JPH06215975A - 強誘電体薄膜の製造方法及びそれを有する強誘電体薄膜素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 強誘電体薄膜を有する強誘電体薄膜素子であ
って、該強誘電体薄膜素子を動作させるのに必要な最低
の単位を構成する一つの独立区画の強誘電体薄膜が幅２
００μｍ以内、長さ２００μｍ以内の大きさで、かつ単
結晶状態であることを特徴とする強誘電体薄膜素子及び
その該強誘電体薄膜の製造方法。 【効果】 この発明によれば、強誘電体薄膜の一つの独
立区画の大きさを幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ以
内にした後、熱処理をすることにより、強誘電体薄膜を
単結晶状態にすることができ、強誘電体の自発分極Ｐｓ
が一方向に揃って配向している強誘電体薄膜を有する強
誘電体薄膜素子を得ることができる。従って、強誘電体
の自発分極Ｐｓの変化を最大にすることができ、大きい
出力を有する強誘電体薄膜素子を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強誘電体薄膜の製造方法
及びそれを有する強誘電体薄膜素子に関し、より詳細に
は、強誘電体薄膜の一つの独立区画が幅２００μｍ以
内、長さ２００μｍ以内の大きさで、かつ単結晶状態で
あることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法及びそれ
を有する強誘電体薄膜素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体技術の進歩により、様々な
電子部品は小型化、集積化が大いに進んでいる。これに
伴い、不揮発性メモリ素子、キャパシタ、光変調素子、
圧電素子、焦電型赤外センサ等に応用されている強誘電
体素子も、小型化、集積化が期待されている。

【０００３】上記不揮発性メモリ素子、圧電素子、焦電
型赤外センサ等の強誘電体素子は強誘電体の自発分極Ｐ
ｓの変化を出力として利用しているため、自発分極Ｐｓ
の変化が大きいほど大きい出力を得ることができる。即
ち、強誘電体の自発分極Ｐｓが一方向に揃って配向して
いるときに自発分極Ｐｓの変化が最大となるため、この
とき、強誘電体素子は最も大きい出力を得ることができ
る。そこで、強誘電体の自発分極Ｐｓが一方向に揃って
配向した強誘電体薄膜を形成する方法が種々検討されて
いる。

【０００４】例えば、最も実用化されているチタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃ ）、
チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃ ）等の酸化物強誘電体
は、その結晶構造が室温で正方晶のペロブスカイト構造
であり、その自発分極Ｐｓが（００１）方向を向いてい
るため、これらの酸化物強誘電体を半導体などの基板上
に（００１）配向させる成膜方法が研究されている。特
に、チタン酸ジルコン酸鉛は誘電率が高く、安定であ
り、残留分極が大きいため、不揮発性メモリ素子用材料
として精力的に研究されている。

【０００５】これらの強誘電体薄膜の成膜方法として
は、スパッタリング法、ゾルゲル法、蒸着法等がある。
一般的にスパッタリング法が用いられ、特に反応性高周
波スパッタリング法が用いられている。反応性高周波ス
パッタリング法とは、酸素、アルゴン等のガスをスパッ
タチャンバ内に導入してグロー放電を発生させ、アルゴ
ン等のイオンによってターゲットからスパッタされたチ
タン酸ジルコン酸鉛等の強誘電体を、高温に保たれた基
板上で酸素等と反応させることによって酸化物強誘電体
薄膜を形成する方法である。しかしながら、上記の何れ
の成膜方法を用いても基板に対して垂直に十分に配向し
た強誘電体薄膜を得ることはできない。

