(57)【要約】      （修正有）【課題】表面が（１１１）面であり、ペロブスカイト構造を有する結晶基板を高い確率で平坦化することができる結晶表面の平坦化方法を提供する。【解決手段】結晶の表面を、フッ化アンモニウムを含有するエッチング液でエッチングする工程Ｓ２０と、結晶を不活性ガス中でアニール処理する工程Ｓ３０とを備える。エッチング工程Ｓ２０の前に、結晶の表面を有機溶剤で洗浄する工程Ｓ１０を備えるのが好ましい。結晶は、例えばチタン酸ストロンチウムである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が（１１１）面であり、ペロブスカイト構造を有する結晶を、フッ化塩を含有するエッチング液でエッチングする工程と、
前記結晶を不活性ガス中でアニール処理する工程と、
を備える結晶表面の平坦化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の結晶表面の平坦化方法において、
前記結晶はチタン酸ストロンチウムである結晶表面の平坦化方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の結晶表面の平坦化方法において、
前記不活性ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、及びＸｅから選ばれた少なくとも一種である結晶表面の平坦化方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の結晶表面の平坦化方法において、
前記フッ化塩はフッ化アンモニウムである結晶表面の平坦化方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の結晶表面の平坦化方法において、
前記アニール処理する工程におけるアニール温度は、８００℃以上１１５０℃以下である結晶表面の平坦化方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の結晶表面の平坦化方法において、
前記エッチング液におけるフッ化塩の含有量は、０．１重量％以上５０重量％以下である結晶表面の平坦化方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の結晶表面の平坦化方法において、
前記結晶をエッチングする工程の前に、前記結晶の表面を有機溶剤で洗浄する工程を有する結晶表面の平坦化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が（１１１）面であり、ペロブスカイト構造を有する結晶の表面を平坦化する結晶表面の平坦化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペロブスカイト構造を有するチタン酸ストロンチウムを基板として用いる場合、表面を（１００）面とするのが一般的であった。このため、チタン酸ストロンチウムの平坦化方法としては、例えば特許文献１に記載するように、（１００）面を平坦化する方法の開発が進められていた。
【０００３】
近年、表面が（１１１）面であるチタン酸ストロンチウムを基板として用いることが望まれている。表面が（１１１）面であるチタン酸ストロンチウムを基板として用いるためには、チタン酸ストロンチウムの（１１１）面を平坦化する技術を確立する必要がある。例えば非特許文献１には、バッファードフッ酸（ＮＨ４Ｆ＋ＨＦ＝７：１）を用いてチタン酸ストロンチウムの（１１１）面をエッチングし、さらに酸素雰囲気下でアニールすることが開示されている。非特許文献１によれば、チタン酸ストロンチウムの（１１１）面を平坦化することができる、と記載されている。
【特許文献１】特開平８−９２０００号公報
【非特許文献１】"Surface engineering of SrTiO3(111) substrates for the epitaxial growth of BLT films"、Ju Hyung Suh他２名、Mater. Res. Soc. Symp. Proc,Vol.839,2005 Materials Research Society
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、本発明者が検討した結果、非特許文献１の技術では、ペロブスカイト構造を有する結晶の（１１１）面を平坦化できる確率が十分高くないことが判明した。
【０００５】
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、表面が（１１１）面であり、ペロブスカイト構造を有する結晶の表面を高い確率で平坦化することができる結晶表面の平坦化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、表面が（１１１）面であり、ペロブスカイト構造を有する結晶を、フッ化塩を含有するエッチング液でエッチングする工程と、
前記結晶を不活性ガス中でアニール処理する工程と、
