JP2000086400A - 酸化物単結晶基板の製造方法、及び電子デバイス - Google Patents
酸化物単結晶基板の製造方法、及び電子デバイスInfo
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- JP2000086400A JP2000086400A JP10272529A JP27252998A JP2000086400A JP 2000086400 A JP2000086400 A JP 2000086400A JP 10272529 A JP10272529 A JP 10272529A JP 27252998 A JP27252998 A JP 27252998A JP 2000086400 A JP2000086400 A JP 2000086400A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原子レベルで平坦でかつ結晶性の良好な基板
表面を有する酸化物単結晶基板を効率良く安価にかつ安
定して製造できる製造方法、及び結晶性の良好な酸化物
超伝導体薄膜または酸化物絶縁体薄膜を有する電子デバ
イスを提供する。 【解決手段】 （ａ）酸化物単結晶基板の表面を研磨す
る研磨工程、（ｂ）酸化物単結晶基板に液体中にて超音
波振動を与えて、研磨による応力が残留した表面部分を
除去する表面除去工程、（ｃ）表面除去後の酸化物単結
晶基板を熱処理する熱処理工程を含む。これらの工程を
経た酸化物単結晶基板上に酸化物超伝導体薄膜あるいは
酸化物強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させることに
より、酸化物単結晶基板の表面に結晶性の良好な酸化物
超伝導体薄膜または酸化物絶縁体薄膜を形成することが
でき、これにより酸化物超伝導体薄膜または酸化物絶縁
体薄膜を用いた高品質の電子デバイスを得ることができ
る。
表面を有する酸化物単結晶基板を効率良く安価にかつ安
定して製造できる製造方法、及び結晶性の良好な酸化物
超伝導体薄膜または酸化物絶縁体薄膜を有する電子デバ
イスを提供する。 【解決手段】 （ａ）酸化物単結晶基板の表面を研磨す
る研磨工程、（ｂ）酸化物単結晶基板に液体中にて超音
波振動を与えて、研磨による応力が残留した表面部分を
除去する表面除去工程、（ｃ）表面除去後の酸化物単結
晶基板を熱処理する熱処理工程を含む。これらの工程を
経た酸化物単結晶基板上に酸化物超伝導体薄膜あるいは
酸化物強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させることに
より、酸化物単結晶基板の表面に結晶性の良好な酸化物
超伝導体薄膜または酸化物絶縁体薄膜を形成することが
でき、これにより酸化物超伝導体薄膜または酸化物絶縁
体薄膜を用いた高品質の電子デバイスを得ることができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超伝導体薄
膜または酸化物強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させ
る酸化物単結晶基板の製造技術に属し、特に、基板表面
の結晶性が良好な酸化物単結晶基板の製造方法、及び、
酸化物強誘電体薄膜または酸化物強誘電体薄膜を有する
酸化物単結晶基板を用いた電子デバイスに関するもので
ある。
膜または酸化物強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させ
る酸化物単結晶基板の製造技術に属し、特に、基板表面
の結晶性が良好な酸化物単結晶基板の製造方法、及び、
酸化物強誘電体薄膜または酸化物強誘電体薄膜を有する
酸化物単結晶基板を用いた電子デバイスに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超伝導体は高温超伝導特性を示す
物質として注目されており、その特性を応用した素子の
開発が進められている。その代表的な例として、絶縁体
を介在させた超伝導体間における超伝導特性を利用して
高速スイッチングを実現するジョゼフソン素子や、ジョ
ゼフソン接合の磁束感受特性を利用して脳などから発生
する微少電流を測定する超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩ
Ｄ）、さらには超伝導トランジスタ、電磁波センサなど
がある。また、酸化物強誘電体の強誘電特性を応用した
素子としては不揮発性メモリ、赤外線センサなどがあ
り、実用化、商品化が進められている。これらの素子の
多くは酸化物単結晶基板上に形成された酸化物超伝導体
薄膜あるいは酸化物強誘電体薄膜を用いて研究開発及び
製造が行われるため、酸化物単結晶基板は、酸化物超伝
導体薄膜や酸化物強誘電体薄膜のエピタキシャル成長用
基板として需要が増大している。
物質として注目されており、その特性を応用した素子の
開発が進められている。その代表的な例として、絶縁体
を介在させた超伝導体間における超伝導特性を利用して
高速スイッチングを実現するジョゼフソン素子や、ジョ
ゼフソン接合の磁束感受特性を利用して脳などから発生
する微少電流を測定する超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩ
Ｄ）、さらには超伝導トランジスタ、電磁波センサなど
がある。また、酸化物強誘電体の強誘電特性を応用した
素子としては不揮発性メモリ、赤外線センサなどがあ
り、実用化、商品化が進められている。これらの素子の
多くは酸化物単結晶基板上に形成された酸化物超伝導体
薄膜あるいは酸化物強誘電体薄膜を用いて研究開発及び
