JP2002217463A - 圧電体素子およびその形成方法 - Google Patents
圧電体素子およびその形成方法Info
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電体素子において、欠陥の少ない高品質の
圧電体素子、および圧電体素子に用いられる圧電体薄膜
を品質良く形成するための薄膜形成方法を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカ
イト型の圧電体薄膜とその圧電体薄膜と振動板もしくは
振動板の効果をあわせ持った電極との間にＺｒを含まな
い酸化物薄膜を設けることからなるものである。
圧電体素子、および圧電体素子に用いられる圧電体薄膜
を品質良く形成するための薄膜形成方法を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカ
イト型の圧電体薄膜とその圧電体薄膜と振動板もしくは
振動板の効果をあわせ持った電極との間にＺｒを含まな
い酸化物薄膜を設けることからなるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体素子および
その形成方法に関するものである。
その形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ペロブスカイト型構造を有する誘
電体薄膜は、優れた強誘電性、圧電性、焦電性および電
気光学特性を示し、各種センサやアクチュエータなど幅
広いデバイスに有効な材料として注目されており、今後
その利用範囲は拡大していくと思われる。
電体薄膜は、優れた強誘電性、圧電性、焦電性および電
気光学特性を示し、各種センサやアクチュエータなど幅
広いデバイスに有効な材料として注目されており、今後
その利用範囲は拡大していくと思われる。
【０００３】誘電体薄膜の代表例として、ＡＢＯ3構造
を示すＰｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3系薄膜は、高い圧電性
を有することから、圧電センサや圧電アクチュエータな
どの圧電体素子の圧電体薄膜として利用されている。圧
電センサは、強誘電性の圧電効果を利用したものであ
る。強誘電体は内部に自発分極を有しており、その表面
に正および負電荷を発生させる。大気中における定常状
態では大気中の分子が持つ電荷と結合して中性状態にな
っている。この圧電体に外圧がかかると圧電体から圧力
量に応じた電気信号を取り出すことが出来る。また、圧
電アクチュエータも同様の原理を用いたもので、圧電体
に電圧を印加するとその電圧に応じて圧電体が伸縮し、
伸縮方向あるいはその方向に直交する方向に変位を生じ
させることが出来る。
を示すＰｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3系薄膜は、高い圧電性
を有することから、圧電センサや圧電アクチュエータな
どの圧電体素子の圧電体薄膜として利用されている。圧
電センサは、強誘電性の圧電効果を利用したものであ
る。強誘電体は内部に自発分極を有しており、その表面
に正および負電荷を発生させる。大気中における定常状
態では大気中の分子が持つ電荷と結合して中性状態にな
っている。この圧電体に外圧がかかると圧電体から圧力
量に応じた電気信号を取り出すことが出来る。また、圧
電アクチュエータも同様の原理を用いたもので、圧電体
に電圧を印加するとその電圧に応じて圧電体が伸縮し、
伸縮方向あるいはその方向に直交する方向に変位を生じ
させることが出来る。
【０００４】このような圧電体素子は基本的に少なくと
も圧電体と電極から構成される。以下に代表的な圧電体
素子の基本構造について図面を参照しながら説明する。
も圧電体と電極から構成される。以下に代表的な圧電体
素子の基本構造について図面を参照しながら説明する。
【０００５】図５は従来の圧電体素子の構成を示す断面
図である。圧電体１は厚み方向に分極方向を持ち、圧電
体１の分極方向に直交する両表面に電極Ａ２と電極Ｂ３
が構成される。そのうち一方の電極Ｂ３は圧電体１の伸
縮を伸縮方向と直交する方向に変位方向を変換するため
の振動板の役目をあわせ持つ。この２つの電極２，３で
挟まれた圧電体１は支持体４上に端部で固定されてい
る。支持体４と圧電体１の固定部は端部のみであり、圧
電体１直下の大部分は空洞５になっている。このような
構造の圧電体素子の両電極２，３間に電圧を印加すると
圧電体１が伸縮し、結果的に圧電体１の分極方向の変位
が得られる。このような圧電体素子の性能には圧電体１
自身の性能が寄与する部分が大きく、圧電体１の品質を
いかに向上させるかが重要となる。
図である。圧電体１は厚み方向に分極方向を持ち、圧電
体１の分極方向に直交する両表面に電極Ａ２と電極Ｂ３
が構成される。そのうち一方の電極Ｂ３は圧電体１の伸
縮を伸縮方向と直交する方向に変位方向を変換するため
の振動板の役目をあわせ持つ。この２つの電極２，３で
挟まれた圧電体１は支持体４上に端部で固定されてい
る。支持体４と圧電体１の固定部は端部のみであり、圧
電体１直下の大部分は空洞５になっている。このような
構造の圧電体素子の両電極２，３間に電圧を印加すると
圧電体１が伸縮し、結果的に圧電体１の分極方向の変位
が得られる。このような圧電体素子の性能には圧電体１
自身の性能が寄与する部分が大きく、圧電体１の品質を
いかに向上させるかが重要となる。
【０００６】また、圧電体１の品質はその形成方法にも
大きく影響される。以下に圧電体素子の形成方法につい
て図面を参照しながら説明する。
大きく影響される。以下に圧電体素子の形成方法につい
て図面を参照しながら説明する。
【０００７】図６は従来の圧電体素子の圧電部の構成を
示す断面図である。基板６上に電極Ａ２膜を形成し、そ
の直上に圧電体薄膜１を形成する。そしてその圧電体薄
膜１上に電極Ｂ３を形成し、さらに基板６を除去するこ
とによって圧電部が実現する。但し、実際には基板６除
去後に、圧電部のうち電極Ａ２膜と圧電体薄膜１の一部
をウェットもしくはドライエッチングによって除去する
ことで電極Ｂ３の一部を露出する必要がある。この圧電
部を支持体４に貼り付けることで圧電体素子が出来る。
示す断面図である。基板６上に電極Ａ２膜を形成し、そ
の直上に圧電体薄膜１を形成する。そしてその圧電体薄
膜１上に電極Ｂ３を形成し、さらに基板６を除去するこ
とによって圧電部が実現する。但し、実際には基板６除
去後に、圧電部のうち電極Ａ２膜と圧電体薄膜１の一部
をウェットもしくはドライエッチングによって除去する
ことで電極Ｂ３の一部を露出する必要がある。この圧電
部を支持体４に貼り付けることで圧電体素子が出来る。
【０００８】ここで、圧電体１および電極２，３の薄膜
の形成には一般的に高周波マグネトロンスパッタ装置が
用いられる。
の形成には一般的に高周波マグネトロンスパッタ装置が
用いられる。
【０００９】図７は薄膜形成用のスパッタ装置の構成を
示す模式図である。図において、槽内には成膜したい材
料の組成で構成されたスパッタターゲット７を下部電極
（陰極）に、そして基板設置用の基板ホルダ８を上部電
極に有する。基板ホルダ８には基板面を下にして基板６
を支持してある。また、基板ホルダ８の内部には基板加
熱用のヒータ９を備えてある。さらに、槽内を排気する
ための排気ポンプ１０、そして槽内へのガス供給用のア
ルゴンガスボンベ１１および酸素ガスボンベ１２を備え
て配管してある。
示す模式図である。図において、槽内には成膜したい材
料の組成で構成されたスパッタターゲット７を下部電極
（陰極）に、そして基板設置用の基板ホルダ８を上部電
極に有する。基板ホルダ８には基板面を下にして基板６
を支持してある。また、基板ホルダ８の内部には基板加
熱用のヒータ９を備えてある。さらに、槽内を排気する
ための排気ポンプ１０、そして槽内へのガス供給用のア
ルゴンガスボンベ１１および酸素ガスボンベ１２を備え
て配管してある。
【００１０】以上のように構成されたスパッタ装置を用
いた圧電体薄膜１の形成方法について、以下に説明す
る。ガラスやシリコン等の基板６を基板ホルダ８に取り
付け、排気ポンプ１０によって槽内を１０-5Ｐａ程度に
まで真空排気する。その後、基板６を基板加熱用のヒー
タ９で加熱し、スパッタガスであるアルゴン等を導入す
る。さらに、高周波電源１３によって高周波を陰極であ
る下部電極に印加することでスパッタターゲット７から
スパッタ粒子が飛び出し、基板６に所望の薄膜が形成で
きる。
いた圧電体薄膜１の形成方法について、以下に説明す
る。ガラスやシリコン等の基板６を基板ホルダ８に取り
付け、排気ポンプ１０によって槽内を１０-5Ｐａ程度に
まで真空排気する。その後、基板６を基板加熱用のヒー
タ９で加熱し、スパッタガスであるアルゴン等を導入す
る。さらに、高周波電源１３によって高周波を陰極であ
る下部電極に印加することでスパッタターゲット７から
スパッタ粒子が飛び出し、基板６に所望の薄膜が形成で
きる。
【００１１】圧電体素子の性能を向上させるためには、
いかに品質良く圧電体薄膜を形成するかということが課
題となる。特に、緻密に結晶性良く薄膜を形成するため
には、圧電体薄膜の構造や形成方法によるところが大き
い。
いかに品質良く圧電体薄膜を形成するかということが課
題となる。特に、緻密に結晶性良く薄膜を形成するため
には、圧電体薄膜の構造や形成方法によるところが大き
い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】圧電体素子に用いられ
る圧電体薄膜中に存在する欠陥や低密度の部分は、圧電
体素子の品質および性能に大きく影響する。一般的にス
パッタによって形成した薄膜は柱状成長を生じやすいほ
か、異物の混入などによる欠陥が存在する。その他、圧
電体に用いるＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含んだペロブスカ
イト型酸化物薄膜などにおいては、Ｚｒが膜中に取り込
まれにくく欠陥を作りやすい傾向にあるという課題を有
していた。
る圧電体薄膜中に存在する欠陥や低密度の部分は、圧電
体素子の品質および性能に大きく影響する。一般的にス
パッタによって形成した薄膜は柱状成長を生じやすいほ
か、異物の混入などによる欠陥が存在する。その他、圧
電体に用いるＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含んだペロブスカ
イト型酸化物薄膜などにおいては、Ｚｒが膜中に取り込
まれにくく欠陥を作りやすい傾向にあるという課題を有
していた。
【００１３】本発明は前記従来の問題点を解決するもの
で、欠陥の少ない高品質の圧電体素子、および圧電体素
子に用いられる圧電体薄膜を品質良く形成するための薄
膜形成方法を提供することを目的とするものである。
で、欠陥の少ない高品質の圧電体素子、および圧電体素
子に用いられる圧電体薄膜を品質良く形成するための薄
膜形成方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明を達成するため
に本発明は、以下の構成を有するものである。
に本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１５】本発明の請求項１に記載の発明は、少なく
とも圧電体とその圧電体に電圧を印加するかもしくは圧
電体からの電荷を取り出すための電極とから構成され、
かつ圧電体の伸縮を増加あるいは圧電体の伸縮方向とは
別の方向に変位を生じさせるための振動板を設けるか一
方の電極が振動板の効果をあわせ持った圧電体素子にお
