JP2003297825A - 強誘電体薄膜の作製方法 - Google Patents
強誘電体薄膜の作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 二種類以上の原料溶液からなる強誘電体薄膜
が基板のある一平面内,膜厚方向において均一に混合さ
れたものとなるようにする。または一平面内に,膜厚方
向において原料溶液が分布を持つように混合されたもの
となるようにする。 【解決手段】 二つ以上のインクジェットヘッドを持つ
インクジェット装置によって,二種類の原料溶液105,1
06を別々のインクジェットヘッドにて一定吐出量で打ち
分けることで,一平面内において均一に混合された強誘
電体薄膜を作製でき,これを繰り返すことにより薄膜厚
方向にも均一に混合された強誘電体薄膜を作製できる。
また,膜厚方向や面内方向の吐出量を変化させることで
原料溶液が分布を持つように混合された強誘電体薄膜を
作製できる。
が基板のある一平面内,膜厚方向において均一に混合さ
れたものとなるようにする。または一平面内に,膜厚方
向において原料溶液が分布を持つように混合されたもの
となるようにする。 【解決手段】 二つ以上のインクジェットヘッドを持つ
インクジェット装置によって,二種類の原料溶液105,1
06を別々のインクジェットヘッドにて一定吐出量で打ち
分けることで,一平面内において均一に混合された強誘
電体薄膜を作製でき,これを繰り返すことにより薄膜厚
方向にも均一に混合された強誘電体薄膜を作製できる。
また,膜厚方向や面内方向の吐出量を変化させることで
原料溶液が分布を持つように混合された強誘電体薄膜を
作製できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体デバイス
および圧電体デバイスなどに用いられるセラミックス薄
膜に関するものである。特に,二種類以上の原料溶液を
使用した前記セラミックス薄膜の作製方法に関するもの
である。
および圧電体デバイスなどに用いられるセラミックス薄
膜に関するものである。特に,二種類以上の原料溶液を
使用した前記セラミックス薄膜の作製方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】原料溶液が強誘電体材料溶液と常誘電体
材料溶液である場合,従来の代表的な強誘電体薄膜の成
膜方法であるスピンコート法やディップ法でも,一平面
内に均一に混合された状態になるように塗布すること
は,前もってこれらの原料溶液を混合しておくことで可
能であった。しかし,混合溶液とした場合ライフタイム
が短いことが多く,作り置きができないことや,剰余が
生じた場合に材料の無駄が発生するといった問題点があ
った。
材料溶液である場合,従来の代表的な強誘電体薄膜の成
膜方法であるスピンコート法やディップ法でも,一平面
内に均一に混合された状態になるように塗布すること
は,前もってこれらの原料溶液を混合しておくことで可
能であった。しかし,混合溶液とした場合ライフタイム
が短いことが多く,作り置きができないことや,剰余が
生じた場合に材料の無駄が発生するといった問題点があ
った。
【0003】また,原料溶液が互いに組成比が異なる強
誘電体材料溶液である場合,特開平5-235268の様にスピ
ンコート法を用いて強誘電体薄膜表面から拡散しやすい
元素に対して膜厚が厚くなる方向にその元素の濃度を高
くして,焼成後における膜厚方向の濃度の均一化を図る
例がある。しかしながらスピンコート法で,より均一化
を図るためには,より多くの前記元素の濃度を変化させ
た溶液が必要であるといった問題点があった。さらに,
強誘電体キャパシタを作製する一連のプロセスを経る
と,焼成プロセスにおける温度の面内分布などにより,
強誘電体キャパシタの特性が面内に分布を持ってしま
う。しかしながら,スピンコート法では面内方向につい
ては原料溶液の組成の分布を変化させることができない
といった問題点があった。
誘電体材料溶液である場合,特開平5-235268の様にスピ
ンコート法を用いて強誘電体薄膜表面から拡散しやすい
元素に対して膜厚が厚くなる方向にその元素の濃度を高
くして,焼成後における膜厚方向の濃度の均一化を図る
例がある。しかしながらスピンコート法で,より均一化
を図るためには,より多くの前記元素の濃度を変化させ
た溶液が必要であるといった問題点があった。さらに,
強誘電体キャパシタを作製する一連のプロセスを経る
と,焼成プロセスにおける温度の面内分布などにより,
強誘電体キャパシタの特性が面内に分布を持ってしま
う。しかしながら,スピンコート法では面内方向につい
ては原料溶液の組成の分布を変化させることができない