製造が行われるため、酸化物単結晶基板は、酸化物超伝
導体薄膜や酸化物強誘電体薄膜のエピタキシャル成長用
基板として需要が増大している。
【０００３】ところで、酸化物超伝導体および酸化物強
誘電体の電気特性には異方性すなわち結晶方位に強く依
存する性質があるため、安定した特性を持った高品質の
機能素子を得るには、結晶軸方向が揃った配向性の酸化
物超伝導体薄膜および酸化物強誘電体薄膜を用いる必要
がある。したがって、膜と格子定数及び熱膨張係数が近
く、膜と反応せず、さらに膜の使用温度範囲内で相転移
を生じない酸化物単結晶基板をエピタキシャル成長用基
板に用いる必要がある。このような条件を満たす酸化物
単結晶基板として、ＳｒＴｉＯ3 （チタン酸ストロンチ
ウム）、ＬａＡＩＯ3 （ランタン酸アルミニウム）、Ｌ
ａＧａＯ3 （ガリウム酸ランタン）、ＮｄＧａＯ3 （ガ
リウム酸ネオジウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）な
どがり、これらは広く研究開発において使用されてき
た。
誘電体の電気特性には異方性すなわち結晶方位に強く依
存する性質があるため、安定した特性を持った高品質の
機能素子を得るには、結晶軸方向が揃った配向性の酸化
物超伝導体薄膜および酸化物強誘電体薄膜を用いる必要
がある。したがって、膜と格子定数及び熱膨張係数が近
く、膜と反応せず、さらに膜の使用温度範囲内で相転移
を生じない酸化物単結晶基板をエピタキシャル成長用基
板に用いる必要がある。このような条件を満たす酸化物
単結晶基板として、ＳｒＴｉＯ3 （チタン酸ストロンチ
ウム）、ＬａＡＩＯ3 （ランタン酸アルミニウム）、Ｌ
ａＧａＯ3 （ガリウム酸ランタン）、ＮｄＧａＯ3 （ガ
リウム酸ネオジウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）な
どがり、これらは広く研究開発において使用されてき
た。
【０００４】しかし、酸化物単結晶基板に対して通常の
単結晶基板の表面仕上げの際に用いられるダイヤモンド
などの硬質砥粒による研磨処理を施すと、研磨により歪
んだ表面部分（加工変質層）が数μｍの深さにも達し、
基板表面の結晶性や平坦性が著しく損なわれてしまう。
そこで従来より、コロイダルシリカなどの軟質砥粒によ
るメカノケミカルポリッシングや化学薬品によるケミカ
ルポリッシングなどで研磨処理したり、また成膜前に基
板表面をスパッタエッチング処理したりする表面処理方
法が採られてきた。しかしながら、このような表面処理
方法で処理された酸化物単結晶基板の表面の結晶性や平
坦性は、高品質の結晶特性をもった薄膜をエピタキシャ
ル成長させたり、それを人工格子や積層デバイスなどに
応用するには十分でなかった。
単結晶基板の表面仕上げの際に用いられるダイヤモンド
などの硬質砥粒による研磨処理を施すと、研磨により歪
んだ表面部分（加工変質層）が数μｍの深さにも達し、
基板表面の結晶性や平坦性が著しく損なわれてしまう。
そこで従来より、コロイダルシリカなどの軟質砥粒によ
るメカノケミカルポリッシングや化学薬品によるケミカ
ルポリッシングなどで研磨処理したり、また成膜前に基
板表面をスパッタエッチング処理したりする表面処理方
法が採られてきた。しかしながら、このような表面処理
方法で処理された酸化物単結晶基板の表面の結晶性や平
坦性は、高品質の結晶特性をもった薄膜をエピタキシャ
ル成長させたり、それを人工格子や積層デバイスなどに
応用するには十分でなかった。
【０００５】そこで、結晶性の高い原子面が露出するよ
うな高品質の単結晶基板の表面仕上げ方法の研究開発が
ＳｒＴｉＯ3 単結晶を対象としてなされてきた。その研
究成果の一つとして、結晶は原子や分子の間の結合力に
よってこれらが格子状に規則正しく配列された、それぞ
れ固有の結晶構造を持っており、一旦歪んだ結晶の一部
も熱処理によって再配列することに着目し、ＳｒＴｉＯ
3 単結晶（結晶面（100 ））を空気中で９５０℃にて熱
処理することにより、種々の加工で歪んだ表面部分の原
子や分子を再配列させて１結晶格子単位（ａ軸長：3.9
Å）の段差を持ったテーブル状の原子ステップ面が表れ
た基板表面を得る方法が報告されている（Ｒ．Ｓｕｍ；
Physica Ｃ，235 ‐ 240(1994)621-622 ）。また、Ｓｒ
ＴｉＯ3 単結晶基板（結晶面（100 ））を酸溶液（例え
ば、フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合溶液）と水と
に交互に浸漬して基板表面を繰り返しエッチング処理す
ることにより、同じく１結晶格子単位（ａ軸長：3.9
Å）の段差を持ったステップ面が表れた基板表面を得る
方法も提案された（特願平07-267800 号、特願平08-920
00号）。
うな高品質の単結晶基板の表面仕上げ方法の研究開発が
ＳｒＴｉＯ3 単結晶を対象としてなされてきた。その研
究成果の一つとして、結晶は原子や分子の間の結合力に
よってこれらが格子状に規則正しく配列された、それぞ
れ固有の結晶構造を持っており、一旦歪んだ結晶の一部
も熱処理によって再配列することに着目し、ＳｒＴｉＯ
3 単結晶（結晶面（100 ））を空気中で９５０℃にて熱
処理することにより、種々の加工で歪んだ表面部分の原
子や分子を再配列させて１結晶格子単位（ａ軸長：3.9
Å）の段差を持ったテーブル状の原子ステップ面が表れ
た基板表面を得る方法が報告されている（Ｒ．Ｓｕｍ；
Physica Ｃ，235 ‐ 240(1994)621-622 ）。また、Ｓｒ
ＴｉＯ3 単結晶基板（結晶面（100 ））を酸溶液（例え