いて、少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブス
カイト型の圧電体薄膜とその圧電体薄膜と振動板もしく
は振動板の効果をあわせ持った電極との間にＺｒを含ま
ない酸化物薄膜を設けることからなるもので、圧電体の
欠陥を補償することで圧電体素子の品質を向上させるこ
とが出来るという作用を有するものである。
とも圧電体とその圧電体に電圧を印加するかもしくは圧
電体からの電荷を取り出すための電極とから構成され、
かつ圧電体の伸縮を増加あるいは圧電体の伸縮方向とは
別の方向に変位を生じさせるための振動板を設けるか一
方の電極が振動板の効果をあわせ持った圧電体素子にお
いて、少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブス
カイト型の圧電体薄膜とその圧電体薄膜と振動板もしく
は振動板の効果をあわせ持った電極との間にＺｒを含ま
ない酸化物薄膜を設けることからなるもので、圧電体の
欠陥を補償することで圧電体素子の品質を向上させるこ
とが出来るという作用を有するものである。
【００１６】請求項２に記載の発明は、Ｐｂ、Ｚｒおよ
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜と振動板も
しくは振動板の効果をあわせ持った電極との間に設ける
Ｚｒを含まない酸化物薄膜として、少なくともＰｂおよ
びＴｉからなる酸化物薄膜を用いることからなるもの
で、圧電体素子の品質を向上させることが出来るという
作用を有する。
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜と振動板も
しくは振動板の効果をあわせ持った電極との間に設ける
Ｚｒを含まない酸化物薄膜として、少なくともＰｂおよ
びＴｉからなる酸化物薄膜を用いることからなるもの
で、圧電体素子の品質を向上させることが出来るという
作用を有する。
【００１７】請求項３に記載の発明は、Ｐｂ、Ｚｒおよ
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜と振動板も
しくは振動板の効果をあわせ持った電極との間に設ける
Ｚｒを含まない酸化物薄膜として、少なくともＴｉを含
んだ酸化物薄膜を用いることからなるもので、圧電体素
子の品質を向上させることが出来るという作用を有す
る。
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜と振動板も
しくは振動板の効果をあわせ持った電極との間に設ける
Ｚｒを含まない酸化物薄膜として、少なくともＴｉを含
んだ酸化物薄膜を用いることからなるもので、圧電体素
子の品質を向上させることが出来るという作用を有す
る。
【００１８】請求項４に記載の発明は、少なくとも圧電
体とその圧電体に電圧を印加するかもしくは圧電体から
の電荷を取り出すための電極とから構成され、かつ圧電
体の伸縮を増加あるいは圧電体の伸縮方向とは別の方向
に変位を生じさせるための振動板を設けるか一方の電極
が振動板の効果をあわせ持った圧電体素子において、少
なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型
の圧電体薄膜とその上のＺｒを含まない酸化物薄膜と、
さらにその上の少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含む
圧電体薄膜とからなる積層膜を圧電体に用いることから
なるもので、圧電体の欠陥を補償し、かつ柱状成長の連
続性を阻害することで圧電体素子の品質を向上させるこ
とが出来るという作用を有するものである。
体とその圧電体に電圧を印加するかもしくは圧電体から
の電荷を取り出すための電極とから構成され、かつ圧電
体の伸縮を増加あるいは圧電体の伸縮方向とは別の方向
に変位を生じさせるための振動板を設けるか一方の電極
が振動板の効果をあわせ持った圧電体素子において、少
なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型
の圧電体薄膜とその上のＺｒを含まない酸化物薄膜と、
さらにその上の少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含む
圧電体薄膜とからなる積層膜を圧電体に用いることから
なるもので、圧電体の欠陥を補償し、かつ柱状成長の連
続性を阻害することで圧電体素子の品質を向上させるこ
とが出来るという作用を有するものである。
【００１９】請求項５に記載の発明は、Ｐｂ、Ｚｒおよ
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜上のＺｒを
含まない酸化物薄膜として、少なくともＰｂおよびＴｉ
からなる酸化物薄膜を用いることからなるもので、圧電
体素子の品質を向上させることが出来るという作用を有
する。
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜上のＺｒを
含まない酸化物薄膜として、少なくともＰｂおよびＴｉ
からなる酸化物薄膜を用いることからなるもので、圧電
体素子の品質を向上させることが出来るという作用を有
する。
【００２０】請求項６に記載の発明は、Ｐｂ、Ｚｒおよ
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜上のＺｒを
含まない酸化物薄膜として、少なくともＴｉを含んだ酸
化物薄膜を用いることからなるもので、圧電体素子の品
質を向上させることが出来るという作用を有する。
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜上のＺｒを
含まない酸化物薄膜として、少なくともＴｉを含んだ酸
化物薄膜を用いることからなるもので、圧電体素子の品
質を向上させることが出来るという作用を有する。
【００２１】請求項７に記載の発明は、Ｐｂ、Ｚｒおよ
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜上のＺｒを
含まない酸化物薄膜の膜厚を５〜２００ｎｍとするもの
で酸化物薄膜上の圧電体薄膜の結晶構造を劣化させるこ
となく圧電体素子の品質を向上させることが出来るとい
う作用を有する。
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜上のＺｒを
含まない酸化物薄膜の膜厚を５〜２００ｎｍとするもの
で酸化物薄膜上の圧電体薄膜の結晶構造を劣化させるこ
となく圧電体素子の品質を向上させることが出来るとい
う作用を有する。
【００２２】請求項８に記載の発明は、少なくともＰ
ｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄
膜を形成する工程において、第一の圧電体薄膜上に少な
くとも第二の圧電体薄膜を積層することからなるもの
で、第一の圧電体薄膜に存在する欠陥を第二の圧電体薄
膜で補償できるので、品質良く圧電体薄膜を形成できる
という作用を有するものである。
ｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄
膜を形成する工程において、第一の圧電体薄膜上に少な
くとも第二の圧電体薄膜を積層することからなるもの
で、第一の圧電体薄膜に存在する欠陥を第二の圧電体薄
膜で補償できるので、品質良く圧電体薄膜を形成できる
という作用を有するものである。
【００２３】請求項９に記載の発明は、第一の圧電体薄
膜および第二の圧電体薄膜を形成する工程において、薄
膜を５００℃以上に加熱することからなるもので、薄膜
が緻密に結晶性良く成長するので、品質良く圧電体薄膜
を形成できるという作用を有する。
膜および第二の圧電体薄膜を形成する工程において、薄
膜を５００℃以上に加熱することからなるもので、薄膜
が緻密に結晶性良く成長するので、品質良く圧電体薄膜
を形成できるという作用を有する。
【００２４】請求項１０に記載の発明は、第一の圧電体
薄膜形成後に薄膜を冷却し、その後さらに５００℃以上
に加熱しながら第一の圧電体薄膜上に第二の圧電体薄膜
を形成することからなるもので、第一の圧電体薄膜に存
在する欠陥を第二の圧電体薄膜で起点を変えて補償でき
るので、品質良く圧電体薄膜を形成できるという作用を
有するものである。
薄膜形成後に薄膜を冷却し、その後さらに５００℃以上
に加熱しながら第一の圧電体薄膜上に第二の圧電体薄膜
を形成することからなるもので、第一の圧電体薄膜に存
在する欠陥を第二の圧電体薄膜で起点を変えて補償でき
るので、品質良く圧電体薄膜を形成できるという作用を
有するものである。
【００２５】請求項１１に記載の発明は、第一の圧電体
薄膜形成後の冷却温度をその薄膜材料のキュリー点以下
にすることからなるもので、品質良く圧電体薄膜を形成
できるという作用を有する。
薄膜形成後の冷却温度をその薄膜材料のキュリー点以下
にすることからなるもので、品質良く圧電体薄膜を形成
できるという作用を有する。
【００２６】請求項１２に記載の発明は、第一の圧電体
薄膜形成後に真空層内から薄膜を取り出し、その後再度
真空層内において第一の圧電体薄膜上に第二の圧電体薄
膜を形成することからなるもので、冷却過程のみを施し
た場合に比べて第一の圧電体薄膜に存在する欠陥を、よ
り成長の起点を変えて補償できるので、品質良く圧電体
薄膜を形成できるという作用を有するものである。
薄膜形成後に真空層内から薄膜を取り出し、その後再度
真空層内において第一の圧電体薄膜上に第二の圧電体薄
膜を形成することからなるもので、冷却過程のみを施し
た場合に比べて第一の圧電体薄膜に存在する欠陥を、よ
り成長の起点を変えて補償できるので、品質良く圧電体
薄膜を形成できるという作用を有するものである。
【００２７】請求項１３に記載の発明は、少なくともＰ
ｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄
膜を形成する工程において、第一の圧電体薄膜形成時の
堆積速度を１０ｎｍ／ｍｉｎ以下にすることからなるも
ので、第一の圧電体薄膜を高密度で形成できるという作
用を有するものである。
ｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄
膜を形成する工程において、第一の圧電体薄膜形成時の
堆積速度を１０ｎｍ／ｍｉｎ以下にすることからなるも
ので、第一の圧電体薄膜を高密度で形成できるという作
用を有するものである。
【００２８】請求項１４に記載の発明は、少なくともＰ
ｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄
膜を形成する工程において、第一の圧電体薄膜形成後に
第一の圧電体薄膜上にＺｒを含まない酸化物薄膜を形成
し、さらにその酸化物薄膜上に第二の圧電体薄膜を形成
することからなるもので、第一の圧電体薄膜に存在する
欠陥を第一の圧電体薄膜上の酸化物薄膜で補償できるの
で、品質良く圧電体薄膜を形成できるという作用を有す
るものである。
ｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄
膜を形成する工程において、第一の圧電体薄膜形成後に
第一の圧電体薄膜上にＺｒを含まない酸化物薄膜を形成
し、さらにその酸化物薄膜上に第二の圧電体薄膜を形成
することからなるもので、第一の圧電体薄膜に存在する
欠陥を第一の圧電体薄膜上の酸化物薄膜で補償できるの
で、品質良く圧電体薄膜を形成できるという作用を有す
るものである。
【００２９】請求項１５に記載の発明は、第一の圧電体
