JP2002324925A - Method of manufacturing piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電極膜上に圧電体
薄膜を有して成り、マイクロアクチュエーター等に用い
て好適な圧電素子の製造方法に係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element having a piezoelectric thin film on an electrode film and suitable for use in a microactuator or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】シリコン単結晶基板を微細加工して作製
されるマイクロアクチュエーターやセンサ等の駆動源の
１つとして、圧電体薄膜が使用されている。2. Description of the Related Art A piezoelectric thin film is used as one of driving sources for a microactuator, a sensor, or the like, which is manufactured by finely processing a silicon single crystal substrate.
【０００３】一般に、この圧電体薄膜は、シリコン単結
晶基板（表面にごく薄いシリコン酸化膜が形成されてい
る）上に、下地膜となるＴｉ膜及び電極膜となるＰｔ膜
を介して、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜から成
る圧電体薄膜を形成して構成されている。In general, this piezoelectric thin film is formed on a silicon single crystal substrate (a very thin silicon oxide film is formed on the surface) by a titanium film as a base film and a Pt film as an electrode film through a titanium film. It is formed by forming a piezoelectric thin film made of a lead zirconate silicate (PZT) thin film.
【０００４】このチタン酸ジルコン酸鉛薄膜の形成方法
には、スパッタ法、ゾルゲル法、並びにＣＶＤ（化学的
気相成長）法等がある。As a method of forming the lead zirconate titanate thin film, there are a sputtering method, a sol-gel method, a CVD (chemical vapor deposition) method and the like.
【０００５】上述のＰＺＴ薄膜においては、Ｔｉリッチ
の組成では（１１１）に優先配向させた方が高い自発分
極を示し、Ｚｒリッチの組成では（１００）に優先配向
させた方が高い自発分極を示す。In the above-described PZT thin film, a higher spontaneous polarization is exhibited when the Ti-rich composition is preferentially oriented to (111), and a higher spontaneous polarization is exhibited when the Zr-rich composition is preferentially oriented to (100). Show.
【０００６】ここで、前述のようにシリコン単結晶基板
上にＴｉ膜を介してＰｔ膜を形成している場合には、Ｐ
ｔ膜が（１１１）に優先配向するので、その上のＰＺＴ
薄膜は（１１１）に優先配向した膜或いは無配向の膜と
なる。また、下地のＰｔ膜が（１００）に優先配向して
いると、その上のＰＺＴは（１００）に優先配向した膜
となる。即ち例えば（１１１）に優先配向したＰＺＴ薄
膜を製造するには、ＰＺＴ薄膜の下に形成するＰｔ膜を
（１１１）に優先配向させる必要がある。尚、無配向の
ＰＺＴ薄膜を形成した場合には、圧電体薄膜として充分
な特性が得られない。Here, when a Pt film is formed on a silicon single crystal substrate via a Ti film as described above,
Since the t film is preferentially oriented to (111), the PZT
The thin film is a film preferentially oriented to (111) or a non-oriented film. Further, when the underlying Pt film is preferentially oriented to (100), the PZT thereon is a film preferentially oriented to (100). That is, for example, in order to manufacture a PZT thin film preferentially oriented to (111), it is necessary to preferentially orient a Pt film formed under the PZT thin film to (111). When a non-oriented PZT thin film is formed, sufficient characteristics cannot be obtained as a piezoelectric thin film.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、Ｔｉ（チタ
ン）は酸素との結合性が高いため、Ｐｔ膜の下に形成さ
れるＴｉ膜の表面は短時間で酸化される。Incidentally, since Ti (titanium) has a high binding property to oxygen, the surface of the Ti film formed under the Pt film is oxidized in a short time.