ば、フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合溶液）と水と
に交互に浸漬して基板表面を繰り返しエッチング処理す
ることにより、同じく１結晶格子単位（ａ軸長：3.9
Å）の段差を持ったステップ面が表れた基板表面を得る
方法も提案された（特願平07-267800 号、特願平08-920
00号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、研磨し
た基板の表面部には研磨加工による応力が残留している
ため、それを単に熱処理して得られた基板表面の結晶性
はあまり良好ではない。一例として、図５（ａ）に研磨
後のチタン酸ストロンチウム基板（結晶面（100））の
原子間力顕微鏡による表面形状像を示す。この表面形状
像が示すとおり、研磨した段階では、１ｎｍ以下の平坦
性はあるが原子ステップは観察されず結晶性が良いとは
いえない。高速反射電子回折像も結晶性が良好ならば円
周上にスポット状の明点が観察されるはずであるが、結
果はストリーク状であり同様に結晶性が良いとはいえな
い。また、この状態で熱処理を行って表面の結晶を再配
列させても、図５（ｂ）の原子間力顕微鏡による表面形
状像が示すとおり、原子ステップがある程度観察される
ことから結晶性は改善されるが十分ではない。また、基
板を酸溶液と水とに交互に浸漬して基板表面を繰り返し
エッチング処理する方法は、結晶性の良好な基板表面を
得ることはできるが、エッチング処理を繰り返し行うた
め作業が煩雑であり、またエッチングに使用する酸溶液
の温度やｐＨの管理を厳密に行わなければならないた
め、工場などで大量の基板を効率良く安定して製造する
方法としては適していない。そこで本発明が解決すべき
課題は、原子レベルで平坦でかつ結晶性の良好な基板表
面を有する酸化物単結晶基板を効率良く安価に、かつ安
定して製造することができる酸化物単結晶基板の製造方
法を提供し、さらに、酸化物単結晶基板の表面に結晶性
の良好な酸化物超伝導体薄膜または酸化物絶縁体薄膜を
形成してなる電子デバイスを提供することにある。
た基板の表面部には研磨加工による応力が残留している
ため、それを単に熱処理して得られた基板表面の結晶性
はあまり良好ではない。一例として、図５（ａ）に研磨
後のチタン酸ストロンチウム基板（結晶面（100））の
原子間力顕微鏡による表面形状像を示す。この表面形状
像が示すとおり、研磨した段階では、１ｎｍ以下の平坦
性はあるが原子ステップは観察されず結晶性が良いとは
いえない。高速反射電子回折像も結晶性が良好ならば円
周上にスポット状の明点が観察されるはずであるが、結
果はストリーク状であり同様に結晶性が良いとはいえな
い。また、この状態で熱処理を行って表面の結晶を再配
列させても、図５（ｂ）の原子間力顕微鏡による表面形
状像が示すとおり、原子ステップがある程度観察される
ことから結晶性は改善されるが十分ではない。また、基
板を酸溶液と水とに交互に浸漬して基板表面を繰り返し
エッチング処理する方法は、結晶性の良好な基板表面を
得ることはできるが、エッチング処理を繰り返し行うた
め作業が煩雑であり、またエッチングに使用する酸溶液
の温度やｐＨの管理を厳密に行わなければならないた
め、工場などで大量の基板を効率良く安定して製造する
方法としては適していない。そこで本発明が解決すべき
課題は、原子レベルで平坦でかつ結晶性の良好な基板表
面を有する酸化物単結晶基板を効率良く安価に、かつ安
定して製造することができる酸化物単結晶基板の製造方
法を提供し、さらに、酸化物単結晶基板の表面に結晶性
の良好な酸化物超伝導体薄膜または酸化物絶縁体薄膜を
形成してなる電子デバイスを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る酸化物単結晶基板の製造方法では、研
磨後の酸化物単結晶基板に、液体中にて超音波振動を与
えることにより、基板表面の平坦性を残しつつ、研磨に
よる応力が残留した表面部分（加工変質層）を超音波振
動によって強制的に除去した後、酸化物単結晶基板を熱
処理（アニール）して基板表面の結晶を再配列させるよ
うにした。この製造方法において、超音波振動によって
強制的に除去する表面部分は、基板表面から厚さ方向に
１０ｎｍ以内の部分とすることが望ましい。また、その
際酸化物単結晶基板を浸漬する液体は、基板の化学的性
質に応じて、純水、またはエタノール、アセトン、イソ
プロピルアルコールなどの有機溶剤を適宜使い分けるこ
とが望ましい。また、表面処理後の熱処理は、絶対温度
で酸化物単結晶基板の融点のほぼ１／２の温度で行うこ
とが望ましい。また、表面処理後の熱処理は、空気中ま
たは酸素中で行うことが望ましい。また、本発明に係る
電子デバイスは、本発明の方法により製造した酸化物単
結晶基板の表面に、酸化物超伝導体薄膜または酸化物強
誘電体薄膜をエピタキシャル成長させたものである。こ
の電子デバイスの酸化物単結晶基板の材料として、Ｓｒ
ＴｉＯ3 （チタン酸ストロンチウム）、ＬａＡＩＯ3
（ランタン酸アルミニウム）、ＬａＧａＯ3 （ガリウム
酸ランタン）、ＮｄＧａＯ3 （ガリウム酸ネオジウ
ム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）の何れかを用いるこ
とが望ましい。
に、本発明に係る酸化物単結晶基板の製造方法では、研
磨後の酸化物単結晶基板に、液体中にて超音波振動を与
えることにより、基板表面の平坦性を残しつつ、研磨に
よる応力が残留した表面部分（加工変質層）を超音波振
動によって強制的に除去した後、酸化物単結晶基板を熱
処理（アニール）して基板表面の結晶を再配列させるよ
うにした。この製造方法において、超音波振動によって