といった問題点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで,本発明は従来
のこの様な問題点を解決しようとするもので,その課題
とするところは,強誘電体材料溶液と常誘電体材料溶液
を一平面内においても膜厚方向においても均一に,しか
も塗布時に混合される強誘電体薄膜を提供することであ
る。
のこの様な問題点を解決しようとするもので,その課題
とするところは,強誘電体材料溶液と常誘電体材料溶液
を一平面内においても膜厚方向においても均一に,しか
も塗布時に混合される強誘電体薄膜を提供することであ
る。
【0005】互いに組成比が異なる強誘電体材料溶液を
なるべく少ない種類で,またなるべく連続的に変化させ
て,焼成後における膜厚方向の濃度が均一な強誘電体薄
膜を提供することである。また,プロセス中において発
生する強誘電体キャパシタ特性の面内分布を予め予想
し,プロセス終了後における強誘電体キャパシタ特性の
面内分布がより少ない強誘電体薄膜を提供することであ
る。
なるべく少ない種類で,またなるべく連続的に変化させ
て,焼成後における膜厚方向の濃度が均一な強誘電体薄
膜を提供することである。また,プロセス中において発
生する強誘電体キャパシタ特性の面内分布を予め予想
し,プロセス終了後における強誘電体キャパシタ特性の
面内分布がより少ない強誘電体薄膜を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載に
おける強誘電体薄膜の作製方法は,強誘電体薄膜を二つ
以上のインクジェットヘッドを有する装置によって,二
種類以上の原料溶液を別々の前記インクジェットヘッド
で,インクジェット方式にて吐出して塗布することを特
徴とする。
おける強誘電体薄膜の作製方法は,強誘電体薄膜を二つ
以上のインクジェットヘッドを有する装置によって,二
種類以上の原料溶液を別々の前記インクジェットヘッド
で,インクジェット方式にて吐出して塗布することを特
徴とする。
【0007】前記の作製方法によれば,二種類以上の原
料溶液が一平面内において均一に混合された薄膜を形成
でき,それを繰り返すことで膜厚方向にも均一に混合さ
れた強誘電体薄膜を形成できるという効果を有する。
料溶液が一平面内において均一に混合された薄膜を形成
でき,それを繰り返すことで膜厚方向にも均一に混合さ
れた強誘電体薄膜を形成できるという効果を有する。
【0008】本発明の請求項2記載における強誘電体薄
膜の作製方法は,前記原料溶液として,強誘電体材料溶
液と常誘電体材料溶液を用いることを特徴とする。
膜の作製方法は,前記原料溶液として,強誘電体材料溶
液と常誘電体材料溶液を用いることを特徴とする。
【0009】前記の作製方法によれば,同時に強誘電体
材料溶液と常誘電体材料溶液を基板上に塗布することで
塗布時に溶液を混合できるため,混合溶液のライフタイ
ムが短いことでの材質劣化や剰余が生じた場合の材料の
無駄をなくすことができるという効果を有する。
材料溶液と常誘電体材料溶液を基板上に塗布することで
塗布時に溶液を混合できるため,混合溶液のライフタイ
ムが短いことでの材質劣化や剰余が生じた場合の材料の
無駄をなくすことができるという効果を有する。
【0010】本発明の請求項3における強誘電体薄膜の
作製方法は,前記原料溶液について,互いに組成比が異
なる強誘電体材料溶液を用いることを特徴とする。
作製方法は,前記原料溶液について,互いに組成比が異
なる強誘電体材料溶液を用いることを特徴とする。
【0011】前記の作製方法によれば,組成比が異なる
強誘電体材料溶液を膜厚方向に積層する際,スピンコー
ト法やディップ法では原料溶液の濃度を調整して複数種
類の原料溶液を用意しなければならないが,インクジェ
ット法では原料溶液の吐出量をそれぞれ調整するだけで
良いため,得られる組成比の自由度が高く,比較的容易
に積層できるという効果を有する。
強誘電体材料溶液を膜厚方向に積層する際,スピンコー
ト法やディップ法では原料溶液の濃度を調整して複数種
類の原料溶液を用意しなければならないが,インクジェ
ット法では原料溶液の吐出量をそれぞれ調整するだけで
良いため,得られる組成比の自由度が高く,比較的容易
に積層できるという効果を有する。
【0012】本発明の請求項4における請求項1から請求
項3記載の強誘電体薄膜の作製方法は,前記原料溶液の
吐出量をそれぞれ変化させて,膜厚方向について組成の
分布を持たせることを特徴とする。
項3記載の強誘電体薄膜の作製方法は,前記原料溶液の
吐出量をそれぞれ変化させて,膜厚方向について組成の
分布を持たせることを特徴とする。
【0013】前記の作製方法によれば,原料溶液の組成
元素のうち,外側に拡散しやすい元素に対して,その組
