JP2007063599A - 絶縁性ターゲット材料、絶縁性ターゲット材料の製造方法、絶縁性複合酸化物膜およびデバイス - Google Patents

絶縁性ターゲット材料、絶縁性ターゲット材料の製造方法、絶縁性複合酸化物膜およびデバイス Download PDF

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Abstract

【課題】 従来の焼結法に比べて格段に低温で得ることができる絶縁性ターゲット材料を提供する。
【解決手段】 絶縁性ターゲット材料は、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜を得るための絶縁性ターゲット材料であって、A元素は少なくともPbからなり、B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、RFスパッタ法に好適に用いられる絶縁性ターゲット材料、絶縁性ターゲット材料の製造方法、絶縁性複合酸化物膜およびデバイスに関する。
スパッタ法によって複合酸化物膜を得るためのターゲットは、通常、以下のようにして得られる。例えば、一般式ABOで表されるペロブスカイト型酸化物膜を得るためのターゲットは、A元素およびB元素の酸化物原料を粉体にし、化学量論組成を考慮してこれらの酸化物原料を混合した後、これを焼結して得られる。このようなターゲットとしては、例えば特開平10−176264号公報(特許文献1)に開示されたものが知られている。この文献では、化学式ABOで表されるペロブスカイト型酸化物のスパッタリングターゲットで、特定の相対密度と大きさを有するものが開示されている。このような焼結法でターゲットを形成する場合には、特許文献1の段落0050に記載されているように、900〜1000℃という高温度での処理を必要とする。
特開平10−176264号公報
本発明の目的は、従来の焼結法に比べて格段に低温で絶縁性ターゲット材料を得ることができる製造方法、およびかかる製造方法によって得られる絶縁性ターゲット材料を提供することにある。
本発明の他の目的は、本発明にかかる絶縁性ターゲット材料を用いて形成された絶縁性複合酸化物膜を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、本発明にかかる絶縁性複合酸化物膜を含むデバイスを提供することにある。
本発明にかかる絶縁性ターゲット材料は、
一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜を得るための絶縁性ターゲット材料であって、
A元素は少なくともPbからなり、
B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、
C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなる。
本発明の絶縁性ターゲット材料は、高温での焼成を必要としないで低エネルギーで形成することができる。
本発明の絶縁性ターゲット材料において、
前記B元素は、ZrおよびTiであり、
前記C元素は、Nbであることができる。
本願発明の絶縁性ターゲット材料において、
0.1≦x≦0.3の範囲でNbを含むことができる。
本発明の絶縁性ターゲット材料において、
さらに、0.5モル%以上のSiおよびGeの少なくとも一方を含むことができる。
本発明にかかる絶縁性ターゲット材料の製造方法は、
一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜を得るための絶縁性ターゲット材料の製造方法であって、A元素は少なくともPbからなり、B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなり、
一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物からなる第1粉体を形成する工程と、
前記第1粉体と、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物を形成するための前駆体を含む第1前駆体組成物とを共存させて、水熱合成法によって、前記第1粉体の粒子の周りに絶縁性複合酸化物を成長させて第2粉体を形成する工程と、を含む。
本発明の製造方法によれば、水熱合成法を用いることにより、高温での焼結を要せず、低エネルギーで絶縁性ターゲット材料を得ることができる。
本発明の絶縁性ターゲット材料の製造方法において、
前記第1前駆体組成物は、少なくとも前記B元素および前記C元素を含み、かつ一部にエステル結合を有する前駆体を含むことができる。
本発明の絶縁性ターゲット材料の製造方法において、
前記前駆体は、さらに、SiおよびGeの少なくとも一方を含むことができる。
本発明の絶縁性ターゲット材料の製造方法において、
前記第1前駆体組成物は、前記前駆体が塩基性溶媒に溶解されたものであることができる。
本発明の絶縁性ターゲット材料の製造方法において、
前記第1粉体は、第2前駆体組成物を加熱下で噴霧することによって形成され、該第2前駆体組成物は、少なくとも前記B元素および前記C元素を含み、かつ一部にエステル結合を有する前駆体を含むことができる。
本発明の絶縁性ターゲット材料の製造方法において、
前記第2粉体と、Si原料およびGe原料の少なくとも一方を含む溶液と、を混合した後、前記第2粉体を回収して第3粉体を得る工程と、
前記第3粉体を圧着して成形する工程と、
をさらに含むことができる。
本発明の絶縁性ターゲット材料の製造方法において、
前記溶液は、前記Si原料および前記Ge原料の少なくとも一方を、2ないし10モル%含むことができる。
本発明にかかる絶縁性複合酸化物膜は、
本発明の絶縁性ターゲット材料を用いて、RFスパッタ法によって形成された絶縁性複合酸化物膜であって、一般式AB1−xで表され、かつ、SiおよびGeの少なくとも一方を含む。
本発明にかかるデバイスは、
基体と、
前記基体の上方に形成された、請求項12に記載の絶縁性複合酸化物膜と、
を含む。
本発明におけるデバイスとは、本発明の絶縁性複合酸化物膜を含むものを意味し、当該絶縁性複合酸化物膜を有する部品、およびこの部品を有する電子機器を含む。デバイスの具体例についは後述する。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
1.絶縁性ターゲット材料
本発明の実施形態にかかる絶縁性ターゲット材料は、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜を得るための絶縁性ターゲット材料であって、A元素、B元素およびC元素を含み、A元素は少なくともPbからなり、B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなることができる。
本実施形態では、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜(以下、「複合酸化物」ともいう)は、A元素は少なくともPbであり、B元素は、ZrおよびTiであり、C元素は、Nbであることができる。この場合、0.1≦x≦0.3の範囲でNbを含むことができる。すなわち、本実施形態では、複合酸化物は、TiサイトにNbをドーピングしたPb(Zr、Ti、Nb)O(PZTN)であることできる。
Nbは、Tiとサイズ(イオン半径が近く、原子半径は同一である)がほぼ同じで、重さが2倍あり、格子振動による原子間の衝突によっても格子から原子が抜けにくい。また原子価は、+5価で安定であり、たとえPbが抜けても、Nb5+によりPb抜けの価数を補うことができる。また結晶化時に、Pb抜けが発生したとしても、サイズの大きなOが抜けるより、サイズの小さなNbが入る方が容易である。
また、Nbは+4価も存在するため、Ti4+の代わりは十分に行うことが可能である。更に、実際にはNbは共有結合性が非常に強く、Pbも抜け難くなっていると考えられる。
本実施形態の前駆体組成物によって得られる複合酸化物、特にPZTNによれば、Nbを特定の割合で含むことにより、Pbの欠損による悪影響を解消し、優れた組成制御性を有する。その結果、PZTNは、通常のPZTに比べて極めて良好なヒステリシス特性、リーク特性、耐還元性および絶縁性などを有する。
