強誘電体薄膜の製造方法
【課題】 電気泳動堆積法を用い、強誘電体微粒子の分極方向を揃えて基板上に堆積することによって強誘電体薄膜を形成する。この際に、基板内に形成された電子素子の破壊等の損傷を軽減する。
【解決手段】 強誘電体薄膜の製造方法は、基板１０５が入れられた液体１０３ａと、強誘電体微粒子１０４ｂが分散された分散液１０４ａとを、強誘電体微粒子１０４ｂが分散液１０４ａから液体１０３ａに対して拡散することができるように配置する工程と、分散液１０４ａ中の強誘電体微粒子１０４ｂの周囲に電界を形成して分散液１０４ａ中の強誘電体微粒子１０４ｂを基板１０５に向けて泳動させることにより、基板１０５上に強誘電体微粒子１０４ｂを堆積させる工程とを備え、基板１０５は、分散液１０４ａから所定の距離以上離して配置されるようになっている。
【解決手段】 強誘電体薄膜の製造方法は、基板１０５が入れられた液体１０３ａと、強誘電体微粒子１０４ｂが分散された分散液１０４ａとを、強誘電体微粒子１０４ｂが分散液１０４ａから液体１０３ａに対して拡散することができるように配置する工程と、分散液１０４ａ中の強誘電体微粒子１０４ｂの周囲に電界を形成して分散液１０４ａ中の強誘電体微粒子１０４ｂを基板１０５に向けて泳動させることにより、基板１０５上に強誘電体微粒子１０４ｂを堆積させる工程とを備え、基板１０５は、分散液１０４ａから所定の距離以上離して配置されるようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体メモリに用いられる強誘電体薄膜の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、強誘電体メモリの一部として、強誘電体薄膜が使用されている。このような強誘電体薄膜を形成するためには、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）又はスピンコート法等が利用されている。これらの方法を用いる場合、強誘電体を結晶化させるために、高温の熱処理が必要である。
【０００３】
これに対し、強誘電体薄膜を製造するための新たな技術として、電気泳動堆積法が注目され始めている（例えば、特許文献１を参照）。これは、次のような方法である。
【０００４】
溶媒中に粒子を分散させておき、該溶媒に２つの電極を入れる。２つの電極の間に直流電圧を印加すると、溶媒中に分散された粒子が正極又は負極のうちのいずれかの電極に向かって泳動する。このようにして電極に到達した粒子は電極上に堆積するため、この現象を利用する方法によって成膜を行なうことができる。
【０００５】
以上のような電気泳動堆積法によって強誘電体薄膜を形成する場合、分散する強誘電体微粒子を予め結晶化しておくことにより、結晶化された強誘電体微粒子によって膜を形成することができる。このため、強誘電体を結晶化させるための高温の熱処理が不要となり、強誘電体膜よりも下層にあるトランジスタの特性を安定させることができる。また、理論上、強誘電体薄膜の面積を粒子一個の大きさにまで小さくすることが可能であるから、数ナノメートル四方の大きさを有する強誘電体薄膜を形成することも可能である。
【０００６】
これまでに、電気泳動堆積法を利用した強誘電体メモリの製造方法は、特許文献１に開示されている。電気泳動堆積法を強誘電体メモリの製造プロセスに用いることによって、製造プロセスの低温化、セル面積の微細化及び高Ｐｒ化（高残留分極特性化）を一度に達成できると考えられている。
【特許文献１】特開２００２−２０８２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
分極特性に優れた強誘電体メモリを製造するためには、該強誘電体メモリを構成する強誘電体薄膜において、各強誘電体微粒子の分極の発現が最大となる結晶軸方向（以下、分極方向と略すこともある）が同一の方向に揃っていることが望ましい。しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、分極方向を揃えて強誘電体微粒子を基板上に配置させる具体的な手法は示されていない。
【０００８】
また、従来の電気泳動堆積法においては、強誘電体微粒子を堆積させる基板に直接電圧源を接続していた。このため、電気泳動を行なう際に、基板表面の電気化学的酸化及び基板内部の電子素子の破壊等の損傷が生じてしまうことがある。
【０００９】
以上の課題に鑑みて、本発明は、電気泳動堆積法によって、分極特性に優れた強誘電体薄膜を製造する方法を提供することを目的とする。また、電気泳動堆積法を用いて、損傷を軽減しながら強誘電体薄膜を製造する方法を提供し、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の強誘電体薄膜の製造方法は、基板が入れられた液体と、強誘電体微粒子が分散された分散液とを、強誘電体微粒子が分散液から液体に対して拡散することができるように配置する工程と、分散液中の強誘電体微粒子の周囲に電界を形成して分散液中の強誘電体微粒子を基板に向けて泳動させることにより、基板上に強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備え、基板は、分散液から所定の距離以上離して配置される。
【００１１】
第１の強誘電体薄膜の製造方法によると、強誘電体微粒子が分散された分散液に対して基板が所定の距離以上離して配置されているため、強誘電体微粒子は分極方向が揃った後に基板に堆積される。このため、分極方向の揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【００１２】
このことについて、以下に更に説明する。
【００１３】
分散液中において、強誘電体微粒子には分極が発現し、表面における電荷分布が不均一になっている。このような強誘電体微粒子の周囲に電界が形成されると、強誘電体微粒子の表面において、正の電荷が大きい部分には負の電界方向に向かう力が働くと共に、負の電荷が大きい部分には正の電界方向に向かう力が働く。このため、強誘電体微粒子の分極方向は電界方向と平行になる。
【００１４】
このように分極方向が電界方向と平行になった強誘電体微粒子を電気泳動によって移動させ、基板上に堆積させると、分極方向が揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【００１５】
ここで、基板を分散液から所定の距離以上離して配置した状態において電界を形成し、電気泳動を開始する。このことにより、強誘電体微粒子の分極方向が電界方向に揃うまでに必要な時間に比べて、強誘電体微粒子が基板まで泳動して堆積するために必要な時間を長くすることができる。このため、基板に堆積される強誘電体微粒子の分極方向を電界方向に十分に揃えることができる。この結果、分極方向が高度に揃っており、高い分極特性を有する強誘電体薄膜を製造することができる。
【００１６】
前記の目的を達成するため、本発明の第２の強誘電体薄膜の製造方法は、一対の電極の間に、強誘電体微粒子が分散され且つ基板が入れられた分散液を配置する工程と、一対の電極の間に電界を形成して強誘電体微粒子を泳動させることにより、基板上に強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備える。
【００１７】
第２の強誘電体薄膜の製造方法によると、基板の両側に配置した電極を用いて電界を形成しており、基板には直接に電圧源を接続しないようになっている。このため、基板に負担をかけることなく分散液中の強誘電体微粒子を基板に堆積させることができる。このことから、基板表面の電気化学的酸化及び基板内部の電子素子の破壊等の損傷を軽減することができる。以上の結果、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【００１８】
前記の目的を達成するために、本発明の第３の強誘電体薄膜の製造方法は、基板及び第１の電極が入れられた液体と、第２の電極が入れられ且つ強誘電体微粒子が分散された分散液とを、強誘電体微粒子が分散液から液体に対して拡散することができるように配置する工程と、第１の電極と第２の電極との間に電界を形成して分散液中の強誘電体微粒子を基板に向けて泳動させることにより、基板上に強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備え、基板は、第１の電極と第２の電極との間に、分散液から所定の距離以上離して配置される。
【００１９】
第３の強誘電体薄膜の製造方法によると、第１の強誘電体薄膜の製造方法の効果と第２の強誘電体薄膜の製造方法の効果とを共に実現することができる。
【００２０】
つまり、第１の強誘電体薄膜の製造方法と同様に、基板を分散液から所定の距離以上離して配置した状態において電界を形成し、電気泳動を開始することから、十分に分極方向の揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【００２１】
これと共に、第２の強誘電体薄膜の製造方法と同様に、基板の両側に配置した電極を用いて電界を形成しており、基板には直接に電圧源を接続しないようになっている。このため、基板表面の電気化学的酸化及び基板内部の電子素子の破壊等の損傷を軽減することができ、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【００２２】
尚、基板を配置する際に分散液から離す所定の距離は、泳動によって強誘電体微粒子が基板に到達するより前に、強誘電体微粒子の分極方向が電界の方向に揃うことができる距離であることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、基板に堆積する強誘電体薄膜の分極方向を確実に揃えることができる。
【００２４】
また、液体及び分散液は、仕切りを介して配置されると共に、仕切りは、分散液から液体に対して強誘電体微粒子を拡散させることができるようになっていることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、液体中であり且つ分散液から所定の距離以上離して基板を配置すると共に、分散液から液体に対して強誘電体微粒子を拡散することが確実にできる。
【００２６】
仕切りとしては、具体的には、機械的に動作して液体と分散液とを接触させることができるシャッターを備えていても良い。また、多孔質体、半透膜又はフィルター等、強誘電体微粒子が通過して分散液から液体に拡散できる材料によって形成された仕切りであっても良い。
【００２７】
また、強誘電体微粒子を堆積させる工程の前に、強誘電体微粒子に対して抗電界以上の電界を印加することにより、強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させる工程を更に備えることが好ましい。
【００２８】
このように、予め強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加して該強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させておくことにより、強誘電体粒子の周囲に電界を形成した際に、電界方向と平行に強誘電体微粒子の分極方向を揃えることが容易になる。このため、電気泳動堆積法によって基板上に堆積される強誘電体微粒子の分極方向が精度良く揃うようになる。
