(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶、多結晶、非晶質の何れかの材料からなる基体上に多結晶のＰｔ膜を形成し、このＰｔ膜上に、化学溶液堆積法によりシード層を形成し、その後アーク放電反応性イオンプレーティング法により主薄膜を形成して、（１００）もしくは（１１１）のいずれかに優先的な結晶配向性の強誘電体酸化物膜を形成するようにしたことを特徴とする１軸優先配向性の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２】
シード層と主薄膜の組成を同一にしたことを特徴とする請求項１記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項３】
４００〜４５０℃の範囲の仮焼温度で（１００）に優先配向させ、４５０〜５１０℃の範囲の仮焼温度で（１１１）に優先配向させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項４】
強誘電体はＡＢＯ３で表される強誘電体化合物にしたことを特徴とする請求項２記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項５】
強誘電体化合物は鉛系強誘電体酸化物にしたことを特徴とする請求項４記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項６】
強誘電体化合物はＰＴ、ＰＺＴ、ＰＬＺＴの何れかの鉛系強誘電体酸化物にしたことを特徴とする請求項５記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項７】
膜厚を１μｍ以上に形成するようにしたことを特徴とする請求項１ないし６何れか記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に優先的な結晶配向を制御可能な強誘電体薄膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ペロブスカイト型酸化物に代表される強誘電体化合物の薄膜作製法として、ゾル・ゲル法、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの各種成膜法が報告されている。特に近年、本発明者が開発したアーク放電反応性イオンプレーティング法は、比較的低い成膜温度においても高速に強誘電体薄膜を形成できるという優れた方法である。
【０００３】
この方法は、図１に示すように、プラズマガン３で真空容器１内に発生させた高密度酸素プラズマ中で原料金属を加熱蒸発させ、真空容器１内あるいは基体８上において各金属蒸気と酸素とが反応することにより、強誘電体酸化物を形成するものである。
【０００４】
通常、この種の成膜には熱酸化膜付きのＳｉ基板（ＳｉＯ2／Ｓｉ）上にＰｔ／Ｔｉ下部電極層をスパッタ蒸着したものが下地基板として使用される。そして、その上に強誘電体薄膜を成膜することにより、図１３に示す薄膜構造の試料が得られる。このようにして形成された強誘電体薄膜の結晶構造は、下地であるＰｔ／Ｔｉ層の結晶構造に大きく依存する。
【０００５】
図１３中、１０１はＳｉ基板、１０２はＳｉＯ2基板、１０３はＴｉ電極層、１０４はＰｔ電極層、１０５は強誘電体薄膜層を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような強誘電体薄膜にあっては、通常Ｐｔ層は（１１１）面に優先配向した多結晶薄膜層であることが多く、その上に成長させた強誘電体薄膜層は、全く優先配向のない膜か、成膜プロセスの工夫によってＰｔ層と同じ（１１１）優先配向した薄膜にしかならない。
【０００７】
このため、種種の強誘電体・圧電体デバイスで要求される（００１）／（１００）優先配向膜の作製が困難であり、（１１１）優先配向した強誘電体薄膜を作製する場合でも、成膜時の基板温度を通常のプロセスよりも５０℃〜１００℃高くしたり、成膜速度を無配向膜の半分以下に低下させる必要があった。
