(57)【要約】      （修正有）【課題】ＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜の単結晶性を向上させる。【解決手段】蒸着法により、Ｓｉ基板２３上にＺｒ膜２９を成膜し、次いで、酸素ガスを導入して前記Ｚｒ膜２９上にＺｒＯ２膜３１ａとＹ２Ｏ３膜３１ｂを積層した積層膜３１を成膜する。この積層膜３１はＳｉ基板２３の（１００）の結晶面と同様に（１００）に配向し、Ｘ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°の単結晶性の高い膜である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｒ膜と、
前記Ｚｒ膜上に形成されたＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜と、
を具備し、
前記積層膜またはＹＳＺ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°であることを特徴とする結晶膜。
【請求項２】
請求項１において、
前記Ｚｒ膜の膜厚は、０．２ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする結晶膜。
【請求項３】
請求項１において、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜は（１００）に配向した配向膜であることを特徴とする結晶膜。
【請求項４】
請求項１において、
前記結晶膜は（１００）の結晶面を有する基板上に形成されていることを特徴とする結晶膜。
【請求項５】
請求項１、３及び４のいずれか一項において、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜上には（１００）に配向したＰｔ膜が形成されており、
前記Ｐｔ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°であることを特徴とする結晶膜。
【請求項６】
請求項５において、
前記Ｐｔ膜上には誘電体膜が形成されており、
前記誘電体膜は、一般式ＡＢＯ３で表され、Ａは、Ａｌ、Ｙ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｂｉおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、ＯＳｉｒＰｔ、Ｕ、ＣＯ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭＯおよびＷからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｂｉ、Ｐｂおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素Ｌと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、ＭＯ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる少なくとも１つの元素Ｒと、酸素とによって構成されることを特徴とする結晶膜。
【請求項７】
請求項６において、
前記誘電体膜は、（００１）に配向していることを特徴とする結晶膜。
【請求項８】
請求項５において、
前記Ｐｔ膜上には（００１）に配向したＰＺＴ膜が形成されており、
前記ＰＺＴ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°であることを特徴とする結晶膜。
【請求項９】
７００℃以上に加熱した基板上に、Ｚｒを有する蒸着材料を用いた蒸着法によりＺｒ膜を形成し、
７００℃以上に加熱した基板上の前記Ｚｒ膜上に、前記Ｚｒ及びＹを有する蒸着材料と酸素を用いた蒸着法によりＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜を形成することを特徴とする結晶膜の製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記基板は（１００）の結晶面を有し、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜は（１００）に配向していることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°であることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか一項において、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜の上に（１００）に配向した導電膜を形成し、
前記導電膜上には（００１）に配向した誘電体膜を形成することを特徴とする結晶膜の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記導電膜は金属を含む膜であり、
前記誘電体膜は、一般式ＡＢＯ３で表され、Ａは、Ａｌ、Ｙ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｂｉおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、ＯＳｉｒＰｔ、Ｕ、ＣＯ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭＯおよびＷからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｂｉ、Ｐｂおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素Ｌと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、ＭＯ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる少なくとも１つの元素Ｒと、酸素とによって構成されることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記導電膜はＰｔ膜であり、
