(57)【要約】【課題】電極を低コストかつ短いタイムで形成し、比較的安価な薄膜素子を得る。【解決手段】薄膜電極用ペーストは、Ｐｄ系合金，Ｐｔ系合金，Ａｕ系合金，Ａｇ系合金又はＮｉ系合金のいずれかからなる粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子と、その金属微粒子が分散した水又は有機溶剤とを備える。薄膜電極の製造方法は、基板１１の平坦な上面にそのペーストを塗布して所定の厚さに成膜する工程と、熱処理によりペーストにおける溶媒を除去して金属微粒子を焼成することにより基板１１上に薄膜電極１２を得る工程とを含む。薄膜素子の製造方法は、その第１薄膜電極１２上にゾルゲル法により誘電体材料膜１３を形成する工程と、更にそのペーストを塗布して所定の厚さに成膜した後に熱処理して金属微粒子を焼成することにより誘電体材料膜１３上に第２薄膜電極１４を形成する工程とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐｄ系合金，Ｐｔ系合金，Ａｕ系合金，Ａｇ系合金又はＮｉ系合金のいずれかからなる粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子と、前記金属微粒子が分散した水又は有機溶剤とを備えた薄膜電極用ペースト。
【請求項２】
粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを準備する工程と、
基板(11)の上面に前記ペーストを塗布して所定の厚さに成膜する工程と、
熱処理により前記ペーストにおける溶媒を除去して金属微粒子を焼成することにより前記基板上に薄膜電極(12)を得る工程と
を含む薄膜電極の製造方法。
【請求項３】
ペーストの塗布成膜がスピンコート法又はスプレー法又は液滴吐出法のいずれかによりなされる請求項２記載の薄膜電極の製造方法。
【請求項４】
熱処理が大気圧雰囲気中において４００℃〜９００℃の温度によりなされる請求項２又は３記載の薄膜電極の製造方法。
【請求項５】
粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを基板(11)の平坦な上面に塗布して所定の厚さに成膜した後に熱処理して前記金属微粒子を焼成することにより前記基板(11)上に第１薄膜電極(12)を形成する工程と、
前記第１薄膜電極(12)上にゾルゲル法により誘電体材料膜(13)を形成する工程と、
前記誘電体材料膜(13)上に粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを塗布して所定の厚さに成膜した後に熱処理して前記金属微粒子を焼成することにより前記誘電体材料膜(13)上に第２薄膜電極(14)を形成する工程と
を含む薄膜素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法により作製された薄膜素子。
【請求項７】
粒径が１〜６０ｎｍの誘電体微粒子を溶媒に分散させた誘電体ペーストを準備する工程と、
第１薄膜電極(12)の上面に前記誘電体ペーストを塗布して所定の厚さに成膜する工程と、
熱処理により前記誘電体ペーストにおける溶媒を除去して誘電体微粒子を焼成することにより前記第１薄膜電極(12)上に薄膜誘電体材料膜(13)を形成する工程と、
前記薄膜誘電体材料膜(13)上に第２薄膜電極(14)を形成する工程と
を含む薄膜素子の製造方法。
【請求項８】
第２薄膜電極(14)が、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、真空蒸着法又は請求項２ないし４いずれか１項に記載の方法により製造された請求項７記載の薄膜素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法により作製された薄膜素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、センサ、圧電素子、表面弾性波素子、フィルタ、表面弾性波光学導波管、光学記憶装置、空間光変調器等に用いられる薄膜素子の薄膜電極用のペースト並びにその薄膜電極の製造方法及びそれを利用した薄膜素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄膜素子は、一般的に、多結晶体からなる誘電体材料膜と、この誘電体材料膜を挟んで配置される上部電極及び下部電極と、を備えた構造を有している。この誘電体材料膜の組成は、一般的に、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、「ＰＺＴ」という）や、ペロブスカイト型の結晶構造を有するチタン酸バリウム系誘電物質（以下、「ＢＳＴ」という）が用いられ、この誘電体材料膜の製造に関しては、例えば、ゾルゲル法、レーザーアブレーション法及びＣＶＤ法等が用いられている。また、この薄膜素子における上部電極および下部電極を構成する材料としては、従来から白金、イリジウム、ルテニウム、チタン、金、ニッケル等、種々の導電体が使用されている。そして、上部電極および下部電極の従来の製造方法は、真空スパッタ法により成膜することにより上部電極および下部電極を製造していた（例えば、特許文献１参照。）。従って、従来では、下部電極を真空スパッタ法により製造した後、誘電体材料膜をその下部電極上に別工程からなるゾルゲル法、レーザーアブレーション法及びＣＶＤ法等で製造した後、得られた誘電体材料膜上に更に上部電極を真空スパッタ法により製造するという手順により得られていた。
【特許文献１】特開平５−２８６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、下部電極を真空スパッタ法により製造した後、誘電体材料膜を別工程で製造し、その後更に上部電極を製造する薄膜素子の製造方法では、それぞれの成膜方法が異なり、製造方法が煩雑となる。このため、得られた薄膜素子の単価が押し上げられる不具合があった。この点を解消するために、電極に関しては金属粒子を含むペーストを所定の厚さに塗布して得られた膜を焼成することが考えられるが、その焼成温度が比較的高い場合には、電極を得るまでのタクトタイムも大きくなり、得られた薄膜素子の単価を更に押し上げる問題点もある。