を備える結晶表面の平坦化方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、表面が（１１１）面であり、ペロブスカイト構造を有する結晶の表面を高い確率で平坦化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について、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。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る結晶表面の平坦化方法を示すフローチャートである。この結晶表面の平坦化方法は、表面が（１１１）面であり、ペロブスカイト構造を有する結晶を、フッ化塩を含有するエッチング液でエッチングする工程（ステップＳ２０）と、結晶を、不活性ガス中でアニール処理する工程（ステップＳ３０）とを備える。結晶は、例えばチタン酸ストロンチウム基板である。結晶は、ｎ型不純物又はｐ型不純物をドープした結晶であってもよいし、不純物をドープしていないノンドープの結晶であってもよい。また不活性ガスは、例えば希ガスであり、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、及びＸｅから選ばれた少なくとも一種であるが、窒素ガスなどの結晶と反応しない元素のガスであってもよい。
【００１０】
本発明者が鋭意検討した結果、表面が（１１１）面であり、ペロブスカイト構造を有する結晶を平坦化するためには、エッチング液には、フッ化アンモニウム、フッ化ナトリウム、又はフッ化カリウムなどのフッ化塩が含まれていればよく、フッ化水素は含まれている必要は無いこと、及び、アニール雰囲気は酸素雰囲気ではなく不活性ガス雰囲気であることが好ましいことが判明した。
【００１１】
基板をエッチング処理するための汎用的なエッチング液の一つに、バッファードフッ酸がある。バッファードフッ酸は、フッ化アンモニウムとフッ化水素を水に溶かしたものである。しかし、本発明者の検討結果によれば、エッチング液にはフッ化アンモニウム、フッ化ナトリウム、又はフッ化カリウムなどのフッ化塩が含まれていればよく、フッ化水素は含まれていなくてもよい。エッチング液におけるフッ化塩の濃度は、例えば０．１重量％以上５０重量％以下であり、エッチング時間は、例えば１０秒以上１２０分未満である。さらに好ましくは、ノンドープの結晶であれば１分以上６０分以下であり、不純物がドープされた結晶であれば、３０秒以上２０分以下である。なお、エッチング液としては、フッ化塩の水溶液に他の物質を添加した水溶液、たとえばバッファードフッ酸を用いてもよい。
【００１２】
また、ペロブスカイト構造を有する結晶をアニール処理する場合、一般的には、結晶から特定の元素（例えば酸素）が抜けることを抑制するために、その元素を含む気体（例えば酸素）を雰囲気ガスとして用いるのが一般的である。しかし、本発明者の検討結果によれば、表面が（１１１）面である結晶を平坦化する場合には、不活性ガスを用いることにより、表面が平坦化する確率が非常に高くなる。なお、アニール温度は、例えば８００℃以上１１５０℃以下であり、アニール時間は例えば１時間以上２４時間以下である。また不活性ガスの雰囲気圧力は常圧であっても良いし、加圧や減圧であっても良い。
【００１３】
また本実施形態では、エッチング処理を行う（ステップＳ２０）前に、結晶の表面を有機溶剤で洗浄する工程（ステップＳ１０）を有している。有機溶剤としては特に制限はないが、例えば酢酸ブチル、酢酸エチルなどの酢酸エステルやアセトンなどのケトンが好適である。これにより、エッチング処理時に結晶の表面に異物が付着している可能性が低くなり、結晶の表面が平坦化する確率が高くなる。
【００１４】
なお、本実施形態において、（１１１）面の平坦化とは、階段状のステップーテラス構造を有し、テラス面が（１１１）面であるような表面を作製することである。図２に、平坦化したチタン酸ストロンチウムの（１１１）面のＡＦＭ（Atomic Force Microscope）像の一例を示す。この像は、バッファードフッ酸（フッ酸：１．２５重量％、フッ化アンモニウム：４０重量％）を用いて１０分間ほどエッチングし、Ａｒ雰囲気で９００℃で９時間ほどアニール処理することにより得られた（１１１）面の平坦面を示している。
【００１５】
以上、本実施形態によれば、高い確率で、ペロブスカイト構造を有していて表面が（１１１）面である結晶の表面を平坦化することができる。
【実施例】
【００１６】
以下の実施例によって、本発明を更に詳細に説明する。
【００１７】
（実施例１及び比較例１）
表面が（１１１）面であるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）のノンドープの結晶基板を、酢酸ブチルで洗浄した後、バッファードフッ酸でエッチングし、さらにＡｒ雰囲気中でアニール処理した。バッファードフッ酸の組成は、フッ化アンモニウムを４０重量％、フッ酸を１．２５重量％とした。またエッチング時間は５分とした。またアニール温度を７００℃〜１２００℃として、アニール時間を２．５時間とした（実施例１）。
【００１８】
また、アニール処理の雰囲気を酸素雰囲気とした以外は、実施例１と同条件で平坦化処理を行った（比較例１）。
【００１９】
表１は、実施例１の結果を示している。
【表１】
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【００２０】
Ａｒ雰囲気でアニール処理を行った場合、アニール温度が８００℃〜１１００℃の場合に１００％の確率で平坦化した。また、アニール温度が１１５０℃の場合は８０％の確率で平坦化した。従って、アニール温度が８００℃以上１１５０℃以下では、平坦化の成功率が８０％以上であることが判明した。