前記Ｐｔ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°であることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２または１４において、
前記誘電体膜はＰＺＴ膜であり、
前記ＰＺＴ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°であることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【請求項１６】
請求項９乃至１５のいずれか一項において、
前記Ｚｒを有する蒸着材料は、Ｚｒ単結晶を有する蒸着材料であることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【請求項１７】
第１のチャンバーと、
前記第１のチャンバー内に配置された、基板を保持する基板ホルダーと、
Ｚｒ及びＹを有する蒸着材料と、
前記蒸着材料を加熱する第１の加熱機構と、
前記第１のチャンバー内に酸素ガスを供給するガス供給機構と、
前記第１のチャンバー内を排気する排気機構と、
を具備することを特徴とする蒸着装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記第１の加熱機構によって前記Ｚｒを加熱して蒸発させることで、前記基板上にＺｒ膜を成膜し、
前記第１の加熱機構によって前記蒸着材料を加熱して蒸発させ、且つ前記ガス供給機構によって前記酸素ガスを供給することで、前記Ｚｒ膜上にＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜を成膜することを特徴とする蒸着装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８において、
前記基板を加熱する第２の加熱機構を有し、
前記蒸着材料を加熱して蒸発させる際に前記第２の加熱機構によって前記基板の温度を７００℃以上に加熱することを特徴とする蒸着装置。
【請求項２０】
請求項１７乃至１９のいずれか一項において、
前記第１の加熱機構は、電子ビームによって前記蒸着材料を加熱する機構であることを特徴とする蒸着装置。
【請求項２１】
請求項１７乃至２０のいずれか一項において、
前記Ｚｒ及びＹを有する蒸着材料は、Ｚｒ単結晶及びＹを有する蒸着材料であることを特徴とする蒸着装置。
【請求項２２】
請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載の蒸着装置と、
前記第１のチャンバーに第１のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第２のゲートバルブを介して接続された第２のチャンバーと、
前記第２のチャンバー内で前記積層膜または前記ＹＳＺ膜の上に導電膜を成膜する第１のスパッタリング装置と、
前記搬送室に第３のゲートバルブを介して接続された第３のチャンバーと、
前記第３のチャンバー内で前記導電膜上に誘電体膜を成膜する成膜装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。
【請求項２３】
請求項２２において、
前記成膜装置は、ゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布して誘電体膜を成膜する装置であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
【請求項２４】
請求項２２において、
前記成膜装置は、スパッタリング法により前記誘電体膜を成膜する第２のスパッタリング装置であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶膜、結晶膜の製造方法、蒸着装置及びマルチチャンバー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペロブスカイト構造からなるPb(Zr,Ti)O3（以下、「PZT」という。）膜を作製する場合、その下地膜として単結晶性の高い（１００）に配向した結晶膜を用いるとよい。この結晶膜としては、例えばＹＳＺ膜を用いることが考えられる。そのＹＳＺ膜の作製方法について以下に説明する。
【０００３】
多結晶のＹ及びＺｒのターゲットにＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を照射することにより、ターゲットから飛散された物質を基板上に蒸着するレーザアブレーション法によりＹＳＺ膜を形成した。基板上に形成されたＹＳＺ膜を、Ｘ線極点図法によりそれぞれ調査した結果、基板に平行な面内での（１００）軸の配向の分布（半値幅）は、７°であった（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