【０００８】
このように、従来では多結晶Ｐｔ層上に優先配向した強誘電体薄膜層を形成するのは困難であり、手間のかかる作業であった。そのため、上記の優先配向を得るには、熱酸化膜の無いＳｉ基板上にヘテロエピタキシャル成長可能な各種バッファ層（Ｙ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＮ等）をまず成長させ、その上にＰｔ層を更にヘテロエピタキシャル成長させる必要があった。このプロセスは通常の多結晶Ｐｔ層の形成温度（〜２００℃）に比べて著しく高温（６５０℃以上）を必要とし、また各層の成長速度も多結晶膜に比べて遅く（＜１μｍ／ｈｒ）、このため、従来ヘテロエピタキシャルプロセスを適用できるデバイスは、薄膜の膜厚が２００ｎｍ以下でも大丈夫な強誘電体ＲＡＭ（ＦＲＡＭ）に限られていた。
【０００９】
また、圧電デバイスのように１μｍ以上の膜厚がないと変位量や発生力が十分得られないデバイス用の薄膜に対して、その結晶配向性を制御することは極めて困難であった。特に、多結晶Ｐｔ層の優先配向軸（１１１）と異なる（００１）あるいは（１００）優先配向の強誘電体薄膜を得ることは難しかった。
【００１０】
その解決策として、（００１）あるいは（１００）配向し易いシード層を強誘電体成膜の下地として予め成膜することにより、（００１）／（１００）優先配向膜を形成する方法が数多く報告されている。最も有名な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に対するチタン酸鉛（ＰＴ）が知られている。
【００１１】
しかし、この場合、目的の強誘電体であるＰＺＴに比べてシード層であるＰＴの誘電率及び強誘電特性が低く、薄膜全体としての強誘電特性はＰＺＴ単独の膜よりも低化してしまうという問題点があった。また、膜厚が１μｍ以上の厚い膜においては、薄膜の堆積が進むにつれて下地のシード層の効果が薄れ、優先配向性が低下する傾向にあった。更に、圧電用途においては、シード層と主薄膜層との界面で機械的に破壊しやすいという問題点があった。
【００１２】
このように、従来法においては、ヘテロエピタキシャル膜を用いる方法及び優先配向シード層を用いる方法の何れにおいても、強誘電体酸化物薄膜の膜厚が１μｍを超えるような厚い膜に対する結晶配向制御は極めて困難であった。
【００１３】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、膜厚が１μｍ以上の比較的厚い膜でも優先的な結晶配向を制御可能な強誘電体薄膜の製造方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る強誘電体薄膜の製造方法は、次のように構成したものである。
【００１５】
（１）単結晶、多結晶、非晶質の何れかの材料からなる基体上に多結晶のＰｔ膜を形成し、このＰｔ膜上に、化学溶液堆積法によりシード層を形成し、その後アーク放電反応性イオンプレーティング法により主薄膜を形成して、（１００）もしくは（１１１）のいずれかに優先的な結晶配向性の強誘電体酸化物膜を形成するようにしたことを特徴とする１軸優先配向性の強誘電体薄膜の製造方法。
（２）シード層と主薄膜の組成を同一にしたことを特徴とする前記（１）記載の強誘電体薄膜の製造方法。
（３）４００〜４５０℃の範囲の仮焼温度で（１００）に優先配向させ、４５０〜５１０℃の範囲の仮焼温度で（１１１）に優先配向させるようにしたことを特徴とする前記（１）または（２）記載の強誘電体薄膜の製造方法。
（４）強誘電体はＡＢＯ３で表される強誘電体化合物にしたことを特徴とする前記（２）記載の強誘電体薄膜の製造方法。
（５）強誘電体化合物は鉛系強誘電体酸化物にしたことを特徴とする前記（４）記載の強誘電体薄膜の製造方法。
（６）強誘電体化合物はＰＴ、ＰＺＴ、ＰＬＺＴの何れかの鉛系強誘電体酸化物にしたことを特徴とする前記（５）記載の強誘電体薄膜の製造方法。
