特許 6481138 配向膜基板の製造方法、スパッタリング装置及びマルチチャンバー装置

(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】6481138

(24)【登録日】2019年2月22日

(45)【発行日】2019年3月13日

(54)【発明の名称】配向膜基板の製造方法、スパッタリング装置及びマルチチャンバー装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 41/319 20130101AFI20190304BHJP

   H01L 41/29 20130101ALI20190304BHJP

   H01L 41/316 20130101ALI20190304BHJP

   H01L 41/39 20130101ALI20190304BHJP

   C23C 14/08 20060101ALI20190304BHJP

   C23C 14/34 20060101ALI20190304BHJP

【ＦＩ】

   H01L41/319

   H01L41/29

   H01L41/316

   H01L41/39

   C23C14/08 K

   C23C14/34 T

【請求項の数】24

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2017-89280(P2017-89280)

(22)【出願日】2017年4月28日

(62)【分割の表示】特願2013-40599(P2013-40599)の分割

【原出願日】2013年3月1日

(65)【公開番号】特開2017-195374(P2017-195374A)

(43)【公開日】2017年10月26日

【審査請求日】2017年5月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】595152438

【氏名又は名称】アドバンストマテリアルテクノロジーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110858

【弁理士】

【氏名又は名称】柳瀬 睦肇

(74)【代理人】

【識別番号】100100413

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 温

(72)【発明者】

【氏名】木島 健

(72)【発明者】

【氏名】本多 祐二

(72)【発明者】

【氏名】荒木 智幸

【審査官】 宮本 博司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２７３９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３６６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２９８７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−００８３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１５３２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０７５１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２１１１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９２６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７３９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０９７６７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ４１／３１９

Ｃ２３Ｃ １４／０８

Ｃ２３Ｃ １４／３４

Ｈ０１Ｌ ４１／２９

Ｈ０１Ｌ ４１／３１６

Ｈ０１Ｌ ４１／３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（１００）の結晶面を有するＳｉ基板を用意し、
前記Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長によりＺｒＯ_２膜とＹ_２Ｏ_３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜を形成し、
前記積層膜またはＹＳＺ膜上にエピタキシャル成長により磁性を有する導電膜を形成する配向膜基板の製造方法であり、
前記積層膜は（１００）に配向しており、
前記ＹＳＺ膜は（１００）に配向しており、
前記導電膜は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｆｅ合金及びＦｅ−Ｎｉ合金の群から選択された少なくとも一つの金属または前記少なくとも一つの金属にＡｇを含有する金属からなることを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記導電膜は、磁性を有する金属が４０質量％以上含まれていることを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記積層膜またはＹＳＺ膜を形成した後で且つ前記導電膜を形成する前に、前記積層膜またはＹＳＺ膜上にペロブスカイト構造物質を含む第１のバッファ層を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記導電膜を形成した後に、前記導電膜上に（１００）に配向した誘電体膜を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【請求項5】

請求項４において、
前記誘電体膜はＰＺＴ膜であることを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【請求項6】

請求項４または５において、
前記導電膜を形成した後で且つ前記誘電体膜を形成する前に、前記導電膜上にペロブスカイト構造物質を含む第２のバッファ層を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【請求項7】

請求項３または６において、
前記ペロブスカイト構造物質は、一般式ＡＢＯ_３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、Ｏｓ、ＩｒＰｔ、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、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配向膜基板の製造方法。

【請求項8】

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、基板を保持する保持機構と、
前記保持機構に設けられ、前記基板の下面にランプ光を照射して前記基板を８００℃以上に加熱するランプヒーターと、
前記第１のチャンバー内に配置され、前記保持機構に保持された前記基板の上面と対向するスパッタリングターゲットと、
前記スパッタリングターゲットに電気的に接続されたスパッタ電極と、
前記スパッタ電極に電気的に接続された第１の電源と、
前記保持機構に保持された前記基板と前記スパッタリングターゲットとの間に配置されたグリッド電極と、
前記グリッド電極に設けられた複数の貫通孔と、
前記グリッド電極に電気的に接続された第２の電源と、
前記保持機構に保持された前記基板と前記グリッド電極との間の第１の空間から真空排気する排気機構と、
を具備し、
前記グリッド電極によって前記第１のチャンバーは、前記第１の空間と、前記グリッド電極と前記スパッタリングターゲットとの間の第２の空間に二分割されており、
前記排気機構によって前記第１の空間から真空排気することで、前記グリッド電極の前記複数の貫通孔を通して前記第２の空間も真空排気され、それにより、前記第２の空間より前記第１の空間の方が高真空とされることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項9】

請求項８において、
前記ランプヒーターは、前記第１のチャンバー内に配置されており、
前記ランプ光は前記基板の下面に直接照射されることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項10】

請求項８において、
前記保持機構に設けられ、前記ランプヒーターから照射されるランプ光が前記基板の下面の外側に漏れるのを遮る遮光部材を有することを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項11】

請求項１０において、
前記遮光部材は、前記ランプ光を前記基板の下面に集光させる集光リフレクターであることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項12】

請求項１１において、
前記集光リフレクターはＡｌ製であり、前記集光リフレクターにはＡｕメッキが施されていることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項13】

請求項８乃至１２のいずれか一項において、
前記スパッタリングターゲットの近傍にはマグネットが配置されていることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項14】

請求項８乃至１３のいずれか一項において、
前記第２の空間に不活性ガスを導入し、前記第１の空間に酸素ガスを導入するガス導入機構を有することを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項15】

請求項１４において、
前記スパッタリングターゲットは、ＹとＺｒを含有するものであり、
前記基板は、（１００）の結晶面を有するＳｉ基板であることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項16】

請求項１４において、
前記スパッタリングターゲットは、Ｚｒからなり、
前記基板は、（１００）の結晶面を有するＳｉ基板であることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項17】

請求項１４において、
前記スパッタリングターゲットは、Ｙからなり、
前記基板は、（１００）の結晶面を有するＳｉ基板上にＺｒＯ_２膜が形成されたものであることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項18】

請求項８乃至１７のいずれか一項において、
前記保持機構に保持された前記基板と前記グリッド電極との間に配置されたフィラメントと、前記フィラメントに電気的に接続された第３の電源とを有することを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項19】

請求項１８において、
前記第１の電源は、高周波電源または直流電源であり、
前記第２の電源は、直流電源または前記第１の電源の周波数より低い周波数の高周波電源であり、
前記第３の電源は、直流電源または交流電源であることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項20】

請求項８乃至１９のいずれか一項において、
前記グリッド電極は、カーボンで形成されていることを特徴とするスパッタリング装置。

【請求項21】

請求項１５に記載のスパッタリング装置と、
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のチャンバー内で磁性を有する導電膜を成膜するスパッタリング装置と、
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22】