【０００６】そこで、強誘電体を結晶化又は再結晶化さ
せて良好な強誘電性を発現させるために、強誘電体薄膜
を成膜した後、酸素雰囲気中で熱処理を施す方法が試み
られている。これによって、強誘電体薄膜がアモルファ
ス又は低配向多結晶状態から配向性の強い多結晶状態に
なって（００１）配向単結晶の占める割合が増加し、強
誘電体の自発分極Ｐｓの大きな強誘電体薄膜が形成さ
れ、大きい出力を有する強誘電体薄膜素子を得ることが
できるようになった。しかしながら、この方法を用いて
も強誘電体薄膜は単結晶状態とはならず、多結晶状態の
ままである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】強誘電体薄膜が多結晶
状態の場合、その強誘電体薄膜は単結晶の緻密な集合体
として構成され、無数の粒界を含有している。このこと
は、強誘電体薄膜が単結晶状態となっている場合に比
べ、強誘電体の自発分極Ｐｓの大きさを著しく小さくす
る原因となっている。また、このような粒界は、例えば
不揮発性メモリ素子、圧電素子、焦電型赤外センサ等に
おけるリーク電流を引き起こす大きな原因でもある。更
に、このような粒界は強誘電体の透光性や電気光学特性
を悪くするため、光変調器や光スイッチ等の光素子の開
発を難しくしている。

【０００８】この発明は上記のような課題を鑑みてなさ
れたものであり、単結晶状態である強誘電体薄膜の製造
方法及びそれを有する強誘電体薄膜素子を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、強誘
電体薄膜を有する強誘電体薄膜素子であって、該強誘電
体薄膜素子を動作させるのに必要な最低の単位を構成す
る一つの独立区画の該強誘電体薄膜が幅２００μｍ以
内、長さ２００μｍ以内の大きさで、かつ単結晶状態で
あることを特徴とする強誘電体薄膜素子が提供される。

【００１０】更にこの発明によれば、基板上又は基板上
若しくは基板中に形成された電極上に強誘電体薄膜を形
成し、次に、強誘電体薄膜を一つ若しくは多数個に孤立
分割する加工を施して一つの独立区画の大きさを幅２０
０μｍ以内、長さ２００μｍ以内とし、その後、熱処理
をすることにより強誘電体薄膜を単結晶状態にすること
を特徴とする強誘電体薄膜の製造方法、及び予め、基板
上又は基板上若しくは基板中に形成された電極上に強誘
電体薄膜を、一つの独立区画の大きさを幅２００μｍ以
内、長さ２００μｍ以内として一つ若しくは多数個に孤
立させて形成した後、熱処理をすることにより強誘電体
薄膜を単結晶状態にすることを特徴とする強誘電体薄膜
の製造方法が提供される。

【００１１】この発明において用いられる基板として
は、一般に不揮発性メモリ素子、キャパシタ、光変調素
子、圧電素子、焦電型赤外センサ等に用いられる基板で
あれば特に限定されるものではなく、シリコン基板、Ｓ
ｒＴｉＯ₃ 基板、ＭｇＯ基板、サファイア基板や化合物
半導体等を用いることができる。化合物半導体基板とし
ては、例えばＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡ
ｌＡｓ又はＩｎＰ等を用いることができる。

【００１２】この発明の強誘電体薄膜は、基板上に直接
形成されてもよいが、基板上若しくは基板中に電極を形
成し、その電極上に形成されてもよい。また、不揮発性
メモリ素子、キャパシタ、光変調素子、圧電素子、焦電
型赤外センサ等その用途に応じて、基板上に所望の素子
を形成し、その上に層間絶縁膜及び／又は電極等を形成
した上に強誘電体薄膜を形成してもよい。

