(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された所定の結晶面に配向した下地膜と、
前記下地膜上に形成された炭素膜と、
前記炭素膜上に形成された強誘電体膜と、
を具備し、
前記強誘電体膜は、前記所定の結晶面と異なる結晶面に配向され、
前記強誘電体膜は、（１１１）＋（００１）、（００１）、（００１）＋（１１０）及び（１１０）のいずれかに配向され、
前記強誘電体膜が（１１１）＋（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は１０ｎｍ未満であり、前記強誘電体膜が（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は１０ｎｍであり、前記強誘電体膜が（００１）＋（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は１０ｎｍ超１００ｎｍ未満であり、前記強誘電体膜が（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は１００ｎｍ以上であり、
前記強誘電体膜は、前記下地膜上に炭素膜を形成し、前記炭素膜上に強誘電体材料を含むアモルファス薄膜を形成し、前記アモルファス薄膜を加熱して結晶化することにより形成されるものであり、
前記強誘電体材料は、
ＡＢＯ３あるいは（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｌａ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種、ＢはＲｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種、ｍは５以下の自然数である。）で表されるペロブスカイト及びビスマス層状構造酸化物の少なくとも１つからなることを特徴とする強誘電体膜。
【請求項２】
請求項１において、
前記下地膜は（１１１）配向したPt膜であり、
前記強誘電体膜はPZT膜であることを特徴とする強誘電体膜。
【請求項３】
基板上に形成された（１１１）配向したPt膜と、
前記Pt膜上に形成された炭素膜と、
前記炭素膜上に形成された強誘電体膜と、
を具備し、
前記強誘電体膜はPZT膜であり、前記PZT膜は、（１１１）＋（００１）、（００１）、（００１）＋（１１０）及び（１１０）のいずれかに配向されており、
前記PZT膜は、前記Pt膜上に炭素膜を形成し、前記炭素膜上に強誘電体材料を含むアモルファス薄膜を形成し、前記アモルファス薄膜を加熱して結晶化することにより形成されるものであり、
前記強誘電体材料は、
ＡＢＯ３あるいは（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｌａ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種、ＢはＲｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種、ｍは５以下の自然数である。）で表されるペロブスカイト及びビスマス層状構造酸化物の少なくとも１つからなることを特徴とする強誘電体膜。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記強誘電体膜は（００１）に配向したPZT膜であり、
前記炭素膜は（１００）に配向したDLC膜であり、
前記DLC膜と前記PZT膜との間には（１００）に配向したLNO膜が形成されていることを特徴とする強誘電体膜。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の強誘電体膜を用いることを特徴とする電子部品。
【請求項６】
基板上に所定の結晶面に配向した下地膜を形成する工程と、
前記下地膜上に炭素膜を形成する工程と、
前記炭素膜上に強誘電体材料を含むアモルファス薄膜を形成する工程と、
前記アモルファス薄膜を加熱して結晶化することにより、前記下地膜上に強誘電体膜を形成する工程と、
を具備し、
前記強誘電体膜は、前記所定の結晶面と異なる結晶面に配向され、
前記強誘電体膜は、（１１１）＋（００１）、（００１）、（００１）＋（１１０）及び（１１０）のいずれかに配向され、
前記強誘電体膜が（１１１）＋（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は、前記強誘電体膜が（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚より薄く、前記強誘電体膜が（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は、前記強誘電体膜が（００１）＋（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚より薄く、前記強誘電体膜が（００１）＋（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は、前記強誘電体膜が（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚より薄く、
前記強誘電体材料は、