強制的に除去する表面部分は、基板表面から厚さ方向に
１０ｎｍ以内の部分とすることが望ましい。また、その
際酸化物単結晶基板を浸漬する液体は、基板の化学的性
質に応じて、純水、またはエタノール、アセトン、イソ
プロピルアルコールなどの有機溶剤を適宜使い分けるこ
とが望ましい。また、表面処理後の熱処理は、絶対温度
で酸化物単結晶基板の融点のほぼ１／２の温度で行うこ
とが望ましい。また、表面処理後の熱処理は、空気中ま
たは酸素中で行うことが望ましい。また、本発明に係る
電子デバイスは、本発明の方法により製造した酸化物単
結晶基板の表面に、酸化物超伝導体薄膜または酸化物強
誘電体薄膜をエピタキシャル成長させたものである。こ
の電子デバイスの酸化物単結晶基板の材料として、Ｓｒ
ＴｉＯ3 （チタン酸ストロンチウム）、ＬａＡＩＯ3
（ランタン酸アルミニウム）、ＬａＧａＯ3 （ガリウム
酸ランタン）、ＮｄＧａＯ3 （ガリウム酸ネオジウ
ム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）の何れかを用いるこ
とが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明に係る製造方法の実施の形態を示す
工程説明図である。図示するように、本発明に係る製造
方法は、（１）研磨工程、（２）表面除去工程および
（３）熱処理工程を含む。 （１）研磨工程では、所望の結晶方位に沿って板状にス
ライスした酸化物単結晶基板に、ダイヤモンドなどの硬
質砥粒あるいはコロイダルシリカなどの軟質砥粒による
研磨処理を施す。 （２）表面除去工程では、研磨処理後の酸化物単結晶基
板を液体（例えば、純水、有機溶剤など）の入った容器
内に配置し、公知の超音波洗浄装置を用いて超音波振動
を与えることにより、研磨による応力が残留した基板表
面及び表面近傍部分を、基板表面の平坦性を残しつつ強
制的に除去する。ただし、この工程で除去する酸化物単
結晶基板の表面部分は、基板表面から厚さ方向に１０ｎ
ｍ以内の部分とする。１０ｎｍを越えると基板表面の平
坦性を損なう可能性があるからである。 （３）熱処理工程では、表面除去後の酸化物単結晶基板
を電気炉内に移して熱処理することにより、基板表面の
結晶を再配列させる。この熱処理は、絶対温度で酸化物
単結晶基板の融点のほぼ１／２の温度で行うことが望ま
しい。熱処理の温度が高過ぎると基板の結晶性を損なう
可能性があり、低過ぎると結晶の再配列を良好に促すこ
とができないからである。また、この熱処理は、酸素中
で行うことが望ましい。酸素以外の物質を多くむ雰囲気
中で熱処理を行うと、酸化物単結晶基板の結晶成分が変
化してしまうからである。
する。図１は本発明に係る製造方法の実施の形態を示す
工程説明図である。図示するように、本発明に係る製造
方法は、（１）研磨工程、（２）表面除去工程および
（３）熱処理工程を含む。 （１）研磨工程では、所望の結晶方位に沿って板状にス
ライスした酸化物単結晶基板に、ダイヤモンドなどの硬
質砥粒あるいはコロイダルシリカなどの軟質砥粒による
研磨処理を施す。 （２）表面除去工程では、研磨処理後の酸化物単結晶基
板を液体（例えば、純水、有機溶剤など）の入った容器
内に配置し、公知の超音波洗浄装置を用いて超音波振動
を与えることにより、研磨による応力が残留した基板表
面及び表面近傍部分を、基板表面の平坦性を残しつつ強
制的に除去する。ただし、この工程で除去する酸化物単
結晶基板の表面部分は、基板表面から厚さ方向に１０ｎ
ｍ以内の部分とする。１０ｎｍを越えると基板表面の平
坦性を損なう可能性があるからである。 （３）熱処理工程では、表面除去後の酸化物単結晶基板
を電気炉内に移して熱処理することにより、基板表面の
結晶を再配列させる。この熱処理は、絶対温度で酸化物
単結晶基板の融点のほぼ１／２の温度で行うことが望ま
しい。熱処理の温度が高過ぎると基板の結晶性を損なう
可能性があり、低過ぎると結晶の再配列を良好に促すこ
とができないからである。また、この熱処理は、酸素中
で行うことが望ましい。酸素以外の物質を多くむ雰囲気
中で熱処理を行うと、酸化物単結晶基板の結晶成分が変
化してしまうからである。
【０００９】上記のように、研磨後の酸化物単結晶基板
に、液体中にて超音波振動を与えることにより、基板表
面の平坦性を残しつつ、研磨による応力が残留した表面
部分を超音波振動によって強制的に除去した後、酸化物
単結晶基板を熱処理して基板表面の結晶を再配列させる
ことによって、原子レベルで平坦でかつ表面の結晶性の
良い酸化物単結晶基板を作成することができる。したが
って、上記の方法で製造した酸化物単結晶基板上に酸化
物超伝導体薄膜あるいは酸化物強誘電体薄膜をエピタキ
シャル成長させることにより、酸化物単結晶基板の表面
に結晶性の良好な酸化物超伝導体薄膜または酸化物絶縁
体薄膜を形成することができ、これにより酸化物超伝導
体薄膜または酸化物絶縁体薄膜を用いた高品質の電子デ
バイスを得ることができる。また、上記の方法は、基板
を酸溶液と水とに交互に浸漬して基板表面を繰り返しエ
ッチング処理する従来の方法と比較して、処理工程数を
大幅に少なくでき、かつエッチングに使用する酸溶液の
温度やｐＨの管理ほど厳密性を要する工程を含まないの
で、工場などで大量の基板を効率良く安定して製造する
方法として有効である。
に、液体中にて超音波振動を与えることにより、基板表
面の平坦性を残しつつ、研磨による応力が残留した表面
部分を超音波振動によって強制的に除去した後、酸化物
単結晶基板を熱処理して基板表面の結晶を再配列させる
ことによって、原子レベルで平坦でかつ表面の結晶性の
良い酸化物単結晶基板を作成することができる。したが