【００２９】
ここで、抗電界とは、強誘電体微粒子の分極を反転させるために必要な最低限の電界のことである。
【００３０】
前記の目的を達成するため、本発明の第４の強誘電体薄膜の製造方法は、強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加することにより、強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させる工程と、強誘電体微粒子を溶媒に分散して分散液とし、分散液中に基板を配置する工程と、少なくとも強誘電体微粒子の周囲に電界を形成して強誘電体微粒子を泳動させることにより、基板上に強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備える。
【００３１】
第４の強誘電体薄膜の製造方法によると、予め強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加して該強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起する。これにより、電界方向と平行に強誘電体微粒子の分極方向を揃えることが容易になる。このため、電気泳動堆積法によって基板上に堆積される強誘電体微粒子の分極方向が精度良く揃うようになる。
【００３２】
また、基板の表面の少なくとも一部には、金属又は導電性酸化物からなる層が形成されていることが好ましい。
【００３３】
このようにすると、金属又は導電性酸化物がシールドとして作用し、基板表面の酸化及び基板内部の電子素子の破壊等の損傷を軽減することができる。このため、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することが確実にできる。
【００３４】
特に、基板の全表面に金属又は導電性酸化物が形成されていると、シールドとしての作用が大きくなるため、基板表面の酸化及び基板内部の電子素子の破壊を防ぐ効果が大きくなる。
【００３５】
また、基板の表面には、パターニングされており且つ金属又は導電性酸化物が形成されていることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、パターニングされた金属又は導電性酸化物表面のみに強誘電体微粒子を配置させることができる。
【００３７】
また、強誘電体微粒子を堆積させる工程において、強誘電体微粒子がブラウン運動によって単位時間あたりに移動する距離よりも、強誘電体微粒子が前記電界によって単位時間あたりに泳動する距離の方が大きくなるような大きさの電界を形成することが好ましい。
【００３８】
このようにすると、分極方向が電界方向と平行に十分揃った状態の強誘電体微粒子が基板上に堆積する。このため、分極方向が高度に揃っており、高い分極特性を有する強誘電体薄膜を製造することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の強誘電体薄膜の製造方法によると、電気泳動堆積法によって、分極特性に優れた強誘電体薄膜を製造することができる。また、基板内に形成されている電子素子の破壊等の損傷を軽減することができるため、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
具体的には、表面にＰｔがコートされ、導電体部分を有していると共に内部に電子素子を有する基板上に、強誘電体微粒子を堆積させる方法である。
【００４２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明する図であり、製造に使用する電気泳動堆積装置１００の構成を示している。
【００４３】
電気泳動堆積装置１００は、容器１０１が仕切り１０２によって液体槽１０３と分散液槽１０４とに分離された構成となっている。
【００４４】
液体槽１０３には液体１０３ａが入れられていると共に、分散液槽１０４には分散液１０４ａが入れられている。ここで、分散液１０４ａは、強誘電体粒子１０４ｂが溶媒１０４ｃに分散されたものである。
【００４５】
また、液体１０３ａ中には基板１０５が配置されていると共に、分散液１０４ａ中には電極１０６が配置されている。ここで、基板１０５は、仕切り１０２から所定の距離を離して配置されており、このため、分散液１０４ａからも所定の距離だけ離して配置されていることになる。
【００４６】
また、基板１０５の導電体部分と電極１０６とには、直流電圧源１０７が接続され、基板１０５と電極１０６との間に電圧を印加することができるようになっている。
【００４７】
ここで、基板１０５としては、表面がＰｔによってコートされた半導体基板を用いる。Ｐｔによるコートはシールドとして作用するので、基板１０５表面の酸化及び基板１０５内部に形成された電子素子の破壊等の損傷を防ぐことができる。このため、Ｐｔによるコートを行なうことにより、高い信頼性を有する強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【００４８】
また、電極１０６としては炭素電極を用いる。液体１０３ａとしては、アセトンを用いる。強誘電体微粒子１０４ｂとしては、直径約１０ｎｍのストロンチウム・ビスマス・タンタレート（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9 、以下ＳＢＴと表記する）粒子を用いる。分散液１０４ａは、強誘電体微粒子１０４ｂが溶媒１０４ｃとしてのアセトン中に１ｇ／Ｌの濃度で単分散している液体である。但し、これらはいずれも具体例であって、これらに限定するものではない。
【００４９】
尚、粒子が液体に対して単分散しているとは、粒子同士が凝集することなく個々に単独で液体中に分散していることをいう。
【００５０】
また、仕切り１０２としては、分散液槽１０４中に入れられている分散液１０４ａから液体槽１０３中に入れられている液体１０３ａに対して強誘電体微粒子１０４ｂが拡散させることができるようになっている。本実施形態においては、仕切り１０２は、機械的動作によって開閉することのできるシャッターを有している。この他には、強誘電体微粒子１０４ｂが透過可能な多孔質体、半透膜又はフィルター等を仕切り１０２として用いて用いることもできる。
【００５１】
また、仕切り１０２から基板１０５までの距離及び仕切り１０２から電極１０６までの距離は、いずれも０．５ｃｍとしている。つまり、仕切り１０２の厚さを考えないことにすると、基板１０５と分散液１０４ａとの間の所定の距離は０．５ｃｍとなっている。但し、以上のような寸法は一例であり、これに限るものではなく、電気泳動によって強誘電体微粒子１０４ｂが基板１０５に堆積される前に、強誘電体微粒子１０４ｂの分極方向が電界方向に揃うことができるような距離であれば良い。
【００５２】
次に、以上のような電気泳動堆積装置１００を用いる強誘電体薄膜の製造方法について、図２に示したフローチャートを参照しながら説明する。
【００５３】
まず、第１のステップＳ１０１において、液体槽１０３に液体１０３ａを入れると共に、分散液槽１０４に分散液１０４ａを入れる。
【００５４】
次に、第２のステップ１０２において、液体１０３ａ中に基板１０５を配置すると共に、分散液１０４ａ中に電極１０６と配置する。このとき、基板１０５は分散液１０４ａから所定の距離だけ離れた位置に配置する。
【００５５】
次に、第３のステップ１０３において、仕切り１０２を動作して液体１０３ａと分散液１０４ａとを接触させる。これにより、分散液１０４ａ中の強誘電体微粒子１０４ｂを液体１０３ａに対して拡散することができるようになる。
【００５６】
次に、第４のステップ１０４において、基板１０５の表面にコートされているＰｔと電極１０６とに対し、直流電圧源１０７によって５０Ｖの直流電圧を印加する。このようにすると、基板１０５と電極１０６との間に電界が形成されるため、強誘電体微粒子１０４ｂが電気泳動によって移動し、基板１０５上に堆積する。
【００５７】
この後、例えば１０秒が経過した時点で直流電圧の印加を停止する。
【００５８】
以上のような、本実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法によると、分極方向が揃った強誘電体薄膜を製造することができる。この理由を以下に説明する。
【００５９】
分散液１０４ａ中において、強誘電体微粒子１０４ｂには分極が発現しているが、表面の電荷分布は一様ではない。このような強誘電体微粒子１０４ｂの周囲に電界を形成すると、強誘電体微粒子１０４ｂの表面において、正の電荷密度が高い部分には負の電界方向へ向く力が働き、負の電荷密度が高い部分には正の電界方向へ向く力が働く。このような力により、強誘電体微粒子１０４ｂの分極方向は、形成されている電界の電界方向と平行になる。
【００６０】
このようにして分極方向が電界方向と平行になった強誘電体微粒子１０４ｂを電気泳動によって移動させ、基板１０５上に堆積させることにより、分極方向が揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【００６１】
ここで、基板１０５は、当初は分散液１０４ａから所定の距離（本実施形態においては０．５ｃｍ）だけ離れた位置に配置されている。そして、このような状態において直流電圧の印加を開始し、強誘電体微粒子１０４ｂの電気泳動を行なう。このことから、強誘電体微粒子１０４ｂの分極方向が電界方向と平行に揃うために必要な時間よりも、強誘電体微粒子１０４ｂが電気泳動によって基板１０５の表面上に堆積するまでに必要とする時間（泳動時間）を長くすることができる。
【００６２】
このことから、基板１０５上に強誘電体微粒子１０４ｂが堆積する際には、強誘電体微粒子１０４ｂの分極方向は十分に揃っている。この結果として、分極方向が高度に揃っており、高い分極特性を有する強誘電体薄膜を製造することができる。
【００６３】
尚、第１のステップＳ１０１と第２のステップＳ１０２とは、逆の順序で行なっても良い。つまり、第２のステップＳ１０２の後に第１のステップＳ１０１を行なっても良い。この場合、液体槽１０３中に基板１０５を配置すると共に分散液槽１０４中に電極を配置した後、液体槽１０３に液体１０３ａを入れると共に分散液槽１０４に分散液１０４ａを入れる。また、第１のステップＳ１０１と第２のステップＳ１０２とを同時に行なっても良い。
【００６４】
また、仕切り１０２として多孔質体、半透膜又はフィルター等を用いた場合、強誘電体微粒子１０４ｂは分散液１０４ａから液体１０３ａに分散することが当初から可能である。この場合、第３のステップ１０３は個別には行なわなくても良い。
【００６５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００６６】
具体的には、パターニングされた電極部が表面に露出し且つ内部に電子素子を有する基板上に、強誘電体微粒子を堆積させる方法である。
【００６７】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明する図であり、製造に使用する電気泳動堆積装置２００の構成を示している。
【００６８】
電気泳動堆積装置２００は容器２０１を備えており、容器２０１には分散液２０１ａが入れられている。ここで、分散液２０１ａは、強誘電体微粒子２０１ｂが溶媒２０１ｃに分散されたものである。