ＡＢＯ３あるいは（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｌａ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種、ＢはＲｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種、ｍは５以下の自然数である。）で表されるペロブスカイト及びビスマス層状構造酸化物の少なくとも１つからなることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記下地膜は（１１１）配向したPt膜であり、
前記強誘電体膜はPZT膜であることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
【請求項８】
基板上に（１１１）配向したPt膜を形成する工程と、
前記Pt膜上に炭素膜を形成する工程と、
前記炭素膜上に強誘電体材料を含むアモルファス薄膜を形成する工程と、
前記アモルファス薄膜を加熱して結晶化することにより、前記Pt膜上に強誘電体膜を形成する工程と、
を具備し、
前記強誘電体膜はPZT膜であり、前記PZT膜は、（１１１）＋（００１）、（００１）、（００１）＋（１１０）及び（１１０）のいずれかに配向され、
前記強誘電体材料は、
ＡＢＯ３あるいは（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｌａ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種、ＢはＲｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種、ｍは５以下の自然数である。）で表されるペロブスカイト及びビスマス層状構造酸化物の少なくとも１つからなることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、前記PZT膜が（１１１）＋（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は、前記PZT膜が（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚より薄く、前記PZT膜が（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は、前記PZT膜が（００１）＋（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚より薄く、前記PZT膜が（００１）＋（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は、前記PZT膜が（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚より薄いことを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
【請求項１０】
請求項７または８において、
前記炭素膜を形成する工程と前記アモルファス薄膜を形成する工程との間に、前記炭素膜上に（１００）に配向したLNO膜を形成する工程をさらに具備し、
前記PZT膜は（００１）に配向しており、
前記炭素膜は（１００）に配向したDLC膜であることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか一項において、
前記強誘電体膜が（１１１）＋（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は１０ｎｍ未満であり、前記強誘電体膜が（００１）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は１０ｎｍであり、前記強誘電体膜が（００１）＋（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は１０ｎｍ超１００ｎｍ未満であり、前記強誘電体膜が（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚は１００ｎｍ以上であることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項６乃至１０のいずれか一項において、前記炭素膜は厚さ0.1nm〜100nmのDLC膜であることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０または１２において、前記DLC膜に含有する水素量は５０％以下であることを特徴とする強誘電体膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶化しようとする強誘電体膜の配向を変換して任意に制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