これまでも、PZTへのNbドーピングは、主にZrリッチの稜面体晶領域で行われてきたが、その量は、0.2〜0.025モル%程度と、極僅かなものである。このようにNbを多量にドーピングすることができなかった要因は、Nbを例えば10モル%添加すると、結晶化温度が800℃以上に上昇してしまうことによるものであったと考えられる。
そこで、複合酸化物の前駆体組成物に、更にPbSiOシリケートを例えば、0.5〜10モル%の割合で添加することが好ましい。これによりPZTNの結晶化エネルギーを軽減させることができる。すなわち、複合酸化物膜の材料としてPZTNを用いる場合、Nb添加とともに、PbSiOシリケートを添加することでPZTNの結晶化温度の低減を図ることができる。また、シリケートの代わりに、シリケートとゲルマネートを混合して用いることもできる。本願発明者らは、Siが、焼結剤として働いた後、Aサイトイオンとして、結晶の一部を構成していることを確認した(図2参照)。すなわち、図2に示すように、チタン酸鉛中にシリコンを添加すると、Aサイトイオンのラマン振動モードE(1TO)に変化が見られた。また、ラマン振動モードに変化が見られたのは、Si添加量が8モル%以下の場合であった。従って、Siの微少添加では、SiはペロブスカイトのAサイトに存在していることが確認された。
本発明においては、Nbの代わりに、あるいはNbと共に、Taを用いることもできる。Taを用いた場合にも、上述したNbと同様の傾向がある。
以上のように、本実施形態では、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜は、好ましくは0.5モル%以上のSiおよびGeの少なくとも一方、より好ましくは0.5ないし10モル%のSi、あるいはSiおよびGeを含むことができる。
2.絶縁性ターゲット材料の製造方法
本発明の実施形態にかかる絶縁性ターゲット材料は、以下の方法によって形成することができる。この絶縁性ターゲット材料は、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜を得るための絶縁性ターゲット材料の製造方法であって、A元素は少なくともPbからなり、B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなる。
本実施形態にかかる絶縁性ターゲット材料の製造方法を図1に示す。
(1) 第1粉体の製造
まず、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物からなる第1粉体を形成する。第1粉体は、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物を得るための前駆体組成物を、加熱下で噴霧する方法、例えばスプレイドライ法などによって形成することができる(工程S1)。前駆体組成物を加熱下で噴霧することにより、前駆体組成物の溶媒を蒸発させながら、第1粉体を形成できる。したがって、加熱温度は溶媒が蒸発できればよく、特に限定されないが、例えば80ないし120℃とすることができる。
第1粉体は、次の水熱合成法の工程で、複合酸化物がエピタキシャル成長する際の核として機能する。この機能を考慮すると、第1粉体の粒径は、例えば1ないし100μmであることができる。
この工程で用いられる前駆体組成物およびその製造方法については、後に詳述する。また、この工程で用いられる前駆体組成物は、次の水熱合成法の工程で用いられる前駆体組成物と同様のものを用いることができる。
(2) 第2粉体の製造
工程(1)で得られた第1粉体と、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物を形成するための前駆体を含む前駆体組成物が共存した状態で、水熱合成法によって、第1粉体の粒子の周りに絶縁性複合酸化物を成長させて、第2粉体を形成する(工程S2)。
この工程で用いられる前駆体組成物およびその製造方法については、後に詳述するが、前駆体組成物はアルカリ性(塩基性)を有することが望ましい。その理由は、水熱合成法では、強塩基性の溶液を用いるため、前駆体組成物も塩基性を有することが望ましいからである。
水熱合成法で用いられる溶液は、強塩基性、例えばpH10ないし12を有する。そのため、前駆体組成物に強塩基性の物質を混合する。かかる塩基性物質は特に限定されないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウムなどを用いることができる。また、水熱合成法では、溶液の温度を例えば110ないし200℃とする。この状態で所定の期間、例えば24ないし72時間放置することで、第1粉体の第1粒子の周囲に一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜がエピタキシャル成長によって形成された第2粒子が得られる。このようにして得られた複合酸化物の第2粒子を濾過などによって分離することにより、第2粉体を得ることができる。
(3) 第3粉体の製造
工程(2)で得られた第2粉体と、Si原料およびGe原料の少なくとも一方(Si原料および/またはGe原料)を含む溶液と、を混合する。その後、前記第2粉体を濾過等で回収して第3粉体を得る(工程S3)。第3粉体は、第2粉体と、Si原料および/またはGe原料を含んでいる。
(4) ターゲットの成形
工程(3)で得られた第3粉体を型にいれて圧着して所望の形に成形することで絶縁性ターゲット材料が得られる(工程S4)。例えば、第3粉体を型に入れ、真空ホットプレス法で成形することができる。成形は、例えば400ないし500℃で行うことができる。このようにして本実施形態の絶縁性ターゲット材料を得ることができる。
(5) ターゲットの研磨
得られた絶縁性ターゲット材料は、必要に応じて、湿式研磨によって表面を研磨することができる。
本実施形態の製造方法によれば、後述する実施例からも明らかなように、第2粉体とSi原料および/またはGe原料の溶液とを混合し、水熱合成法によって絶縁性複合酸化物を形成することにより、従来の焼結法に比べて格段に低い温度で、良好な絶縁性ターゲット材料を得ることができる。また、この製造方法によれば、得られる絶縁性複合酸化物膜の結晶配向性などの点で優れた絶縁性ターゲット材料を得ることができる。
3.前駆体組成物およびその製造方法
次に、絶縁性ターゲット材料の製造で用いられる前駆体組成物およびその製造方法について述べる。
3.1.前駆体組成物
本発明で用いられる前駆体組成物は、絶縁性複合酸化物膜からなる第1粉体および第2粉体の形成に用いられる。ここで、絶縁性複合酸化物膜は、一般式AB1−xで示され、A元素は少なくともPbからなり、B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなることができる。そして、本実施形態では、前駆体は、少なくともB元素およびC元素を含み、かつ一部にエステル結合を有する。
前駆体組成物において、前記前駆体は、有機溶媒に溶解もしくは分散されていることができる。有機溶媒としては、アルコールを用いることができる。アルコールとしては、特に限定されないが、ブタノール、メタノール、エタノール、プロパノールなどの1価のアルコール、または多価アルコール、あるいは塩基性アルコールを例示できる。
第2粉体は、水熱合成法によって得られるため、この工程で用いられる前駆体組成物は塩基性であることが望ましい。その理由については、既に述べたが、水熱合成法は強塩基性の溶液を用いるので、前駆体組成物も塩基性を用いることにより、溶液のpHを調整しやすい利点がある。第1粉体の製造に用いられる前駆体組成物の溶媒は特に限定されないが、第2粉体を得るために用いられる前駆体組成物と同様のものを用いることができる。
アルコールとしては、例えば以下のものをあげることができる。
1価のアルコール類;
プロパノール(プロピルアルコール)として、1−プロパノール(沸点97.4℃)、2−プロパノール(沸点82.7℃)、
ブタノール(ブチルアルコール)として、1−ブタノール(沸点117℃)、2−ブタノール(沸点100℃)、2−メチル−1−プロパノール(沸点108℃)、2−メチル−2−プロパノール(融点25.4℃,沸点83℃)、