成を外側に向かって高くなるように吐出量を変化させる
ことで,焼成後の強誘電体薄膜中における組成比のばら
つきを抑制し,良好なヒステリシスカーブが得られると
いう効果を有する。
元素のうち,外側に拡散しやすい元素に対して,その組
成を外側に向かって高くなるように吐出量を変化させる
ことで,焼成後の強誘電体薄膜中における組成比のばら
つきを抑制し,良好なヒステリシスカーブが得られると
いう効果を有する。
【0014】本発明の請求項5記載における請求項1から
請求項3記載の強誘電体薄膜の作製方法は,前記原料溶
液の吐出量をそれぞれ変化させて,面内方向について組
成の分布を持たせることを特徴とする。
請求項3記載の強誘電体薄膜の作製方法は,前記原料溶
液の吐出量をそれぞれ変化させて,面内方向について組
成の分布を持たせることを特徴とする。
【0015】前記の作製方法によれば,プロセス中にお
いて発生する強誘電体キャパシタ特性の面内分布を予め
予想して,強誘電体材料溶液の塗布段階で組成を面内方
向について変化させて,プロセス終了後には強誘電体キ
ャパシタ特性の面内分布がより少なくなるという効果を
有する。
いて発生する強誘電体キャパシタ特性の面内分布を予め
予想して,強誘電体材料溶液の塗布段階で組成を面内方
向について変化させて,プロセス終了後には強誘電体キ
ャパシタ特性の面内分布がより少なくなるという効果を
有する。
【0016】本発明の請求項6記載における強誘電体薄
膜の作製方法は,請求項1において,インクジェット方
式で原料溶液を塗布する前に,予め基板に親水処理を施
しておくことを特徴とする。
膜の作製方法は,請求項1において,インクジェット方
式で原料溶液を塗布する前に,予め基板に親水処理を施
しておくことを特徴とする。
【0017】本発明の請求項8記載における強誘電体薄
膜の作製方法は,請求項1において,インクジェット方
式によって吐出された原料溶液が着弾後に乾燥するより
も充分早く次の着弾が起こるように,インクジェット方
式の吐出時間間隔を設定することを特徴とする。
膜の作製方法は,請求項1において,インクジェット方
式によって吐出された原料溶液が着弾後に乾燥するより
も充分早く次の着弾が起こるように,インクジェット方
式の吐出時間間隔を設定することを特徴とする。
【0018】前記二つの作製方法を合わせれば,インク
ジェット方式によって吐出された二種類以上の原料溶液
が最初に基板に着弾後,濡れ広がり,これら着弾した原
料溶液が乾燥する時間よりも早く次の原料溶液が着弾さ
れるため,原料溶液が液体の状態で均一に混合される効
果を有する。
ジェット方式によって吐出された二種類以上の原料溶液
が最初に基板に着弾後,濡れ広がり,これら着弾した原
料溶液が乾燥する時間よりも早く次の原料溶液が着弾さ
れるため,原料溶液が液体の状態で均一に混合される効
果を有する。
【0019】本発明の請求項7記載における強誘電体薄
膜の作製方法は,請求項1において,インクジェット方
式で原料溶液を塗布する前に,予め基板に撥水処理を施
しておくことを特徴とする。
膜の作製方法は,請求項1において,インクジェット方
式で原料溶液を塗布する前に,予め基板に撥水処理を施
しておくことを特徴とする。
【0020】本発明の請求項9記載における強誘電体薄
膜の作製方法は,請求項1において,インクジェット方
式によって吐出された原料溶液が着弾後に充分に乾燥し
てから次の着弾が起こるように,インクジェット方式の
吐出時間間隔を設定することを特徴とする。
膜の作製方法は,請求項1において,インクジェット方
式によって吐出された原料溶液が着弾後に充分に乾燥し
てから次の着弾が起こるように,インクジェット方式の
吐出時間間隔を設定することを特徴とする。
【0021】前記二つの作製方法を合わせれば,インク
ジェット方式によって吐出された二種類以上の原料溶液
が最初に基板に着弾後,濡れ広がらず,これら着弾した
原料溶液が充分乾燥してから次の原料溶液が着弾される
ため,原料溶液が粒状状態で均一に混合される効果を有
する。
ジェット方式によって吐出された二種類以上の原料溶液
が最初に基板に着弾後,濡れ広がらず,これら着弾した
原料溶液が充分乾燥してから次の原料溶液が着弾される
ため,原料溶液が粒状状態で均一に混合される効果を有
する。
【0022】本発明の請求項10記載における請求項1,
請求項2記載の強誘電体薄膜の作製方法は,強誘電体薄
膜内に前記強誘電体材料溶液と前記常誘電体材料溶液が
それぞれ分布を持つように塗布することを特徴とする。
請求項2記載の強誘電体薄膜の作製方法は,強誘電体薄
膜内に前記強誘電体材料溶液と前記常誘電体材料溶液が
それぞれ分布を持つように塗布することを特徴とする。
