞれで上記した処理を行なう。
【００４９】
レジスト剥離装置４２８は、レジスト剥離液を保持している容器を有しており、この容器内に強誘電体結晶基板１００を所定の間浸漬させることにより、フォトレジスト膜を剥離する。フォトレジスト膜を剥離した後の強誘電体結晶基板１００は、純水で洗浄された後、エアーガン又はスピンドライヤーを用いて乾燥される。なおレジスト剥離装置４２８は、上記した処理を自動で行なうものであっても良いし、マニュアル操作で行なうものであってもよい。
【００５０】
ダイシング装置４３０は、裏面にダイシングテープが貼り付けられた強誘電体結晶基板１００を、擬似位相整合素子単位に個片化する。その後、電圧印加装置４４０による処理が行なわれる。
【００５１】
なお、電圧印加装置４４０による処理を行なった後に、ダイシング装置４３０を用いて強誘電体結晶基板１００を個片化しても良い。また、熱処理装置４００の代わりに、図６に示した成膜装置４０２を有していてもよい。この場合、図１０に示すシステムは、第２の実施形態に係る方法により分極反転領域を形成する。
【００５２】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。例えば上記した各実施形態において、分極反転領域１２４を形成して第１電極２４０を除去したのち、低抵抗強誘電体層１０２を除去しても良い。
【００５３】
（実施例１）
ＬｉＮｂＯ3基板である強誘電体結晶基板１００を準備した。強誘電体結晶基板１００の直径は４インチであり、厚さは０．５ｍｍであった。そして強誘電体結晶基板１００を還元雰囲気炉に搬入し、雰囲気を減圧雰囲気下（１０−４Ｔｏｒｒ以下）にして、６５０℃で２０秒熱処理した。これにより、強誘電体結晶基板１００の第１面に低抵抗強誘電体層１０２が形成された。低抵抗強誘電体層１０２は、厚さが２μｍであり、抵抗率は１×１０１１Ωｃｍであった。なお、通常のＬｉＮｂＯ3の抵抗率は５×１０１４Ωｃｍである。
【００５４】
次いで、Ｃｒ膜及びＡｕ膜を真空蒸着法によりこの順に積層することにより、第１電極２４０及び第２電極２２０を形成した。次いで、第１電極２４０及び第２電極２２０に、分極反転の核生成のためのパルス印加を行った。このとき、電圧の大きさを０．３ｋＶとして、パルス幅を１ｍｓとして、パルス形状を矩形としてパルス数を１０００回とした。
【００５５】
次いで、第１電極２４０及び第２電極２２０に、分極反転領域の形成のためのパルス印加を行った。具体的には、まず、電圧の大きさが３ｋＶ、パルス幅が１０ｍｓ、パルス形状が矩形のパルスを１回印加し、さらに、電圧の大きさが１．５ｋＶ、パルス幅が５０ｍｓ、パルス形状が矩形のパルスを１回印加した（実施例１）。
【００５６】
また、低抵抗強誘電体層１０２を形成しない点を除いては上記した方法と同一方法により、強誘電体結晶基板１００を処理した（比較例）。
【００５７】
実施例１に係る強誘電体結晶基板１００には、分極反転領域１２４が形成されたが、比較例に係る強誘電体結晶基板１００には分極反転領域１２４が形成されなかった。なお、比較例に係る強誘電体結晶基板１００において、核生成時の印加電圧を上げたところ、印加電圧が２ｋＶのときに分極反転のための核生成が生じた。
【００５８】
（実施例２）
低抵抗強誘電体層１０２をスパッタリング法で形成する点以外は、実施例１と同様の方法により強誘電体結晶基板１００を処理した（実施例２）。実施例２において、低抵抗強誘電体層１０２を形成するときの強誘電体ターゲットとしては、直径４インチ、厚さ１ｍｍのＬｉＮｂＯ3ターゲットを予め８００℃で１時間減圧雰囲気下（１０−４Ｔｏｒｒ以下）において熱処理したものを使用した。スパッタリングガスとしてはＡｒガスを使用した。低抵抗強誘電体層１０２の厚さは２μｍとした。また低抵抗強誘電体層１０２の抵抗率は２×１０１１Ωｃｍであった。
【００５９】
実施例２に係る強誘電体結晶基板１００にも、分極反転領域１２４が形成された。
【００６０】
（実施例３）
強誘電体結晶基板１００の上に、マスク膜３００としての厚さ０．５μｍのＳｉＯ２膜を蒸着で成膜し、その後パターニングすることによってＳｉＯ２膜を周期形状に加工した。その後、実施例１と同様の条件によって、強誘電体結晶基板１００の第１面のうちＳｉＯ２膜で被覆されていない領域を還元処理した。これにより、低抵抗強誘電体層１０２が周期的に形成された。低抵抗強誘電体層１０２は、厚さが２μｍであった。
【００６１】
次いで、マスク膜３００としてのＳｉＯ２膜を弗酸で除去し、純水洗浄及び乾燥ベークを行った。さらに、実施例１と同様の方法により、第１電極２４０及び第２電極２２０を形成した。次いで、実施例１と同様の方法により、第１電極２４０及び第２電極２２０に、分極反転の核生成のためのパルス印加を行った。
【００６２】
本実施例においても、強誘電体結晶基板１００に分極反転領域１２４が形成された。
【００６３】
（実施例４）
実施例２で用いた強誘電体ターゲットと同様な熱処理方法で、強誘電体結晶基板１００と同一の材料からなる基板を低抵抗化することにより、低抵抗強誘電体基板１０４を作製し、強誘電体結晶基板１００と低抵抗強誘電体結晶基板１０４をウェハ直接接合法によって貼り合せた。その後、低抵抗強誘電体結晶基板１０４を研磨し、厚さが５μmの低抵抗強誘電体層１０２を形成した。
【００６４】
その後、実施例１と同様の方法で第１電極２４０及び第２電極２２０を形成した。次いで、第１電極２４０及び第２電極２２０に電圧を印加した。電圧印加条件は実施例１と概ね同様であるが、パルス数を３０００回とした。実施例４でも、強誘電体結晶基板１００に分極反転領域１２４が形成された。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施形態に係る分極反転領域の形成方法を説明するための図である。
【図２】第１の実施形態に係る分極反転領域の形成方法を説明するための図である。
【図３】第１の実施形態に係る分極反転領域の形成方法を説明するための図である。
【図４】第１の実施形態に係る分極反転領域の形成方法に用いるシステムの構成を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る分極反転領域の形成方法を説明するための図である。
【図６】第２の実施形態に係る分極反転領域の形成方法に用いるシステムの構成を示す図である。
【図７】第３の実施形態に係る分極反転領域の形成方法を説明するための図である。
【図８】第３の実施形態に係る分極反転領域の形成方法を説明するための図である。
【図９】第４の実施形態に係る分極反転領域の形成方法を説明するための図である。
【図１０】第５の実施形態に係るシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
５０ 高電圧電源
１００ 強誘電体結晶基板
１０２ 低抵抗強誘電体層
１０４ 低抵抗強誘電体基板
１１０ 第２領域
１２０ 第１領域
１２２ 核
１２４ 分極反転領域
２２０ 第２電極
２４０ 第１電極
３００  マスク膜
４００  熱処理装置
４０２  成膜装置
４２０  電極形成装置
４２１  電極膜形成装置
４２２  フォトレジスト膜塗布装置
４２３  プリベーク炉
４２４  露光装置
４２５  現像装置
４２６  ポストベーク炉
４２７  エッチング装置
４２８  レジスト剥離装置
４３０  ダイシング装置
４４０  電圧印加装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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