ペンタノール(アミルアルコール)として、1−ペンタノール(沸点137℃)、3−メチル−1−ブタノール(沸点131℃)、2−メチル−1−ブタノール(沸点128℃)、2,2ジメチル−1−プロパノール(沸点113℃)、2−ペンタノール(沸点119℃)、3−メチル−2−ブタノール(沸点112.5℃)、3−ペンタノール(沸点117℃)、2−メチル−2−ブタノール(沸点102℃)、
多価アルコール類;
エチレングリコール(融点−11.5℃,沸点197.5℃)、グリセリン(融点17℃,沸点290℃)、
塩基性アルコール類;
ジメチルアミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、ジメチルアミノメタノール、ジエチルアミノメタノール。
前駆体組成物は、後に詳述するように、前駆体がポリカルボン酸と金属アルコキシドとのエステル化によるエステル結合を有していて可逆的反応が可能なため、高分子化された前駆体を分解して金属アルコキシドとすることができる。そのため、この金属アルコキシドを前駆体原料として再利用することができる。
加えて、本発明には、以下のような利点がある。市販されているPZTゾルゲル溶液では、一般に鉛原料として酢酸鉛が用いられるが、酢酸鉛は他のTiやZrのアルコキシドと結合し難く、鉛が前駆体のネットワーク中に取り込まれ難い。本発明では、例えば2価のポリカルボン酸であるコハク酸の2つのカルボキシル基のうち、初めに酸として働くどちらか一方の第1カルボルシル基の酸性度はpH=4.0と酢酸のpH=4.56よりも小さく、酢酸よりも強い酸であるため、酢酸鉛は、コハク酸と結合する。つまり弱酸の塩+強酸→強酸の塩+弱酸となる。更に、コハク酸の残った第2カルボルシル基が、別のMOD分子或いはアルコキシドと結合するため、これまで困難であったPbの前駆体でのネットワーク化が容易である。
3.2.前駆体組成物の製造方法
本実施形態で用いられる前駆体組成物の製造方法は、少なくとも前記B元素および前記C元素を含むゾルゲル原料であって、金属アルコキシドの加水分解・縮合物を含むゾルゲル原料と、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルと、有機溶媒とを混合し、前記ポリカルボン酸または前記ポリカルボン酸エステルに由来するポリカルボン酸と金属アルコキシドとのエステル化によるエステル結合を有する前駆体を形成することを含む。
図5および図6に、前駆体の生成反応を模式的に示す。
前駆体の生成反応は、大別すると、図5に示すような第1段目のアルコキシ基の置換反応と、図6に示すような第2段目のエステル化による高分子ネットワークの形成反応とを含む。図5および図6では、便宜的に、ポリカルボン酸エステルとしてコハク酸ジメチルを用い、有機溶媒としてn−ブタノールを用いた例を示す。コハク酸ジメチルは非極性であるがアルコール中で解離してジカルボン酸となる。
第1段目の反応においては、図5に示すように、コハク酸ジメチルとゾルゲル原料の金属アルコキシドとのエステル化によって両者はエステル結合される。すなわち、コハク酸ジメチルはn−ブタノール中で解離し、一方のカルボニル基(第1カルボニル基)にプロトンが付加した状態となる。この第1カルボニル基と、金属アルコキシドのアルコキシ基との置換反応が起き、第1カルボキシル基がエステル化された反応生成物とアルコールが生成する。ここで、「エステル結合」とは、カルボニル基と酸素原子との結合(−COO−)を意味する。第1段目および第2段目の反応は、他のアルコール中でも同様に起きる。
第2段目の反応においては、図6に示すように、第1段目の反応で残った他方のカルボキシル基(第2カルボキシル基)と金属アルコキシドのアルコキシ基との置換反応が起き、第2カルボキシル基がエステル化された反応生成物とアルコールが生成する。
このように、2段階の反応によって、ゾルゲル原料に含まれる、金属アルコキシドの加水分解・縮合物同士がエステル結合した高分子ネットワークが得られる。したがって、この高分子ネットワークは、該ネットワーク内に適度に秩序よくエステル結合を有する。なお、コハク酸ジメチルは2段階解離し、第1カルボキシル基は第2カルボキシル基より酸解離定数が大きいため、第1段目の反応は第2段目の反応より反応速度が大きい。したがって、第2段目の反応は第1段目の反応よりゆっくり進むことになる。
本実施形態において、上述したエステル化反応を促進するためには、以下の方法を採用できる。
(1) 反応物の濃度あるいは反応性を大きくする。具体的には、反応系の温度を上げることにより、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルの解離度を大きくすることによって反応性を高める。反応系の温度は、有機溶媒の沸点などに依存するが、室温より高く有機溶媒の沸点より低い温度であることが望ましい。反応系の温度としては、例えば100℃以下、好ましくは50〜100℃であることができる。
(2) 反応副生成物を除去する。具体的には、エステル化と共に生成する水、アルコールを除去することでエステル化がさらに進行する。
(3) 物理的に反応物の分子運動を加速する。具体的には、例えば紫外線などのエネルギー線を照射して反応物の反応性を高める。
前駆体組成物の製造方法に用いられる有機溶媒は、前述したように、アルコールであることができる。溶媒としてアルコールを用いると、ゾルゲル原料とポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルの両者を良好に溶解することができる。
前駆体組成物の製造方法において、前記ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルは、2価以上であることができる。本発明に用いるポリカルボン酸としては、以下のものを例示できる。3価のカルボン酸としては、Trans−アコニット酸、トリメシン酸、4価のカルボン酸としては、ピロメリット酸、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸等が挙げられる。また、アルコール中で解離してポリカルボン酸として働くポリカルボン酸エステルとしては、2価のコハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、シュウ酸ジブチル、マロン酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、フマル酸ジエチル、3価のクエン酸トリブチル、1,1,2−エタントリカルボン酸トリエチル、4価の1,1,2,2−エタンテトラカルボン酸テトラエチル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリメチル等が挙げられる。これらのポリカルボン酸エステルは、アルコール存在下で解離してポリカルボン酸としての働きを示す。以上のポリカルボン酸またはそのエステルの例を図4A〜図4Dに示す。また、本発明は、ポリカルボン酸を用いて、ネットワークをエステル化で繋げていくことに特徴があり、例えば酢酸や酢酸メチルといった、シングルカルボン酸およびそのエステルでは、エステルネットワークが成長しないため、本発明には含まれない。
前駆体組成物の製造方法において、2価のカルボン酸エステルとしては、好ましくは、コハク酸エステル、マレイン酸エステルおよびマロン酸エステルから選択される少なくとも1種であることができる。これらのエステルの具体例としては、コハク酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、マロン酸ジメチルをあげることができる。
前記ポリカルボン酸エステルの分子量は、150以下であることができる。ポリカルボン酸エステルの分子量が大きすぎると、熱処理時においてエスエルが揮発する際に膜にダメージを与えやすく、緻密な膜を得られないことがある。
前記ポリカルボン酸エステルは、室温において液体であることができる。ポリカルボン酸エステルが室温で固体であると、液がゲル化することがある。
ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルの使用量は、ゾルゲル原料および絶縁性複合酸化物膜の組成比に依存するが、ポリカルボン酸が結合する、例えばPZTゾルゲル原料、PbNbゾルゲル原料、PbSiゾルゲル原料の合計モルイオン濃度とポリカルボン酸のモルイオン濃度は、好ましくは1≧(ポリカルボン酸のモルイオン濃度)/(原料溶液の総モルイオン濃度)、より好ましくは1とすることができる。ポリカルボン酸の添加量は、例えば0.35molとすることができる。
ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルの添加量は、結合させたい原料溶液の総モル数と等しいかそれ以上であることが望ましい。両者のモルイオン濃度の比が1:1で、原料すべてが結合するが、エステルは、酸性溶液中で安定に存在するので、エステルを安定に存在させるために、原料溶液の総モル数よりも、ポリカルボン酸を多く入れることが好ましい。また、ここで、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルのモル数とは、価数のことである。つまり、2価のポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルであれば、1分子のポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルが、2分子の原料分子を結合することができるので、2価のポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルであれば、原料溶液1モルに対して、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステル0.5モルで1:1ということになる。加えて、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルも、初めから酸ではなく、ポリカルボン酸のエステルをアルコール中で解離させて、ポリカルボン酸となる。この場合、添加するアルコールのモル数は、1≧(アルコールのモル数/ポリカルボン酸エステルのモル数)であることが望ましい。全てのポリカルボン酸エステルが十分に解離するには、アルコールのモル数が多いほうが、安定して解離するからである。ここで、アルコールのモル数というのも、アルコールの価数で割った、いわゆる、モルイオン濃度を意味する。
前駆体組成物の製造方法において、さらに、金属カルボン酸塩からなる原料を含むことができる。かかる金属カルボン酸塩としては、代表的に、前述した鉛のカルボン酸塩である酢酸鉛、オクチル酸鉛等を挙げることができる。
また、前駆体組成物の製造方法においては、前記ゾルゲル原料とともに有機金属化合物(MOD原料)を用いることができる。かかる有機金属化合物としては、例えばオクチル酸ニオブを用いることができる。オクチル酸ニオブは、図3に示したように、Nbが2原子共有結合して、その他の部分にオクチル基が存在する構造である。この場合、Nb−Nbは2原子が結合しているが、それ以上のネットワークは存在しないため、これをMOD原料として扱っている。
カルボン酸とMOD原料のネットワーク形成は、主にアルコール交換反応で進行する。例えば、オクチル酸ニオブの場合、カルボン酸とオクチル基の間で反応し(アルコール交換反応)、R−COO−Nbという、エステル化が進行する。このように、本実施形態では、MOD原料をエステル化することにより、MOD原料とアルコキシドとの縮合によってMOD原料の分子を前駆体のネットワークに結合することができる。
さらに、本実施形態の前駆体組成物の製造方法においては、金属アルコキシドの加水分解・縮合物を含むゾルゲル原料として、Si、あるいはSiおよびGeを含むゾルゲル原料を用いることができる。このようなゾルゲル溶液としては、PbSiO用ゾルゲル溶液を単独で、もしくはPbSiO用ゾルゲル溶液とPbGeO用ゾルゲル溶液の両者を用いることができる。このようなSiやGeを含むゾルゲル原料を用いることにより、結晶化温度を低くすることができる。
本実施形態の前駆体組成物の製造方法においては、PZTNを得るためには、ゾルゲル溶液として、少なくともPbZrO用ゾルゲル溶液、PbTiO用ゾルゲル溶液、およびPbNbO用ゾルゲル溶液を混合したものを用いることができる。この場合にも、上述したSi、あるいはSiおよびGeを含むゾルゲル原料をさらに混合することができる。
また、Nbの代わりにTaを導入する場合には、ゾルゲル原料として、PbTaO用ゾルゲル溶液を用いることができる。
本実施形態で得られた前駆体組成物の前駆体は、複数の分子ネットワークの間に適度にエステル結合を有しているので、可逆的反応が可能である。そのため、前駆体において、図5に示す左方向の反応を進行させることで、高分子化された前駆体(高分子ネットワーク)を分解して金属アルコキシドの縮合物とすることができる。
本実施形態で用いられる前駆体組成物の製造方法および前駆体組成物によれば、以下のような特徴を有する。
前駆体組成物の製造方法によれば、有機溶媒中で、ポリカルボン酸によって、ゾルゲル原料の金属アルコキシドの加水分解・縮合物(複数の分子ネットワーク)同士がエステル結合によって縮重合した高分子ネットワークが得られる。したがって、この高分子ネットワークには、上記加水分解・縮合物に由来する複数の分子ネットワークの間に適度にエステル結合を有する。そして、エステル化反応は、温度制御などで容易に行うことができる。
また、前駆体組成物は、複数の分子ネットワークの間に適度にエステル結合を有しているので、可逆的反応が可能である。そのため、絶縁性複合酸化物膜膜の成膜後に残った組成物において、高分子化された前駆体(高分子ネットワーク)を分解して金属アルコキシド(もしくはその縮合物からなる分子ネットワーク)とすることができる。このような金属アルコキシド(もしくはその縮合物からなる分子ネットワーク)は、前駆体原料として再利用することができるので、鉛などの有害とされる物質を再利用でき、環境の面からもメリットが大きい。
4.絶縁性複合酸化物膜
本発明にかかる絶縁性ターゲット材料を用いて、RFスパッタを行うことにより、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜を得ることができる。この絶縁性複合酸化物膜には、SiおよびGeの少なくとも一方、好ましくは少なくともSiが含まれる。一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物には、SiおよびGeの少なくとも一方が2ないし10モル%の割合で含まれることができる。
RFスパッタにおいては、スパッタガスとして、アルゴンと酸素を用いることができる。本実施形態の絶縁性複合酸化物膜は、結晶配向性などに優れ、良好な特性を有する。
5.実施例
以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されない。
5.1.実施例1
実施例1にかかる絶縁性ターゲット材料は以下のようにして得た。実施例1では、PZTNからなるターゲットを形成した。
(1) 第1粉体の製造
まず、PZTNからなる第1粉体を形成する。第1粉体は、PZTNを得るための前駆体組成物を、スプレイドライヤー装置(ビュッヒ社製)を用いて形成した。スプレイドライヤーでは、前駆体組成物を200℃加熱しながら行った。得られた第1粉体の粒径は、約10〜100μmであった。
この工程で用いた前駆体組成物は、以下の方法で得た。
本実施例では、PZTN膜のための前駆体組成物は、Pb、Zr、Ti、およびNbの少なくともいずれかを含む第1ないし第3の原料溶液と、ポリカルボン酸エステルとしてのコハク酸ジメチルと、有機溶媒としてのジメチルアミノエタノールとを混合して得た。混合液は、ゾルゲル原料とコハク酸ジメチルとを1:1の割合でジメチルアミノエタノールに溶解したものである。
第1の原料溶液としては、PbおよびZrによるPbZrOペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体をジメチルアミノエタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。
第2の原料溶液としは、PbおよびTiによるPbTiOペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体をジメチルアミノエタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。
第3の原料溶液としては、PbおよびNbによるPbNbOペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体をジメチルアミノエタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。