本発明の目的は、薄膜素子の電極を低コストで、かつ短いタクトタイムで形成し、比較的安価な薄膜素子を得ることのできる薄膜電極用ペースト並びに薄膜電極の製造方法及び薄膜素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係る発明は、Ｐｄ系合金，Ｐｔ系合金，Ａｕ系合金，Ａｇ系合金又はＮｉ系合金のいずれかからなる粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子と、その金属微粒子が分散した水又は有機溶剤とを備えた薄膜電極用ペーストである。
この請求項１に記載された薄膜電極用ペーストでは、粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を水等に分散させたので、４００〜９００℃の比較的低い温度で焼成することができ、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを短縮させることができる。ここで、合金の粒径が１ｎｍ未満であると緻密な組織になりにくい不具合があり、その粒径が４０ｎｍを越えると低温での焼結が困難になるとともに基板へのアンカー効果による密着力が低下する不具合がある。そして、この合金の好ましい粒径は１〜１０ｎｍであり、２〜５ｎｍであることが更に好ましい。
【０００５】
請求項２に係る発明は、図１に示すように、粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを準備する工程と、基板１１の上面にペーストを塗布して所定の厚さに成膜する工程と、熱処理によりペーストにおける溶媒を除去して金属微粒子を焼成することにより基板１１上に薄膜電極１２を得る工程とを含む薄膜電極の製造方法である。
この請求項２に記載された薄膜電極の製造方法では、粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を分散させたペーストを成膜して焼成するので、その焼成温度を比較的低く設定することにより薄膜電極を得るまでのタクトタイムを短縮させることができる。
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であって、ペーストの塗布成膜がスピンコート法又はスプレー法又は液滴吐出法のいずれかによりなされる薄膜電極の製造方法である。
この請求項３に記載された薄膜電極の製造方法では、ペーストの塗布成膜を大気圧下において行うことができ、従来の真空スパッタ法により電極を製造する場合に比較して、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを更に短縮させることができる。
【０００６】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３に係る発明であって、熱処理が大気圧雰囲気中において４００℃〜９００℃の温度によりなされる薄膜電極の製造方法である。
この請求項４に記載された薄膜電極の製造方法では、熱処理を４００〜９００℃の比較的低い温度で焼成するので、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを更に短縮させることができ、比較的安価な薄膜電極を得ることができる。ここで、熱処理が４００℃未満であると十分に焼結しない不具合があり、その熱処理が９００℃を越えると成長が起こって密着力が低下する不具合がある。そして、この熱処理の好ましい温度範囲は４５０〜８００℃である。
【０００７】
請求項５に係る発明は、粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを基板１１の平坦な上面に塗布して所定の厚さに成膜した後に熱処理して金属微粒子を焼成することにより基板１１上に第１薄膜電極１２を形成する工程と、第１薄膜電極１２上にゾルゲル法により誘電体材料膜１３を形成する工程と、誘電体材料膜１３上に粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを塗布して所定の厚さに成膜した後に熱処理して金属微粒子を焼成することにより誘電体材料膜１３上に第２薄膜電極１４を形成する工程とを含む薄膜素子の製造方法である。
この請求項５に記載された薄膜素子の製造方法では、薄膜素子の薄膜電極１２，１４を低コストで得ることができ、薄膜電極１２，１４及び誘電体材料膜１３が非真空状態で形成され得ることから電極を真空スパッタで行われる従来に比較してその製造工程を単純化させることができ、かつ比較的低温で薄膜電極１２，１４及び誘電体材料膜１３を形成し得ることから、短いタクトタイムで薄膜素子を得ることができ、その単価を安価なものとすることができる。
【０００８】
請求項７に係る発明は、粒径が１〜６０ｎｍの誘電体微粒子を溶媒に分散させた誘電体ペーストを準備する工程と、第１薄膜電極１２の上面に誘電体ペーストを塗布して所定の厚さに成膜する工程と、熱処理により誘電体ペーストにおける溶媒を除去して誘電体微粒子を焼成することにより第１薄膜電極１２上に薄膜誘電体材料膜１３を形成する工程と、薄膜誘電体材料膜１３上に第２薄膜電極１４を形成する工程とを含む薄膜素子の製造方法である。
この請求項７に記載された薄膜素子の製造方法では、粒径が１〜６０ｎｍの誘電体微粒子を溶媒に分散させた誘電体ペーストを成膜して焼成するので、その焼成温度を比較的低く設定することにより誘電体材料膜１３を得るまでのタクトタイムを短縮させることができる。ここで、誘電体微粒子の粒径が１ｎｍ未満であると緻密な組織になりにくい不具合があり、その粒径が６０ｎｍを越えると低温での焼結が困難になるとともに第１薄膜電極１２へのアンカー効果による密着力が低下する不具合がある。そして、この誘電体微粒子の好ましい粒径は１〜１０ｎｍであり、２〜５ｎｍであることが更に好ましい。
