特許 6065022 誘電体デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6065022

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】誘電体デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 41/29 20130101AFI20170116BHJP

   H01L 41/319 20130101ALI20170116BHJP

【ＦＩ】

   H01L41/29

   H01L41/319

【請求項の数】17

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-554642(P2014-554642)

(86)(22)【出願日】2013年5月14日

(65)【公表番号】特表2015-523705(P2015-523705A)

(43)【公表日】2015年8月13日

(86)【国際出願番号】JP2013063877

(87)【国際公開番号】WO2013183428

(87)【国際公開日】20131212

【審査請求日】2014年11月7日

(31)【優先権主張番号】13/487,530

(32)【優先日】2012年6月4日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】倉知 克行

(72)【発明者】

【氏名】佐久間 仁志

(72)【発明者】

【氏名】會田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】前島 和彦

(72)【発明者】

【氏名】中島 真由美

【審査官】 上田 智志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０２１５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４４１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４９３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５４５８９８６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４２３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０３３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３８８２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ４１／０４７，４１／１８７，４１／２９，４１／３１９，

２１／８２４６，２７／１０５

Ｈ０１Ｇ ４／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無配向又は非晶質構造を有する第一電極膜、
前記第一電極膜上に設けられた誘電体膜、及び、
前記誘電体膜上に設けられた、無配向又は非晶質構造を有する第二電極膜を備える誘電体デバイスの製造方法であって、
基板上に、エピタキシャル成長により金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に、エピタキシャル成長により誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜上に無配向又は非晶質構造を有する第一電極膜を形成する工程と、
前記金属膜から前記基板を除去する工程と、
前記金属膜上に無配向又は非晶質構造を有する第二電極膜を形成する工程と
を備える誘電体デバイスの製造方法。

【請求項2】

無配向又は非晶質構造を有する第一電極膜、
前記第一電極膜上に設けられた誘電体膜、及び、
前記誘電体膜上に設けられた、無配向又は非晶質構造を有する第二電極膜を備える誘電体デバイスの製造方法であって、
基板上に、エピタキシャル成長により金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に、エピタキシャル成長により誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜上に無配向又は非晶質構造を有する第一電極膜を形成する工程と、
前記誘電体膜から前記基板および前記金属膜を除去する工程と、
前記誘電体膜上に無配向又は非晶質構造を有する第二電極膜を形成する工程と
を備える誘電体デバイスの製造方法。

【請求項3】

前記誘電体膜は、（００１）、（１０１）又は（１１０）に優先配向している請求項１または２に記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項4】

前記誘電体膜は圧電体である請求項１〜３いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項5】

前記第一及び第二電極膜を構成する全ての金属元素の酸化還元電位が、前記誘電体膜を構成するすべての金属元素の酸化還元電位より高い請求項１〜４いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項6】

前記第一及び第二電極膜が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉの中から選ばれるいずれか１種から構成される請求項１〜５いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項7】

前記第一及び第二電極膜が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉの中から選ばれるいずれか１種以上を含む合金から構成される請求項１〜５いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項8】

前記誘電体膜の一方の主面は前記第一電極膜と接触し、前記誘電体膜の他方の主面は前記第二電極膜と接触している請求項１〜７いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項9】

前記第一又は第二のうち少なくとも１つの電極膜を形成する工程の前に、前記誘電体膜と前記電極膜との間に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉの中から選ばれる元素のいずれかの元素から構成される中間膜を形成する工程をさらに備える請求項１〜７いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項10】

前記中間膜は前記電極膜及び前記誘電体膜と接触している請求項９に記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項11】

前記中間膜を形成する工程の前に、前記誘電体膜と前記中間膜との間に、導電性酸化物膜を形成する工程をさらに備える請求項９に記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項12】

前記中間膜又は前記導電性酸化物膜が、前記誘電体膜と接触している請求項１１記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項13】

前記第一及び第二電極膜の厚みは、１００〜２００ｎｍである請求項１〜１２いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項14】

前記誘電体膜は、Ｘ線回折測定において、ある１つの結晶格子面に帰属するピークの強度が全てのピークの強度の合計の５０％以上となる請求項１〜１３いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項15】