【００１３】この発明の強誘電体薄膜の機能性は、圧電
性膜、焦電性膜、電気光学用膜等多岐にわたるものであ
り、この発明の強誘電体薄膜素子は、不揮発性メモリ素
子、キャパシタ、光変調素子、圧電素子、焦電型赤外セ
ンサ等その用途に応じて様々な構造をとることができ
る。例えば、この発明の強誘電体薄膜素子の構造として
は、基板上に電極（下部電極）が形成され、その下部電
極上に強誘電体薄膜が形成され、更にその強誘電体薄膜
上に電極（上部電極）が形成された構造、シリコン基板
にイオンを注入して電極（下部電極）とし、そのシリコ
ン基板上に強誘電体薄膜を形成し、その強誘電体薄膜の
上に電極（上部電極）が形成された構造、基板上に強誘
電体薄膜を形成し、その強誘電体薄膜の側面に強誘電体
薄膜を挟むよう電極が形成された構造、ＭｇＯ基板上に
強誘電体薄膜を形成し、その強誘電体薄膜の背面にある
ＭｇＯ基板の一部を除去し、露出した強誘電体薄膜の裏
面及び強誘電体薄膜の表面に電極を形成した構造、サフ
ァイア基板上に強誘電体薄膜を形成し、その強誘電体薄
膜を加工してリッジ型構造の導波路を形成し、その導波
路の交差上に強誘電体のバッファ層を設けてその上に電
極を形成した構造等がある。

【００１４】この発明の強誘電体薄膜に使用される材料
としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チ
タン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃ ）、チタン酸バリウム（ＢａＴ
ｉＯ ₃ ）、ＰＬＺＴ等の酸化物強誘電体があげられる。
この発明において用いられる電極は、電極の役割をする
ものであれば何れでもよい。例えば、シリコン基板等に
イオン等を注入して電極としてもよく、通常の電極材料
を用いてもよい。電極に使用される材料としては、通常
電極として用いられる金属であれば何れでもよく、例え
ばタンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、クロム（Ｃｒ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等があげ
られる。

【００１５】この発明の強誘電体薄膜素子は、強誘電体
薄膜を挟むように形成された電極にそれぞれ駆動電圧を
印加する手段を備えることにより、電極に駆動電圧パル
スを印加して駆動される。この発明の強誘電体薄膜素子
を、例えば、基板上に下部電極が形成され、下部電極上
に強誘電体薄膜が形成され、強誘電体薄膜上に上部電極
が形成された構造を例にとって、図１にしたがって説明
する。

【００１６】図１において、１は基板、２及び３は下部
電極、４は強誘電体薄膜、５は上部電極である。この構
造において、強誘電体薄膜素子は上部電極と下部電極に
それぞれ駆動電圧を印加する手段を備えることにより、
上部電極と下部電極に駆動電圧パルスを印加して駆動さ
れる。下部電極２及び３、強誘電体薄膜４及び上部電極
５は、共に幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ以内の大
きさで基板１上に多数個に孤立して形成されており、強
誘電体薄膜４は、単結晶状態になっている。

【００１７】次に、この発明の強誘電体薄膜の製造方法
を、例えば、強誘電体薄膜を基板上に形成された電極上
に形成する方法を例にとって、図２、３及び４にしたが
って説明する。図２は、基板１上に下部電極２及び３を
形成し、その上に強誘電体薄膜４を形成し、次に、強誘
電体薄膜４を多数個に孤立分割する加工を施して一つの
独立区画の大きさを幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ
以内とし、その後、熱処理をすることにより強誘電体薄
膜４を単結晶状態にすることを特徴とする強誘電体薄膜
４の製造方法を示した図である。

【００１８】図３及び４は、予め、基板１上に下部電極
７及び８と強誘電体薄膜９を、一つの独立区画の大きさ
を幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ以内として多数個
に孤立させて形成した後、熱処理をすることにより強誘
電体薄膜９を単結晶状態にすることを特徴とする強誘電
体薄膜９の製造方法を示した図である。初めに、図２に
したがって説明する。