【０００８】このようにＴｉ膜の表面が酸化されること
により、表面の膜質例えば格子定数や結晶性が変化する
ため、その後成膜されるＰｔ膜の配向性に悪影響を及ぼ
してしまうため、さらにこのＰｔ膜上に形成されるＰＺ
Ｔから成る圧電体薄膜の配向性が低下してしまう。ま
た、Ｔｉ膜の表面の酸化により、下部電極側の抵抗が大
きくなると共に、下部電極側の抵抗がばらつくようにな
る。The oxidation of the surface of the Ti film changes the film quality of the surface, for example, the lattice constant and the crystallinity, and adversely affects the orientation of the subsequently formed Pt film. PZ formed on this Pt film
The orientation of the piezoelectric thin film made of T is reduced. In addition, the oxidation of the surface of the Ti film increases the resistance on the lower electrode side and varies the resistance on the lower electrode side.
【０００９】このため、ＰＺＴから成る圧電体薄膜を同
一の条件で成膜していても、圧電素子全体の誘電率や圧
電定数が大きくばらついてしまう。この結果、共振子、
フィルタ、アクチュエータ等に圧電素子を利用する際
に、その特性及び効率が大きくばらつく問題があった。For this reason, even if a piezoelectric thin film made of PZT is formed under the same conditions, the dielectric constant and piezoelectric constant of the entire piezoelectric element vary greatly. As a result, the resonator,
When a piezoelectric element is used for a filter, an actuator, or the like, there has been a problem that characteristics and efficiency vary greatly.
【００１０】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、Ｔｉ膜の表面の酸化を防ぐことにより、圧電素
子の特性のばらつきを抑制して、良好な特性を有する圧
電素子を製造することができる圧電素子の製造方法を提
供するものである。In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is to manufacture a piezoelectric element having good characteristics by preventing the surface of a Ti film from being oxidized, thereby suppressing variations in the characteristics of the piezoelectric element. And a method for manufacturing a piezoelectric element.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の圧電素子の製造
方法は、基板上にＴｉ膜を介してＰｔ膜から成る電極膜
が形成され、この電極膜上にＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉを主成分
とする圧電体薄膜が形成され、この圧電体薄膜上に電極
膜が形成された圧電素子を製造するものであって、同一
成膜室内でＴｉ膜とＰｔ膜とを連続して成膜するもので
ある。According to the method of manufacturing a piezoelectric element of the present invention, an electrode film made of a Pt film is formed on a substrate with a Ti film interposed therebetween, and Pb, Zr, and Ti are mainly composed on the electrode film. A piezoelectric element in which a piezoelectric thin film is formed and an electrode film is formed on the piezoelectric thin film, and a Ti film and a Pt film are continuously formed in the same film forming chamber. It is.
【００１２】上述の本発明製法によれば、同一成膜室内
でＴｉ膜とＰｔ膜とを連続して成膜することにより、Ｔ
ｉ膜表面の酸化を防いで、Ｔｉ膜上にＰｔ膜を成膜する
ことができる。According to the above-described method of the present invention, the Ti film and the Pt film are continuously formed in the same film forming chamber, so that T
A Pt film can be formed on the Ti film while preventing oxidation of the i-film surface.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】本発明は、基板上にＴｉ膜を介し
てＰｔ膜から成る電極膜が形成され、この電極膜上にＰ
ｂ，Ｚｒ，Ｔｉを主成分とする圧電体薄膜が形成され、
この圧電体薄膜上に電極膜が形成された圧電素子を製造
する方法であって、同一成膜室内でＴｉ膜とＰｔ膜とを
連続して成膜する圧電素子の製造方法である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, an electrode film composed of a Pt film is formed on a substrate via a Ti film, and a Pt film is formed on the electrode film.
a piezoelectric thin film mainly containing b, Zr and Ti is formed,
This is a method for manufacturing a piezoelectric element in which an electrode film is formed on a piezoelectric thin film, and a method for manufacturing a piezoelectric element in which a Ti film and a Pt film are continuously formed in the same film forming chamber.
【００１４】また本発明は、上記圧電素子の製造方法に
おいて、Ｔｉ膜とＰｔ膜とを連続して成膜する際に、成
膜室内の雰囲気及び圧力を維持する。Further, according to the present invention, in the above-described method for manufacturing a piezoelectric element, the atmosphere and the pressure in the film forming chamber are maintained when the Ti film and the Pt film are continuously formed.