【００６９】
また、分散液２０２ａ中には、第１の電極２０２ａ及び第２の電極２０２ｂから構成される一対の電極２０２が配置されていると共に、一対の電極２０２の間に基板２０３が配置されている。
【００７０】
また、第１の電極２０２ａ及び第２の電極２０２ｂに対し、直流電圧源２０４が接続されている。
【００７１】
ここで、基板２０３としては、パターニングされた電極部（図示省略）が表面に露出している半導体基板を用いる。また、一対の電極２０２としては、いずれも炭素電極を用いる。また、強誘電体微粒子２０１ｂとしては、例えば直径約１０ｎｍのビスマス・ランタン・チタン（Ｂｉ3.25Ｌａ0.75Ｔｉ3 Ｏ12、以下ＢＬＴと表記する）粒子を用いる。分散液２０１ａは、強誘電体微粒子２０１ｂが溶媒２０１ｃとしてのアセトン中に１ｇ／Ｌの濃度で単分散している液体である。但し、これらはいずれも具体例であって、これらに限定するものではない。
【００７２】
また、第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂとの間の距離は５ｃｍであり、基板２０３は第２の電極２０２ａから１ｃｍの距離に配置されている。但し、以上のような寸法は一例であり、これに限るものではない。また、基板２０３は、パターニングされた電極部の露出する表面側が第２の電極２０２ｂに向くように配置されている。
【００７３】
ここで、電気泳動を行なう際、強誘電体微粒子２０１ｂは第２の電極２０２ｂから第１の電極２０２ａに向かう方向に泳動する。
【００７４】
次に、以上のような電気泳動堆積装置２００を用いる強誘電体薄膜の製造方法について、図４に示したフローチャートを参照しながら説明する。
【００７５】
まず、第１のステップＳ２０１において、電気泳動堆積装置２００が備える容器２０１に、分散液２０１ａを入れる。
【００７６】
次に、第２のステップＳ２０２において、分散液２０１ａ中に、第１の電極２０２ａ及び第２の電極２０２ｂから構成される一対の電極２０２を配置すると共に、一対の電極２０２の間に基板２０３を配置する。
【００７７】
次に、第３のステップＳ２０３において、直流電圧源２０４を用いて第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂとの間に２５０Ｖの直流電圧を印加する。このようにすると、強誘電体微粒子２０１ｂの周囲に電界が形成されるため、強誘電体微粒子２０１ｂは電気泳動によって移動する。この結果、強誘電体微粒子２０１ｂは、基板２０３の表面にパターニングされた電極部に対して堆積する。
【００７８】
この後、例えば１０秒が経過した時点で直流電圧の印加を停止する。
【００７９】
以上のような、本実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法によると、基板２０３表面の電気化学的酸化及び基板２０３内部に形成されている電子素子の破壊を防ぐことができる。これは、次のような理由による。
【００８０】
本実施形態によると、第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂからなる一対の電極２０２の間に基板２０３を配置しており、一対の電極２０２を用いて電界を形成することによって強誘電体微粒子２０１ｂの電気泳動及び堆積を行なう。つまり、基板２０３に対しては直流電圧が印加されることがないため、基板２０３に負担をかけることなく強誘電体微粒子２０１ｂを基板２０３に対して堆積させることができる。
【００８１】
このようにして、基板２０３表面の電気化学的酸化及び基板２０３内部に形成されている電子素子の破壊を防ぎながら、強誘電体薄膜を製造することができる。このため、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【００８２】
尚、第１のステップＳ２０１は、第２のステップＳ２０２の後に行なっても良い。つまり、容器２０１に一対の電極２０２と基板２０３を配置した後に、分散液２０１ａを容器２０１に入れても良い。
【００８３】
また、本実施形態において、一対の電極２０２は容器２０１の内部に設置しているが、これに代えて、容器２０１の外に容器２０１を挟むように設置することもできる。
【００８４】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法について、図面を参照して説明する。
【００８５】
具体的には、パターニングされた電極部が表面に露出し且つ内部に電子素子を有する基板上に、強誘電体微粒子を堆積させる方法である。
【００８６】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明する図であり、製造に使用する電気泳動堆積装置３００の構成を示している。
【００８７】
電気泳動堆積装置３００は、容器３０１が仕切り３０２によって液体槽３０３と分散液槽３０４とに分離された構成となっている。
【００８８】
液体槽３０３には液体３０３ａ（ここでは水を用いる）が入れられていると共に、分散液槽３０４には分散液３０４ａが入れられている。ここで、分散液３０４ａは、強誘電体粒子３０４ｂが溶媒３０４ｃに分散されたものである。
【００８９】
また、液体３０３ａ中には第１の電極３０５ａ及び基板３０６が配置されていると共に、分散液３０４ａ中には第２の電極３０５ｂが配置されている。
【００９０】
ここで、第１の電極３０５ａと第２の電極３０５ｂとは、一対の電極３０５を構成する。また、基板３０６は、一対の電極３０５の間に、仕切り３０２から所定の距離を離して配置されている。基板３０６は、分散液３０４ａからも所定の距離を離して配置されていることになる。
【００９１】
また、第１の電極３０２ａ及び第２の電極３０２ｂに対し、直流電圧源３０７が接続されている。
【００９２】
ここで、基板３０６としては、パターニングされた電極部（図示省略）が表面に露出している半導体基板を用いる。また、一対の電極３０５としては、いずれも炭素電極を用いる。また、強誘電体微粒子３０４ｂとしては、例えば直径約２０ｎｍのストロンチウム・ビスマス・タンタレート（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9 ）粒子を用いる。分散液３０４ａは、強誘電体微粒子３０４ｂが溶媒３０４ｃとしての水に１ｇ／Ｌの濃度で単分散している液体である。但し、これらはいずれも具体例であって、これらに限定するものではない。
【００９３】
また、仕切り３０２としては、分散液槽３０４中に入れられている分散液３０４ａから液体槽３０３中に入れられている液体３０３ａに対して強誘電体微粒子３０４ｂが拡散させることができるようになっている。本実施形態においては、仕切り３０２は、機械的動作によって開閉することのできるシャッターを有している。この他には、強誘電体微粒子３０４ｂが透過可能な多孔質体、半透膜又はフィルター等を仕切り３０２として用いて用いることもできる。
【００９４】
また、第１の電極３０５ａと第２の電極３０５ｂとの間の距離は５ｃｍであり、第１の電極３０５ａと基板３０６との間の距離は１ｃｍである。また、仕切り３０２と基板３０６との間の距離及び仕切り３０２と第２の電極３０５ｂとの間の距離は、いずれも２ｃｍとしている。このように、基板３０６は溶液槽３０３ａ中に、仕切り３０２から距離をおいて配置されているため、分散液槽３０４に入れられている分散液３０４ａとも距離（仕切り３０２の厚さを考えないことにすると、ここでは２ｃｍ）をおいて配置されている。但し、以上のような寸法は一例であり、これに限るものではない。また、基板３０６は、パターニングされた電極部が露出する表面側が第２の電極３０５ｂの方を向くように配置されている。
【００９５】
次に、以上のような電気泳動堆積装置３００を用いる強誘電体薄膜の製造方法について、図６に示したフローチャートを参照しながら説明する。
【００９６】
まず、第１のステップＳ３０１において、液体槽３０３に液体３０３ａを入れると共に、分散液槽３０４に分散液３０４ａを入れる。
【００９７】
次に、第２のステップＳ３０２において、液体槽３０４に第１の電極３０５ａと基板３０６を配置すると共に、分散液槽３０４に、第２の電極３０５ｂを配置する。
【００９８】
次に、第３のステップ３０３において、仕切り３０２を動作して液体３０３ａと分散液３０４ａとを接触させる。これにより、分散液３０４ａ中の強誘電体微粒子３０４ｂを液体３０３ａに対して拡散することができるようになる。
【００９９】
次に、第４のステップＳ３０４において、直流電圧源３０７を用いて第１の電極３０５ａと第２の電極３０５ｂとの間に２５０Ｖの直流電圧を印加する。このようにすると、強誘電体微粒子３０４ｂの周囲に電界が形成されるため、強誘電体微粒子３０４ｂは電気泳動によって移動する。この結果、強誘電体微粒子３０４ｂは、基板３０６の表面にパターニングされた電極部に対して堆積する。
【０１００】
この後、例えば１０秒が経過した時点で直流電圧の印加を停止する。
【０１０１】
以上のような、本実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法によると、第１の実施形態の場合と同様の効果及び第２の実施形態の場合と同様の効果が共に得られる。
【０１０２】
つまり、第１の実施形態の場合と同様に、基板３０６は分散液３０４ａと所定の距離をおいて配置されている。このことから、強誘電体微粒子３０４ｂは、分極方向が電界方向と平行になった後に基板３０６の表面上に堆積する。このため、分極方向が揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【０１０３】
これに加えて、第２の実施形態の場合と同様に、一対の電極３０５によって電界を形成しており、基板３０６に対して直流電圧が印可されることがない。このため、基板３０６に負担をかけることなく強誘電体微粒子３０４ｂを基板３０６の表面上に堆積させることができる。
【０１０４】
このように、本実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法によると、分極方向が揃った強誘電体薄膜を、基板３０６表面の電気化学的酸化及び基板３０６内部に形成されている電子素子の破壊等の損傷を防ぎながら製造することができる。このため、分極特性に優れ且つ信頼性の高い強誘電体薄膜を形成することができる。
【０１０５】
尚、第１のステップＳ３０１は、第２のステップＳ３０２よりも後に行なっても良い。また、第１のステップＳ３０１と第２のステップＳ３０２とを同時に行なっても良い。
【０１０６】
また、仕切り３０２として多孔質体、半透膜又はフィルター等を用いた場合、強誘電体微粒子３０４ｂは分散液３０４ａから液体３０３ａに分散することが当初から可能である。この場合、第３のステップ３０３は行なわなくても良い。
【０１０７】
次に、分散液３０４ａの作製方法について説明する。
【０１０８】
まず、強誘電体微粒子３０４ｂを、例えば電極間隔１ｍｍの平行電極間に配置する。次に、平行電極間に１０ｋＶの電圧を印加することにより、強誘電体微粒子３０４ｂに対し、強誘電体微粒子３０４ｂの抗電界以上の電界を印加する。この処理により、強誘電体微粒子３０４ｂの表面に、偏在するように電荷を誘起することができる。電極間隔及び印加する電圧等は、強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加することができるのであれば、前記の他にも必要に応じて設定すれば良い。