【0023】前記の作製方法によれば,90度ドメインの
発生が抑制され,角型性の良好なヒステリシスカーブが
得られるという効果を有する。
発生が抑制され,角型性の良好なヒステリシスカーブが
得られるという効果を有する。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明に係る強誘電体デバイス製
造方法の好ましい実施の形態を添付図面に沿って説明す
る。
造方法の好ましい実施の形態を添付図面に沿って説明す
る。
【0025】図1はシリコン酸化膜付きシリコン基板10
1,下部電極102,強誘電体薄膜103,上部電極104からな
る強誘電体デバイスにおける強誘電体キャパシタ部の鉛
直断面模式図である。なお,前記シリコン酸化膜付きシ
リコン基板上にチタン膜(Ti),チタン酸化膜(TiOx)など
を成膜する場合もある。
1,下部電極102,強誘電体薄膜103,上部電極104からな
る強誘電体デバイスにおける強誘電体キャパシタ部の鉛
直断面模式図である。なお,前記シリコン酸化膜付きシ
リコン基板上にチタン膜(Ti),チタン酸化膜(TiOx)など
を成膜する場合もある。
【0026】図2は前記強誘電体キャパシタを作製する
にあたり,インクジェット方式にて強誘電体薄膜を作製
する場合のフローチャートである。シリコン酸化膜付き
シリコン基板101に下部電極102をスパッタリング法によ
り成膜する。次に強誘電体薄膜103をインクジェット方
式にて塗布し,300℃のホットプレートにて10分間乾
燥,脱脂を行う。所望の膜厚となるまで「インクジェッ
トによる強誘電体成膜」から「乾燥,脱脂」を繰り返
す。そして,700℃のファーネス炉に10分間入れ,強誘
電体薄膜の結晶化を行う。最後に上部電極104をスパッ
タリング法にて成膜する。
にあたり,インクジェット方式にて強誘電体薄膜を作製
する場合のフローチャートである。シリコン酸化膜付き
シリコン基板101に下部電極102をスパッタリング法によ
り成膜する。次に強誘電体薄膜103をインクジェット方
式にて塗布し,300℃のホットプレートにて10分間乾
燥,脱脂を行う。所望の膜厚となるまで「インクジェッ
トによる強誘電体成膜」から「乾燥,脱脂」を繰り返
す。そして,700℃のファーネス炉に10分間入れ,強誘
電体薄膜の結晶化を行う。最後に上部電極104をスパッ
タリング法にて成膜する。
【0027】図3,図4および図5は強誘電体薄膜を,イ
ンクジェット方式によって二種類以上の原料溶液を基板
上に塗布した場合の水平断面模式図と鉛直断面模式図の
一部を拡大したものである。インクジェットヘッドの動
作および各ノズルの吐出動作を制御することにより,図
3,図4および図5のように,それぞれ液滴を線に関して
規則正しく塗布した場合,液滴を点に関して規則正しく
塗布した場合,液滴を全く不規則に塗布した場合,と異
なる原料溶液を混合することができる。
ンクジェット方式によって二種類以上の原料溶液を基板
上に塗布した場合の水平断面模式図と鉛直断面模式図の
一部を拡大したものである。インクジェットヘッドの動
作および各ノズルの吐出動作を制御することにより,図
3,図4および図5のように,それぞれ液滴を線に関して
規則正しく塗布した場合,液滴を点に関して規則正しく
塗布した場合,液滴を全く不規則に塗布した場合,と異
なる原料溶液を混合することができる。
【0028】(実施例1)原料溶液として強誘電体材料
であるチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3,以下PZTと
略する)溶液,常誘電体材料であるビスマスシリケート
(Bi2SiOx)溶液を用いた場合について実施例を挙げる。
まず,シリコン基板を熱酸化させてシリコン酸化膜を形
成し,下部電極としてイリジウム(Ir),酸化イリジウム
(IrOx)をそれぞれスパッタリング法,反応性スパッタリ
ング法により成膜する。次に強誘電体薄膜を成膜する前
に,着弾する溶液の濡れ性を良くするため,親水処理と
して基板を180℃のホットプレートにて1分間のプリベー
クを行い,その後室温にて1分間の冷却を行った。次に
インクジェット装置を用いてPZT溶液とビスマスシリケ
ート溶液をそれぞれ別のインクジェットヘッドで,図4
のように液滴が点に関して規則正しくなるように塗布を
行った。なお,このときインクジェット方式によって吐
出されたそれぞれの原料溶液はともに着弾後に乾燥する
よりも充分早く,次の着弾が起こるように吐出時間間隔
を設定した。5回の連続塗布を1セットとして,これを5
セット行い,焼成後100nmの膜厚を得た。なお,各セッ
ト後にはホットプレートによる乾燥,脱脂を施してい
る。最後にメタルマスクを介してイリジウム(Ir)を上部