PZT膜の圧電特性をより高めるためには、上記のＹＳＺ膜の単結晶性をさらに高めることが求められる。より高い圧電特性を有するPZT膜を例えばアクチュエーターとして用いると動く幅が大きくなり、アクチュエーターの性能が向上するからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６２３００１号公報（実施例１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、ＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜の単結晶性を向上させることを課題とする。
また、本発明の一態様は、単結晶性を向上させたＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜を製造できる蒸着装置またはマルチチャンバー装置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】
【０００７】
以下に、本発明の種々の態様について説明する。
［１］Ｚｒ膜と、
前記Ｚｒ膜上に形成されたＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜と、
を具備し、
前記積層膜またはＹＳＺ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であることを特徴とする結晶膜。
【０００８】
［２］上記［１］において、
前記Ｚｒ膜の膜厚は、０．２ｎｍ〜３０ｎｍ（好ましくは０．２ｎｍ〜５ｎｍ）であることを特徴とする結晶膜。
【０００９】
［３］上記［１］または［２］において、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜は（１００）に配向した配向膜であることを特徴とする結晶膜。
【００１０】
［４］上記［１］乃至［３］のいずれか一項において、
前記結晶膜は（１００）の結晶面を有する基板上に形成されていることを特徴とする結晶膜。
【００１１】
［５］上記［１］乃至［４］のいずれか一項において、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜上には（１００）に配向したＰｔ膜が形成されており、
前記Ｐｔ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であることを特徴とする結晶膜。
【００１２】
［６］上記［５］において、
前記Ｐｔ膜上には誘電体膜が形成されており、
前記誘電体膜は、一般式ＡＢＯ３で表され、Ａは、Ａｌ、Ｙ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｂｉおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、ＯＳｉｒＰｔ、Ｕ、ＣＯ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭＯおよびＷからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｂｉ、Ｐｂおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素Ｌと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、ＭＯ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる少なくとも１つの元素Ｒと、酸素とによって構成されることを特徴とする結晶膜。
なお、誘電体膜は例えばＰＺＴ膜である。
【００１３】
［７］上記［６］において、
前記誘電体膜は、（００１）に配向していることを特徴とする結晶膜。
【００１４】
［８］上記［５］において、
前記Ｐｔ膜上には（００１）に配向したＰＺＴ膜が形成されており、
前記ＰＺＴ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であることを特徴とする結晶膜。
【００１５】
［９］７００℃以上に加熱した基板上に、Ｚｒを有する蒸着材料を用いた蒸着法によりＺｒ膜を形成し、
７００℃以上に加熱した基板上の前記Ｚｒ膜上に、前記Ｚｒ及びＹを有する蒸着材料と酸素を用いた蒸着法によりＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜を形成することを特徴とする結晶膜の製造方法。
【００１６】
［１０］上記［９］において、
前記基板は（１００）の結晶面を有し、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜は（１００）に配向していることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【００１７】
［１１］上記［９］または［１０］において、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【００１８】
［１２］上記［９］乃至［１１］のいずれか一項において、
前記積層膜または前記ＹＳＺ膜の上に（１００）に配向した導電膜を形成し、
前記導電膜上には（００１）に配向した誘電体膜を形成することを特徴とする結晶膜の製造方法。
【００１９】
［１３］上記［１２］において、
前記導電膜は金属を含む膜であり、