って、上記の方法で製造した酸化物単結晶基板上に酸化
物超伝導体薄膜あるいは酸化物強誘電体薄膜をエピタキ
シャル成長させることにより、酸化物単結晶基板の表面
に結晶性の良好な酸化物超伝導体薄膜または酸化物絶縁
体薄膜を形成することができ、これにより酸化物超伝導
体薄膜または酸化物絶縁体薄膜を用いた高品質の電子デ
バイスを得ることができる。また、上記の方法は、基板
を酸溶液と水とに交互に浸漬して基板表面を繰り返しエ
ッチング処理する従来の方法と比較して、処理工程数を
大幅に少なくでき、かつエッチングに使用する酸溶液の
温度やｐＨの管理ほど厳密性を要する工程を含まないの
で、工場などで大量の基板を効率良く安定して製造する
方法として有効である。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明する。ただし、本発明はこれらの例に限定されるもの
ではない。
明する。ただし、本発明はこれらの例に限定されるもの
ではない。
【００１１】［実施例１］ＳｒＴｉＯ3 基板（結晶面(1
00) ）を表面処理し、処理面上にｃ軸配向のＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7 単結晶薄膜を作成した。まず研磨後のＳｒＴｉ
Ｏ3 基板（結晶面(100) ）の表面の有機物、無機物の汚
れを取り除いた後、ＳｒＴｉＯ3 基板を超音波洗浄装置
の液槽内に配置し、液体中で超音波振動を与えることに
より、ＳｒＴｉＯ3 基板の表面部分を機械的に除去し
た。液体にはアセトンを使用し、超音波洗浄装置には市
販のもの（40kHz −150W）を使用した。上記表面処理後
のＳｒＴｉＯ3 基板の表面は、図１（ａ）の原子間力顕
微鏡による表面形状像が示すとおり、研磨による応力が
残留した表面部分が均一に除去され、凹凸は１ｎｍに保
たれている。この後、空気中で熱処理を行った。昇温速
度は毎分１０℃で、１０００℃で２時間保持した後、降
温速度毎分１０℃で室温まで下げた。上記熱処理後のＳ
ｒＴｉＯ3 基板の表面は、図１（ｂ）の原子間力顕微鏡
による表面形状像が示すとおり、明確な原子ステップが
観察され、その高さはＳｒＴｉＯ3 のａ軸長に当たる約
４Åであった。図１（ｃ）は図１（ｂ）の一部を拡大し
たものであり、１結晶格子単位の段差を持ったテーブル
状の原子ステップ面が明確に観察される。超音波洗浄処
理を行わずに熱処理を行ったＳｒＴｉＯ3 基板の表面形
状像（図５（ｂ））と比較して原子ステップは非常に明
確であり、超音波洗浄処理を行ってから熱処理すること
でＳｒＴｉＯ3 基板表面の結晶性が著しく向上したこと
がわかる。また図２に示すとおり、(100) 方向から電子
線を入射させた高速反射電子回折像も円周上にスポット
状の明点が観察され、表面の結晶性が非常に良好である
ことを示している。
00) ）を表面処理し、処理面上にｃ軸配向のＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7 単結晶薄膜を作成した。まず研磨後のＳｒＴｉ
Ｏ3 基板（結晶面(100) ）の表面の有機物、無機物の汚
れを取り除いた後、ＳｒＴｉＯ3 基板を超音波洗浄装置
の液槽内に配置し、液体中で超音波振動を与えることに
より、ＳｒＴｉＯ3 基板の表面部分を機械的に除去し
た。液体にはアセトンを使用し、超音波洗浄装置には市
販のもの（40kHz −150W）を使用した。上記表面処理後
のＳｒＴｉＯ3 基板の表面は、図１（ａ）の原子間力顕
微鏡による表面形状像が示すとおり、研磨による応力が
残留した表面部分が均一に除去され、凹凸は１ｎｍに保
たれている。この後、空気中で熱処理を行った。昇温速
度は毎分１０℃で、１０００℃で２時間保持した後、降
温速度毎分１０℃で室温まで下げた。上記熱処理後のＳ
ｒＴｉＯ3 基板の表面は、図１（ｂ）の原子間力顕微鏡
による表面形状像が示すとおり、明確な原子ステップが
観察され、その高さはＳｒＴｉＯ3 のａ軸長に当たる約
４Åであった。図１（ｃ）は図１（ｂ）の一部を拡大し
たものであり、１結晶格子単位の段差を持ったテーブル
状の原子ステップ面が明確に観察される。超音波洗浄処
理を行わずに熱処理を行ったＳｒＴｉＯ3 基板の表面形
状像（図５（ｂ））と比較して原子ステップは非常に明
確であり、超音波洗浄処理を行ってから熱処理すること
でＳｒＴｉＯ3 基板表面の結晶性が著しく向上したこと
がわかる。また図２に示すとおり、(100) 方向から電子
線を入射させた高速反射電子回折像も円周上にスポット
状の明点が観察され、表面の結晶性が非常に良好である
ことを示している。
【００１２】このようにして作成したＳｒＴｉＯ3 基板
（結晶面(100) ）上に分子線エピタキシャル法でＹＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7 薄膜を成長させた。薄膜の結晶性を高速反
射電子回折像で観察した結果、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 薄膜
はＳｒＴｉＯ3 基板の結晶性に合致するｃ軸配向にエピ
タキシャル成長していた。従来の方法で製造したＳｒＴ
ｉＯ3 基板にＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 薄膜を成長させた場
合、膜厚が厚くなるとともに薄膜の結晶性は劣化してい
くが、本発明の方法で製造したＳｒＴｉＯ3 基板上にＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 薄膜を成長させた場合は、膜厚が厚く
なっても薄膜の結晶性は劣化は無く、均一で高品質の薄