電極としてスパッタリング法により成膜した。これを試
料Aとする。
であるチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3,以下PZTと
略する)溶液,常誘電体材料であるビスマスシリケート
(Bi2SiOx)溶液を用いた場合について実施例を挙げる。
まず,シリコン基板を熱酸化させてシリコン酸化膜を形
成し,下部電極としてイリジウム(Ir),酸化イリジウム
(IrOx)をそれぞれスパッタリング法,反応性スパッタリ
ング法により成膜する。次に強誘電体薄膜を成膜する前
に,着弾する溶液の濡れ性を良くするため,親水処理と
して基板を180℃のホットプレートにて1分間のプリベー
クを行い,その後室温にて1分間の冷却を行った。次に
インクジェット装置を用いてPZT溶液とビスマスシリケ
ート溶液をそれぞれ別のインクジェットヘッドで,図4
のように液滴が点に関して規則正しくなるように塗布を
行った。なお,このときインクジェット方式によって吐
出されたそれぞれの原料溶液はともに着弾後に乾燥する
よりも充分早く,次の着弾が起こるように吐出時間間隔
を設定した。5回の連続塗布を1セットとして,これを5
セット行い,焼成後100nmの膜厚を得た。なお,各セッ
ト後にはホットプレートによる乾燥,脱脂を施してい
る。最後にメタルマスクを介してイリジウム(Ir)を上部
電極としてスパッタリング法により成膜した。これを試
料Aとする。
【0029】ここで比較のために強誘電体薄膜を成膜す
る前に,着弾する溶液の濡れ性を悪くするため,ホット
プレートによるプリベークを行わず,インクジェット方
式によって吐出されたそれぞれの原料溶液はともに着弾
後に充分乾燥してから,次の着弾が起こるように吐出時
間間隔を設定して塗布した試料BとPZT溶液とビスマスシ
リケート溶液を予め混合しておいた溶液をスピンコート
法によって焼成後の膜厚100nmの試料Cとを作製した。そ
れぞれの試料B,Cについて,それ以外の条件は試料Aと全
く同等である。なお,試料Cについて各原料溶液の混合
は塗布直前に行ったためライフタイムによる材質劣化の
影響は試料A,試料Bと同等と見なせるものである。
る前に,着弾する溶液の濡れ性を悪くするため,ホット
プレートによるプリベークを行わず,インクジェット方
式によって吐出されたそれぞれの原料溶液はともに着弾
後に充分乾燥してから,次の着弾が起こるように吐出時
間間隔を設定して塗布した試料BとPZT溶液とビスマスシ
リケート溶液を予め混合しておいた溶液をスピンコート
法によって焼成後の膜厚100nmの試料Cとを作製した。そ
れぞれの試料B,Cについて,それ以外の条件は試料Aと全
く同等である。なお,試料Cについて各原料溶液の混合
は塗布直前に行ったためライフタイムによる材質劣化の
影響は試料A,試料Bと同等と見なせるものである。
【0030】これら三つの試料について,強誘電体の電
気特性であるヒステリシス特性を測定した。図6がこれ
らの試料のヒステリシスカーブであり,実線が試料A,
一点鎖線が試料B,破線が試料Cをそれぞれ表している。
気特性であるヒステリシス特性を測定した。図6がこれ
らの試料のヒステリシスカーブであり,実線が試料A,
一点鎖線が試料B,破線が試料Cをそれぞれ表している。
【0031】このヒステリシスカーブからインクジェッ
ト方式で成膜した試料Aはスピンコート法で成膜した試
料Cと同等の特性であることがわかった。ただし,ここ
にライフタイムによる材質劣化の影響が生じるくらい混
合溶液を放置した場合を考えると,インクジェット方式
の優位性が現れてくる。
ト方式で成膜した試料Aはスピンコート法で成膜した試
料Cと同等の特性であることがわかった。ただし,ここ
にライフタイムによる材質劣化の影響が生じるくらい混
合溶液を放置した場合を考えると,インクジェット方式
の優位性が現れてくる。
【0032】また,PZT溶液とビスマスシリケート溶液
をインクジェット方式で溶液の状態で混合した試料Aよ
りも粒状の状態で混合した,つまりそれぞれが強誘電体
薄膜内に分布している試料Bの方が角型性のよいヒステ
リシスループが得られることがわかった。
をインクジェット方式で溶液の状態で混合した試料Aよ
りも粒状の状態で混合した,つまりそれぞれが強誘電体
薄膜内に分布している試料Bの方が角型性のよいヒステ
リシスループが得られることがわかった。
【0033】(実施例2)原料溶液として強誘電体材料
である二種類のPZT溶液(組成比Pb/Zr/Ti=120/35/65,11
0/35/65)を用いた場合について実施例を挙げる。なお,
以下では組成比Pb/Zr/Ti=120/35/65のPZT溶液をX溶液,
組成比Pb/Zr/Ti=110/35/65のPZT溶液をY溶液とする。ま