【０００９】
請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明であって、第２薄膜電極１４がスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、真空蒸着法又は請求項２ないし４いずれか１項に記載の方法により製造された薄膜素子の製造方法である。
この請求項８に記載された薄膜素子の製造方法では、薄膜素子の薄膜電極１２，１４を低コストで得ることができ、薄膜電極１２，１４を真空スパッタで形成する従来に比較してその製造工程を単純化させることができ、かつ比較的低温で薄膜電極１２，１４及び誘電体材料膜１３を形成し得ることから、短いタクトタイムで薄膜素子を得ることができ、その単価を安価なものとすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の薄膜電極用ペーストでは、Ｐｄ系合金，Ｐｔ系合金，Ａｕ系合金，Ａｇ系合金又はＮｉ系合金のいずれかからなる粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子と、その金属微粒子が分散した水又は有機溶剤とを備えるので、４００〜９００℃の比較的低い温度で焼成することができ、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを従来より短縮させることができる。
また、本発明の薄膜電極の製造方法では、粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを準備する工程と、基板の平坦な上面に前記ペーストを塗布して所定の厚さに成膜する工程と、熱処理によりペーストにおける溶媒を除去して金属微粒子を焼成することにより基板上に薄膜電極を得る工程とを含むので、ペーストの焼成温度を比較的低く設定することにより薄膜電極を得るまでのタクトタイムを短縮させることができる。この際、ペーストの塗布成膜がスピンコート法又はスプレー法又は液滴吐出法のいずれかによりなされる場合には、ペーストの塗布成膜を大気圧下において行うことができ、従来の真空スパッタ法により電極を製造する場合に比較して、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを更に短縮させることができる。そして、その熱処理が大気圧雰囲気中において４００℃〜９００℃の温度によりなされるようなものであれば、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを更に短縮させることができ、比較的安価な薄膜電極を得ることができる。
【００１１】
更に、本発明の薄膜素子の製造方法では、粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを基板の平坦な上面に塗布して所定の厚さに成膜した後に熱処理して金属微粒子を焼成することにより基板上に第１薄膜電極を形成する工程と、第１薄膜電極上にゾルゲル法により誘電体材料膜を形成する工程と、誘電体材料膜上に粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを塗布して所定の厚さに成膜した後に熱処理して金属微粒子を焼成することにより誘電体材料膜上に第２薄膜電極を形成する工程とを含むので、電極を低コストで得ることができ、かつ短いタクトタイムで電極及び誘電体材料膜を形成し得ることから、比較的安価な薄膜素子を得ることができる。
一方、本発明の薄膜素子の製造方法であっては、粒径が１〜６０ｎｍの誘電体微粒子を溶媒に分散させた誘電体ペーストを第１薄膜電極の上面に塗布して成膜した後、焼成することにより薄膜誘電体材料膜を形成し、その薄膜誘電体材料膜上に第２薄膜電極を形成するようにしてもよい。この場合における第１薄膜電極及び第２薄膜電極の形成をスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、真空蒸着法又は上述した薄膜電極の製造方法により行わせれば、その単価を更に安価なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の薄膜素子１０の製造方法は、基板１１上に第１薄膜電極１２を形成する工程と、その第１薄膜電極１２上に誘電体材料膜１３を形成する工程と、その誘電体材料膜１３上に第２薄膜電極１４を形成する工程とを備える。ここで、第１薄膜電極１２を形成するための基板１１とは、シリコンからなる基板や、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなる基板等が挙げられる。第１薄膜電極１２は、薄膜電極用ペーストを基板１１の平坦な上面に塗布して所定の厚さに成膜した後に熱処理してそのベーストを焼成することにより得られる。
【００１３】
この基板１１上に塗布される薄膜電極用ペーストは、Ｐｄ系合金，Ｐｔ系合金，Ａｕ系合金，Ａｇ系合金又はＮｉ系合金のいずれかからなる粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子と、この金属微粒子が分散した水又は有機溶剤とを備える。このような粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を含むペーストの具体的な製造手順をＰｔ系合金が含まれる場合を代表して以下に説明すると、先ず塩化白金酸を水に溶解させて塩化白金酸の水溶液を調製する。この水溶液に分散剤を添加した後攪拌して混合する。その後還元剤を入れて白金イオンを還元して白金の粒子を析出させ、これにより粒径が１〜４０ｎｍの白金粒子が分散したコロイド溶液が作製される。このコロイド溶液を遠心分離により固液分離し、固形分としての白金粒子を取り出し水又は有機溶媒と混合することにより粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を含むペーストを調製できる。このような薄膜電極用ペーストでは、粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を水等に分散させることにより、４００〜９００℃の比較的低い温度で焼成することが可能になり、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを短縮させることができる。