薄膜上に形成する酸化物薄膜に少なくともＰｂおよびＴ
ｉからなる酸化物薄膜を用いることからなるもので、品
質良く圧電体薄膜を形成できるという作用を有する。
薄膜上に形成する酸化物薄膜に少なくともＰｂおよびＴ
ｉからなる酸化物薄膜を用いることからなるもので、品
質良く圧電体薄膜を形成できるという作用を有する。
【００３０】請求項１６に記載の発明は、第一の圧電体
薄膜上に形成する酸化物薄膜に少なくともＴｉを含んだ
酸化物薄膜を用いることからなるもので、品質良く圧電
体薄膜を形成できるという作用を有する。
薄膜上に形成する酸化物薄膜に少なくともＴｉを含んだ
酸化物薄膜を用いることからなるもので、品質良く圧電
体薄膜を形成できるという作用を有する。
【００３１】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態１における圧電体素子について図面を参照し
ながら説明する。
実施の形態１における圧電体素子について図面を参照し
ながら説明する。
【００３２】図１は本実施の形態１における圧電体素子
の断面図である。ここで従来の技術で説明した図と同一
構成要素は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。本
実施の形態では、空洞５を設けた支持体４上に電極Ｂ
３、酸化物薄膜１４、圧電体薄膜１、そして電極Ａ２と
いった構成の圧電体素子を実現した。ここで、圧電体１
としてＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、電極Ａ２としてＰ
ｔ薄膜、電極Ｂ３としてＣｒ薄膜、さらにＰｂＺｒ0.5
Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜と振動板の機能を持つ電極Ｂ３との間に
酸化物薄膜１４としてＰｂＴｉＯ3薄膜を設けた。そし
てこれらからなる圧電部をＣｒ薄膜面を下にして、セラ
ミックの支持体４に固定してある。この時のそれぞれの
薄膜の膜厚はＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を２μｍ、Ｐ
ｂＴｉＯ3薄膜を１００ｎｍ、Ｐｔ薄膜を１００ｎｍ、
そしてＣｒ薄膜を５００ｎｍとした。
の断面図である。ここで従来の技術で説明した図と同一
構成要素は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。本
実施の形態では、空洞５を設けた支持体４上に電極Ｂ
３、酸化物薄膜１４、圧電体薄膜１、そして電極Ａ２と
いった構成の圧電体素子を実現した。ここで、圧電体１
としてＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、電極Ａ２としてＰ
ｔ薄膜、電極Ｂ３としてＣｒ薄膜、さらにＰｂＺｒ0.5
Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜と振動板の機能を持つ電極Ｂ３との間に
酸化物薄膜１４としてＰｂＴｉＯ3薄膜を設けた。そし
てこれらからなる圧電部をＣｒ薄膜面を下にして、セラ
ミックの支持体４に固定してある。この時のそれぞれの
薄膜の膜厚はＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を２μｍ、Ｐ
ｂＴｉＯ3薄膜を１００ｎｍ、Ｐｔ薄膜を１００ｎｍ、
そしてＣｒ薄膜を５００ｎｍとした。
【００３３】以上のように構成された圧電体素子の形成
方法は、ＭｇＯ単結晶基板上にＰｔ薄膜、ＰｂＺｒ0.5
Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、ＰｂＴｉＯ3薄膜、Ｃｒ薄膜の順にス
パッタによって形成する。そして、ＭｇＯ基板をウェッ
トエッチングによって除去し、さらにＣｒ薄膜を除く積
層膜の外周部をウェットエッチングによって除去する。
その後、Ｃｒ面を下にしてセラミックの支持体に固定す
る。
方法は、ＭｇＯ単結晶基板上にＰｔ薄膜、ＰｂＺｒ0.5
Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、ＰｂＴｉＯ3薄膜、Ｃｒ薄膜の順にス
パッタによって形成する。そして、ＭｇＯ基板をウェッ
トエッチングによって除去し、さらにＣｒ薄膜を除く積
層膜の外周部をウェットエッチングによって除去する。
その後、Ｃｒ面を下にしてセラミックの支持体に固定す
る。
【００３４】以上のように形成した圧電体素子において
両電極２，３間に電圧を印加すると、圧電体１が伸縮
し、Ｃｒの振動板の効果により圧電体１の分極方法に変
位を生じる。ここで、従来はＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄
膜のみを圧電体に用いると、薄膜内部に欠陥を生じやす
かった。欠陥の発生理由についてはいくつか原因が考え
られる。まず上記薄膜はスパッタによって形成する場合
が多く、このようなスパッタ膜は柱状成長を生じること
から厚み方向にリークパスとなるような構造をつくりや
すいこと、そしてスパッタにかかわらず薄膜形成におけ
る全体的な問題として異物が膜中に混入して異物および
異物周辺の異常成長部分が欠陥となる場合などが課題の
大きなところと考える。また、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3
薄膜をスパッタで形成する際、Ｚｒが膜中に取り込まれ
にくいために、緻密で結晶性の良好なＰｂＺｒ0.5Ｔｉ
0.5Ｏ3薄膜を実現するのが難しいことも欠陥発生の要因
の一つと考えられる。一方、ＰｂＴｉＯ3薄膜を形成す
る際には、結晶成長を阻害するＺｒ化合物の存在がな
く、比較的安定に緻密な薄膜が形成できる。本実施の形
態では、欠陥の原因と考えられる柱状成長構造、異物の
混入と異常成長、およびＺｒ化合物による結晶成長の阻
害といった３つの要因のうちＺｒ化合物による結晶成長
の阻害の要因を補償するもので、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ
3薄膜上にＺｒを含まないＰｂＴｉＯ3薄膜を形成しその
積層膜を圧電体とすることによって、電極間のリーク電
流を減少させることが出来、高品質の圧電体素子が実現
した。
両電極２，３間に電圧を印加すると、圧電体１が伸縮
し、Ｃｒの振動板の効果により圧電体１の分極方法に変
位を生じる。ここで、従来はＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄
膜のみを圧電体に用いると、薄膜内部に欠陥を生じやす
かった。欠陥の発生理由についてはいくつか原因が考え
られる。まず上記薄膜はスパッタによって形成する場合
が多く、このようなスパッタ膜は柱状成長を生じること
から厚み方向にリークパスとなるような構造をつくりや
すいこと、そしてスパッタにかかわらず薄膜形成におけ
る全体的な問題として異物が膜中に混入して異物および
異物周辺の異常成長部分が欠陥となる場合などが課題の
大きなところと考える。また、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3
薄膜をスパッタで形成する際、Ｚｒが膜中に取り込まれ
にくいために、緻密で結晶性の良好なＰｂＺｒ0.5Ｔｉ
0.5Ｏ3薄膜を実現するのが難しいことも欠陥発生の要因
の一つと考えられる。一方、ＰｂＴｉＯ3薄膜を形成す
る際には、結晶成長を阻害するＺｒ化合物の存在がな
く、比較的安定に緻密な薄膜が形成できる。本実施の形
態では、欠陥の原因と考えられる柱状成長構造、異物の
混入と異常成長、およびＺｒ化合物による結晶成長の阻
害といった３つの要因のうちＺｒ化合物による結晶成長
の阻害の要因を補償するもので、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ
3薄膜上にＺｒを含まないＰｂＴｉＯ3薄膜を形成しその
積層膜を圧電体とすることによって、電極間のリーク電
流を減少させることが出来、高品質の圧電体素子が実現
した。
【００３５】同様に、Ｚｒを含まないＴｉの酸化物薄膜
をＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜と振動板の機能を持つ電
極Ｂ３との間に形成することによっても電極間のリーク
電流を減少させることが出来、高品質の圧電体素子が実
現した。このようにＺｒを含まない酸化物薄膜であれば
同様の効果が期待できる。但し、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ
3薄膜との密着性や酸化物薄膜自体の欠陥密度などを考
慮して材料選定を行う必要がある。
をＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜と振動板の機能を持つ電
極Ｂ３との間に形成することによっても電極間のリーク
電流を減少させることが出来、高品質の圧電体素子が実
現した。このようにＺｒを含まない酸化物薄膜であれば
同様の効果が期待できる。但し、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ
3薄膜との密着性や酸化物薄膜自体の欠陥密度などを考
慮して材料選定を行う必要がある。
【００３６】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２における圧電体素子について図面を参照しながら説
明する。
態２における圧電体素子について図面を参照しながら説
明する。
【００３７】図２は本実施の形態２における圧電体素子
の断面図である。ここで従来の技術で説明した図と同一
構成要素は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
の断面図である。ここで従来の技術で説明した図と同一
構成要素は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３８】本実施の形態では、第一の圧電体薄膜１５
と層間酸化物薄膜１６および第二の圧電体薄膜１７との
３層の積層膜を圧電体とし、さらに電極Ａ２としてＰｔ
薄膜、電極Ｂ３としてＣｒ薄膜を設けた。このときの第
一、第二の圧電体薄膜１５，１７にはＰｂＺｒ0.5Ｔｉ
0.5Ｏ3薄膜を、層間酸化物薄膜にはＰｂＴｉＯ3薄膜を
用いた。そしてこれらからなる圧電部をＣｒ薄膜面を下
にして、セラミックの支持体４に固定した。また、膜厚
は第一および第二の圧電体であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ
3薄膜はそれぞれ１μｍ、ＰｂＴｉＯ3薄膜を１００ｎ
ｍ、Ｐｔ薄膜を１００ｎｍ、そしてＣｒ薄膜を５００ｎ
ｍとした。
と層間酸化物薄膜１６および第二の圧電体薄膜１７との
３層の積層膜を圧電体とし、さらに電極Ａ２としてＰｔ
薄膜、電極Ｂ３としてＣｒ薄膜を設けた。このときの第
一、第二の圧電体薄膜１５，１７にはＰｂＺｒ0.5Ｔｉ
0.5Ｏ3薄膜を、層間酸化物薄膜にはＰｂＴｉＯ3薄膜を
用いた。そしてこれらからなる圧電部をＣｒ薄膜面を下
にして、セラミックの支持体４に固定した。また、膜厚
は第一および第二の圧電体であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ
3薄膜はそれぞれ１μｍ、ＰｂＴｉＯ3薄膜を１００ｎ
ｍ、Ｐｔ薄膜を１００ｎｍ、そしてＣｒ薄膜を５００ｎ
ｍとした。
【００３９】以上のように構成された圧電体素子の形成
方法は、ＭｇＯ単結晶基板上にＰｔ薄膜、ＰｂＺｒ0.5
Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、ＰｂＴｉＯ3薄膜、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ
0.5Ｏ3薄膜、Ｃｒ薄膜の順にスパッタによって形成す
る。そして、ＭｇＯ基板をウェットエッチングによって
除去し、さらにＣｒ薄膜を除く積層膜の外周部をウェッ
トエッチングによって除去する。その後、Ｃｒ面を下に
してセラミックの支持体に固定する。
方法は、ＭｇＯ単結晶基板上にＰｔ薄膜、ＰｂＺｒ0.5
Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、ＰｂＴｉＯ3薄膜、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ
0.5Ｏ3薄膜、Ｃｒ薄膜の順にスパッタによって形成す
る。そして、ＭｇＯ基板をウェットエッチングによって
除去し、さらにＣｒ薄膜を除く積層膜の外周部をウェッ
トエッチングによって除去する。その後、Ｃｒ面を下に
してセラミックの支持体に固定する。
【００４０】以上のように形成した圧電体素子において
両電極２，３間に電圧を印加すると、圧電体１が伸縮
し、Ｃｒの振動板の効果により圧電体１の分極方法に変
位を生じる。ここで、圧電体であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5
Ｏ3薄膜のみを圧電体に用いると、上述のように柱状成
長構造、異物の混入と異常成長、およびＺｒ化合物によ
る結晶成長の阻害といった３つの要因により薄膜内部に
欠陥を生じやすかった。本実施の形態では第一の圧電体
薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７の層間に酸化物薄膜１
６を設けることで第一の圧電体薄膜１５の柱状構造を中
断させると共に、第一の圧電体薄膜１５と第二の圧電体
薄膜１７の柱状構造を分断した。また、層間の酸化物薄
膜１６は第一の圧電体薄膜１５中に存在する異物および
異常成長部の欠陥を被覆し、第二の圧電体薄膜１７が第
一の圧電体薄膜の異常成長部分に影響されずに形成でき
る下地層にもなる。さらに、結晶成長を阻害するＺｒ化
合物の存在がなく比較的安定に緻密な薄膜が形成できる
ＰｂＴｉＯ3薄膜を層間酸化物薄膜１６に用いること
で、電極間のリーク電流を減少させることが出来た。以
上のように、本実施の形態では、欠陥の原因と考えられ
る柱状成長構造、異物の混入と異常成長、およびＺｒ化
合物による結晶成長の阻害といった３つの問題を補償
し、高品質の圧電体素子が実現した。
両電極２，３間に電圧を印加すると、圧電体１が伸縮
し、Ｃｒの振動板の効果により圧電体１の分極方法に変
位を生じる。ここで、圧電体であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5
Ｏ3薄膜のみを圧電体に用いると、上述のように柱状成
長構造、異物の混入と異常成長、およびＺｒ化合物によ
る結晶成長の阻害といった３つの要因により薄膜内部に
欠陥を生じやすかった。本実施の形態では第一の圧電体
薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７の層間に酸化物薄膜１
６を設けることで第一の圧電体薄膜１５の柱状構造を中
断させると共に、第一の圧電体薄膜１５と第二の圧電体
薄膜１７の柱状構造を分断した。また、層間の酸化物薄
膜１６は第一の圧電体薄膜１５中に存在する異物および
異常成長部の欠陥を被覆し、第二の圧電体薄膜１７が第
一の圧電体薄膜の異常成長部分に影響されずに形成でき
る下地層にもなる。さらに、結晶成長を阻害するＺｒ化
合物の存在がなく比較的安定に緻密な薄膜が形成できる
ＰｂＴｉＯ3薄膜を層間酸化物薄膜１６に用いること
で、電極間のリーク電流を減少させることが出来た。以
上のように、本実施の形態では、欠陥の原因と考えられ
る柱状成長構造、異物の混入と異常成長、およびＺｒ化
合物による結晶成長の阻害といった３つの問題を補償
し、高品質の圧電体素子が実現した。
【００４１】同様に、Ｚｒを含まないＴｉの酸化物薄膜
等を層間酸化物薄膜として用いることによっても電極間
のリーク電流を減少させることが出来、高品質の圧電体
素子が実現した。
等を層間酸化物薄膜として用いることによっても電極間
のリーク電流を減少させることが出来、高品質の圧電体
素子が実現した。
【００４２】但し、第二の圧電体に用いたＰｂＺｒ0.5
Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜１７を形成するにあたり、ペロブスカイ
ト構造の良好な結晶成長を実現するためには下地の材料
に制限がある。同様の結晶構造を持つＰｂＴｉＯ3系薄
膜、あるいはＴｉの酸化物を下地とする際には、第二の
圧電体薄膜１７であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜は結
晶性良く形成できるが、結晶性を大きく劣化させないた
めには、層間酸化物薄膜１６の厚みを２００ｎｍ以下と
することが望ましい。但し、上記の欠陥を補償するため
には５０ｎｍ以上の膜厚が必要となり、この範囲での膜
厚にすることで効果が増す。
Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜１７を形成するにあたり、ペロブスカイ
ト構造の良好な結晶成長を実現するためには下地の材料
に制限がある。同様の結晶構造を持つＰｂＴｉＯ3系薄
膜、あるいはＴｉの酸化物を下地とする際には、第二の
圧電体薄膜１７であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜は結
晶性良く形成できるが、結晶性を大きく劣化させないた
めには、層間酸化物薄膜１６の厚みを２００ｎｍ以下と
することが望ましい。但し、上記の欠陥を補償するため
には５０ｎｍ以上の膜厚が必要となり、この範囲での膜
厚にすることで効果が増す。
【００４３】（実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３における薄膜形成方法について図面を参照しながら
説明する。
態３における薄膜形成方法について図面を参照しながら
説明する。
【００４４】図３は図６で説明したスパッタ装置を用い
て形成した本実施の形態３における圧電体薄膜の断面図
である。ここで、従来の技術で説明した図と同一構成要
素は同一符号を付し詳細な説明は省略する。
て形成した本実施の形態３における圧電体薄膜の断面図
である。ここで、従来の技術で説明した図と同一構成要
素は同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００４５】まず最初の工程として電極Ａ２の形成を行
った。ＭｇＯ基板６を基板ホルダ８に取り付け、排気ポ
ンプ１０によって槽内を１０-5Ｐａ程度にまで排気す
る。その後、基板６を基板加熱ヒータ９で６００℃にま
で加熱し、スパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓｃ
ｃｍ導入し、スパッタターゲット７に高周波電力３５０
Ｗを印加する。この際ターゲット材料には直径６インチ
厚み５ｍｍのＰｔ円板を用い、約３０分間スパッタして
１００ｎｍのＰｔ薄膜を形成した。次に第一の圧電体薄
膜１５の形成を行う。ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3からなる
直径６インチ厚み５ｍｍの円板をターゲット７として陰
極に装着したスパッタ装置を用いて、Ｐｔを形成したＭ
ｇＯ基板６を基板ホルダ８に取り付け、排気ポンプ１０
によって槽内を１０-5Ｐａ程度にまで排気する。その
後、基板６を基板加熱ヒータ９で６００℃にまで加熱
し、スパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓｃｃｍ、
酸素ガスを１ｓｃｃｍ導入し、スパッタターゲット７に
高周波電力３５０Ｗを印加する。第一の圧電体薄膜１５
は約１時間スパッタして１μｍのＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ
3薄膜を形成した。次に、第二の圧電体薄膜１７として
ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を第一の圧電体薄膜１５上
に形成する。第一の圧電体薄膜１５と次の形成工程であ
る第二の圧電体薄膜１７は同装置を用いるが、ここで、
第一の圧電体薄膜１５成膜完了後にスパッタガスおよび
基板６を加熱していた加熱ヒータ９の出力を停止し、基
板６および形成した薄膜を室温にまで自然冷却する。そ
して、再度、基板６を基板加熱ヒータ９で６００℃にま
で加熱し、スパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓｃ
ｃｍ、酸素ガスを１ｓｃｃｍ導入し、スパッタターゲッ
ト７に高周波電力３５０Ｗを印加する。第二の圧電体薄
膜１７であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0 .5Ｏ3は約１時間スパッ
タして１μｍのＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を形成し
た。さらに、第二の圧電体薄膜１７上に電極Ｂ３を電極
Ａ２と同様の方法によって形成した。但し、この時のス
パッタターゲット７にはＣｒからなる直径６インチ厚み
５ｍｍの円板を用い、約６０分間スパッタして５００ｎ
ｍのＣｒ薄膜を形成した。
った。ＭｇＯ基板６を基板ホルダ８に取り付け、排気ポ
ンプ１０によって槽内を１０-5Ｐａ程度にまで排気す
る。その後、基板６を基板加熱ヒータ９で６００℃にま
で加熱し、スパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓｃ
ｃｍ導入し、スパッタターゲット７に高周波電力３５０
Ｗを印加する。この際ターゲット材料には直径６インチ
厚み５ｍｍのＰｔ円板を用い、約３０分間スパッタして
１００ｎｍのＰｔ薄膜を形成した。次に第一の圧電体薄
膜１５の形成を行う。ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3からなる
直径６インチ厚み５ｍｍの円板をターゲット７として陰
極に装着したスパッタ装置を用いて、Ｐｔを形成したＭ
ｇＯ基板６を基板ホルダ８に取り付け、排気ポンプ１０
によって槽内を１０-5Ｐａ程度にまで排気する。その
後、基板６を基板加熱ヒータ９で６００℃にまで加熱
し、スパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓｃｃｍ、
酸素ガスを１ｓｃｃｍ導入し、スパッタターゲット７に
高周波電力３５０Ｗを印加する。第一の圧電体薄膜１５
は約１時間スパッタして１μｍのＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ
3薄膜を形成した。次に、第二の圧電体薄膜１７として
ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を第一の圧電体薄膜１５上
に形成する。第一の圧電体薄膜１５と次の形成工程であ
る第二の圧電体薄膜１７は同装置を用いるが、ここで、
第一の圧電体薄膜１５成膜完了後にスパッタガスおよび
基板６を加熱していた加熱ヒータ９の出力を停止し、基
板６および形成した薄膜を室温にまで自然冷却する。そ