ず,基板上に下部電極を成膜して,ホットプレートによ
るプリベーク,冷却までは実施例1と全く同等である。
そしてインクジェット装置を用いてX溶液とY溶液をそれ
ぞれ別のインクジェットヘッドで,図3のように液滴が
線に関して規則正しくなるように塗布を行った。このと
きインクジェット方式によって吐出されたX溶液,Y溶液
がともに着弾後に乾燥するよりも充分早く,次の着弾が
起こるように吐出時間間隔を設定した。5回の連続塗布
を1セットとして,これを6セット行い,焼成後120nmの
膜厚を得た。ただし,X溶液とY溶液の吐出量比(X溶液/Y
溶液)が,1セット目では0/100,2セット目では20/80,3
セット目では40/60,4セット目では60/40,5セット目で
は80/20,6セット目では100/0というように膜厚が厚く
なる方向にX溶液のY溶液に対する吐出量割合が大きくな
るようにした。なお,各セット後にはホットプレートに
よる乾燥,脱脂を施している。最後に実施例1と全く同
条件で上部電極を成膜した。これを試料Dとする。
である二種類のPZT溶液(組成比Pb/Zr/Ti=120/35/65,11
0/35/65)を用いた場合について実施例を挙げる。なお,
以下では組成比Pb/Zr/Ti=120/35/65のPZT溶液をX溶液,
組成比Pb/Zr/Ti=110/35/65のPZT溶液をY溶液とする。ま
ず,基板上に下部電極を成膜して,ホットプレートによ
るプリベーク,冷却までは実施例1と全く同等である。
そしてインクジェット装置を用いてX溶液とY溶液をそれ
ぞれ別のインクジェットヘッドで,図3のように液滴が
線に関して規則正しくなるように塗布を行った。このと
きインクジェット方式によって吐出されたX溶液,Y溶液
がともに着弾後に乾燥するよりも充分早く,次の着弾が
起こるように吐出時間間隔を設定した。5回の連続塗布
を1セットとして,これを6セット行い,焼成後120nmの
膜厚を得た。ただし,X溶液とY溶液の吐出量比(X溶液/Y
溶液)が,1セット目では0/100,2セット目では20/80,3
セット目では40/60,4セット目では60/40,5セット目で
は80/20,6セット目では100/0というように膜厚が厚く
なる方向にX溶液のY溶液に対する吐出量割合が大きくな
るようにした。なお,各セット後にはホットプレートに
よる乾燥,脱脂を施している。最後に実施例1と全く同
条件で上部電極を成膜した。これを試料Dとする。
【0034】ここで比較のために,インクジェット方式
にてPb/Zr/Ti=115/35/65(以下Z溶液とする)のPZT溶液
を,5回の連続塗布を1セットとして,これを6セット行
い,焼成後120nmの膜厚を得た試料Eも作製した。これ以
外の条件は試料Dと全く同等である。なお,試料Dと試料
Eにおける塗布直後の総Pb量は同じになっている。
にてPb/Zr/Ti=115/35/65(以下Z溶液とする)のPZT溶液
を,5回の連続塗布を1セットとして,これを6セット行
い,焼成後120nmの膜厚を得た試料Eも作製した。これ以
外の条件は試料Dと全く同等である。なお,試料Dと試料
Eにおける塗布直後の総Pb量は同じになっている。
【0035】これら二つの試料について,強誘電体の電
気特性であるヒステリシス特性を測定した。図7がこれ
らの試料のヒステリシスカーブであり,実線が試料D,
破線が試料Eをそれぞれ表している。このヒステリシス
カーブからX溶液とY溶液を積層した試料Dの方がZ溶液の
みを積層した試料Eよりも特性がよいことがわかる。各
試料において塗布直後には総Pb量は同じであること,ま
た膜厚方向にPbの分布を持たせたこと以外は両試料が全
く同じ工程を経ていることから,膜厚方向にPbが均一に
なるように塗布するよりも,膜厚が厚くなるにしたがっ
てPb濃度を高くする方が良好なヒステリシス特性となる
ことがわかった。
気特性であるヒステリシス特性を測定した。図7がこれ
らの試料のヒステリシスカーブであり,実線が試料D,
破線が試料Eをそれぞれ表している。このヒステリシス
カーブからX溶液とY溶液を積層した試料Dの方がZ溶液の
みを積層した試料Eよりも特性がよいことがわかる。各
試料において塗布直後には総Pb量は同じであること,ま
た膜厚方向にPbの分布を持たせたこと以外は両試料が全
く同じ工程を経ていることから,膜厚方向にPbが均一に
なるように塗布するよりも,膜厚が厚くなるにしたがっ
てPb濃度を高くする方が良好なヒステリシス特性となる
ことがわかった。
【0036】なお,一般のPZT溶液においてスピンコー
ト法やディップ法でこの様に一層単位で組成比を変化さ
せた薄膜を作製することは,その溶液濃度をそれぞれ調