前記誘電体膜は、Ｘ線回折測定において、ある１つの結晶格子面に帰属するピークの強度が全てのピークの強度の合計の８０％以上となる請求項１〜１３いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項16】

前記第一電極膜及び前記第二電極膜は、Ｘ線回折測定において、どの結晶格子面に帰属するピークの強度も、全てのピークの強度の合計の５０％未満である請求項１〜１５いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【請求項17】

前記第一電極膜及び前記第二電極膜は、Ｘ線回折測定において、どの結晶格子面に帰属するピークの強度も、全てのピークの強度の合計の１０％以下である請求項１〜１５いずれかに記載の誘電体デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電体デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、特許文献１〜５に開示されるように、誘電体膜と、この誘電体膜を挟む一対の電極膜を有する誘電体デバイスが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１０３１９４号公報

【特許文献2】特開２００９−０９４４４９号公報

【特許文献3】特開２００８−２１１３８５号公報

【特許文献4】特開２００７−２７７６０６号公報

【特許文献5】特開２００６−２８６９１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の誘電体デバイスでは誘電体の結晶性を高めることが容易ではなく、また、製造コストも高い。本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、誘電体の結晶性を容易に向上でき、かつ、より低コスト化も可能な誘電体デバイスを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係わる誘電体デバイスは、無配向又は非晶質構造を有する第一電極膜、第一電極膜上に設けられた優先配向構造を有する誘電体膜、及び、誘電体膜上に設けられた無配向又は非晶質構造を有する第二電極膜を備える。

【0006】

本発明において「優先配向構造」とは、Ｘ線回折測定結果において、ある１つの結晶格子面に帰属するピークの強度が、全てのピークの強度の合計の５０％以上であることを指す。「無配向構造」とは、Ｘ線回折測定において、どの結晶面に帰属するピークの強度も、全てのピークの強度の合計の５０％未満であることを意味する。「非晶質構造」とは、Ｘ線回折測定において、結晶格子面に帰属するピークが観測されないことを意味する。

【0007】

本発明では、誘電体膜は（００１）、（１０１）、又は（１１０）に優先配向していることが好ましい。

【0008】

本発明における２つの電極膜は、金属単体から構成されることができ、また、複数の金属を含む合金から構成されることもでき、導電性などの特性を阻害しない範囲で、金属以外の他の元素を含んでいても構わない。２つの電極膜は、互いに組成が異なることができるが、同一であることが好ましい。

【0009】

本発明における誘電体は、圧電体でもよく、常誘電体、焦電体、強誘電体などでもよい。なかでも、圧電体が好ましい。

【0010】

本発明においては、第一及び第二電極膜を構成するすべての金属元素の酸化還元電位は、誘電体膜を構成するすべての金属元素の酸化還元電位より高いことが好ましい。このことにより、誘電体膜が電極膜によって還元されず、化学的にもまた電気的にも安定状態となり、誘電体デバイスの寿命と信頼性がより向上する。

【0011】

また、第一及び第二電極膜が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される金属から構成される、又は、これらから選択される金属を含む合金から構成されることが好ましい。特に、誘電体デバイスが、酸化還元電位が十分低い金属元素のみから構成される誘電体膜を有する場合、これらの金属元素から２つの電極膜の構成元素を選択すると、電極膜と誘電体膜との間の界面が化学的・電気的に安定状態となり、誘電体デバイスの寿命と信頼性がより向上する。

【0012】

誘電体膜の一方の主面は第一電極膜と接触し、前記誘電体膜の他方の主面は第二電極膜と接触していることができる。

【0013】

また本発明においては、誘電体デバイスは、少なくとも一方の電極膜と誘電体膜との間に、２つの膜の間の密着性を向上させる目的で、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される金属から構成される中間膜をさらに備えることが好ましい。この中間膜を構成する金属の酸化還元電位は、誘電体膜を構成する金属元素のいずれかよりも低いことが好ましい。

【0014】

中間膜は、電極膜及び誘電体膜と接触していることができる。

【0015】

中間膜と誘電体膜との間では必要最小限の酸化還元反応が行われ、それゆえにその間の密着性は向上すると考えられる。しかしながら酸化還元反応が促進されすぎると、誘電体膜の組成バランスは崩れ、圧電特性等の劣化を引き起こしてしまうこともあるので、中間膜の膜厚には自ずと上限がある。