上記第1、第2および第3の原料溶液を用いて、PbZr0.2Ti0.6Nb0.2(PZTN)からなる複合酸化物膜を形成する場合、(第1の原料溶液):(第2の原料溶液):(第3の原料溶液)=2:6:2の比で混合する。さらに、複合酸化物膜の結晶化温度を低下させる目的で、第4の原料溶液として、PbSiO結晶を形成するための縮重合体をジメチルアミノエタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を、3モル%の割合で上記混合溶液中に添加し、前駆体組成物を得た。この前駆体組成物のpHは8であった。
(2) 第2粉体の製造
上記工程(1)で用いた、PZTN複合酸化物を形成するための前駆体組成物に水酸化バリウムを混合してpHを12に調整した溶液を得た。この溶液に上記工程(1)で得られた第1粉体を混合した。ついで、この混合液を密閉し、水熱合成法によって、第1粉体の粒子の周りにPZTN複合酸化物を成長させて、第2粉体を形成した。水熱合成においては、溶液の温度を200℃とし、48時間反応させ、第2粒子を形成した。このようにして得られた複合酸化物の第2粒子を濾過によって分離することにより、第2粉体を得た。
(3) 第3粉体の製造
工程(2)で得られた第2粉体と、Siのアルコキシドを5モル%を含む溶液とを混合した。その後、第2粉体を濾過して回収し、第3粉体を得た。第3粉体は、第2粉体と、Siアルコキシドを含んでいる。
(4) ターゲットの成形
工程(3)で得られた第3粉体を型にいれて圧着して所望の形に成形することで絶縁性ターゲット材料を得た。具体的には、第3粉体を型に入れ、真空ホットプレス法で成形した。成形は、400ないし500℃で行った。このようにして本実施例1の絶縁性ターゲット材料を得た。
ついで、実施例1の絶縁性ターゲット材料を用いて、RFスパッタ法によって基体上に膜厚80nmの絶縁性複合酸化物膜(PZTN膜)を形成した。基体としては、シリコン基板上に、ZrO膜、TiO膜、Pt膜、LaNiO膜を順次積層したものを用いた。RFスパッタ法の条件は、基体温度が500℃、パワーが1.4kW、基体−ターゲット間距離が70mm、ガス比がAr/O=5/1〜10/1であった。
実施例1のPZTN膜について、X線解析を行った。その結果を図7に示す。また、実施例1のPZTN膜上にPt膜を形成してヒステリシスを求めた。その結果を図8に示す。
図7から、実施例1のPZTN膜は、(100)の単一配向であることが確認された。また、図8から、実施例1のPZTN膜は、強誘電性のヒステリシスを有することが確認された。PZTN膜はLaNiO膜の配向を反映して、(100)配向でエピタキシャル成長したものであった。
6.デバイス
本発明のデバイスは、基体と、前記基体の上方に形成された、本発明の絶縁性複合酸化物膜と、を含む。また、本発明のデバイスは、本発明の絶縁性複合酸化物膜を有する部品、およびこの部品を有する電子機器を含む。以下に、本発明のデバイスの例を記載する。
6.1.半導体素子
次に、本発明の絶縁性複合酸化物膜を含む半導体素子について説明する。本実施形態では、半導体素子の一例である強誘電体キャパシタを含む強誘電体メモリ装置を例に挙げて説明する。
図9(A)および図9(B)は、本発明の絶縁性複合酸化物膜を強誘電体膜として用いた強誘電体メモリ装置1000を模式的に示す図である。なお、図9(A)は、強誘電体メモリ装置1000の平面的形状を示すものであり、図9(B)は、図9(A)におけるI−I断面を示すものである。
強誘電体メモリ装置1000は、図9(A)に示すように、メモリセルアレイ200と、周辺回路部300とを有する。そして、メモリセルアレイ200と周辺回路部300とは、異なる層に形成されている。また、周辺回路部300は、メモリセルアレイ200に対して半導体基板400上の異なる領域に配置されている。なお、周辺回路部300の具体例としては、Yゲート、センスアンプ、入出力バッファ、Xアドレスデコーダ、Yアドレスデコーダ、又はアドレスバッファを挙げることができる。
メモリセルアレイ200は、行選択のための下部電極210(ワード線)と、列選択のための上部電極220(ビット線)とが交叉するように配列されている。また、下部電極210および上部電極220は、複数のライン状の信号電極から成るストライプ形状を有する。なお、信号電極は、下部電極210がビット線、上部電極220がワード線となるように形成することができる。
そして、図9(B)に示すように、下部電極210と上部電極220との間には、強誘電体膜215が配置されている。メモリセルアレイ200では、この下部電極210と上部電極220との交叉する領域において、強誘電体キャパシタ230として機能するメモリセルが構成されている。強誘電体膜215は、本発明の絶縁性複合酸化物膜を用いて形成されたものである。なお、強誘電体膜215は、少なくとも下部電極210と上部電極220との交叉する領域の間に配置されていればよい。
さらに、強誘電体メモリ装置1000は、下部電極210、強誘電体膜215、および上部電極220を覆うように、第2の層間絶縁膜430が形成されている。さらに、配線層450、460を覆うように第2の層間絶縁膜430の上に絶縁性の保護層440が形成されている。
周辺回路部300は、図9(A)に示すように、前記メモリセルアレイ200に対して選択的に情報の書き込み若しくは読出しを行うための各種回路を含み、例えば、下部電極210を選択的に制御するための第1の駆動回路310と、上部電極220を選択的に制御するための第2の駆動回路320と、その他にセンスアンプなどの信号検出回路(図示省略)とを含んで構成される。
また、周辺回路部300は、図9(B)に示すように、半導体基板400上に形成されたMOSトランジスタ330を含む。MOSトランジスタ330は、ゲート絶縁膜332、ゲート電極334、およびソース/ドレイン領域336を有する。各MOSトランジスタ330間は、素子分離領域410によって分離されている。このMOSトランジスタ330が形成された半導体基板400上には、第1の層間絶縁膜420が形成されている。そして、周辺回路部300とメモリセルアレイ200とは、配線層51によって電気的に接続されている。
次に、強誘電体メモリ装置1000における書き込み、読出し動作の一例について述べる。
まず、読出し動作においては、選択されたメモリセルのキャパシタに読み出し電圧が印加される。これは、同時に‘0’の書き込み動作を兼ねている。このとき、選択されたビット線を流れる電流又はビット線をハイインピーダンスにしたときの電位をセンスアンプにて読み出す。そして、非選択のメモリセルのキャパシタには、読み出し時のクロストークを防ぐため、所定の電圧が印加される。
書き込み動作においては、‘1’の書き込みの場合は、選択されたメモリセルのキャパシタに分極状態を反転させる書き込み電圧が印加される。‘0’の書き込みの場合は、選択されたメモリセルのキャパシタに分極状態を反転させない書き込み電圧が印加され、読み出し動作時に書き込まれた‘0’状態を保持する。このとき、非選択のメモリセルのキャパシタには書き込み時のクロストークを防ぐために、所定の電圧が印加される。
この強誘電体メモリ装置1000において、強誘電体キャパシタ230は、低温で結晶化が可能な強誘電体膜215を有する。そのため、周辺回路部300を構成するMOSトランジスタ330などを劣化させることなく、強誘電体メモリ1000装置を製造することができるという利点を有する。また、この強誘電体キャパシタ230は、良好なヒステリシス特性を有するため、信頼性の高い強誘電体メモリ装置1000を提供することができる。
図10には、半導体装置の他の例として1T1C型強誘電体メモリ装置500の構造図を示す。図11は、強誘電体メモリ装置500の等価回路図である。
強誘電体メモリ装置500は、図10に示すように、下部電極501、プレート線に接続される上部電極502、および上述の実施形態の強誘電体膜503からなるキャパシタ504(1C)と、ソース/ドレイン電極の一方がデータ線505に接続され、ワード線に接続されるゲート電極506を有するスイッチ用のトランジスタ素子507(1T)からなるDRAMに良く似た構造のメモリ素子である。1T1C型のメモリは、書き込みおよび読み出しが100ns以下と高速で行うことができ、かつ書き込んだデータは不揮発であるため、SRAMの置き換え等に有望である。
