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JPH08321640A - Ferroelectric element and manufacturing method thereof - Google Patents

Ferroelectric element and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JPH08321640A
JPH08321640A JP12695895A JP12695895A JPH08321640A JP H08321640 A JPH08321640 A JP H08321640A JP 12695895 A JP12695895 A JP 12695895A JP 12695895 A JP12695895 A JP 12695895A JP H08321640 A JPH08321640 A JP H08321640A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
island
substrate
metal oxide
layer
ferroelectric
Prior art date
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Granted
Application number
JP12695895A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3409944B2 (en
Inventor
Satoru Fujii
覚 藤井
Ryoichi Takayama
良一 高山
Takeshi Kamata
健 鎌田
Atsushi Tomosawa
淳 友澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP12695895A priority Critical patent/JP3409944B2/en
Publication of JPH08321640A publication Critical patent/JPH08321640A/en
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高感度かつ低コストの強誘電体素子を提供す
る。 【構成】 ステンレス金属基板101表面に(100)
面に結晶が優先配向したNaCl型結晶構造からなるM
gO薄膜102が配置され、MgO薄膜102表面にP
t薄膜からなる下部電極103が配置され、下部電極1
03の特定部分がPb0.9La0.1Ti0.9753からなる
強誘電体膜104で覆われ、強誘電体膜104の表面に
はNi−Cr薄膜からなる上部電極108が配置され
る。エッチングホール105がMgO薄膜102,下部
電極103,強誘電体膜104,及び上部電極108を
貫通して基板101表面に達するよう形成され、基板1
01の上層部にエッチングホール105を通して基板1
01の一部部がエッチング除去されることにより形成さ
れた空隙層110が設けられている。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a highly sensitive and low cost ferroelectric element. [Structure] (100) on the surface of stainless metal substrate 101
M consisting of NaCl type crystal structure in which crystals are preferentially oriented on the plane
The gO thin film 102 is arranged, and P is formed on the surface of the MgO thin film 102.
The lower electrode 103 composed of a t-thin film is arranged, and the lower electrode 1
A specific portion of 03 is covered with a ferroelectric film 104 made of Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3, and an upper electrode 108 made of a Ni—Cr thin film is arranged on the surface of the ferroelectric film 104. The etching hole 105 is formed so as to penetrate the MgO thin film 102, the lower electrode 103, the ferroelectric film 104, and the upper electrode 108 to reach the surface of the substrate 101.
01 through the etching hole 105 in the upper layer
A void layer 110 formed by etching away a part of 01 is provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、焦電型赤外線検出器,
圧電力学量センサおよび圧電アクチュエータ等に使用さ
れる強誘電体膜を用いた強誘電体素子及びその製造方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a pyroelectric infrared detector,
The present invention relates to a ferroelectric element using a ferroelectric film used for a piezoelectric mechanical quantity sensor, a piezoelectric actuator, and the like, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9はJOUNAL of APPLIED PHYSICS 63
(12),1988 p5868-5872 R.TAKAYAMA et.al に提案され
た従来の強誘電体素子の構成を示す斜視断面図であり、
図において、10はMgO単結晶基板であり、11はP
tからなる下部電極、12はランタンが添加された,c
軸配向したペロブスカイト構造からなるチタン酸鉛系強
誘電体薄膜、13はNi−Crからなる上部電極であ
る。つまり、この強誘電体素子は、MgO単結晶基板1
0上に、ランタンが添加された,c軸配向したペロブス
カイト構造からなるチタン酸鉛系強誘電体薄膜12を形
成し、これを用いて焦電型赤外線センサーへとデバイス
化したものである。この強誘電体素子、すなわち、焦電
型赤外線センサーでは、強誘電体である焦電体(チタン
酸鉛系強誘電体薄膜12)が、分極処理を行わなくても
その分極方向が一方向に揃っており、これによって焦電
電流を検出することができる。しかも、分極処理したバ
ルク焼結体を用いたものに比して、約3倍の焦電特性を
得ることができる。また、MgO単結晶基板10の熱伝
導率が高いため、通常、図に示すように、焦電体(チタ
ン酸鉛系強誘電体薄膜12)の下部に位置するMgO単
結晶基板10にエッチングにより貫通孔10aを形成し
て,焦電体(チタン酸鉛系強誘電体薄膜12)から基板
10への熱伝導を防止し、これによって、センサーの高
感度化を図っている。
2. Description of the Related Art FIG. 9 shows JOUNAL of APPLIED PHYSICS 63
(12), 1988 p5868-5872 R.TAKAYAMA et.al is a perspective cross-sectional view showing the structure of a conventional ferroelectric element proposed in
In the figure, 10 is a MgO single crystal substrate, and 11 is P
lower electrode consisting of t, 12 added lanthanum, c
A lead titanate-based ferroelectric thin film having an axially oriented perovskite structure, and 13 is an upper electrode made of Ni—Cr. In other words, this ferroelectric element is composed of the MgO single crystal substrate 1
A lead titanate-based ferroelectric thin film 12 having a c-axis-oriented perovskite structure to which lanthanum is added is formed on 0, and a pyroelectric infrared sensor is formed into a device by using the thin film. In this ferroelectric element, that is, in the pyroelectric infrared sensor, the pyroelectric material (lead titanate-based ferroelectric thin film 12), which is a ferroelectric material, has a polarization direction in one direction without polarization processing. They are aligned, which allows the pyroelectric current to be detected. Moreover, it is possible to obtain pyroelectric characteristics about three times as high as that of the one using the bulk sintered body subjected to the polarization treatment. Further, since the MgO single crystal substrate 10 has a high thermal conductivity, the MgO single crystal substrate 10 located under the pyroelectric material (lead titanate-based ferroelectric thin film 12) is usually etched by etching as shown in the figure. The through hole 10a is formed to prevent heat conduction from the pyroelectric body (lead titanate-based ferroelectric thin film 12) to the substrate 10, thereby increasing the sensitivity of the sensor.

【0003】一方、図10はSensors and Actuators A.
35(1992)77-83, C. Ye, et.al. に提案された従来の赤
外線検出器の構成を示す断面図である。図において、2
0はSi基板、21はSiO2膜 、22はSi34膜、
23はPがドープされた多結晶シリコン膜、24はチタ
ン酸鉛系強誘電体薄膜、25は下部電極、26は上部電
極、27はエアギャップである。即ち、この赤外線検出
器は、Si基板20上に放熱用のエアギャップ27を形
成し、このエアギャップ27の上に焦電体としてのチタ
ン酸鉛系強誘電体薄膜24を形成してなるものである。
ここで、Pドープの多結晶シリコン膜23は、チタン酸
鉛系強誘電体薄膜24を形成するための下地層として使
用される。
On the other hand, FIG. 10 shows Sensors and Actuators A.
35 (1992) 77-83, C. Ye, et. Al. Is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional infrared detector. In the figure, 2
0 is a Si substrate, 21 is a SiO 2 film, 22 is a Si 3 N 4 film,
Reference numeral 23 is a P-doped polycrystalline silicon film, 24 is a lead titanate-based ferroelectric thin film, 25 is a lower electrode, 26 is an upper electrode, and 27 is an air gap. That is, this infrared detector has an air gap 27 for heat dissipation formed on the Si substrate 20, and a lead titanate-based ferroelectric thin film 24 as a pyroelectric body formed on the air gap 27. Is.
Here, the P-doped polycrystalline silicon film 23 is used as a base layer for forming the lead titanate-based ferroelectric thin film 24.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の強誘電体素子は
以上のように構成されており、図9に示されたものにお
いては、前記のように、素子の高感度化のために、Mg
O単結晶基板10にエッチングにより放熱用の空洞部1
0aを形成しており、このエッチングプロセスに長時間
を要することから、製造効率が低いという問題点があっ
た。例えば、0.5mm厚のMgO単結晶基板をリン酸
でエッチングした場合、5時間程度の時間を要してい
た。また、この空洞部10aの形成時、MgO単結晶基
板10が45度にテーパー状にエッチングされるので、
基板10の全体面積に対して小さい面積の焦電体12し
か形成することができず、焦電体12の大きさに対して
デバイス全体の大きさが大きくなる、すなわち、デバイ
スの小型化が容易でないという問題点があった。また、
MgO単結晶基板の一部をエッチング除去するので、基
板の再使用は不可能であり、MgO単結晶基板10が高
価な基板であることから、コスト的にも不利であるとい
う問題点もあった。
The conventional ferroelectric device is constructed as described above. In the device shown in FIG. 9, as described above, in order to increase the sensitivity of the device, Mg is used.
A cavity 1 for heat dissipation by etching the O single crystal substrate 10
Since 0a is formed and this etching process requires a long time, there is a problem that the manufacturing efficiency is low. For example, when a 0.5 mm-thick MgO single crystal substrate was etched with phosphoric acid, it took about 5 hours. Further, since the MgO single crystal substrate 10 is etched in a taper shape at 45 degrees when forming the cavity 10a,
Since only the pyroelectric body 12 having a smaller area than the entire area of the substrate 10 can be formed, the size of the entire device becomes larger than the size of the pyroelectric body 12, that is, the device can be easily miniaturized. There was a problem that it was not. Also,
Since a part of the MgO single crystal substrate is removed by etching, the substrate cannot be reused, and the MgO single crystal substrate 10 is an expensive substrate, which is also disadvantageous in terms of cost. .

【0005】一方、図10に示されたものは、エアギャ
ップ27により放熱を行っているので、図9に示された
もののように、基板に貫通孔を形成する必要がないの
で、素子を小型化することができる。しかしながら、焦
電体(チタン酸鉛系強誘電体薄膜24)の下地層となる
Pドープの多結晶シリコン膜23は無配向なため、焦電
体の結晶配向の制御が困難であり、また、エアギャップ
27を形成した後、焦電体(チタン酸鉛系強誘電体薄膜
24)を形成することから、焦電体を真空中で形成する
ことが困難であり、検出器の感度を十分に高めることが
できないという問題点があった。また、エアギャップ2
7の形成のためにリン珪酸ガラス(PSG)膜を形成す
る工程と、これを除去する工程が必要であるので、製造
作業が繁雑になり、製造効率が低いという問題点があっ
た。
On the other hand, since the device shown in FIG. 10 radiates heat by the air gap 27, it is not necessary to form a through hole in the substrate unlike the device shown in FIG. Can be converted. However, since the P-doped polycrystalline silicon film 23, which is the base layer of the pyroelectric body (lead titanate-based ferroelectric thin film 24), is non-oriented, it is difficult to control the crystal orientation of the pyroelectric body. Since the pyroelectric body (lead titanate-based ferroelectric thin film 24) is formed after forming the air gap 27, it is difficult to form the pyroelectric body in vacuum, and the sensitivity of the detector is sufficiently high. There was a problem that it could not be increased. Also, the air gap 2
Since the step of forming a phosphosilicate glass (PSG) film and the step of removing the same are required for forming No. 7, the manufacturing work becomes complicated and the manufacturing efficiency is low.

【0006】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたものであり、低コストで放熱性に優れた小
型の強誘電体素子と,これを短時間で製造できる強誘電
体素子の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and is a small-sized ferroelectric element which is low in cost and excellent in heat dissipation, and a ferroelectric element which can be manufactured in a short time. It aims at providing the manufacturing method of.

【0007】更に、本発明の他の目的は、高感度で低コ
ストの強誘電体素子を提供することを目的とする。更
に、この発明の他の目的は、高感度かつ低コストで,し
かも放熱性に優れた小型の強誘電体素子と,これを短時
間で製造できる強誘電体素子の製造方法を提供すること
を目的とする。
Still another object of the present invention is to provide a highly sensitive and low cost ferroelectric device. Still another object of the present invention is to provide a small-sized ferroelectric element having high sensitivity, low cost, and excellent heat dissipation, and a method of manufacturing the ferroelectric element which can be manufactured in a short time. To aim.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる強誘電体
素子は、基板上にその第1の領域に第1の電極層が接合
し、その第2の領域に第2の電極層が接合した強誘電体
膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板表
面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面の
所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形成
されており、前記基板の上層部の前記島状パターンの直
下に位置する領域に前記島状パターンよりも若干大きい
面積の空隙層が形成されていることを特徴とする。
In a ferroelectric element according to the present invention, a first electrode layer is bonded to a first region of the substrate and a second electrode layer is bonded to a second region of the substrate. In a ferroelectric element provided with the ferroelectric film described above, a metal oxide layer is formed on the surface of the substrate, and the ferroelectric film is formed as an island pattern in a predetermined region on the surface of the metal oxide layer. In addition, a void layer having an area slightly larger than that of the island-shaped pattern is formed in a region located directly below the island-shaped pattern in the upper layer portion of the substrate.

【0009】更に本発明にかかる強誘電体素子は、基板
上にその第1の領域に第1の電極層が接合し、その第2
の領域に第2の電極層が接合した強誘電体膜が設けられ
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に金属酸化
物層が形成され、当該金属酸化物層表面の所定領域に前
記強誘電体膜が島状のパターンとして形成されており、
前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する
領域に当該島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層
が形成されていることを特徴とする。
Further, in the ferroelectric element according to the present invention, the first electrode layer is bonded to the first region on the substrate and the second electrode layer is formed on the substrate.
In a ferroelectric element having a ferroelectric film in which a second electrode layer is bonded to the area of, a metal oxide layer is formed on the surface of the substrate, and the ferroelectric film is formed on a predetermined area of the surface of the metal oxide layer. The dielectric film is formed as an island pattern,
A void layer having an area slightly larger than that of the island pattern is formed in a region of the metal oxide layer immediately below the island pattern.