【0016】

誘電体デバイスに中間膜を設ける場合には、このデバイスの特性劣化を防止する目的で、電極膜と誘電体膜との間、好ましくは中間膜と誘電体膜との間に導電性酸化物から構成される導電性酸化物膜を設けてもよい。この構成により、誘電体膜が電極膜により一層還元されにくくなり、デバイスの特性の劣化がさらに改善される。

【0017】

中間膜又は導電性酸化物膜は、誘電体膜と接触することができる。

【0018】

誘電体デバイスは、第二電極膜と誘電体膜との間に、優先配向構造を有する金属膜をさらに備え、この金属膜が第二電極膜及び誘電体膜と接触していることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、誘電体デバイスにおける誘電体膜の結晶性を容易に向上させることができ、また、両電極膜の材料の廉価材料への置換と成膜プロセスの高スループット化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１の断面（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態にかかる誘電体デバイスの概略断面図である。

【図2】図２は、金属の酸化還元電位を示す表である。

【図3】図３の断面（ａ）〜（ｇ）は、図１の誘電体デバイスの製造方法を示す概略断面図である。

【図4】図４は、比較例１の誘電体デバイスの概略断面図である。

【図5】図５は、下地Ｐｔ膜厚と誘電体膜の配向度との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。

【0022】

（誘電体デバイス１００Ａ）
本発明の実施形態にかかる誘電体デバイス１００Ａを図１の（ａ）を参照して説明する。誘電体デバイス１００Ａは、サポート基板５上に設けられた樹脂層７上に設けられており、第一電極膜４、誘電体膜３、金属膜２、及び、第二電極膜８をこの順に有する。

【0023】

（誘電体膜３）
誘電体膜３は、優先配向構造を有する。「優先配向構造」とは、Ｘ線回折測定結果において、ある１つの結晶格子面に帰属するピークの強度が、全てのピークの強度の合計の５０％以上であることを指す。誘電体膜３は、Ｘ線回折測定結果において、ある１つの結晶格子面に帰属するピークの強度が全てのピークの強度の合計の８０％以上であることが好ましい。

【0024】

誘電体膜３は、（００１）、（１０１）又は（１１０）に優先配向していることが好ましい。この構成により、誘電体膜３を優れた特性を有する誘電体とすることができる。

【0025】

誘電体膜３として圧電体膜を用いる場合、ＫＮＮすなわち（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３、ＬＮすなわちＬｉＮｂＯ_３、ＡｌＮなどの膜が好適に用いられる。また、そのほかの誘電体膜３の材料としては、ＭｇＯ、ＳＴＯすなわちＳｒＴｉＯ_３、ＢＴＯすなわちＢａＴｉＯ_３などがある。

【0026】

誘電体膜３の厚みは、特に限定されないが、通常１０００〜４０００ｎｍ程度である。

【0027】

（電極膜４、８）
第一電極膜４は誘電体膜３の下面の上に配置され、第二電極膜８は、誘電体膜３の上面の上に配置されている。第一電極膜４及び第二電極膜８は、いずれも無配向又は非晶質構造を有する。２つの電極膜の両方が非晶質構造を有しても良く、また、電極膜の両方が無配向構造を有しても良く、一方の電極膜が無配向構造を有し他方の電極膜が非晶質構造を有しても良い。

【0028】

「無配向構造」とは、どの結晶面に帰属するピークの強度も、全てのピークの強度の合計の５０％未満であることを意味する。電極膜４、８は、Ｘ線回折測定結果において、ある１つの結晶格子面に帰属するピークの強度が全てのピークの強度の合計の１０％以下であることが好ましい。「非晶質構造」とは、Ｘ線回折測定において結晶格子面に帰属するピークが観測されないことを意味する。