本実施形態の半導体装置によれば、上記実施形態の原料溶液を用いて形成されているため、低温で半導体膜を結晶化することができ、MOSトランジスタなどの半導体素子との混載を実現することができる。本実施形態の半導体装置は、上述したものに限定されず、2T2C型強誘電体メモリ装置などにも適用できる。
6.2.圧電素子
次に、本発明の絶縁性複合酸化物膜を圧電素子に適用した例について説明する。
図12は、本発明の絶縁性複合酸化物膜を有する圧電素子1を示す断面図である。この圧電素子1は、基板2と、基板2の上に形成された下部電極3と、下部電極3の上に形成された圧電体膜4と、圧電体膜4の上に形成された上部電極5と、を含んでいる。圧電体膜4は、本発明の絶縁性複合酸化物膜を用いて形成されたものである。
基板2は、たとえばシリコン基板を用いることができる。本実施形態において、基板2には、(110)配向の単結晶シリコン基板を用いている。なお、基板2としては、(100)配向の単結晶シリコン基板または(111)配向の単結晶シリコン基板なども用いることができる。また、基板2としては、シリコン基板の表面に、熱酸化膜または自然酸化膜などのアモルファスの酸化シリコン膜を形成したものも用いることができる。基板2は加工されることにより、後述するようにインクジェット式記録ヘッド50においてインクキャビティー521を形成するものとなる(図13参照)。
下部電極3は、圧電体膜4に電圧を印加するための一方の電極である。下部電極3は、たとえば、圧電体膜4と同じ平面形状に形成されることができる。なお、後述するインクジェット式記録ヘッド50(図13参照)に複数の圧電素子1が形成される場合、下部電極3は、各圧電素子1に共通の電極として機能するように形成されることもできる。下部電極3の膜厚は、たとえば100nm〜200nm程度に形成されている。
圧電体膜4は、ペロブスカイト型構造を有することができる。
6.3.インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプリンタ
次に、上述の圧電素子が圧電アクチュエータとして機能しているインクジェット式記録ヘッドおよびこのインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェットプリンタについて説明する。以下の説明では、インクジェット式記録ヘッドについて説明した後に、インクジェットプリンタについて説明する。図13は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図14は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。なお、図15には、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェットプリンタ700を示す。
6.3.1.インクジェット式記録ヘッド
図13に示すように、インクジェット式記録ヘッド50は、ヘッド本体(基体)57と、ヘッド本体57上に形成される圧電部54と、を含む。圧電部54には図21に示す圧電素子1が設けられ、圧電素子1は、下部電極3、圧電体膜(強誘電体膜)4および上部電極5が順に積層して構成されている。圧電体膜4は、本発明の絶縁性複合酸化物膜を用いて形成された膜である。インクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電部54は、圧電アクチュエータとして機能する。
インクジェット式記録ヘッド50は、ノズル板51と、インク室基板52と、弾性膜55と、弾性膜55に接合された圧電部54と、を含み、これらが筐体56に収納されて構成されている。なお、このインクジェット式記録ヘッド50は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
ノズル板51は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル511を一列に形成したものである。これらノズル511間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。
ノズル板51には、インク室基板52が固着(固定)されている。インク室基板52は、ノズル板51、側壁(隔壁)522、および弾性膜55によって、複数のキャビティ(インクキャビティ)521と、リザーバ523と、供給口524と、を区画形成したものである。リザーバ523は、インクカートリッジ(図示しない)から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口524によって、リザーバ523から各キャビティ521にインクが供給される。
キャビティ521は、図13および図14に示すように、各ノズル511に対応して配設されている。キャビティ521は、弾性膜55の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティ521は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。
インク室基板52を得るための母材としては、(110)配向のシリコン単結晶基板が用いられている。この(110)配向のシリコン単結晶基板は、異方性エッチングに適しているのでインク室基板52を、容易にかつ確実に形成することができる。なお、このようなシリコン単結晶基板は、弾性膜55の形成面が(110)面となるようにして用いられている。
インク室基板52のノズル板51と反対の側には弾性膜55が配設されている。さらに弾性膜55のインク室基板52と反対の側には複数の圧電部54が設けられている。弾性膜55の所定位置には、図14に示すように、弾性膜55の厚さ方向に貫通して連通孔531が形成されている。連通孔531により、インクカートリッジからリザーバ523へのインクの供給がなされる。
各圧電素部は、圧電素子駆動回路(図示しない)に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動(振動、変形)するよう構成されている。すなわち、各圧電部54はそれぞれ振動源(ヘッドアクチュエータ)として機能する。弾性膜55は、圧電部54の振動(たわみ)によって振動し、キャビティ521の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
なお、上述では、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、本実施形態は、圧電素子を用いた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
6.4.表面弾性波素子
次に、本発明の絶縁性複合酸化物膜を適用した表面弾性波素子の一例について、図面を参照しながら説明する。図16は、本実施形態に係る表面弾性波素子300を模式的に示す断面図である。
表面弾性波素子300は、基板11と、基板11上に形成された圧電体膜12と、圧電体膜12上に形成されたインターディジタル型電極(以下、「IDT電極」という)18,19と、を含む。IDT電極18,19は、所定のパターンを有する。圧電体膜12は、本発明の絶縁性複合酸化物膜を用いて構成される。
本実施形態に係る表面弾性波素子300は、本発明に係る圧電体膜積層体を用いて、例えば以下のようにして形成される。
まず、図16に示す圧電体膜12上に、導電膜を形成する。次に、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて導電膜をパターニングすることにより、圧電体膜12上にIDT電極18,19を形成する。
6.5.周波数フィルタ
次に、本発明の絶縁性複合酸化物膜を適用した周波数フィルタの一例について、図面を参照しながら説明する。図17は、本実施形態の周波数フィルタを模式的に示す図である。
図18に示すように、周波数フィルタは基体140を有する。この基体140としては、上述した表面弾性波素子300と同様の積層体(図16参照)を用いることができる。
基体140の上面には、IDT電極141、142が形成されている。また、IDT電極141、142を挟むように、基体140の上面には吸音部143、144が形成されている。吸音部143、144は、基体140の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。一方のIDT電極141には高周波信号源145が接続されており、他方のIDT電極142には信号線が接続されている。ここで、圧電体膜は、本発明の絶縁性複合酸化物膜を用いて形成することができる。