膜を作成することができた。
（結晶面(100) ）上に分子線エピタキシャル法でＹＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7 薄膜を成長させた。薄膜の結晶性を高速反
射電子回折像で観察した結果、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 薄膜
はＳｒＴｉＯ3 基板の結晶性に合致するｃ軸配向にエピ
タキシャル成長していた。従来の方法で製造したＳｒＴ
ｉＯ3 基板にＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 薄膜を成長させた場
合、膜厚が厚くなるとともに薄膜の結晶性は劣化してい
くが、本発明の方法で製造したＳｒＴｉＯ3 基板上にＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 薄膜を成長させた場合は、膜厚が厚く
なっても薄膜の結晶性は劣化は無く、均一で高品質の薄
膜を作成することができた。
【００１３】［実施例２］ＭｇＯ基板（結晶面(100) ）
を表面処理し、処理面上にｃ軸配向のチタン酸ジルコン
酸塩（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 ）単結晶
薄膜を作成した。まず研磨後のＭｇＯ基板（結晶面(10
0) ）の表面の有機物、無機物の汚れを取り除いた後、
ＭｇＯ基板を超音波洗浄装置の液槽内に配置し、液体中
で超音波振動を与えることにより、ＭｇＯ基板の表面部
分を機械的に除去した。ＭｇＯは水に僅かながら可溶で
あるため、ここではイソプロピルアルコール中でＭｇＯ
基板の超音波洗浄を行った。超音波洗浄装置には市販の
もの（40kHz −150W）を使用した。上記表面処理後のＭ
ｇＯ基板の表面は、図４（ａ）の原子間力顕微鏡による
表面形状像が示すとおり、研磨による応力が残留した表
面部分が均一に除去され、凹凸は１ｎｍに保たれてい
る。この後、空気中で熱処理を行った。昇温速度は毎分
５℃で、１１００℃で２時間保持した後、降温速度毎分
５℃で室温まで下げた。上記熱処理後のＭｇＯ基板の表
面は、図４（ｂ）の原子間力顕微鏡による表面形状像が
示すとおり、明確な原子ステップが観察され、その高さ
はＭｇＯのａ軸長に当たる約４．２Åであった。超音波
洗浄処理を行わずに熱処理を行ったものと比べて、原子
ステップは非常に明確で、原子レベルで平坦な結晶面が
観察された。超音波洗浄処理を行ってから熱処理するこ
とでＭｇＯ基板表面の結晶性が著しく向上したことがわ
かる。
を表面処理し、処理面上にｃ軸配向のチタン酸ジルコン
酸塩（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 ）単結晶
薄膜を作成した。まず研磨後のＭｇＯ基板（結晶面(10
0) ）の表面の有機物、無機物の汚れを取り除いた後、
ＭｇＯ基板を超音波洗浄装置の液槽内に配置し、液体中
で超音波振動を与えることにより、ＭｇＯ基板の表面部
分を機械的に除去した。ＭｇＯは水に僅かながら可溶で
あるため、ここではイソプロピルアルコール中でＭｇＯ
基板の超音波洗浄を行った。超音波洗浄装置には市販の
もの（40kHz −150W）を使用した。上記表面処理後のＭ
ｇＯ基板の表面は、図４（ａ）の原子間力顕微鏡による
表面形状像が示すとおり、研磨による応力が残留した表
面部分が均一に除去され、凹凸は１ｎｍに保たれてい
る。この後、空気中で熱処理を行った。昇温速度は毎分
５℃で、１１００℃で２時間保持した後、降温速度毎分
５℃で室温まで下げた。上記熱処理後のＭｇＯ基板の表
面は、図４（ｂ）の原子間力顕微鏡による表面形状像が
示すとおり、明確な原子ステップが観察され、その高さ
はＭｇＯのａ軸長に当たる約４．２Åであった。超音波
洗浄処理を行わずに熱処理を行ったものと比べて、原子
ステップは非常に明確で、原子レベルで平坦な結晶面が
観察された。超音波洗浄処理を行ってから熱処理するこ
とでＭｇＯ基板表面の結晶性が著しく向上したことがわ
かる。
【００１４】このようにして作成したＭｇＯ基板（結晶
面(100) ）上に６００゜Ｃで高周波スパッタ法にて白金
（Ｐｔ）薄膜（結晶面(100) ）をエピタキシャル成長さ
せた後、その上に同様に６００゜Ｃで高周波スパッタ法
にてＰＺＴ薄膜を２００ｎｍ成長させた。高速反射電子
回折像によるＰＺＴ薄膜の解析の結果、ＰＺＴ薄膜はＭ
ｇＯ3 基板の結晶性に合致するｃ軸配向にエピタキシャ
ル成長していた。ＰＺＴ薄膜上に直径０．２５ｍｍの金
（Ａｕ）電極を作成し、Ａｕ電極とＰｔ薄膜との間のＰ
ＺＴ薄膜の誘電特性および強誘電特性を測定した。その
結果、比誘電率１００、誘電損失０．０４、残留分極２
０μＣ／cm2 、抗電界１００ｋV ／cmであり、良好な電
気特性を示した。
面(100) ）上に６００゜Ｃで高周波スパッタ法にて白金
（Ｐｔ）薄膜（結晶面(100) ）をエピタキシャル成長さ
せた後、その上に同様に６００゜Ｃで高周波スパッタ法
にてＰＺＴ薄膜を２００ｎｍ成長させた。高速反射電子
回折像によるＰＺＴ薄膜の解析の結果、ＰＺＴ薄膜はＭ
ｇＯ3 基板の結晶性に合致するｃ軸配向にエピタキシャ
ル成長していた。ＰＺＴ薄膜上に直径０．２５ｍｍの金
（Ａｕ）電極を作成し、Ａｕ電極とＰｔ薄膜との間のＰ
ＺＴ薄膜の誘電特性および強誘電特性を測定した。その
結果、比誘電率１００、誘電損失０．０４、残留分極２
０μＣ／cm2 、抗電界１００ｋV ／cmであり、良好な電
気特性を示した。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る酸化