Pb(Zr,Ti)O3（以下、「PZT」という。）ペロブスカイト型強誘電体セラミックスは、Zr/Ti＝52/48を相境界とし、これよりもTiが多い領域では正方晶という結晶形となり、分極軸は＜１００＞方向に存在する。この時、PZTを（１１１）配向膜とすることで、エンジニアドドメインの効果を最大限生かせることが出来、低電圧で分極反転させることが可能となる。その際に、PZTの下地電極として、（１１１）配向させたPt電極薄膜やIr電極薄膜を用いることで、その上部に容易に（１１１）配向したPZT膜を得ることが出来る。
【０００３】
次に相境界よりもZrが多い領域では菱面体晶という結晶形となり、分極軸は＜１１１＞方向に存在する。この時、PZTを（００１）配向膜とすることで、エンジニアドドメインの効果を最大限生かせることが出来、低電圧で分極反転させることが可能となる。その際に、PZTの下地電極として、（１１１）配向させたPt電極薄膜やIr電極薄膜の上に（１００）方向に強く自己配向するLaNiO3（以下、「LNO」という。）を積層したものを用いることで、その上部に（００１）配向したPZT膜を得ることが出来る（例えば特許文献１，２参照）。
【０００４】
しかしながら、LNOは高温での再加熱時にその組成成分のLaやNiをその上部のPZT薄膜中に容易に拡散させてしまい、PZTの特性を劣化させるという課題がある。
【０００５】
また、上述したように、PZT膜の配向性を（１１１）に制御したり（００１）に制御することは可能であるが、PZT膜の配向性を（１１０）に制御することは可能ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０９５６３５号公報
【特許文献２】特開２００５−２７７４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術では、結晶化しようとする強誘電体膜の配向を変換して任意に制御することは困難であった。
本発明の一態様は、結晶化しようとする強誘電体膜の配向を変換して任意に制御した強誘電体膜、その強誘電体膜を用いた電子部品及び強誘電体膜の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、基板上に形成された所定の結晶面に配向した下地膜と、
前記下地膜上に形成された強誘電体膜と、
を具備し、
前記強誘電体膜は、前記所定の結晶面と異なる結晶面に配向されていることを特徴とする強誘電体膜である。
【０００９】
また、本発明の一態様において、前記強誘電体膜と前記下地膜との間には炭素膜が形成されていることも可能である。
【００１０】
また、本発明の一態様において、
前記強誘電体膜は、前記下地膜上に炭素膜を形成し、前記炭素膜上に強誘電体材料を含むアモルファス薄膜を形成し、前記アモルファス薄膜を加熱して結晶化することにより形成されるものであり、
前記強誘電体材料は、
ＡＢＯ３あるいは（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｌａ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種、ＢはＲｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種、ｍは５以下の自然数である。）で表されるペロブスカイト及びビスマス層状構造酸化物、
ＬａｎＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、Ｔｒｍ２Ｂａ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ２ｎ＋４又はＴｒｍＢａ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ２ｎ＋３（式中、ＬａｎはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択される少なくとも１種、ＴｒｍはＢｉ、Ｔｌ及びＨｇからなる群から選択される少なくとも１種、ｎは５以下の自然数である。）で表される超伝導酸化物、
Ａ０．５ＢＯ３（正方ブロンズ構造）又はＡ０．３ＢＯ３（六方ブロンズ構造）（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ及びＬａからなる群から選択される少なくとも１種、ＢはＲｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種である。）で表されるタングステンブロンズ構造酸化物、
ＣａＯ、ＢａＯ、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＮｂＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３及びＶ２Ｏ５からなる群から選択される少なくとも１種の材料、
前記少なくとも１種の材料にＳｉＯ２を含む材料、及び、
前記少なくとも１種の材料にＳｉＯ２及びＧｅＯ２を含む材料の少なくとも１つからなることも可能である。
【００１１】
また、本発明の一態様において、
前記下地膜は（１１１）配向したPt膜であり、
前記強誘電体膜はPZT膜であり、前記PZT膜は、（１１１）＋（００１）、（００１）、（００１）＋（１１０）及び（１１０）のいずれかに配向されていることも可能である。
【００１２】
本発明の一態様は、基板上に形成された（１１１）配向したPt膜と、
前記Pt膜上に形成されたPZT膜と、