【０１０９】
続いて、電荷の誘起された強誘電体微粒子３０４ｂを水である溶媒３０４ｃ中に入れ、超音波を印加することによって分散させる。このようにして、分散液３０４ａを作成することができる。
【０１１０】
尚、抗電界とは、強誘電体微粒子が分極を反転するために最低限必要とする強度の電界のことである。例えば、ＢＬＴの場合、抗電界の値は約６０ｋＶ／ｃｍである。
【０１１１】
以上のようにして作製した分散液３０４ａを用いると、表面の電荷が偏在するように誘起されているため、電界方向に分極方向を揃える効果が顕著に発揮される。この結果、基板３０６の表面上に分極方向を揃えて強誘電体微粒子３０４ｂを堆積し、強誘電体薄膜を製造することが確実にできる。
【０１１２】
尚、このような強誘電体微粒子の作製方法は、第１の実施形態における強誘電体微粒子１０４ｂ及び第２の実施形態における強誘電体微粒子２０１ｂを作製する場合にも利用可能である。更には、従来の電気泳動堆積法においても利用できる。
【０１１３】
また、第４のステップＳ３０４において印加する電界が必要とする強度は、以下のようにして決定することができる。
【０１１４】
まず、粒子のブラウン運動による単位時間あたりの粒子の移動距離Ｘ（ｍ／ｓ）は、次の（１）式によって求めることができる。
【０１１５】
Ｘ＝（ＲＴｔ／３πηａ・ＮA ）1/2 （１）
ここで、Ｒは気体定数、Ｔは温度、ｔ時間、ηは溶媒の粘度、ａは粒子の半径、ＮA はアボガドロ定数である。例えば、温度２０℃、１秒間、溶媒は水（粘度η：０．００１ｋｇ／ｍ・ｓ）、直径２０ｎｍとするとき、強誘電体微粒子３０４ｂの単位時間あたり移動距離を（１）式から次のように６．６μｍ／ｓと求めることができる。
【０１１６】
Ｘ＝（ＲＴｔ／３πηａＮA ）1/2
＝（８．３１×２９３×1／３π／０．００１／１０-8／６.０２／１０23）1/2
＝６．６×１０-2
また、溶媒中において強誘電体微粒子３０４ｂを電気泳動させた際の泳動速度ｖは、次の（２）式から求めることができる。
【０１１７】
ｖ＝２εr ・ε0 ・ζ・Ｅ／３η （２）
ここで、εr は溶媒の比誘電率、ε0 は真空の誘電率、ζはゼータ電位、Ｅは電界強度である。尚、ゼータ電位とは粒子表面の帯電の状態を表す値であり、市販のゼータ電位測定装置を用いて求めることができる。
【０１１８】
例えば、２０℃の水中において直径２０ｎｍの粒子のゼータ電位ζが５０ｍＶと測定されたとする。この場合、（１）式から求まるブラウン運動による粒子の単位時間あたりの移動距離Ｘ（ここでは、６．６μｍ／ｓ）よりも泳動速度ｖを大きくするためには、少なくとも２８５Ｖ／ｍ以上の電界強度Ｅが必要であることが（２）式から次のように求められる。
【０１１９】
ｖ＝２εr ・ε0 ・ζ・Ｅ／３η
Ｅ＝３ｖη／２εr ・ε0 ・ζ
＝（３×６．６×１０-6×０．００１／２／８．８５／１０-12 ／７８．５／０．０５）
＝２８５
尚、泳動速度ｖはブラウン運動による単位時間あたり移動距離Ｘの１０倍以上となることがより好ましい。このために、本実施形態において、電界強度Ｅは前記の２８５Ｖ／ｍの１０倍以上、例えば３ｋＶ／ｍとすることがより好ましい。本実施形態において第１の電極３０５ａと第２の電極３０５ｂとの距離は５ｃｍであるから、これらの一対の電極３０５の間に１５０Ｖ以上の電圧を印加すれば良い。但し、このような例の場合以外にも、同様の計算により、条件に応じて電界強度を決定することができる。
【０１２０】
以上のようにすることにより、ブラウン運動による移動ではなく電気泳動による移動が支配的である条件において、強誘電体微粒子３０４ｂを基板３０６に堆積することができる。この結果、分極方向が十分に電界方向に揃った強誘電体微粒子３０４ｂを基板３０６に堆積させることができ、分極方向の揃った高い分極特性を有する強誘電体薄膜を形成することができる。
【０１２１】
尚、以上に説明したような電界強度Ｅの決定方法は、第１の実施形態における第４のステップＳ１０４及び第２の実施形態における第３のステップＳ２０３等における電界強度の決定のためにも使用できる。
【０１２２】
また、本発明において、強誘電体微粒子１０４ｂ及び強誘電体微粒子３０４ｂとしてＳＢＴ、強誘電体微粒子２０１ｂとしてＢＬＴを用いた。しかし、強誘電体微粒子はこれらに限るものではなく、Ｂｉ3.25Ｎｄ0.75Ｔｉ3 Ｏ12等の他の種類の強誘電体微粒子であっても良い。
【０１２３】
また、液体１０３ａとしてアセトン、液体３０３ａとして水を用いた。しかし、液体はこれらに限るものではなく、他の種類の有機及び無機の液体を用いても良い。
【０１２４】
また、溶媒１０４ｃ及び溶媒２０１ｃとしてアセトン、溶媒３０４ｃとして水を用いた。しかし、分散液における溶媒はこれらに限るものではなく、他の種類の有機及び無機の液体を用いても良い。
【０１２５】
また、電極としてはいずれも炭素電極を用いたが、これには限られず、炭素以外の材料からなる電極を用いても良い。
【０１２６】
また、基板１０５、基板２０３及び基板３０６は、いずれも表面にＰｔによるコート又はパターニングがされているとしているが、Ｐｔ以外の金属又はＳｒＲｕＯ3 、ＩｒＯ2 等の導電性酸化物によるコート又はパターニング等がされている基板であっても良い。
【０１２７】
また、本実施形態において、一対の電極３０５は容器３０１の内部に設置しているが、これに代えて、容器３０１の外に容器３０１を挟むように設置することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明の強誘電体薄膜の製造方法によると、分極方向が揃った強誘電体薄膜を信頼性良く製造することができ、強誘電体メモリ等の電子素子の形成に有用である。特に、このようにして形成した電子素子は６５ｎｍノード以降の微細ＣＭＯＳに対して混載が可能であることから、受動素子による電子回路の機能拡張に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法に用いる電気泳動装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法に用いる電気泳動装置の構成図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法に用いる電気泳動装置の構成図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３０】
１００、２００、３００ 電気泳動装置
１０１、２０１、３０１ 容器
１０２、３０２ 仕切り
１０３、３０３ 液体槽
１０３ａ、３０３ａ 液体
１０４、３０４ 分散液槽
１０４ａ、２０１ａ、３０４ａ 分散液
１０４ｂ、２０１ｂ、３０４ｂ 強誘電体微粒子
１０４ｃ、２０１ｃ、３０４ｃ 溶媒
１０５、２０３、３０６ 基板
１０６ 電極
１０７、２０４、３０７ 直流電圧源
２０２、３０５ 一対の電極
２０２ａ、３０５ａ 第１の電極
２０２ｂ、３０５ｂ 第２の電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体メモリに用いられる強誘電体薄膜の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、強誘電体メモリの一部として、強誘電体薄膜が使用されている。このような強誘電体薄膜を形成するためには、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）又はスピンコート法等が利用されている。これらの方法を用いる場合、強誘電体を結晶化させるために、高温の熱処理が必要である。
【０００３】
これに対し、強誘電体薄膜を製造するための新たな技術として、電気泳動堆積法が注目され始めている（例えば、特許文献１を参照）。これは、次のような方法である。
【０００４】
溶媒中に粒子を分散させておき、該溶媒に２つの電極を入れる。２つの電極の間に直流電圧を印加すると、溶媒中に分散された粒子が正極又は負極のうちのいずれかの電極に向かって泳動する。このようにして電極に到達した粒子は電極上に堆積するため、この現象を利用する方法によって成膜を行なうことができる。
【０００５】
以上のような電気泳動堆積法によって強誘電体薄膜を形成する場合、分散する強誘電体微粒子を予め結晶化しておくことにより、結晶化された強誘電体微粒子によって膜を形成することができる。このため、強誘電体を結晶化させるための高温の熱処理が不要となり、強誘電体膜よりも下層にあるトランジスタの特性を安定させることができる。また、理論上、強誘電体薄膜の面積を粒子一個の大きさにまで小さくすることが可能であるから、数ナノメートル四方の大きさを有する強誘電体薄膜を形成することも可能である。
【０００６】
これまでに、電気泳動堆積法を利用した強誘電体メモリの製造方法は、特許文献１に開示されている。電気泳動堆積法を強誘電体メモリの製造プロセスに用いることによって、製造プロセスの低温化、セル面積の微細化及び高Ｐｒ化（高残留分極特性化）を一度に達成できると考えられている。
【特許文献１】特開２００２−２０８２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
分極特性に優れた強誘電体メモリを製造するためには、該強誘電体メモリを構成する強誘電体薄膜において、各強誘電体微粒子の分極の発現が最大となる結晶軸方向（以下、分極方向と略すこともある）が同一の方向に揃っていることが望ましい。しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、分極方向を揃えて強誘電体微粒子を基板上に配置させる具体的な手法は示されていない。
【０００８】
また、従来の電気泳動堆積法においては、強誘電体微粒子を堆積させる基板に直接電圧源を接続していた。このため、電気泳動を行なう際に、基板表面の電気化学的酸化及び基板内部の電子素子の破壊等の損傷が生じてしまうことがある。
【０００９】
以上の課題に鑑みて、本発明は、電気泳動堆積法によって、分極特性に優れた強誘電体薄膜を製造する方法を提供することを目的とする。また、電気泳動堆積法を用いて、損傷を軽減しながら強誘電体薄膜を製造する方法を提供し、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の強誘電体薄膜の製造方法は、基板が入れられた液体と、強誘電体微粒子が分散された分散液とを、強誘電体微粒子が分散液から液体に対して拡散することができるように配置する工程と、分散液中の強誘電体微粒子の周囲に電界を形成して分散液中の強誘電体微粒子を基板に向けて泳動させることにより、基板上に強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備え、基板は、分散液から所定の距離以上離して配置される。
【００１１】
第１の強誘電体薄膜の製造方法によると、強誘電体微粒子が分散された分散液に対して基板が所定の距離以上離して配置されているため、強誘電体微粒子は分極方向が揃った後に基板に堆積される。このため、分極方向の揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【００１２】