【００１４】
次に、このように調製されたペーストを用いた第１薄膜電極１２の製造方法について説明する。上述したように粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを準備した後、基板１１の平坦な上面にこのペーストを塗布して所定の厚さに成膜する。その後、熱処理によりペーストにおける溶媒を除去して金属微粒子を焼成することにより基板１１上に薄膜電極を得る。そして、ペーストの塗布成膜はスピンコート法又はスプレー法又は液滴吐出法のいずれかによりなされ、熱処理は大気圧雰囲気中において４００℃〜９００℃の温度によりなされる。
即ち、この薄膜電極の製造方法では、ペーストの塗布成膜をスピンコート法又はスプレー法又は液滴吐出法のいずれかにより行うことにより、ペーストの塗布成膜を大気圧下において行うことができ、従来の真空スパッタ法により電極を製造する場合に比較して、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを更に短縮させることができる。そして、ペーストは粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を分散させているので、その焼成温度を比較的低く設定することができ、例えば、焼成させるための熱処理を４００〜９００℃の比較的低い温度にすることにより、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを更に短縮させることができ、比較的安価な薄膜電極を得ることができる。
【００１５】
上述したように基板１１上に第１薄膜電極１２を形成した後、この第１薄膜電極１２上にはゾルゲル法により誘電体材料膜１３が形成される。誘電体材料としては従来から用いられているＰＺＴやＢＳＴの他に、ＰＬＺＴ系のいわゆるペロブスカイト型結晶構造を有する複合酸化物や、Ｂｉ層状ペロブスカイト型結晶構造を有する複合酸化物も適用できる。このような誘電体材料を用いてゾルゲル法により所定の厚さの誘電体材料膜１３を形成する。特に、この膜を形成する組成物がＢＳＴであるＢａ1-XＳｒXＴｉYＯ3であれば、これを塗布、乾燥して、４５０〜８００℃の比較的低い温度で焼成することができ、高誘電率かつ高絶縁性のＢａ1-XＳｒXＴｉYＯ3薄膜を更に容易に形成することができるので好ましい。
【００１６】
そして、このように得られた誘電体材料膜１３上には粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を溶媒に分散させたペーストを更に塗布して所定の厚さに成膜し、その後に熱処理して金属微粒子を焼成することにより誘電体材料膜１３上に第２薄膜電極１４を形成する。この第２薄膜電極１４の具体的な成膜手順は上述した第１薄膜電極１２の成膜手順と同一であり、このようにして第１薄膜電極１２と誘電体材料膜１３と第２薄膜電極１４を有する薄膜素子１０を得ることができる。
この薄膜素子１０の製造方法では、上述したように薄膜素子１０の電極を低コストで得ることができる。また、薄膜電極１２，１４及び誘電体材料膜１３が非真空状態で形成され得ることから電極を真空スパッタで行われる従来に比較してその製造工程を単純化させることができる。そして、比較的低温で薄膜電極１２，１４及び誘電体材料膜１３を形成し得ることから、短いタクトタイムで薄膜素子１０を得ることができ、その単価を安価なものとすることができる。
【００１７】
なお、上述した実施の形態では、所定の厚さの誘電体材料膜１３をゾルゲル法により第１薄膜電極１２上に形成する場合を示したが、粒径が１〜６０ｎｍの誘電体微粒子を溶媒に分散させた誘電体ペーストを準備し、第１薄膜電極１２の上面にその誘電体ペーストを塗布して所定の厚さに成膜し、熱処理により誘電体ペーストにおける溶媒を除去して誘電体微粒子を焼成することにより第１薄膜電極１２上に薄膜誘電体材料膜１３を形成するようにしてもよい。このような薄膜素子の製造方法では、粒径が１〜６０ｎｍの誘電体微粒子を溶媒に分散させた誘電体ペーストを成膜して焼成するので、その焼成温度を比較的低く設定することにより誘電体材料膜１３を得るまでのタクトタイムを更に短縮させることができる。
【００１８】
この場合、第１薄膜電極１２及び第２薄膜電極１４は、上述した本発明の薄膜電極の製造方法により得られたものに限らず、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、真空蒸着法により行われた薄膜素子１２，１４であっても良い。このような方法により第１薄膜電極１２及び第２薄膜電極１４を得ることにより、薄膜電極１２，１４を真空スパッタで形成する従来に比較してその製造工程を単純化させることができ、かつ比較的低温で薄膜電極１２，１４及び誘電体材料膜１３を形成し得ることから、更に短いタクトタイムで薄膜素子を得ることができ、その単価を安価なものとすることができる。
ここで、スパッタリング法による薄膜電極の具体的な製造方法は、各電極材のスパッタリング用ターゲットを用い、ＤＣスパッタリング法にて各基板に成膜する方法である。また、ＭＯＣＶＤ法による薄膜電極の具体的な製造方法は、各金属のβジケトン錯体、シクロペンタジエン系錯体の固体昇華法で成膜するか、又はこれを有機溶剤に溶かした溶液を用いる液体供給法にて各基板に成膜する方法である。更に、真空蒸着法による薄膜電極の具体的な製造方法は、各金属を真空中で熔解し、各基板に成膜を行う方法である。