【００１９】まず、基板１上に下部電極２及び３を形成
する。下部電極２及び３は公知の方法、例えば金属ター
ゲットを用いるスパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等
で形成することができ、下部電極２又は３の層厚は３０
〜３００ｎｍが適切である。下部電極２及び３を形成し
た後、強誘電体薄膜４を成膜する。この強誘電体薄膜４
は公知の方法、例えば高周波（ＲＦ）スパッタリング
法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパ
ッタリング法、直流スパッタリング法、反応性スパッタ
リング法等のスパッタリング法、ゾルゲル法、ＣＶＤ
法、蒸着法等で成膜することができ、強誘電体薄膜４の
膜厚は１００〜１５００ｎｍが適切である。この段階で
図２（ａ）に示す構造が得られる。尚、例えば高周波
（ＲＦ）スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で成膜
する場合には、強誘電体薄膜４を下部電極上に成膜して
いる間、基板１にバイアス電圧を印加するが、そのバイ
アス電圧はマイナス２５〜マイナス１２０Ｖが適切であ
り、マイナス４０〜マイナス９０Ｖが好ましい。また、
成膜時の基板温度は、３００℃以下で適宜選定される。

【００２０】強誘電体薄膜４を成膜した後、強誘電体薄
膜４と下部電極２及び３を、共に幅２００μｍ以内、長
さ２００μｍ以内の大きさで多数個に孤立分割する加工
を施して一つの独立区画の大きさを幅２００μｍ以内、
長さ２００μｍ以内とする。強誘電体薄膜４と下部電極
２及び３を、一つの独立区画の大きさが幅２００μｍ以
内、長さ２００μｍ以内で多数個に孤立分割する加工
（微細加工）方法としては公知の方法、例えばＲＩＥ
（リアクティブイオンエッチング）法、イオンミリング
法等を用いることができる。この段階で図２（ｂ）に示
す構造が得られる（図では、長さ方向が紙面垂直方向と
なっている）。

【００２１】次に、熱処理をすることにより強誘電体薄
膜４を単結晶状態にする。熱処理方法としては、強誘電
体薄膜４を単結晶状態にしうる温度に加熱できる方法で
あれば何れでもよい。例えば加熱方法としては赤外線ラ
ンプ、抵抗加熱ヒータ、レーザ等があげられる。最適加
熱温度は、強誘電体薄膜４を成膜する際の基板１のバイ
アス電圧の大きさに依存して５００〜８００℃の範囲で
適宜選定される。例えば、強誘電体薄膜４としてチタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いて高周波（ＲＦ）スパ
ッタリング法により成膜する場合、バイアス電圧がマイ
ナス５０Ｖのとき、加熱温度はおよそ６５０℃であり、
バイアス電圧がマイナス８０Ｖのとき、加熱温度はおよ
そ５５０℃である。加熱時間は１０秒〜５０分間が適切
である。こうして、この発明の強誘電体薄膜４が得られ
る。

【００２２】図５にこの発明の熱処理装置の一例を示
す。図５において、１０は酸素雰囲気を保ち熱処理を行
うためのチャンバ、１１は赤外線をチャンバ内に導入す
るための赤外線導入石英製窓、１２は加熱用赤外線ラン
プ、１３は赤外線を効率良く集光させるための集光赤外
線ミラー、１４は一つの独立区画の大きさを幅２００μ
ｍ以内、長さ２００μｍ以内として、一つ若しくは多数
個に孤立して形成された強誘電体薄膜試料、１５は強誘
電体薄膜試料１４を赤外線の集光位置に保持するための
石英製基板ホルダ、１６はチャンバ１０内を真空排気す
るための排気口、１７はチャンバ１０内に酸素ガスを導
入するためのガス導入口である。

【００２３】例えば、この装置を用いて熱処理を行う場
合、チャンバ１０内を排気口１６により予め１０^-4Ｔｏ
ｒｒの減圧状態にしてガス導入口１７から酸素ガスを導
入し、チャンバ１０内を大気圧に保つ。この酸素雰囲気
下で熱処理を行い、強誘電体薄膜試料１４は、石英製基
板ホルダ１５上で加熱用赤外線ランプ１２により加熱さ
れて単結晶状態となる。