【００１５】また本発明は、上記圧電素子の製造方法に
おいて、基板をシリコン単結晶基板とする。According to the present invention, in the method of manufacturing a piezoelectric element, the substrate is a silicon single crystal substrate.
【００１６】図１は、本発明製法を適用する圧電素子の
一形態の概略構成図（断面図）を示す。この圧電素子１
は、シリコン単結晶基板２上に、Ｔｉ膜から成る下地膜
３を介してＰｔ膜から成る下部電極４が形成され、この
下部電極４上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜か
ら成る圧電体薄膜５が形成され、圧電体薄膜５上にＰｔ
膜等の上部電極６が形成されて構成されている。FIG. 1 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of one embodiment of a piezoelectric element to which the manufacturing method of the present invention is applied. This piezoelectric element 1
A lower electrode 4 made of a Pt film is formed on a silicon single crystal substrate 2 via a base film 3 made of a Ti film, and a piezoelectric material made of a lead zirconate titanate (PZT) thin film is formed on the lower electrode 4 A thin film 5 is formed, and Pt is formed on the piezoelectric thin film 5.
An upper electrode 6 such as a film is formed.
【００１７】圧電体薄膜５を構成するＰＺＴは、ペロブ
スカイト型結晶構造をとる。また、圧電作用を有してい
ることから、電圧を加えることにより伸び縮みする圧電
材料として用いられている。The PZT constituting the piezoelectric thin film 5 has a perovskite type crystal structure. In addition, since it has a piezoelectric effect, it is used as a piezoelectric material that expands and contracts when a voltage is applied.
【００１８】圧電体薄膜５には、上述のジルコン酸チタ
ン酸鉛（ＰＺＴ）を構成するＺｒ，Ｔｉ，Ｐｂの他に、
他の成分としてＮｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｂｉの
うち少なくとも１種以上の元素を含んでいてもよい。The piezoelectric thin film 5 includes, in addition to Zr, Ti, and Pb constituting the above-described lead zirconate titanate (PZT),
As another component, at least one or more of Ni, Zn, Nb, Mg, Mn, and Bi may be contained.
【００１９】Ｔｉ膜から成る下地膜３は、シリコン単結
晶基板２とＰｔ膜から成る下部電極４との密着性を良好
にする目的で形成されている。The underlying film 3 made of a Ti film is formed for the purpose of improving the adhesion between the silicon single crystal substrate 2 and the lower electrode 4 made of a Pt film.
【００２０】上部電極６の材料には、上述のＰｔ膜の他
に、Ａｕ膜、Ｉｒ膜、ＩｒＯ2 膜等が使用可能である。As a material of the upper electrode 6, an Au film, an Ir film, an IrO 2 film or the like can be used in addition to the above-mentioned Pt film.
【００２１】続いて、本発明の一実施の形態として、図
１に示した圧電素子１を製造する工程を説明する。Next, as one embodiment of the present invention, a process for manufacturing the piezoelectric element 1 shown in FIG. 1 will be described.
【００２２】まず、例えば４インチの（１００）シリコ
ン単結晶基板２を有機溶剤及び純水で洗浄した。シリコ
ン単結晶基板２の表面にはＳｉＯ2 熱酸化膜（図示せ
ず）が３００ｎｍ程度形成されている。First, for example, a 4-inch (100) silicon single crystal substrate 2 was washed with an organic solvent and pure water. On the surface of the silicon single crystal substrate 2, a SiO 2 thermal oxide film (not shown) is formed with a thickness of about 300 nm.
【００２３】次に、シリコン単結晶基板２の表面上に、
下地膜３となるＴｉ膜を例えば５０ｎｍの厚さに成膜す
る。成膜装置にはマグネトロンスパッタ装置を用いて、
例えばＲＦ出力１．２ｋＷ、Ａｒガス雰囲気で圧力０．
３Ｐａの条件下で成膜する。Next, on the surface of the silicon single crystal substrate 2,
A Ti film serving as the base film 3 is formed to a thickness of, for example, 50 nm. Using a magnetron sputtering device for the film forming device,
For example, an RF output of 1.2 kW and a pressure of 0.2 in an Ar gas atmosphere.
