(57)【要約】【課題】データ保存のための強誘電体薄膜の製造方法及びそれを利用した強誘電体記録媒体の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に非晶質のＴｉＯ２層を形成する工程、ＴｉＯ２層上にＰｂＯガス雰囲気を形成する工程及びＴｉＯ２層とＰｂＯガスとを４００℃ないし６５０℃の温度範囲で反応させて、基板上に１ｎｍないし２０ｎｍサイズの微細結晶粒構造を有するＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜を形成する工程を含む強誘電体薄膜の製造方法である。【選択図】図２Ｂ
2008112552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に非晶質のＴｉＯ２層を形成する工程と、
前記ＴｉＯ２層上にＰｂＯガス雰囲気を形成する工程と、
前記ＴｉＯ２層とＰｂＯガスとを４００℃ないし８００℃の温度範囲で反応させて前記基板上にＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜は、１ｎｍないし２０ｎｍのサイズの微細結晶粒構造を有することを特徴とする請求項１に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記ＴｉＯ２層及びＰｂＯガスの反応温度、反応時間、及び前記ＰｂＯガスの流速のうち少なくとも一つを制御して、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の結晶粒のサイズまたは化学量論組成を制御することを特徴とする請求項１に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記ＴｉＯ２層とＰｂＯガスとの反応時間は、１秒ないし６０分に制御されることを特徴とする請求項３に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の結晶粒は、１ｎｍないし５ｎｍのサイズで形成されることを特徴とする請求項３に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記非晶質のＴｉＯ２層は、１０℃ないし６５０℃の温度範囲で形成されることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記非晶質のＴｉＯ２層は、１０℃ないし４００℃の温度範囲で形成されることを特徴とする請求項６に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記非晶質のＴｉＯ２層は、１ｎｍないし１００ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記非晶質のＴｉＯ２層は、スパッタリング、熱蒸発、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ及びＡＬＤからなる群から選択された蒸着工程で形成されることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記ＰｂＯガス雰囲気は、熱蒸発またはスパッタリング工程によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記ＰｂＯガス雰囲気は、酸素（Ｏ２）雰囲気でＰｂターゲットをスパッタリングして形成されることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
基板上に導電性物質で電極層を形成する工程と、
前記電極層上に非晶質のＴｉＯ２層を形成する工程と、
前記ＴｉＯ２層上にＰｂＯガス雰囲気を形成する工程と、
前記ＴｉＯ２層とＰｂＯガスとを４００℃ないし８００℃の温度範囲で反応させて前記電極層上にＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項１３】
前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜は、１ｎｍないし２０ｎｍのサイズの微細結晶粒構造を有することを特徴とする請求項１２に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項１４】
前記ＴｉＯ２層及びＰｂＯガスの反応温度、反応時間、及び前記ＰｂＯガスの流速のうち少なくとも一つを制御して、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の結晶粒のサイズまたは化学量論組成を制御することを特徴とする請求項１２に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項１５】
前記ＴｉＯ２層とＰｂＯガスとの反応時間は、１秒ないし６０分に制御されることを特徴とする請求項１４に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項１６】