前記誘電体膜は、一般式ＡＢＯ３で表され、Ａは、Ａｌ、Ｙ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｂｉおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、ＯＳｉｒＰｔ、Ｕ、ＣＯ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭＯおよびＷからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｂｉ、Ｐｂおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素Ｌと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、ＭＯ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる少なくとも１つの元素Ｒと、酸素とによって構成されることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【００２０】
［１４］上記［１２］において、
前記導電膜はＰｔ膜であり、
前記Ｐｔ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【００２１】
［１５］上記［１２］または［１４］において、
前記誘電体膜はＰＺＴ膜であり、
前記ＰＺＴ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であることを特徴とする結晶膜の製造方法。
［１６］上記［９］乃至［１５］のいずれか一項において、
前記Ｚｒを有する蒸着材料は、Ｚｒ単結晶を有する蒸着材料であることを特徴とする結晶膜の製造方法。
【００２２】
［１７］第１のチャンバーと、
前記第１のチャンバー内に配置された、基板を保持する基板ホルダーと、
Ｚｒ及びＹを有する蒸着材料と、
前記蒸着材料を加熱する第１の加熱機構と、
前記第１のチャンバー内に酸素ガスを供給するガス供給機構と、
前記第１のチャンバー内を排気する排気機構と、
を具備することを特徴とする蒸着装置。
【００２３】
［１８］上記［１７］において、
前記第１の加熱機構によって前記Ｚｒを加熱して蒸発させることで、前記基板上にＺｒ膜を成膜し、
前記第１の加熱機構によって前記蒸着材料を加熱して蒸発させ、且つ前記ガス供給機構によって前記酸素ガスを供給することで、前記Ｚｒ膜上にＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜を成膜することを特徴とする蒸着装置。
【００２４】
［１９］上記［１７］または［１８］において、
前記基板を加熱する第２の加熱機構を有し、
前記蒸着材料を加熱して蒸発させる際に前記第２の加熱機構によって前記基板の温度を７００℃以上に加熱することを特徴とする蒸着装置。
【００２５】
［２０］上記［１７］乃至［１９］のいずれか一項において、
前記第１の加熱機構は、電子ビームによって前記蒸着材料を加熱する機構であることを特徴とする蒸着装置。
［２１］上記［１７］乃至［２０］のいずれか一項において、
前記Ｚｒ及びＹを有する蒸着材料は、Ｚｒ単結晶及びＹを有する蒸着材料であることを特徴とする蒸着装置。
【００２６】
［２２］上記［１７］乃至［２１］のいずれか一項に記載の蒸着装置と、
前記第１のチャンバーに第１のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第２のゲートバルブを介して接続された第２のチャンバーと、
前記第２のチャンバー内で前記積層膜または前記ＹＳＺ膜の上に導電膜を成膜する第１のスパッタリング装置と、
前記搬送室に第３のゲートバルブを介して接続された第３のチャンバーと、
前記第３のチャンバー内で前記導電膜上に誘電体膜を成膜する成膜装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。
【００２７】
［２３］上記［２２］において、
前記成膜装置は、ゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布して誘電体膜を成膜する装置であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
【００２８】
［２４］上記［２２］において、
前記成膜装置は、スパッタリング法により前記誘電体膜を成膜する第２のスパッタリング装置であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の一態様を適用することで、ＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜の単結晶性を向上させることができる。
また、本発明の一態様を適用することで、単結晶性を向上させたＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜を製造できる蒸着装置またはマルチチャンバー装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一態様に係るマルチチャンバー装置を模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示す第１のチャンバーを有する蒸着装置を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の一態様に係る結晶膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】実施例のＰＺＴ膜、ＹＳＺ膜、Ｐｔ膜をＸＲＤで結晶性を評価した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
（第１の実施形態）
≪製造装置≫
図１は、本発明の一態様に係るマルチチャンバー装置を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示す第１のチャンバーを有する蒸着装置を模式的に示す断面図である。
【００３３】