【0010】更に本発明にかかる強誘電体素子は、基板
上にその第1の領域に第1の電極層が接合し、その第2
の領域に第2の電極層が接合した強誘電体膜が設けられ
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に(10
0)面に結晶が優先配向したNaCl型結晶構造からな
る金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面に前
記強誘電体膜が形成されていることを特徴とする。
Further, in the ferroelectric element according to the present invention, the first electrode layer is bonded to the first region on the substrate and the second electrode layer is formed on the substrate.
In a ferroelectric element having a ferroelectric film in which a second electrode layer is joined in the region of (10), (10
A metal oxide layer having a NaCl-type crystal structure in which crystals are preferentially oriented on the (0) plane is formed, and the ferroelectric film is formed on the surface of the metal oxide layer.

【0011】また前記構成においては、前記強誘電体膜
が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパターンと
して形成されたものであり、前記基板の上層部の前記島
状パターンの直下に位置する領域に前記島状パターンよ
りも若干大きい面積の空隙層が形成されていることが好
ましい。
Further, in the above structure, the ferroelectric film is formed as an island pattern in a predetermined region on the surface of the metal oxide layer, and the ferroelectric film is formed immediately below the island pattern in the upper layer portion of the substrate. It is preferable that a void layer having an area slightly larger than that of the island pattern is formed in the located region.

【0012】また前記構成においては、前記強誘電体膜
が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパターンと
して形成されたものであり、前記金属酸化物層の前記島
状パターンの直下に位置する領域に当該島状パターンよ
りも若干大きい面積の空隙層が形成されていることが好
ましい。
Further, in the above structure, the ferroelectric film is formed as an island pattern in a predetermined region on the surface of the metal oxide layer, and the ferroelectric film is formed immediately below the island pattern of the metal oxide layer. It is preferable that a void layer having an area slightly larger than that of the island pattern is formed in the located region.

【0013】また前記構成においては、前記強誘電体膜
が、PbxLayTizZrw3 で表され、下記の(a),
(b),(C) のいずれかの組成を有するチタン酸鉛系強誘電
体からなることが好ましい。
In [0013] the structure, the ferroelectric film is represented by Pb x La y Ti z Zr w O 3, the following (a),
It is preferably composed of a lead titanate-based ferroelectric substance having any one of the compositions (b) and (C).

【0014】 (a) 0.7≦x≦1, x+y=1, 0.925≦z≦1, W=0 (b) x=1, y=0, 0.45≦z<1, z+w=1 (c) 0.75≦x<1, x+y=1, 0.5≦z<1, z+w=1 また前記構成においては、前記金属酸化物層がLiがド
−プされたNiO層であり、当該金属酸化物層が前記第
1の電極層または第2の電極層として使用されているこ
とが好ましい。
(A) 0.7 ≦ x ≦ 1, x + y = 1, 0.925 ≦ z ≦ 1, W = 0 (b) x = 1, y = 0, 0.45 ≦ z <1, z + w = 1 (c) 0.75 ≦ x <1, x + y = 1, 0.5 ≦ z <1, z + w = 1 In the above structure, the metal oxide layer is a NiO layer doped with Li. It is preferable that the metal oxide layer is used as the first electrode layer or the second electrode layer.

【0015】次に、本発明にかかる強誘電体素子の製造
方法は、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化
物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
金属酸化物層および第1の電極層の前記島状パターンの
周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチング用開口
を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第2の電
極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通し
て前記基板に等方性エッチングを施して、前記基板の上
層部の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島
状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成するこ
とを特徴とする。
Next, in the method for manufacturing a ferroelectric element according to the present invention, a metal oxide layer is formed on a substrate, and a first electrode layer and a ferroelectric film are formed on the metal oxide layer in this order. After forming and patterning the ferroelectric film to leave an island-shaped pattern only in a predetermined region on the surface of the first electrode layer, the metal oxide layer and the periphery of the island-shaped pattern of the first electrode layer An etching opening reaching the surface of the substrate is formed in the region, and then a second electrode layer is selectively formed on the island pattern, and then isotropic etching is performed on the substrate through the etching opening. Is performed to form a void layer having an area slightly larger than that of the island-shaped pattern in a region located immediately below the island-shaped pattern in the upper layer portion of the substrate.

【0016】更に本発明にかかる強誘電体素子の製造方
法は、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化物
層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
第1の電極層の前記島状パターンの周辺領域に前記金属
酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を形成し、
次に前記島状パターン上に選択的に第2の電極層を形成
し、しかる後、前記エッチング用開口を通して前記金属
酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金属酸化物
層の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状
パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成すること
を特徴とする。
Further, in the method for manufacturing a ferroelectric element according to the present invention, a metal oxide layer is formed on a substrate, and a first electrode layer and a ferroelectric film are formed in this order on the metal oxide layer. Patterning the ferroelectric film to leave an island-shaped pattern only in a predetermined region on the surface of the first electrode layer, and then forming the metal oxide layer in a peripheral region of the island-shaped pattern of the first electrode layer. Form an etching opening that reaches the surface,
Next, a second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and thereafter, the metal oxide layer is isotropically etched through the etching opening to form the island of the metal oxide layer. It is characterized in that a void layer having an area slightly larger than that of the island-shaped pattern is formed in a region located immediately below the pattern.

【0017】更に本発明にかかる強誘電体素子の製造方
法は、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励起MO−
CVD法により(100)面に結晶が優先配向したNa
Cl型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第1の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第2の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成することを特徴とする。
Further, the method of manufacturing a ferroelectric element according to the present invention is a high frequency magnetron sputtering method on a substrate or a plasmon excitation MO- using an organic metal complex as a source gas.
Na in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane by the CVD method
A metal oxide layer having a Cl type crystal structure is formed, a first electrode layer and a ferroelectric film are formed in this order on the metal oxide layer, and the ferroelectric film is patterned to form the first electrode layer.
After leaving an island-shaped pattern only in a predetermined region of the electrode layer surface of, an etching opening reaching the surface of the substrate is formed in a peripheral region of the island-shaped pattern of the metal oxide layer and the first electrode layer, Next, a second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and then the substrate is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped pattern of the upper layer portion of the substrate. It is characterized in that a void layer having an area slightly larger than that of the island pattern is formed in a region located immediately below.

【0018】更に本発明にかかる強誘電体素子の製造方
法は、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励起MO−
CVD法により(100)面に結晶が優先配向したNa
Cl型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第1の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第2の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
することを特徴とする。
Further, the method of manufacturing a ferroelectric element according to the present invention is a high frequency magnetron sputtering method on a substrate or a plasmon excitation MO- using an organic metal complex as a source gas.
Na in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane by the CVD method
A metal oxide layer having a Cl type crystal structure is formed, a first electrode layer and a ferroelectric film are formed in this order on the metal oxide layer, and the ferroelectric film is patterned to form the first electrode layer.
After leaving the island-shaped pattern only in a predetermined region of the electrode layer surface of, the etching opening reaching the surface of the metal oxide layer is formed in the peripheral region of the island-shaped pattern of the first electrode layer. A second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and then the metal oxide layer is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped pattern of the metal oxide layer. A void layer having an area slightly larger than that of the island-shaped pattern is formed in a region located immediately below.

【0019】また前記構成においては、前記強誘電体膜
のパターニング時、前記島状パターンがその中央部に貫
通孔を有するものとなるようパターニングを行うととも
に、前記エッチング用開口の形成時、前記エッチング用
開口とは別に、前記島状パターンの前記貫通孔の底部か
ら前記基板または前記金属酸化物層の表面に達するエッ
チング用開口を形成し、このエッチング用開口と前記エ
ッチング用開口の双方を通して前記等方性エッチングを
行うのが好ましい。
Further, in the above structure, when patterning the ferroelectric film, patterning is performed such that the island-shaped pattern has a through hole in the center thereof, and the etching is performed when the etching opening is formed. Aside from the opening for etching, an etching opening reaching the surface of the substrate or the metal oxide layer is formed from the bottom of the through hole of the island-shaped pattern, and the etching opening and the etching opening are provided together. It is preferable to perform isotropic etching.

【0020】また前記構成においては、前記金属酸化物
層がNiO層であり、当該NiO層を酸素過剰雰囲気で
成膜するのが好ましい。
In the above structure, it is preferable that the metal oxide layer is a NiO layer and the NiO layer is formed in an oxygen excess atmosphere.

【0021】[0021]

【作用】前記した本発明の強誘電体素子の構成によれ
ば、基板上にその第1の領域に第1の電極層が接合し、
その第2の領域に第2の電極層が接合した強誘電体膜が
設けられてなる強誘電体素子において、前記基板表面に
金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面の所定
領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形成され
ており、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に
位置する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積
の空隙層が形成されていることにより、前記空隙層によ
り放熱性が向上するとともに、前記空隙層が前記強誘電
体膜の島状パターンとほぼ同一の面積であることから、
基板上における素子面積が強誘電体膜パターンの面積に
ほぼ等しいものとなり、素子を小型化することができ
る。また、前記基板として低コストの材料からなるもの
を用いることにより、素子の低コスト化を図ることがで
きる。
According to the above-mentioned structure of the ferroelectric element of the present invention, the first electrode layer is bonded to the first region on the substrate,
In a ferroelectric element having a ferroelectric film having a second electrode layer bonded to the second region, a metal oxide layer is formed on the surface of the substrate, and a predetermined region on the surface of the metal oxide layer is formed. The ferroelectric film is formed as an island-shaped pattern, and a void layer having an area slightly larger than the island-shaped pattern is formed in a region located immediately below the island-shaped pattern in the upper layer portion of the substrate. As a result, the heat dissipation is improved by the void layer, and the void layer has substantially the same area as the island pattern of the ferroelectric film.
The element area on the substrate becomes substantially equal to the area of the ferroelectric film pattern, and the element can be downsized. Further, by using a substrate made of a low-cost material as the substrate, it is possible to reduce the cost of the device.

【0022】更に前記した本発明の強誘電体素子の構成
によれば、基板上にその第1の領域に第1の電極層が接
合し、その第2の領域に第2の電極層が接合した強誘電
体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板
表面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面
の所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形
成されており、前記金属酸化物層の前記島状パターンの
直下に位置する領域に当該島状パターンよりも若干大き
い面積の空隙層が形成されていることにより、前記空隙
層により放熱性が向上するとともに、前記空隙層が前記
強誘電体膜の島状パターンとほぼ同一の面積であること
から、基板上における素子面積が強誘電体膜パターンの
面積にほぼ等しいものとなり、素子を小型化することが
できる。また、前記基板として低コストの材料からなる
ものを用いることにより、素子の低コスト化を図ること
ができる。
Further, according to the structure of the ferroelectric element of the present invention described above, the first electrode layer is bonded to the first region of the substrate and the second electrode layer is bonded to the second region of the substrate. In a ferroelectric element provided with the ferroelectric film described above, a metal oxide layer is formed on the surface of the substrate, and the ferroelectric film is formed as an island pattern in a predetermined region on the surface of the metal oxide layer. Since the void layer having a slightly larger area than the island pattern is formed in a region located directly below the island pattern of the metal oxide layer, the void layer improves heat dissipation. At the same time, since the void layer has substantially the same area as the island-shaped pattern of the ferroelectric film, the element area on the substrate becomes almost equal to the area of the ferroelectric film pattern, and the element can be miniaturized. You can Further, by using a substrate made of a low-cost material as the substrate, it is possible to reduce the cost of the device.

【0023】更に前記した本発明の強誘電体素子の構成
によれば、基板上にその第1の領域に第1の電極層が接
合し、その第2の領域に第2の電極層が接合した強誘電
体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板
表面に(100)面に結晶が優先配向したNaCl型結
晶構造からなる金属酸化物層が形成され、当該金属酸化
物層表面に前記強誘電体膜が形成されていることによ
り、前記基板の構成材料に関係なく,前記金属酸化物層
と前記強誘電体膜間における格子定数の整合が図られ
て、前記強誘電体膜はその分極軸であるc軸への結晶配
向率が高いものとなる。従って、前記基板として低コス
トの材料からなるものを用いて、低コストで高感度の素
子を実現することができる。
Further, according to the structure of the ferroelectric element of the present invention described above, the first electrode layer is bonded to the first region of the substrate and the second electrode layer is bonded to the second region of the substrate. In a ferroelectric element provided with the above-mentioned ferroelectric film, a metal oxide layer having a NaCl type crystal structure in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane is formed on the surface of the substrate, and the surface of the metal oxide layer is formed. By forming the ferroelectric film on the substrate, the lattice constant of the metal oxide layer and the ferroelectric film is matched regardless of the constituent material of the substrate, and the ferroelectric film is formed. Has a high crystal orientation ratio with respect to its polarization axis, the c-axis. Therefore, it is possible to realize a high-sensitivity element at low cost by using a low-cost material as the substrate.

【0024】また前記構成の好ましい例として、前記強
誘電体膜が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパ
ターンとして形成されたものであり、前記基板の上層部
の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状パ
ターンよりも若干大きい面積の空隙層が形成されている
と、前記空隙層により放熱性が向上するとともに、前記
空隙層が前記強誘電体膜の島状パターンとほぼ同一の面
積であることから、基板上における素子面積が強誘電体
膜パターンの面積にほぼ等しいものとなり、素子を小型
化することができる。
As a preferred example of the structure, the ferroelectric film is formed as an island-shaped pattern in a predetermined region on the surface of the metal oxide layer, and the island-shaped pattern of the upper layer portion of the substrate is formed. When a void layer having a slightly larger area than the island-shaped pattern is formed in the region located directly below, the heat dissipation is improved by the void layer, and the void layer serves as the island-shaped pattern of the ferroelectric film. Since the areas are almost the same, the area of the element on the substrate becomes almost equal to the area of the ferroelectric film pattern, and the element can be downsized.