請求項１６に記載のスパッタリング装置と、
請求項１７に記載のスパッタリング装置と、
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のチャンバー内で磁性を有する導電膜を成膜するスパッタリング装置と、
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２１または２２において、
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のチャンバー内で誘電体膜を成膜するスパッタリング装置と、
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24】

請求項２１または２２において、
前記搬送室に第４のゲートバルブを介して接続された第４のチャンバーと、
前記第４のチャンバーを有する誘電体膜製膜装置と、
を具備し、
前記誘電体膜製膜装置は、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製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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配向基板、配向膜基板の製造方法、スパッタリング装置及びマルチチャンバー装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のPb(Zr,Ti)O₃（以下、「PZT」という。）ペロブスカイト型強誘電体セラミックスの製造方法について説明する。

【0003】

4インチSiウエハ上に膜厚300nmのSiO₂膜を形成し、このSiO₂膜上に膜厚5nmのTiO_X膜を形成する。次に、このTiO_X膜上に例えば(111)に配向した膜厚150nmのPt膜を形成し、このPt膜上にスピンコーターによってPZTゾルゲル溶液を回転塗布する。この際のスピン条件は、1500rpmの回転速度で30秒間回転させ、4000rpmの回転速度で10秒間回転させる条件である。

【0004】

次に、この塗布されたPZTゾルゲル溶液を250℃のホットプレート上で30秒間加熱保持して乾燥させ、水分を除去した後、さらに500℃の高温に保持したホットプレート上で60秒間加熱保持して仮焼成を行う。これを複数回繰り返すことで膜厚150nmのPZTアモルファス薄膜を生成する。

【0005】

次いで、このPZTアモルファス薄膜に加圧式ランプアニール装置（RTA: rapidly thermal anneal）を用いて700℃のアニール処理を行ってPZT結晶化を行う。このようにして結晶化されたPZT膜はペロブスカイト構造からなる（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】ＷＯ２００６／０８７７７７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の従来技術では、(111)に配向したPt膜が必要となり、Ptが高価であるため、製造コストが高くなるという課題がある。

【0008】

本発明の一態様は、製造コストを低減することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

以下に、本発明の種々の態様について説明する。
［１］（１００）の結晶面を有するＳｉ基板と、
前記Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長により形成された（１００）の配向膜と、
前記配向膜上にエピタキシャル成長により形成された磁性を有する導電膜と、
を具備することを特徴とする配向膜基板。

【0010】

［２］上記［１］において、
前記導電膜は金属を含むことを特徴とする配向膜基板。

【0011】

［３］上記［１］または［２］において、
前記導電膜は、磁性を有する金属が４０質量％以上含まれていることを特徴とする配向膜基板。

【0012】

［４］上記［１］乃至［３］のいずれか一項において、
前記導電膜は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｆｅ合金及びＦｅ−Ｎｉ合金の群から選択された少なくとも一つの金属または前記少なくとも一つの金属にＡｇを含有する金属からなることを特徴とする配向膜基板。

【0013】

［５］上記［１］乃至［４］のいずれか一項において、
前記導電膜は電極であることを特徴とする配向膜基板。

【0014】

［６］上記［１］乃至［５］のいずれか一項において、
前記配向膜及び前記導電膜は５００℃の耐熱性を有することを特徴とする配向膜基板。

【0015】

［７］上記［１］乃至［６］のいずれか一項において、
前記配向膜は、ＺｒＯ_２膜とＹ_２Ｏ_３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜であることを特徴とする配向膜基板。

【0016】

［８］上記［１］乃至［７］のいずれか一項において、
前記配向膜と前記導電膜との間に形成されたペロブスカイト構造物質を含む第１のバッファ層を有することを特徴とする配向膜基板。

【0017】

［９］上記［１］乃至［８］のいずれか一項において、
前記導電膜上に形成され、（１００）に配向した誘電体膜を有することを特徴とする配向膜基板。

【0018】

［１０］上記［９］において、
前記誘電体膜はＰＺＴ膜であることを特徴とする配向膜基板。

【0019】

［１１］上記［９］または［１０］において、
前記導電膜と前記誘電体膜との間に形成されたペロブスカイト構造物質を含む第２のバッファ層を有することを特徴とする配向膜基板。

【0020】

［１２］上記［８］または［１１］において、
前記ペロブスカイト構造物質は、一般式ＡＢＯ_３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、Ｏｓ、ＩｒＰｔ、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、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配向膜基板。

【0021】

［１３］（１００）の結晶面を有するＳｉ基板を用意し、
前記Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長によりＺｒＯ_２膜とＹ_２Ｏ_３膜を積層した積層膜またはＹＳＺ膜を形成し、
前記積層膜またはＹＳＺ膜上にエピタキシャル成長により磁性を有する導電膜を形成する配向膜基板の製造方法であり、
前記積層膜は（１００）に配向しており、
前記ＹＳＺ膜は（１００）に配向しており、
前記導電膜は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｆｅ合金及びＦｅ−Ｎｉ合金の群から選択された少なくとも一つの金属または前記少なくとも一つの金属にＡｇを含有する金属からなることを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【0022】

［１４］上記［１３］において、
前記導電膜は、磁性を有する金属が４０質量％以上含まれていることを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【0023】

［１５］上記［１３］または［１４］において、
前記積層膜またはＹＳＺ膜を形成した後で且つ前記導電膜を形成する前に、前記積層膜またはＹＳＺ膜上にペロブスカイト構造物質を含む第１のバッファ層を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【0024】

［１６］上記［１３］乃至［１５］のいずれか一項において、
前記導電膜を形成した後に、前記導電膜上に（１００）に配向した誘電体膜を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【0025】

［１７］上記［１６］において、
前記誘電体膜はＰＺＴ膜であることを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【0026】

［１８］上記［１６］または［１７］において、
前記導電膜を形成した後で且つ前記誘電体膜を形成する前に、前記導電膜上にペロブスカイト構造物質を含む第２のバッファ層を形成することを特徴とする配向膜基板の製造方法。

【0027】

［１９］上記［１５］または［１８］において、
前記ペロブスカイト構造物質は、一般式ＡＢＯ_３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、Ｏｓ、ＩｒＰｔ、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、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配向膜基板の製造方法。

【0028】

［２０］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、基板を保持する保持機構と、
前記保持機構に設けられ、前記基板の下面にランプ光を照射して前記基板を８００℃以上に加熱するランプヒーターと、
前記第１のチャンバー内に配置され、前記保持機構に保持された前記基板の上面と対向するスパッタリングターゲットと、
前記スパッタリングターゲットに電気的に接続されたスパッタ電極と、
前記スパッタ電極に電気的に接続された第１の電源と、
前記保持機構に保持された前記基板と前記スパッタリングターゲットとの間に配置されたグリッド電極と、
前記グリッド電極に設けられた複数の貫通孔と、
前記グリッド電極に電気的に接続された第２の電源と、
前記保持機構に保持された前記基板と前記グリッド電極との間の第１の空間から真空排気する排気機構と、
を具備し、
前記グリッド電極によって前記第１のチャンバーは、前記第１の空間と、前記グリッド電極と前記スパッタリングターゲットとの間の第２の空間に二分割されていることを特徴とするスパッタリング装置。