マルチチャンバー装置は、ロードロック室１と、搬送室２と、搬送ロボット３と、蒸着室４と、Ｐｔのスパッタ室５と、ＰＺＴスパッタ室７とを有している。
【００３４】
ロードロック室１には真空ポンプ（図示せず）が接続されており、成膜処理を施す基板（例えばＳｉ基板、Ｓｉウエハ）をロードロック室１内に導入し、真空ポンプによってロードロック室１内が真空排気されるようになっている。
【００３５】
搬送室２は、ゲートバルブ５１を介してロードロック室１に接続されている。搬送室２内には搬送ロボット３が配置されている。搬送室２には真空ポンプ（図示せず）が接続されており、その真空ポンプによって搬送室２内が真空排気されるようになっている。
【００３６】
蒸着室４は、Ｓｉウエハ（Ｓｉ基板ともいう）２３上にＺｒ膜を成膜し、Ｚｒ膜上にＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜を蒸着法によって成膜するものであり、ゲートバルブ５１を介して搬送室２に接続されている。蒸着室４は第１のチャンバーを有しており、マルチチャンバー装置は第１のチャンバーを有する蒸着装置（図２参照）を有している。搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をロードロック室１内から搬送室２を通って蒸着室４の第１のチャンバーに搬送するようになっている。図２に示す蒸着装置については後述する。
【００３７】
なお、本明細書において「ＹＳＺ膜」とは、ＹとＺｒが酸素によって酸化されたＹ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合物からなる安定した状態にある膜をいうが、ＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜が熱拡散によってＹ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合物となった膜も含まれる。広義にはＺｒＯ２に数％のＹ２Ｏを混合したもの（Ｚｒの酸化数を安定化するため）で良く知られているのはＺｒＯ２が８％添加されたもの、或いはＺｒに数％のＹを添加した合金を酸化したもので、これも良く知られているのはＺｒに８％Ｙを添加した合金を酸化したものである。
【００３８】
Ｐｔのスパッタ室５は、Ｓｉウエハ２３上にＰｔ膜をスパッタリングによって成膜するものであり、ゲートバルブ５１を介して搬送室２に接続されている。スパッタ室５は、第２のチャンバーを有する第１のスパッタリング装置（図示せず）を有している。搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３を蒸着室４の第１のチャンバー内から搬送室２を通ってスパッタ室５の第２のチャンバー内に搬送するようになっている。
【００３９】
ＰＺＴスパッタ室７は、Ｓｉウエハ２３上にＰＺＴ膜をスパッタリングによって成膜するものであり、ゲートバルブ５１を介して搬送室２に接続されている。ＰＺＴスパッタ室７は、第３のチャンバーを有する第２のスパッタリング装置（図示せず）を有している。搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をスパッタ室５の第２のチャンバー内から搬送室２を通ってスパッタ室７の第３のチャンバー内に搬送するようになっている。なお、ＰＺＴスパッタ室７の第３のチャンバー内でＰＺＴ膜を成膜するスパッタリング装置を用いているが、第３のチャンバー内でＰＺＴ以外の誘電体膜を成膜するスパッタリング装置を用いてもよい。
【００４０】
図２に示す蒸着装置はＥＢ型蒸着装置である。このＥＢ型蒸着装置は第１のチャンバー４１を有しており、第１のチャンバー４１の下部には蒸着源４３が配置されている。第１のチャンバー４１の上部には基板ホルダー４４が配置されており、この基板ホルダー４４は蒸着源４３と対向するように配置されている。蒸着源４３は、Ｚｒ単結晶の蒸着材料を収容したルツボ及びＹを含有する蒸着材料を収容したルツボと電子銃（ＥＢgun）４２を有している。ルツボには冷却機構（図示せず）が取り付けられている。蒸着源４３は、電子銃４２からの電子ビームを蒸着材料に照射して加熱し、蒸着材料を蒸発させるものである。
【００４１】
基板ホルダー４４はＳｉ基板２３を保持するものであり、基板ホルダー４４は回転機構４９に取り付けられている。回転機構４９によって基板ホルダー４４を回転させることができるようになっている。また、基板ホルダー４４の上部側面（Ｓｉ基板２３の設置部と反対側の側面）には基板加熱用の加熱ヒータ（赤外線ランプ）４７が配置されている。基板ホルダー４４の下面（基板の設置面）には反射板（図示せず）が配置されている。また、基板ホルダー４４は基板温度を下げるための基板冷却機構（図示せず）を備えている。
【００４２】
第１のチャンバー４１には、反応ガスを供給する反応ガス供給機構（図示せず）が接続されている。反応ガスは例えば酸素ガス（Ｏ２）である。また、第１のチャンバー４１には、第１のチャンバー４１の内部圧力を所定圧力まで下げるための排気ポンプ系（図示せず）が接続されている。
【００４３】
なお、本実施形態では、図１に示す第１のチャンバーを有する蒸着装置として図２に示すＥＢ型蒸着装置を用いているが、他の蒸着装置を用いてもよく、例えばボート型蒸着装置、またはＲＦ型イオンプレーティング装置を用いてもよい。
【００４４】
ボート型蒸着装置またはＲＦ型イオンプレーティング装置それぞれは、Ｚｒ単結晶の蒸着材料及びＹを含有する蒸着材料を備えた蒸着源を有し、これらの蒸着材料を蒸発させた蒸発物質と酸素を反応させた酸化物を基板上に成膜する装置である。
【００４５】
≪結晶膜の製造方法≫