【実施例】
【００１９】
次に、次の実施例１〜５により本発明の薄膜電極用ペーストが４００〜９００℃の比較的低い温度で焼成し得ることを確認した。
＜実施例１＞
Ｐｔ原料としてＨ2ＰｔＣｌ6，６Ｈ2Ｏを１グラム用意し、これを０．３リットルの水に溶解させてＰｔ含有水溶液を調製した。この水溶液に分散剤としてのＰＶＰ（Ｃ6Ｈ9ＮＯ）を１グラム添加した後攪拌して混合した。その後、その混合液に還元剤としてのＣ2Ｈ5ＯＨを１００グラム入れてＰｔイオンを還元してＰｔの粒子を析出させ、粒径が１〜４０ｎｍのＰｔ粒子が分散したコロイド溶液を作製した。このコロイド溶液を遠心分離により固液分離し、固形分としてのＰｔ粒子を取り出し水と混合することにより粒径が１〜４０ｎｍのＰｔ金属微粒子を含むペーストを調製した。このペーストを実施例１とした。
【００２０】
＜実施例２＞
Ａｕ原料としてＨＡｕＣｌ4，４Ｈ2Ｏを１グラム用意し、これを０．３リットルの水に溶解させてＡｕ含有水溶液を調製した。この水溶液に分散剤としてのＮａ3Ｃ6Ｈ5Ｏ7を５グラム添加した後攪拌して混合した。その後、その混合液に還元剤としてのＮａ3Ｃ6Ｈ5Ｏ7を５グラム入れてＡｕイオンを還元してＡｕの粒子を析出させ、粒径が１〜４０ｎｍのＡｕ粒子が分散したコロイド溶液を作製した。このコロイド溶液を遠心分離により固液分離し、固形分としてのＡｕ粒子を取り出し水と混合することにより粒径が１〜４０ｎｍのＡｕ金属微粒子を含むペーストを調製した。このペーストを実施例２とした。
【００２１】
＜実施例３＞
Ａｇ原料としてＡｇＮＯ3を１グラム用意し、これを０．３リットルの水に溶解させてＡｇ含有水溶液を調製した。この水溶液に分散剤としてのＮａ3Ｃ6Ｈ5Ｏ7を５グラム添加した後攪拌して混合した。その後、その混合液に還元剤としてのＦｅＳＯ4を５グラム入れてＡｇイオンを還元してＡｇの粒子を析出させ、粒径が１〜４０ｎｍのＡｇ粒子が分散したコロイド溶液を作製した。このコロイド溶液を遠心分離により固液分離し、固形分としてのＡｇ粒子を取り出し水と混合することにより粒径が１〜４０ｎｍのＡｇ金属微粒子を含むペーストを調製した。このペーストを実施例３とした。
【００２２】
＜実施例４＞
Ｐｄ原料としてＨ2ＰｄＣｌ4を１グラム用意し、これを０．３リットルの水に溶解させてＰｄ含有水溶液を調製した。この水溶液に分散剤としてのＰＶＰ（Ｃ6Ｈ9ＮＯ）を１グラム添加した後攪拌して混合した。その後、その混合液に還元剤としてのＣ2Ｈ5ＯＨを１００グラム入れてＰｄイオンを還元してＰｄの粒子を析出させ、粒径が１〜４０ｎｍのＰｄ粒子が分散したコロイド溶液を作製した。このコロイド溶液を遠心分離により固液分離し、固形分としてのＰｄ粒子を取り出し水と混合することにより粒径が１〜４０ｎｍのＰｄ金属微粒子を含むペーストを調製した。このペーストを実施例４とした。
【００２３】
＜実施例５＞
真空蒸着によりＮｉメタルを気化させて、アルキルナフタレン系のオイルにポリアミンを添加した溶媒中に吹き込んでＮｉ微粒子を析出させた。これにより、粒径が約１０ｎｍのＮｉ粒子が分散したコロイド溶液を作製した。このコロイド溶液を遠心分離により固液分離し、固形分としてのＮｉ粒子を取り出し水と混合することにより粒径が約１０ｎｍのＮｉ金属微粒子を含むペーストを調製した。このペーストを実施例５とした。
【００２４】
＜評価試験１及び評価１＞
実施例１〜５におけるペーストの焼成温度をアルミナ基板上への塗布により調査した。その結果、実施例１のペーストは８００℃、実施例２のペーストは５００℃、実施例３のペーストは４００℃、実施例４のペーストは８００℃、実施例５のペーストは８００℃でそれぞれ焼結させることができた。よって、本発明の薄膜電極用ペーストでは、粒径が１〜４０ｎｍの金属微粒子を水等に分散させることにより、４００〜９００℃の比較的低い温度で焼成することが可能になり、薄膜電極を得るまでのタクトタイムを短縮させることができることが判る。
【００２５】
次に、上述した薄膜電極用ペーストを用いて次の実施例６〜８により薄膜素子を製造した。
＜実施例６＞
実施例１で作製したＰｔペーストを用いて５００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉ上に塗布、乾燥を繰り返し、最後に８００℃で焼結し２００ｎｍのＰｔ電極膜を得た。この膜の上にさらに市販のＰＺＴゾルゲル液で２００ｎｍのＰＺＴ膜を形成し、先述の方法で更に上部電極として２００ｎｍのＰｔ電極膜を形成し、ＰＺＴ薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例６とした。
【００２６】
＜実施例７＞
実施例１で作製したＰｔペーストを用いて５００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉ上に塗布、乾燥を繰り返し、最後に８００℃で焼結し２００ｎｍのＰｔ電極膜を得た。この膜の上にさらに市販のＢＳＴゾルゲル液で２００ｎｍのＢＳＴ膜を形成し、先述の方法で更に上部電極として２００ｎｍのＰｔ電極膜を形成し、ＢＳＴ薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例７とした。
【００２７】
＜実施例８＞
実施例１で作製したＰｔペーストを用いて５００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉ上に塗布、乾燥を繰り返し、最後に８００℃で焼結し２００ｎｍのＰｔ電極膜を得た。この膜の上にさらに市販のＢＬＴゾルゲル液で２００ｎｍのＢＬＴ膜を形成し、先述の方法で更に上部電極として２００ｎｍのＰｔ電極膜を形成し、ＢＬＴ薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例８とした。
【００２８】
＜評価試験２及び評価２＞
実施例６における薄膜素子をラジアントテクノロジー社製強誘電体評価テスタＲＴ６０００で評価したところ、この実施例６の薄膜素子では、その残留分極値が２３．７ｕＣ／ｃｍ2であり、抗電界が４８．７ｋＶ／ｃｍであった。またＬＣＲメーターで比誘電率を測定したところ、１０４８であった。