を具備し、
前記PZT膜は、（１１１）＋（００１）、（００１）、（００１）＋（１１０）及び（１１０）のいずれかに配向されていることを特徴とする強誘電体膜である。
【００１３】
また、本発明の一態様において、
前記下地膜は（１１１）配向したPt膜であり、
前記強誘電体膜は（００１）に配向したPZT膜であり、
前記炭素膜は（１００）に配向したDLC膜であり、
前記DLC膜と前記PZT膜との間には（１００）に配向したLNO膜が形成されていることも可能である。
【００１４】
また、本発明の一態様は、上述した強誘電体膜のいずれかを用いることを特徴とする電子部品である。
【００１５】
本発明の一態様は、基板上に所定の結晶面に配向した下地膜を形成する工程と、
前記下地膜上に炭素膜を形成する工程と、
前記炭素膜上に強誘電体材料を含むアモルファス薄膜を形成する工程と、
前記アモルファス薄膜を加熱して結晶化することにより、前記下地膜上に強誘電体膜を形成する工程と、
を具備し、
前記強誘電体膜は、前記所定の結晶面と異なる結晶面に配向されることを特徴とする強誘電体膜の製造方法である。
【００１６】
また、本発明の一態様において、
前記下地膜は（１１１）配向したPt膜であり、
前記強誘電体膜はPZT膜であり、前記PZT膜は、（１１１）＋（００１）、（００１）、（００１）＋（１１０）及び（１１０）のいずれかに配向されていることも可能である。
【００１７】
本発明の一態様は、基板上に（１１１）配向したPt膜を形成する工程と、
前記Pt膜上に炭素膜を形成する工程と、
前記炭素膜上にPZTアモルファス薄膜を形成する工程と、
前記PZTアモルファス薄膜を加熱して結晶化することにより、前記Pt膜上にPZT膜を形成する工程と、
を具備し、
前記PZT膜は、（１１１）＋（００１）、（００１）、（００１）＋（１１０）及び（１１０）のいずれかに配向されることを特徴とする強誘電体膜の製造方法である。
【００１８】
また、本発明の一態様において、
前記炭素膜を形成する工程と前記アモルファス薄膜を形成する工程との間に、前記炭素膜上に（１００）に配向したLNO膜を形成する工程をさらに具備し、
前記下地膜は（１１１）配向したPt膜であり、
前記強誘電体膜は（００１）に配向したPZT膜であり、
前記炭素膜は（１００）に配向したDLC膜であることも可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、結晶化しようとする強誘電体膜の配向を変換して任意に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１によるPZT膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】サンプル1〜3それぞれのXRDパターンを示す図である。
【図３】本発明の実施例２によるPZT膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】サンプル1のDLC膜のXRDパターンを示す図である。
【図５】サンプル1のLNO膜７のXRDパターンを示す図である。
【図６】サンプル3のスパッタ直後のLNO膜７のXRDパターンを示す図である。
【図７】サンプル3の熱処理後のLNO膜７のXRDパターンを示す図である。
【図８】サンプル1のLNO膜７のXRDパターンを示す図である。
【図９】サンプル1のPZT膜８のXRDパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、本発明の実施形態及び実施例について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施形態の記載内容及び実施例に限定して解釈されるものではない。
【００２２】
本発明の実施形態による強誘電体膜の製造方法について説明する。
基板上に所定の結晶面に配向した下地膜を形成する。この下地膜には、例えば（１１１）配向させたPt膜が用いられる。
【００２３】
次いで、この下地膜上に炭素膜を形成する。この炭素膜には、例えばDLC膜が用いられる。このDLC膜に含有する水素量は５０％以下であることが好ましい。
【００２４】
次に、炭素膜上に強誘電体材料を含むアモルファス薄膜を形成する。この強誘電体材料には下記の(1)〜(6)のいずれかが用いられる。
(1)ＡＢＯ３あるいは（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｌａ及びＨｆからなる群から選択される少なくとも１種、ＢはＲｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種、ｍは５以下の自然数である。）で表されるペロブスカイト及びビスマス層状構造酸化物
(2)ＬａｎＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、Ｔｒｍ２Ｂａ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ２ｎ＋４又はＴｒｍＢａ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ２ｎ＋３（式中、ＬａｎはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択される少なくとも１種、ＴｒｍはＢｉ、Ｔｌ及びＨｇからなる群から選択される少なくとも１種、ｎは５以下の自然数である。）で表される超伝導酸化物