【0029】

電極膜４、８は金属元素から構成され、この金属元素は特に限定されず、種々の金属単体や合金から選択することができる。

【0030】

しかしながら、電池効果による特性劣化を防ぐという信頼性向上の観点から、電極膜４、８を構成するすべての金属の酸化還元電位は、誘電体膜３を構成するすべての金属元素の酸化還元電位より高いことが好ましい。この条件が満たされると、誘電体膜３と電極膜４、８との酸化還元反応は著しく抑制され、電池効果による誘電体膜３の経時劣化が低減され、デバイスの信頼性が高くなる。なお、電極膜４、８のそれぞれの材料は、その後のプロセスで加わる熱負荷を十分に上回る融点を有することが好ましい。

【0031】

例えば、誘電体膜３がチタン酸バリウムから構成される場合は、電極膜４、８として、Ｔｉ（酸化還元電位：−１．６３Ｖ以上）よりも酸化還元電位が高いＺｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される金属から構成される膜、又はこれらの金属の合金のいずれかから構成される膜を採用することが好ましい。

【0032】

例えば、誘電体膜３がニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）から構成される場合には、電極膜４、８として、Ｎｂ（酸化還元電位：−１．０９９Ｖ）よりも酸化還元電位の高いＴａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される金属から構成される膜、又はこれらの金属の合金のいずれかから構成される膜を採用することが好ましい。

【0033】

誘電体膜３が酸化マグネシウムから構成される場合、金属膜として、Ｍｇ（酸化還元電位：−２．３５６Ｖ）よりも酸化還元電位の高いＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される金属から構成される膜、又はこれらの金属の合金のいずれかから構成される膜を使用することが好ましく、特に、Ａｌ及びＴｉさえも採用可能である。

【0034】

誘電体膜３がＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）から構成される場合、材料として、Ｐｂ（酸化還元電位：−１．１２６Ｖ）よりも酸化還元電位の高い電極材料（例えばＣｕ等）を選択すればよい。

【0035】

このように、電極膜４、８の材料として、高い融点をもつＰｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ以外の比較的融点の低い材料のいずれかを用いることができる。

【0036】

電極膜４、８に用いられる合金材料としては、例えば、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ｔｉ−Ａｌ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金が挙げられ、特に電気抵抗が低く消費電力が低いという理由でＡｌ−Ｃｕ系合金が好適である。

【0037】

電極膜４、８の電極膜材料は、互いに、同じ材料であることは好ましい。また、電極膜４、８の材料の金属または合金の選択範囲が広いので、プロセス温度に耐える等の条件を満たせば廉価な材料も使用できる。

【0038】

電極膜４、８の厚みは、特に限定されないが、１００〜２００ｎｍとすることができる。

【0039】

（金属膜２）
金属膜２は、第二電極膜８と誘電体膜３との間に設けられており、金属膜２が誘電体膜３及び第二電極膜４と接触している。金属膜２は、優先配向構造を有する、すなわち、金属膜２は、Ｘ線回折測定において、ある１つの結晶格子面に帰属するピークの強度が全てのピークの強度の合計の５０％以上となる構造を有する。金属膜２は、Ｘ線回折測定において、ある１つの結晶格子面に帰属するピークの強度が全てのピークの強度の合計の８０％以上となることが好ましい。金属膜２の膜厚は、金属膜２に接してエピタキシャル成長される誘電体膜３の結晶性が高くなるように選択される。

【0040】

例えば、金属膜２の膜厚は、誘電体膜３が圧電体膜の場合、２０〜７０ｎｍが好適である（図５参照）。なお、この薄さでは、金属膜２単独では、誘電体デバイス１００Ａの下部電極膜として機能させることは困難である。金属膜２を構成する金属としては、そのa軸格子定数が誘電体膜３のa軸格子定数よりも小さく、誘電体膜成膜時の温度に対応した耐熱性を有する金属（合金含む）の中から選択することが可能であり、Ｐｔ又はＲｈが好ましい。

【0041】

誘電体膜３と電極膜８との間には金属膜２が残されている一方、誘電体膜３と電極膜４との間には他の膜は存在しない。

【0042】

（誘電体デバイス１００Ｂ）
本発明の実施形態にかかる誘電体デバイス１００Ｂを図１の（ｂ）を参照して説明する。この誘電体デバイス１００Ｂが、誘電体デバイス１００Ａと異なる点は、金属膜２を有さず、電極膜８と誘電体膜３とが直接接触している点である。また、第１の実施形態と同様に誘電体膜３と電極膜８との間には他の膜は存在しない。