（７）膜厚を１μｍ以上に形成するようにしたことを特徴とする前記（１）ないし（６）何れか記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る強誘電体薄膜及びその製造方法は、化学溶液堆積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＳＤ法）とアーク放電反応性イオンプレーティング法を用いたものであり、単結晶、多結晶、非晶質の何れかの基体上に形成された多結晶のＰｔ膜上に、２種類以上の複数種の優先的な結晶配向性の強誘電体酸化物薄膜を形成した１軸優先配向性の強誘電体薄膜及びその製造方法である。
【００３４】
上記化学溶液堆積法（ＣＳＤ法）は、強誘電体酸化物の前駆体溶液を基体上に塗布した後に酸素雰囲気中にて急速加熱することにより、溶媒除去と結晶化を行い、最終的に１００ｎｍ程度の強誘電体薄膜を形成する方法として広く知られている。
びその製造方法である。
【００３５】
本発明者は、Ｐｔ（１１１）電極基板上にＣＳＤ法によって強誘電体薄膜を形成させる際に、上記の急速加熱の熱処理温度を厳密に制御することにより、同薄膜の優先的な結晶配向を制御できることをすでに報告している（「ＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法」特許公報第２９９５２９０号（平成１１年１０月２９日登録））。例えば、ＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）薄膜の場合、４５０℃の熱処理で（１００）優先配向が、５１０℃の熱処理で（１１１）優先配向の膜が得られている。この方法を用いれば、多結晶のＰｔ（１１１）優先配向膜上においても、強誘電体薄膜の結晶配向制御が可能になる。
【００３６】
本発明では、図２に示すように、上述のＣＳＤ法にて（１００）もしくは（１１１）面に優先配向した強誘電体薄膜をまず成膜して、同膜をシード層にし、その上にアーク放電反応性イオンプレーティング法による強誘電体薄膜の高速成膜を行うことにより、膜厚が１μｍ以上の比較的厚い膜（以後「厚膜」と呼ぶ）でも優先的な結晶配向を制御することが可能になっている。
【００３７】
しかも、シード層と厚膜の組成を同一にすることができるので、厚膜構造全体としての比誘電率や強誘電特性を損なうことがない。むしろ、シード層があることにより、イオンプレーティング法で堆積させた厚膜の構造が緻密化し、結晶配向性の制御と相まって、誘電特性や強誘電特性（Ｐ‐Ｅヒステリシス）が向上する。更に、同一組成であるためにシード層と厚膜との界面が原子レベルでほぼシームレスに接合し、機械的な強度にも非常に優れている。
【００３８】
また、本発明においては、シード層形成と厚膜形成とを一貫して行う必要がない。大気中で形成されたシード層を用いても、アーク放電による高密度プラズマによってシード層表面が清浄化・活性化され、上述のシームレスな厚膜成長を行いながら、シード層の優先配向も保持される。これは、ＭＢＥ、スパッタリング、ＣＶＤ法による配向制御の際に厳密な雰囲気制御が必要なことと好対照である。
【００３９】
以上のように、本発明では、▲１▼ＣＳＤ法による優先配向シード層形成、▲２▼アーク放電反応性イオンプレーティング法による厚膜形成という簡便なプロセスで、強誘電体厚膜の結晶配向性を（１００）もしくは（１１１）の二つの優先配向に制御できるものである。この結果得られる優先配向した強誘電体厚膜は、従来のランダム配向の厚膜に比べて、優れた強誘電性並びに圧電性を有する。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００４１】
図１は実施例で使用する前述の反応性アーク放電イオンプレーティング装置の構成を模式的に示す図である。同図において、１は真空容器（真空槽）、２はその真空容器１内に導入されるキャリアガス、３は圧力勾配型アーク放電プラズマガン（ＵＲガン）、４はプラズマガン中間電極、５はプラズマガン陽極、６はプラズマ制御用磁場発生源、７は蒸発源、８は基体、９は基板加熱用ヒーター、１０は反応ガス１１のガス導入管、１２はシャッターである。