【0029】

［２１］上記［２０］において、
前記保持機構に設けられ、前記ランプヒーターから照射されるランプ光が前記基板の下面の外側に漏れるのを遮る遮光部材を有することを特徴とするスパッタリング装置。

【0030】

［２２］上記［２１］において、
前記遮光部材は、前記ランプ光を前記基板の下面に集光させる集光リフレクターであることを特徴とするスパッタリング装置。

【0031】

［２３］上記［２２］において、
前記集光リフレクターはＡｌ製であり、前記集光リフレクターにはＡｕメッキが施されていることを特徴とするスパッタリング装置。

【0032】

［２４］上記［２０］乃至［２３］のいずれか一項において、
前記スパッタリングターゲットの近傍にはマグネットが配置されていることを特徴とするスパッタリング装置。

【0033】

［２５］上記［２０］乃至［２４］のいずれか一項において、
前記第２の空間に不活性ガスを導入し、前記第１の空間に酸素ガスを導入するガス導入機構を有することを特徴とするスパッタリング装置。

【0034】

［２６］上記［２５］において、
前記スパッタリングターゲットは、ＹとＺｒを含有するものであり、
前記基板は、（１００）の結晶面を有するＳｉ基板であることを特徴とするスパッタリング装置。

【0035】

［２７］上記［２５］において、
前記スパッタリングターゲットは、Ｚｒからなり、
前記基板は、（１００）の結晶面を有するＳｉ基板であることを特徴とするスパッタリング装置。

【0036】

［２８］上記［２５］において、
前記スパッタリングターゲットは、Ｙからなり、
前記基板は、（１００）の結晶面を有するＳｉ基板上にＺｒＯ_２膜が形成されたものであることを特徴とするスパッタリング装置。

【0037】

［２９］上記［２０］乃至［２８］のいずれか一項において、
前記保持機構に保持された前記基板と前記グリッド電極との間に配置されたフィラメントと、前記フィラメントに電気的に接続された第３の電源とを有することを特徴とするスパッタリング装置。

【0038】

［３０］上記［２９］において、
前記第１の電源は、高周波電源または直流電源であり、
前記第２の電源は、直流電源または前記第１の電源の周波数より低い周波数の高周波電源であり、
前記第３の電源は、直流電源または交流電源であることを特徴とするスパッタリング装置。

【0039】

［３１］上記［２０］乃至［３０］のいずれか一項において、
前記グリッド電極は、カーボンで形成されていることを特徴とするスパッタリング装置。

【0040】

［３２］上記［２６］に記載のスパッタリング装置と、
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のチャンバー内で磁性を有する導電膜を成膜するスパッタリング装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。

【0041】

［３３］上記［２７］に記載のスパッタリング装置と、
請求項２８に記載のスパッタリング装置と、
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のチャンバー内で磁性を有する導電膜を成膜するスパッタリング装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。

【0042】

［３４］上記［３２］または［３３］において、
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のチャンバー内で誘電体膜を成膜するスパッタリング装置と、
を具備することを特徴とするマルチチャンバー装置。

【0043】

［３５］上記［３２］または［３３］において、
前記搬送室に第４のゲートバルブを介して接続された第４のチャンバーと、
前記第４のチャンバーを有する誘電体膜製膜装置と、
を具備し、
前記誘電体膜製膜装置は、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製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。

【発明の効果】

【0044】

本発明の一態様を適用することで、製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【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】本発明の一態様に係る第１のスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。

【図3】（Ａ）は図２に示すＳｉウエハ２３、保持機構２２及びランプヒーター２４の詳細を示す平面図と断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す保持機構２２の比較例を示す平面図と断面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す集光型反射板及びその周辺を拡大した断面図であり、（Ｄ）は図２の第１のスパッタリング装置の変形例であるＥＢ型蒸着装置である。

【図4】（Ａ）は本発明の一態様に係る配向膜基板を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す配向膜基板の変形例を示す断面図である。

【図5】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6】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7】（Ａ）は本発明の一態様に係る配向膜基板を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す配向膜基板の変形例を示す断面図である。

【図8】実施例及び比較例のヒステリシス曲線である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

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。

【0047】

（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。
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、ＹＳＺスパッタ室４と、磁性を持つ物質のスパッタ室５と、特定の格子定数を持つ物質のスパッタ室６と、ＰＺＴスパッタ室７とを有している。

【0048】

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Ｓｉ基板（例えば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。

【0049】

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。

【0050】

ＹＳＺスパッタ室４は、Ｓｉウエハ（Ｓｉ基板ともいう）２３上にＹＳＺ膜を反応性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。ＹＳＺスパッタ室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第１のスパッタリング装置（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ＹＳＺスパッタ室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に示す第１のスパッタリング装置については後述する。

【0051】

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Ｙ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２の混合物からなる安定した状態にある膜をいう。広義にはＺｒＯ_２に数％のＹ_２Ｏ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ＺｒＯ_２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。

【0052】

磁性を持つ物質のスパッタ室５は、Ｓｉウエハ２３上に磁性を持つ物質を含む導電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ＹＳＺスパッタ室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。

【0053】

特定の格子定数を持つ物質のスパッタ室６は、Ｓｉウエハ２３上に特定の格子定数を持つ物質を含む導電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６は、第３のチャンバーを有する第３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６の第３のチャンバー内に搬送するようになっている。

【0054】

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４のチャンバーを有する第４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６の第３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４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４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４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。

【0055】

搬送ロボット３によるＳｉウエハ２３の搬送は上述したものに限定されず、例えば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４のチャンバー内に搬送してもよい。

【0056】

図２は、本発明の一態様に係る第１のスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。図３（Ａ）は、図２に示すＳｉウエハ２３、保持機構２２及びランプヒーター２４の詳細を示す平面図と断面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）に示す集光型反射板及びその周辺を拡大した断面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す保持機構２２の比較例を示す平面図と断面図である。

【0057】

図２及び図３（Ａ）に示すように、第１のスパッタリング装置は、第１のチャンバー（プロセスチャンバーともいう）２１を有し、プロセスチャンバー２１内には基板（例えばＳｉウエハ２３）を保持する保持機構２２が配置されている。保持機構２２は基板電極としての機能を有し、Ｓｉウエハ２３は基板電極に電気的に接触している。基板電極は図示せぬ電源に電気的に接続されている。Ｓｉウエハ２３は例えば（１００）の結晶面を有する。