【0043】

（誘電体デバイス１００Ｃ）
本発明の実施形態にかかる誘電体デバイス１００Ｃを図１の（ｃ）を参照して説明する。この誘電体デバイス１００Ｃが、誘電体デバイス１００Ｂと異なる点は、電極膜８と誘電体膜３との間、及び、電極膜４と誘電体膜３との間にそれぞれ、誘電体膜３を構成する金属元素のいずれかよりも酸化還元電位が低い金属から構成される中間膜９が設けられている点である。

【0044】

例えば、誘電体膜３がニオブ酸カリウムナトリウム：（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３である場合、酸素を除いた３元素の中で酸化還元電位の最も高いＮｂ（酸化還元電位：−１．０９９Ｖ）が基準となる。上述のように、Ｎｂより高い酸化還元電位をもつＣｒ（酸化還元電位：−０．７４Ｖ）及び／又はＮｉ（酸化還元電位：−０．２５７Ｖ）から構成される金属膜を、電極膜８、４として利用することが好ましい。そして、このＮｂよりも低い酸化還元電位をもつＴｉ（酸化還元電位：−１．６３Ｖ）から構成される金属膜を中間膜９として用いることができる。

【0045】

また誘電体膜３が酸化マグネシウム膜の場合、Ｍｇ（酸化還元電位：−２．３５６Ｖ）が基準となる。そして、前述のように、Ａｌ（酸化還元電位：−１．６７６Ｖ）及び／又はＴｉ（酸化還元電位：−１．６３Ｖ）から構成される金属膜を電極膜４、８として用いることが好ましい。また、Ｓｒ（酸化還元電位：−２．８９Ｖ）から構成される金属膜を中間膜９として使用できる。

【0046】

中間膜９は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉから選択されるいずれかの元素から構成されることが好ましい。

【0047】

中間膜９の膜厚は、誘電体膜３と電極膜４、８の密着強度を上げつつ誘電体膜３との酸化還元反応を極力抑えるという観点から、２〜５ｎｍが望ましい。膜厚が５ｎｍを超えると誘電体膜の特性を低下させる可能性があり、２ｎｍ未満では密着層としての機能が十分でない場合がある。中間膜９は、優先配向構造を有しても良く、無配向又は非晶質構造を有しても良いが、無配向又は非晶質構造を有することが好ましい。優先配向、無配向、非晶質構造はいずれも上述の通りである。中間膜９は、Ｘ線回折測定において、どの結晶面に帰属するピークの強度も、全てのピークの強度の合計の１０％以下であることが好ましい。

【0048】

例えば、誘電体膜３がニオブ酸カリウムナトリウムから構成され、中間膜９がＴｉから構成される場合、Ｔｉの酸化還元電位：−１．６３ＶはＮｂの酸化還元電位：−１．０９９Ｖより低いため、誘電体膜３の表面が還元される可能性がある。従って中間膜９の膜厚は密着性を向上しつつも厚くしすぎないことが好ましい。

【0049】

電極膜４、８を構成する金属元素の酸化還元電位が、誘電体膜３を構成するすべての金属元素よりも高い場合であっても、中間膜９の存在により、両電極膜４、８と誘電体膜３との密着強度を向上させやすい。

【0050】

（誘電体デバイス１００Ｄ）
本発明の実施形態にかかる誘電体デバイス１００Ｄを図１の（ｄ）を参照して説明する。この誘電体デバイス１００Ｄが、誘電体デバイス１００Ｃと異なる点は、誘電体膜３と中間膜９との間にそれぞれ、導電性酸化物膜１０が設けられている点である。なお、導電性酸化物膜１０は、一枚でも良く、また、電極膜４、８と、誘電体膜３との間にあればよい。

【0051】

導電性酸化物膜１０は、中間膜９と誘電体膜３との酸化還元反応を抑制する効果を奏する。導電性酸化物は、誘電体膜３を構成する全ての金属元素よりも高い酸化還元電位を持つ１つの金属元素を含み、かつ、中間膜９を構成する金属元素よりも低い酸化還元電位を持つ金属元素を含む酸化物であることが好ましい。このような導電性酸化物の例は、ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ_３）、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２）などである。