物単結晶基板の製造方法によれば、原子レベルで平坦で
かつ結晶性の良好な基板表面を有する酸化物単結晶基板
を効率良く安価に、かつ安定して製造することができ
る。また、この製造方法により製造された酸化物単結晶
基板の表面に酸化物超伝導体薄膜または酸化物絶縁体薄
膜をエピタキシャル成長させてなる本発明の電子デバイ
スは、結晶性の良好な酸化物超伝導体薄膜または酸化物
絶縁体薄膜を有するため、これらの薄膜を用いた各種素
子を良質に作成できる。
物単結晶基板の製造方法によれば、原子レベルで平坦で
かつ結晶性の良好な基板表面を有する酸化物単結晶基板
を効率良く安価に、かつ安定して製造することができ
る。また、この製造方法により製造された酸化物単結晶
基板の表面に酸化物超伝導体薄膜または酸化物絶縁体薄
膜をエピタキシャル成長させてなる本発明の電子デバイ
スは、結晶性の良好な酸化物超伝導体薄膜または酸化物
絶縁体薄膜を有するため、これらの薄膜を用いた各種素
子を良質に作成できる。
【図１】本発明に係る製造方法の実施の形態を示す工程
説明図である。
説明図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る製造方法における表面処
理後のＳｒＴｉＯ3 基板の表面形状像を示す図、（ｂ）
は本発明に係る製造方法における熱処理後のＳｒＴｉＯ
3 基板の表面形状像を示す図、（ｃ）は（ｂ）の一部を
拡大した表面形状像を示す図である。
理後のＳｒＴｉＯ3 基板の表面形状像を示す図、（ｂ）
は本発明に係る製造方法における熱処理後のＳｒＴｉＯ
3 基板の表面形状像を示す図、（ｃ）は（ｂ）の一部を
拡大した表面形状像を示す図である。
【図３】本発明に係る製造方法における熱処理後のＳｒ
ＴｉＯ3 基板の高速反射電子回折像を示す図である。
ＴｉＯ3 基板の高速反射電子回折像を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る製造方法における表面処
理後のＭｇＯ基板の表面形状像を示す図、（ｂ）は本発
明に係る製造方法における熱処理後のＭｇＯ基板の表面
形状像を示す図である。
理後のＭｇＯ基板の表面形状像を示す図、（ｂ）は本発
明に係る製造方法における熱処理後のＭｇＯ基板の表面
形状像を示す図である。
【図５】（ａ）は研磨後のＳｒＴｉＯ3 基板の表面形状
像を示す図、（ｂ）は従来の製造方法における熱処理後
のＳｒＴｉＯ3 基板の表面形状像を示す図である。
像を示す図、（ｂ）は従来の製造方法における熱処理後
のＳｒＴｉＯ3 基板の表面形状像を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項１】 酸化物単結晶基板の表面を研磨する研磨
工程と、 酸化物単結晶基板に液体中にて超音波振動を与えて、研
磨による応力が残留した表面部分を除去する表面除去工
程と、 表面除去後の酸化物単結晶基板を熱処理する熱処理工程
とを含むことを特徴とする酸化物単結晶基板の製造方
法。 - 【請求項２】 前記表面除去工程により除去する表面部
分は、基板表面から厚さ方向に１０ｎｍ以下の部分であ
ることを特徴とする請求項１記載の酸化物単結晶基板の
製造方法。 - 【請求項３】 前記熱処理工程における熱処理温度は、
絶対温度で酸化物単結晶基板の融点のほぼ１／２である
ことを特徴とする請求項１または２記載の酸化物単結晶
基板の製造方法。 - 【請求項４】 前記熱処理工程における熱処理は、空気
中または酸素中で行うことを特徴とする請求項１〜３の
何れかに記載の酸化物単結晶基板の製造方法。 - 【請求項５】 前記表面除去工程における液体は、有機
溶剤であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記
載の酸化物単結晶基板の製造方法。 - 【請求項６】 請求項１〜５の何れかに記載の製造方法
により製造した酸化物単結晶基板の表面に、酸化物超伝
導体薄膜をエピタキシャル成長させたことを特徴とする
電子デバイス。 - 【請求項７】 請求項１〜５の何れかに記載の製造方法
により製造した酸化物単結晶基板の表面に、酸化物強誘
電体薄膜をエピタキシャル成長させたことを特徴とする
電子デバイス。 - 【請求項８】 前記酸化物単結晶基板の材料として、チ
タン酸ストロンチウム、ランタン酸アルミニウム、ガリ
ウム酸ランタン、ガリウム酸ネオジウム、酸化マグネシ
ウムの何れかを用いたことを特徴とする請求項６または
７記載の電子デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10272529A JP2000086400A (ja) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | 酸化物単結晶基板の製造方法、及び電子デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10272529A JP2000086400A (ja) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | 酸化物単結晶基板の製造方法、及び電子デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000086400A true JP2000086400A (ja) | 2000-03-28 |
Family