【0058】

保持機構２２には、Ｓｉウエハ２３の下面にランプ光を照射してＳｉウエハ２３を８００℃以上に加熱するランプヒーター２４が設けられている。図３（Ａ），（Ｃ）に示すように、ランプヒーター２４は、Ｓｉウエハ２３の下面の下方に配置され、平面が円形状のＳｉウエハ２３の中心から同心円状に配置されている。ランプヒーター２４とＳｉウエハ２３との間で且つＳｉウエハ２３の外周を覆うように集光型反射部材（集光リフレクターともいう）１５が保持機構２２に設けられている。集光リフレクター１５は、ランプヒーター２４から照射されるランプ光がＳｉウエハ２３の下面の外側に漏れるのを遮る遮光部材としても機能し、またランプ光をＳｉウエハ２３の下面に集光させる集光部材としても機能する。集光リフレクター１５は例えばＡｌ製であり、集光リフレクター１５には例えばＡｕメッキが施されている。

【0059】

図３（Ｃ）に示すように、集光リフレクター１５は保持機構２２に取り付けられている。図３（Ｂ）に示すように、保持機構２２に集光リフレクター１５が取り付けられていない場合、ランプヒーター４から照射されるランプ光がＳｉウエハ２３の下面の外側に漏れる量１８が多くなる。これに対し、図３（Ａ）に示すように、保持機構２２に集光リフレクター１５が取り付けられている場合、ランプヒーター４から照射されるランプ光がＳｉウエハ２３の下面の外側に漏れる量１７が少なくなる。これにより、Ｓｉウエハ２３を加熱する能力を飛躍的に向上させることができる。

【0060】

図２に示すように、第１のチャンバー２１内には、保持機構２２に保持されたＳｉウエハ２３の上面と対向するスパッタリングターゲット２６が配置されている。スパッタリングターゲット２６は、例えば ＹとＺｒを含有するターゲット、Ｚｒからなるターゲット、またはＹからなるターゲットを用いることができる。

【0061】

スパッタリングターゲット２６にはスパッタ電極２５が電気的に接続されており、スパッタ電極２５にはスパッタ電源（第１の電源ともいう）２８が電気的に接続されている。スパッタ電源２８は高周波電源または直流電源である。

【0062】

スパッタリングターゲット２６の裏面側にはモーターＭによって矢印のように回転するロータリーマグネット２７が配置されている。これにより、スパッタリングターゲット２６の表面側に発生するプラズマを均一化することができる。なお、本実施形態では、ロータリーマグネット２７を用いているが、回転させないマグネットを用いてもよい。

【0063】

Ｓｉウエハ２３とスパッタリングターゲット２６との間にはグリッド電極２９が配置されており、グリッド電極２９には複数の貫通孔２９ａが設けられている。グリッド電極２９は、導電体（例えばカーボン）で形成されている。グリッド電極２９にはグリッド電源（第２の電源ともいう）１０が電気的に接続されている。グリッド電源１０は、直流電源または第１の電源２８の周波数より低い周波数の高周波電源である。

【0064】

プロセスチャンバー２１は、グリッド電極２９によって第１の空間５２と第２の空間５３に二分割されている。つまり、第１の空間５２はＳｉウエハ２３とグリッド電極２９との間に位置し、第２の空間５３はグリッド電極２９とスパッタリングターゲット２６との間に位置する。第１の空間５２と第２の空間５３はグリッド電極２９の貫通孔２９ａによって空間的に繋がっている。

【0065】

第１のスパッタリング装置は、第２の空間５３にスパッタ放電ガスを導入する放電ガス導入機構１３と、第１の空間５２に反応ガスを導入する反応ガス導入機構１４とを有している。スパッタ放電ガスは例えば不活性ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなど）である。反応ガスは例えば酸素ガス（Ｏ_２）である。

【0066】

第１のスパッタリング装置は第１の空間５２からプロセスチャンバー２１の内部を真空排気する排気機構を有しており、この排気機構は真空ポンプＰを有している。この真空ポンプＰは、配管及びバルブ５４を介してプロセスチャンバー２１に接続されている。

【0067】

グリッド電極２９は、第２の空間５３に発生するプラズマを遮蔽し、そのプラズマを第２の空間５３に閉じ込める機能を有する。真空ポンプＰによって第１の空間５２から真空排気することで、グリッド電極２９の貫通孔２９ａを通して第２の空間５３も真空排気される。この際、第２の空間５３より第１の空間５２の方が高真空となる。別言すれば、貫通孔２９ａの大きさや数は、真空ポンプＰによって真空排気することで、第２の空間５３より第１の空間５２の方が高真空となる程度のものとするとよい。

【0068】

Ｓｉウエハ２３とグリッド電極２９との間（即ち第１の空間５２）には熱電子を発生させるフィラメント１１が配置されている。フィラメント１１にはフィラメント電源（第３の電源ともいう）１２が電気的に接続されており、フィラメント電源１２は直流電源または交流電源である。フィラメント１１から発生させた熱電子は、グリッド電極２９の貫通孔２９ａから通過したイオン化したスパッタ粒子を中和する機能を有する。

【0069】

≪第１のスパッタリング装置の変形例≫
図１に示すマルチチャンバー装置が有する図２の第１のスパッタリング装置を、ボート型蒸着装置、ＥＢ型蒸着装置またはＲＦ型イオンプレーティング装置に代えて実施してもよい。つまり、図１に示すマルチチャンバー装置がボート型蒸着装置、ＥＢ型蒸着装置またはＲＦ型イオンプレーティング装置を有するように変更しても良い。

【0070】

ボート型蒸着装置、ＥＢ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、ＹとＺｒを含有する蒸着材料、Ｚｒを含有する蒸着材料、または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。

【0071】

図３（Ｄ）は、第１のスパッタリング装置の変形例であるＥＢ型蒸着装置である。
ＥＢ型蒸着装置は成膜チャンバー４１を有しており、成膜チャンバー４１の下部には蒸着源４３が配置されている。成膜チャンバー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、ＹとＺｒを含有する蒸着材料、Ｚｒを含有する蒸着材料、またはＹを含有する蒸発材料を収容したルツボ及び電子銃（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発材料に照射して加熱し、蒸発材料を蒸発させるものである。

【0072】

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。

【0073】

成膜チャンバー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（Ｏ_２）である。また、成膜チャンバー４１には、成膜チャンバー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。

【0074】

≪配向膜基板の製造方法≫
図４（Ａ）は、本発明の一態様に係る配向膜基板を示す断面図である。この配向膜基板は、図１に示すマルチチャンバー装置と図２及び図３（Ａ）に示す第１のスパッタリング装置を用いて作製される。