The film is formed under the condition of 3 Pa.
【００２４】Ｔｉ膜の成膜のすぐ後に、Ｔｉ膜の表面上
にＰｔ膜を例えば１００ｎｍの厚さに成膜する。Ｔｉ膜
を成膜したのと同じマグネトロンスパッタ装置の同じ成
膜室内において、成膜室から出さないで引き続きＰｔ膜
の成膜を行う。このとき、ターゲットはＰｔ膜の成膜用
のものに取り替えてＲＦ出力を例えば０．３ｋＷと変更
する。一方、成膜室内の雰囲気及び圧力は、Ｔｉ膜を成
膜したときと同じ条件に維持して例えば前述のＡｒガス
雰囲気で圧力０．３Ｐａの条件下で成膜する。これによ
り、Ｐｔ膜から成る下部電極４が形成される。Immediately after the formation of the Ti film, a Pt film having a thickness of, for example, 100 nm is formed on the surface of the Ti film. In the same film forming chamber of the same magnetron sputtering apparatus as used for forming the Ti film, the Pt film is continuously formed without leaving the film forming chamber. At this time, the target is replaced with a target for forming a Pt film, and the RF output is changed to, for example, 0.3 kW. On the other hand, the atmosphere and pressure in the film formation chamber are maintained under the same conditions as when the Ti film was formed, and for example, the film was formed under the above-mentioned Ar gas atmosphere under a pressure of 0.3 Pa. Thereby, the lower electrode 4 made of the Pt film is formed.
【００２５】続いて、下部電極４のＰｔ膜の表面上に、
ＰＺＴ薄膜を例えば５００ｎｍの厚さに成膜する。この
ＰＺＴ薄膜は、例えばマグネトロンスパッタ装置を用い
て、例えばＰｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3-x 組成のター
ゲットにより、例えばＲＦ出力０．３ｋＷ、Ａｒガス及
び酸素雰囲気（例えばＡｒ／Ｏ2 比＝１／９）で圧力
０．４Ｐａの条件下で成膜する。Subsequently, on the surface of the Pt film of the lower electrode 4,
A PZT thin film is formed to a thickness of, for example, 500 nm. The PZT thin film is formed, for example, by using a magnetron sputtering apparatus and using, for example, a target having a Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3-x composition, for example, an RF output of 0.3 kW, an Ar gas and an oxygen atmosphere (for example, Ar / O 2 ratio = 1/9) to form a film under a pressure of 0.4 Pa.
【００２６】次に、赤外線加熱炉内で酸素を流しながら
ＰＺＴ薄膜の結晶化熱処理を行う。加熱時間及び保持時
間は例えば７００℃・１０分とする。この結晶化熱処理
により、ＰＺＴ薄膜が結晶化して、例えば（１１１）に
優先配向されたＰＺＴ薄膜となり、ＰＺＴ薄膜から成る
圧電体薄膜５が形成される。Next, the PZT thin film is subjected to a crystallization heat treatment while flowing oxygen in an infrared heating furnace. The heating time and the holding time are, for example, 700 ° C. and 10 minutes. By this crystallization heat treatment, the PZT thin film is crystallized to become, for example, a PZT thin film preferentially oriented to (111), and the piezoelectric thin film 5 composed of the PZT thin film is formed.
【００２７】その後は、ＰＺＴ薄膜上にＰｔ膜等を成膜
することにより上部電極６を形成して、図１に示した構
成の圧電素子１を製造することができる。Thereafter, the upper electrode 6 is formed by forming a Pt film or the like on the PZT thin film, and the piezoelectric element 1 having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured.