図３は、本発明の一態様に係る結晶膜の製造方法を説明するための断面図である。この結晶膜は、図１に示すマルチチャンバー装置と図２に示すＥＢ型蒸着装置を用いて作製される。
【００４６】
（１００）の結晶面を有するＳｉ基板２３を用意し、Ｓｉ基板２３を蒸着室４の第１のチャンバー４１に導入し、基板ホルダー４４にＳｉ基板２３を保持する。このＳｉ基板２３の（１００）の結晶面上には、ＳｉＯ２膜やＴｉＯ２膜などの酸化膜が形成されていてもよい。次いで、回転機構４９によって基板ホルダー４４とともにＳｉ基板２３を回転させ、排気ポンプ系によって真空排気することにより、第１のチャンバー４１の内部圧力を所定圧力に到達させる。次いで、加熱ヒータ４７を点灯させ、ランプ光をＳｉ基板２３の裏面に照射してＳｉ基板２３を７００℃以上（好ましくは８００℃以上）に加熱する。なお、本実施形態では、基板温度を例えば８００℃まで上昇させ、この温度にＳｉ基板２３を維持する。
【００４７】
次いで、Ｚｒ単結晶の蒸着材料に電子銃４２により電子ビームを照射して加熱し、Ｚｒ単結晶を蒸発させることにより、Ｓｉ基板２３の（１００）の結晶面上にＺｒ膜２９を所定時間成膜する。このＺｒ膜２９の膜厚は、０．２ｎｍ〜３０ｎｍであるとよく、好ましくは０．２ｎｍ〜５ｎｍである。なお、本実施形態では、Ｚｒ膜２９の膜厚は０．５ｎｍである。
【００４８】
次いで、反応ガス供給機構によって第１のチャンバー４１内に酸素ガスを導入する。これにより、Ｚｒ単結晶が蒸発した材料が７００℃以上に加熱されたＳｉ基板２３のＺｒ膜上で酸素と反応してＺｒＯ２膜３１ａとなって成膜される。
【００４９】
次いで、Ｙの蒸着材料に電子銃４２により電子ビームを照射して加熱し、Ｙを蒸発させることにより、Ｙが蒸発した材料が７００℃以上に加熱されたＳｉ基板２３のＺｒＯ２膜上で酸素と反応してＹ２Ｏ３膜３１ｂとなって成膜される（図３参照）。このようにしてＺｒＯ２膜３１ａとＹ２Ｏ３膜３１ｂを積層した積層膜３１が形成され、この積層膜３１はＳｉ基板２３の（１００）の結晶面と同様に（１００）に配向する。この積層膜３１は、その膜厚が２ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍ）であるとよく、Ｘ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であり、単結晶性が極めて高い膜である。なお、本実施形態では、ＺｒＯ２膜３１ａの膜厚は１５ｎｍであり、Ｙ２Ｏ３膜３１ｂの膜厚は１５ｎｍである。
【００５０】
なお、本実施形態では、Ｓｉ基板２３上に積層膜３１を形成しているが、積層膜３１に限定されるものではなく、積層膜以外の（１００）の配向膜をＳｉ基板２３上に形成してもよい。ここでいう（１００）の配向膜とは、Ｓｉ基板２３の（１００）の結晶面と同様に（１００）に配向する膜をいう。
【００５１】
また、本実施形態では、Ｓｉ基板２３上に積層膜３１を形成しているが、この積層膜３１に代えてＹＳＺ膜を形成してもよい。その場合、Ｚｒ単結晶の蒸着材料に電子銃４２により電子ビームを照射して加熱し、Ｚｒ単結晶を蒸発させることにより、Ｓｉ基板２３の（１００）の結晶面上にＺｒ膜を所定時間成膜し、その後、電子銃４２からの電子ビームをＺｒ単結晶及びＹの蒸着材料に照射して加熱し、Ｚｒ単結晶及びＹを蒸発させることにより、Ｚｒ単結晶及びＹが蒸発した材料が７００℃以上に加熱されたＳｉ基板２３上で酸素と反応して酸化物となってＹＳＺ膜がＺｒ膜上に成膜される。このＹＳＺ膜はＳｉ基板２３の（１００）の結晶面と同様に（１００）に配向する。このＹＳＺ膜は、Ｘ線回折で評価した際のピークの半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であり、単結晶性が極めて高い膜である。また、ＹＳＺ膜の膜厚は２ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍ）であるとよい。
【００５２】
次に、搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３を蒸着室４の第１のチャンバー内から搬送室２を通ってスパッタ室５の第２のチャンバー内に搬送する（図１参照）。
【００５３】
次に、第２のチャンバー内でスパッタリングにより積層膜３１上にエピタキシャル成長によるＰｔ膜３６を形成する。Ｐｔ膜３６は、積層膜３１と同様に（１００）に配向している。Ｐｔ膜３６をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅は０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であるとよい。Ｐｔ膜３６は電極として機能するとよい。なお、Ｐｔ膜３６は、Ｐｔ以外の導電膜であってもよい。
【００５４】
次に、搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をスパッタ室５の第２のチャンバー内から搬送室２を通ってＰＺＴスパッタ室７の第３のチャンバー内に搬送する（図１参照）。
【００５５】
次に、第３のチャンバー内でスパッタリングによってＰｔ膜３６上にエピタキシャル成長によるＰＺＴ膜３３を形成する。ＰＺＴ膜３３は、（００１）に配向している。ＰＺＴ膜３３をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅は０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）であるとよい。
【００５６】