前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の結晶粒は、１ｎｍないし５ｎｍのサイズで形成されることを特徴とする請求項１４に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項１７】
前記非晶質のＴｉＯ２層は、１０℃ないし６５０℃の温度範囲で形成されることを特徴とする請求項１２に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項１８】
前記非晶質のＴｉＯ２層は、１０℃ないし４００℃の温度範囲で形成されることを特徴とする請求項１７に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項１９】
前記非晶質のＴｉＯ２層は、１ｎｍないし１００ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１２に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項２０】
前記非晶質のＴｉＯ２層は、スパッタリング、熱蒸発、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ及びＡＬＤからなる群から選択された蒸着工程で形成されることを特徴とする請求項１２に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項２１】
前記ＰｂＯガス雰囲気は、熱蒸発またはスパッタリング工程によって形成されることを特徴とする請求項１２に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項２２】
前記ＰｂＯガス雰囲気は、酸素（Ｏ２）雰囲気でＰｂターゲットをスパッタリングして形成されることを特徴とする請求項１２に記載の強誘電体記録媒体の製造方法。
【請求項２３】
請求項１２ないし２２のうち何れか１項に記載の方法で製造された強誘電体記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ保存のための強誘電体薄膜の製造方法に係り、さらに詳細には、高記録密度のデータ保存を行えるように、微細な結晶粒構造を有する強誘電体薄膜及び前記強誘電体薄膜を備える強誘電体記録媒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のハードディスク、光ディスクのような情報記録装置技術の急激な発達によって、１Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２以上の記録密度を有する情報記録装置が開発され、デジタル技術の急激な発達は、さらに高容量の情報記録装置を要求した。しかし、既存の情報記録装置は、ハードディスクの超常磁性の限界、または光ディスクのレーザの回折限界によって記録密度が制限される。最近、近接場光学技術を利用して光の回折限界を克服して、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２以上の記録密度を有する情報記録装置を開発しようとする研究が進められつつある。
【０００３】
一方、既存の情報記録装置とは異なり、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で見られるチップ状のプローブを利用して、高容量の情報記録装置を製作しようとする研究が進められている。前記チップ状のプローブは、数ｎｍサイズまで小さくできるため、このようなチップ状のプローブを利用して、原子レベルの表面微細構造も観察可能になった。このような特性を有するチップ状のプローブを利用すれば、理論的にテラビット級の情報記録装置も可能でありうる。チップ状のプローブを利用した情報記録装置で重要なもののうち一つは、情報記録装置に使われる記録媒体の種類及び記録方法である。代表的には、強誘電体記録媒体を利用することが活発に研究されている。
【０００４】
図１は、従来の強誘電体記録媒体の断面図である。
【０００５】
図１を参照すれば、一般的に、強誘電体記録媒体は、基板２上に順次に下部電極４と記録媒体層８とが積層された構造を有する。前記記録媒体層８としてＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒｘＴｉ（１−ｘ）Ｏ３（以下、‘ＰＺＴ’という）またはＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（以下、‘ＳＢＴ’という）などの強誘電体薄膜を利用する。下部電極４とＡＦＭチップ９との間に電圧パルスが印加されれば、強誘電体媒体８の分極が局部的に変化しうる。前記電圧の符号によって、上向きまたは下向き分極が記録され、このような分極状態の読み取りは、例えば、抵抗性プローブを利用して検出されうる。前記強誘電体記録媒体の構造及び動作に関するさらに詳細な説明のためには、特許文献１がそのまま引用されうる。
【０００６】