【００２８】同一成膜室内でＴｉ膜とＰｔ膜とを連続し
て成膜する際には、前述のようにＴｉ膜用ターゲットと
Ｐｔ膜用ターゲットを交換するが、この交換は例えば次
のように行うことができる。 （１）２つのターゲットを固定し、各ターゲットと基板
との間にそれぞれシャッターを設ける。そして、成膜す
る膜に対応して一方のシャッターのみを開けるようにシ
ャッターの開閉を切り替える。 （２）２つのターゲットを可動にしておいて、成膜する
膜に対応してターゲットを移動させて交換する。成膜に
使用する一方のターゲット以外の部分を遮蔽してこの一
方のターゲットと基板との間にシャッターを設ける。そ
して、成膜時にはシャッターを開ける。When a Ti film and a Pt film are successively formed in the same film forming chamber, the target for the Ti film and the target for the Pt film are exchanged as described above. Can be done. (1) Two targets are fixed, and a shutter is provided between each target and the substrate. Then, the opening and closing of the shutter are switched so that only one of the shutters is opened corresponding to the film to be formed. (2) With the two targets being movable, the targets are moved and exchanged according to the film to be formed. A shutter is provided between the one target and the substrate while shielding a portion other than the one target used for film formation. Then, the shutter is opened at the time of film formation.
【００２９】尚、ＰＺＴ薄膜の成膜方法には、上述した
スパッタ法の他、ゾルゲル法等を用いてもよい。また、
ＰＺＴ薄膜の膜厚は上述の５００ｎｍには限定されな
い。The PZT thin film may be formed by a sol-gel method or the like in addition to the above-described sputtering method. Also,
The thickness of the PZT thin film is not limited to the above 500 nm.
【００３０】ここで、実際に上述の製造工程により製造
した圧電素子１について、Ｘ線ディフラクトメーターを
用いて配向性を調べた。Ｘ線ディフラクトメーターによ
るＸ線ピークプロファイルを図２〜図４に示す。上述の
ように、Ｔｉ膜とＰｔ膜を連続して成膜した場合のＸ線
ピークプロファイルを図２に示す。一方、Ｔｉ膜を成膜
した後に基板を大気中に出した場合のＸ線ピークプロフ
ァイルを図３に示す。また、Ｔｉ膜を成膜した後に基板
をいったん成膜室から出して、その後基板を成膜室に入
れてからＰｔ膜を成膜した場合のＸ線ピークプロファイ
ルを図４に示す。Here, the orientation of the piezoelectric element 1 actually manufactured by the above manufacturing process was examined using an X-ray diffractometer. X-ray peak profiles obtained by the X-ray diffractometer are shown in FIGS. FIG. 2 shows an X-ray peak profile when a Ti film and a Pt film are continuously formed as described above. On the other hand, FIG. 3 shows an X-ray peak profile when the substrate is exposed to the air after forming the Ti film. FIG. 4 shows an X-ray peak profile in the case where the substrate is once taken out of the film forming chamber after the Ti film is formed, and then the substrate is put in the film forming chamber and then the Pt film is formed.
【００３１】上述のようにＴｉ膜とＰｔ膜を連続して成
膜した場合には、図２に示すように、Ｐｔの（１１１）
及びＰＺＴの（１１１）のピークが大きくなっており、
Ｐｔ膜及びＰＺＴ薄膜が共に（１１１）に優先配向さ
れ、かつ良好な配向性を有していることがわかる。As described above, when the Ti film and the Pt film are continuously formed, as shown in FIG.
And the peak of (111) of PZT is large,
It can be seen that both the Pt film and the PZT thin film are preferentially oriented to (111) and have good orientation.
【００３２】これに対して、Ｔｉ膜を成膜した後に基板
を大気中に出した場合には、Ｔｉ膜の表面が酸化される
ため、図３に示すように、ピークが小さく、Ｐｔ膜及び
ＰＺＴ薄膜の配向性が低くなっていることがわかる。On the other hand, when the substrate is exposed to the air after forming the Ti film, the surface of the Ti film is oxidized, so that the peak is small as shown in FIG. It can be seen that the orientation of the PZT thin film is low.