(3)Ａ０．５ＢＯ３（正方ブロンズ構造）又はＡ０．３ＢＯ３（六方ブロンズ構造）（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ及びＬａからなる群から選択される少なくとも１種、ＢはＲｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ及びＭｏからなる群から選択される少なくとも１種である。）で表されるタングステンブロンズ構造酸化物
(4)ＣａＯ、ＢａＯ、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＮｂＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３及びＶ２Ｏ５からなる群から選択される少なくとも１種の材料、
(5)前記少なくとも１種の材料にＳｉＯ２を含む材料
(6)前記少なくとも１種の材料にＳｉＯ２及びＧｅＯ２を含む材料
【００２５】
次に、前記アモルファス薄膜を加熱して結晶化することにより、下地膜上には強誘電体膜が形成される。この強誘電体膜は、下地膜が配向する結晶面と異なる結晶面に配向される。強誘電体膜は例えばPZT膜であり、このPZT膜は、例えば（１１１）＋（００１）、（００１）、（００１）＋（１１０）及び（１１０）のいずれかに配向されている。
【００２６】
詳細には、PZT膜が（１１１）＋（００１）に配向されるときの炭素膜の膜厚は、PZT膜が（００１）に配向されるときの炭素膜の膜厚より薄くなっており、PZT膜が（００１）に配向されるときの炭素膜の膜厚は、PZT膜が（００１）＋（１１０）に配向されるときの炭素膜の膜厚より薄くなっており、PZT膜が（００１）＋（１１０）に配向されるときの炭素膜の膜厚は、PZT膜が（１１０）に配向されるときの前記炭素膜の膜厚より薄くなっている。ここでの炭素膜の膜厚は、例えば0.1nm〜100nmである。
【００２７】
上記実施形態によれば、所定の結晶面に配向した下地膜と強誘電体材料を含むアモルファス薄膜との間に炭素膜を形成し、このアモルファス薄膜を加熱して結晶化することにより、下地膜上に強誘電体膜の配向を変換して任意に制御することができる。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１によるPZT膜の製造方法を説明するための断面図である。
このPZT膜の製造方法は、基板上にPZT膜を製造する方法であり、ダイヤモンドライクカーボン（以下、「DLC」という。）などの炭素膜をバッファ層に用いて強誘電体セラミックス薄膜を製造する方法である。
【００２９】
まず、サンプル1〜3を作製するための３枚の基板を用意した。この基板としては、6インチSi基板１上に厚さ200nmのSiO2膜２が形成され、このSiO2膜２上に厚さ30nmのTiOx膜３が形成され、このTiOx膜３上に厚さ200nmの（１１１）配向させたPt電極薄膜４が形成されたものを用いた。
【００３０】
次いで、サンプル1の基板のPt電極薄膜４上にバッファ層としての炭素膜５である厚さ10nmのDLC膜を形成した。また、サンプル2の基板のPt電極薄膜４上にバッファ層としての炭素膜５である厚さ100nmのDLC膜を形成した。このDLC膜に含有する水素は２５％であった。これらのDLC膜の形成方法は、以下のとおりである。なお、サンプル3は、比較検討用として用いるために、従来通り、サンプル3の基板のPt電極薄膜４上には炭素膜５を形成しなかった。
【００３１】
［サンプル1のDLC膜の成膜方法］
図示せぬ平行平板型プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内の基板電極上にサンプル1の基板を設置し、チャンバー内に原料ガスとしてトルエンを３０ｓｃｃｍの流量で導入し、チャンバー内の圧力を０．５Ｐａとし、基板温度を室温とし（基板を加熱しない）、基板電極に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を出力９００Ｗで供給し、所定の成膜時間で成膜することにより、サンプル1の基板のPt電極薄膜４上に厚さ10nm のDLC膜を形成した。
【００３２】
［サンプル2のDLC膜の成膜方法］
図示せぬ平行平板型プラズマＣＶＤ装置のチャンバー内の基板電極上にサンプル2の基板を設置し、チャンバー内に原料ガスとしてトルエンを３０ｓｃｃｍの流量で導入し、チャンバー内の圧力を０．５Ｐａとし、基板温度を室温とし（基板を加熱しない）、基板電極に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を出力９００Ｗで供給し、所定の成膜時間で成膜することにより、サンプル2の基板のPt電極薄膜４上に厚さ100nmの DLC膜を形成した。
【００３３】
なお、上記のサンプル1,2では、成膜時のトルエンの流量を３０ｓｃｃｍとしているが、成膜時の原料ガス流量を３〜１００ｓｃｃｍの範囲としても良い。