【００２４】更に、強誘電体薄膜４上に上部電極５を形
成することにより、図１に示した強誘電体薄膜素子を得
ることができる。上部電極５は公知の方法、例えば金属
ターゲットを用いるスパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着
法等で形成することができ、上部電極５の層厚は６０〜
６００ｎｍが適切である。次に、図３及び４にしたがっ
て説明する。

【００２５】この強誘電体薄膜の製造方法において、予
め、下部電極７及び８と強誘電体薄膜９を、一つの独立
区画の大きさを幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ以内
として多数個に孤立させて形成する方法としては、リフ
トオフ法、電気泳動電着法等の公知の方法を用いること
ができる。ここでは、リフトオフ法を例にとって説明す
る。

【００２６】まず、基板１表面に、スピンナーを用い
て、下部電極７及び８と強誘電体薄膜９が、予め一つの
独立区画が幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ以内の大
きさで孤立して形成されるようにレジストを塗布し、そ
のレジスト層をウェハステッパを用いて焼き付け、現像
処理を行ってレジストパターン６を設ける。こうして、
一つの独立区画が幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ以
内の大きさに孤立して形成された多数の領域のみ基板１
表面を露出させる。この段階で図３（ａ）の構造が得ら
れる。レジスト層の厚みは、成膜される下部電極の層厚
と強誘電体薄膜の膜厚の和より厚い方が望ましい。

【００２７】それから、レジストパターン６が設けられ
た基板１上に下部電極７及び８を形成し、下部電極上に
強誘電体薄膜９を成膜する。下部電極７及び８の形成方
法及び層厚と強誘電体薄膜９の成膜方法及び層厚は、上
記図２において説明したものと同様である。この段階で
図３（ｂ）の構造が得られる。その後、基板１上のレジ
ストパターン６を除去することにより図４（ｃ）の構造
が得られる。この構造は、図２（ｂ）の構造と同様の形
状である。

【００２８】次に、熱処理をすることにより強誘電体薄
膜９を単結晶状態にする。熱処理方法は、図２において
説明した方法と同様である。こうして、この発明の強誘
電体薄膜９が得られる。更に、強誘電体薄膜９上に上部
電極５を形成することにより、図４（ｄ）に示した強誘
電体薄膜素子を得ることができる。上部電極５の形成方
法及び層厚は、上記図２において説明したものと同様で
ある。

【００２９】この発明の強誘電体薄膜の製造方法におい
ては、熱処理前に、強誘電体薄膜の一つの独立区画が幅
２００μｍ以内、長さ２００μｍ以内の大きさであるこ
とが必須である。強誘電体薄膜の一つの独立区画が幅２
００μｍよりも大きい及び／又は長さ２００μｍよりも
大きい形状では、熱処理後、強誘電体薄膜が単結晶状態
にならず粒界が見られるため好ましくない。また、強誘
電体薄膜の一つの独立区画が幅２００μｍ以内、長さ２
００μｍ以内の形状であればどれだけ小さくても何ら問
題はなく、熱処理後、強誘電体薄膜は、その独立区画全
体が、粒界を持たない単結晶状態になる。

【００３０】この発明の強誘電体薄膜素子は、熱処理に
より強誘電体薄膜を単結晶状態にした後、必要に応じて
更に微細加工を施し、素子化してもよい。

【００３１】

【作用】この発明の強誘電体薄膜の製造方法によれば、
強誘電体薄膜の一つの独立区画の大きさを幅２００μｍ
以内、長さ２００μｍ以内にした後、熱処理をすること
により、強誘電体薄膜は、その独立区画全体が、強誘電
体の自発分極Ｐｓが基板に対して垂直に一方向に揃って
配向した、粒界を持たない単結晶状態となる。