して、再度、基板６を基板加熱ヒータ９で６００℃にま
で加熱し、スパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓｃ
ｃｍ、酸素ガスを１ｓｃｃｍ導入し、スパッタターゲッ
ト７に高周波電力３５０Ｗを印加する。第二の圧電体薄
膜１７であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0 .5Ｏ3は約１時間スパッ
タして１μｍのＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を形成し
た。さらに、第二の圧電体薄膜１７上に電極Ｂ３を電極
Ａ２と同様の方法によって形成した。但し、この時のス
パッタターゲット７にはＣｒからなる直径６インチ厚み
５ｍｍの円板を用い、約６０分間スパッタして５００ｎ
ｍのＣｒ薄膜を形成した。
【００４６】このように形成した積層膜の構成は、基板
６上に１００ｎｍ厚みの電極Ａ２、１μｍ厚みの第一の
圧電体薄膜１５、１μｍ厚みの第二の圧電体薄膜１７、
そして５００ｎｍ厚みの電極Ｂ３からなる。ここで、電
圧の印加によって伸縮する圧電体には第一および第二の
圧電体薄膜、伸縮の増加および伸縮方向と別の方向への
変位の変換のための振動板には電極Ｂ３がその役割を果
たす。
６上に１００ｎｍ厚みの電極Ａ２、１μｍ厚みの第一の
圧電体薄膜１５、１μｍ厚みの第二の圧電体薄膜１７、
そして５００ｎｍ厚みの電極Ｂ３からなる。ここで、電
圧の印加によって伸縮する圧電体には第一および第二の
圧電体薄膜、伸縮の増加および伸縮方向と別の方向への
変位の変換のための振動板には電極Ｂ３がその役割を果
たす。
【００４７】ここで、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜から
なる単層の薄膜のみを圧電体とすると、薄膜内部に欠陥
を生じやすかった。欠陥の発生理由についてはいくつか
原因が考えられる。まず、スパッタによって形成したＰ
ｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜は柱状成長を生じることから
厚み方向にリークパスとなるような構造をつくりやすい
こと、そしてスパッタにかかわらず薄膜形成における全
体的な問題として異物が膜中に混入して異物および異物
周辺の異常成長部分が欠陥となること、さらには、Ｐｂ
Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜をスパッタで形成する際、Ｚｒ
が膜中に取り込まれにくいために、緻密で結晶性の良好
なＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を実現するのが難しいこ
とが欠陥発生の要因の一つである。
なる単層の薄膜のみを圧電体とすると、薄膜内部に欠陥
を生じやすかった。欠陥の発生理由についてはいくつか
原因が考えられる。まず、スパッタによって形成したＰ
ｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜は柱状成長を生じることから
厚み方向にリークパスとなるような構造をつくりやすい
こと、そしてスパッタにかかわらず薄膜形成における全
体的な問題として異物が膜中に混入して異物および異物
周辺の異常成長部分が欠陥となること、さらには、Ｐｂ
Ｚｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜をスパッタで形成する際、Ｚｒ
が膜中に取り込まれにくいために、緻密で結晶性の良好
なＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を実現するのが難しいこ
とが欠陥発生の要因の一つである。
【００４８】本実施の形態では、圧電体を単層の薄膜と
せずに、二層以上の積層膜を形成することに特徴をも
つ。特に、６００℃以上に加熱したまま連続に成膜する
のではなく、第一の圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜
１７の形成工程間に基板を冷却することにより、第一の
圧電体薄膜１５の柱状構造を中断させると共に、第一の
圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７の柱状構造を分
断した。また、第一の圧電体薄膜１５中に存在する異物
および異常成長部の欠陥を厚み方向に継続することな
く、第二の圧電体薄膜１７を形成できることにもなっ
た。以上のように、本実施の形態では、欠陥の原因と考
えられる柱状成長構造、異物の混入と異常成長、および
Ｚｒ化合物による結晶成長の阻害のうち、柱状構造、そ
して異物の混入とそれによる異常成長といった２つの問
題を補償し、高品質の圧電体薄膜を形成する手法が実現
した。
せずに、二層以上の積層膜を形成することに特徴をも
つ。特に、６００℃以上に加熱したまま連続に成膜する
のではなく、第一の圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜
１７の形成工程間に基板を冷却することにより、第一の
圧電体薄膜１５の柱状構造を中断させると共に、第一の
圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７の柱状構造を分
断した。また、第一の圧電体薄膜１５中に存在する異物
および異常成長部の欠陥を厚み方向に継続することな
く、第二の圧電体薄膜１７を形成できることにもなっ
た。以上のように、本実施の形態では、欠陥の原因と考
えられる柱状成長構造、異物の混入と異常成長、および
Ｚｒ化合物による結晶成長の阻害のうち、柱状構造、そ
して異物の混入とそれによる異常成長といった２つの問
題を補償し、高品質の圧電体薄膜を形成する手法が実現
した。
【００４９】ペロブスカイト構造をもつＰｂＺｒ0.5Ｔ
ｉ0.5Ｏ3薄膜などは、通常、キュリー点以上で膜の形成
を行う。その温度ではＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜の結
晶構造は立方晶をなすが、キュリー点以下では正方晶と
なり、冷却過程で相転移を生じる。例えば柱状成長など
の結晶構造に変化を与えたい場合、このような構造変化
を利用すると効果が大きく、本実施の形態における第一
の圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７との形成工程
間の基板６の冷却もその材料が持つキュリー点以下にす
ることが望ましい。
ｉ0.5Ｏ3薄膜などは、通常、キュリー点以上で膜の形成
を行う。その温度ではＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜の結
晶構造は立方晶をなすが、キュリー点以下では正方晶と
なり、冷却過程で相転移を生じる。例えば柱状成長など
の結晶構造に変化を与えたい場合、このような構造変化
を利用すると効果が大きく、本実施の形態における第一
の圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７との形成工程
間の基板６の冷却もその材料が持つキュリー点以下にす
ることが望ましい。
【００５０】また、第一の圧電体薄膜１５と第二の圧電
体薄膜１７との形成工程間の冷却時に、冷却のみでなく
真空槽内から一度基板を取り出し再度基板ホルダ８に設
置しなおす工程を導入することで、第二の圧電体薄膜１
７の成長起点がより第一の圧電体薄膜１５の構造状態に
影響されにくくなり、柱状構造、そして異物の混入とそ
れによる異常成長といった２つの問題の補償効果が大き
くなる形成方法である。
体薄膜１７との形成工程間の冷却時に、冷却のみでなく
真空槽内から一度基板を取り出し再度基板ホルダ８に設
置しなおす工程を導入することで、第二の圧電体薄膜１
７の成長起点がより第一の圧電体薄膜１５の構造状態に
影響されにくくなり、柱状構造、そして異物の混入とそ
れによる異常成長といった２つの問題の補償効果が大き
くなる形成方法である。
【００５１】（実施の形態４）以下、本発明の実施の形
態４における薄膜形成方法について図面を参照しながら
説明する。
態４における薄膜形成方法について図面を参照しながら
説明する。
【００５２】本実施の形態は実施の形態３で説明した図
３の圧電体薄膜の断面図を用いて説明する。ここで、従
来の技術で説明した図と同一構成要素は同一符号を付し
詳細な説明は省略する。
３の圧電体薄膜の断面図を用いて説明する。ここで、従
来の技術で説明した図と同一構成要素は同一符号を付し
詳細な説明は省略する。
【００５３】本実施の形態では、第一の圧電体薄膜１５
を形成する工程において、第一の圧電体薄膜１５である
ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜の堆積速度を１０ｎｍ／ｍ
ｉｎ以下とした。
を形成する工程において、第一の圧電体薄膜１５である
ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜の堆積速度を１０ｎｍ／ｍ
ｉｎ以下とした。
【００５４】以下にその形成方法について説明する。ま
ず電極Ａ２としてＰｔ薄膜の形成を行う最初の工程は実
施の形態３と同様にした。次に第一の圧電体薄膜１５の
形成を行う。ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3からなる直径６イ
ンチ厚み５ｍｍの円板をターゲット７として陰極に装着
したスパッタ装置を用いて、Ｐｔを形成したＭｇＯ基板
６を基板ホルダ８に取り付け、排気ポンプ１０によって
槽内を１０-5Ｐａ程度にまで排気する。その後、基板６
を基板加熱ヒータ９で６００℃にまで加熱し、スパッタ
ガスであるアルゴンガスを１０ｓｃｃｍ、酸素ガスを１
ｓｃｃｍ導入し、スパッタターゲット７に高周波電力２
８０Ｗを印加する。第一の圧電体薄膜１５は約３０分間
スパッタして２５０ｎｍのＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜
を形成した。次に、第二の圧電体薄膜１７としてＰｂＺ
ｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を第一の圧電体薄膜１５上に形成
する。第一の圧電体薄膜１５と次の形成工程である第二
の圧電体薄膜１７の形成は同装置を用いて連続して行
い、第二の圧電体薄膜１７は高周波電力を３５０Ｗとし
て約１時間４５分スパッタして１．７５μｍのＰｂＺｒ
0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を形成した。さらに、第二の圧電体
薄膜１７上に電極Ｂ３としてＣｒ薄膜を実施の形態３と
同様に形成した。
ず電極Ａ２としてＰｔ薄膜の形成を行う最初の工程は実
施の形態３と同様にした。次に第一の圧電体薄膜１５の
形成を行う。ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3からなる直径６イ
ンチ厚み５ｍｍの円板をターゲット７として陰極に装着
したスパッタ装置を用いて、Ｐｔを形成したＭｇＯ基板
６を基板ホルダ８に取り付け、排気ポンプ１０によって
槽内を１０-5Ｐａ程度にまで排気する。その後、基板６
を基板加熱ヒータ９で６００℃にまで加熱し、スパッタ
ガスであるアルゴンガスを１０ｓｃｃｍ、酸素ガスを１
ｓｃｃｍ導入し、スパッタターゲット７に高周波電力２
８０Ｗを印加する。第一の圧電体薄膜１５は約３０分間