また、上記のサンプル1,2では、成膜時のチャンバー内の圧力を０．５Ｐａとしているが、成膜時のチャンバー内の圧力を０．１〜２０Ｐａの範囲としても良い。
また、上記のサンプル1,2では、成膜時の基板温度を室温としているが、成膜時の基板温度を室温〜３００℃の範囲としても良い。
また、上記のサンプル1,2では、成膜時の基板電極に出力９００Ｗの電力を供給しているが、成膜時の基板電極に電力密度０．０１〜５．００Ｗ／ｃｍ２の範囲の電力を供給しても良い。
【００３４】
次いで、サンプル1,2それぞれの基板の炭素膜５であるDLC膜上にスピンコート法によりPZT膜６を形成した。また、サンプル3の基板のPt電極薄膜４上にスピンコート法によりPZT膜６を形成した。これらのPZT膜６の形成方法は下記のとおりである。
【００３５】
PZT強誘電体薄膜形成用ゾルゲル溶液としては、三菱マテリアル株式会社製、ブタノールを溶媒とする鉛が20%過剰に添加された、濃度10重量%のE1溶液を用いた。このE1溶液をスピンコーターによって回転塗布した。スピンコーターは例えばミカサ株式会社製MS-A200を用いた。先ず800rpmで5秒、1500rpmで10秒回転させた後、徐々に10秒で3000rpmまで回転を上昇させ、その後、150℃のホットプレート（アズワン株式会社製セラミックホットプレートAHS-300）上に5min、大気中で放置した後、300℃のホットプレート（同AHS-300）上で10min、同じく大気中で放置した後、室温まで冷却した。これを5回繰り返すことで、所望の膜厚200nmのPZTアモルファス薄膜をDLC膜上に形成した。
【００３６】
次に、急速加熱炉（RTA）を用いてサンプル1〜3の基板のPZTアモルファス薄膜に熱酸化処理を施すことにより、PZTアモルファス薄膜の結晶化を行った。この際の熱処理条件は、O2100%の雰囲気、1atm大気圧環境下で、100℃/秒の昇温速度により650℃まで昇温し、5min保持した後、冷却したものである。
【００３７】
このようにして得られたサンプル1（200nm-PZT/10nm-DLC/200nm-Pt/30nm-TiOx/200nm-SiO2/Si）、サンプル2（200nm-PZT/100nm-DLC/200nm-Pt/30nm-TiOx/200nm-SiO2/Si）及びサンプル3（200nm-PZT/200nm-Pt/30nm-TiOx/200nm-SiO2/Si）それぞれのXRDパターンを図２に示す。サンプル1のPZT膜は強い（００１）配向性を示し、サンプル2のPZT膜は強い（１１０）配向性を示し、サンプル3のPZT膜は従来通り強い（１１１）配向性を示した。
【００３８】
サンプル1〜3より更に細かくバッファ層（炭素膜５）としてのDLC膜の厚さの条件を振り、その上に形成したPZT膜６の配向性を評価した。その評価結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示すように、DLC膜の厚さを調整することにより、PZT膜６の配向性を任意に制御出来ることが確認された。
【００４１】
詳細に説明すると、（１１１）配向させたPt電極薄膜４上に形成したDLC膜を強誘電体セラミックス形成の際のバッファ層（炭素膜５）に用いることで、PZT膜６の配向性を次のように制御することが出来る。DLC膜の厚さが厚くなるに従って、PZT膜６が（１１１）→（１１１）＋（００１）→（００１）→（００１）＋（１１０）→（１１０）の順番で任意に制御することが出来る。
【００４２】
なお、表１では、DLC膜の厚さが10nmのときにPZT膜６の配向性が（００１）となり、DLC膜の厚さが100nmのときにPZT膜６の配向性が（１１０）となると記載しているが、「10nm」と「100nm」の厚さは絶対的なものではない。つまり、PZT膜６の配向性を（００１）とする最適なDLC膜の厚さが10nmであるとは限らないし、PZT膜６の配向性を（１１０）とする最適なDLC膜の厚さが100nmであるとは限らない。何故ならば、下地のPt電極薄膜４の配向性や結晶性は、Pt電極薄膜４の形成条件により異なるため、その時得られたPt電極薄膜４の（１１１）配向性の度合いにより、バッファ層（炭素膜５）としてのDLC膜の最適膜厚も変化するからである。
【００４３】
また、バッファ層としてDLC膜などの炭素膜５を用いることにより、PZT膜６の結晶化つまり酸化と同時にDLC膜は全て燃焼しCO2に変化するため、炭素がPZT膜６に拡散することがなく、その結果、PZT膜６の特性を劣化させることがないという大きなメリットが得られる。
【００４４】
また、DLC膜に含有する水素量は５０％以下であることが好ましく、より好ましくは２５％以下である。
【００４５】
また、バッファ層としてDLC膜などの炭素膜５は、その厚さや成膜条件などによってはPZTアモルファス薄膜を結晶化した後に残されることもあるし、消失してしまうこともある。ただし、PZTアモルファス薄膜を結晶化させる際に、バッファ層としてDLC膜などの炭素膜５を0.1nm〜100nmの膜厚で形成しておくことにより、PZT膜６の配向性を任意に制御することが出来る。
【００４６】
また、本実施例で得られる（００１）に配向されたPZT膜は、アクチュエータ、ＭＥＭＳなどの電子部品に適用することができ、（１１１）に配向されたPZT膜は、ＦＲＡＭ、などの電子部品に適用することができ、（１１０）に配向されたPZT膜は、ＳＡＷデバイスなどの電子部品に適用することができる。