このことについて、以下に更に説明する。
【００１３】
分散液中において、強誘電体微粒子には分極が発現し、表面における電荷分布が不均一になっている。このような強誘電体微粒子の周囲に電界が形成されると、強誘電体微粒子の表面において、正の電荷が大きい部分には負の電界方向に向かう力が働くと共に、負の電荷が大きい部分には正の電界方向に向かう力が働く。このため、強誘電体微粒子の分極方向は電界方向と平行になる。
【００１４】
このように分極方向が電界方向と平行になった強誘電体微粒子を電気泳動によって移動させ、基板上に堆積させると、分極方向が揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【００１５】
ここで、基板を分散液から所定の距離以上離して配置した状態において電界を形成し、電気泳動を開始する。このことにより、強誘電体微粒子の分極方向が電界方向に揃うまでに必要な時間に比べて、強誘電体微粒子が基板まで泳動して堆積するために必要な時間を長くすることができる。このため、基板に堆積される強誘電体微粒子の分極方向を電界方向に十分に揃えることができる。この結果、分極方向が高度に揃っており、高い分極特性を有する強誘電体薄膜を製造することができる。
【００１６】
前記の目的を達成するため、本発明の第２の強誘電体薄膜の製造方法は、一対の電極の間に、強誘電体微粒子が分散され且つ基板が入れられた分散液を配置する工程と、一対の電極の間に電界を形成して強誘電体微粒子を泳動させることにより、基板上に強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備える。
【００１７】
第２の強誘電体薄膜の製造方法によると、基板の両側に配置した電極を用いて電界を形成しており、基板には直接に電圧源を接続しないようになっている。このため、基板に負担をかけることなく分散液中の強誘電体微粒子を基板に堆積させることができる。このことから、基板表面の電気化学的酸化及び基板内部の電子素子の破壊等の損傷を軽減することができる。以上の結果、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【００１８】
前記の目的を達成するために、本発明の第３の強誘電体薄膜の製造方法は、基板及び第１の電極が入れられた液体と、第２の電極が入れられ且つ強誘電体微粒子が分散された分散液とを、強誘電体微粒子が分散液から液体に対して拡散することができるように配置する工程と、第１の電極と第２の電極との間に電界を形成して分散液中の強誘電体微粒子を基板に向けて泳動させることにより、基板上に強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備え、基板は、第１の電極と第２の電極との間に、分散液から所定の距離以上離して配置される。
【００１９】
第３の強誘電体薄膜の製造方法によると、第１の強誘電体薄膜の製造方法の効果と第２の強誘電体薄膜の製造方法の効果とを共に実現することができる。
【００２０】
つまり、第１の強誘電体薄膜の製造方法と同様に、基板を分散液から所定の距離以上離して配置した状態において電界を形成し、電気泳動を開始することから、十分に分極方向の揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【００２１】
これと共に、第２の強誘電体薄膜の製造方法と同様に、基板の両側に配置した電極を用いて電界を形成しており、基板には直接に電圧源を接続しないようになっている。このため、基板表面の電気化学的酸化及び基板内部の電子素子の破壊等の損傷を軽減することができ、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【００２２】
尚、基板を配置する際に分散液から離す所定の距離は、泳動によって強誘電体微粒子が基板に到達するより前に、強誘電体微粒子の分極方向が電界の方向に揃うことができる距離であることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、基板に堆積する強誘電体薄膜の分極方向を確実に揃えることができる。
【００２４】
また、液体及び分散液は、仕切りを介して配置されると共に、仕切りは、分散液から液体に対して強誘電体微粒子を拡散させることができるようになっていることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、液体中であり且つ分散液から所定の距離以上離して基板を配置すると共に、分散液から液体に対して強誘電体微粒子を拡散することが確実にできる。
【００２６】
仕切りとしては、具体的には、機械的に動作して液体と分散液とを接触させることができるシャッターを備えていても良い。また、多孔質体、半透膜又はフィルター等、強誘電体微粒子が通過して分散液から液体に拡散できる材料によって形成された仕切りであっても良い。
【００２７】
また、強誘電体微粒子を堆積させる工程の前に、強誘電体微粒子に対して抗電界以上の電界を印加することにより、強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させる工程を更に備えることが好ましい。
【００２８】
このように、予め強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加して該強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させておくことにより、強誘電体粒子の周囲に電界を形成した際に、電界方向と平行に強誘電体微粒子の分極方向を揃えることが容易になる。このため、電気泳動堆積法によって基板上に堆積される強誘電体微粒子の分極方向が精度良く揃うようになる。
【００２９】
ここで、抗電界とは、強誘電体微粒子の分極を反転させるために必要な最低限の電界のことである。
【００３０】
前記の目的を達成するため、本発明の第４の強誘電体薄膜の製造方法は、強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加することにより、強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させる工程と、強誘電体微粒子を溶媒に分散して分散液とし、分散液中に基板を配置する工程と、少なくとも強誘電体微粒子の周囲に電界を形成して強誘電体微粒子を泳動させることにより、基板上に強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備える。
【００３１】
第４の強誘電体薄膜の製造方法によると、予め強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加して該強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起する。これにより、電界方向と平行に強誘電体微粒子の分極方向を揃えることが容易になる。このため、電気泳動堆積法によって基板上に堆積される強誘電体微粒子の分極方向が精度良く揃うようになる。
【００３２】
また、基板の表面の少なくとも一部には、金属又は導電性酸化物からなる層が形成されていることが好ましい。
【００３３】
このようにすると、金属又は導電性酸化物がシールドとして作用し、基板表面の酸化及び基板内部の電子素子の破壊等の損傷を軽減することができる。このため、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することが確実にできる。
【００３４】
特に、基板の全表面に金属又は導電性酸化物が形成されていると、シールドとしての作用が大きくなるため、基板表面の酸化及び基板内部の電子素子の破壊を防ぐ効果が大きくなる。
【００３５】
また、基板の表面には、パターニングされており且つ金属又は導電性酸化物が形成されていることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、パターニングされた金属又は導電性酸化物表面のみに強誘電体微粒子を配置させることができる。
【００３７】
また、強誘電体微粒子を堆積させる工程において、強誘電体微粒子がブラウン運動によって単位時間あたりに移動する距離よりも、強誘電体微粒子が前記電界によって単位時間あたりに泳動する距離の方が大きくなるような大きさの電界を形成することが好ましい。
【００３８】
このようにすると、分極方向が電界方向と平行に十分揃った状態の強誘電体微粒子が基板上に堆積する。このため、分極方向が高度に揃っており、高い分極特性を有する強誘電体薄膜を製造することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の強誘電体薄膜の製造方法によると、電気泳動堆積法によって、分極特性に優れた強誘電体薄膜を製造することができる。また、基板内に形成されている電子素子の破壊等の損傷を軽減することができるため、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
具体的には、表面にＰｔがコートされ、導電体部分を有していると共に内部に電子素子を有する基板上に、強誘電体微粒子を堆積させる方法である。
【００４２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明する図であり、製造に使用する電気泳動堆積装置１００の構成を示している。
【００４３】
電気泳動堆積装置１００は、容器１０１が仕切り１０２によって液体槽１０３と分散液槽１０４とに分離された構成となっている。
【００４４】
液体槽１０３には液体１０３ａが入れられていると共に、分散液槽１０４には分散液１０４ａが入れられている。ここで、分散液１０４ａは、強誘電体粒子１０４ｂが溶媒１０４ｃに分散されたものである。
【００４５】
また、液体１０３ａ中には基板１０５が配置されていると共に、分散液１０４ａ中には電極１０６が配置されている。ここで、基板１０５は、仕切り１０２から所定の距離を離して配置されており、このため、分散液１０４ａからも所定の距離だけ離して配置されていることになる。
【００４６】
また、基板１０５の導電体部分と電極１０６とには、直流電圧源１０７が接続され、基板１０５と電極１０６との間に電圧を印加することができるようになっている。
【００４７】
ここで、基板１０５としては、表面がＰｔによってコートされた半導体基板を用いる。Ｐｔによるコートはシールドとして作用するので、基板１０５表面の酸化及び基板１０５内部に形成された電子素子の破壊等の損傷を防ぐことができる。このため、Ｐｔによるコートを行なうことにより、高い信頼性を有する強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【００４８】
また、電極１０６としては炭素電極を用いる。液体１０３ａとしては、アセトンを用いる。強誘電体微粒子１０４ｂとしては、直径約１０ｎｍのストロンチウム・ビスマス・タンタレート（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9 、以下ＳＢＴと表記する）粒子を用いる。分散液１０４ａは、強誘電体微粒子１０４ｂが溶媒１０４ｃとしてのアセトン中に１ｇ／Ｌの濃度で単分散している液体である。但し、これらはいずれも具体例であって、これらに限定するものではない。