【0025】また前記構成の好ましい例として、前記強
誘電体膜が前記金属酸化物層表面の所定領域に島状のパ
ターンとして形成されたものであり、前記金属酸化物層
の前記島状パターンの直下に位置する領域に当該島状パ
ターンよりも若干大きい面積の空隙層が形成されている
と、前記空隙層により放熱性が向上するとともに、前記
空隙層が前記強誘電体膜の島状パターンとほぼ同一の面
積であることから、基板上における素子面積が強誘電体
膜パターンの面積にほぼ等しいものとなり、素子を小型
化することができる。
As a preferred example of the structure, the ferroelectric film is formed as an island pattern in a predetermined region on the surface of the metal oxide layer, and the island pattern of the metal oxide layer is formed. When an air gap layer having a slightly larger area than the island pattern is formed in the region immediately below, the heat dissipation is improved by the air gap layer, and the air gap layer serves as the island pattern of the ferroelectric film. Since the areas are almost the same, the area of the element on the substrate becomes almost equal to the area of the ferroelectric film pattern, and the element can be downsized.

【0026】また前記構成の好ましい例として、前記強
誘電体膜がPbxLayTizZrw 3で表され、下記の
(a),(b),(C)のいずれかの組成を有するチタン酸鉛系強
誘電体からなるものであると、結晶配向性を向上させる
うえで有効である。
As a preferable example of the above-mentioned constitution,
Dielectric film is PbxLayTizZrwO 3Represented by
Strong lead titanate system with any of (a), (b) and (C) composition
If it is made of a dielectric material, it improves the crystal orientation.
It is effective in the above.

【0027】 (a) 0.7≦x≦1, x+y=1, 0.925≦z≦1, W=0 (b) x=1, y=0, 0.45≦z<1, z+w=1 (c) 0.75≦x<1, x+y=1, 0.5≦z<1, z+w=1 また前記構成の好ましい例として、前記金属酸化物層が
Liがド−プされたNiO層であり、当該金属酸化物層
が前記第1の電極層または第2の電極層として使用され
ていると、前記第1の電極層または第2の電極層を省略
することができ、更なる素子の小型化および低コスト化
を図るうえで有効である。
(A) 0.7 ≦ x ≦ 1, x + y = 1, 0.925 ≦ z ≦ 1, W = 0 (b) x = 1, y = 0, 0.45 ≦ z <1, z + w = 1 (c) 0.75 ≦ x <1, x + y = 1, 0.5 ≦ z <1, z + w = 1 Further, as a preferred example of the above structure, the metal oxide layer is a NiO layer in which Li is doped. And when the metal oxide layer is used as the first electrode layer or the second electrode layer, the first electrode layer or the second electrode layer can be omitted, and a further element It is effective for downsizing and cost reduction.

【0028】次に前記した本発明の強誘電体素子の製造
方法によれば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第1の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第2の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成することにより、前記の低コスト基板を用いて構成さ
れた,放熱性に優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く
製造することができる。
Next, according to the above-described method for manufacturing a ferroelectric element of the present invention, a metal oxide layer is formed on a substrate, and a first electrode layer and a ferroelectric film are formed on the metal oxide layer. The ferroelectric film is formed in this order and is patterned by patterning the ferroelectric film.
After leaving an island-shaped pattern only in a predetermined region of the electrode layer surface of, an etching opening reaching the surface of the substrate is formed in a peripheral region of the island-shaped pattern of the metal oxide layer and the first electrode layer, Next, a second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and then the substrate is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped pattern of the upper layer portion of the substrate. By forming a void layer having an area slightly larger than the island-shaped pattern in a region located immediately below, a ferroelectric element excellent in heat dissipation and small in size, which is configured by using the low-cost substrate, can be efficiently used. It can be manufactured.

【0029】更に前記した本発明の強誘電体素子の製造
方法によれば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第1の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第2の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
することのより、前記の低コスト基板を用いて構成され
た,放熱性に優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く製
造することができる。また、基板にエッチングを施す必
要がないので、基板の材料選択の自由度が拡大する。
Further, according to the method for manufacturing a ferroelectric element of the present invention described above, a metal oxide layer is formed on a substrate, and a first electrode layer and a ferroelectric film are formed on the metal oxide layer. Sequentially, and patterning the ferroelectric film to form the first
After leaving the island-shaped pattern only in a predetermined region of the electrode layer surface of, the etching opening reaching the surface of the metal oxide layer is formed in the peripheral region of the island-shaped pattern of the first electrode layer. A second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and then the metal oxide layer is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped pattern of the metal oxide layer. By forming a void layer having an area slightly larger than the island-shaped pattern in a region located immediately below, a ferroelectric element with excellent heat dissipation and small size, which is configured by using the low-cost substrate, is formed. It can be manufactured efficiently. Moreover, since it is not necessary to perform etching on the substrate, the degree of freedom in selecting the material for the substrate is increased.

【0030】更に前記した本発明の強誘電体素子の製造
方法によれば、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法
あるいは有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励
起MO−CVD法により(100)面に結晶が優先配向
したNaCl型結晶構造からなる金属酸化物層を形成
し、前記金属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体
膜をこの順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングし
て前記第1の電極層表面の所定領域のみに島状パターン
を残した後、前記金属酸化物層および第1の電極層の前
記島状パターンの周辺領域に前記基板表面にまで達する
エッチング用開口を形成し、次に前記島状パターン上に
選択的に第2の電極層を形成し、しかる後、前記エッチ
ング用開口を通して前記基板に等方性エッチングを施し
て、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置
する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層を形成することにより、前記の低コスト基板を用い
て構成された,高感度かつ小型の強誘電体素子を効率良
く製造できる。
Further, according to the above-described method for manufacturing a ferroelectric element of the present invention, a crystal is formed on the (100) plane on the substrate by a high frequency magnetron sputtering method or a plasmon excitation MO-CVD method using an organic metal complex as a source gas. Form a metal oxide layer having a preferentially oriented NaCl type crystal structure, form a first electrode layer and a ferroelectric film on the metal oxide layer in this order, and pattern the ferroelectric film. After leaving the island-shaped pattern only in a predetermined region of the surface of the first electrode layer, an etching opening reaching the surface of the substrate is formed in the peripheral region of the island-shaped pattern of the metal oxide layer and the first electrode layer. Then, a second electrode layer is selectively formed on the island pattern, and then the substrate is isotropically etched through the etching opening to form an upper layer of the substrate. By forming a void layer having an area slightly larger than that of the island-shaped pattern in a region immediately below the island-shaped pattern, a high-sensitivity and small-sized ferroelectric substance formed by using the low-cost substrate described above. The element can be manufactured efficiently.

【0031】更に前記した本発明の構成によれば、基板
上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは有機金属錯
体を原料ガスとして用いたプラズマ励起MO−CVD法
により(100)面に結晶が優先配向したNaCl型結
晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金属酸化物
層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
第1の電極層の前記島状パターンの周辺領域に前記金属
酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を形成し、
次に前記島状パターン上に選択的に第2の電極層を形成
し、しかる後、前記エッチング用開口を通して前記金属
酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金属酸化物
層の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状
パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成すること
により、前記の低コスト基板を用いて構成された高感度
かつ小型の強誘電体素子を効率良く製造できる。また、
基板にエッチングを施す必要がないので、基板の材料選
択の自由度が拡大する。
Further, according to the above-mentioned constitution of the present invention, a NaCl type crystal whose crystal is preferentially oriented on the (100) plane is formed on the substrate by a high frequency magnetron sputtering method or a plasma excited MO-CVD method using an organic metal complex as a source gas. A metal oxide layer having a crystalline structure is formed, a first electrode layer and a ferroelectric film are formed in this order on the metal oxide layer, and the ferroelectric film is patterned to form the first electrode layer. After leaving the island-shaped pattern only in a predetermined region of the surface, an etching opening reaching the surface of the metal oxide layer is formed in the peripheral region of the island-shaped pattern of the first electrode layer,
Next, a second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and thereafter, the metal oxide layer is isotropically etched through the etching opening to form the island of the metal oxide layer. By forming a void layer having a slightly larger area than the island-shaped pattern in a region located immediately below the pattern, a highly sensitive and small ferroelectric element constituted by using the low-cost substrate can be efficiently used. Can be manufactured. Also,
Since it is not necessary to etch the substrate, the degree of freedom in selecting the material for the substrate is increased.

【0032】特に、前記いずれの製造方法においても、
基板にこれに貫通孔が形成されるようなエッチングを施
す必要がないので、従来に比して製造時間を大きく短縮
できる。
In particular, in any of the above manufacturing methods,
Since it is not necessary to perform etching on the substrate so that a through hole is formed in the substrate, the manufacturing time can be greatly shortened as compared with the conventional case.

【0033】また前記構成の好ましい例として、前記強
誘電体膜のパターニング時、前記島状パターンがその中
央部に貫通孔を有するものとなるようパターニングを行
うとともに、前記エッチング用開口の形成時、前記エッ
チング用開口とは別に、前記島状パターンの前記貫通孔
の底部から前記基板または前記金属酸化物層の表面に達
するエッチング用開口を形成し、このエッチング用開口
と前記エッチング用開口の双方を通して前記等方性エッ
チングを行うと、エッチング時間を短縮でき、製造時間
を更に短縮できる。
As a preferred example of the above structure, when patterning the ferroelectric film, patterning is performed so that the island-shaped pattern has a through hole at the center thereof, and when the etching opening is formed, Separately from the etching opening, an etching opening reaching the surface of the substrate or the metal oxide layer from the bottom of the through hole of the island pattern is formed, and through this etching opening and the etching opening When the isotropic etching is performed, the etching time can be shortened and the manufacturing time can be further shortened.

【0034】また前記構成の好ましい例として、前記金
属酸化物層をNiO層とし、当該NiO層を酸素過剰雰
囲気で成膜すると、このNiO層がP型半導体層として
機能するものとなり、前記第1の電極層を形成すること
なく前記の強誘電体素子を製造することができる。従っ
て、より一層小型化した強誘電体素子をより一層短時間
で製造することができる。
As a preferred example of the above structure, when the metal oxide layer is a NiO layer and the NiO layer is formed in an oxygen excess atmosphere, the NiO layer functions as a P-type semiconductor layer. The ferroelectric element can be manufactured without forming the electrode layer. Therefore, a further miniaturized ferroelectric element can be manufactured in a shorter time.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図1は本発明の実施例1による基板上に2つの強誘
電体膜のパターンを所定間隔を空けて併設してなる強誘
電体素子の構成を示す断面図であり、図において、ステ
ンレス金属基板(熱膨張係数18×10-6-1、厚さ5
00μm )101表面に(100)面に優先配向したN
aCl型結晶構造からなるMgO薄膜102が配置さ
れ、MgO薄膜102表面にPt薄膜からなる下部電極
103が配置され、下部電極103の特定部分がPb
0.9La0.1Ti0.9753からなる強誘電体膜104で覆
われ、強誘電体膜104の表面にはNi−Cr薄膜から
なる上部電極108が配置されている。105はエッチ
ングホールで、空隙層110はこのエッチングホール1
05を通して形成されたものである。106,107,
109は感光性ポリイミドからなる保護用の樹脂層で、
109は上部電極108を保護する樹脂層である。ここ
で、空隙層110は動作時における強誘電体膜104か
らの熱が分散するの防止するために設けられたものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a ferroelectric element in which two ferroelectric film patterns are provided side by side on a substrate according to a first embodiment of the present invention at a predetermined interval. (Thermal expansion coefficient 18 × 10 -6-1 , thickness 5
00 μm) 101 surface with (100) plane preferentially oriented N
An MgO thin film 102 having an aCl type crystal structure is arranged, a lower electrode 103 made of a Pt thin film is arranged on the surface of the MgO thin film 102, and a specific portion of the lower electrode 103 is Pb.
The ferroelectric film 104 made of 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 is covered with the upper electrode 108 made of a Ni—Cr thin film on the surface of the ferroelectric film 104. 105 is an etching hole, and the void layer 110 is this etching hole 1
It was formed through 05. 106, 107,
109 is a protective resin layer made of photosensitive polyimide,
A resin layer 109 protects the upper electrode 108. Here, the void layer 110 is provided in order to prevent heat from the ferroelectric film 104 from being dispersed during operation.

【0036】図2,図3は上記図1に示す強誘電体素子
の製造工程を示す工程別の断面図と平面図である。これ
らの図において、図1と同一符号は同一または相当する
部分を示している。以下、これら図2,図3を参照して
図1に示す本実施例の強誘電体素子の製造工程を説明す
る。
2 and 3 are cross-sectional views and plan views showing the steps of manufacturing the ferroelectric element shown in FIG. In these figures, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts. The manufacturing process of the ferroelectric element of this embodiment shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIGS.