スパッタして２５０ｎｍのＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜
を形成した。次に、第二の圧電体薄膜１７としてＰｂＺ
ｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を第一の圧電体薄膜１５上に形成
する。第一の圧電体薄膜１５と次の形成工程である第二
の圧電体薄膜１７の形成は同装置を用いて連続して行
い、第二の圧電体薄膜１７は高周波電力を３５０Ｗとし
て約１時間４５分スパッタして１．７５μｍのＰｂＺｒ
0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を形成した。さらに、第二の圧電体
薄膜１７上に電極Ｂ３としてＣｒ薄膜を実施の形態３と
同様に形成した。
【００５５】このように形成した積層膜の構成は、基板
６上に１００ｎｍ厚みの電極Ａ２、２５０ｎｍ厚みの第
一の圧電体薄膜１５、１．７５μｍ厚みの第二の圧電体
薄膜１７、そして５００ｎｍ厚みの電極Ｂ３からなる。
ここで、電圧の印加によって伸縮する圧電体には第一お
よび第二の圧電体薄膜、伸縮の増加および伸縮方向と別
の方向への変位の変換のための振動板には電極Ｂ３がそ
の役割を果たす。
６上に１００ｎｍ厚みの電極Ａ２、２５０ｎｍ厚みの第
一の圧電体薄膜１５、１．７５μｍ厚みの第二の圧電体
薄膜１７、そして５００ｎｍ厚みの電極Ｂ３からなる。
ここで、電圧の印加によって伸縮する圧電体には第一お
よび第二の圧電体薄膜、伸縮の増加および伸縮方向と別
の方向への変位の変換のための振動板には電極Ｂ３がそ
の役割を果たす。
【００５６】スパッタによる薄膜形成のモデルは、スパ
ッタターゲット７から飛び出すスパッタ粒子が基板６上
に堆積すると共に、粒子が基板６上で加熱によって受け
る熱エネルギーやスパッタされるときの運動エネルギー
によって安定な状態に配列することで薄膜の形成が行わ
れるものである。従って、スパッタエネルギーが大きい
ほど高速に薄膜堆積が行われることになる。一般的に高
速で形成した薄膜は低速で形成した薄膜に比べて、より
柱状成長を生じ欠陥の多い薄膜になる。本実施の形態に
おける圧電体のＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜についても
同様で、低堆積速度で形成した方が高品質の薄膜を形成
するためには望ましい。スパッタ粒子のエネルギーに影
響を及ぼすパラメータとしていくつかのスパッタ条件が
存在するが、膜の堆積速度を低下させるためには高周波
電力を小さくすることで実現する。本実施の形態では第
一の圧電体薄膜１５の形成工程において高周波電力を２
８０Ｗとして８．３ｎｍ／ｍｉｎの堆積速度でＰｂＺｒ
0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を２５０ｎｍ形成した。しかしなが
ら低堆積速度で薄膜を形成することによって膜密度の向
上が望める一方、堆積速度が低くなると所望の厚みの薄
膜を形成するために要する時間が増加することが問題と
なる。例えば、実施の形態３で形成したＰｂＺｒ0.5Ｔ
ｉ0.5Ｏ3薄膜の成膜条件である高周波電力が３５０Ｗで
あると堆積速度は１６．９ｎｍ／ｍｉｎとなり約２時間
で２μｍ厚みの圧電体を形成できるが、８．３ｎｍ／ｍ
ｉｎの堆積速度であれば約４時間の時間を要することに
なる。従って本実施の形態では、第一の圧電体薄膜１５
を１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の低堆積速度で形成し、その上
に第二の圧電体薄膜１７を１０ｎｍ／ｍｉｎ以上の高堆
積速度で形成した。ここで、第一および第二の圧電体薄
膜の総膜厚が同じ場合、第一の圧電体薄膜１５の厚みが
薄いほど、第一および第二の圧電体薄膜を形成するため
の総時間が減少する。但し、膜の緻密度を向上させるた
めに低堆積速度で形成する第一の圧電体薄膜１５の厚み
は、充分に緻密な膜構造となり得るだけの厚みは必要で
あり、本実施の形態では第一の圧電体薄膜１５の厚みを
２５０ｎｍとした。また上述のように、第二の圧電体薄
膜１７の厚みは１．７５μｍとした。この形成方法によ
り第一の圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７の形成
にかかる総時間は２時間１５分となり、１６．７ｎｍ／
ｍｉｎの高堆積速度で２μｍの圧電体薄膜を形成するた
めに必要な時間とほぼ同じ時間で達成できた。さらに、
第一の圧電体薄膜１５の膜質を緻密化させることによっ
て、第一の圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７から
なる圧電体のリーク電流を低減できた。以上のように本
実施の形態では、第一の圧電体薄膜１５を１０ｎｍ／ｍ
ｉｎ以下の低堆積速度で形成し、さらにその上に第二の
圧電体薄膜１７を高堆積速度で形成することにより、高
堆積速度で連続に薄膜を形成する場合に比べて総形成時
間を大きく延長することなく、圧電体薄膜を高品質に形
成できる方法が実現した。
ッタターゲット７から飛び出すスパッタ粒子が基板６上
に堆積すると共に、粒子が基板６上で加熱によって受け
る熱エネルギーやスパッタされるときの運動エネルギー
によって安定な状態に配列することで薄膜の形成が行わ
れるものである。従って、スパッタエネルギーが大きい
ほど高速に薄膜堆積が行われることになる。一般的に高
速で形成した薄膜は低速で形成した薄膜に比べて、より
柱状成長を生じ欠陥の多い薄膜になる。本実施の形態に
おける圧電体のＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜についても
同様で、低堆積速度で形成した方が高品質の薄膜を形成
するためには望ましい。スパッタ粒子のエネルギーに影
響を及ぼすパラメータとしていくつかのスパッタ条件が
存在するが、膜の堆積速度を低下させるためには高周波
電力を小さくすることで実現する。本実施の形態では第
一の圧電体薄膜１５の形成工程において高周波電力を２
８０Ｗとして８．３ｎｍ／ｍｉｎの堆積速度でＰｂＺｒ
0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を２５０ｎｍ形成した。しかしなが
ら低堆積速度で薄膜を形成することによって膜密度の向
上が望める一方、堆積速度が低くなると所望の厚みの薄
膜を形成するために要する時間が増加することが問題と
なる。例えば、実施の形態３で形成したＰｂＺｒ0.5Ｔ
ｉ0.5Ｏ3薄膜の成膜条件である高周波電力が３５０Ｗで
あると堆積速度は１６．９ｎｍ／ｍｉｎとなり約２時間
で２μｍ厚みの圧電体を形成できるが、８．３ｎｍ／ｍ
ｉｎの堆積速度であれば約４時間の時間を要することに
なる。従って本実施の形態では、第一の圧電体薄膜１５
を１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の低堆積速度で形成し、その上
に第二の圧電体薄膜１７を１０ｎｍ／ｍｉｎ以上の高堆
積速度で形成した。ここで、第一および第二の圧電体薄
膜の総膜厚が同じ場合、第一の圧電体薄膜１５の厚みが
薄いほど、第一および第二の圧電体薄膜を形成するため
の総時間が減少する。但し、膜の緻密度を向上させるた
めに低堆積速度で形成する第一の圧電体薄膜１５の厚み
は、充分に緻密な膜構造となり得るだけの厚みは必要で
あり、本実施の形態では第一の圧電体薄膜１５の厚みを
２５０ｎｍとした。また上述のように、第二の圧電体薄
膜１７の厚みは１．７５μｍとした。この形成方法によ
り第一の圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７の形成
にかかる総時間は２時間１５分となり、１６．７ｎｍ／
ｍｉｎの高堆積速度で２μｍの圧電体薄膜を形成するた
めに必要な時間とほぼ同じ時間で達成できた。さらに、
第一の圧電体薄膜１５の膜質を緻密化させることによっ
て、第一の圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７から
なる圧電体のリーク電流を低減できた。以上のように本
実施の形態では、第一の圧電体薄膜１５を１０ｎｍ／ｍ
ｉｎ以下の低堆積速度で形成し、さらにその上に第二の
圧電体薄膜１７を高堆積速度で形成することにより、高
堆積速度で連続に薄膜を形成する場合に比べて総形成時
間を大きく延長することなく、圧電体薄膜を高品質に形
成できる方法が実現した。
【００５７】（実施の形態５）以下、本発明の実施の形
態５における薄膜形成方法について図面を参照しながら
説明する。
態５における薄膜形成方法について図面を参照しながら
説明する。
【００５８】図４は本実施の形態で用いた薄膜形成用の
スパッタ装置の構成を示す模式図である。ここで、従来
の技術で説明した図と同一構成要素は同一符号を付し詳
細な説明は省略する。
スパッタ装置の構成を示す模式図である。ここで、従来
の技術で説明した図と同一構成要素は同一符号を付し詳
細な説明は省略する。
【００５９】図において、槽内には成膜したい材料の組
成で構成された２種類のスパッタターゲット７および１
８をそれぞれ下部電極（陰極）に、そして基板設置用の
基板ホルダ８を上部電極に有する。基板ホルダ８には基
板面を下にして基板６を支持してある。また、基板ホル
ダ８の内部には基板加熱用のヒータ９を備えてある。さ
らに、槽内を排気するための排気ポンプ１０、そして槽
内へのガス供給用のアルゴンガスボンベ１１および酸素
ガスボンベ１２を備えて配管してある。
成で構成された２種類のスパッタターゲット７および１
８をそれぞれ下部電極（陰極）に、そして基板設置用の
基板ホルダ８を上部電極に有する。基板ホルダ８には基
板面を下にして基板６を支持してある。また、基板ホル
ダ８の内部には基板加熱用のヒータ９を備えてある。さ
らに、槽内を排気するための排気ポンプ１０、そして槽
内へのガス供給用のアルゴンガスボンベ１１および酸素
ガスボンベ１２を備えて配管してある。
【００６０】以上のようなスパッタ装置をスパッタ装置
２とし、図６で説明したスパッタ装置をスパッタ装置１
とする。本実施の形態では、まずスパッタ装置１を用い
て、実施の形態３および４と同様に電極Ａ２の形成を行
った。そしてスパッタ装置２において、第一の圧電体薄
膜１５としてＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜の形成を行
う。この際スパッタ装置２のターゲットＡ７にはＰｂＺ
ｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3からなる直径６インチ厚み５ｍｍの円
板を用い、ターゲットＢ１８にはＰｂＴｉＯ3からなる
同寸法の円板をそれぞれ陰極に装着した。そして、Ｐｔ
を形成したＭｇＯ基板６を基板ホルダ８に取り付け、排
気ポンプ１０によって槽内を１０-5Ｐａ程度にまで排気
する。その後、基板６を基板加熱ヒータ９で６００℃に
まで加熱し、スパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓ
ｃｃｍ、酸素ガスを１ｓｃｃｍ導入し、スパッタターゲ
ットＡ７に高周波電力３５０Ｗを印加する。第一の圧電
体薄膜１５であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜は約１時
間スパッタして１μｍ形成した。次に連続して基板６を
基板加熱ヒータ９で６００℃にまで加熱し、かつスパッ
タガスであるアルゴンガスを１０ｓｃｃｍ、酸素ガスを
１ｓｃｃｍ導入したまま、スパッタターゲットＢ１８に
高周波電力３５０Ｗを印加して層間酸化物薄膜１６であ