【００４９】
尚、粒子が液体に対して単分散しているとは、粒子同士が凝集することなく個々に単独で液体中に分散していることをいう。
【００５０】
また、仕切り１０２としては、分散液槽１０４中に入れられている分散液１０４ａから液体槽１０３中に入れられている液体１０３ａに対して強誘電体微粒子１０４ｂが拡散させることができるようになっている。本実施形態においては、仕切り１０２は、機械的動作によって開閉することのできるシャッターを有している。この他には、強誘電体微粒子１０４ｂが透過可能な多孔質体、半透膜又はフィルター等を仕切り１０２として用いて用いることもできる。
【００５１】
また、仕切り１０２から基板１０５までの距離及び仕切り１０２から電極１０６までの距離は、いずれも０．５ｃｍとしている。つまり、仕切り１０２の厚さを考えないことにすると、基板１０５と分散液１０４ａとの間の所定の距離は０．５ｃｍとなっている。但し、以上のような寸法は一例であり、これに限るものではなく、電気泳動によって強誘電体微粒子１０４ｂが基板１０５に堆積される前に、強誘電体微粒子１０４ｂの分極方向が電界方向に揃うことができるような距離であれば良い。
【００５２】
次に、以上のような電気泳動堆積装置１００を用いる強誘電体薄膜の製造方法について、図２に示したフローチャートを参照しながら説明する。
【００５３】
まず、第１のステップＳ１０１において、液体槽１０３に液体１０３ａを入れると共に、分散液槽１０４に分散液１０４ａを入れる。
【００５４】
次に、第２のステップ１０２において、液体１０３ａ中に基板１０５を配置すると共に、分散液１０４ａ中に電極１０６と配置する。このとき、基板１０５は分散液１０４ａから所定の距離だけ離れた位置に配置する。
【００５５】
次に、第３のステップ１０３において、仕切り１０２を動作して液体１０３ａと分散液１０４ａとを接触させる。これにより、分散液１０４ａ中の強誘電体微粒子１０４ｂを液体１０３ａに対して拡散することができるようになる。
【００５６】
次に、第４のステップ１０４において、基板１０５の表面にコートされているＰｔと電極１０６とに対し、直流電圧源１０７によって５０Ｖの直流電圧を印加する。このようにすると、基板１０５と電極１０６との間に電界が形成されるため、強誘電体微粒子１０４ｂが電気泳動によって移動し、基板１０５上に堆積する。
【００５７】
この後、例えば１０秒が経過した時点で直流電圧の印加を停止する。
【００５８】
以上のような、本実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法によると、分極方向が揃った強誘電体薄膜を製造することができる。この理由を以下に説明する。
【００５９】
分散液１０４ａ中において、強誘電体微粒子１０４ｂには分極が発現しているが、表面の電荷分布は一様ではない。このような強誘電体微粒子１０４ｂの周囲に電界を形成すると、強誘電体微粒子１０４ｂの表面において、正の電荷密度が高い部分には負の電界方向へ向く力が働き、負の電荷密度が高い部分には正の電界方向へ向く力が働く。このような力により、強誘電体微粒子１０４ｂの分極方向は、形成されている電界の電界方向と平行になる。
【００６０】
このようにして分極方向が電界方向と平行になった強誘電体微粒子１０４ｂを電気泳動によって移動させ、基板１０５上に堆積させることにより、分極方向が揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【００６１】
ここで、基板１０５は、当初は分散液１０４ａから所定の距離（本実施形態においては０．５ｃｍ）だけ離れた位置に配置されている。そして、このような状態において直流電圧の印加を開始し、強誘電体微粒子１０４ｂの電気泳動を行なう。このことから、強誘電体微粒子１０４ｂの分極方向が電界方向と平行に揃うために必要な時間よりも、強誘電体微粒子１０４ｂが電気泳動によって基板１０５の表面上に堆積するまでに必要とする時間（泳動時間）を長くすることができる。
【００６２】
このことから、基板１０５上に強誘電体微粒子１０４ｂが堆積する際には、強誘電体微粒子１０４ｂの分極方向は十分に揃っている。この結果として、分極方向が高度に揃っており、高い分極特性を有する強誘電体薄膜を製造することができる。
【００６３】
尚、第１のステップＳ１０１と第２のステップＳ１０２とは、逆の順序で行なっても良い。つまり、第２のステップＳ１０２の後に第１のステップＳ１０１を行なっても良い。この場合、液体槽１０３中に基板１０５を配置すると共に分散液槽１０４中に電極を配置した後、液体槽１０３に液体１０３ａを入れると共に分散液槽１０４に分散液１０４ａを入れる。また、第１のステップＳ１０１と第２のステップＳ１０２とを同時に行なっても良い。
【００６４】
また、仕切り１０２として多孔質体、半透膜又はフィルター等を用いた場合、強誘電体微粒子１０４ｂは分散液１０４ａから液体１０３ａに分散することが当初から可能である。この場合、第３のステップ１０３は個別には行なわなくても良い。
【００６５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００６６】
具体的には、パターニングされた電極部が表面に露出し且つ内部に電子素子を有する基板上に、強誘電体微粒子を堆積させる方法である。
【００６７】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明する図であり、製造に使用する電気泳動堆積装置２００の構成を示している。
【００６８】
電気泳動堆積装置２００は容器２０１を備えており、容器２０１には分散液２０１ａが入れられている。ここで、分散液２０１ａは、強誘電体微粒子２０１ｂが溶媒２０１ｃに分散されたものである。
【００６９】
また、分散液２０２ａ中には、第１の電極２０２ａ及び第２の電極２０２ｂから構成される一対の電極２０２が配置されていると共に、一対の電極２０２の間に基板２０３が配置されている。
【００７０】
また、第１の電極２０２ａ及び第２の電極２０２ｂに対し、直流電圧源２０４が接続されている。
【００７１】
ここで、基板２０３としては、パターニングされた電極部（図示省略）が表面に露出している半導体基板を用いる。また、一対の電極２０２としては、いずれも炭素電極を用いる。また、強誘電体微粒子２０１ｂとしては、例えば直径約１０ｎｍのビスマス・ランタン・チタン（Ｂｉ3.25Ｌａ0.75Ｔｉ3 Ｏ12、以下ＢＬＴと表記する）粒子を用いる。分散液２０１ａは、強誘電体微粒子２０１ｂが溶媒２０１ｃとしてのアセトン中に１ｇ／Ｌの濃度で単分散している液体である。但し、これらはいずれも具体例であって、これらに限定するものではない。
【００７２】
また、第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂとの間の距離は５ｃｍであり、基板２０３は第２の電極２０２ａから１ｃｍの距離に配置されている。但し、以上のような寸法は一例であり、これに限るものではない。また、基板２０３は、パターニングされた電極部の露出する表面側が第２の電極２０２ｂに向くように配置されている。
【００７３】
ここで、電気泳動を行なう際、強誘電体微粒子２０１ｂは第２の電極２０２ｂから第１の電極２０２ａに向かう方向に泳動する。
【００７４】
次に、以上のような電気泳動堆積装置２００を用いる強誘電体薄膜の製造方法について、図４に示したフローチャートを参照しながら説明する。
【００７５】
まず、第１のステップＳ２０１において、電気泳動堆積装置２００が備える容器２０１に、分散液２０１ａを入れる。
【００７６】
次に、第２のステップＳ２０２において、分散液２０１ａ中に、第１の電極２０２ａ及び第２の電極２０２ｂから構成される一対の電極２０２を配置すると共に、一対の電極２０２の間に基板２０３を配置する。
【００７７】
次に、第３のステップＳ２０３において、直流電圧源２０４を用いて第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂとの間に２５０Ｖの直流電圧を印加する。このようにすると、強誘電体微粒子２０１ｂの周囲に電界が形成されるため、強誘電体微粒子２０１ｂは電気泳動によって移動する。この結果、強誘電体微粒子２０１ｂは、基板２０３の表面にパターニングされた電極部に対して堆積する。
【００７８】
この後、例えば１０秒が経過した時点で直流電圧の印加を停止する。
【００７９】
以上のような、本実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法によると、基板２０３表面の電気化学的酸化及び基板２０３内部に形成されている電子素子の破壊を防ぐことができる。これは、次のような理由による。
【００８０】
本実施形態によると、第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂからなる一対の電極２０２の間に基板２０３を配置しており、一対の電極２０２を用いて電界を形成することによって強誘電体微粒子２０１ｂの電気泳動及び堆積を行なう。つまり、基板２０３に対しては直流電圧が印加されることがないため、基板２０３に負担をかけることなく強誘電体微粒子２０１ｂを基板２０３に対して堆積させることができる。
【００８１】
このようにして、基板２０３表面の電気化学的酸化及び基板２０３内部に形成されている電子素子の破壊を防ぎながら、強誘電体薄膜を製造することができる。このため、信頼性の高い強誘電体メモリ等の電子デバイスを実現することが可能な強誘電体薄膜を製造することができる。
【００８２】
尚、第１のステップＳ２０１は、第２のステップＳ２０２の後に行なっても良い。つまり、容器２０１に一対の電極２０２と基板２０３を配置した後に、分散液２０１ａを容器２０１に入れても良い。
【００８３】
また、本実施形態において、一対の電極２０２は容器２０１の内部に設置しているが、これに代えて、容器２０１の外に容器２０１を挟むように設置することもできる。
【００８４】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法について、図面を参照して説明する。
【００８５】
具体的には、パターニングされた電極部が表面に露出し且つ内部に電子素子を有する基板上に、強誘電体微粒子を堆積させる方法である。
【００８６】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明する図であり、製造に使用する電気泳動堆積装置３００の構成を示している。
【００８７】
電気泳動堆積装置３００は、容器３０１が仕切り３０２によって液体槽３０３と分散液槽３０４とに分離された構成となっている。
【００８８】
液体槽３０３には液体３０３ａ（ここでは水を用いる）が入れられていると共に、分散液槽３０４には分散液３０４ａが入れられている。ここで、分散液３０４ａは、強誘電体粒子３０４ｂが溶媒３０４ｃに分散されたものである。
【００８９】
また、液体３０３ａ中には第１の電極３０５ａ及び基板３０６が配置されていると共に、分散液３０４ａ中には第２の電極３０５ｂが配置されている。
【００９０】