【0052】

導電性酸化物膜１０の厚みは例えば５〜２０ｎｍ程度である。導電性酸化物膜１０は、例えば、スパッタリング法により形成できる。

【0053】

導電性酸化物膜１０は、優先配向構造を有しても良く、無配向又は非晶質構造を有しても良いが、無配向又は非晶質構造を有することが好ましい。優先配向、無配向、非晶質構造はいずれも上述の通りである。導電性酸化物膜１０は、Ｘ線回折測定において、どの結晶面に帰属するピークの強度も、全てのピークの強度の合計の１０％以下であることが好ましい。

【0054】

なお、誘電体デバイス１００Ｂ〜１００Ｄでは、誘電体膜３の２つの主表面は、いずれも、無配向又は非晶質構造を有する膜と接触しており、誘電体膜３をエピタキシャル成長させる際に用いた下地膜は除去されている。

【0055】

（誘電体デバイスの製造方法）
続いて、上述の誘電体デバイス１００Ａ〜１００Ｄの製造方法について図３を参照して説明する。

【0056】

まず、図３の（ａ）に示すように、基板１を用意する。基板１の例は、単結晶Ｓｉ、サファイア、酸化マグネシウム等の基板であり、特にＰＺＴなどの圧電体膜を形成する場合には単結晶Ｓｉ基板が好適である。

【0057】

次に、図３の（ｂ）に示すように、基板１上に誘電体膜３の下地膜となる優先配向構造を有する金属膜２を形成する。金属膜２は、例えば蒸着法やスパッタリング法等により、基板１を高温にした条件下で、金属材料を基板１上にエピタキシャル成長させることにより得られる。例えば、Ｓｉ基板１を４００〜６００℃程度に加熱した状態で金属材料をスパッタリングすると、Ｓｉ基板１の面方位に対応した構造を持つ金属膜２を得ることができる。

【0058】

次に、図３の（ｃ）に示すように、金属膜２上に優先配向構造を有する誘電体膜３を形成する。誘電体膜３は、下地、すなわち、基板１や金属膜２を高温にした条件下で、スパッタリング法等により、誘電体材料を下地上にエピタキシャル成長させることにより得ることができる。Ｓｉ基板１や金属膜２を４００〜６００℃程度に加熱することが好ましい。

【0059】

次に、図３の（ｄ）に示すように、誘電体膜３の上に、無配向又は非晶質構造を有する電極膜４を形成する。

【0060】

電極膜４は、誘電体膜３上に、金属材料をエピタキシャル成長させないで成膜することにより得られる。具体的には、スパッタリング、蒸着法などにより、低温で成膜すればよい。高い成膜速度で短時間に形成することができる。基板１や誘電体膜３を常温〜２００℃の温度とすることが好ましい。

【0061】

次に、図３の（ｅ）に示すように、電極膜４の成膜後に、電極膜４を、樹脂層７によりサポート基板５に接着する。

【0062】

サポート基板５の例は、多結晶シリコン基板である。樹脂層７の例は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂であり、特に剛性の点でエポキシ樹脂が好ましい。接着方法は、例えば、スピンコート法により、２０００〜５０００ｎｍ程度の厚さに接着剤をサポート基板５及び電極膜４上に塗布し、これらを真空中にて重ねて接着すればよい。

【0063】

次に、図３の（ｆ）に示すように、金属膜２から基板１を除去する。基板１の除去にはＣＭＰ（化学機械研磨）やＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの方法を用いることができる。基板１を除去すると、最表面には誘電体膜３の下地膜であった金属膜２が露出する。

【0064】

続いて、図３の（ｇ）に示すように、金属膜２上に、無配向又は非晶質構造を有する電極膜８を形成する。形成方法は、電極膜４と同様にすればよい。これにより、電極膜４、８及び誘電体膜３を有する誘電体デバイス１００Ａが完成する。