【0037】先ずステンレス金属基板101(図3
(a))上にプラズマ励起MO−CVD成膜装置により、
下地層としての,厚み0.2μmの(100)面に 結晶
が優先配向したNaCl型結晶構造からなるMgO薄膜
102を形成する(図2(a) ,図3(b) )。図4は本工
程で使用したプラズマ励起MO−CVD成膜装置の構成
を模式的に示した図であり、図において、41は反応チ
ャンバー、42は平行に配置された2つの電極、43は
排気系、45は高周波電源、46は原料気化容器、47
はキャリヤガスボンベ、48は反応ガスボンベ、49は
基板加熱ヒータである。ここで本工程をこの図に基づい
て更に詳しく説明する。ステンレス基板101を、電極
42のアース側電極にその片側面を密着させることによ
り保持し、基板加熱ヒータ49により600℃に加熱し
た。一方、原料気化容器46にマグネシウムアセチルア
セトナート(Mg(C5722)を入れ、190℃に
保持したオイルバスを用いて加熱し、この加熱によって
気化したマグネシウムアセチルアセトナートの蒸気を、
キャリアガスボンベ47から10ml/minの流速の
キャリアガス(窒素)を用いて、反応チャンバー41内
に流し入れた。また、反応ガスボンベ48から反応ガス
として酸素ガスを12ml/minで流し、反応チャン
バー41内に吹出ノズルを介して流し入れた。このと
き、反応チャンバー41内は、その排気系43から真空
排気されることで7.90Paの真空度に保持した。か
かる状態において、電極42のRF側電極に13.56
MHzで400Wの高周波を10分間印加して、当該R
F側電極とアース側電極との間にプラズマを発生させ、
ステンレス基板101の片側表面上に下地層としての厚
み0.2μmの(100)面に結晶が優先配向したNa
Cl型結晶構造のMgO薄膜102を形成した。この成
膜中、基板101を基板回転モータによって120rp
mの速度で回転させた。
First, the stainless metal substrate 101 (see FIG. 3)
(a)) on the plasma-excited MO-CVD film forming device,
As a base layer, a MgO thin film 102 having a NaCl-type crystal structure in which crystals are preferentially oriented on a (100) plane having a thickness of 0.2 μm is formed (FIGS. 2 (a) and 3 (b)). FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the plasma-enhanced MO-CVD film forming apparatus used in this step, in which 41 is a reaction chamber, 42 are two electrodes arranged in parallel, and 43 is an exhaust gas. System, 45 is a high frequency power source, 46 is a raw material vaporization container, 47
Is a carrier gas cylinder, 48 is a reaction gas cylinder, and 49 is a substrate heating heater. Here, this step will be described in more detail with reference to this drawing. The stainless steel substrate 101 was held by bringing one side surface of the electrode 42 into close contact with the ground side electrode, and heated to 600 ° C. by the substrate heater 49. On the other hand, magnesium acetylacetonate (Mg (C 5 H 7 O 2 ) 2 ) was placed in the raw material vaporization container 46 and heated using an oil bath maintained at 190 ° C., and vapor of magnesium acetylacetonate vaporized by this heating. To
Carrier gas (nitrogen) having a flow rate of 10 ml / min was used to flow from the carrier gas cylinder 47 into the reaction chamber 41. In addition, oxygen gas as a reaction gas was caused to flow from the reaction gas cylinder 48 at a rate of 12 ml / min, and was introduced into the reaction chamber 41 through a blow nozzle. At this time, the inside of the reaction chamber 41 was vacuum-exhausted from the exhaust system 43 to maintain a vacuum degree of 7.90 Pa. In this state, 13.56 is applied to the RF side electrode of the electrode 42.
Applying a high frequency of 400W at MHz for 10 minutes,
Plasma is generated between the F side electrode and the ground side electrode,
On one surface of the stainless steel substrate 101, Na in which crystals are preferentially oriented on a (100) plane having a thickness of 0.2 μm as a base layer
An MgO thin film 102 having a Cl type crystal structure was formed. During this film formation, the substrate 101 is rotated by 120 rpm by the substrate rotation motor.
It was rotated at a speed of m.

【0038】次に、上記下地層としてのMgO薄膜10
2上に厚み0.2μm のPt薄膜からなる下部電極10
3を形成する(図2(b),図3(c))。ここで、Pt薄膜
103は(100)面に結晶が優先配向したものとなる
よう形成する。この(100)面に結晶が優先配向した
NaCl型結晶構造のMgO薄膜102上への(10
0)面に結晶が優先配向したPt薄膜103の成膜は、
例えば、高周波マグネトロンスパッタ法により、スパッ
タガスとしてAr(95%)と酸素(5%)の混合ガス
を用い、基板温度を600℃、ガス圧を0.5Pa、高
周波投入パワー密度を2.5W/cm2(13.56MH
z)にした成膜条件で行われる。かかる方法では1時間
の成膜時間で厚み0.2μmの膜を得ることができる。
Next, the MgO thin film 10 as the above-mentioned underlayer.
Lower electrode 10 composed of a Pt thin film having a thickness of 0.2 μm on the second electrode 10
3 is formed (FIGS. 2B and 3C). Here, the Pt thin film 103 is formed so that crystals are preferentially oriented on the (100) plane. (10) on the MgO thin film 102 of the NaCl type crystal structure in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane
The Pt thin film 103 in which crystals are preferentially oriented on the (0) plane is formed by
For example, by a high frequency magnetron sputtering method, a mixed gas of Ar (95%) and oxygen (5%) is used as a sputtering gas, the substrate temperature is 600 ° C., the gas pressure is 0.5 Pa, and the high frequency input power density is 2.5 W / cm 2 (13.56 MH
The film forming conditions described in z) are used. With such a method, a film having a thickness of 0.2 μm can be obtained with a film forming time of 1 hour.

【0039】次に、前記Pt薄膜からなる下部電極10
3上に、厚み3μmのPb0.9La0 .1Ti0.9753から
なる強誘電体膜104を形成する(図2(c),図3
(d))。この強誘電体膜104の成膜は、例えば、高周
波マグネトロンスパッタ装置を用いて行われる。具体的
には、基板をステンレス製基板ホルダに取り付け、Pb
O,La23,TiO2 の粉末を混合したもの(粉末の
混合比は膜組成に対してPbOを20mol%過剰に加え
た。)をターゲットとして銅製皿に入れ、スパッタガス
としてAr(90%)と酸素(10%)の混合ガスを用
い、基板温度を600℃、ガス圧を0.9Pa、高周波
投入パワー密度を2.0W/cm2(13.56MHz)
にしたスパッタ成膜条件にて行われる。
Next, the lower electrode 10 made of the Pt thin film.
On 3, a ferroelectric film 104 made of Pb 0.9 La 0 .1 Ti 0.975 O 3 having a thickness of 3 [mu] m (FIG. 2 (c), the Figure 3
(d)). The ferroelectric film 104 is formed using, for example, a high frequency magnetron sputtering device. Specifically, the substrate is attached to a stainless steel substrate holder, and Pb
A mixture of O, La 2 O 3 and TiO 2 powders (powder mixing ratio was PbO in excess of 20 mol% with respect to the film composition) was placed in a copper dish as a target, and Ar (90) was used as a sputtering gas. %) And oxygen (10%) mixed gas, the substrate temperature is 600 ° C., the gas pressure is 0.9 Pa, and the high frequency input power density is 2.0 W / cm 2 (13.56 MHz).
It is performed under the sputter film forming conditions described above.

【0040】図5は、前述した方法により、ステンレス
金属基板上に(100)面に結晶が優先配向したMgO
薄膜102とPt薄膜からなる下部電極103をこの順
に形成し、更にPb0.9La0.1Ti0.9753からなる強
誘電体膜を前記高周波マグネトロンスパッタ法により形
成することにより得られた試料のX線回折パターンであ
る。このX線回折パターンにより本試料のc軸配向率α
(%)を(数1)で定義して、その値を算出したとこ
ろ、c軸配向率α(%)は94%であり、Pb0. 9La
0.1Ti0.9753からなる組成の強誘電体膜は分極軸で
あるc軸方向へ、優先的に配向していた。
FIG. 5 shows MgO in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane on a stainless metal substrate by the method described above.
X-ray diffraction of a sample obtained by forming a lower electrode 103 made of a thin film 102 and a Pt thin film in this order, and further forming a ferroelectric film made of Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 by the high frequency magnetron sputtering method. It is a pattern. From this X-ray diffraction pattern, the c-axis orientation rate α of this sample
The (%) defined by equation (1), calculation of the value, c-axis orientation rate alpha (%) is 94%, Pb 0. 9 La
The ferroelectric film having the composition of 0.1 Ti 0.975 O 3 was preferentially oriented in the c-axis direction which is the polarization axis.

【0041】[0041]

【数1】 [Equation 1]

【0042】ここで、I(001)、I(100)、I
(101),I(111),I(110)は、それぞれ
(001)、(100)、(101),(111),
(110)反射の強度を示す。
Here, I (001), I (100), I
(101), I (111) and I (110) are (001), (100), (101), (111) and
Indicates the intensity of (110) reflection.

【0043】次にPb0.9La0.1Ti0.9753からなる
強誘電体膜104のパターニングを行なう(図2(d),
図3(e))。このパターニングは、フッ硝酸によるケミ
カルエッチング(所用時間:10分 ),あるいはArガ
スを使用したスパッタエッチング(所用時間90分)に
より行われる。
Next, the ferroelectric film 104 made of Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 is patterned (FIG. 2 (d),
Figure 3 (e)). This patterning is performed by chemical etching with hydrofluoric nitric acid (required time: 10 minutes) or by sputter etching using Ar gas (required time: 90 minutes).

【0044】次に、下部電極としてのPt薄膜103及
びMgO薄膜102のパターニングと,エッチングホー
ル105の形成とをスパッタエッチング(所用時間12
0分)により同時に行う(図2(e),図3(f))。
Next, patterning of the Pt thin film 103 and the MgO thin film 102 as the lower electrode and formation of the etching hole 105 are performed by sputter etching (time required 12 hours).
0 minutes) simultaneously (FIG. 2 (e), FIG. 3 (f)).

【0045】次に、下部電極としてのPt薄膜103及
びPb0.9La0.1Ti0.9753からなる強誘電体膜10
4上と,基板101の裏面全面とに感光性ポリイミドか
らなる樹脂層106,107を、スピンコートにより塗
布形成した後、樹脂層106をフォトリソ法によりPt
薄膜103及び強誘電体膜104の周囲を覆う形状にパ
ターニングし、更にこれを硬化させる(図2(f),図3
(g))。
Next, the ferroelectric film 10 made of Pt thin film 103 and Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 as the lower electrode.
4 and the entire back surface of the substrate 101 are coated with resin layers 106 and 107 made of photosensitive polyimide by spin coating, and then the resin layer 106 is formed by Pt by photolithography.
The thin film 103 and the ferroelectric film 104 are patterned so as to cover the periphery thereof, and further cured (see FIG. 2 (f) and FIG. 3).
(g)).

【0046】次に、膜厚100nmのNi−Cr薄膜を
DC−スパッタリング法により形成し、これをフォトリ
ソ法によりパターンニングすることにより上部電極10
8を形成した後(図2(g),図3(h))、感光性ポリイミ
ドを成膜し、これをパターンニングして上部電極保護層
109を形成する(図2(h),図3(i))。
Next, a Ni-Cr thin film having a film thickness of 100 nm is formed by the DC-sputtering method, and this is patterned by the photolithography method to form the upper electrode 10.
After forming 8 (FIGS. 2 (g) and 3 (h)), a photosensitive polyimide film is formed and patterned to form an upper electrode protection layer 109 (FIGS. 2 (h) and 3 (h)). (i)).

【0047】最後に、基板101にエッチングホール1
05を通してエッチングを施し、空隙層110を形成す
る(図2(i) )。このエッチングはエッチャントとして
30wt%の第2塩化鉄(FeCl3 )水溶液を使用し、基板
を55℃に加熱し、超音波を印加して、エッチング時間
を15〜20分にして行われる。
Finally, the etching hole 1 is formed on the substrate 101.
Etching is performed through 05 to form the void layer 110 (FIG. 2 (i)). This etching is performed by using a 30 wt% ferric chloride (FeCl 3 ) aqueous solution as an etchant, heating the substrate to 55 ° C., applying ultrasonic waves, and setting the etching time to 15 to 20 minutes.

【0048】このように本実施例では、プラズマ励起M
O−CVD法により、ステンレス基板101上に(10
0)面に結晶が優先配向したNaCl型結晶構造からな
るMgO薄膜102を形成し、このMgO薄膜102上
に例えば高周波マグネトロンスパッタ法を用いて(10
0)面に結晶が優先配向したPt薄膜103(下部電
極)を形成し、この(100)面に結晶が優先配向した
Pt薄膜103上に例えば高周波マグネトロンスパッタ
法を用いてPb0.9La0.1Ti0.9753からなる強誘電
体膜104を形成し、このようにして得られたPb0.9
La0.1Ti0.9753 からなる強誘電体膜104を用い
て強誘電体素子を構成したので、MgO薄膜102(P
t薄膜103)とPb0.9La0.1Ti0.9753からなる
強誘電体膜104間における格子定数の整合が図られ
て、Pb0.9La0.1Ti0.9753からなる強誘電体膜1
04はその分極軸であるc軸への結晶配向率が高いもの
となり、ステンレス基板101基板を用いて高感度の強
誘電体素子を実現することができる。従って、低コスト
で高感度の強誘電体素子を得ることができる。また、従
来のように基板に基板を貫通させるようなエッチングを
施すことなく、基板101の上層部の一部分を除去する
エッチングを行うだけで、強誘電体膜104の熱を分散
(放熱)させる空隙層110を形成できるので、強誘電
体膜104の発熱による劣化が防止された,高感度な強
誘電体素子を短時間で製造できる。また、空隙層110
はエッチングホール115を介して基板の,島状にパタ
ーニングされた強誘電体膜104の面積より若干大きい
面積の領域をエッチング除去して得られたものであるた
め、素子の大きさが空隙層110によって影響されず、
強誘電体膜104のパターンの面積にほぼ等しいものと
なり、素子を小型化することができる。なお、Ni−C
r薄膜からなる上部電極108あるいは強誘電体膜10
4が、空隙層110形成のためのエッチングによってダ
メージを受けない場合は、前記電極保護層109を設け
る必要は必ずしもない。この上部電極保護層109を設
けない場合、強誘電体膜104の熱容量を低下させるこ
とができ、熱型素子における高感度化の点で有効であ
る。また、強誘電体膜104のパターニングにおいて、
強誘電体膜104をその中央部に貫通孔を有する島状パ
ターンとなるようパターニングして、エッチングホール
105を島状パターンの中央部にも形成するようにした
が、島状パターンの中央部にエッチングホール105を
必ずしも形成する必要はなく、島状パターンの周囲のM
gO薄膜102およびPt薄膜103(下部電極)に形
成したエッチングホール105のみを用いて、空隙層1
10を形成することができる。本実施例のように、島状
パターンの中央部にエッチングホール115を設ける場
合、これを設けない場合に比して、空隙層110の形成
に要するエッチング時間を短縮でき、製造効率を向上で
きる。
Thus, in this embodiment, the plasma excitation M
By the O-CVD method, (10
A MgO thin film 102 having a NaCl-type crystal structure in which crystals are preferentially oriented on the (0) plane is formed, and on this MgO thin film 102, for example, a high frequency magnetron sputtering method is used (10
A Pt thin film 103 (lower electrode) in which crystals are preferentially oriented on the (0) plane is formed, and Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 is formed on the Pt thin film 103 in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane by using, for example, a high frequency magnetron sputtering method. A ferroelectric film 104 made of O 3 is formed, and Pb 0.9 thus obtained is obtained.
Since the ferroelectric element was formed using the ferroelectric film 104 made of La 0.1 Ti 0.975 O 3 , the MgO thin film 102 (P
It has been attempted matching of lattice constants between the ferroelectric film 104 and t thin film 103) consisting of Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 , a ferroelectric film 1 made of Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3
No. 04 has a high crystal orientation ratio with respect to the c-axis which is its polarization axis, and a highly sensitive ferroelectric element can be realized by using the stainless steel substrate 101 substrate. Therefore, it is possible to obtain a highly sensitive ferroelectric element at low cost. In addition, a gap that dissipates (dissipates) heat of the ferroelectric film 104 only by performing etching for removing a part of the upper layer portion of the substrate 101 without performing etching for penetrating the substrate as in the related art. Since the layer 110 can be formed, a highly sensitive ferroelectric element in which deterioration of the ferroelectric film 104 due to heat generation is prevented can be manufactured in a short time. In addition, the void layer 110
Is obtained by etching and removing a region of the substrate, which is slightly larger than the area of the ferroelectric film 104 patterned in an island shape, through the etching hole 115. Unaffected by
The area is approximately equal to the pattern area of the ferroelectric film 104, and the element can be downsized. In addition, Ni-C
r upper electrode 108 or ferroelectric film 10 made of a thin film
4 is not damaged by the etching for forming the void layer 110, it is not always necessary to provide the electrode protection layer 109. When the upper electrode protection layer 109 is not provided, the heat capacity of the ferroelectric film 104 can be reduced, which is effective in increasing the sensitivity of the thermal element. In patterning the ferroelectric film 104,
Although the ferroelectric film 104 was patterned so as to form an island pattern having a through hole in the central portion thereof, and the etching hole 105 was also formed in the central portion of the island pattern, the central portion of the island pattern was formed. It is not always necessary to form the etching hole 105, and the M around the island pattern is formed.
Using only the etching holes 105 formed in the gO thin film 102 and the Pt thin film 103 (lower electrode), the void layer 1
10 can be formed. When the etching hole 115 is provided in the central portion of the island pattern as in the present embodiment, the etching time required for forming the void layer 110 can be shortened and the manufacturing efficiency can be improved as compared with the case where the etching hole 115 is not provided.