また、実施例７の薄膜素子をＬＣＲメーターで評価し、ＢＳＴ膜の比誘電率を測定したところ、３５６であった。
更に、実施例８における薄膜素子をラジアントテクノロジー社製強誘電体評価テスタＲＴ６０００で評価したところ、この実施例８の薄膜素子では、残留分極値が１７．７ｕＣ／ｃｍ2であり、抗電界が５３．５ｋＶ／ｃｍであった。
よって、本発明の薄膜素子の製造方法では、薄膜電極及び誘電体材料膜が非真空状態で形成され得ることから電極を真空スパッタで行われる従来に比較してその製造工程を単純化させることができ、かつ比較的低温で薄膜電極１２，１４及び誘電体材料膜１３を形成し得ることから、短いタクトタイムで薄膜素子を得ることができることが判る。
【００２９】
続いて、次の実施例９及び１０により誘電体微粒子を溶媒に分散させた誘電体ペーストが比較的低い温度で焼成し得ることを確認した。
＜実施例９＞
平均粒径１μｍの市販のＢａＴｉＯ3粉末をエタノールを５：９５の重量比で混合し、ＺｒＯ2ボールを混ぜて７２時間ボールミルで粉砕し、平均粒径３０ｎｍのＢａＴｉＯ3粒子がエタノールに分散したペーストを調製した。この誘電体ペーストを実施例９とした。
＜実施例１０＞
平均粒径１μｍの市販のＰｂＺｒ0.52Ｔｉ0.48Ｏ8粉末をエタノールを５：９５の重量比で混合し、ＺｒＯ2ボールを混ぜて７２時間ボールミルで粉砕し、平均粒径３０ｎｍのＰＺＴ粒子がエタノールに分散したペーストを調製した。この誘電体ペーストを実施例１０とした。
【００３０】
＜評価試験３及び評価３＞
実施例９及び１０における誘電体ペーストの焼成温度をアルミナ基板上への塗布により調査した。その結果、実施例９の誘電体ペーストは９００℃、実施例１０の誘電体ペーストは８００℃でそれぞれ焼結させることができた。よって、本発明の誘電体ペーストでは、粒径が１〜６０ｎｍの誘電体微粒子を溶媒に分散させることにより、比較的低い温度で焼成することが可能になり、更には完全緻密化する必要のない用途にはより低温での焼成も可能であり、誘電体材料膜を得るまでのタクトタイムを短縮させることができることが判る。
【００３１】
次に、誘電体微粒子を溶媒に分散させた誘電体ペーストを用いて、次の実施例１１〜５８により薄膜素子を製造した。
＜実施例１１＞
５００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉ上に常温によるスパッタリング法により２００ｎｍのＰｔ電極膜を得た。この膜の上に実施例９で作成したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを塗布、乾燥した後に３００℃で焼結し厚さが３００ｎｍの誘電体材料膜を形成した。その後、この誘電体材料膜上にスパッタリング法により上部電極として２００ｎｍのＰｔ電極膜を形成して薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例１１とした。
【００３２】
＜実施例１２＞
Ｐｔ電極膜の上に塗布、乾燥したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを５００℃で焼結させ厚さが３００ｎｍの誘電体材料膜を形成したことを除いて実施例１１と同一の条件及び手順で薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例１２とした。
＜実施例１３＞
Ｐｔ電極膜の上に塗布、乾燥したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを７００℃で焼結させ厚さが３００ｎｍの誘電体材料膜を形成したことを除いて実施例１１と同一の条件及び手順で薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例１３とした。
【００３３】
＜実施例１４＞
ＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを３００℃で焼結させることにより形成された誘電体材料膜上に、実施例１で作製したＰｔペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に８００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＰｔ電極膜を得たことを除いて実施例１１と同一の条件及び手順で薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例１４とした。
＜実施例１５＞
ＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを３００℃で焼結させることにより形成された誘電体材料膜上に、実施例２で作製したＡｕペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に５００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＡｕ電極膜を得たことを除いて実施例１１と同一の条件及び手順で薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例１５とした。
【００３４】
＜実施例１６＞
ＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを３００℃で焼結させることにより形成された誘電体材料膜上に、実施例３で作製したＡｇペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に４００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＡｇ電極膜を得たことを除いて実施例１１と同一の条件及び手順で薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例１６とした。