次に、前述の周波数フィルタの動作について説明する。
前記構成において、高周波信号源145から高周波信号が出力されると、この高周波信号はIDT電極141に印加され、これによって基体140の上面に表面弾性波が発生する。IDT電極141から吸音部143側へ伝播した表面弾性波は、吸音部143で吸収されるが、IDT電極142側へ伝播した表面弾性波のうち、IDT電極142のピッチ等に応じて定まる特定の周波数または特定の帯域の周波数の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子146a、146bに取り出される。なお、前記特定の周波数または特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がIDT電極142を通過して吸音部144に吸収される。このようにして、本実施形態の周波数フィルタが有するIDT電極141に供給した電気信号のうち、特定の周波数または特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得ること、すなわちフィルタリングをすることができる。
6.6.発振器
次に、本発明の絶縁性複合酸化物膜を適用した発振器の一例について、図面を参照しながら説明する。図18は、本実施形態の発振器を模式的に示す図である。
図18に示すように、発振器は基体150を有する。この基体140としては、上述した表面弾性波素子300と同様の積層体(図16参照)を用いることができる。
基体150の上面には、IDT電極151が形成されており、さらに、IDT電極151を挟むように、IDT電極152、153が形成されている。IDT電極151を構成する一方の櫛歯状電極151aには、高周波信号源154が接続されており、他方の櫛歯状電極151bには、信号線が接続されている。なお、IDT電極151は、電気信号印加用電極に相当し、IDT電極152、153は、IDT電極151によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。ここで、圧電体膜は、本発明の絶縁性複合酸化物膜を用いて形成することができる。
次に、前述の発振器の動作について説明する。
前記構成において、高周波信号源154から高周波信号が出力されると、この高周波信号は、IDT電極151の一方の櫛歯状電極151aに印加され、これによって基体150の上面にIDT電極152側に伝播する表面弾性波およびIDT電極153側に伝播する表面弾性波が発生する。これらの表面弾性波のうちの特定の周波数成分の表面弾性波は、IDT電極152およびIDT電極153で反射され、IDT電極152とIDT電極153との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がIDT電極152、153で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、IDT電極151の他方の櫛歯状電極151bから取り出され、IDT電極152とIDT電極153との共振周波数に応じた周波数(または、ある程度の帯域を有する周波数)の電気信号を端子155aと端子155bに取り出すことができる。
図19および図20は、前述した発振器をVCSO(Voltage Controlled SAW Oscillator:電圧制御SAW発振器)に応用した場合の一例を模式的に示す図であり、図19は側面透視図であり、図20は上面透視図である。
VCSOは、金属製(アルミニウムまたはステンレススチール製)の筐体60内部に実装されて構成されている。基板61上には、IC(Integrated Circuit)62および発振器63が実装されている。この場合、IC62は、外部の回路(不図示)から入力される電圧値に応じて、発振器63に印加する周波数を制御する発振回路である。
発振器63は、基体64上に、IDT電極65a〜65cが形成されており、その構成は、図18に示す発振器とほぼ同様である。基体64としては、前述した図18に示す発振器と同様な積層体を用いることができる。圧電体膜は、本発明の絶縁性複合酸化物膜を用いて形成することができる。
基板61上には、IC62と発振器63とを電気的に接続するための配線66がパターニングされている。IC62および配線66が、例えば金線等のワイヤー線67によって接続され、発振器63および配線66が金線等のワイヤー線68によって接続されている。これにより、IC62と発振器63とが配線66を介して電気的に接続されている。
図19および図20に示すVCSOは、例えば、図21に示すPLL回路のVCO(Voltage Controlled Oscillator)として用いられる。図21は、PLL回路の基本構成を示すブロック図である。PLL回路は、位相比較器71、低域フィルタ72、増幅器73、およびVCO74から構成されている。位相比較器71は、入力端子70から入力される信号の位相(または周波数)と、VCO74から出力される信号の位相(または周波数)とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力するものである。低域フィルタ72は、位相比較器71から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させるものである。増幅器73は、低域フィルタ72から出力される信号を増幅するものである。VCO74は、入力された電圧値に応じて発振する周波数が、ある範囲で連続的に変化する発振回路である。
このような構成のもとにPLL回路は、入力端子70から入力される位相(または周波数)と、VCO74から出力される信号の位相(または周波数)との差が減少するように動作し、VCO74から出力される信号の周波数を入力端子70から入力される信号の周波数に同期させる。VCO74から出力される信号の周波数が入力端子70から入力される信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力端子70から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力するようになる。
以前述べたように、本実施形態に係る周波数フィルタおよび発振器は、本発明に係る電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子を有する。従って、本実施形態によれば、周波数フィルタおよび発振器の小型化を実現することが可能となる。
6.7.第1の電子機器
6.7.1.次に、本発明を適用した第7の実施形態に係る電子回路および電子機器の第1の例について、図面を参照しながら説明する。図22は、本実施形態に係るデバイスの電気的構成を示すブロック図である。電子機器とは、例えば携帯電話機である。
電子機器300は、電子回路310、送話部80、受話部91、入力部94、表示部95、およびアンテナ部86を有する。電子回路310は、送信信号処理回路81、送信ミキサ82、送信フィルタ83、送信電力増幅器84、送受分波器85、低雑音増幅器87、受信フィルタ88、受信ミキサ89、受信信号処理回路90、周波数シンセサイザ92、および制御回路93を有する。
電子回路310において、送信フィルタ83および受信フィルタ88として、図17に示す周波数フィルタを用いることができる。フィルタリングする周波数(通過させる周波数)は、送信ミキサ82から出力される信号のうちの必要となる周波数、および、受信ミキサ89で必要となる周波数に応じて、送信フィルタ83および受信フィルタ88で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ92内に設けられるPLL回路(図21参照)のVCO74として、図18に示す発振器、または図19および図20に示すVCSOを用いることができる。