ID=17515173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10272529A Pending JP2000086400A (ja) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | 酸化物単結晶基板の製造方法、及び電子デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000086400A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006070855A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Tateho Chemical Industries Co., Ltd. | 結晶性制御酸化マグネシウム単結晶及びその製造方法並びにその単結晶を用いた基板 |
| US7691200B2 (en) | 2005-03-25 | 2010-04-06 | Tateho Chemical Industries Co., Ltd | Magnesium oxide single crystal and method for producing the same |
| WO2012124507A1 (ja) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | 富士電機株式会社 | 結晶体、基板およびその作製方法 |
| WO2014207946A1 (en) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Surface layer superconductor and fabrication method of the same |
| CN114639591A (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 环球晶圆股份有限公司 | 外延层去除方法 |
-
1998
- 1998-09-09 JP JP10272529A patent/JP2000086400A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006070855A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Tateho Chemical Industries Co., Ltd. | 結晶性制御酸化マグネシウム単結晶及びその製造方法並びにその単結晶を用いた基板 |
| JP2006182620A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Tateho Chem Ind Co Ltd | 結晶性制御酸化マグネシウム単結晶及びその製造方法並びにその単結晶を用いた基板 |
| KR100883228B1 (ko) | 2004-12-28 | 2009-02-18 | 다테호 가가쿠 고교 가부시키가이샤 | 결정성 제어 산화마그네슘 단결정 및 그 제조 방법 및 그단결정을 사용한 기판 |
| US7544345B2 (en) | 2004-12-28 | 2009-06-09 | Tateho Chemical Industries Co., Ltd. | Magnesium oxide single crystal having controlled crystallinity and method for producing the same |
| US7691200B2 (en) | 2005-03-25 | 2010-04-06 | Tateho Chemical Industries Co., Ltd | Magnesium oxide single crystal and method for producing the same |
| WO2012124507A1 (ja) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | 富士電機株式会社 | 結晶体、基板およびその作製方法 |
| CN103429799A (zh) * | 2011-03-14 | 2013-12-04 | 富士电机株式会社 | 晶体物质、基材，及生产晶体物质的方法 |
| US8932699B2 (en) | 2011-03-14 | 2015-01-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | Crystalline substance, substrate, and method for producing crystalline substance |
| JP5725156B2 (ja) * | 2011-03-14 | 2015-05-27 | 富士電機株式会社 | 結晶体、基板およびその作製方法 |
| WO2014207946A1 (en) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Surface layer superconductor and fabrication method of the same |
| JP2016531061A (ja) * | 2013-06-28 | 2016-10-06 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 表層超電導体の製造方法および表層超電導体 |
| CN114639591A (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 环球晶圆股份有限公司 | 外延层去除方法 |
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