強誘電体薄膜を記録媒体として利用すれば、データの書き込み速度が速く、電力消耗が極めて小さく、書き直しが可能であるという長所がある。しかし、従来のスパッタリング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような方法で蒸着された強誘電体薄膜は、典型的に平均結晶粒サイズが２０ｎｍである多結晶質であり、よくない表面粗度を有する。記録媒体の表面粗度が悪ければ、データの読み取り／書き込み速度が遅くなり、チップの摩耗をもたらすこともある。従来、このような問題点が知られているため、結晶性及び表面粗度特性が優秀でありつつも、高記録密度のデータ保存性能を有する強誘電体薄膜及びその製造技術が要求されたが、製造工程上の限界によって、従来の強誘電体薄膜の製造技術は、これについての十分な解決策を提示できなかった。
【特許文献１】韓国特許登録０３７９４１５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記従来の技術の問題点を改善するためのものであり、結晶性及び表面粗度特性が優秀でありつつも、高記録密度のデータ保存性能を有しうるように、微細で均一なサイズの結晶粒構造を有する強誘電体薄膜及び前記強誘電体薄膜を備える強誘電体記録媒体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による強誘電体薄膜の製造方法は、基板上に非晶質のＴｉＯ２層を形成する工程と、前記ＴｉＯ２層上にＰｂＯガス雰囲気を形成する工程と、前記ＴｉＯ２層とＰｂＯガスとを４００℃ないし８００℃の温度範囲で反応させて、前記基板上に１ｎｍないし２０ｎｍサイズの微細結晶粒構造を有するＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜を形成する工程と、を含む。
【０００９】
また、本発明による強誘電体記録媒体の製造方法は、基板上に導電性物質で電極層を形成する工程と、前記電極層上に非晶質のＴｉＯ２層を形成する工程と、前記ＴｉＯ２層上にＰｂＯガス雰囲気を形成する工程と、前記ＴｉＯ２層とＰｂＯガスとを４００℃ないし８００℃の温度範囲で反応させて、前記電極層上に１ｎｍないし２０ｎｍサイズの微細結晶粒構造を有するＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜を形成する工程と、を含む。
【００１０】
ここで、前記ＴｉＯ２層及びＰｂＯガスの反応温度、反応時間及び前記ＰｂＯガスの流速のうち少なくとも一つを制御して、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の結晶粒サイズまたは化学量論組成を制御しうる。望ましくは、前記ＴｉＯ２層及びＰｂＯガスの反応時間は、１秒ないし６０分に制御されうる。
【００１１】
そして、前記非晶質のＴｉＯ２層は、１０℃ないし６５０℃の温度範囲で形成され、望ましくは、１０℃ないし４００℃の温度範囲で形成される。前記非晶質のＴｉＯ２層は、１ｎｍないし１００ｎｍの厚さに形成されうる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、表面粗度特性に優れつつも、高記録密度のデータ保存性能を有しうる強誘電体薄膜及び前記強誘電体薄膜を備える強誘電体記録媒体が得られる。具体的に、本発明の製造工程によれば、５ｎｍ以下と微細で均一なサイズの結晶粒構造を有する強誘電体薄膜が得られる。このような微細結晶粒構造を有する強誘電体薄膜を利用してデータ保存のための記録媒体を製造する場合に、前記記録媒体に従来の記録媒体より多くの高容量のデータが保存され、前記記録媒体のデータ保存能力を向上させうる。したがって、１Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２以上の高記録密度の情報記録装置が容易に具現されうる。また、本発明による強誘電体薄膜は、その結晶性及び表面粗度特性が従来の強誘電体薄膜より優秀であるだけでなく、その製造工程が簡単で容易なので、強誘電体薄膜の製造コストの低減及び製造時間の短縮に有利でありうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明による強誘電体薄膜の製造方法及びそれを利用した強誘電体記録媒体の製造方法を、添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で、図面に示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して示された。
【００１４】
図２Ａないし図２Ｃは、本発明による強誘電体薄膜の製造方法を示す工程図である。
【００１５】
図２Ａを参照すれば、基板１０上に非晶質のＴｉＯ２層１２を形成する。前記基板１０として石英基板、ＳｉＯ２系基板、ＭｇＯ単結晶基板、シリコン単結晶基板、またはその他の多様な材質の基板が利用されうる。
【００１６】