なお、本実施形態では、Ｐｔ膜３６上にＰＺＴ膜３３を形成しているが、これに限定されるものではなく、Ｐｔ膜３６上にＰＺＴ膜３３以外の（００１）に配向した誘電体膜を形成してもよい。この誘電体膜は、一般式ＡＢＯ３で表され、Ａは、Ａｌ、Ｙ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｂｉおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、ＯＳｉｒＰｔ、Ｕ、ＣＯ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭＯおよびＷからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｂｉ、Ｐｂおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素Ｌと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、ＭＯ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる少なくとも１つの元素Ｒと、酸素とによって構成されるとよい。
【００５７】
本実施形態によれば、Ｚｒ単結晶の蒸着材料を用いた蒸着法によりＳｉ基板上にＺｒ膜２９を形成するため、Ｚｒ膜２９上に形成したＺｒＯ２膜３１ａとＹ２Ｏ３膜３１ｂを積層した積層膜３１（またはＹＳＺ膜）の単結晶性を極めて高くすることができる。つまり、積層膜３１（またはＹＳＺ膜）の単結晶性は、蒸着材料に多結晶またはアモルファスのＺｒを用いた場合に比べて極めて高くすることができる。
【００５８】
また、半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）である単結晶性が極めて高い積層膜３１（またはＹＳＺ膜）をＰｔ膜３６の下に形成するため、Ｐｔ膜３６の結晶性を良くすることができる。このため、Ｐｔ膜をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅を０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）の範囲内とすることができる。
【００５９】
また、半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）である単結晶性が極めて高いＰｔ膜３６をＰＺＴ膜３３の下に形成するため、ＰＺＴ膜３３の結晶性を良くすることができる。このため、ＰＺＴ膜３３をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅を０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）の範囲内とすることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
≪製造装置≫
本実施形態によるマルチチャンバー装置は、図１に示すＰＺＴスパッタ室７の第２のスパッタリング装置を、ゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ成膜装置（誘電体膜成膜装置ともいう）に変更したものであり、この点以外は図１に示すマルチチャンバー装置と同一である。ゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ成膜装置は第４のチャンバーを有しており、第４のチャンバーはゲートバルブ５１を介して搬送室２に接続されている。
【００６１】
搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をスパッタ室５の第２のチャンバー内から搬送室２を通ってゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ成膜装置の第４のチャンバー内に搬送するようになっている。
【００６２】
ゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ成膜装置は、Ｓｉウエハ２３上にゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布してＰＺＴ膜を成膜する装置である。
【００６３】
≪結晶膜の製造方法≫
図    ３に示す基板と異なる点についてのみ説明する。
【００６４】
図３に示す基板と同様の方法で、Ｓｉ基板２３上にＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜３１（またはＹＳＺ膜）を形成し、積層膜３１上にＰｔ膜３６を形成する。
【００６５】
次に、搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をスパッタ室５の第２のチャンバー内から搬送室２を通ってゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ成膜装置の第４のチャンバー内に搬送する。
【００６６】
次に、Ｐｔ膜３６上にゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布してＰＺＴ膜を成膜する。その後、ＰＺＴ膜に、乾燥処理、仮焼成及び結晶化処理を行う。この結晶化処理は５００℃以上の温度で行うため、積層膜３１は５００℃以上の耐熱性を有するとよい。このＰＺＴ膜は、図３に示すＰＺＴ膜３３と同様に（００１）に配向している。なお、本実施形態では、Ｐｔ膜３６上にＰＺＴ膜を形成しているが、これに限定されるものではなく、Ｐｔ膜３６上にＰＺＴ膜以外の誘電体膜を形成してもよい。この誘電体膜は、第１の実施形態による誘電体膜と同様のものを用いることができる。
【００６７】