【0075】

（１００）の結晶面を有するＳｉ基板２３を用意し、Ｓｉ基板２３をＹＳＺスパッタ室４の第１のチャンバー２１に導入し、保持機構２２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、ＳｉＯ_２膜やＴｉＯ_２膜などの酸化膜が形成されていてもよい。第１のチャンバー２１を真空ポンプＰによって真空排気し、放電ガス導入機構１３によって放電ガスとしてＡｒガスを第２の空間５３に導入し、反応ガス導入機構１４によって反応ガスとして酸素ガスを第１の空間５２に導入する。放電ガス及び反応ガスの導入と排気のバランスによって第１のチャンバー２１内を所定の圧力にする。詳細には、第２の空間５３がグリッド電極２９の貫通孔２９ａを通しても真空排気されるため、第２の空間５３より第１の空間５２の方が高真空となる。

【0076】

また、モーターＭによってロータリーマグネット２７を回転させ、ＹＳＺからなるスパッタリングターゲット２６に高周波電力を印加し、この高周波電力の周波数より低い周波数の高周波電力をグリッド電極２９に印加する。フィラメント１１に交流を印加し、ランプヒーター２４によってランプ光をＳｉ基板２３の裏面に照射してＳｉ基板２３を８００℃に加熱する。このようにして第２の空間５３にプラズマを発生させ、スパッタ粒子を生成する。そのスパッタ粒子はグリッド電極２９の貫通孔２９ａを通過する。その際にイオン化されていたスパッタ粒子は中和されるが、一部中和されずにイオン化されたままのスパッタ粒子はフィラメント１１から発生する熱電子によって中和される。そして、イオン化されていないスパッタ粒子（Ｙ粒子、Ｚｒ粒子）が８００℃に加熱されたＳｉ基板２３の（１００）の結晶面上で酸素と反応して酸化物となって堆積される。これにより、Ｓｉ基板２３上にエピタキシャル成長によるＹＳＺ膜３１が形成される。このＹＳＺ膜３１はＳｉ基板２３の（１００）の結晶面と同様に（１００）に配向している（図４（Ａ）参照）。

【0077】

なお、本実施形態では、Ｓｉ基板２３上にＹＳＺ膜３１を形成しているが、ＹＳＺ膜３１に限定されるものではなく、ＹＳＺ膜以外の（１００）の配向膜をエピタキシャル成長により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。

【0078】

次に、搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をＹＳＺスパッタ室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）。

【0079】

次に、第２のチャンバー内でスパッタリングによりＹＳＺ膜３１上にエピタキシャル成長による磁性を有する導電膜３２を形成する。導電膜３２は、ＹＳＺ膜３１と同様に（１００）に配向している。導電膜３２は電極として機能するとよい。導電膜３２は、磁性を有する金属が４０質量％以上（好ましくは７０質量％以上）含まれているとよい。なお、導電膜３２は、磁性を有するものであれば金属以外の酸化膜であってもよい。

【0080】

導電膜３２は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ合金、Ｆｅ合金及びＦｅ−Ｎｉ合金の群から選択された少なくとも一つの金属または前記少なくとも一つの金属にＡｇを含有する金属からなるとよい。

【0081】

Ｆｅ合金は、例えばステンレスであり、オーステナイト系ステンレス、フェライト系ステンレス（１８％のＣｒを含有するステンレス鋼が代表的）、マルテンサイト系ステンレス、オーステナイトとフェライトの二相組織のステンレスであってもよい。また、Ｆｅ−Ｎｉ合金は、例えばパーマロイ、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金などである。また、上記のＡｇを含有する金属は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ａｇ合金、Ｎｉ−Ａｇ混合金属などである。

【0082】

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４のチャンバー内に搬送する（図１参照）。

【0083】

次に、第４のチャンバー内でスパッタリングによって導電膜３２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、導電膜３２と同様に（１００）に配向している。なお、本実施形態では、導電膜３２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、導電膜３２上にＰＺＴ膜３３以外の（１００）に配向した誘電体膜を形成してもよい。

【0084】

本実施形態によれば、グリッド電極２９の貫通孔２９ａによって第２の空間５３より第１の空間５２を高真空とするため、ＹＳＺ膜３１の結晶性を良くすることができる。つまり、ＹＳＺ膜３１の結晶性は成膜時の圧力が高真空であるほど良いため、第１の空間５２を第２の空間５３より高真空にすることで、結晶性を良くすることができる。

【0085】

また、ＰＺＴ膜３３の下に磁性を有する導電膜３２及びＹＳＺ膜３１を形成するため、結晶性の良いＰＺＴ膜３３を形成することができる。また、導電膜３２が磁性を有するため、ＰＺＴ膜３３の結晶性を良くすることができる。

【0086】

また、本実施形態では、図３（Ａ）に示す第１のスパッタリング装置を用いてＹＳＺ膜３１を成膜しているが、第１のスパッタリング装置の変形例である図３（Ｄ）に示すＥＢ型蒸着装置を用いてＹＳＺ膜３１を成膜してもよい。詳細には、基板ホルダー４４にＳｉ基板２３を設置し、基板ホルダー４４を回転機構４９により回転させる。次いで、成膜チャンバー４１内に反応ガス供給機構により酸素ガスを供給し、成膜チャンバー４１内を排気ポンプ系により真空引きを行い、成膜チャンバー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、基板温度を８００℃まで上昇させ、この温度にＳｉ基板２３を維持する。蒸着源４３のＹとＺｒを含有する蒸発材料に電子銃４２により電子ビームを照射して加熱し、蒸発材料を蒸発させ、酸素ガスと反応させてＹＳＺ膜３１をＳｉ基板２３上に成膜する。

【0087】

≪配向膜基板の製造方法の変形例≫
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す配向膜基板の変形例であり、図４（Ａ）と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。

【0088】

図４（Ａ）に示す配向膜基板と同様の方法で、Ｓｉ基板２３上にＹＳＺ膜３１を形成する。

【0089】

次に、スパッタリングによりＹＳＺ膜３１上にエピタキシャル成長によるペロブスカイト構造物質を含む第１のバッファ層３４を形成する。第１のバッファ層３４は、ＹＳＺ膜３１と同様に（１００）に配向している。

【0090】

上記のペロブスカイト構造物質は、一般式ＡＢＯ_３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、Ｏｓ、ＩｒＰｔ、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、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からなるＢｉ層状構造ペロブスカイト物質であり、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。

【0091】

次に、図４（Ａ）に示す配向膜基板と同様の方法で、第１のバッファ層３４上に磁性を有する導電膜３２を形成する。

【0092】

次に、スパッタリングにより導電膜３２上にエピタキシャル成長によるペロブスカイト構造物質を含む第２のバッファ層３５を形成する。第２のバッファ層３５は、導電膜３２と同様に（１００）に配向している。

【0093】

次に、図４（Ａ）に示す配向膜基板と同様の方法で、第２のバッファ層３５上にＰＺＴ膜３３を形成する。

【0094】

（第２の実施形態）
≪製造装置≫
図５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り、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

【0095】

図５に示すマルチチャンバー装置は、ゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置（誘電体膜成膜装置ともいう）８を有する点が図１に示すマルチチャンバー装置と異なる。ゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置８は第５のチャンバーを有しており、第５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。