【００４２】
また、図２は実施例で製造された強誘電体薄膜の構造を示す断面図であり、１０１はＳｉ基板、１０２はＳｉＯ2層、１０３はＴｉ電極層、１０４はＰｔ電極層、１０５は強誘電体薄膜層、１０６は強誘電体シード層である。
【００４３】
図３は上記の化学溶液堆積法によるシード層形成プロセスを示す流れ図である。同図中、Ｓ１はスピンコーティング（Ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）処理工程（３０００ｒｐｍ，４０ｓ）、Ｓ２は乾燥（Ｄｒｙｉｎｇ）処理工程（Ｒ．Ｔ．ｏｒ１２０℃）、Ｓ３は熱分解（Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ）処理工程（４００‐５２０℃，３‐５ｍｉｎ）、Ｓ４は焼成（Ｆｉｒｉｎｇ）処理工程（ＲＴＡ３０℃／ｓ，６５０‐７００℃，１ｍｉｎ）であり、これらの処理工程が繰り返される。
【００４４】
《実施例１》
図３に示すＣＳＤプロセスによって、強誘電体多元系酸化物のシード層形成を行った。基体としては、５００〜１０００ｎｍの熱酸化膜付のＳｉ基板（厚み：３００〜５５０μｍ）上に、ＤＣマグネトロンスパッタリングによってＴｉ（５０ｎｍ）及びＰｔ（２００ｎｍ）を順次蒸着したもの（Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ）を用いた。そして、シード層材料として、３元系複合酸化物強誘電体ＰＺＴ〔Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3〕の薄膜（膜厚：１００ｎｍ）作製を行った。
【００４５】
本実施例では、膜組成としてＸ＝６３（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）のものを形成した。ＣＳＤ原料としてＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉの金属アルコキシド溶液を攪拌・混合したものをスピンコートによって基体上に塗布した後、４５０℃で仮焼して膜中の溶媒を除去した。その後、酸素気流中で７００℃、１０ｍｉｎの急速加熱アニール処理によってＰＺＴの結晶化を促進し、最終的に膜厚が１００ｎｍのＰＺＴシード層を得た。Ｘ線回折によって同シード層の結晶構造解析を行ったところ、（１００）面が優先配向したペロブスカイト型ＰＺＴであることがわかった。
【００４６】
図４は上記（１００）優先配向したＰＺＴシード層（膜厚：１００ｎｍ）のＸ線回折パターンを示す図である。
【００４７】
上記のＰＺＴシード層上に、図１に示すアーク放電反応性イオンプレーティング装置によって、同一組成のＰＺＴ厚膜の形成を行った。蒸発源７の材料として、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉの各金属を用い、抵抗加熱及び電子ビーム加熱により各々独立に蒸発させた。各金属原料の蒸発量は水晶振動式膜厚モニタによって計測し、成膜中一定の蒸発量を保持するように加熱源に対してフィードバック制御した。圧力勾配型アーク放電プラズマガン３にキャリアガス２として５０〜１００ｓｃｃｍのＨｅを導入し、直流バイアス電圧を印加することによりアーク放電を発生させた。放電電圧は１００〜１２０Ｖ、放電電流は５０〜１００Ａで制御した。
【００４８】
このアーク放電で生成した高密度プラズマ（プラズマ密度＞１０12ｃｍ-3）をプラズマ制御用磁場発生源６により生じた５０〜３００ガウス程度の磁場によって真空容器１内に導いた。この状態で、ガス導入管１０より反応ガス１１として酸素を２００〜３００ｓｃｃｍ導入することにより、真空容器１内に高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種を生成した。
【００４９】
