発明の名称 チタン酸ストロンチウム基板の表面処理方法 発行国 日本国特許庁（ＪＰ） 公報種別 公開特許公報（Ａ） 公開番号 特開平８−１０２５６０ 公開日 平成８年（１９９６）４月１６日 出願番号 特願平６−２３６１８９ 出願日 平成６年（１９９４）９月３０日 代理人 【弁理士】 【氏名又は名称】西田 新 発明者 鯉沼 秀臣 / 吉本 護 / 石山 修 / 篠原 真 要約 目的 ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）基板の最表面の終端構造を、ほぼ完全なＴｉＯ2 面とすることが可能な処理方法を提供する。 構成 ＳＴＯ基板を酸素雰囲気下で高温アニールする。そのアニール温度は１０００℃前後とし、また、雰囲気酸素の圧力は例えば常圧(1atm)とする。 特許請求の範囲 【請求項１】 高温超伝導薄膜または強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させる基板の表面処理方法であって、チタン酸ストロンチウム基板を酸素雰囲気下で高温アニールすることにより、ＴｉＯ2 面で終端された最表面構造を得ることを特徴とするチタン酸ストロンチウム基板の表面処理方法。 発明の詳細な説明 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、高温超伝導薄膜あるいは強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）基板（以下ＳＴＯ基板と称する）の表面処理方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＳＴＯ基板にＳｒＴｉＯ3 等の薄膜をエピタキシャル成長させる場合、通常、成膜前に基板表面を清浄化する処理が行われており、その表面清浄化方法としては、従来、購入したＳＴＯ〔００１〕基板を有機溶剤等で洗浄した後、真空中でスパッタエッチ（Ａｒスパッタ等）し、さらにアニールするといった方法が一般に採用されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従来の方法によれば、表面処理を行った後でも、ＳＴＯ基板の最表面にＴｉＯ2 面とＳｒＯ面とが混在しており（図３の模式図参照）、このことが、後のエピタキシャル成長を精密に制御できない要因となっている。 【０００４】すなわち、ＳＴＯ基板にＳｒＴｉＯ3 等の薄膜を原子層の単位で制御性良く成長させる場合、ＳＴＯ基板の最表面は完全なＴｉＯ2 面またはＳｒＯ面とすることが良いと言われており、基板の最表面にＴｉＯ2 面とＳｒＯ面とが混在していると、その不完全性が結晶成長過程において反映され、その影響がエピタキシャル成長を原子層単位で精密に制御する上での阻害要因となる。 【０００５】本発明はそのような事情に鑑みてなされたもので、ＳＴＯ基板の最表面の終端構造をほぼ完全なＴｉＯ2 面とすることが可能な処理方法の提供を目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明の表面処理方法は、ＳＴＯ基板を酸素雰囲気下で高温アニールすることにより、ＴｉＯ2 面で終端された最表面構造を得ることによって特徴づけられる。 【０００７】ここで、本発明において採用する高温アニールの温度は７５０℃〜１３００℃の範囲が適当で、また、アニール時の雰囲気酸素の圧力は特に限定はなく、常圧（1atm) 、加圧または減圧のいずれの状態でもよい。 【０００８】 【作用】ＳＴＯ〔００１〕基板を、酸素雰囲気下で１０００℃±２００℃程度の高温でアニールすると、ＳＴＯ基板の最表面はほぼ１００％ＴｉＯ2 面で終端される。これは、ＳＴＯ基板を１０００℃付近にまで加熱すると、基板の構成元素であるＴｉは基板表面にとどまるが、Ｓｒは基板表面から飛び出してしまい、その結果として基板最表面にはＳｒＯが存在しなくなる、といったメカニズムによるものと考えられる。 