前記非晶質のＴｉＯ２層１２は、スパッタリング、熱蒸発、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ及びＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）からなる群から選択された何れか一つの蒸着工程で形成されうる。このとき、前記ＴｉＯ２層１２は、１０℃ないし６５０℃の温度範囲、望ましくは、１０℃ないし４００℃の温度範囲で形成されうる。例えば、４００℃以下の低い温度範囲は、結晶質ＴｉＯ２の生成を効果的に抑制でき、特に、前記４００℃以下の低い温度範囲で蒸着された非晶質ＴｉＯ２層１２は、滑らかな表面特性を有しうるため、後続する工程で前記非晶質ＴｉＯ２層１２を前駆体として利用する場合、滑らかな表面のＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜が製造されうる。一方、４００℃以上の高い温度範囲で、前記ＴｉＯ２層１２が形成される場合、前記ＴｉＯ２層１２が粗い表面特性を有するだけでなく、相当量の結晶質ＴｉＯ２が生成され、このような結晶質ＴｉＯ２は、以後形成されるＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の膜質特性を低下させて問題となりうる。たとえ４００から６５０℃で結晶質のＴｉＯ２が現れる場合があるとしても、その程度は無視できる。
【００１７】
前記非晶質ＴｉＯ２層１２の表面粗度は、後続工程で形成されるＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の表面特性に直接的な影響を与えるので、前記非晶質ＴｉＯ２層１２の蒸着工程で前記ＴｉＯ２層１２が可能な限り滑らかな表面特性を有するように形成されることが重要である。
【００１８】
望ましくは、前記非晶質のＴｉＯ２層１２は、１ｎｍないし１００ｎｍの厚さで形成されうる。このような厚さ範囲は、後続するＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の形成工程で均一な核生成及び微細結晶粒成長に有利に作用しうる。例えば、前記非晶質のＴｉＯ２層１２が１００ｎｍ以上に過度に厚い場合に、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の形成時に均一な核生成及び微細結晶粒成長が難しい恐れがある。
【００１９】
図２Ｂ及び図２Ｃを共に参照すれば、前記非晶質のＴｉＯ２層１２上にＰｂＯガス雰囲気２００を形成する。前記ＰｂＯ（ｇ）ガス雰囲気２００は、熱蒸発またはスパッタリング工程によって形成されうる。例えば、ＰｂＯ粉末を加熱処理して蒸発させることによって、ガス状態のＰｂＯ（ｇ）が得られる。さらに他の方法で、ＰｂターゲットまたはＰｂＯターゲットをスパッタに設置して、酸素（Ｏ２）を含むプラズマ雰囲気でスパッタリングすることによって、ガス状態のＰｂＯ（ｇ）が容易に得られる。
【００２０】
次いで、４００℃ないし８００℃の温度範囲で前記非晶質のＴｉＯ２層１２とＰｂＯガス２００とを反応させることによって、前記基板１０上に１ｎｍないし２０ｎｍサイズの微細結晶粒構造を有するＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４を形成しうる。具体的に、前記ＰｂＯガス雰囲気２００で前記ＴｉＯ２層１２を加熱処理することによって、前記ＴｉＯ２層１２を前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４に変換させうる。このとき、前記ＴｉＯ２層１２とＰｂＯガス２００の反応温度と反応時間及び前記ＰｂＯガス２００の流速のうち少なくとも一つを制御して、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４の結晶粒サイズまたは化学量論組成を制御しうる。
【００２１】
従来の蒸着工程で、ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の結晶粒サイズは、一般的に２０ｎｍ以上に形成された。これは、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の蒸着工程が気相から核生成、表面吸着及び成長の物理的メカニズムによって支配されるためである。しかし、本発明では、前駆体層であるＴｉＯ２層１２が既に固相である。したがって、前駆体ガスから直接固相のＰｂＴｉＯ３を形成する代わりに、本発明では、ガス反応によって固相のＴｉＯ２が他の固相のＰｂＴｉＯ３に変換される。このように、本発明で提案する変換反応は速く発生し、高い核生成特性を有し、特に、微細結晶粒構造のＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜に有利である。
【００２２】
前記４００℃ないし８００℃の温度範囲は、均一な核生成及び微細結晶粒の成長と密接な関係を有する。例えば、４００℃ないし６５０℃の低い温度範囲で前記非晶質のＴｉＯ２層１２とＰｂＯガス２００とが反応されれば、さらに多数の核が生成され、これらが微細なサイズの結晶粒に成長でき、そのサイズ分布も均一に現れうる（図５Ａを参照）。しかし、６５０℃以上の高温で前記非晶質のＴｉＯ２層１２とＰｂＯガス２００とが反応されれば、さらに少ない数の核が生成され、これらが大きい結晶粒に成長し、そのサイズ分布も非常に広く現れうる（図５Ｂを参照）。
【００２３】