【００３３】また、Ｔｉ膜を成膜した後に基板をいった
ん成膜室から出して、その後基板を成膜室に入れてから
Ｐｔ膜を成膜した場合即ちＴｉ膜とＰｔ膜の連続成膜を
行っていない場合には、図４に示すように、図３の大気
中に出した場合ほど配向性は低くないものの、図２と比
較するとまだ十分な配向性が得られない。即ちＴｉ膜の
表面が酸化されて、Ｐｔ膜やＰＺＴ薄膜の配向性が低く
なっていることがわかる。When the substrate is once taken out of the film forming chamber after the Ti film is formed, and then the substrate is put into the film forming chamber and then the Pt film is formed, that is, the continuous film formation of the Ti film and the Pt film is performed. If not performed, as shown in FIG. 4, although the orientation is not as low as in the case of being exposed to the air in FIG. 3, sufficient orientation cannot be obtained as compared with FIG. That is, it can be seen that the surface of the Ti film is oxidized and the orientation of the Pt film or the PZT thin film is lowered.
【００３４】通常、複数種類の膜を成膜する際には、下
の膜を成膜した後に基板をいったん成膜室から外に出し
て、ターゲットを交換して成膜室の内壁等に付着した下
の膜の影響をなくすために上の膜の材料を飛ばすいわゆ
る空飛ばしを行って、その後基板を再び成膜室内に戻し
て上の膜の成膜を行っている。この間、基板は搬送室等
の真空度が成膜室より低い場所に例えば１０〜２０分置
かれる。このため、図１の圧電素子１を製造する場合の
ように下の膜がＴｉ膜である場合にはその表面が酸化さ
れると考えられる。Normally, when a plurality of types of films are formed, the substrate is once taken out of the film formation chamber after the lower film is formed, and the target is replaced to adhere to the inner wall of the film formation chamber. In order to eliminate the influence of the lower film, the material of the upper film is skipped, that is, flying is performed. Then, the substrate is returned to the film forming chamber and the upper film is formed. During this time, the substrate is placed in a place such as a transfer chamber where the degree of vacuum is lower than that of the film formation chamber, for example, for 10 to 20 minutes. Therefore, when the lower film is a Ti film as in the case of manufacturing the piezoelectric element 1 of FIG. 1, the surface is considered to be oxidized.
【００３５】上述の本実施の形態によれば、同一成膜室
内でＴｉ膜３とＰｔ膜４とを連続して成膜することによ
り、図２に示すように（１１１）に優先配向したＰｔ膜
４が得られ、またＰｔ膜４の上のＰＺＴ薄膜も（１１
１）に優先配向しており、良好な配向性の圧電体薄膜５
が得られる。これにより、圧電体薄膜５の特性例えば圧
電特性も一定させてばらつきをなくすことができる。こ
の結果、圧電素子１の誘電率や圧電定数等の特性を一定
させることができ、良好な特性を有する圧電素子１を歩
留まりよく安定して製造することができる。従って、圧
電素子１を使用した共振子、フィルタ、アクチュエータ
等のデバイスを製造する際に特性を揃えることができ、
歩留まりの向上につながる。According to the above-described embodiment, the Ti film 3 and the Pt film 4 are continuously formed in the same film forming chamber, so that the Pt preferentially oriented to (111) is formed as shown in FIG. The film 4 is obtained, and the PZT thin film on the Pt film 4 is also (11
The piezoelectric thin film 5 which is preferentially oriented in 1) and has good orientation
Is obtained. Thus, the characteristics of the piezoelectric thin film 5, for example, the piezoelectric characteristics can be kept constant to eliminate variations. As a result, characteristics such as the dielectric constant and the piezoelectric constant of the piezoelectric element 1 can be made constant, and the piezoelectric element 1 having good characteristics can be manufactured stably with a high yield. Therefore, when manufacturing devices such as a resonator, a filter, and an actuator using the piezoelectric element 1, the characteristics can be made uniform,
It leads to an improvement in yield.
【００３６】さらに、Ｔｉ膜３とＰｔ膜４とを連続成膜
することにより、これらの膜を成膜するために要する全
体の時間も短縮することができ、圧電素子１の製造に要
する時間を短縮することができる。Further, by continuously forming the Ti film 3 and the Pt film 4, the overall time required for forming these films can be reduced, and the time required for manufacturing the piezoelectric element 1 can be reduced. Can be shortened.