本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また、本実施形態では、ゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ成膜装置により形成されたＰＺＴ膜の下に、半値幅が０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）である単結晶性が極めて高い積層膜３１（またはＹＳＺ膜）を形成するため、ＰＺＴ膜の結晶性を良くすることができる。このため、ＰＺＴ膜３３をＸ線回折で評価した際のピークの半値幅を０．０５°〜２．０°（好ましくは０．０５°〜０．５°）の範囲内とすることができる。
【００６９】
なお、上述した実施形態を適宜組合せて実施してもよい。
【実施例】
【００７０】
図２に示すＥＢ型蒸着装置を用いて６インチのＳｉウエハ上にＺｒ膜を成膜し、Ｚｒ膜上にＺｒＯ２膜を成膜し、ＺｒＯ２膜上にＹ２Ｏ３膜を成膜した。つまり、Ｚｒ膜上にＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜（以下、「ＹＳＺ膜」という。）を成膜した。この成膜条件は表１に示すとおりである。
【００７１】
【表１】
2015025166.tif 000003
【００７２】
上記のＹＳＺ膜をＸＲＤで結晶性を評価した結果を図４に示す。
図４に示すように、ＹＳＺ膜（図４ではＹＺｒＯ３と記載）は、ピークの半値幅が０．３７°であり、単結晶性が極めて高い結晶膜であることが確認された。また、ＹＳＺ膜は（２００），（４００）に配向した配向膜であるが、（２００），（４００）の配向は（１００）の配向と同等である。
【００７３】
これに対し、特許文献１には、多結晶Ｚｒを用いた蒸着法によりＹＳＺ膜を成膜し、そのＹＳＺ膜の結晶性を評価した結果、半値幅が７°であることが記載されている。
従って、Ｚｒ単結晶の蒸着材料を用いた蒸着法でＹＳＺ膜を成膜することにより、多結晶Ｚｒの蒸着材料を用いた場合に比べて、ＹＳＺ膜の単結晶性を極めて高くできることが確認された。
【００７４】
次いで、図１に示すＰｔのスパッタ室５を用いてＹＳＺ膜上にＰｔ膜をスパッタリングによって成膜する。この成膜条件は下記のとおりである。
成膜時圧力：５Ｐａ
ガス（アルゴン）流量：５ｓｃｃｍ
ＲＦ出力：３０Ｗ
成膜時間：１１ｍｉｎ（１５０ｎｍ成膜時）
【００７５】
上記のＰｔ膜をＸＲＤで結晶性を評価した結果を図４に示す。
図４に示すように、Ｐｔ膜は、ピークの半値幅が０．２９°であり、単結晶性が極めて高い結晶膜であることが確認された。また、Ｐｔ膜は（２００）に配向した配向膜であるが、（２００）の配向は（１００）の配向と同等である。
【００７６】
次いで、Ｐｔ膜上にＰＺＴ膜を成膜する。以下に詳細に説明する。
［スピンコート］
第２の実施形態によるゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ成膜装置を用いてPb30％過剰ゾルゲルPZT溶液（Pb/Zr/Ti=130/55/45）を用い、スピンコートを実施した。これにより、6インチウエハ上にPZT薄膜を作製した。１層当たりの塗布量は5ccとし、スピン条件は以下の条件を用いてPZT膜の塗布を行った。
【００７７】
＜スピン条件＞
0  〜   50 rpmまで、ランプ照射を行いながらSLOPE制御にて30秒で上昇。
50  〜  500 rpmまで、SLOPE制御にて10秒で上昇。
500 〜 2000 rpmまで、SLOPE制御にて10秒で上昇（バックリンス塗布有）。
2000 rpmにて、5秒間保持。
4500 rpmまで上昇させ、7秒間保持。
7500 rpmまで上昇させ、5秒間保持。
なお、SLOPE制御とは、回転数の上昇を段階的に行う制御をいい、回転数を階段状に上昇させる制御、回転数を連続的に上昇させる制御を含む意味である。
【００７８】
［乾燥・加圧仮焼成］
塗布毎に、アルコール成分除去を目的とした乾燥工程を実施した。200℃に加熱したホットプレート上で90秒間保持し、乾燥させた。次に、有機成分の分解除去を目的とした加圧仮焼成工程を実施した。まずロータリポンプにて10-3Paまで真空引きを実施した。その後、9.8気圧まで酸素ガスを導入し、450℃、150秒間、加圧・加熱処理を実施した。
【００７９】
［加圧RTA(Rapid Thermal Anneal)］
第１の加圧式ランプアニール装置を用いて、ＰＺＴ膜の酸化及び結晶化促進のため、9.8気圧、650℃、400秒の加圧RTA処理を実施した。
【００８０】
上記の塗布、乾燥、加圧仮焼成、加圧RTAプロセスを5回繰り返した。
【００８１】
このようにして、全膜厚１μｍのＰＺＴ膜を作製した。
【００８２】
上記のＰＺＴ膜をＸＲＤで結晶性を評価した結果を図４に示す。
図４に示すように、ＰＺＴ膜は、ピークの半値幅が０．３３°であり、単結晶性が極めて高い結晶膜であることが確認された。また、ＰＺＴ膜は（００１）に配向した配向膜である。
【符号の説明】
【００８３】
１  ロードロック室
２  搬送室
３  搬送ロボット
４  蒸着室
５  Ｐｔのスパッタ室
７  ＰＺＴスパッタ室
２３  Ｓｉウエハ（Ｓｉ基板）
２９  Ｚｒ膜
３１  ＺｒＯ２膜とＹ２Ｏ３膜を積層した積層膜
３１ａ  ＺｒＯ２膜
３１ｂ  Ｙ２Ｏ３膜
３３  ＰＺＴ膜
３６  Ｐｔ膜
４１  第１のチャンバー
４２  電子銃（ＥＢgun）
４３  蒸着源
４４  基板ホルダー
４７  加熱ヒータ（赤外線ランプ）
４９  回転機構
５１  ゲートバルブ
【図１】
2015025166.tif 000004
【図２】
2015025166.tif 000005
【図３】
2015025166.tif 000006
【図４】
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