【0096】

搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をスパッタ室６の第３のチャンバーまたはスパッタ室７の第４のチャンバーから搬送室２を通ってゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置８の第５のチャンバー内に搬送するようになっている。

【0097】

ゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置８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膜を製膜する装置である。

【0098】

≪配向膜基板の製造方法≫
図４（Ａ）に示す配向膜基板と異なる点についてのみ説明する。

【0099】

図４（Ａ）に示す配向膜基板と同様の方法で、Ｓｉ基板２３上にエピタキシャル成長によりＹＳＺ膜３１を形成し、ＹＳＺ膜３１上にエピタキシャル成長により磁性を有する導電膜３２を形成し、導電膜３２上にエピタキシャル成長によりＰＺＴ膜３３を形成する。

【0100】

次に、搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をＰＺＴスパッタ室７の第４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製膜装置８の第５のチャンバー内に搬送する（図５参照）。

【0101】

次に、ＰＺＴ膜３３上にゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布してＰＺＴ膜を製膜する。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、配向膜であるＹＳＺ膜３１及び導電膜３２は５００℃の耐熱性を有するとよい。このＰＺＴ膜は、ＰＺＴ膜３３と同様に（１００）に配向している。なお、本実施形態では、ＰＺＴ膜３３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、ＰＺＴ膜３３上にＰＺＴ膜以外の誘電体膜を形成してもよい。

【0102】

また、本実施形態では、ＰＺＴ膜３３上にゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置８によりＰＺＴ膜を製膜しているが、導電膜３２上にＰＺＴ膜３３を形成せずに、導電膜３２上にゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置８によりＰＺＴ膜を製膜し、そのＰＺＴ膜に、乾燥処理、仮焼成及び結晶化処理を行ってもよい。

【0103】

本実施形態によれば、ゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置８により形成されたＰＺＴ膜の下に磁性を有する導電膜３２及びＹＳＺ膜３１を形成するため、結晶性の良いＰＺＴ膜を形成することができる。また、導電膜３２が磁性を有するため、ＰＺＴ膜の結晶性を良くすることができる。

【0104】

また、ＰＺＴ膜３３上に電極（図示せず）を形成し、ＰＺＴ膜３３に直流高電界、磁場などを印加することによるポーリング処理（分極処理）を行ってもよい。これにより、圧電特性を向上させることができる。このポーリング処理を行う際に、ＰＺＴ膜３３の下に磁性を有する導電膜３２を有するため、その磁性でポーリングアシスト効果が得られ、圧電特性をより向上させることができる。

【0105】

≪配向膜基板の製造方法の変形例≫
図４（Ｂ）に示す配向膜基板と異なる点についてのみ説明する。

【0106】

図４（Ａ）に示す配向膜基板と同様の方法で、Ｓｉ基板２３上にエピタキシャル成長によりＹＳＺ膜３１を形成し、ＹＳＺ膜３１上にエピタキシャル成長によりペロブスカイト構造物質を含む第１のバッファ層３４を形成し、第１のバッファ層３４上にエピタキシャル成長により磁性を有する導電膜３２を形成し、導電膜３２上にエピタキシャル成長によりペロブスカイト構造物質を含む第２のバッファ層３５を形成し、第２のバッファ層３５上にエピタキシャル成長によりＰＺＴ膜３３を形成する。

【0107】

次に、搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をＰＺＴスパッタ室７の第４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製膜装置８の第５のチャンバー内に搬送する（図５参照）。

【0108】

次に、ＰＺＴ膜３３上にゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布してＰＺＴ膜を製膜する。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ＰＺＴ膜は、ＰＺＴ膜３３と同様に（１００）に配向している。なお、本実施形態では、ＰＺＴ膜３３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、ＰＺＴ膜３３上にＰＺＴ膜以外の誘電体膜を形成してもよい。

【0109】

また、本実施形態では、ＰＺＴ膜３３上にゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置８によりＰＺＴ膜を製膜しているが、第２のバッファ層３５上にＰＺＴ膜３３を形成せずに、第２のバッファ層３５上にゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置８によりＰＺＴ膜を製膜し、そのＰＺＴ膜に、乾燥処理、仮焼成及び結晶化処理を行ってもよい。

【0110】

また、ＰＺＴ膜３３上に電極（図示せず）を形成し、ＰＺＴ膜３３に直流高電界、磁場などを印加することによるポーリング処理（分極処理）を行ってもよい。この際、前述したように、ＰＺＴ膜３３の下に磁性を有する導電膜３２によってポーリングアシスト効果が得られる。

【0111】

（第３の実施形態）
≪製造装置≫
図６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り、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

【0112】

図６のマルチチャンバー装置は、ＹＳＺスパッタ室４を有してなく、その代わりに、ＺｒＯ_２スパッタ室３４と、Ｙ_２Ｏ_３スパッタ室３５を有する点が異なる。

【0113】

ＺｒＯ_２スパッタ室３４は、Ｓｉウエハ２３上にＺｒＯ_２膜を反応性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。ＺｒＯ_２スパッタ室３４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第１のスパッタリング装置（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ＺｒＯ_２スパッタ室３４の第１のチャンバーに搬送するようになっている。

【0114】

Ｙ_２Ｏ_３スパッタ室３５は、Ｓｉウエハ２３上にＹ_２Ｏ_３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３５は、第１のチャンバーを有する第１のスパッタリング装置（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ＺｒＯ_２スパッタ室３４の第１のチャンバー内から搬送室２を通ってＹ_２Ｏ_３スパッタ室３５の第１のチャンバー内に搬送するようになっている。

【0115】

≪配向膜基板の製造方法≫
図７（Ａ）は、本発明の一態様に係る配向膜基板を示す断面図であり、図４（Ａ）の配向膜基板と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。図７（Ａ）の配向膜基板は、図６に示すマルチチャンバー装置を用いて作製される。

【0116】

（１００）の結晶面を有するＳｉ基板２３を用意し、Ｓｉ基板２３をＺｒＯ_２スパッタ室３４の第１のチャンバー２１に導入し、保持機構２２にＳｉ基板２３を保持する（図２参照）。このＳｉ基板２３の（１００）の結晶面上には、ＳｉＯ_２膜やＴｉＯ_２膜などの酸化膜が形成されていてもよい。第１のチャンバー２１を真空ポンプＰによって真空排気し、放電ガス導入機構１３によって放電ガスとしてＡｒガスを第２の空間５３に導入し、反応ガス導入機構１４によって反応ガスとして酸素ガスを第１の空間５２に導入する。放電ガス及び反応ガスの導入と排気のバランスによって第１のチャンバー２１内を所定の圧力にする。詳細には、第２の空間５３がグリッド電極２９の貫通孔２９ａを通しても真空排気されるため、第２の空間５３より第１の空間５２の方が高真空となる。