【0049】(実施例2)本実施例では、表1〜表4に
示すように、基板の材料,下地層の材料と成膜方法,及
び強誘電体の材料を実施例1のそれとは異なるものにし
て、図1に示した実施例1の強誘電体素子と同一構造の
強誘電体素子を形成した。基板としては、基板厚み50
0μmのステンレス金属基板の他に、厚み500μmのマ
グネシア(MgO)多 結晶基板,(100)Si単結晶基
板,およびCu金属基板を用いた。そして、これら種々
の基板に有機金属錯体を原料ガスに用いたプラズマ励起
MO−CVD法または高周波マグネトロンスパッタ法を
用いて、(100)面に結晶が優先配向したNaCl型
結晶構造からなるMgOまたはNiOからなる薄膜を形
成し、さらに、このMgOまたはNiOからなる薄誘電
体膜上にプラズマ励起MO−CVD法または高周波マグ
ネトロンスパッタ法を用いてPb0.9La0.1Ti 0.975
3 またはPbTiO3 からなる強誘電体膜を形成し
た。
Example 2 In this example, Tables 1 to 4 show
As shown, the material of the substrate, the material of the underlayer and the film formation method, and
And the ferroelectric material different from that of the first embodiment.
Of the same structure as the ferroelectric element of Example 1 shown in FIG.
A ferroelectric element was formed. The substrate has a substrate thickness of 50.
In addition to a 0 μm stainless metal substrate, a 500 μm thick
Gnesia (MgO) polycrystalline substrate, (100) Si single crystal substrate
A plate and a Cu metal substrate were used. And these various
Excitation with Organometallic Complex as Raw Material Gas on Substrate
MO-CVD method or high frequency magnetron sputtering method
Use of NaCl type crystal with crystals preferentially oriented on (100) plane
Form a thin film of MgO or NiO with a crystalline structure
And a thin dielectric composed of MgO or NiO.
Plasma-excited MO-CVD method or high-frequency magnet on the body film
Pb using the Netron sputtering method0.9La0.1Ti 0.975 
O3 Or PbTiO3 Forming a ferroelectric film consisting of
Was.

【0050】[0050]

【表1】 [Table 1]

【0051】[0051]

【表2】 [Table 2]

【0052】[0052]

【表3】 [Table 3]

【0053】[0053]

【表4】 [Table 4]

【0054】ここで、NiOからなる薄膜をプラズマ励
起MOCVD法により作製する方法を詳しく説明する。
なお、使用する装置と基本的な方法は、実施例1で説明
したプラズマ励起MOCVD法によりMgOからなる薄
膜を作製する場合のそれと同じである。図4に示したプ
ラズマ励起MO−CVD成膜装置を用い、基板加熱ヒー
タ49によって、基板101をあらかじめ 350 ℃に
加熱した。一方、原料気化容器46にニッケルアセチル
アセトナート;Ni(C57222O を入れ、これ
を160℃に保持したオイルバスを用いて加熱し、この
加熱によって気化したニッケルアセチルアセトナートの
蒸気をキャリアガスボンベ47から35ml/minの
流速のキャリアガス(窒素)を用いて、反応チャンバー
41内に流し入れた。また、反応ガスとしての酸素ガス
を反応ガスボンベ48から反応チャンバー41内に吹出
ノズルを介して流速15ml/minで流し入れた。こ
のとき、反応チャンバー41内は、その排気系43から
真空排気されることで7.90Paの真空度に保持し
た。以上の状態において、RF側電極に13.56MH
zで400Wの高周波を10分間印加することによっ
て、アース側電極との間にプラズマを発生させ、基板の
片側表面上の(100)面に優先配向したNiO薄膜を
形成した。この成膜中、基板101を基板回転モータに
よって120rpmの速度で回転させた。得られたNi
O薄膜の膜厚は0.2μmであった。
Here, the method for producing a thin film of NiO by the plasma enhanced MOCVD method will be described in detail.
The apparatus used and the basic method are the same as those in the case of forming a thin film of MgO by the plasma enhanced MOCVD method described in the first embodiment. The substrate 101 was preheated to 350 ° C. by the substrate heater 49 using the plasma excited MO-CVD film forming apparatus shown in FIG. On the other hand, nickel acetylacetonate; Ni (C 5 H 7 O 2 ) 2 H 2 O was placed in the raw material vaporization vessel 46, and this was heated using an oil bath maintained at 160 ° C., and the nickel acetyl vaporized by this heating was heated. Acetonate vapor was introduced from the carrier gas cylinder 47 into the reaction chamber 41 using a carrier gas (nitrogen) at a flow rate of 35 ml / min. Further, oxygen gas as a reaction gas was flown into the reaction chamber 41 from the reaction gas cylinder 48 at a flow rate of 15 ml / min through a blow nozzle. At this time, the inside of the reaction chamber 41 was vacuum-exhausted from the exhaust system 43 to maintain a vacuum degree of 7.90 Pa. In the above state, the RF side electrode is 13.56 MH
By applying a high frequency of 400 W for 10 minutes at z, plasma was generated between the ground side electrode and the preferentially oriented NiO thin film on the (100) plane on one surface of the substrate. During this film formation, the substrate 101 was rotated by a substrate rotation motor at a speed of 120 rpm. Obtained Ni
The film thickness of the O thin film was 0.2 μm.

【0055】次に、MgOからなる薄膜をrfスパッタ
法で作製する方法を詳しく説明する。MgO焼結体(純
度99.9%)をターゲットとして使用し、スパッタ成
膜条件を、基板温度を600℃、スパッタガスをAr
(50%)と酸素(50%)の混合ガス、ガス圧を0.
7Pa、高周波投入パワー密度を2.5W/cm2(1
3.56MHz )、成膜時間を1時間にして、成膜し
た。膜厚は0.2μmであった。また、NiOからなる
薄膜をrfスパッタ法で作製する場合、NiO粉末(純
度99.9% )をターゲットとして使用し、スパッタ成
膜条件を、基板温度を600℃、スパッタガスをAr
(60%)と酸素(40%)の混合ガス、ガスを1.1
Pa、高周波投入パワー密度を2.5W/cm2(13.
56MHz)、成膜時間を1.5時間 にして、成膜し
た。膜厚は0.2μmであった。
Next, a method of forming a thin film of MgO by the rf sputtering method will be described in detail. Using a MgO sintered body (purity 99.9%) as a target, the sputtering film formation conditions are as follows: substrate temperature is 600 ° C., sputtering gas is Ar.
(50%) and oxygen (50%) mixed gas at a gas pressure of 0.
7 Pa, high frequency power density 2.5 W / cm 2 (1
3.56 MHz) and the film formation time was set to 1 hour. The film thickness was 0.2 μm. Further, when a thin film made of NiO is formed by the rf sputtering method, NiO powder (purity 99.9%) is used as a target, the sputtering film forming conditions are a substrate temperature of 600 ° C., a sputtering gas of Ar
(60%) and oxygen (40%) mixed gas, gas 1.1
Pa, high frequency input power density is 2.5 W / cm 2 (13.
56 MHz) and the film formation time was 1.5 hours to form a film. The film thickness was 0.2 μm.

【0056】次に、PbTiO3 からなる強誘電体膜を
プラズマ励起MO−CVD法で作製する方法を詳しく説
明する。図4に示したプラズマ励起MO−CVD成膜装
置にさらに気化容器を1台増設した装置を使用し、基板
加熱ヒータ49によってあらかじめ基板101を 60
0 ℃に加熱した。一方、原料気化容器46に鉛ジピバ
ロイルメタン;Pb(C111922を入れ、130℃
に保持したオイルバスを用いて加熱した。もう一方の原
料気化容器46bに、テトラ−イソ−プロピルチタナー
ト;Ti(i−C37O)4 を入れ、50℃に保持した
オイルバスを用いて加熱した。このように加熱すること
によって気化した鉛ジピバロイルメタンとテトラ−イソ
−プロピルチタナートの蒸気を、キャリアガスボンベ4
8から10ml/minの流速のキャリアガス(窒素)
を用いて、反応チャンバー41内に流し入れた。また、
反応ガスとして反応ガスボンベ49から酸素ガスを流速
40ml/minで反応チャンバー41内に吹出ノズル
を介して流し入れた。このとき、反応チャンバー41内
は、排気系43から真空排気されることにより3.90
Paの真空度に保持された。以上の状態において、RF
側電極に13.56MHzで400Wの高周波を100
分間印加することによって、アース側電極との間にプラ
ズマを発生させ、基板101の片側表面上に(100)
面に優先配向したPbTiO3 強誘電体を形成した。膜
厚は3μmであった。この成膜中、基板101を基板回
転モータによって120rpmの速度で回転させた。
Next, the method of forming the ferroelectric film made of PbTiO 3 by the plasma excited MO-CVD method will be described in detail. The plasma-enhanced MO-CVD film forming apparatus shown in FIG.
Heated to 0 ° C. On the other hand, lead dipivaloyl methane; Pb (C 11 H 19 O 2 ) 2 was placed in the raw material vaporization vessel 46, and the temperature was set to 130 ° C.
It heated using the oil bath hold | maintained at. The other starting material vaporization vessel 46b, tetra - iso - propyl titanate; put Ti (i-C 3 H 7 O) 4, was heated using an oil bath kept at 50 ° C.. The vapor of lead dipivaloyl methane and tetra-iso-propyl titanate which have been vaporized by heating in this way is converted into carrier gas cylinder 4
Carrier gas (nitrogen) with a flow rate of 8 to 10 ml / min
Was poured into the reaction chamber 41. Also,
Oxygen gas as a reaction gas was introduced from a reaction gas cylinder 49 into the reaction chamber 41 at a flow rate of 40 ml / min through a blowing nozzle. At this time, the inside of the reaction chamber 41 is evacuated from the evacuation system 43 to 3.90.
The vacuum degree of Pa was maintained. In the above state, RF
100W of high frequency of 400W at 13.56MHz is applied to the side electrode.
By applying the voltage for a minute, plasma is generated between the ground electrode and (100) on one surface of the substrate 101.
A preferentially oriented PbTiO 3 ferroelectric material was formed on the surface. The film thickness was 3 μm. During this film formation, the substrate 101 was rotated by a substrate rotation motor at a speed of 120 rpm.

【0057】なお、基板としてマグネシア多結晶基板を
用いる場合、空隙層110を形成するためのエッチング
では、10wt%のリン酸水溶液をエッチャントとして
使用し、80℃で55分間エッチングを実施した。ま
た、基板として(100)Si単結晶基板を用いる場
合、空隙層110を形成するためのエッチングでは、1
0wt%のKOH水溶液をエッチャントとして使用し
た。また、基板としてCu金属基板を用いる場合、空隙
層110を形成するためのエッチングでは、アンモニア
水をエッチャントとして使用した。
When a magnesia polycrystal substrate was used as the substrate, 10 wt% phosphoric acid aqueous solution was used as an etchant in etching for forming the void layer 110, and etching was carried out at 80 ° C. for 55 minutes. When a (100) Si single crystal substrate is used as the substrate, the etching for forming the void layer 110 is 1
A 0 wt% KOH aqueous solution was used as an etchant. When a Cu metal substrate was used as the substrate, ammonia water was used as an etchant in the etching for forming the void layer 110.