ここで、第１の電極３０５ａと第２の電極３０５ｂとは、一対の電極３０５を構成する。また、基板３０６は、一対の電極３０５の間に、仕切り３０２から所定の距離を離して配置されている。基板３０６は、分散液３０４ａからも所定の距離を離して配置されていることになる。
【００９１】
また、第１の電極３０２ａ及び第２の電極３０２ｂに対し、直流電圧源３０７が接続されている。
【００９２】
ここで、基板３０６としては、パターニングされた電極部（図示省略）が表面に露出している半導体基板を用いる。また、一対の電極３０５としては、いずれも炭素電極を用いる。また、強誘電体微粒子３０４ｂとしては、例えば直径約２０ｎｍのストロンチウム・ビスマス・タンタレート（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9 ）粒子を用いる。分散液３０４ａは、強誘電体微粒子３０４ｂが溶媒３０４ｃとしての水に１ｇ／Ｌの濃度で単分散している液体である。但し、これらはいずれも具体例であって、これらに限定するものではない。
【００９３】
また、仕切り３０２としては、分散液槽３０４中に入れられている分散液３０４ａから液体槽３０３中に入れられている液体３０３ａに対して強誘電体微粒子３０４ｂが拡散させることができるようになっている。本実施形態においては、仕切り３０２は、機械的動作によって開閉することのできるシャッターを有している。この他には、強誘電体微粒子３０４ｂが透過可能な多孔質体、半透膜又はフィルター等を仕切り３０２として用いて用いることもできる。
【００９４】
また、第１の電極３０５ａと第２の電極３０５ｂとの間の距離は５ｃｍであり、第１の電極３０５ａと基板３０６との間の距離は１ｃｍである。また、仕切り３０２と基板３０６との間の距離及び仕切り３０２と第２の電極３０５ｂとの間の距離は、いずれも２ｃｍとしている。このように、基板３０６は溶液槽３０３ａ中に、仕切り３０２から距離をおいて配置されているため、分散液槽３０４に入れられている分散液３０４ａとも距離（仕切り３０２の厚さを考えないことにすると、ここでは２ｃｍ）をおいて配置されている。但し、以上のような寸法は一例であり、これに限るものではない。また、基板３０６は、パターニングされた電極部が露出する表面側が第２の電極３０５ｂの方を向くように配置されている。
【００９５】
次に、以上のような電気泳動堆積装置３００を用いる強誘電体薄膜の製造方法について、図６に示したフローチャートを参照しながら説明する。
【００９６】
まず、第１のステップＳ３０１において、液体槽３０３に液体３０３ａを入れると共に、分散液槽３０４に分散液３０４ａを入れる。
【００９７】
次に、第２のステップＳ３０２において、液体槽３０４に第１の電極３０５ａと基板３０６を配置すると共に、分散液槽３０４に、第２の電極３０５ｂを配置する。
【００９８】
次に、第３のステップ３０３において、仕切り３０２を動作して液体３０３ａと分散液３０４ａとを接触させる。これにより、分散液３０４ａ中の強誘電体微粒子３０４ｂを液体３０３ａに対して拡散することができるようになる。
【００９９】
次に、第４のステップＳ３０４において、直流電圧源３０７を用いて第１の電極３０５ａと第２の電極３０５ｂとの間に２５０Ｖの直流電圧を印加する。このようにすると、強誘電体微粒子３０４ｂの周囲に電界が形成されるため、強誘電体微粒子３０４ｂは電気泳動によって移動する。この結果、強誘電体微粒子３０４ｂは、基板３０６の表面にパターニングされた電極部に対して堆積する。
【０１００】
この後、例えば１０秒が経過した時点で直流電圧の印加を停止する。
【０１０１】
以上のような、本実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法によると、第１の実施形態の場合と同様の効果及び第２の実施形態の場合と同様の効果が共に得られる。
【０１０２】
つまり、第１の実施形態の場合と同様に、基板３０６は分散液３０４ａと所定の距離をおいて配置されている。このことから、強誘電体微粒子３０４ｂは、分極方向が電界方向と平行になった後に基板３０６の表面上に堆積する。このため、分極方向が揃った強誘電体薄膜を製造することができる。
【０１０３】
これに加えて、第２の実施形態の場合と同様に、一対の電極３０５によって電界を形成しており、基板３０６に対して直流電圧が印可されることがない。このため、基板３０６に負担をかけることなく強誘電体微粒子３０４ｂを基板３０６の表面上に堆積させることができる。
【０１０４】
このように、本実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法によると、分極方向が揃った強誘電体薄膜を、基板３０６表面の電気化学的酸化及び基板３０６内部に形成されている電子素子の破壊等の損傷を防ぎながら製造することができる。このため、分極特性に優れ且つ信頼性の高い強誘電体薄膜を形成することができる。
【０１０５】
尚、第１のステップＳ３０１は、第２のステップＳ３０２よりも後に行なっても良い。また、第１のステップＳ３０１と第２のステップＳ３０２とを同時に行なっても良い。
【０１０６】
また、仕切り３０２として多孔質体、半透膜又はフィルター等を用いた場合、強誘電体微粒子３０４ｂは分散液３０４ａから液体３０３ａに分散することが当初から可能である。この場合、第３のステップ３０３は行なわなくても良い。
【０１０７】
次に、分散液３０４ａの作製方法について説明する。
【０１０８】
まず、強誘電体微粒子３０４ｂを、例えば電極間隔１ｍｍの平行電極間に配置する。次に、平行電極間に１０ｋＶの電圧を印加することにより、強誘電体微粒子３０４ｂに対し、強誘電体微粒子３０４ｂの抗電界以上の電界を印加する。この処理により、強誘電体微粒子３０４ｂの表面に、偏在するように電荷を誘起することができる。電極間隔及び印加する電圧等は、強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加することができるのであれば、前記の他にも必要に応じて設定すれば良い。
【０１０９】
続いて、電荷の誘起された強誘電体微粒子３０４ｂを水である溶媒３０４ｃ中に入れ、超音波を印加することによって分散させる。このようにして、分散液３０４ａを作成することができる。
【０１１０】
尚、抗電界とは、強誘電体微粒子が分極を反転するために最低限必要とする強度の電界のことである。例えば、ＢＬＴの場合、抗電界の値は約６０ｋＶ／ｃｍである。
【０１１１】
以上のようにして作製した分散液３０４ａを用いると、表面の電荷が偏在するように誘起されているため、電界方向に分極方向を揃える効果が顕著に発揮される。この結果、基板３０６の表面上に分極方向を揃えて強誘電体微粒子３０４ｂを堆積し、強誘電体薄膜を製造することが確実にできる。
【０１１２】
尚、このような強誘電体微粒子の作製方法は、第１の実施形態における強誘電体微粒子１０４ｂ及び第２の実施形態における強誘電体微粒子２０１ｂを作製する場合にも利用可能である。更には、従来の電気泳動堆積法においても利用できる。
【０１１３】
また、第４のステップＳ３０４において印加する電界が必要とする強度は、以下のようにして決定することができる。
【０１１４】
まず、粒子のブラウン運動による単位時間あたりの粒子の移動距離Ｘ（ｍ／ｓ）は、次の（１）式によって求めることができる。
【０１１５】
Ｘ＝（ＲＴｔ／３πηａ・ＮA ）1/2 （１）
ここで、Ｒは気体定数、Ｔは温度、ｔ時間、ηは溶媒の粘度、ａは粒子の半径、ＮA はアボガドロ定数である。例えば、温度２０℃、１秒間、溶媒は水（粘度η：０．００１ｋｇ／ｍ・ｓ）、直径２０ｎｍとするとき、強誘電体微粒子３０４ｂの単位時間あたり移動距離を（１）式から次のように６．６μｍ／ｓと求めることができる。
【０１１６】
Ｘ＝（ＲＴｔ／３πηａＮA ）1/2
＝（８．３１×２９３×1／３π／０．００１／１０-8／６.０２／１０23）1/2
＝６．６×１０-2
また、溶媒中において強誘電体微粒子３０４ｂを電気泳動させた際の泳動速度ｖは、次の（２）式から求めることができる。
【０１１７】
ｖ＝２εr ・ε0 ・ζ・Ｅ／３η （２）
ここで、εr は溶媒の比誘電率、ε0 は真空の誘電率、ζはゼータ電位、Ｅは電界強度である。尚、ゼータ電位とは粒子表面の帯電の状態を表す値であり、市販のゼータ電位測定装置を用いて求めることができる。
【０１１８】
例えば、２０℃の水中において直径２０ｎｍの粒子のゼータ電位ζが５０ｍＶと測定されたとする。この場合、（１）式から求まるブラウン運動による粒子の単位時間あたりの移動距離Ｘ（ここでは、６．６μｍ／ｓ）よりも泳動速度ｖを大きくするためには、少なくとも２８５Ｖ／ｍ以上の電界強度Ｅが必要であることが（２）式から次のように求められる。
【０１１９】
ｖ＝２εr ・ε0 ・ζ・Ｅ／３η
Ｅ＝３ｖη／２εr ・ε0 ・ζ
＝（３×６．６×１０-6×０．００１／２／８．８５／１０-12 ／７８．５／０．０５）
＝２８５
尚、泳動速度ｖはブラウン運動による単位時間あたり移動距離Ｘの１０倍以上となることがより好ましい。このために、本実施形態において、電界強度Ｅは前記の２８５Ｖ／ｍの１０倍以上、例えば３ｋＶ／ｍとすることがより好ましい。本実施形態において第１の電極３０５ａと第２の電極３０５ｂとの距離は５ｃｍであるから、これらの一対の電極３０５の間に１５０Ｖ以上の電圧を印加すれば良い。但し、このような例の場合以外にも、同様の計算により、条件に応じて電界強度を決定することができる。
【０１２０】
以上のようにすることにより、ブラウン運動による移動ではなく電気泳動による移動が支配的である条件において、強誘電体微粒子３０４ｂを基板３０６に堆積することができる。この結果、分極方向が十分に電界方向に揃った強誘電体微粒子３０４ｂを基板３０６に堆積させることができ、分極方向の揃った高い分極特性を有する強誘電体薄膜を形成することができる。
【０１２１】
尚、以上に説明したような電界強度Ｅの決定方法は、第１の実施形態における第４のステップＳ１０４及び第２の実施形態における第３のステップＳ２０３等における電界強度の決定のためにも使用できる。
【０１２２】
また、本発明において、強誘電体微粒子１０４ｂ及び強誘電体微粒子３０４ｂとしてＳＢＴ、強誘電体微粒子２０１ｂとしてＢＬＴを用いた。しかし、強誘電体微粒子はこれらに限るものではなく、Ｂｉ3.25Ｎｄ0.75Ｔｉ3 Ｏ12等の他の種類の強誘電体微粒子であっても良い。
【０１２３】
また、液体１０３ａとしてアセトン、液体３０３ａとして水を用いた。しかし、液体はこれらに限るものではなく、他の種類の有機及び無機の液体を用いても良い。
【０１２４】
また、溶媒１０４ｃ及び溶媒２０１ｃとしてアセトン、溶媒３０４ｃとして水を用いた。しかし、分散液における溶媒はこれらに限るものではなく、他の種類の有機及び無機の液体を用いても良い。
【０１２５】
また、電極としてはいずれも炭素電極を用いたが、これには限られず、炭素以外の材料からなる電極を用いても良い。
【０１２６】
また、基板１０５、基板２０３及び基板３０６は、いずれも表面にＰｔによるコート又はパターニングがされているとしているが、Ｐｔ以外の金属又はＳｒＲｕＯ3 、ＩｒＯ2 等の導電性酸化物によるコート又はパターニング等がされている基板であっても良い。
【０１２７】