【００３７】また、本実施の形態によれば、同一成膜室
内でＴｉ膜３とＰｔ膜４とを連続して成膜するときに、
成膜室内の雰囲気及び圧力をそのまま維持することによ
り、雰囲気ガスや圧力を変更するための時間が不要にな
り、ターゲットの交換や電圧の変更を行うだけで、すぐ
Ｐｔ膜４を成膜することが可能になる。例えば数秒〜数
十秒後にＰｔ膜４を成膜することができる。Further, according to the present embodiment, when the Ti film 3 and the Pt film 4 are continuously formed in the same film forming chamber,
By maintaining the atmosphere and the pressure in the film formation chamber as it is, no time is required for changing the atmosphere gas and the pressure, and the Pt film 4 can be formed immediately by simply changing the target or changing the voltage. Becomes possible. For example, the Pt film 4 can be formed after several seconds to several tens of seconds.
【００３８】これにより、Ｔｉ膜３の表面が露出してい
る時間を短くして、Ｔｉ膜３の表面を酸化されにくくす
ることができる。また、Ｔｉ膜３とＰｔ膜４とを成膜す
るために要する全体の時間もさらに短縮することができ
る。ちなみに、雰囲気ガスを交換したり、成膜室内の圧
力を変更したりすると、室内の雰囲気が入れ替わった
り、室内の圧力が安定化するのにある程度の時間（分単
位）を必要とする。Thus, the time during which the surface of the Ti film 3 is exposed can be shortened, and the surface of the Ti film 3 can be hardly oxidized. Further, the entire time required for forming the Ti film 3 and the Pt film 4 can be further reduced. Incidentally, when the atmosphere gas is exchanged or the pressure in the film forming chamber is changed, it takes a certain time (minutes) for the atmosphere in the chamber to be replaced or the pressure in the chamber to be stabilized.
【００３９】上述の実施の形態では、圧電体薄膜５とし
てＰＺＴ薄膜を成膜した圧電素子１を製造する場合を説
明したが、その他の構成の圧電素子にも本発明を適用す
ることができる。例えば前述したように、圧電素子１の
圧電体薄膜を、ＰＺＴを構成するＺｒ，Ｔｉ，Ｐｂの他
に、他の成分としてＮｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｂ
ｉのうち少なくとも１種以上の元素を含んでいる構成と
してもよく、この場合も本発明を適用してＴｉ膜とＰｔ
膜を連続して成膜することにより、同様に配向性が高く
良好な圧電素子を製造することができる。In the above-described embodiment, the case where the piezoelectric element 1 in which the PZT thin film is formed as the piezoelectric thin film 5 is described, but the present invention can be applied to a piezoelectric element having another configuration. For example, as described above, in addition to Zr, Ti, and Pb constituting PZT, Ni, Zn, Nb, Mg, Mn, B
i, at least one element may be included. In this case as well, the present invention is applied, and the Ti film and the Pt
By continuously forming the films, a favorable piezoelectric element having a high orientation can be similarly manufactured.
【００４０】本発明は、上述の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他
様々な構成が取り得る。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but may take various other configurations without departing from the gist of the present invention.
【００４１】[0041]
【発明の効果】上述の本発明によれば、Ｔｉ膜の表面が
酸化されないようにして、配向性や圧電特性等特性の良
好な圧電体薄膜を成膜することができる。これにより、
圧電素子の誘電率や圧電定数等の特性を一定させること
ができるため、良好な特性を有する圧電素子を歩留まり
よく安定して製造することができる。従って、本発明に
よれば、圧電素子を使用した共振子、フィルタ、アクチ
ュエータ等のデバイスを製造する際に、デバイスの特性
を揃えて、歩留まりの向上を図ることができる。According to the present invention described above, it is possible to form a piezoelectric thin film having good properties such as orientation and piezoelectric properties while preventing the surface of the Ti film from being oxidized. This allows
Since characteristics such as the dielectric constant and the piezoelectric constant of the piezoelectric element can be made constant, a piezoelectric element having good characteristics can be manufactured stably with high yield. Therefore, according to the present invention, when manufacturing devices such as resonators, filters, and actuators using piezoelectric elements, the characteristics of the devices can be made uniform and the yield can be improved.