【0058】(実施例3)図6は本発明の実施例3によ
る基板上に2つの強誘電体膜のパターンを所定間隔を空
けて併設してなる強誘電体素子の構成を示す断面図であ
る。結晶化ガラス基板(熱膨張係数14×10-6-1
厚み 500μm)601表面に 厚み1.5μmの(1
00)面に優先配向したNaCl型結晶構造からなる
NiO薄膜602が配置され、NiO薄膜602表面に
Pt薄膜からなる下部電極603が配置され、下部電極
603の特定部分がPb0.9La0.1Ti0.9753からな
る強誘電体膜604で覆われ、強誘電体膜604の表面
にはNi−Cr薄膜からなる上部電極608が配置され
ている。605はエッチングホールで、空隙層610は
このエッチングホール605を通して形成されたもので
ある。606,607,609は感光性ポリイミドから
なる保護用の樹脂層で、609は上部電極608を保護
する樹脂層である。ここで、空隙層610は、NiO薄
膜602に形成されたもので、動作時における強誘電体
膜604からの熱が分散するの防止するために設けられ
たものである。
(Embodiment 3) FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a ferroelectric element in which two patterns of ferroelectric films are provided side by side on a substrate according to a third embodiment of the present invention at predetermined intervals. is there. Crystallized glass substrate (coefficient of thermal expansion 14 × 10 -6-1 ,
(Thickness 500 μm) 601 surface with thickness of 1.5 μm (1
It has a NaCl type crystal structure with preferential orientation in the (00) plane.
A NiO thin film 602 is arranged, a lower electrode 603 made of a Pt thin film is arranged on the surface of the NiO thin film 602, and a specific portion of the lower electrode 603 is covered with a ferroelectric film 604 made of Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 , An upper electrode 608 made of a Ni—Cr thin film is arranged on the surface of the dielectric film 604. Reference numeral 605 denotes an etching hole, and the void layer 610 is formed through this etching hole 605. Reference numerals 606, 607, and 609 denote protective resin layers made of photosensitive polyimide, and 609 denotes a resin layer that protects the upper electrode 608. Here, the void layer 610 is formed on the NiO thin film 602 and is provided to prevent heat from the ferroelectric film 604 from being dispersed during operation.

【0059】図7,図8は上記図6に示す強誘電体素子
の製造工程を示す工程別の断面図と平面図である。これ
らの図において、図6と同一符号は同一または相当する
部分を示している。以下、これらの図を用いて強誘電体
素子の製造工程について説明する。先ず、基板601上
に、下地層としての,(100)面に優先配向したNa
Cl型結晶構造からなるNiO薄膜602をプラズマ励
起MO−CVD成膜装置により形成する(図7(a),図
8(b))。ここでの成膜条件は実施例2と同様であり、
膜厚を1.5μm にした。次に、Pt薄膜からなる下部
電極603をNiO薄膜602上に形成する(図7
(b),図8(c))。このPt薄膜(603)の成膜条件
は、実施例1のそれと同様であり、(100)面に結晶
が優先配向したものとなるよう形成した。次に、Pt薄
膜からなる下部電極603上に、Pb0.9La0.1Ti
0.9753なる組成の強誘電体膜604を作製した(図7
(c),図8(d) )。この強誘電体604の成膜方法は実
施例1のそれと同様である。次に、強誘電体膜0016
04のパターンニングを行なう(図7(d),図8(e))。
このパターンングは、実施例1のそれと同様にケミカル
エッチング、あるいはスパッタエッチングにより実施し
た。またPt薄膜からなる下部電極603のパターニン
グと、エッチングホール605の形成を、実施例1のそ
れと同様に、スパッタエッチング(所用時間35分)に
より、これらを同時に行った(図7(e),図8(f))。次
に、下部電極603および強誘電体604上に感光性ポ
リイミド樹脂からなる樹脂層606を、基板裏面全面に
感光性ポリイミド樹脂からなる樹脂層607を、スピン
コートにより塗布形成した。次に、フォトリソ法により
下部電極603および強誘電体604の周囲を覆う形状
となるように樹脂層606パターニングし、更に硬化さ
せた(図7(f),図8(g))。次に、膜厚100nmのN
i−Cr薄膜からなる上部電極608をDC−スパッタ
リング法により形成し、これをフォトリソ法によりパタ
ーニングした後(図7(g),図8(h))、感光性ポリイミ
ドを成膜し、これをパターンニングして上部電極保護層
609を形成した(図7(h),図8(i))。最後に、Ni
O薄膜602にエッチングホール605介してエッチン
グを施すことにより、空隙層610を作製した(図7
(i) )。このエッチングでは、エッチャントとして10
wt%のリン酸水溶液を使用し、80℃でエッチングを
行った。
7 and 8 are cross-sectional views and plan views showing the manufacturing steps of the ferroelectric element shown in FIG. 6 for each step. In these figures, the same symbols as those in FIG. 6 indicate the same or corresponding portions. The manufacturing process of the ferroelectric element will be described below with reference to these drawings. First, on the substrate 601, Na as a base layer, which is preferentially oriented to the (100) plane, is formed.
A NiO thin film 602 having a Cl type crystal structure is formed by a plasma excited MO-CVD film forming apparatus (FIGS. 7 (a) and 8 (b)). The film forming conditions here are the same as in Example 2,
The film thickness was set to 1.5 μm. Next, a lower electrode 603 made of a Pt thin film is formed on the NiO thin film 602 (FIG. 7).
(b), FIG. 8 (c)). The film forming conditions of this Pt thin film (603) were the same as those of Example 1, and the Pt thin film (603) was formed so that crystals were preferentially oriented on the (100) plane. Next, Pb 0.9 La 0.1 Ti was formed on the lower electrode 603 composed of a Pt thin film.
A ferroelectric film 604 having a composition of 0.975 O 3 was prepared (FIG. 7).
(c), FIG. 8 (d)). The method of forming the film of the ferroelectric 604 is the same as that of the first embodiment. Next, the ferroelectric film 0016
Patterning No. 04 is performed (FIGS. 7D and 8E).
This patterning was performed by chemical etching or sputter etching as in the case of Example 1. Further, the patterning of the lower electrode 603 made of a Pt thin film and the formation of the etching hole 605 were simultaneously performed by the sputter etching (required time: 35 minutes) as in the case of Example 1 (FIG. 7 (e), FIG. 8 (f)). Next, a resin layer 606 made of a photosensitive polyimide resin was formed on the lower electrode 603 and the ferroelectric 604, and a resin layer 607 made of a photosensitive polyimide resin was applied and formed on the entire back surface of the substrate by spin coating. Next, the resin layer 606 was patterned by a photolithography method so as to have a shape covering the lower electrode 603 and the ferroelectric body 604, and further cured (FIGS. 7 (f) and 8 (g)). Next, N with a film thickness of 100 nm
An upper electrode 608 made of an i-Cr thin film is formed by a DC-sputtering method, patterned by a photolithography method (FIGS. 7 (g) and 8 (h)), and then a photosensitive polyimide film is formed. The upper electrode protective layer 609 was formed by patterning (FIGS. 7 (h) and 8 (i)). Finally, Ni
The O thin film 602 was etched through the etching hole 605 to form the void layer 610 (FIG. 7).
(i)). In this etching, 10 as an etchant
Etching was performed at 80 ° C. using a wt% phosphoric acid aqueous solution.

【0060】このような本実施例の強誘電体素子は、実
施例1の強誘電体素子と同様の作用,効果が得られるも
のとなるとともに、基板601にエッチングを施すこと
なく、NiO薄膜602にのみエッチングを施してNi
O薄膜602に空隙層610を形成するので、基板60
1としてエッチングが困難な材料からなる基板を使用で
き、実施例1の強誘電体素子に比して基板の材料選択の
自由度がより一層大きなものとなる。
The ferroelectric element of the present embodiment as described above can obtain the same action and effect as the ferroelectric element of the embodiment 1, and the NiO thin film 602 can be obtained without etching the substrate 601. Ni is etched only on
Since the void layer 610 is formed on the O thin film 602, the substrate 60
A substrate made of a material that is difficult to etch can be used as No. 1, and the degree of freedom in selecting the material of the substrate becomes greater than that of the ferroelectric element of the first embodiment.

【0061】なお、NiO薄膜602を酸素過剰雰囲気
で成膜すると、酸化によりNiOのNi2+イオンがNi
3+イオンになって,電気的中性を保つために空孔が生
じ、NiO薄膜602はP型半導体膜となる。この場
合、NiO薄膜602を電極として使用することができ
るので、下部電極603を形成することなく強誘電体素
子を得ることができ、より小型化した強誘電体素子をよ
り短い製造時間でもって製造することができる。また、
NiO薄膜602の成膜時にLiをドーピングするとN
iO薄膜602がP型半導体膜になるので、この場合も
下部電極603を形成することなく強誘電体素子を得る
ことができ、より小型化した強誘電体素子をより短い製
造時間でもって製造することができる。
When the NiO thin film 602 is formed in an oxygen excess atmosphere, Ni 2+ ions of NiO are oxidized by Ni.
The NiO thin film 602 becomes a P-type semiconductor film because it becomes a 3+ ion and a hole is generated to maintain electrical neutrality. In this case, since the NiO thin film 602 can be used as an electrode, a ferroelectric element can be obtained without forming the lower electrode 603, and a more compact ferroelectric element can be manufactured in a shorter manufacturing time. can do. Also,
If Li is doped at the time of forming the NiO thin film 602, N
Since the iO thin film 602 becomes a P-type semiconductor film, a ferroelectric element can be obtained without forming the lower electrode 603 in this case as well, and a smaller ferroelectric element can be manufactured in a shorter manufacturing time. be able to.

【0062】(実施例4)本実施例では、表5〜表7に
示すように、基板の材料,下地層の材料と成膜方法,及
び強誘電体の材料を実施例3のそれとは異なるものにし
て、図8に示した実施例3の強誘電体素子と同一構造の
強誘電体素子を形成した。下地層及び誘電体膜の成膜条
件は実施例1または実施例2のそれと同様である。基板
601としては基板厚み500μm の結晶化ガラス基
板,ステンレス金属基板,およびアルミナ焼結体基板を
用いた。
(Embodiment 4) In this embodiment, as shown in Tables 5 to 7, the material of the substrate, the material of the underlayer and the film forming method, and the material of the ferroelectric substance are different from those of the embodiment 3. Then, a ferroelectric element having the same structure as the ferroelectric element of Example 3 shown in FIG. 8 was formed. The film forming conditions of the underlayer and the dielectric film are the same as those of the first or second embodiment. As the substrate 601, a crystallized glass substrate having a substrate thickness of 500 μm, a stainless metal substrate, and an alumina sintered body substrate were used.

【0063】[0063]

【表5】 [Table 5]

【0064】[0064]

【表6】 [Table 6]

【0065】[0065]

【表7】 [Table 7]

【0066】なお、前記実施例1〜4では基板上に2つ
の強誘電体膜のパターンを所定間隔を空けて併設してな
るリニアアレイ強誘電体素子について説明したが、本発
明が単素子や2次元素子に適用できることは言うまでも
ない。また、前記実施例1〜4では、強誘電体膜として
Pb0.9La0.1Ti0.9753膜またはPbTiO3 膜を
用いたが、本発明ではこれらPb0.9La0.1Ti0.975
3,PbTiO3 以外の他の組成のチタン酸鉛系強誘
電体からなる強誘電体膜を使用することができる。例え
ば、一般式をPbxLayTizZrw3とした時、(a)
0.7≦x≦1,x+y=1, 0.925≦z≦1,
W=0 ,(b) x=1, y=0, 0.45≦
z<1, z+w=1 ,または(c) 0.75≦x
<1,x+y=1, 0.5≦z<1, z+w=1の
いずれかの組成を有するチタン酸鉛系強誘電体からなる
強誘電体膜を使用することができる。また、前記実施例
1〜4では、強誘電体膜としてPb0.9La0.1Ti
0.9753膜またはPbTiO 3 膜を用いたが、本発明で
は、チタン酸鉛系強誘電体以外の他の強誘電体材料(例
えば、チタン酸バリウム系強誘電体)からなる強誘電体
膜を使用することができる。また、前記実施例1〜4で
は、基板としてステンレス金属基板,結晶化ガラス基
板,単結晶シリコン基板,アルミナ(Al23)の焼結
体基板,マグネシア(MgO)多結晶基板,およびCu
金属基板を用いたが、本発明においては、その表面に
(100)面に結晶が優先配向したNaCl型結晶構造
からなる金属酸化物層を形成することができる基板であ
れば、前記基板とは異なる材料からなる基板を使用する
ことができる。
It should be noted that in the above-mentioned Examples 1 to 4, two substrates are provided on the substrate.
Make sure that the ferroelectric film patterns of
The linear array ferroelectric element described above was explained.
It goes without saying that Ming can be applied to single elements and two-dimensional elements.
Absent. Moreover, in Examples 1 to 4, the ferroelectric film is used.
Pb0.9La0.1Ti0.975O3Membrane or PbTiO3 The membrane
However, in the present invention, these Pb0.9La0.1Ti0.975
O3, PbTiO3 Other than lead titanate-based compounds
A ferroelectric film made of an electric material can be used. example
If the general formula is PbxLayTizZrwO3When (a)
0.7 ≦ x ≦ 1, x + y = 1, 0.925 ≦ z ≦ 1,
 W = 0, (b) x = 1, y = 0, 0.45 ≦
z <1, z + w = 1, or (c) 0.75 ≦ x
<1, x + y = 1, 0.5 ≦ z <1, z + w = 1
Made of lead titanate-based ferroelectrics with either composition
A ferroelectric film can be used. Also, the above-mentioned embodiment
In 1 to 4, Pb was used as the ferroelectric film.0.9La0.1Ti
0.975O3Membrane or PbTiO 3 Although a membrane was used, in the present invention
Is a ferroelectric material other than the lead titanate-based ferroelectric material (eg,
(Eg, barium titanate-based ferroelectric)
Membranes can be used. Moreover, in the above-mentioned Examples 1 to 4,
Is a stainless steel substrate, a crystallized glass substrate
Plate, single crystal silicon substrate, alumina (Al2O3) Sintering
Body substrate, magnesia (MgO) polycrystalline substrate, and Cu
A metal substrate was used, but in the present invention, the surface is
NaCl-type crystal structure in which crystals are preferentially oriented in the (100) plane
A substrate on which a metal oxide layer composed of
If so, use a substrate made of a different material from the substrate
be able to.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上のように本発明の強誘電体素子によ
れば、基板上にその第1の領域に第1の電極層が接合
し、その第2の領域に第2の電極層が接合した強誘電体
膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記基板表
面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面の
所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとして形成
されており、前記基板の上層部の前記島状パターンの直
下に位置する領域に前記島状パターンよりも若干大きい
面積の空隙層が形成されているので、前記空隙層により
放熱性が向上するとともに、前記空隙層が前記強誘電体
膜の島状パターンとほぼ同一の面積であることから、基
板上における素子面積が強誘電体膜パターンの面積にほ
ぼ等しいものとなり、素子を小型化することができる。
また、前記基板として低コストの材料からなるものを用
いることにより、素子の低コスト化を図ることができ
る。
As described above, according to the ferroelectric element of the present invention, the first electrode layer is bonded to the first region of the substrate and the second electrode layer is bonded to the second region of the substrate. In a ferroelectric element provided with a joined ferroelectric film, a metal oxide layer is formed on the surface of the substrate, and the ferroelectric film is formed as an island pattern in a predetermined region of the surface of the metal oxide layer. Since a void layer having a slightly larger area than the island pattern is formed in a region located directly below the island pattern in the upper layer portion of the substrate, the void layer improves heat dissipation. At the same time, since the void layer has substantially the same area as the island-shaped pattern of the ferroelectric film, the element area on the substrate becomes almost equal to the area of the ferroelectric film pattern, and the element can be miniaturized. You can
Further, by using a substrate made of a low-cost material as the substrate, it is possible to reduce the cost of the device.