整しなければならないが,インクジェット法によれば比
較的容易に薄膜を作製できる。というのも,インクジェ
ット方式では液滴の大きさを小さくすることや吐出時間
間隔を長くすることなどでPZT溶液の吐出量比(X溶液/Y
溶液)を変化させることができるため,X溶液とY溶液の
二種類の原料溶液だけでX溶液からY溶液までの間の組成
比であれば任意の組成比の薄膜を作製できるからであ
る。
ト法やディップ法でこの様に一層単位で組成比を変化さ
せた薄膜を作製することは,その溶液濃度をそれぞれ調
整しなければならないが,インクジェット法によれば比
較的容易に薄膜を作製できる。というのも,インクジェ
ット方式では液滴の大きさを小さくすることや吐出時間
間隔を長くすることなどでPZT溶液の吐出量比(X溶液/Y
溶液)を変化させることができるため,X溶液とY溶液の
二種類の原料溶液だけでX溶液からY溶液までの間の組成
比であれば任意の組成比の薄膜を作製できるからであ
る。
【0037】(実施例3)強誘電体キャパシタの特性の
面内分布を調べるために,実施例2における試料Eと全プ
ロセス中の熱工程の面内分布に対してフィードバックを
かけるために,面内に実施例2のX溶液とY溶液の分布を
持たせた試料Fについて面内の5点についてヒステリシス
特性を測定した。ただし,試料Fは膜厚方向にはX溶液と
Y溶液の分布は持たせておらず,強誘電体薄膜成膜以外
の条件は試料Eと全く同等である。
面内分布を調べるために,実施例2における試料Eと全プ
ロセス中の熱工程の面内分布に対してフィードバックを
かけるために,面内に実施例2のX溶液とY溶液の分布を
持たせた試料Fについて面内の5点についてヒステリシス
特性を測定した。ただし,試料Fは膜厚方向にはX溶液と
Y溶液の分布は持たせておらず,強誘電体薄膜成膜以外
の条件は試料Eと全く同等である。
【0038】図8が試料E,図9が試料Fの各5点のヒステ
リシスカーブである。面内一様にPZT溶液(実施例2にお
けるZ溶液)を塗布した試料Eではヒステリシス特性が面
内で分布しているのに対して,面内にX溶液とY溶液の分
布を持たせた試料Fではその特性分布が一様になること
がわかった。
リシスカーブである。面内一様にPZT溶液(実施例2にお
けるZ溶液)を塗布した試料Eではヒステリシス特性が面
内で分布しているのに対して,面内にX溶液とY溶液の分
布を持たせた試料Fではその特性分布が一様になること
がわかった。
【図1】 強誘電体デバイスにおける強誘電体キャパシ
タ部の鉛直断面模式図である。
タ部の鉛直断面模式図である。
【図2】 本発明における強誘電体キャパシタ作製のフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図3】 インクジェット方式によって,液滴を線に関
して規則正しく塗布した場合に積層された図1における
強誘電体薄膜箇所の水平断面模式図と鉛直断面模式図の
一部を拡大した図である。
して規則正しく塗布した場合に積層された図1における
強誘電体薄膜箇所の水平断面模式図と鉛直断面模式図の
一部を拡大した図である。
【図4】 インクジェット方式によって,液滴を点に関
して規則正しく塗布した場合に積層された図1における
強誘電体薄膜箇所の水平断面模式図と鉛直断面模式図の
一部を拡大した図である。
して規則正しく塗布した場合に積層された図1における
強誘電体薄膜箇所の水平断面模式図と鉛直断面模式図の
一部を拡大した図である。
【図5】 インクジェット方式によって,液滴を全く不
規則に塗布した場合に積層された図1における強誘電体
薄膜箇所の水平断面模式図と鉛直断面模式図の一部を拡
大した図である。
規則に塗布した場合に積層された図1における強誘電体
薄膜箇所の水平断面模式図と鉛直断面模式図の一部を拡
大した図である。
【図6】 実施例1におけるヒステリシスカーブを示し
た図である。
た図である。
【図7】 実施例2におけるヒステリシスカーブを示し
た図である。
た図である。
【図8】 実施例3における試料Eのヒステリシスカーブ
を示した図である。
を示した図である。
【図9】 実施例3における試料Fのヒステリシスカーブ
を示した図である。
を示した図である。
101 シリコン酸化膜付きシリコン基板
102 下部電極
103 強誘電体薄膜
104 上部電極
105 原料溶液1
106 原料溶液2
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Fターム(参考) 5F058 BA20 BC03 BF80 BH01
5F083 FR00 FR01 JA15 JA17 JA38
PR23
Claims (10)
- 【請求項1】 上部電極/強誘電体薄膜/下部電極から形