上記酸素活性種の存在下で、ヒーター９により５００〜５５０℃程度に加熱された基体８上に薄膜作製を行った。Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉの各蒸発量は、最終的な厚膜の組成がシード層と同じ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）になるように調節した。
【００５０】
イオンプレーティング法によるＰＺＴ厚膜の形成における成膜速度は３μｍ／ｈｒ以上と高速で、膜厚は約２μｍだった。図５の（ａ）にこのようにして得られた厚膜のＸ線回析の結果を示す。シード層と同様に（１００）面に優先配向したペロブスカイト型ＰＺＴであることが確認できた。比較としてシード層を用いずＰｔ上に直接成膜したＰＺＴ厚膜のＸ線回折パターンを図５の（ｂ）に示すが、こちらは特に優先配向は観測されず、ランダムな配向にとどまっていることがわかった。
【００５１】
このように、優先配向シード層を用いることにより、その上に成膜したＰＺＴ厚膜（膜厚：２μｍ）の結晶配向性を制御できることを確認した。シード層とＰＺＴ厚膜との界面について断面ＦＥ‐ＳＥＭ観察によって膜構造を評価したところ、図６に示すように両者の界面は明瞭なコントラストを示さず、ほぼシームレスに接合していることが明らかになった。
【００５２】
次に、得られたＰＺＴ膜にＰｔ上部電極を形成したキャパシタセルに対して、強誘電体及び圧電体特性の測定を行い、シード層の効果について調べた。比較として、シード層無しでＰｔ上に同じに成膜したＰＺＴ厚膜の特性評価も行った。
まず、強誘電体特性の評価結果から述べる。
【００５３】
図７はＰＺＴキャパシタセル（圧膜）のＰ‐Ｅヒステリシス曲線を示す図である。シード層の有無にかかわらず、非常に良く飽和したＰ‐Ｅヒステリシス曲線が観測された。ただし、シード層上に成膜したＰＺＴ厚膜の方が飽和分極及び残留分極が大きくなっている。これは（１００）優先配向膜化によって、自発分極ドメインの方向がランダム配向のものよりも揃ったためと考えられる。
【００５４】
図８は上記キャパシタセルの圧電変位曲線を示す図であり、（ａ）は（１００）優先配向、（ｂ）は無配向である。こちらもシード層の有無にかかわらず、良好なバタフライ形の変位曲線が観測され、得られたＰＺＴ厚膜が高い圧電特性を有していることを示している。圧電変位に対しても、シード層上に成膜した（１００）優先配向膜の方が大きく変位していることがわかる。これも優先配向によってドメインの方向が揃ったためと考えられる。
【００５５】
（１００）優先配向膜に対してベンディングモデルによって圧電定数を算出したところ、横効果圧電定数ｄ31＝−１１０ｐｍ／Ｖという値が得られた。この値はバルクセラミクスＰＺＴの定数にほぼ匹敵し、ＰＺＴ厚膜としては非常に良好な特性を示した。
【００５６】
このように、本実施例の方法により、強誘電体特性及び圧電特性に優れた（１００）優先配向したＰＺＴ厚膜を作製できることがわかった。すなわち、膜厚が１μｍ以上の比較的厚い膜でも優先的な結晶配向を制御可能な１軸優先配向性の強誘電体薄膜を製造可能なことがわかった。
【００５７】
《実施例２》
実施例１と同じＣＳＤ原料を用いて、実施例１と同様のプロセスによりＰＺＴ（ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）シード層を基体（Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ）上に形成した。ただし、ＣＳＤ溶媒を除去するための仮焼を実施例１の温度（４５０℃）よりも高い５１０℃で行うことにより、（１１１）面に優先配向した膜厚１００ｎｍのＰＺＴシード層を得た。
【００５８】
図９は上記優先配向したＰＺＴシード層（膜厚：１００ｎｍ）のＸ線回折パターンを示す図である。
【００５９】
次に、上記のシード層上に、実施例１と同様の条件で、アーク放電イオンプレーティング法によって膜厚約２μｍのＰＺＴ厚膜を成膜した。得られたＰＺＴ厚膜に対してのＸ線回折の結果を図１０の（ａ）に示す。比較として、同図の（ｂ）にシード層を用いずに直接Ｐｔ上に成膜した場合を示す。シード層と同様に（１１１）優先配向したペロブスカイト型ＰＺＴであることがわかった。実施例１と同様に、（１１１）優先配向ＰＺＴ厚膜もシード層とほぼシームレスに接合していることが、ＦＥ‐ＳＥＭ観察の結果からわかった。