【００３２】従って、この発明によって得られる強誘電
体薄膜を有する強誘電体薄膜素子は、強誘電体の自発分
極Ｐｓの変化が最大となり、大きな出力が得られる。ま
た、強誘電体薄膜全体が一つの単結晶状態であり、強誘
電体薄膜中に粒界が存在しないため、例えば不揮発性メ
モリ素子、圧電素子、焦電型赤外センサ等におけるリー
ク電流が低減され、自発分極Ｐｓの反転繰り返し疲労が
改善される。更に、強誘電体の透光性や電気光学特性が
改善されるため、光変調器や光スイッチ等の光素子の開
発も可能となる。

【００３３】

【実施例】この発明の強誘電体薄膜を以下のようにして
製造した。以下の実施例は、強誘電体薄膜の分極効果を
発現させるために電圧を印加できるよう、強誘電体薄膜
を下部電極と上部電極で挟む構造とした。

【００３４】実施例１ まず、シリコン基板１上に下部電極としてタンタル膜２
及び白金膜３を、室温でスパッタリング法により各々膜
厚５０ｎｍで形成した。それから、強誘電体薄膜として
チタン酸ジルコン酸鉛薄膜４を、高周波（ＲＦ）スパッ
タリング法により膜厚３００ｎｍで成膜した。チタン酸
ジルコン酸鉛薄膜４を下部電極上に成膜している間、シ
リコン基板１にマイナス５０Ｖのバイアス電圧を印加し
た。また、基板温度は２５０℃とした。チタン酸ジルコ
ン酸鉛薄膜４を成膜した後、タンタル膜２、白金膜３及
びチタン酸ジルコン酸鉛薄膜４を共にＲＩＥ（リアクテ
ィブイオンエッチング）法により、幅２００μｍ、長さ
２００μｍの正方形パターンが多数個形成されるように
加工した。

【００３５】次に、図５の熱処理装置を用いて熱処理を
することにより、この発明の強誘電体薄膜を製造した。
加熱方法として赤外線ランプを用い、６５０℃で２０分
間加熱した。熱処理後、チタン酸ジルコン酸鉛薄膜４
は、基板に対して垂直に一方向に揃って配向した単結晶
状態となっていた。これは、Ｘ線回析法及び電子線回析
法によって確認された。

【００３６】最後に、上部電極として窒化チタン膜５
を、チタン酸ジルコン酸鉛薄膜４上に膜厚１００ｎｍで
形成することにより、この発明の強誘電体薄膜を有する
強誘電体薄膜素子を製造した。

【００３７】実施例２ リフトオフ法により、チタン酸ジルコン酸鉛薄膜９を、
予め一つの独立区画の大きさを幅２００μｍ、長さ２０
０μｍとして多数個、孤立させて形成した。

【００３８】まず、シリコン基板１表面に、スピンナー
を用いて、チタン酸ジルコン酸鉛薄膜９が、一つの独立
区画の大きさが幅２００μｍ、長さ２００μｍで多数個
に孤立して形成されるようにおよそ１μｍ厚みのレジス
トを塗布し、そのレジスト層をウェハステッパを用いて
焼き付けて現像処理を行い、レジストパターン６を設
け、幅２００μｍ、長さ２００μｍの大きさで多数個に
孤立して形成された領域のみシリコン基板１表面を露出
させた。次に、レジストパターン６が設けられたシリコ
ン基板１上に、垂直方向から電子ビーム蒸着法によっ
て、下部電極として膜厚５０ｎｍのタンタル膜７及び膜
厚５０ｎｍの白金膜８を形成し、白金膜８上に、反応性
蒸着法によって膜厚３００ｎｍのチタン酸ジルコン酸鉛
薄膜９を成膜した。それから、シリコン基板１上のレジ
ストパターン６を除去した。

【００３９】その後、図５の熱処理装置を用いて熱処理
をすることにより、この発明の強誘電体薄膜を製造し
た。加熱方法として赤外線ランプを用い、７００℃で３
０分間加熱した。熱処理後、チタン酸ジルコン酸鉛薄膜
９は、基板に対して垂直に一方向に揃って配向した単結
晶状態となっていた。これは、Ｘ線回析法及び電子線回
析法によって確認された。