【００２１】
表２は、比較例１の結果を示している。
【表２】
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【００２２】
酸素雰囲気でアニール処理を行った場合、いずれの温度においても１００％の確率では平坦化に成功しなかった。具体的には、アニール温度が７００℃及び７５０℃の場合は平坦化せず、アニール温度が８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃、１１５０℃、及び１２００℃の場合はそれぞれ４０％、６４％、５４％、４０％、５０％、及び２５％の確率で平坦化した。
【００２３】
以上の結果から、アニール処理時の雰囲気ガスを不活性ガスにすると、表面が（１１１）面であるチタン酸ストロンチウムのノンドープの結晶基板が高い確率で平坦化することが示された。
【００２４】
（実施例２及び実施例３）
表面が（１１１）面であるチタン酸ストロンチウムのノンドープの結晶基板を、酢酸ブチルで洗浄した後、バッファードフッ酸又はフッ化アンモニウム水溶液でエッチングし、さらにＡｒ雰囲気中でアニール処理した。エッチング液の組成は、フッ化アンモニウムを４０重量％として、フッ酸を０重量％〜７重量％とした。またエッチング時間は５分とした。またアニール温度を９００℃として、アニール時間を２．５時間とした（実施例２）。
【００２５】
また、エッチング液に含まれるフッ化アンモニウムを２０重量％とした以外は、実施例２と同条件で平坦化処理を行った（実施例３）。
【００２６】
表３は、実施例２の結果を示している。
【表３】
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【００２７】
フッ酸が０重量％〜２．５重量％の場合は、１００％の割合で結晶基板の平坦化に成功した。しかし、フッ酸が３重量％の場合は平坦化の成功率が６０％に下がり、フッ酸が４重量％以上になると、平坦化の成功率は０％になった。
【００２８】
表４は、実施例３の結果を示している。
【表４】
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【００２９】
フッ酸が０重量％〜１．２５重量％の場合は、１００％の割合で結晶基板の平坦化に成功した。しかし、フッ酸が２．５重量％の場合は平坦化の成功率が２０％に下がり、フッ酸が３重量％以上になると、平坦化の成功率は０％になった。
【００３０】
以上から、エッチング液にはフッ酸が含まれていなくても、表面が（１１１）面であるチタン酸ストロンチウムのノンドープの結晶基板が高い確率で平坦化することが示された。また、エッチング液としてバッファードフッ酸を用いた場合、フッ酸の濃度が高くなると、基板の平坦化の確率が下がることが示された。
【００３１】
（実施例４）
表面が（１１１）面であるチタン酸ストロンチウムのノンドープの結晶基板を、酢酸ブチルで洗浄した後、フッ化アンモニウム水溶液でエッチングし、さらにＡｒ雰囲気中でアニール処理した。フッ化アンモニウム水溶液の濃度は０．５重量％〜４０重量％とした。本実施例においては、フッ化アンモニウム水溶液に他の物質を添加していない。またエッチング時間は５分とした。またアニール温度を９００℃として、アニール時間を２．５時間とした。
【００３２】
表５は、実施例４の結果を示している。
【表５】
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【００３３】
実施例４において、すべての実験条件において、１００％の割合で結晶基板の平坦化に成功した。
【００３４】
以上から、エッチング液に含まれるフッ化アンモニウムが０．５重量％〜４０重量％の場合、表面が（１１１）面であるチタン酸ストロンチウムのノンドープの結晶基板が１００％の確率で平坦化することが示された。
【００３５】
（実施例５）
表面が（１１１）面であり、Ｎｂをドープしたチタン酸ストロンチウムの結晶基板を、酢酸ブチルで洗浄した後、バッファードフッ酸でエッチングし、さらにＡｒ雰囲気中でアニール処理した。バッファードフッ酸の組成は、フッ化アンモニウムを４０重量％として、フッ酸を１．２５重量％とした。またエッチング時間は１０分とした。またアニール温度を９００℃として、アニール時間を９時間とした（実施例５）。この結果、結晶基板の表面を平坦化することができた。
【００３６】
（実施例６）
表面が（１１１）面であり、Ｌａをドープしたチタン酸ストロンチウムの結晶基板を、酢酸ブチルで洗浄した後、バッファードフッ酸でエッチングし、さらにＡｒ雰囲気中でアニール処理した。バッファードフッ酸の組成は、フッ化アンモニウムを４０重量％として、フッ酸を１．２５重量％とした。またエッチング時間は１０分とした。またアニール温度を９００℃として、アニール時間を９時間とした（実施例６）。この結果、結晶基板の表面を平坦化することができた。
【００３７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態に係る結晶表面の平坦化方法を示すフローチャートである。
【図２】チタン酸ストロンチウムの平坦化した（１１１）面を示すＡＦＭ像である。
【図１】
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【図２】
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