【0065】

なお、必要に応じて、サポート基板５上において、誘電体デバイス１００Ａのパターニングを行うことができる。また、必要に応じて、誘電体デバイス１００Ａを保護する保護膜を形成してもよい。また、必要に応じて、誘電体デバイス１００Ａを個片化することができ、誘電体デバイス１００Ａをサポート基板５から剥離してから個片化してもよいし、誘電体デバイス１００Ａをサポート基板５と共に切断して個片化してもよい。

【0066】

以上のようにして、誘電体膜３の上下に電極膜４、８を有する誘電体デバイス１００Ａを得ることができる。

【0067】

なお、誘電体デバイス１００Ｂを製造する際には、図３の（ｆ）において、基板１だけでなく金属膜２も除去すればよい。

【0068】

また、誘電体デバイス１００Ｃを製造する際には、上述の誘電体デバイス１００Ｂのプロセスにおいて、電極膜４、８を形成する前に、中間膜９をそれぞれ形成すればよい。中間膜の形成にはスパッタリング法などが用いられる。なお、中間膜はエピタキシャル成長させて形成する必要はない。

【0069】

また、誘電体デバイス１００Ｄを製造する際には、上述の誘電体デバイス１００Ｂのプロセスにおいて、電極膜４、８を形成する前に、導電性酸化物膜１０及び中間膜９をこの順にそれぞれ形成すればよい。導電性酸化物膜１０の形成にはスパッタリング法などが用いられる。なお、導電性酸化物膜はエピタキシャル成長させて形成する必要はない。

【0070】

この誘電体デバイス１００Ａでは、電極膜４、８の成膜において基板加熱や低レートスパッタは必須条件ではなくなるため、成膜時間は従来の一層当たり１０〜２０分から大幅に短縮される。このプロセススループット向上と、電極膜４、８の材料費が低くなることの相乗効果で、誘電体デバイスの製造コストは大きく改善する。

【0071】

すなわち、本発明の誘電体デバイスは上述の方法により製造されうるので以下のような効果を奏する。すなわち、薄い金属膜２上に誘電体膜３をエピタキシャル成長させることができるので、誘電体膜３に高い結晶性を与えやすく、さらに、その後に誘電体膜３の上下に電極膜４、８をそれぞれ形成することができるので、両電極膜４、８の材料選択の自由度が高まると共に、形成速度が大幅に向上される。したがって、誘電体デバイスの信頼性向上、並びにコストダウンが可能となる。なお、薄い金属膜２は、最終的に誘電体デバイスに残っていてもよいし、残っていなくてもよい。

【実施例】

【0072】

（実施例１）誘電体デバイス１００Ａ
Ｓｉ基板１を４００℃に加熱した状態で、スパッタリング法によりＳｉ基板１の面方位に厚さ５０ｎｍのＰｔ膜をエピタキシャル成長させ、（１００）に優先配向した金属膜２をＳｉ基板１上に得た。Ｐｔ膜の成膜レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃとした。そして、Ｓｉ基板１を５５０℃に加熱した状態で、誘電体膜３としてスパッタリング法により金属膜２上に厚さ２０００ｎｍのニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）膜をエピタキシャル成長させ、（１１０）に優先配向した誘電体膜３を得た。続いて、常温において、誘電体膜３上に、厚さ２００ｎｍのＮｉ膜をスパッタリング法により成膜し、非晶質の電極膜４を得た。その後、エポキシ樹脂層７により電極膜４を、Ｓｉサポート基板５に接着した。その後、金属膜２からＳｉ基板１をＲＩＥによるエッチング処理により除去した。そして、金属膜２上に、スパッタリング法により常温において厚さ２００ｎｍのＮｉ膜を形成し、非晶質の電極膜８を得た。電極膜８の成膜レートは２ｎｍ／ｓｅｃとした。

【0073】

（実施例２）誘電体デバイス１００Ｂ
Ｓｉ基板１の除去の際にＳｉ基板１に加えて金属膜２もエッチング処理する以外は、実施例１同様にして、誘電体デバイス１００Ｂを得た。

【0074】

（実施例３）誘電体デバイス１００Ｃ
誘電体膜３と両電極膜４、８との間にＴｉから構成される厚さ５ｎｍの無配向構造の中間膜９をスパッタリング法により設ける以外は、実施例２と同様にして、誘電体デバイス１００Ｃを得た。誘電体デバイス１００Ｃでは、電極膜４ならびに電極膜８と誘電体膜３との密着性の向上が図られた。