さらに、６５０℃以上の高温で、前記非晶質のＴｉＯ２層１２が結晶質のＴｉＯ２に変換されうる。しかし、結晶質のＴｉＯ２の形成は、前記ＴｉＯ２層１２とＰｂＯガス２００との反応時間を非常に短く制御することによって、効果的に抑制されうる。前記結晶質のＴｉＯ２の形成の効果は、図６Ｂに見られる。図６Ｂで、結晶質のＴｉＯ２は、６００℃でＰｂＯガスと反応しうる。図６Ｂは、前記結晶質のＴｉＯ２がＰｂＯガス反応後に形成されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜のｘ−ｒａｙを示すが、相当な量の所望しないＰｂＯ１.４４が最終形成された強誘電体薄膜に存在する。
【００２４】
ここで、前記ＴｉＯ２層１２とＰｂＯガス２００との反応温度だけでなく、反応時間も均一な核生成と微細結晶粒の成長とに大きい影響を与えうる。例えば、反応時間が短縮されれば、結晶粒が成長できる十分な時間を有していないので、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４が微細結晶粒構造で形成されうる。一方、反応時間が延長されれば、結晶粒が成長できる十分な時間を有するので、相対的に大きい結晶粒構造で形成される。したがって、微細結晶粒構造のＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４を形成するためには、４００℃ないし８００℃の温度範囲、望ましくは、４００℃ないし６５０℃の低い温度範囲で可能な限り短時間に前記非晶質のＴｉＯ２層１２とＰｂＯガス２００とを反応させることが望ましい。望ましくは、前記ＴｉＯ２層１２とＰｂＯガス２００との反応時間は、１秒ないし６０分に制御され、前述したように、前記反応時間は、反応温度と相関関係を有するので、前記反応温度による適切な反応時間が選択されうる。
【００２５】
また、前記ＴｉＯ２層１２と反応するＰｂＯガスの流速量も均一な核生成と微細結晶粒の成長とに大きい影響を与えうる。例えば、前記ＴｉＯ２層１２とＰｂＯガス２００との反応時間と共に、前記ＰｂＯ流速は、固相ＰｂＯ蒸着が抑制されるように適切に選択されねばならない。低い温度では、ＰｂＯの再蒸発が減少されうるため、前記ＰｂＯ蒸着は、低い温度で望ましい。また、前記ＰｂＯの引入流速がＰｂＯの再蒸発より大きい場合、ＰｂＯの再蒸発が減少しうるため、前記ＰｂＯ蒸着は、さらに速いＰｂＯ流速で望ましい。
【００２６】
前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４の結晶粒は、１ｎｍないし５ｎｍのサイズに形成されることが望ましい。前記結晶粒のサイズが小さいほど、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４は、従来より高記録密度のデータ保存性能を有しうるだけでなく、微細結晶粒構造から前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４の表面粗度特性が改善されるという効果が得られる。
【００２７】
従来の強誘電体薄膜の製造工程によれば、５ｎｍ以下の微細結晶粒構造を有する強誘電体薄膜を形成することが難しかったが、本発明によれば、簡単で容易な工程によって５ｎｍ以下と微細で均一なサイズの結晶粒構造を有する強誘電体薄膜が容易に得られる。このような微細結晶粒構造を有する強誘電体薄膜を利用して、データ保存のための記録媒体を製造する場合に、前記記録媒体に従来の記録媒体より多くの高容量のデータが保存され、前記記録媒体のデータ保存能力を向上させうる。
【００２８】
図３Ａは、本発明による強誘電体薄膜の製造工程で、４００℃でスパッタリングによって蒸着された非晶質ＴｉＯ２層の滑らかな表面を示すＳＥＭ写真である。そして、図３Ｂは、図３Ａと同じスパッタリング条件を利用して、６５０℃の温度で蒸着された結晶質ＴｉＯ２層の粗い表面を示すＳＥＭ写真である。図３Ａと図３Ｂとを比較する場合に、本発明の実施形態によって６５０℃以下の低温で蒸着された非晶質ＴｉＯ２層がさらに滑らかな表面を有するということが分かる。
【００２９】
図４Ａは、本発明による製造工程で６００℃で図３Ａの非晶質ＴｉＯ２層とＰｂＯガスとを反応させて形成されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の滑らかな表面を示すＳＥＭ写真である。そして、図４Ｂは、６５０℃の温度で図３ＡのＴｉＯ２層とＰｂＯガスとを反応させて形成されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の粗い表面を示すＳＥＭ写真である。図４Ａと図４Ｂとを比較する場合に、本発明の実施形態によってさらに低い温度で形成されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜が、６５０℃の温度で形成されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜より滑らかな表面を有するということが分かる。
【００３０】
図５Ａは、本発明によるＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の製造工程で、高い核生成密度及び微細結晶粒の形成を示す例示図である。そして、図５Ｂは、従来のＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の製造工程で、さらに低い核生成率及びそれによる結晶粒成長を示す例示図である。