＜実施例１７＞
ＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを３００℃で焼結させることにより形成された誘電体材料膜上に、実施例４で作製したＰｄペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に８００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＰｄ電極膜を得たことを除いて実施例１１と同一の条件及び手順で薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例１７とした。
【００３５】
＜実施例１８＞
ＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを３００℃で焼結させることにより形成された誘電体材料膜上に、実施例５で作製したＮｉペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に５００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＮｉ電極膜を得たことを除いて実施例１１と同一の条件及び手順で薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例１８とした。
＜実施例１９＞
実施例１で作製したＰｔペーストを用いて５００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉ上に塗布、乾燥を繰り返し、最後に８００℃で焼結し２００ｎｍのＰｔ電極膜を得た。この膜の上に実施例９で作成したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを塗布、乾燥した後に３００℃で焼結し厚さが３００ｎｍの誘電体材料膜を形成した。その後、この誘電体材料膜上に、実施例１で作製したＰｔペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に８００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＰｔ電極膜を形成して薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例１９とした。
【００３６】
＜実施例２０＞
実施例２で作製したＡｕペーストを用いて５００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉ上に塗布、乾燥を繰り返し、最後に５００℃で焼結し２００ｎｍのＡｕ電極膜を得た。この膜の上に実施例９で作成したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを塗布、乾燥した後に３００℃で焼結し厚さが３００ｎｍの誘電体材料膜を形成した。その後、この誘電体材料膜上に、実施例２で作製したＡｕペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に５００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＡｕ電極膜を形成して薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２０とした。
＜実施例２１＞
実施例３で作製したＡｇペーストを用いて４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉ上に塗布、乾燥を繰り返し、最後に４００℃で焼結し２００ｎｍのＡｇ電極膜を得た。この膜の上に実施例９で作成したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを塗布、乾燥した後に３００℃で焼結し厚さが３００ｎｍの誘電体材料膜を形成した。その後、この誘電体材料膜上に、実施例３で作製したＡｇペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に４００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＡｇ電極膜を形成して薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２１とした。
【００３７】
＜実施例２２＞
実施例４で作製したＰｄペーストを用いて４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉ上に塗布、乾燥を繰り返し、最後に８００℃で焼結し２００ｎｍのＰｄ電極膜を得た。この膜の上に実施例９で作成したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを塗布、乾燥した後に３００℃で焼結し厚さが３００ｎｍの誘電体材料膜を形成した。その後、この誘電体材料膜上に、実施例４で作製したＰｄペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に８００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＰｄ電極膜を形成して薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２２とした。
＜実施例２３＞
実施例５で作製したＮｉペーストを用いて４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉ上に塗布、乾燥を繰り返し、最後に５００℃で焼結し２００ｎｍのＮｉ電極膜を得た。この膜の上に実施例９で作成したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを塗布、乾燥した後に３００℃で焼結し厚さが３００ｎｍの誘電体材料膜を形成した。その後、この誘電体材料膜上に、実施例５で作製したＮｉペーストを塗布、乾燥を繰り返した後に５００℃で焼結し２００ｎｍの上部電極としてのＮｉ電極膜を形成して薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２３とした。