【0117】

また、モーターＭによってロータリーマグネット２７を回転させ、Ｚｒからなるスパッタリングターゲット２６に高周波電力を印加し、この高周波電力の周波数より低い周波数の高周波電力をグリッド電極２９に印加する。フィラメント１１に交流を印加し、ランプヒーター２４によってランプ光をＳｉ基板２３の裏面に照射してＳｉ基板２３を８００℃に加熱する。このようにして第２の空間５３にプラズマを発生させ、スパッタ粒子を生成する。そのスパッタ粒子はグリッド電極２９の貫通孔２９ａを通過する。その際にイオン化されていたスパッタ粒子は中和されるが、一部中和されずにイオン化されたままのスパッタ粒子はフィラメント１１から発生する熱電子によって中和される。そして、イオン化されていないスパッタ粒子（Ｚｒ粒子）が８００℃に加熱されたＳｉ基板２３の（１００）の結晶面上で酸素と反応して酸化物となって堆積される。これにより、Ｓｉ基板２３上にエピタキシャル成長によるＺｒＯ_２膜３１ａが形成される（図７（Ａ）参照）。

【0118】

次に、搬送ロボット３によってＳｉウエハ２３をＺｒＯ_２スパッタ室３４の第１のチャンバー内から搬送室２を通ってＹ_２Ｏ_３スパッタ室３５の第１のチャンバー内に搬送する（図６参照）。

【0119】

Ｓｉ基板２３をＹ_２Ｏ_３スパッタ室３５の第１のチャンバー２１に導入し、保持機構２２にＳｉ基板２３を保持する（図２参照）。このＳｉ基板２３のＺｒＯ_２膜３１ａ上には、ＳｉＯ_２膜やＴｉＯ_２膜などの酸化膜が形成されていてもよい。第１のチャンバー２１を真空ポンプＰによって真空排気し、放電ガス導入機構１３によって放電ガスとしてＡｒガスを第２の空間５３に導入し、反応ガス導入機構１４によって反応ガスとして酸素ガスを第１の空間５２に導入する。放電ガス及び反応ガスの導入と排気のバランスによって第１のチャンバー２１内を所定の圧力にする。詳細には、第２の空間５３がグリッド電極２９の貫通孔２９ａを通しても真空排気されるため、第２の空間５３より第１の空間５２の方が高真空となる。

【0120】

また、モーターＭによってロータリーマグネット２７を回転させ、Ｚｒからなるスパッタリングターゲット２６に高周波電力を印加し、この高周波電力の周波数より低い周波数の高周波電力をグリッド電極２９に印加する。フィラメント１１に交流を印加し、ランプヒーター２４によってランプ光をＳｉ基板２３の裏面に照射してＳｉ基板２３を８００℃に加熱する。このようにして第２の空間５３にプラズマを発生させ、スパッタ粒子を生成する。そのスパッタ粒子はグリッド電極２９の貫通孔２９ａを通過する。その際にイオン化されていたスパッタ粒子は中和されるが、一部中和されずにイオン化されたままのスパッタ粒子はフィラメント１１から発生する熱電子によって中和される。そして、イオン化されていないスパッタ粒子（Ｙ粒子）が８００℃に加熱されたＳｉ基板２３の（１００）の結晶面上で酸素と反応して酸化物となって堆積される。これにより、Ｓｉ基板２３上にエピタキシャル成長によるＹ_２Ｏ_３膜３１ｂが形成される（図７（Ａ）参照）。ＺｒＯ_２膜３１ａとＹ_２Ｏ_３膜３１ｂを積層した積層膜はＳｉ基板２３の（１００）の結晶面と同様に（１００）に配向している。

【0121】

次に、図４（Ａ）に示す配向膜基板と同様の方法により、第２のチャンバー内でスパッタリングによりＺｒＯ_２膜３１ａとＹ_２Ｏ_３膜３１ｂを積層した積層膜上にエピタキシャル成長による磁性を有する導電膜３２を形成する。

【0122】

次に、図４（Ａ）に示す配向膜基板と同様の方法により、第４のチャンバー内でスパッタリングによって導電膜３２上にエピタキシャル成長によるＰＺＴ膜３３を形成する。

【0123】

本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を奏する。

【0124】

なお、本実施形態では、図３（Ａ）に示す第１のスパッタリング装置を用いてＺｒＯ_２膜３１ａとＹ_２Ｏ_３膜３１ｂの積層膜を成膜しているが、第１のスパッタリング装置の変形例である図３（Ｄ）に示すＥＢ型蒸着装置を用いてＺｒＯ_２膜３１ａとＹ_２Ｏ_３膜３１ｂの積層膜を成膜してもよい。詳細には、基板ホルダー４４にＳｉ基板２３を設置し、基板ホルダー４４を回転機構４９により回転させる。次いで、成膜チャンバー４１内に反応ガス供給機構により酸素ガスを供給し、成膜チャンバー４１内を排気ポンプ系により真空引きを行い、成膜チャンバー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、基板温度を８００℃まで上昇させ、この温度にＳｉ基板２３を維持する。蒸着源４３のＺｒを含有する蒸発材料に電子銃４２により電子ビームを照射して加熱し、蒸発材料を蒸発させ、酸素ガスと反応させてＺｒＯ_２膜３１ａをＳｉ基板２３上に成膜する。

【0125】

次いで、基板ホルダー４４にＳｉ基板２３を設置し、基板ホルダー４４を回転機構４９により回転させる。次いで、成膜チャンバー４１内に反応ガス供給機構により酸素ガスを供給し、成膜チャンバー４１内を排気ポンプ系により真空引きを行い、成膜チャンバー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、基板温度を８００℃まで上昇させ、この温度にＳｉ基板２３を維持する。蒸着源４３のＺｒを含有する蒸発材料に電子銃４２により電子ビームを照射して加熱し、蒸発材料を蒸発させ、酸素ガスと反応させてＹ_２Ｏ_３膜３１ｂをＺｒＯ_２膜３１ａ上に成膜する。このようにしてＺｒＯ_２膜３１ａとＹ_２Ｏ_３膜３１ｂの積層膜がＳｉ基板２３上に成膜される。

【0126】

≪配向膜基板の製造方法の変形例≫
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す配向膜基板の変形例であり、図４（Ｂ）と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

【0127】

図７（Ａ）に示す配向膜基板と同様の方法で、Ｓｉ基板２３上にＺｒＯ_２膜３１ａを形成し、ＺｒＯ_２膜３１ａ上にＹ_２Ｏ_３膜３１ｂを形成する。

【0128】

次に、スパッタリングによりＹ_２Ｏ_３膜３１ｂ上にエピタキシャル成長によるペロブスカイト構造物質を含む第１のバッファ層３４を形成する。第１のバッファ層３４は、ＺｒＯ_２膜３１ａとＹ_２Ｏ_３膜３１ｂを積層した積層膜と同様に（１００）に配向している。