また、本実施形態において、一対の電極３０５は容器３０１の内部に設置しているが、これに代えて、容器３０１の外に容器３０１を挟むように設置することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明の強誘電体薄膜の製造方法によると、分極方向が揃った強誘電体薄膜を信頼性良く製造することができ、強誘電体メモリ等の電子素子の形成に有用である。特に、このようにして形成した電子素子は６５ｎｍノード以降の微細ＣＭＯＳに対して混載が可能であることから、受動素子による電子回路の機能拡張に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法に用いる電気泳動装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法に用いる電気泳動装置の構成図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法に用いる電気泳動装置の構成図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る強誘電体薄膜の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３０】
１００、２００、３００ 電気泳動装置
１０１、２０１、３０１ 容器
１０２、３０２ 仕切り
１０３、３０３ 液体槽
１０３ａ、３０３ａ 液体
１０４、３０４ 分散液槽
１０４ａ、２０１ａ、３０４ａ 分散液
１０４ｂ、２０１ｂ、３０４ｂ 強誘電体微粒子
１０４ｃ、２０１ｃ、３０４ｃ 溶媒
１０５、２０３、３０６ 基板
１０６ 電極
１０７、２０４、３０７ 直流電圧源
２０２、３０５ 一対の電極
２０２ａ、３０５ａ 第１の電極
２０２ｂ、３０５ｂ 第２の電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が入れられた液体と、強誘電体微粒子が分散された分散液とを、前記強誘電体微粒子が前記分散液から前記液体に対して拡散することができるように配置する工程と、
前記分散液中の前記強誘電体微粒子の周囲に電界を形成して前記分散液中の前記強誘電体微粒子を前記基板に向けて泳動させることにより、前記基板上に前記強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備え、
前記基板は、前記分散液から所定の距離以上離して配置されることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２】
一対の電極の間に、強誘電体微粒子が分散され且つ基板が入れられた分散液を配置する工程と、
前記一対の電極の間に電界を形成して前記強誘電体微粒子を泳動させることにより、前記基板上に前記強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備えることを特徴とする強誘電体薄
膜の製造方法。
【請求項３】
基板及び第１の電極が入れられた液体と、第２の電極が入れられ且つ強誘電体微粒子が分散された分散液とを、前記強誘電体微粒子が前記分散液から前記液体に対して拡散することができるように配置する工程と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電界を形成して前記分散液中の前記強誘電体微粒子を前記基板に向けて泳動させることにより、前記基板上に前記強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備え、
前記基板は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記分散液から所定の距離以上離して配置されることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は３において、
前記所定の距離は、泳動によって前記強誘電体微粒子が前記基板に到達するより前に、前記強誘電体微粒子の分極方向が前記電界の方向に揃うことができる距離であることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は３において、
前記液体及び前記分散液は、仕切りを介して配置され、
前記仕切りは、前記分散液から前記液体に対して前記強誘電体微粒子を拡散させることができるようになっていることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
前記強誘電体微粒子を堆積させる工程の前に、前記強誘電体微粒子に対して抗電界以上の電界を印加することにより、前記強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させる工程を更に備えることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項７】
強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加することにより、前記強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させる工程と、
前記強誘電体微粒子を溶媒に分散して分散液とし、前記分散液中に基板を配置する工程と、
少なくとも前記強誘電体微粒子の周囲に電界を形成して前記強誘電体微粒子を泳動させることにより、前記基板上に前記強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備えることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つにおいて、
前記基板の表面の少なくとも一部には、金属又は導電性酸化物からなる層が形成されていることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つにおいて、
前記基板の表面の少なくとも一部には、パターニングされており且つ金属又は導電性酸化物からなる層が形成されていることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つにおいて、
前記強誘電体微粒子を堆積させる工程において、
前記強誘電体微粒子がブラウン運動によって単位時間あたりに移動する距離よりも、前記強誘電体微粒子が前記電界によって単位時間あたりに泳動する距離の方が大きくなるような大きさの前記電界を形成することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１】
基板が入れられた液体と、強誘電体微粒子が分散された分散液とを、前記強誘電体微粒子が前記分散液から前記液体に対して拡散することができるように配置する工程と、
前記分散液中の前記強誘電体微粒子の周囲に電界を形成して前記分散液中の前記強誘電体微粒子を前記基板に向けて泳動させることにより、前記基板上に前記強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備え、
前記基板は、前記分散液から所定の距離以上離して配置されることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２】
一対の電極の間に、強誘電体微粒子が分散され且つ基板が入れられた分散液を配置する工程と、
前記一対の電極の間に電界を形成して前記強誘電体微粒子を泳動させることにより、前記基板上に前記強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備えることを特徴とする強誘電体薄
膜の製造方法。
【請求項３】
基板及び第１の電極が入れられた液体と、第２の電極が入れられ且つ強誘電体微粒子が分散された分散液とを、前記強誘電体微粒子が前記分散液から前記液体に対して拡散することができるように配置する工程と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電界を形成して前記分散液中の前記強誘電体微粒子を前記基板に向けて泳動させることにより、前記基板上に前記強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備え、
前記基板は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記分散液から所定の距離以上離して配置されることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は３において、
前記所定の距離は、泳動によって前記強誘電体微粒子が前記基板に到達するより前に、前記強誘電体微粒子の分極方向が前記電界の方向に揃うことができる距離であることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は３において、
前記液体及び前記分散液は、仕切りを介して配置され、
前記仕切りは、前記分散液から前記液体に対して前記強誘電体微粒子を拡散させることができるようになっていることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
前記強誘電体微粒子を堆積させる工程の前に、前記強誘電体微粒子に対して抗電界以上の電界を印加することにより、前記強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させる工程を更に備えることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項７】
強誘電体微粒子に抗電界以上の電界を印加することにより、前記強誘電体微粒子の表面に偏在するように電荷を誘起させる工程と、
前記強誘電体微粒子を溶媒に分散して分散液とし、前記分散液中に基板を配置する工程と、
少なくとも前記強誘電体微粒子の周囲に電界を形成して前記強誘電体微粒子を泳動させることにより、前記基板上に前記強誘電体微粒子を堆積させる工程とを備えることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つにおいて、
前記基板の表面の少なくとも一部には、金属又は導電性酸化物からなる層が形成されていることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つにおいて、
前記基板の表面の少なくとも一部には、パターニングされており且つ金属又は導電性酸化物からなる層が形成されていることを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つにおいて、
前記強誘電体微粒子を堆積させる工程において、
前記強誘電体微粒子がブラウン運動によって単位時間あたりに移動する距離よりも、前記強誘電体微粒子が前記電界によって単位時間あたりに泳動する距離の方が大きくなるような大きさの前記電界を形成することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１７２９２９（Ｐ２００６−１７２９２９Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６４４８０（Ｐ２００４−３６４４８０）
【出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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