【００３８】
＜実施例２４＞
ＳｉＯ2から成るシリコンウェーハ上に常温によるスパッタリング法により２００ｎｍのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極膜を得た。この膜の上に実施例９で作成したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストを塗布、乾燥した後に２００℃で焼結し厚さが３００ｎｍの誘電体材料膜を形成した。その後、この誘電体材料膜上にスパッタリング法により上部電極として２００ｎｍのＩＴＯ電極膜を形成して薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２４とした。
＜実施例２５＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＡｌ2Ｏ3から成る基板を用いたことを除いて実施例１９と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２５とした。
【００３９】
＜実施例２６＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＡｌ2Ｏ3から成る基板を用いたことを除いて実施例２０と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２６とした。
＜実施例２７＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＡｌ2Ｏ3から成る基板を用いたことを除いて実施例２１と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２７とした。
【００４０】
＜実施例２８＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＡｌ2Ｏ3から成る基板を用いたことを除いて実施例２２と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２８とした。
＜実施例２９＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＡｌ2Ｏ3から成る基板を用いたことを除いて実施例２３と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例２９とした。
【００４１】
＜実施例３０＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＹＳＺから成る基板を用いたことを除いて実施例１９と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例３０とした。
＜実施例３１＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＹＳＺから成る基板を用いたことを除いて実施例２０と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例３１とした。
【００４２】
＜実施例３２＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＹＳＺから成る基板を用いたことを除いて実施例２１と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例３２とした。
＜実施例３３＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＹＳＺから成る基板を用いたことを除いて実施例２２と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例３３とした。
【００４３】
＜実施例３４＞
４００ｎｍの熱酸化膜付きシリコンウェーハ：ＳｉＯ2（５００ｎｍ）／Ｓｉに代えてＹＳＺから成る基板を用いたことを除いて実施例２３と同一の条件及び手順により薄膜素子を得た。この薄膜素子を実施例３４とした。
＜実施例３５〜５８＞
実施例９で作成したＢａＴｉＯ3粒子が分散した誘電体ペーストに代えて実施例１０で作成したＰＺＴ粒子が分散した誘電体ペーストを用いたことを除き、実施例１１〜実施例３４と同一の条件及び手順によりそれぞれ薄膜素子を得た。これらの薄膜素子を実施例３５〜実施例５８とした。
上述した実施例１１〜実施例５８の内容を表１及び表２に示す。
【００４４】
【表１】
2006032326.tif 000003
【００４５】
【表２】
2006032326.tif 000004
【００４６】
＜評価試験４及び評価４＞
実施例１１〜５８における薄膜素子の比誘電率をＬＣＲメータによりそれぞれ測定した。
【００４７】
その結果、実施例１１〜３４におけるＢａＴｉＯ3膜における比誘電率は１５０〜３７０の特性が得られた。また、実施例３５〜５８におけるＰＺＴ膜における比誘電率は３５０〜１２００の特性が得られた。
この結果から、良好な薄膜素子が本発明の方法により得られることが判る。
よって、本発明の薄膜素子の製造方法では、従来に比較してその製造工程を単純化させることができ、かつ短いタクトタイムで薄膜素子を得ることができることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明実施形態の薄膜素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  薄膜素子
１１  基板
１２  第１薄膜電極（薄膜電極）
１３  誘電体材料膜
１４  第２薄膜電極（薄膜電極）
【図１】
2006032326.tif 000005