【００４７】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２によるPZT膜の製造方法を説明するための断面図である。
このPZT膜の製造方法は、基板上にPZT膜を製造する方法であり、DLCなどの炭素膜及び（１００）方向に強く自己配向するLNO膜をバッファ層に用いて強誘電体セラミックス薄膜を製造する方法である。
【００４８】
まず、サンプル1,2を作製するための２枚の基板を用意した。この基板としては、6インチの（１００）配向したSi単結晶基板１上に無配向でアモルファスの厚さ200nmのSiO2膜２が形成され、このSiO2膜２上に厚さ30nmのTiOx膜（図示せず）が形成され、このTiOx膜上に厚さ200nmの（１１１）配向させたPt電極薄膜４が形成されたものを用いた。
【００４９】
次いで、サンプル1の基板のPt電極薄膜４上にバッファ層としての炭素膜５であるDLC膜を形成した。このDLC膜に含有する水素は２５％であった。DLC膜の形成方法は、実施例１と同様である。なお、サンプル2,3は、比較検討用として用いるために、従来通り、サンプル2,3それぞれの基板のPt電極薄膜４上には炭素膜５を形成しなかった。
【００５０】
次いで、サンプル1の基板の炭素膜５であるDLC膜上にスパッタ法によりLNO膜７を形成し、このLNO膜７に３００℃の温度で熱処理を施すことによりLNO膜７を結晶化した。このようにして得られたサンプル1の炭素膜５であるDLC膜のXRDパターンを図４に示し、サンプル1のペロブスカイト構造のLNO膜７のXRDパターンを図５に示す。図４に示すようにDLC膜は弱い（１００）配向性を示し、図５に示すようにLNO膜７は強い（１００）配向性を示した。
【００５１】
また、サンプル2の基板のPt電極薄膜４上にサンプル1と同様のスパッタ条件によりLNO膜７を形成し、このLNO膜７にサンプル1と同様の熱処理条件により熱処理を施した。このようにして得られたサンプル2のLNO膜７は、熱処理温度が３００℃と低いため結晶化しなかった。
【００５２】
また、サンプル3の基板のPt電極薄膜４上にサンプル1と同様のスパッタ条件によりLNO膜７を形成した。この際のLNO膜７のXRDパターンを図６に示す。図６に示すようにLNO膜は配向性を示さなかった。次に、このLNO膜７に６５０℃の温度で熱処理を施すことによりLNO膜７を結晶化した。この際の熱処理条件は、熱処理温度以外はサンプル1と同様である。この際のLNO膜７のXRDパターンを図７に示す。図７に示すようにLNO膜７は（１００）配向性を示した。
【００５３】
次に、サンプル1の基板のLNO膜７上にスピンコート法によりPZT膜８を形成した。また、サンプル2,3の基板のPt電極薄膜４上にスピンコート法によりPZT膜８を形成した。これらのPZT膜８の形成方法は下記のとおりである。
【００５４】
PZT強誘電体薄膜形成用ゾルゲル溶液としては、三菱マテリアル株式会社製、ブタノールを溶媒とする鉛が20%過剰に添加された、濃度10重量%のE1溶液を用いた。このE1溶液をスピンコーターによって回転塗布した。スピンコーターは例えばミカサ株式会社製MS-A200を用いた。先ず800rpmで5秒、1500rpmで10秒回転させた後、徐々に10秒で3000rpmまで回転を上昇させ、その後、150℃のホットプレート（アズワン株式会社製セラミックホットプレートAHS-300）上に5min、大気中で放置した後、300℃のホットプレート（同AHS-300）上で10min、同じく大気中で放置した後、室温まで冷却した。これを5回繰り返すことで、所望の膜厚200nmのPZTアモルファス薄膜をDLC膜上に形成した。
【００５５】
次に、急速加熱炉（RTA）を用いてサンプル1〜3の基板のPZTアモルファス薄膜に熱酸化処理を施すことにより、PZTアモルファス薄膜の結晶化を行った。この際の熱処理条件は、O2100%の雰囲気、1atm大気圧環境下で、100℃/秒の昇温速度により650℃まで昇温し、5min保持した後、冷却したものである。
【００５６】
このようにして得られたサンプル1のLNO膜のXRDパターンを図８に示し、PZT膜８のXRDパターンを図９に示す。サンプル1のLNO膜７は（１００）配向性を示し、サンプル1のPZT膜８は強い（００１）配向性を示した。
【００５７】
上記実施例２によれば、Pt電極薄膜４とLNO膜７との間にバッファ層としての炭素膜５であるDLC膜を形成することにより、LNO膜７の結晶化温度を３００℃に低下させることができた。
【符号の説明】
【００５８】
１…Si基板
２…SiO2膜
３…TiOx膜
４…Pt電極薄膜
５…炭素膜
６…PZT膜
７…LNO膜
８…PZT膜
【図１】
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【図２】
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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３】
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