【００４０】最後に、上部電極として窒化チタン膜５
を、チタン酸ジルコン酸鉛薄膜９上に膜厚１００ｎｍで
形成することにより、この発明の強誘電体薄膜を有する
強誘電体薄膜素子を製造した。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、単結晶状態である強
誘電体薄膜及びそれを有する強誘電体薄膜素子を得るこ
とができる。つまり、この発明の強誘電体薄膜の製造方
法によれば、強誘電体薄膜の一つの独立区画の大きさを
幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ以内にした後、熱処
理をすることにより、強誘電体薄膜を、強誘電体の自発
分極Ｐｓが基板に対して垂直に一方向に揃って配向した
単結晶状態にすることができる。

【００４２】従って、この発明の製造方法によって得ら
れる強誘電体薄膜を有する強誘電体薄膜素子は、強誘電
体の自発分極Ｐｓの変化を最大にすることができ、大き
な出力を得ることができる。また、強誘電体薄膜が単結
晶状態であり、強誘電体薄膜中に粒界が存在しないた
め、例えば不揮発性メモリ素子、圧電素子、焦電型赤外
センサ等におけるリーク電流を低減することができ、自
発分極Ｐｓの反転繰り返し疲労を改善することができ
る。更に、強誘電体の透光性や電気光学特性を改善する
ことができるため、光変調器や光スイッチ等の光素子の
開発を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる強誘電体薄膜素子の構造を示す
概略断面図である。

【図２】本発明に係わる強誘電体薄膜の製造方法を説明
するための断面図である。

【図３】本発明に係わる強誘電体薄膜の製造方法を説明
するための断面図である。

【図４】本発明に係わる強誘電体薄膜の製造方法を説明
するための断面図である。

【図５】本発明の強誘電体薄膜の製造に用いられる熱処
理装置の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 基板（シリコン基板） ２ 下部電極（タンタル膜） ３ 下部電極（白金膜） ４ 強誘電体薄膜（チタン酸ジルコン酸鉛薄膜） ５ 上部電極（窒化チタン膜） ６ レジストパターン ７ 下部電極（タンタル膜） ８ 下部電極（白金膜） ９ 強誘電体薄膜（チタン酸ジルコン酸鉛薄膜） １０ チャンバ １１ 赤外線導入石英製窓 １２ 加熱用赤外線ランプ １３ 集光赤外線ミラー １４ 強誘電体薄膜試料 １５ 石英製基板ホルダ １６ 排気口 １７ ガス導入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 41/08 41/24 9274−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強誘電体薄膜を有する強誘電体薄膜素子
   であって、該強誘電体薄膜素子を動作させるのに必要な
   最低の単位を構成する一つの独立区画の該強誘電体薄膜
   が幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ以内の大きさで、
   かつ単結晶状態であることを特徴とする強誘電体薄膜素
   子。
2. 【請求項２】 基板上又は基板上若しくは基板中に形成
   された電極上に強誘電体薄膜を形成し、次に、強誘電体
   薄膜を一つ若しくは多数個に孤立分割する加工を施して
   一つの独立区画の大きさを幅２００μｍ以内、長さ２０
   ０μｍ以内とし、その後、熱処理をすることにより強誘
   電体薄膜を単結晶状態にすることを特徴とする強誘電体
   薄膜の製造方法。
3. 【請求項３】 予め、基板上又は基板上若しくは基板中
   に形成された電極上に強誘電体薄膜を、一つの独立区画
   の大きさを幅２００μｍ以内、長さ２００μｍ以内とし
   て一つ若しくは多数個に孤立させて形成した後、熱処理
   をすることにより強誘電体薄膜を単結晶状態にすること
   を特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。