るＰｂＴｉＯ3薄膜を約６分間スパッタして１００ｎｍ
形成した。さらに、第二の圧電体薄膜１７としてＰｂＺ
ｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を層間酸化物薄膜１６であるＰｂ
ＴｉＯ3薄膜上に形成する。第一の圧電体薄膜１５と層
間酸化物薄膜１６、そして第二の圧電体薄膜１７の形成
工程では同装置を用いるが、ここで、第一の圧電体薄膜
１５および層間酸化物薄膜１６の成膜完了後に次の薄膜
形成の工程に移る際、スパッタガスおよび基板６を加熱
していた加熱ヒータ９の出力は停止せず、連続して薄膜
を積層させる。そして、第二の圧電体薄膜１７上に電極
Ｂ３を実施の形態３および４と同様の方法によって形成
した。但し、この時のスパッタ装置１におけるスパッタ
ターゲット７にはＣｒからなる直径６インチ厚み５ｍｍ
の円板を用い、約６０分間スパッタして５００ｎｍのＣ
ｒ薄膜を形成した。
２とし、図６で説明したスパッタ装置をスパッタ装置１
とする。本実施の形態では、まずスパッタ装置１を用い
て、実施の形態３および４と同様に電極Ａ２の形成を行
った。そしてスパッタ装置２において、第一の圧電体薄
膜１５としてＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜の形成を行
う。この際スパッタ装置２のターゲットＡ７にはＰｂＺ
ｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3からなる直径６インチ厚み５ｍｍの円
板を用い、ターゲットＢ１８にはＰｂＴｉＯ3からなる
同寸法の円板をそれぞれ陰極に装着した。そして、Ｐｔ
を形成したＭｇＯ基板６を基板ホルダ８に取り付け、排
気ポンプ１０によって槽内を１０-5Ｐａ程度にまで排気
する。その後、基板６を基板加熱ヒータ９で６００℃に
まで加熱し、スパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓ
ｃｃｍ、酸素ガスを１ｓｃｃｍ導入し、スパッタターゲ
ットＡ７に高周波電力３５０Ｗを印加する。第一の圧電
体薄膜１５であるＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜は約１時
間スパッタして１μｍ形成した。次に連続して基板６を
基板加熱ヒータ９で６００℃にまで加熱し、かつスパッ
タガスであるアルゴンガスを１０ｓｃｃｍ、酸素ガスを
１ｓｃｃｍ導入したまま、スパッタターゲットＢ１８に
高周波電力３５０Ｗを印加して層間酸化物薄膜１６であ
るＰｂＴｉＯ3薄膜を約６分間スパッタして１００ｎｍ
形成した。さらに、第二の圧電体薄膜１７としてＰｂＺ
ｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜を層間酸化物薄膜１６であるＰｂ
ＴｉＯ3薄膜上に形成する。第一の圧電体薄膜１５と層
間酸化物薄膜１６、そして第二の圧電体薄膜１７の形成
工程では同装置を用いるが、ここで、第一の圧電体薄膜
１５および層間酸化物薄膜１６の成膜完了後に次の薄膜
形成の工程に移る際、スパッタガスおよび基板６を加熱
していた加熱ヒータ９の出力は停止せず、連続して薄膜
を積層させる。そして、第二の圧電体薄膜１７上に電極
Ｂ３を実施の形態３および４と同様の方法によって形成
した。但し、この時のスパッタ装置１におけるスパッタ
ターゲット７にはＣｒからなる直径６インチ厚み５ｍｍ
の円板を用い、約６０分間スパッタして５００ｎｍのＣ
ｒ薄膜を形成した。
【００６１】このように形成した積層膜の構成は、基板
６上に１００ｎｍ厚みのＰｔ薄膜、１μｍ厚みのＰｂＺ
ｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、１００ｎｍ厚みのＰｂＴｉＯ3薄
膜、１μｍ厚みのＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、そして
５００ｎｍ厚みのＣｒからなる。ここで、電圧の印加に
よって伸縮する圧電体には第一の圧電体薄膜１５、層間
酸化物薄膜１６および第二の圧電体薄膜１７、伸縮の増
加および伸縮方向と別の方向への変位の変換のための振
動板には電極Ｂ３がその役割を果たす。
６上に１００ｎｍ厚みのＰｔ薄膜、１μｍ厚みのＰｂＺ
ｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、１００ｎｍ厚みのＰｂＴｉＯ3薄
膜、１μｍ厚みのＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜、そして
５００ｎｍ厚みのＣｒからなる。ここで、電圧の印加に
よって伸縮する圧電体には第一の圧電体薄膜１５、層間
酸化物薄膜１６および第二の圧電体薄膜１７、伸縮の増
加および伸縮方向と別の方向への変位の変換のための振
動板には電極Ｂ３がその役割を果たす。
【００６２】ここで、ＰｂＺｒ0.5Ｔｉ0.5Ｏ3薄膜から
なる単層の薄膜のみを圧電体とすると、薄膜内部に欠陥
を生じやすかった。欠陥の発生理由は上述のように、ス
パッタによって生じる柱状成長構造、異物の膜中への混
入とそれによる異常成長、そしてＺｒ化合物による結晶
成長の阻害が考えられる。
なる単層の薄膜のみを圧電体とすると、薄膜内部に欠陥
を生じやすかった。欠陥の発生理由は上述のように、ス
パッタによって生じる柱状成長構造、異物の膜中への混
入とそれによる異常成長、そしてＺｒ化合物による結晶
成長の阻害が考えられる。
【００６３】本実施の形態では、圧電体を単層の薄膜と
せずに、二層以上の積層膜を形成することと２つの圧電
体薄膜の層間にＺｒを含まない酸化物薄膜を形成すると
ころに特徴をもつ。特に、層間酸化物薄膜１６は第一の
圧電体薄膜１５の柱状構造を中断させると共に、第一の
圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７の柱状構造を分
断した。また、第一の圧電体薄膜１５中に存在する異物
および異常成長部の欠陥を厚み方向に継続することな
く、第二の圧電体薄膜１７を形成できることに効果を発
している。また、層間酸化物薄膜１６に緻密な結晶性良
いＰｂＴｉＯ3薄膜を用いることにより、欠陥の原因と
考えられる柱状成長構造、異物の混入と異常成長、およ
びＺｒ化合物による結晶成長の阻害の３つの問題を補償
し、高品質の圧電体薄膜を形成する手法が実現した。
せずに、二層以上の積層膜を形成することと２つの圧電
体薄膜の層間にＺｒを含まない酸化物薄膜を形成すると
ころに特徴をもつ。特に、層間酸化物薄膜１６は第一の
圧電体薄膜１５の柱状構造を中断させると共に、第一の
圧電体薄膜１５と第二の圧電体薄膜１７の柱状構造を分
断した。また、第一の圧電体薄膜１５中に存在する異物
および異常成長部の欠陥を厚み方向に継続することな
く、第二の圧電体薄膜１７を形成できることに効果を発
している。また、層間酸化物薄膜１６に緻密な結晶性良
いＰｂＴｉＯ3薄膜を用いることにより、欠陥の原因と
考えられる柱状成長構造、異物の混入と異常成長、およ
びＺｒ化合物による結晶成長の阻害の３つの問題を補償
し、高品質の圧電体薄膜を形成する手法が実現した。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
少なくとも圧電体とその圧電体に電圧を印加するかもし
くは圧電体からの電荷を取り出すための電極とから構成
され、かつ圧電体の伸縮を増加あるいは圧電体の伸縮方
向とは別の方向に変位を生じさせるための振動板を設け
るか一方の電極が振動板の効果をあわせ持った圧電体素
子において、少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペ
ロブスカイト型の圧電体薄膜とその圧電体薄膜と振動板
もしくは振動板の効果をあわせ持った電極との間にＺｒ
を含まない酸化物薄膜を設けることによって、圧電体の
欠陥を補償することが出来るので圧電体素子の品質を向
上させることが出来る。
少なくとも圧電体とその圧電体に電圧を印加するかもし
くは圧電体からの電荷を取り出すための電極とから構成
され、かつ圧電体の伸縮を増加あるいは圧電体の伸縮方
向とは別の方向に変位を生じさせるための振動板を設け
るか一方の電極が振動板の効果をあわせ持った圧電体素
子において、少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペ
ロブスカイト型の圧電体薄膜とその圧電体薄膜と振動板
もしくは振動板の効果をあわせ持った電極との間にＺｒ
を含まない酸化物薄膜を設けることによって、圧電体の
欠陥を補償することが出来るので圧電体素子の品質を向
上させることが出来る。
【００６５】また、少なくとも圧電体とその圧電体に電
圧を印加するかもしくは圧電体からの電荷を取り出すた
めの電極とから構成され、かつ圧電体の伸縮を増加ある
いは圧電体の伸縮方向とは別の方向に変位を生じさせる
ための振動板を設けるか一方の電極が振動板の効果をあ
わせ持った圧電体素子において、少なくともＰｂ、Ｚｒ
およびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜とその
上のＺｒを含まない酸化物薄膜と、さらにその上の少な
くともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含む圧電体薄膜とからな
る積層膜を圧電体に用いることによって、圧電体の欠陥
を補償し、かつ柱状成長の連続性を阻害することが出来
るので圧電体素子の品質を向上させることが出来る。
圧を印加するかもしくは圧電体からの電荷を取り出すた
めの電極とから構成され、かつ圧電体の伸縮を増加ある
いは圧電体の伸縮方向とは別の方向に変位を生じさせる
ための振動板を設けるか一方の電極が振動板の効果をあ
わせ持った圧電体素子において、少なくともＰｂ、Ｚｒ
およびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜とその
上のＺｒを含まない酸化物薄膜と、さらにその上の少な
くともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含む圧電体薄膜とからな
る積層膜を圧電体に用いることによって、圧電体の欠陥
を補償し、かつ柱状成長の連続性を阻害することが出来
るので圧電体素子の品質を向上させることが出来る。
【００６６】そして、少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉ
を含むペロブスカイト型の圧電体薄膜を形成する工程に
おいて、圧電体を第一の圧電体薄膜と第二の圧電体薄膜
の積層膜で構成し、第一の圧電体薄膜形成後に薄膜を冷
却し、その後さらに５００℃以上に加熱しながら第一の
圧電体薄膜上に第二の圧電体薄膜を形成することによっ
て、第一の圧電体薄膜に存在する欠陥を第二の圧電体薄
膜で補償出来るので、品質良く圧電体薄膜を形成出来
る。
を含むペロブスカイト型の圧電体薄膜を形成する工程に
おいて、圧電体を第一の圧電体薄膜と第二の圧電体薄膜
の積層膜で構成し、第一の圧電体薄膜形成後に薄膜を冷
却し、その後さらに５００℃以上に加熱しながら第一の
圧電体薄膜上に第二の圧電体薄膜を形成することによっ
て、第一の圧電体薄膜に存在する欠陥を第二の圧電体薄
膜で補償出来るので、品質良く圧電体薄膜を形成出来
る。
【００６７】また、少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを
含むペロブスカイト型の圧電体薄膜を形成する工程にお
いて、圧電体を第一の圧電体薄膜と第二の圧電体薄膜の