成される強誘電体キャパシタを含む強誘電体デバイスに
おいて,前記強誘電体薄膜を二つ以上のインクジェット
ヘッドを有する装置によって,二種類以上の原料溶液を
別々の前記インクジェットヘッドで,インクジェット方
式にて吐出して塗布することを特徴とする強誘電体薄膜
の作製方法。 - 【請求項2】 前記原料溶液として,強誘電体材料溶液
と常誘電体材料溶液を用いることを特徴とする請求項1
記載の強誘電体薄膜の作製方法。 - 【請求項3】 前記原料溶液として,互いに組成比が異
なる強誘電体材料溶液を用いることを特徴とする請求項
1記載の強誘電体薄膜の作製方法。 - 【請求項4】 前記原料溶液の吐出量をそれぞれ変化さ
せて,膜厚方向について組成の分布を持たせることを特
徴とする請求項1から請求項3記載の強誘電体薄膜の作製
方法。 - 【請求項5】 前記原料溶液の吐出量をそれぞれ変化さ
せて,面内方向について組成の分布を持たせることを特
徴とする請求項1から請求項3記載の強誘電体薄膜の作製
方法。 - 【請求項6】 前記インクジェット方式で前記原料溶液
を塗布する前に,予め基板に親水処理を施しておくこと
を特徴とする請求項1から請求項3記載の強誘電体薄膜の
作製方法。 - 【請求項7】 前記インクジェット方式で前記原料溶液
を塗布する前に,予め基板に撥水処理を施しておくこと
を特徴とする請求項1から請求項3記載の強誘電体薄膜の
作製方法。 - 【請求項8】 前記インクジェット方式によって吐出さ
れた前記原料溶液が着弾後に乾燥するよりも充分早く次
の着弾が起こるように,前記インクジェット方式の吐出
時間間隔を設定することを特徴とする請求項1から請求
項3記載の強誘電体薄膜の作製方法。 - 【請求項9】 前記インクジェット方式によって吐出さ
れた前記原料溶液が着弾後に充分に乾燥してから次の着
弾が起こるように,前記インクジェット方式の吐出時間
間隔を設定することを特徴とする請求項1から請求項3記
載の強誘電体薄膜の作製方法。 - 【請求項10】 強誘電体薄膜内に前記強誘電体材料溶
液と前記常誘電体材料溶液がそれぞれ分布を持つように
塗布することを特徴とする請求項1,請求項2記載の強誘
電体薄膜の作製方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002093161A JP2003297825A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 強誘電体薄膜の作製方法 |
US10/396,566 US20040101980A1 (en) | 2002-03-28 | 2003-03-26 | Method for making ferroelectric thin film |
PCT/JP2003/003908 WO2003083924A1 (fr) | 2002-03-28 | 2003-03-27 | Procede d'elaboration de film ferroelectrique mince |
KR20037015212A KR100548210B1 (ko) | 2002-03-28 | 2003-03-27 | 강유전체 박막의 제조방법 |
CNB038003015A CN1269194C (zh) | 2002-03-28 | 2003-03-27 | 强电介体薄膜的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|
US (1) | US20040101980A1 (ja) |
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KR (1) | KR100548210B1 (ja) |
CN (1) | CN1269194C (ja) |
WO (1) | WO2003083924A1 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011146601A (ja) * | 2010-01-15 | 2011-07-28 | Ricoh Co Ltd | 電気機械変換膜の製造方法、電気機械変換膜、電気機械変換膜群、電気機械変換素子の製造方法、電気機械変換素子、電気機械変換素子群、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置 |
JP2013107029A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Fujifilm Corp | 熱放射膜の製造方法及び製造装置 |
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