【０００９】なお、以上の点を考慮すると、本発明の表面処理方法を実施する際の高温アニールの温度範囲は、Ｓｒのみが基板表面から飛び出すのに必要な温度の最低値付近を下限値とし、また上限値は高温加熱によりＴｉが基板表面から飛び出さない程度の温度とする必要があり、その具体的な数値は先に述べたように７５０℃〜１３００℃が適当である。 【００１０】 【実施例】まず、購入したＳＴＯ〔００１〕基板（無処理）を試料とし、その試料を処理炉内に配置して、常圧（1atm) の酸素雰囲気下で１０００℃に加熱して１０時間の高温アニールを行い、この処理後の試料の表面を、ＣＡＩＣＩＳＳ(Coaxial Impact Collision Ion Scattering Spectroscopy)により測定した。また、購入したままの状態のＳＴＯ〔００１〕基板を試料として、同様にＣＡＩＣＩＳＳにより測定したところ、図１に示すＴＯＦスペクトルＳP1とＳP3が得られた。 【００１１】その測定結果から、未処理の試料のＴＯＦスペクトルＳP3では、ＴｉとＳｒの双方の信号が観測され、その最表面にＴｉＯ2 面とＳｒＯ面が混在しているのに対し、高温アニールを施した試料のＴＯＦスペクトルＳP1では、Ｓｒ信号が極めて小さくて、最表面がほぼ１００％のＴｉＯ2 面となっていることが判明した。このことから、本発明の表面処理方法が、ＳＴＯ基板の最表面の終端構造をほぼ完全なＴｉＯ2 面とするのに適した優れた方法であることが確認できた。 【００１２】そして、前記した表面処理を施した試料表面に、ＭＢＥ法等によりＳｒ薄膜をエピタキシャル成長させた後、その試料の最表面構造をＣＡＩＣＩＳＳにより測定したところ、図１に示すＴＯＦスペクトルＳP2が得られ、この測定結果から基板最表面が完全なＳｒＯ面の状態になっていることが判った。従って、ＳＴＯ基板の最表面を１００％ＴｉＯ2 面とすることで、その基板表面にＳｒＴｉＯ3 の薄膜を原子層の単位で精密に制御しつつ成長させることが可能となることが確認できた。 【００１３】ここで、ＣＡＩＣＩＳＳのＴＯＦスペクトル測定により、ＳＴＯ基板の最表面構造が１００％ＴｉＯ2 面であるか否かを評価できる理由を以下に説明する。まず、ＳｒＴｉＯ3 はペロブスカイト構造をとっていることから、ＳＴＯ基板の表面に、図２に示すように、Ｈｅ+ を〔１１１〕の方位から照射（入射角α＝３５°）してその散乱強度を測定すると、ＳＴＯ基板の表面第１原子層が完全なＴｉＯ2 面であれば、Ｔｉのシャドーコーンに第２層目のＳｒが隠れてＴｉ信号のみが観測される。逆に、表面第１原子層が完全なＳｒＯ面であると、Ｓｒのシャドーコーンに第２層目のＴｉが隠れてＳｒ信号のみが観測される。一方、ＴｉＯ2 面とＳｒＯ面が混在した状態であると、ＣＡＩＣＩＳＳのＴＯＦスペクトルはＳｒとＴｉの両方のピークが出現した状態となる。従って、このようなＣＡＩＣＩＳＳによるＴＯＦスペクトル測定を行うことにより、ＳＴＯ基板の最表面の構造完全性（１００％ＴｉＯ2 面）を評価できる。 【００１４】なお、本発明の表面処理方法を実施する際の高温アニールは、１０００℃の温度で１０時間程度の熱処理が好ましいが、先に述べたように、アニール温度は７５０℃〜１３００℃の範囲であれば本発明方法は実施可能で、また、アニールの処理時間は、設定するアニール温度の高低に応じて適宜に変更してもよい。 【００１５】さらに、本発明の方法は、ＳｒＴｉＯ3 薄膜をエピタキシャル成長させる場合のほか、Ｂi2Ｓr2ＣｕＯ6 等の他の高温超伝導薄膜あるいは強誘電体薄膜をＳＴＯ基板に成長させる際の前処理に適用できることは勿論である。 【００１６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面処理方法によれば、最表面がほぼ１００％ＴｉＯ2 面で終端されたＳＴＯ〔００１〕基板を安定して作製することができるので、ＳＴＯ基板上に高温超伝導薄膜や強誘電体薄膜をエピタキシャル成長させるにあたり、その成長様式を精密に制御することが可能になる。その結果、これら薄膜の高品質化が進み、ひいては種々の高性能電子デバイスの開発等の実現が可能となる。