【0068】更に本発明の強誘電体素子によれば、基板
上にその第1の領域に第1の電極層が接合し、その第2
の領域に第2の電極層が接合した強誘電体膜が設けられ
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に金属酸化
物層が形成され、当該金属酸化物層表面の所定領域に前
記強誘電体膜が島状のパターンとして形成されており、
前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する
領域に当該島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層
が形成されているので、前記空隙層により放熱性が向上
するとともに、前記空隙層が前記強誘電体膜の島状パタ
ーンとほぼ同一の面積であることから、基板上における
素子面積が強誘電体膜パターンの面積にほぼ等しいもの
となり、素子を小型化することができる。また、前記基
板として低コストの材料からなるものを用いることによ
り、素子の低コスト化を図ることができる。
Furthermore, according to the ferroelectric element of the present invention, the first electrode layer is bonded to the first region on the substrate, and the second electrode layer is formed on the substrate.
In a ferroelectric element having a ferroelectric film in which a second electrode layer is bonded to the area of, a metal oxide layer is formed on the surface of the substrate, and the ferroelectric film is formed on a predetermined area of the surface of the metal oxide layer. The dielectric film is formed as an island pattern,
Since a void layer having a slightly larger area than the island pattern is formed in a region located directly below the island pattern of the metal oxide layer, the void layer improves heat dissipation and the void layer is formed. Since the area is substantially the same as the island pattern of the ferroelectric film, the area of the element on the substrate becomes substantially equal to the area of the ferroelectric film pattern, and the element can be miniaturized. Further, by using a substrate made of a low-cost material as the substrate, it is possible to reduce the cost of the device.

【0069】更に本発明の強誘電体素子によれば、基板
上にその第1の領域に第1の電極層が接合し、その第2
の領域に第2の電極層が接合した強誘電体膜が配設され
てなる強誘電体素子において、前記基板表面に(10
0)面に結晶が優先配向したNaCl型結晶構造からな
る金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層表面に前
記強誘電体膜が形成されているので、前記基板の構成材
料に関係なく,前記金属酸化物層と前記強誘電体膜間に
おける格子定数の整合が図られて、前記強誘電体膜はそ
の分極軸であるc軸への結晶配向率が高いものとなり、
前記基板として低コストの材料からなるものを用いて高
感度の素子を実現することができる。
Further, according to the ferroelectric element of the present invention, the first electrode layer is bonded to the first region on the substrate, and the second electrode layer is bonded to the second region.
In a ferroelectric element in which a ferroelectric film in which a second electrode layer is bonded is provided in the region of (10), (10
Since a metal oxide layer having a NaCl type crystal structure in which crystals are preferentially oriented is formed on the (0) plane and the ferroelectric film is formed on the surface of the metal oxide layer, regardless of the constituent material of the substrate. , The matching of the lattice constant between the metal oxide layer and the ferroelectric film is achieved, and the ferroelectric film has a high crystal orientation ratio to the c-axis which is the polarization axis of the ferroelectric film.
A highly sensitive element can be realized by using a substrate made of a low-cost material as the substrate.

【0070】次に、本発明の強誘電体素子の製造方法に
よれば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化
物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
金属酸化物層および第1の電極層の前記島状パターンの
周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチング用開口
を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第2の電
極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通し
て前記基板に等方性エッチングを施して、前記基板の上
層部の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島
状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成するの
で、前記の低コスト基板を用いて構成された,放熱性に
優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く製造することが
できる。また、基板にこれに貫通孔が形成されるような
エッチングを施す必要がないので、従来に比して製造時
間を大きく短縮することができる。
Next, according to the method of manufacturing a ferroelectric element of the present invention, a metal oxide layer is formed on a substrate, and a first electrode layer and a ferroelectric film are formed on the metal oxide layer. The ferroelectric film is sequentially formed, and the island pattern is left only in a predetermined region of the surface of the first electrode layer by patterning the ferroelectric film. Then, the island pattern of the metal oxide layer and the first electrode layer is formed. An etching opening reaching the surface of the substrate is formed in a peripheral region, and then a second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and thereafter, the substrate is isotropic through the etching opening. Etching is performed to form a void layer having an area slightly larger than the island pattern in a region located immediately below the island pattern in the upper layer portion of the substrate, so that the low cost substrate is used. , Excellent heat dissipation and small size The conductor elements can be manufactured efficiently. Further, since it is not necessary to perform etching for forming a through hole on the substrate, the manufacturing time can be greatly shortened as compared with the conventional case.

【0071】更に本発明の強誘電体素子の製造方法によ
れば、基板上に金属酸化物層を形成し、前記金属酸化物
層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順に形成
し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1の電極
層表面の所定領域のみに島状パターンを残した後、前記
第1の電極層の前記島状パターンの周辺領域に前記金属
酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を形成し、
次に前記島状パターン上に選択的に第2の電極層を形成
し、しかる後、前記エッチング用開口を通して前記金属
酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金属酸化物
層の前記島状パターンの直下に位置する領域に前記島状
パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成するの
で、前記の低コスト基板を用いて構成された,放熱性に
優れかつ小型の強誘電体素子を効率良く製造することが
できる。また、基板にエッチングを施す必要がないの
で、基板の材料選択の自由度を拡大できる。また、基板
にこれに貫通孔が形成されるようなエッチングを施す必
要がないので、従来に比して製造時間を大きく短縮する
ことができる。
Further, according to the method of manufacturing a ferroelectric element of the present invention, a metal oxide layer is formed on a substrate, and a first electrode layer and a ferroelectric film are formed in this order on the metal oxide layer. Then, the ferroelectric film is patterned to leave an island-shaped pattern only in a predetermined area on the surface of the first electrode layer, and then the metal oxide is formed in a peripheral area of the island-shaped pattern of the first electrode layer. Forming an etching opening reaching the layer surface,
Next, a second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and thereafter, the metal oxide layer is isotropically etched through the etching opening to form the island of the metal oxide layer. Since a void layer having an area slightly larger than that of the island pattern is formed in a region located immediately below the pattern, it is possible to realize a small ferroelectric element excellent in heat dissipation, which is configured by using the low cost substrate. It can be manufactured efficiently. Moreover, since it is not necessary to perform etching on the substrate, the degree of freedom in selecting the material for the substrate can be increased. Further, since it is not necessary to perform etching for forming a through hole on the substrate, the manufacturing time can be greatly shortened as compared with the conventional case.

【0072】更に本発明の強誘電体素子の製造方法によ
れば、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ励起MO−
CVD法により(100)面に結晶が優先配向したNa
Cl型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第1の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第2の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成するようにしたので、前記の低コスト基板を用いて構
成された高感度かつ小型の強誘電体素子を効率良く製造
することができる。また、基板にこれに貫通孔が形成さ
れるようなエッチングを施す必要がないので、従来に比
して製造時間を大きく短縮することができる。
Further, according to the method of manufacturing a ferroelectric element of the present invention, a high frequency magnetron sputtering method or a plasmon excitation MO-using an organometallic complex as a source gas on a substrate.
Na in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane by the CVD method
A metal oxide layer having a Cl type crystal structure is formed, a first electrode layer and a ferroelectric film are formed in this order on the metal oxide layer, and the ferroelectric film is patterned to form the first electrode layer.
After leaving an island-shaped pattern only in a predetermined region of the electrode layer surface of, an etching opening reaching the surface of the substrate is formed in a peripheral region of the island-shaped pattern of the metal oxide layer and the first electrode layer, Next, a second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and then the substrate is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped pattern of the upper layer portion of the substrate. Since the void layer having a slightly larger area than the island pattern is formed in the region located directly below, a highly sensitive and small ferroelectric element constituted by using the low cost substrate can be efficiently manufactured. can do. Further, since it is not necessary to perform etching for forming a through hole on the substrate, the manufacturing time can be greatly shortened as compared with the conventional case.

【0073】更に本発明の強誘電体素子の製造方法によ
れば、基板上に高周波マグネトロンスパッタ法あるいは
有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズマ励起MO
−CVD法により(100)面に結晶が優先配向したN
aCl型結晶構造からなる金属酸化物層を形成し、前記
金属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの
順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第
1の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第1の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第2の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
するようにしたので、前記の低コスト基板を用いて構成
された高感度かつ小型の強誘電体素子を効率良く製造す
ることができる。また、基板にエッチングを施す必要が
ないので、基板の材料選択の自由度をより一層拡げるこ
とができる。また、基板にこれに貫通孔が形成されるよ
うなエッチングを施す必要がないので、従来に比して製
造時間を大きく短縮することができる。
Further, according to the method for manufacturing a ferroelectric element of the present invention, a high frequency magnetron sputtering method or plasma excited MO using an organometallic complex as a source gas on a substrate.
-N in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane by the CVD method
A metal oxide layer having an aCl type crystal structure is formed, a first electrode layer and a ferroelectric film are formed on the metal oxide layer in this order, and the ferroelectric film is patterned to form the first electrode layer. After leaving the island-shaped pattern only in a predetermined region of the electrode layer surface, an etching opening reaching the surface of the metal oxide layer is formed in a peripheral region of the island-shaped pattern of the first electrode layer, and then, A second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and then the metal oxide layer is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped pattern of the metal oxide layer. Since the void layer having a slightly larger area than the island pattern is formed in the region located directly below, a highly sensitive and small ferroelectric element constituted by using the low cost substrate can be efficiently manufactured. can do. Moreover, since it is not necessary to perform etching on the substrate, the degree of freedom in selecting the material for the substrate can be further expanded. Further, since it is not necessary to perform etching for forming a through hole on the substrate, the manufacturing time can be greatly shortened as compared with the conventional case.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1による強誘電体素子の構成を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a ferroelectric element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の強誘電体素子の製造工程を示す工程別断
面図である。
2A to 2D are cross-sectional views showing a manufacturing process of the ferroelectric element of FIG.

【図3】図1の強誘電体素子の製造工程を示す工程別平
面図である。
FIG. 3 is a plan view for each step showing the manufacturing process of the ferroelectric element of FIG.

【図4】本発明の実施例1〜4で使用したプラズマ励起
MO−CVD装置の構成を示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a plasma enhanced MO-CVD apparatus used in Examples 1 to 4 of the present invention.

【図5】本発明の実施例1による強誘電体素子のステン
レス金属基板上に(100)面に結晶が優先配向したM
gO薄膜,Pt薄膜,及びPb0.9La0.1Ti0.975O3
からなる強誘電体膜がこの順に形成されてなる試料のX
線回折パターンである。
FIG. 5 is a diagram showing a ferroelectric element according to Example 1 of the present invention in which a crystal is preferentially oriented on a (100) plane on a stainless steel metal substrate M.
gO thin film, Pt thin film, and Pb0.9La0.1Ti0.975O3
X of a sample in which a ferroelectric film made of is formed in this order
It is a line diffraction pattern.

【図6】本発明の実施例による強誘電体素子の構成ゐ示
す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a ferroelectric element according to an example of the present invention.

【図7】図6の強誘電体素子の製造工程を示す工程別断
面図である。
7A to 7C are cross-sectional views for each process showing the manufacturing process of the ferroelectric element of FIG.

【図8】図6の強誘電体素子の製造工程を示す工程別平
面図である。
FIG. 8 is a plan view for each step showing the manufacturing process of the ferroelectric element of FIG.

【図9】従来の強誘電体素子の構成を示す断面斜視図で
ある。
FIG. 9 is a sectional perspective view showing a configuration of a conventional ferroelectric element.