【００３１】
図６Ａは、本発明の製造方法によって製造されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜のＸＲＤ分析グラフである。そして、図６Ｂは、単結晶ＴｉＯ２基板を利用して製造されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜のＸＲＤ分析グラフである。図６Ａと図６Ｂとを比較する場合に、単結晶ＴｉＯ２基板を利用して製造されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜（図６Ｂを参照）は、ＰｂＴｉＯ３物質以外にもＰｂＯ１.４４と結晶質ＴｉＯ２のような追加的な相をさらに含んでいるが、６００℃の温度で製造されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜（図６Ａを参照）は、単にＰｂＴｉＯ３相のみを含んでいる。
【００３２】
図６ＡでＰｔ（白金）に対するピークが発生するが、その理由は、Ｐｔ電極層上にＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜を形成した後に、これをデータ分析サンプルとして利用したためである。
【００３３】
図７は、本発明の製造方法によって製造されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の微細な結晶粒を示すＴＥＭ写真である。
【００３４】
図８Ａないし図８Ｄは、本発明による強誘電体記録媒体の製造方法を示す工程図である。前記強誘電体記録媒体の製造方法で、強誘電体薄膜の製造工程は、前述したところがあるので、同じ工程についての重複説明は省略する。
【００３５】
図８Ａ及び図８Ｂを共に参照すれば、基板１００上にＰｔ、Ｉｒのような導電性物質で電極層１１０を形成する。前記電極層１１０は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法、プラズマＭＯＣＶＤ法のような多様な気相蒸着法によって形成されうる。次いで、前記電極層１１０上に非晶質のＴｉＯ２層１２０を形成する。前記基板１００として石英基板、ＳｉＯ２系基板、ＭｇＯ単結晶基板、シリコン単結晶基板、またはその他の多様な材質の基板が利用されうる。
【００３６】
前記非晶質のＴｉＯ２層１２０は、スパッタリング、熱蒸発、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ及びＡＬＤからなる群から選択された何れか一つの蒸着工程で形成されうる。このとき、前記ＴｉＯ２層１２０は、１０℃ないし６５０℃の温度範囲、望ましくは、１０℃ないし４００℃の温度範囲で形成されうる。望ましくは、前記非晶質のＴｉＯ２層１２０は、１ｎｍないし１００ｎｍの厚さに形成されうる。このような厚さ範囲は、後続するＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の形成工程で均一な核生成及び微細結晶粒成長に有利に作用しうる。例えば、前記非晶質のＴｉＯ２層１２０が１００ｎｍ以上に過度に厚い場合に、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の形成時に均一な核生成及び微細結晶粒成長が難しい。
【００３７】
図８Ｃ及び図８Ｄを共に参照すれば、前記非晶質のＴｉＯ２層１２０上にＰｂＯガス雰囲気４００を形成する。前記ＰｂＯ（ｇ）ガス雰囲気４００は、熱蒸発またはスパッタリング工程によって形成されうる。例えば、ＰｂＯ粉末を加熱処理して蒸発させることによって、ガス状態のＰｂＯ（ｇ）が得られる。さらに他の方法として、ＰｂターゲットまたはＰｂＯターゲットをスパッタに設置して、酸素（Ｏ２）を含むプラズマ雰囲気でスパッタリングすることによって、ガス状態のＰｂＯ（ｇ）が容易に得られる。
【００３８】
次いで、４００℃ないし８００℃の温度範囲で前記非晶質のＴｉＯ２層１２０とＰｂＯガス４００とを反応させることによって、前記電極層１１０上に１ｎｍないし２０ｎｍサイズの微細結晶粒構造を有するＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４０を形成しうる。具体的に、前記ＰｂＯガス雰囲気４００で前記ＴｉＯ２層１２０を加熱処理することによって、前記ＴｉＯ２層１２０を前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４０に変換させうる。このとき、前記ＴｉＯ２層１２０とＰｂＯガス４００との反応温度と反応時間及び前記ＰｂＯガスの流速のうち少なくとも一つを制御して、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４０の結晶粒サイズまたは化学量論組成を制御できることは前述した通りである。
【００３９】