【００４２】また、本発明によれば、Ｔｉ膜とＰｔ膜と
を連続成膜することにより、これらの膜を成膜するため
に要する全体の時間を短縮して、圧電素子の製造に要す
る時間を短縮することができる。Further, according to the present invention, by continuously forming a Ti film and a Pt film, the overall time required for forming these films can be reduced, and the time required for manufacturing a piezoelectric element can be reduced. Can be shortened.
【００４３】特に、成膜室の雰囲気や圧力を維持したま
まで連続成膜すると、成膜に要する時間をさらに短縮し
て圧電素子の製造に要する時間を短縮することができる
と共に、Ｔｉ膜の表面をさらに酸化されにくくして圧電
体薄膜の特性のさらなる安定化を図ることができる。In particular, when the film is continuously formed while maintaining the atmosphere and pressure in the film forming chamber, the time required for forming the film can be further reduced, and the time required for manufacturing the piezoelectric element can be shortened. It is possible to further stabilize the characteristics of the piezoelectric thin film by making the surface harder to be oxidized.
【図１】本発明製法を適用する圧電素子の一形態の概略
構成図（断面図）である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of one embodiment of a piezoelectric element to which the manufacturing method of the present invention is applied.
【図２】Ｔｉ膜とＰｔ膜を連続して成膜した場合のＸ線
ピークプロファイルである。FIG. 2 is an X-ray peak profile when a Ti film and a Pt film are continuously formed.
【図３】Ｔｉ膜を成膜した後に基板を大気中に出した場
合のＸ線ピークプロファイルである。FIG. 3 is an X-ray peak profile when a substrate is exposed to the air after forming a Ti film.
【図４】Ｔｉ膜を成膜した後に基板をいったん成膜室か
ら出して、その後基板を成膜室に入れてからＰｔ膜を成
膜した場合のＸ線ピークプロファイルである。FIG. 4 is an X-ray peak profile in a case where a substrate is once taken out of a film formation chamber after a Ti film is formed, and then a Pt film is formed after the substrate is put into a film formation chamber.
１ 圧電素子、２ シリコン単結晶基板、３ 下地膜
（Ｔｉ膜）、４ 下部電極（Ｐｔ膜）、５ 圧電体薄膜
（ＰＺＴ薄膜）、６ 上部電極Reference Signs List 1 piezoelectric element, 2 silicon single crystal substrate, 3 base film (Ti film), 4 lower electrode (Pt film), 5 piezoelectric thin film (PZT thin film), 6 upper electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 順一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 AA24 BA13 BA17 BA50 BB02 BD00 CA05 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Junichi Honda 6-73, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo F-term (reference) in Sony Corporation 4K029 AA06 AA24 BA13 BA17 BA50 BB02 BD00 CA05
Claims (3)
電極膜が形成され、該電極膜上にＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉを主
成分とする圧電体薄膜が形成され、該圧電体薄膜上に電
極膜が形成された圧電素子を製造する方法であって、 同一成膜室内で、上記Ｔｉ膜と上記Ｐｔ膜とを連続して
成膜することを特徴とする圧電素子の製造方法。An electrode film made of a Pt film is formed on a substrate via a Ti film, a piezoelectric thin film containing Pb, Zr, and Ti as a main component is formed on the electrode film. A method of manufacturing a piezoelectric element having an electrode film formed thereon, wherein the Ti film and the Pt film are successively formed in the same film forming chamber.
膜する際に、上記成膜室内の雰囲気及び圧力を維持する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方
法。2. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1, wherein the atmosphere and the pressure in the film forming chamber are maintained when the Ti film and the Pt film are continuously formed. .
とを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the substrate is a silicon single crystal substrate.
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| JP (1) | JP2002324925A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102732829A (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-17 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | Coated article and its preparation method |
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