【図10】従来の強誘電体素子(赤外線検出器)の構成
を示す断面斜視図である。
FIG. 10 is a sectional perspective view showing a structure of a conventional ferroelectric element (infrared detector).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41 反応チャンバー 42 電極 43 排気系 45 高周波電源 46 気化器 47 キャリアガスボンベ 48 反応ガスボンベ 49 基板加熱ヒーター 101 ステンレス金属基板 102 MgO薄膜 103 下部電極 104 Pb0.9La0.1Ti0.9753からなる強誘電体
膜 105 エッチングホール 106 樹脂層 107 樹脂層(裏面) 108 上部電極 109 上部電極用樹脂層 110 空隙層 601 結晶化ガラス基板 602 NiO膜 603 下部電極 604 Pb0.9La0.1Ti0.9753からなる強誘電体
膜 605 エッチングホール 606 樹脂層 607 樹脂層(裏面) 608 上部電極 609 上部電極保護用樹脂層 610 空隙層
41 Reaction Chamber 42 Electrode 43 Exhaust System 45 High Frequency Power Supply 46 Vaporizer 47 Carrier Gas Cylinder 48 Reaction Gas Cylinder 49 Substrate Heating Heater 101 Stainless Metal Substrate 102 MgO Thin Film 103 Lower Electrode 104 Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 Ferroelectric Film 105 Etching hole 106 Resin layer 107 Resin layer (rear surface) 108 Upper electrode 109 Upper electrode resin layer 110 Void layer 601 Crystallized glass substrate 602 NiO film 603 Lower electrode 604 Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3 ferroelectric film 605 Etching hole 606 Resin layer 607 Resin layer (back surface) 608 Upper electrode 609 Upper electrode protection resin layer 610 Void layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23F 1/00 G01J 1/02 Y 4/00 G01L 1/16 G01J 1/02 H01L 29/84 A G01L 1/16 37/02 H01L 21/3065 C04B 35/46 H 29/84 35/49 Z 37/02 H01L 21/302 J 41/08 41/08 Z 41/187 41/18 101D 41/22 41/22 Z 41/24 A (72)発明者 友澤 淳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location C23F 1/00 G01J 1/02 Y 4/00 G01L 1/16 G01J 1/02 H01L 29/84 A G01L 1/16 37/02 H01L 21/3065 C04B 35/46 H 29/84 35/49 Z 37/02 H01L 21/302 J 41/08 41/08 Z 41/187 41/18 101D 41/22 41 / 22 Z 41/24 A (72) Inventor Jun Tomozawa At 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上にその第1の領域に第1の電極層
が接合し、その第2の領域に第2の電極層が接合した強
誘電体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記
基板表面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層
表面の所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとし
て形成されており、前記基板の上層部の前記島状パター
ンの直下に位置する領域に前記島状パターンよりも若干
大きい面積の空隙層が形成されていることを特徴とする
強誘電体素子。
1. A ferroelectric element comprising a ferroelectric film having a first electrode layer bonded to its first region and a second electrode layer bonded to its second region on a substrate. In, the metal oxide layer is formed on the surface of the substrate, the ferroelectric film is formed as an island pattern in a predetermined region of the surface of the metal oxide layer, and the island pattern of the upper layer portion of the substrate. 2. A ferroelectric element, characterized in that a void layer having an area slightly larger than that of the island-shaped pattern is formed in a region located directly under the ferroelectric element.
【請求項2】 基板上にその第1の領域に第1の電極層
が接合し、その第2の領域に第2の電極層が接合した強
誘電体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記
基板表面に金属酸化物層が形成され、当該金属酸化物層
表面の所定領域に前記強誘電体膜が島状のパターンとし
て形成されており、前記金属酸化物層の前記島状パター
ンの直下に位置する領域に当該島状パターンよりも若干
大きい面積の空隙層が形成されていることを特徴とする
強誘電体素子。
2. A ferroelectric device comprising a substrate, and a ferroelectric film having a first electrode layer bonded to a first region thereof and a second electrode layer bonded to a second region thereof. In, the metal oxide layer is formed on the substrate surface, the ferroelectric film is formed as an island-shaped pattern in a predetermined region of the metal oxide layer surface, and the island-shaped pattern of the metal oxide layer. A ferroelectric element having a void layer having an area slightly larger than that of the island-shaped pattern formed in a region immediately below the ferroelectric element.
【請求項3】 基板上にその第1の領域に第1の電極層
が接合し、その第2の領域に第2の電極層が接合した強
誘電体膜が設けられてなる強誘電体素子において、前記
基板表面に(100)面に結晶が優先配向したNaCl
型結晶構造からなる金属酸化物層が形成され、当該金属
酸化物層表面に前記強誘電体膜が形成されていることを
特徴とする強誘電体素子。
3. A ferroelectric element comprising a substrate, and a ferroelectric film in which a first electrode layer is bonded to a first region of the substrate and a second electrode layer is bonded to a second region of the substrate. In the above-mentioned substrate surface, NaCl in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane
A ferroelectric element, wherein a metal oxide layer having a type crystal structure is formed, and the ferroelectric film is formed on the surface of the metal oxide layer.
【請求項4】 前記強誘電体膜は前記金属酸化物層表面
の所定領域に島状のパターンとして形成されたものであ
り、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置
する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層が形成されている請求項3に記載の強誘電体素子。
4. The ferroelectric film is formed as an island-shaped pattern in a predetermined region on the surface of the metal oxide layer, and is formed in a region located immediately below the island-shaped pattern in the upper layer portion of the substrate. The ferroelectric element according to claim 3, wherein a void layer having an area slightly larger than that of the island pattern is formed.
【請求項5】 前記強誘電体膜は前記金属酸化物層表面
の所定領域に島状のパターンとして形成されたものであ
り、前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置
する領域に当該島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層が形成されている請求項3に記載の強誘電体素子。
5. The ferroelectric film is formed as an island-shaped pattern in a predetermined region of the surface of the metal oxide layer, and is formed in a region located directly below the island-shaped pattern of the metal oxide layer. The ferroelectric device according to claim 3, wherein a void layer having an area slightly larger than the island pattern is formed.
【請求項6】 前記強誘電体薄膜が、PbxLayTiz
Zrw3 で表され、下記の(a),(b),(C)のいずれかの組
成を有するチタン酸鉛系強誘電体 からなる請求項3に
記載の強誘電体素子。 (a) 0.7≦x≦1, x+y=1, 0.925≦z≦1, W=0 (b) x=1, y=0, 0.45≦z<1, z+w=1 (c) 0.75≦x<1, x+y=1, 0.5≦z<1, z+w=1
6. The ferroelectric thin film is Pb x La y Ti z.
The ferroelectric element according to claim 3, comprising a lead titanate-based ferroelectric having the composition of any one of (a), (b), and (C) below, which is represented by Zr w O 3 . (a) 0.7 ≦ x ≦ 1, x + y = 1, 0.925 ≦ z ≦ 1, W = 0 (b) x = 1, y = 0, 0.45 ≦ z <1, z + w = 1 (c ) 0.75 ≦ x <1, x + y = 1, 0.5 ≦ z <1, z + w = 1
【請求項7】 前記金属酸化物層がLiがド−プされた
NiO層であり、当該金属酸化物層が前記第1の電極層
または前記第2の電極層として使用されている請求項1
〜3のいずれかに記載の強誘電体素子。
7. The metal oxide layer is a Li-doped NiO layer, and the metal oxide layer is used as the first electrode layer or the second electrode layer.
4. The ferroelectric element according to any one of 3 to 3.
【請求項8】 基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記金属酸化物層および第1の電極層の前記島状パ
ターンの周辺領域に前記基板表面にまで達するエッチン
グ用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に
第2の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開
口を通して前記基板に等方性エッチングを施して、前記
基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置する領域
に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形
成することを特徴とする強誘電体素子の製造方法。
8. A metal oxide layer is formed on a substrate, a first electrode layer and a ferroelectric film are formed in this order on the metal oxide layer, and the ferroelectric film is patterned to form the first electrode layer and the ferroelectric film. 1
After leaving an island-shaped pattern only in a predetermined region of the electrode layer surface of, an etching opening reaching the surface of the substrate is formed in a peripheral region of the island-shaped pattern of the metal oxide layer and the first electrode layer, Next, a second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and then the substrate is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped pattern of the upper layer portion of the substrate. A method of manufacturing a ferroelectric element, characterized in that a void layer having an area slightly larger than that of the island pattern is formed in a region located immediately below.
【請求項9】 基板上に金属酸化物層を形成し、前記金
属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体膜をこの順
に形成し、前記強誘電体膜をパターニングして前記第1
の電極層表面の所定領域のみに島状パターンを残した
後、前記第1の電極層の前記島状パターンの周辺領域に
前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング用開口を
形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第2の電極
層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口を通して
前記金属酸化物層に等方性エッチングを施して、前記金
属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置する領域に
前記島状パターンよりも若干大きい面積の空隙層を形成
することを特徴とする強誘電体素子の製造方法。
9. A metal oxide layer is formed on a substrate, a first electrode layer and a ferroelectric film are formed in this order on the metal oxide layer, and the ferroelectric film is patterned to form the first electrode layer and the ferroelectric film. 1
After leaving the island-shaped pattern only in a predetermined region of the electrode layer surface of, the etching opening reaching the surface of the metal oxide layer is formed in the peripheral region of the island-shaped pattern of the first electrode layer. A second electrode layer is selectively formed on the island-shaped pattern, and then the metal oxide layer is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped pattern of the metal oxide layer. A method of manufacturing a ferroelectric element, characterized in that a void layer having an area slightly larger than the island-shaped pattern is formed in a region located immediately below.
【請求項10】 基板上に高周波マグネトロンスパッタ
法あるいは有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ
励起MO−CVD法により(100)面に結晶が優先配
向したNaCl型結晶構造からなる金属酸化物層を形成
し、前記金属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体
膜をこの順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングし
て前記第1の電極層表面の所定領域のみに島状パターン
を残した後、前記金属酸化物層および第1の電極層の前
記島状パターンの周辺領域に前記基板表面にまで達する
エッチング用開口を形成し、次に前記島状パターン上に
選択的に第2の電極層を形成し、しかる後、前記エッチ
ング用開口を通して前記基板に等方性エッチングを施し
て、前記基板の上層部の前記島状パターンの直下に位置
する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層を形成することを特徴とする強誘電体素子の製造方
法。
10. A metal oxide layer having a NaCl-type crystal structure in which crystals are preferentially oriented on a (100) plane by a high frequency magnetron sputtering method or a plasmon excitation MO-CVD method using an organometallic complex as a source gas on a substrate. And forming a first electrode layer and a ferroelectric film on the metal oxide layer in this order, and patterning the ferroelectric film to form an island pattern only in a predetermined region on the surface of the first electrode layer. Of the metal oxide layer and the first electrode layer, an opening for etching reaching the surface of the substrate is formed in a peripheral region of the island-shaped pattern, and then a selective opening is formed on the island-shaped pattern. Second electrode layer is formed, and then the substrate is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped region in a region located immediately below the island-shaped pattern in the upper layer portion of the substrate. A method of manufacturing a ferroelectric element, comprising forming a void layer having an area slightly larger than a pattern.
【請求項11】 基板上に高周波マグネトロンスパッタ
法あるいは有機金属錯体を原料ガスとして用いたプラズ
励起MO−CVD法により(100)面に結晶が優先配
向したNaCl型結晶構造からなる金属酸化物層を形成
し、前記金属酸化物層上に第1の電極層および強誘電体
膜をこの順に形成し、前記強誘電体膜をパターニングし
て前記第1の電極層表面の所定領域のみに島状パターン
を残した後、前記第1の電極層の前記島状パターンの周
辺領域に前記金属酸化物層表面にまで達するエッチング
用開口を形成し、次に前記島状パターン上に選択的に第
2の電極層を形成し、しかる後、前記エッチング用開口
を通して前記金属酸化物層に等方性エッチングを施し
て、前記金属酸化物層の前記島状パターンの直下に位置
する領域に前記島状パターンよりも若干大きい面積の空
隙層を形成することを特徴とする強誘電体素子の製造方
法。
11. A metal oxide layer having a NaCl-type crystal structure in which crystals are preferentially oriented on the (100) plane is formed on a substrate by a high frequency magnetron sputtering method or a plasmon excitation MO-CVD method using an organic metal complex as a source gas. And forming a first electrode layer and a ferroelectric film on the metal oxide layer in this order, and patterning the ferroelectric film to form an island pattern only in a predetermined region on the surface of the first electrode layer. Of the first electrode layer, an etching opening reaching the surface of the metal oxide layer is formed in a peripheral region of the island-shaped pattern of the first electrode layer, and then a second opening is selectively formed on the island-shaped pattern. An electrode layer is formed, and then, the metal oxide layer is isotropically etched through the etching opening to form the island-shaped pattern in a region located directly below the island-shaped pattern of the metal oxide layer. A method of manufacturing a ferroelectric element, comprising forming a void layer having an area slightly larger than a turn.
【請求項12】 前記強誘電体膜のパターニング時、前
記島状パターンがその中央部に貫通孔を有するものとな
るようパターニングを行うとともに、前記エッチング用
開口の形成時、前記エッチング用開口とは別に、前記島
状パターンの前記貫通孔の底部から前記基板または前記
金属酸化物層の表面に達するエッチング用開口を形成
し、このエッチング用開口と前記エッチング用開口の双
方を通して前記等方性エッチングを行う請求項8〜11
のいずれかに記載の強誘電体素子の製造方法。
12. When patterning the ferroelectric film, patterning is performed so that the island-shaped pattern has a through hole in the center thereof, and when the etching opening is formed, the etching opening is Separately, an etching opening reaching from the bottom of the through hole of the island pattern to the surface of the substrate or the metal oxide layer is formed, and the isotropic etching is performed through both the etching opening and the etching opening. Claims 8 to 11
7. A method for manufacturing a ferroelectric element according to any one of 1.
【請求項13】 前記金属酸化物層がNiO層であり、
当該NiO層を酸素過剰雰囲気で成膜する請求項8〜1
1のいずれかに記載の強誘電体素子の製造方法。
13. The metal oxide layer is a NiO layer,
The NiO layer is formed in an oxygen excess atmosphere.
1. The method for manufacturing a ferroelectric element according to any one of 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011132636A1 (en) 2010-04-21 2011-10-27 パナソニック電工株式会社 Ferroelectric device

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