微細結晶粒構造のＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４０を形成するためには、４００℃ないし８００℃の低い温度範囲で可能な限り短時間に前記非晶質のＴｉＯ２層１２０とＰｂＯガス４００とを反応させることが望ましい。望ましくは、前記ＴｉＯ２層１２０とＰｂＯガス４００との反応時間は、１秒ないし６０分に制御され、前述したように前記反応時間及びＰｂＯ流速は、反応温度と相関関係を有するので、前記反応温度によって適切に反応時間とＰｂＯ流速とが選択されうる。
【００４０】
前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４０の結晶粒は、１ｎｍないし５ｎｍのサイズに形成されることが望ましい。前記結晶粒のサイズが小さいほど、前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４０は、従来より高記録密度のデータ保存性能を有しうるだけでなく、微細結晶粒構造から前記ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜１４０の表面粗度特性が改善される効果が得られる。また、前記微細結晶粒構造を有する強誘電体薄膜を備える強誘電体記録媒体によれば、従来の記録媒体より多くの高容量のデータが保存され、前記記録媒体のデータ保存能力を向上させうる。
【００４１】
以上、このような本願発明の理解を助けるために幾つかの模範的な実施形態が説明され、添付された図面に示されたが、このような実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、前記実施形態から多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が分かるであろう。したがって、本発明は、図示されて説明された構造及び工程順序にのみ限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術思想を中心に保護されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、データ保存のための強誘電体記録媒体の製造に利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の強誘電体記録媒体の断面図である。
【図２Ａ】本発明による強誘電体薄膜の製造方法を示す工程図である。
【図２Ｂ】本発明による強誘電体薄膜の製造方法を示す工程図である。
【図２Ｃ】本発明による強誘電体薄膜の製造方法を示す工程図である。
【図３Ａ】本発明による強誘電体薄膜の製造工程で、４００℃で蒸着された非晶質ＴｉＯ２層の滑らかな表面を示すＳＥＭ写真である。
【図３Ｂ】図３Ａのようなスパッタリング条件を利用して６５０℃の温度で蒸着された結晶質ＴｉＯ２層の粗い表面を示すＳＥＭ写真である。
【図４Ａ】本発明による製造工程で６００℃で図３Ａの非晶質ＴｉＯ２層とＰｂＯガスとを反応させて形成されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の滑らかな表面を示すＳＥＭ写真である。
【図４Ｂ】６５０℃の温度で図３ＡのＴｉＯ２層とＰｂＯガスとを反応させて形成されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の粗い表面を示すＳＥＭ写真である。
【図５Ａ】本発明によるＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の製造工程で、均一な核生成及び微細結晶粒成長を示す例示図である。
【図５Ｂ】従来のＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の製造工程で、不均一な核生成及びそれによる結晶粒成長を示す例示図である。
【図６Ａ】本発明の製造方法によって製造されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜のＸＲＤ分析グラフである。
【図６Ｂ】単結晶ＴｉＯ２とＰｂＯとを反応させて形成されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜のＸＲＤ分析グラフである。
【図７】本発明の製造方法によって製造されたＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜の微細な結晶粒を示すＴＥＭ写真である。
【図８Ａ】本発明による強誘電体記録媒体の製造方法を示す工程図である。
【図８Ｂ】本発明による強誘電体記録媒体の製造方法を示す工程図である。
【図８Ｃ】本発明による強誘電体記録媒体の製造方法を示す工程図である。
【図８Ｄ】本発明による強誘電体記録媒体の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  基板
１２  非晶質のＴｉＯ２層
１４  ＰｂＴｉＯ３強誘電体薄膜
２００  ＰｂＯ（ｇ）ガス雰囲気
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図８Ａ】
2008112552.tif 000008
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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