【0075】

（実施例４）誘電体デバイス１００Ｄ
中間膜９と誘電体膜３との間に、それぞれ、ＳｒＲｕＯ_３から構成される厚さ２０ｎｍの無配向構造の導電性酸化物膜１０をスパッタリング法により設けた以外は実施例３と同様にして、誘電体デバイス１００Ｄを得た。本実施例によれば、電極膜４、８と誘電体膜３との密着性を上げつつ中間膜９と誘電体膜３との酸化還元反応を抑制し、誘電体膜３の化学的安定性によるデバイスの高信頼性を実現できた。

【0076】

（実施例５）誘電体デバイス１００Ａ’
電極膜４、８の材料として（Ａｌ）_５０−（Ｃｕ）_５０合金を用いる以外は、実施例１ と同様にして、誘電体デバイス１００Ａ’を得た。

【0077】

（比較例１）誘電体デバイス
Ｓｉ基板１を４００℃に加熱した状態で、スパッタリング法によりＳｉ基板１の面方位に厚さ２００ｎｍのＰｔ膜をエピタキシャル成長させ、（１００）に優先配向した電極膜８’をＳｉ基板１上に得た。このときの成膜レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃである。そして、Ｓｉ基板１を５５０℃に加熱した状態で、誘電体膜３としてスパッタリング法により電極膜８’上に厚さ２０００ｎｍのニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）膜をエピタキシャル成長させ、（１１０）に優先配向した誘電体膜３を得た。続いて、常温において、誘電体膜３上に、厚さ２００ｎｍのＰｔ膜をスパッタリング法により成膜し、無配向の電極膜４を得た。その後、エポキシ樹脂層７により電極膜４を、Ｓｉサポート基板５に接着した。その後、電極膜８’から、Ｓｉ基板１をＲＩＥによるエッチング処理により除去した。得られたデバイスの構成を図４に示す。

【0078】

実施例１および比較例１の誘電体デバイスの誘電体膜の結晶性を比較した。測定方法はＸ線回折法であり、測定装置は（株）リガクの回折装置ＡＴＸ‐Ｅ、測定方法はＯｕｔ ｏｆ Ｐｌａｎｅ法である。この条件で（１１０）配向のピーク強度が全ピーク強度にしめる割合を測定したところ、実施例１では９２％であったのに対し、比較例１では６１％であった。

【0079】

また、実施例１および比較例１の誘電体デバイスにおいて、電極膜８、及び、電極膜８’の成膜時間は、それぞれ、１分４０秒、及び、約１７分であった。
（他の実験例）

【0080】

単結晶Ｓｉ基板上に成膜する金属膜２の膜厚を変え、その上に成膜する誘電体膜３の配向性を上記の回折装置にて都度Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により測定した。ここで、単結晶Ｓｉ基板１の面方位：（１００）、金属膜２の組成：Ｐｔ（２〜２００ｎｍ）膜、成膜時の基板温度：４００℃、ガス圧：０．１０Ｐａ、投入パワー：１５０Ｗの条件にてＤＣスパッタリング法でエピタキシャルな金属膜２を形成した。成膜レートは０．２ｎｍ／ｓｅｃとした。

【0081】

誘電体膜３の組成：ニオブ酸カリウムナトリウム、基板温度：５５０℃、ガス圧：０．１５Ｐａ、投入パワー：７００Ｗの条件にてＤＣスパッタリング法で、金属膜２上に誘電体膜３を形成した。膜厚は２０００ｎｍとした。誘電体膜３までを成膜した各サンプルにつき、Ｘ線回折法により誘電体の優先配向である（１１０）に帰属するピーク強度が全ピーク強度に占める割合を測定した。測定結果を図５に示す。図５に示したように、誘電体膜は、金属膜２の膜厚が２０〜７０ｎｍの範囲で高い結晶性を示した。

【符号の説明】

【0082】

２：金属膜
３：誘電体膜
４：第一電極膜
８：第二電極膜
９：中間膜
１０：導電性酸化物膜
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ：誘電体デバイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】