【００６０】
強誘電特性及び圧電特性をランダム配向の試料と比較しながら評価したところ、図１１のＰ‐Ｅヒステリシス曲線及び図１２の圧電変位曲線に示すように、強誘電特性及び圧電特性ともにシード層上に成膜した（１１１）優先配向ＰＺＴ厚膜のほうが優れた特性を示した。特に（１１１）優先配向膜の場合、飽和分極及び残留分極がランダム配向のものよりも顕著に大きくなつた。これは、Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７組成のＰＺＴ厚膜の自発分極方向である＜１１１＞方向に優先配向した結果であると考えられる。
【００６１】
また、実施例１と同様のモデルを用いて圧電定数を算出したところ、横効果圧電定数ｄ31＝−７５ｐｍ／Ｖという値が得られた。この値は実施例１の値よりも小さく、圧電特性に対しては本実施例の組成のＰＺＴ厚膜では、（１００）優先配向のほうが（１１１）優先配向のほうより有利である結果となった。しかしながら、前述のように（１１１）優先配向ＰＺＴ厚膜の残留分極は極めて大きく、自発分極の温度変化を利用した焦電デバイスヘの応用が有効であると考えられる。
【００６２】
このように、本実施例の方法においても、上述の実施例と同様強誘電体特性及び圧電特性に優れた（１１１）優先配向したＰＺＴ厚膜を作製できる。すなわち、本発明においては、次のような作用が得られる。
【００６３】
▲１▼ＣＳＤ法による優先配向シード層形成、それに続くアーク放電反応性イオンプレーティング法による厚膜形成という簡便なプロセスで、強誘電体厚膜の結晶配向性を（１００）もしくは（１１１）の二つの優先配向に制御できる。この結果得られる優先配向した強誘電体薄膜は、従来のランダム配向の薄膜に比べて優れた強誘電性並びに圧電性を有する。膜組成にもよるが、一般的に（１００）優先配向膜は圧電特性に優れ、（１１１）優先配向膜は強誘電特性及び焦電特性に優れている傾向にある。本発明では同一組成の強誘電体薄膜を成膜する場合でも、適用するデバイスの目的に応じて、その優先的結晶配向を（１００）と（１１１）の間で自由に制御することが可能である。
【００６４】
▲２▼（１１１）面に優先配向した多結晶Ｐｔ層があれば、その上に（１００）及び（１１１）に優先配向した強誘電体酸化物の薄膜を形成することが可能である。従来のドライプロセス（ＭＢＥ、スパッタリング、ＣＶＤ等）のように、エピタキシャル基板を特別に用意しなくても良い。このため、熱酸化膜付のＳｉウェハ、ガラス、各種金属等幅広い材料を基体として使用することができる。その結果、デバイス設計の自由度が従来法よりも格段に大きい。
【００６５】
▲３▼従来法では、膜厚が厚くなるにつれて下地の影響が薄れ、優先的な結晶配向を維持できるのは膜厚が１μｍ以下の薄膜に限られていた。本発明では、シード層の優先配向がイオンプレーティング法による成膜完了時まで維持され、膜厚が１μｍ以上の比較的厚い膜（厚膜）でも優先的な結晶配向を制御することが可能である。実施例においては、膜厚２μｍの厚膜の結果を示したが、１０μｍ膜厚でも優先配向した強誘電体酸化物厚膜を作製可能である。同厚膜は優先配向構造のために分極軸を揃えるためのポーリング処理が不要になり、デバイス作製プロセスを簡便化することが可能となる。
【００６６】
▲４▼シード層と薄膜の組成を同一にすることができるので、膜構造全体としての比誘電率や強誘電特性を損なうことがない。更に、同一組成であるためにシード層と薄膜との界面が原子レベルでほぼシームレスに接合し、機械的な強度にも非常に優れている。
【００６７】
▲５▼シード層形成と薄膜形成とを一貫して行う必要がない。大気中で形成されたシード層を用いても、アーク放電による高密度プラズマによってシード層表面が清浄化・活性化され、上述のシームレスな薄膜成長を行いながら、シード層の優先配向も保持される。これは、ＭＢＥ、スパッタリング、ＣＶＤ法による配向制御の際に厳密な雰囲気制御が必要なことと好対照である。