積層膜で構成し、第一の誘電体薄膜時の堆積速度を１０
ｎｍ／ｍｉｎ以下にすることによって、第一の圧電体薄
膜を高密度で形成出来るので、品質良く圧電体薄膜を形
成出来る。
含むペロブスカイト型の圧電体薄膜を形成する工程にお
いて、圧電体を第一の圧電体薄膜と第二の圧電体薄膜の
積層膜で構成し、第一の誘電体薄膜時の堆積速度を１０
ｎｍ／ｍｉｎ以下にすることによって、第一の圧電体薄
膜を高密度で形成出来るので、品質良く圧電体薄膜を形
成出来る。
【００６８】さらに本発明によれば、少なくともＰｂ、
ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜を
形成する工程において、第一の圧電体薄膜形成後に第一
の圧電体薄膜上にＺｒを含まない酸化物薄膜を形成し、
さらにその酸化物薄膜上に第二の圧電体薄膜を形成する
ことによって、第一の圧電体薄膜に存在する欠陥を第一
の圧電体薄膜上の酸化物薄膜で補償出来るので、品質良
く圧電体薄膜を形成出来る。
ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜を
形成する工程において、第一の圧電体薄膜形成後に第一
の圧電体薄膜上にＺｒを含まない酸化物薄膜を形成し、
さらにその酸化物薄膜上に第二の圧電体薄膜を形成する
ことによって、第一の圧電体薄膜に存在する欠陥を第一
の圧電体薄膜上の酸化物薄膜で補償出来るので、品質良
く圧電体薄膜を形成出来る。
【図１】本発明の実施の形態１における断面図
【図２】本発明の実施の形態２における圧電体素子の断
面図
面図
【図３】本発明の実施の形態３における圧電体素子の断
面図
面図
【図４】本発明の実施の形態５におけるスパッタ装置の
模式図
模式図
【図５】従来の圧電体素子の断面図
【図６】同要部である圧電部の構成を示す断面図
【図７】同スパッタ装置の模式図
１ 圧電体 ２ 電極Ａ ３ 電極Ｂ ４ 支持体 ５ 空洞 １４ 酸化物薄膜
Claims (16)
- 【請求項１】 少なくとも圧電体とこの圧電体に電圧を
印加するかもしくは圧電体からの電荷を取り出すための
電極とから構成され、かつ前記圧電体の伸縮を増加ある
いは圧電体の伸縮方向とは別の方向に変位を生じさせる
ための振動板を設けるか一方の電極が振動板の効果をあ
わせ持った圧電体素子において、少なくともＰｂ、Ｚｒ
およびＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜とその
圧電体薄膜と振動板もしくは振動板の効果をあわせ持っ
た電極との間にＺｒを含まない酸化物薄膜を設けた圧電
体素子。 - 【請求項２】 Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカ
イト型の圧電体薄膜と振動板もしくは振動板の効果をあ
わせ持った電極との間に設けるＺｒを含まない酸化物薄
膜として、少なくともＰｂおよびＴｉからなる酸化物薄
膜を用いた請求項１記載の圧電体素子。 - 【請求項３】 Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカ
イト型の圧電体薄膜と振動板もしくは振動板の効果をあ
わせ持った電極との間に設けるＺｒを含まない酸化物薄
膜として、少なくともＴｉを含んだ酸化物薄膜を用いた
請求項１記載の圧電体素子。 - 【請求項４】 少なくとも圧電体とその圧電体に電圧を
印加するかもしくは圧電体からの電荷を取り出すための
電極とから構成され、かつ圧電体の伸縮を増加あるいは
圧電体の伸縮方向とは別の方向に変位を生じさせるため
の振動板を設けるか一方の電極が振動板の効果をあわせ
持った圧電体素子において、少なくともＰｂ、Ｚｒおよ
びＴｉを含むペロブスカイト型の圧電体薄膜とその上の
Ｚｒを含まない酸化物薄膜と、さらにその上の少なくと
もＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含む圧電体薄膜とからなる積
層膜を圧電体に用いた圧電体素子。 - 【請求項５】 Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカ
イト型の圧電体薄膜上のＺｒを含まない酸化物薄膜とし
て、少なくともＰｂおよびＴｉからなる酸化物薄膜を用
いた請求項４記載の圧電体素子。 - 【請求項６】 Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカ
イト型の圧電体薄膜上のＺｒを含まない酸化物薄膜とし
て、少なくともＴｉを含んだ酸化物薄膜を用いた請求項
４記載の圧電体素子。 - 【請求項７】 Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカ
イト型の圧電体薄膜上のＺｒを含まない酸化物薄膜の膜
厚を５〜２００ｎｍとした請求項４記載の圧電体素子。 - 【請求項８】 少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含む
ペロブスカイト型の圧電体薄膜を形成する工程におい
て、第一の圧電体薄膜上に少なくとも第二の圧電体薄膜
を積層することからなる圧電体素子の形成方法。 - 【請求項９】 第一の圧電体薄膜および第二の圧電体薄
膜を形成する工程において、薄膜を５００℃以上に加熱
することからなる請求項８記載の圧電体素子の形成方
法。 - 【請求項１０】 第一の圧電体薄膜形成後に薄膜を冷却
し、その後さらに５００℃以上に加熱しながら第一の圧
電体薄膜上に第二の圧電体薄膜を形成することからなる
請求項８記載の圧電体素子の形成方法。 - 【請求項１１】 第一の圧電体薄膜形成後の冷却温度を
その薄膜材料のキュリー点以下にすることからなる請求
項８記載の圧電体素子の形成方法。 - 【請求項１２】 第一の圧電体薄膜形成後に真空層内か
ら薄膜を取り出し、その後再度真空層内において第一の
圧電体薄膜上に第二の圧電体薄膜を形成することからな
る請求項８記載の圧電体素子の形成方法。 - 【請求項１３】 少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含
むペロブスカイト型の圧電体薄膜を形成する工程におい
て、第一の圧電体薄膜形成時の堆積速度を１０ｎｍ／ｍ
ｉｎ以下にすることからなる請求項８記載の圧電体素子
の形成方法。 - 【請求項１４】 少なくともＰｂ、ＺｒおよびＴｉを含
むペロブスカイト型の圧電体薄膜を形成する工程におい
て、第一の圧電体薄膜形成後に第一の圧電体薄膜上にＺ
ｒを含まない酸化物薄膜を形成し、さらにその酸化物薄
膜上に第二の圧電体薄膜を形成することからなる圧電体
素子の形成方法。 - 【請求項１５】 第一の圧電体薄膜上に形成する酸化物
薄膜に少なくともＰｂおよびＴｉからなる酸化物薄膜を
用いた請求項１４記載の圧電体素子の形成方法。 - 【請求項１６】 第一の圧電体薄膜上に形成する酸化物
薄膜に少なくともＴｉを含んだ酸化物薄膜を用いた請求
項１４記載の圧電体素子の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001008488A JP2002217463A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 圧電体素子およびその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001008488A JP2002217463A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 圧電体素子およびその形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002217463A true JP2002217463A (ja) | 2002-08-02 |
Family
ID=18876101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001008488A Pending JP2002217463A (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 圧電体素子およびその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002217463A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007116006A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Canon Inc | 圧電体膜及びその製造方法、並びに圧電体膜を備えた液体吐出ヘッド |
| JP2007144992A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-06-14 | Fujifilm Corp | 凹凸構造体とその製造方法、圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置 |
| JP2008187092A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電体薄膜素子及びその製造方法、インクジェットヘッド、並びにインクジェット式記録装置 |
| WO2021155531A1 (en) | 2020-02-06 | 2021-08-12 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for tuning film properties during thin film deposition |
| CN114901855A (zh) * | 2019-12-31 | 2022-08-12 | 应用材料公司 | 用于沉积压电材料的方法和装置 |
| CN114901855B (zh) * | 2019-12-31 | 2024-10-29 | 应用材料公司 | 用于沉积压电材料的方法和装置 |
-
2001
- 2001-01-17 JP JP2001008488A patent/JP2002217463A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2021155531A1 (en) | 2020-02-06 | 2021-08-12 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for tuning film properties during thin film deposition |
| CN114938653A (zh) * | 2020-02-06 | 2022-08-23 | 应用材料公司 | 用于在薄膜沉积期间调整膜性质的方法与设备 |
| JP2023513163A (ja) * | 2020-02-06 | 2023-03-30 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 薄膜堆積中に膜特性を調整するための方法及び装置 |
| US12029129B2 (en) | 2020-02-06 | 2024-07-02 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for tuning film properties during thin film deposition |
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