【0129】

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】

【0130】

実施例によるＮｉ下部電極のＰＺＴ強誘電体膜は以下の要領により作製した。
表面に約０．３μｍの酸化シリコン絶縁膜が形成されたＳｉウエハを基板とした。この基板上に、ＲＦスパッタリング方法により、Ｔｉ膜を１５ｎｍ成膜した。

【0131】

Ｔｉ膜の成膜条件は、２×１０^−１ＰａのＡｒガス圧、０．１２ｋＷの電源出力、５分の成膜時間であった。スパッタリング時の基板温度は２００℃とした。

【0132】

次いで、Ｔｉ膜を酸化してＴｉＯ_Ｘ膜にした後、無電解Ｎｉめっき法により、ＴｉＯ_Ｘ膜上にＮｉ下部電極を形成した。詳細には、下記の組成を有する無電解Ｎｉめっき浴を用いて無電解Ｎｉめっきを行うことにより、厚さ２００ｎｍのＮｉ・Ｂ合金めっき膜を形成した。

【0133】

めっき浴組成は、硫酸ニッケル２５ｇ／リットル、ホウ酸３０ｇ／リットル、クエン酸２０ｇ／リットル、酢酸ナトリウム１３ｇ／リットル、グリシン５ｇ／リットル、チオ尿素３ｍｇ／リットルであり、ｐＨ６．０であった。

【0134】

引き続き、Ｎｉ下部電極上にスピンコート法によりＰＺＴ膜を塗布した。前駆体溶液は市販のＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８）溶液を用い、Ｐｂの過剰添加量は２０％のものを用いた。この前駆体溶液をスピンコーター上の真空チャックに固定した基板へ滴下し、スピンコーターの回転により均一に塗布を行った。回転数は５００ｒｐｍで１０秒、２０００ｒｐｍで１０秒、５０００ｒｐｍで１０秒行った。

【0135】

その後、ＰＺＴ塗布後の基板をホットプレート上で熱処理を行った。この際の熱処理は乾燥が主な目的であり、乾燥温度は２５０℃で３０秒行い、続けて４５０℃で６０秒行った。

【0136】

次に、この膜を焼成炉へ設置し、酸素中で６５０℃、１０分間の酸化熱処理を行い、膜厚２００ｎｍのＰＺＴ単層膜を得た。

【0137】

その後、ＰＺＴ単層膜上に厚さ１００ｎｍのＰｔ上部電極を形成した。

【0138】

次に、ＰＺＴ単層膜のヒステリシス特性を測定したところ、図８に示すような曲線が得られた。

【0139】

比較例によるＰｔ下部電極のＰＺＴ強誘電体膜は以下の要領により作製した。
表面に約０．３μｍの酸化シリコン絶縁膜が形成されたＳｉウエハを基板とした。この基板上に、ＲＦスパッタリング方法により、Ｔｉ膜を１５ｎｍ成膜し、次いでＰｔ下部電極を１５０ｎｍ成膜した。

【0140】

Ｔｉ膜はＰｔ下部電極と酸化シリコン絶縁膜との密着層の役割を果たしている。Ｔｉ膜の成膜条件は、２×１０^−１ＰａのＡｒガス圧、０．１２ｋＷの電源出力、５分の成膜時間であった。Ｐｔ下部電極の成膜条件は、ガス圧、電源出力及び成膜時間がＴｉ膜と同じであった。また、スパッタリング時の基板温度は２００℃とした。

【0141】

引き続き、Ｐｔ下部電極上にスピンコート法によりＰＺＴ膜を塗布した。前駆体溶液は市販のＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５２／４８）溶液を用い、Ｐｂの過剰添加量は２０％のものを用いた。この前駆体溶液をスピンコーター上の真空チャックに固定した基板へ滴下し、スピンコーターの回転により均一に塗布を行った。回転数は５００ｒｐｍで１０秒、２０００ｒｐｍで１０秒、５０００ｒｐｍで１０秒行った。

【0142】

その後、ＰＺＴ塗布後の基板をホットプレート上で熱処理を行った。この際の熱処理は乾燥が主な目的であり、乾燥温度は２５０℃で３０秒行い、続けて４５０℃で６０秒行った。

【0143】

次に、この膜を焼成炉へ設置し、酸素中で６５０℃、１０分間の酸化熱処理を行い、膜厚２００ｎｍのＰＺＴ単層膜を得た。

【0144】

その後、ＰＺＴ単層膜上に厚さ１００ｎｍのＰｔ上部電極を形成した。

【0145】

次に、ＰＺＴ単層膜のヒステリシス特性を測定したところ、図８に示すような曲線が得られた。

【0146】

図８に示すように、実施例のＮｉ下部電極のＰＺＴ強誘電体膜は、比較例のＰｔ下部電極のＰＺＴ強誘電体膜と比較して、角型の良い圧電使用に適したヒステリシスが得られた。

【0147】

なお、本実施例では、無電解Ｎｉめっき法により、ＴｉＯ_Ｘ膜上にＮｉ下部電極を形成しているが、電解Ｎｉめっき法またはスパッタリング法によりＴｉＯ_Ｘ膜上にＮｉ下部電極を形成してもそのＮｉ下部電極のＰＺＴ強誘電体膜は、比較例のＰｔ下部電極のＰＺＴ強誘電体膜と比較して、角型の良い圧電使用に適したヒステリシスが得られると考えられる。

【符号の説明】

【0148】

１ ロードロック室
２ 搬送室
３ 搬送ロボット
４ ＹＳＺスパッタ室
５ 磁性を持つ物質のスパッタ室５
６ 特定の格子定数を持つ物質のスパッタ室６
７ ＰＺＴスパッタ室
８ ゾルゲルスピンコート式ＰＺＴ製膜装置（誘電体膜成膜装置）
１０ グリッド電源（第２の電源）
１１ フィラメント
１２ フィラメント電源（第３の電源）
１３ 放電ガス導入機構
１４ 反応ガス導入機構
１５ 集光型反射部材（集光リフレクター）
１７，１８ ランプ光がＳｉウエハの下面の外側に漏れる量
２１ 第１のチャンバー（プロセスチャンバー）
２２ 保持機構
２３ Ｓｉウエハ（Ｓｉ基板）
２４ ランプヒーター
２５ スパッタ電極
２６ スパッタリングターゲット
２７ ロータリーマグネット
２８ スパッタ電源（第１の電源）
２９ グリッド電極
２９ａ 貫通孔
３１ ＹＳＺ膜
３１ａ ＺｒＯ_２膜
３１ｂ Ｙ_２Ｏ_３膜
３２ 磁性を有する導電膜
３３ ＰＺＴ膜
３４ ペロブスカイト構造物質を含む第１のバッファ層
３５ ペロブスカイト構造物質を含む第２のバッファ層
５１ ゲートバルブ
５２ 第１の空間
５３ 第２の空間
５４ バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】