【００６８】
なお、本発明を利用可能な製品範囲としては、圧電トランスあるいは圧電インパーク、微小ミラーあるいはレンズ駆動型の光スイッチ、光シャッター、光変調器等、またインクジェット型プリンターヘッドの駆動源がある。
【００６９】
また、振動ジャイロ、加速度センサ、赤外線（熱）センサ、光センサ、超音波センサ等の各種センサ、あるいは超音波モータ、超音波アクチュエータ、更に光スキャナ、導波路型光スイッチ、光シャッター、光変調器や、印画紙書き込み用微小光源ユニット等がある。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
【００７１】
（１）簡便なプロセスで、膜厚が１μｍ以上の比較的厚い膜でも優先的な結晶配向を制御可能な強誘電体薄膜得ることができる。この優先配向した強誘電体薄膜は、従来のランダム配向の薄膜に比べて優れた強誘電性並びに圧電性を有し、また焦電特性にも優れている。
【００７２】
（２）（１１１）面に優先配向した多結晶Ｐｔ層があれば、その上に（１００）及び（１１１）に優先配向した強誘電体酸化物の薄膜を形成することが可能である。従来のドライプロセス（ＭＢＥ、スパッタリング、ＣＶＤ等）のように、エピタキシャル基板を特別に用意しなくても良い。このため、熱酸化膜付のＳｉウェハ、ガラス、各種金属等幅広い材料を基体として使用することができる。その結果、デバイス設計の自由度が従来法よりも格段に大きい。
【００７３】
（３）従来法では、膜厚が厚くなるにつれて下地の影響が薄れ、優先的な結晶配向を維持できるのは膜厚が１μｍ以下の薄膜に限られていた。本発明では、シード層の優先配向がイオンプレーティング法による成膜完了時まで維持され、膜厚が１μｍ以上の比較的厚い膜（厚膜）でも優先的な結晶配向を制御することが可能であり、膜厚２μｍの厚膜から１０μｍの膜厚でも優先配向した強誘電体酸化物厚膜を作製可能である。同厚膜は優先配向構造のために分極軸を揃えるためのポーリング処理が不要になり、デバイス作製プロセスを簡便化することが可能となる。
【００７４】
（４）シード層と薄膜の組成を同一にすることができるので、膜構造全体としての比誘電率や強誘電特性を損なうことがない。更に、同一組成であるためにシード層と薄膜との界面が原子レベルでほぼシームレスに接合し、機械的な強度にも非常に優れている。
【００７５】
（５）シード層形成と薄膜形成とを一貫して行う必要がない。大気中で形成されたシード層を用いても、アーク放電による高密度プラズマによってシード層表面が清浄化・活性化され、上述のシームレスな薄膜成長を行いながら、シード層の優先配向も保持される。これは、ＭＢＥ、スパッタリング、ＣＶＤ法による配向制御の際に厳密な雰囲気制御が必要なことと好対照である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  反応性アーク放電イオンプレーティング装置の構成を示す模式図
【図２】  本発明に係る強誘電体薄膜の構造を示す断面図
【図３】  化学溶液堆積法によるシード層形成プロセスを示す流れ図
【図４】  実施例１のＰＺＴシード層のＸ線回折パターンを示す図
【図５】  実施例１のＰＺＴ厚膜のＸ線回折パターンを示す図
【図６】  シード層上に成膜したＰＺＴ厚膜の断面ＦＥ‐ＳＥＭ像を示す図
【図７】  実施例１のＰＺＴ厚膜のＰ‐Ｅヒステリシス曲線を示す図
【図８】  実施例１のＰＺＴ厚膜の圧電変位曲線を示す図
【図９】  実施例２のＰＺＴシード層のＸ線回折パターンを示す図
【図１０】  実施例２のＰＺＴ厚膜のＸ線回折パターンを示す図
【図１１】  実施例２のＰＺＴ厚膜のＰ‐Ｅヒステリシス曲線を示す図
【図１２】  実施例２のＰＺＴ厚膜の圧電変位曲線を示す図
【図１３】  従来の強誘電体薄膜の構造を示す断面図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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