送話部80は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現されるものである。送信信号処理回路81は、送話部80から出力される電気信号に対して、例えばD/A変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ82は、周波数シンセサイザ92から出力される信号を用いて送信信号処理回路81から出力される信号をミキシングするものである。送信フィルタ83は、中間周波数(以下、「IF」と表記する)の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。送信フィルタ83から出力される信号は、変換回路(図示せず)によってRF信号に変換される。送信電力増幅器84は、送信フィルタ83から出力されるRF信号の電力を増幅し、送受分波器85へ出力するものである。
送受分波器85は、送信電力増幅器84から出力されるRF信号をアンテナ部86へ出力し、アンテナ部86から電波の形で送信するものである。また、送受分波器85は、アンテナ部86で受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器87へ出力するものである。低雑音増幅器87は、送受分波器85からの受信信号を増幅するものである。低雑音増幅器87から出力される信号は、変換回路(図示せず)によってIFに変換される。
受信フィルタ88は、変換回路(図示せず)によって変換されたIFの必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。受信ミキサ89は、周波数シンセサイザ92から出力される信号を用いて、受信フィルタ88から出力される信号をミキシングするものである。受信信号処理回路90は、受信ミキサ89から出力される信号に対して、例えばA/D変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話部91は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現されるものである。
周波数シンセサイザ92は、送信ミキサ82へ供給する信号、および、受信ミキサ89へ供給する信号を生成する回路である。周波数シンセサイザ92は、PLL回路を有し、このPLL回路から出力される信号を分周して新たな信号を生成することができる。制御回路93は、送信信号処理回路81、受信信号処理回路90、周波数シンセサイザ92、入力部94、および表示部95を制御する。表示部95は、例えば携帯電話機の使用者に対して機器の状態を表示する。入力部94は、例えば携帯電話機の使用者の指示を入力する。
6.7.2.第2の電子機器
次に、本発明を適用した電子回路および電子機器の第2の例について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、デバイスの例として、リーダライタ2000およびそれを用いた通信システム3000について説明する。図23は、本実施形態に係るリーダライタ2000を用いた通信システム3000を示す図であり、図24は、図23に示す通信システム3000の概略ブロック図である。
図23に示すように、通信システム3000は、リーダライタ2000と、非接触情報媒体2200と、を含む。リーダライタ2000は、キャリア周波数fを有する電波W(以下「キャリア」ともいう)を非接触情報媒体2200へ送信し、または非接触情報媒体2200から受信し、無線通信を利用して非接触情報媒体2200と交信する。電波Wは任意の周波数帯のキャリア周波数fcを使用することができる。図23および図24に示されるように、リーダライタ2000は、本体2105と、本体2105上面に位置するアンテナ部2110と、本体2105内部に格納される制御インターフェース部2120と、電源回路172と、を含む。アンテナ部2110と制御インターフェース部2120とは、ケーブル2180によって電気的に接続されている。また、図示はしないが、リーダライタ2000は、制御インターフェース部2120を介して、外部ホスト装置(処理装置など)に接続されている。
アンテナ部2110は、非接触情報媒体2200との間で情報の通信を行う機能を有する。アンテナ部2110は、図23に示すように、所定の通信領域(点線で示す領域)を有する。アンテナ部2110は、ループアンテナ112および整合回路114により構成される。
制御インターフェース部2120は、送信部161と、減衰振動キャンセル部(以下「キャンセル部」という)140と、受信部168と、コントローラ160と、を含む。
送信部161は、外部装置(図示せず)より送信されたデータを変調し、ループアンテナ112に送信する。送信部161は、発振回路162と、変調回路163と、駆動回路164と、を含む。発振回路162は、所定の周波数のキァリアを発生させるための回路である。発振回路162は、通常、水晶振動子等を用いて構成されるが、前述した本発明に係る発振器を用いることにより、通信周波数の高周波化、検出感度の向上が可能となる。変調回路163は、キャリアを与えられた情報に従って変調する回路である。駆動回路164は、変調されたキャリアを受けて電力増幅し、アンテナ部2110を駆動する。
キャンセル部165は、キャリアのON/OFFに伴い、アンテナ部2110のループアンテナ112によって発生する減衰振動を抑制する機能を有する。キャンセル部165は、ロジック回路166と、キャンセル回路167と、を含む。
受信部168は、検波部169と、復調回路170と、を含む。受信部168は、非接触情報媒体2200が送信した信号を復元する。検波部169は、例えば、ループアンテナ112に流れる電流の変化を検出する。復調回路170は、検波部169で検出された変化分を復調する回路である。
コントローラ160は、復調した信号から情報を取り出して外部装置に転送する。電源回路172は、外部より電力の供給を受けて適宜電圧変換を行い、各回路に対し必要電力を供給する回路である。なお、内蔵電池を電力源とすることもできる。
非接触情報媒体2200は、リーダライタ2000と電磁波(電波)を用いて交信する。非接触情報媒体2200としては、例えば、非接触ICタグ、非接触ICカードなどを挙げることができる。
次に、本実施形態のリーダライタ2000を用いた通信システム3000の動作について説明する。リーダライタ2000から非接触情報媒体2200にデータが送られる場合には、図示しない外部装置からのデータは、リーダライタ2000において、コントローラ160で処理されて送信部161に送られる。送信部161では、発振回路162から一定振幅の高周波信号がキャリアとして供給されており、このキャリアが変調回路163により変調されて、変調高周波信号が出力される。変調回路163から出力される変調高周波信号は、駆動回路164を介してアンテナ部2110に供給される。これと同時に、キャンセル部165が、変調高周波信号のOFFタイミングに同期して、所定のパルス信号を生成し、ループアンテナ112における減衰振動の抑制に寄与する。
非接触情報媒体2200においては、アンテナ部186を介して、変調高周波信号が受信回路180に供給される。また、変調高周波信号は、電源回路182に供給されて、非接触情報媒体2200の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。受信回路180から出力されたデータは、復調されてロジック制御回路184に供給される。ロジック制御回路184は、クロック183の出力に基づいて動作し、供給されるデータを処理して所定のデータをメモリ185に書き込む。
非接触情報媒体2200からリーダライタ2000にデータが送られる場合は、リーダライタ2000において、変調回路163からは無変調で一定振幅の高周波信号が出力される。高周波信号は、駆動回路164、アンテナ部2110のループアンテナ112を介して、非接触情報媒体2200に送られる。
非接触情報媒体2200においては、メモリ185から読み出されたデータがロジック制御回路184で処理されて、送信回路181に供給される。送信回路181では、データの‘1’、‘0’ビットに応じて、スイッチがON/OFFする。
リーダライタ2000においては、送信回路181のスイッチがON/OFFすると、アンテナ部2110のループアンテナ112の負荷が変動する。このため、ループアンテナ112に流れる高周波電流の振幅が変動する。即ち、高周波電流は、非接触情報媒体2200から供給されるデータによって振幅変調される。この高周波電流は、受信部168の検波部169で検出され、復調回路170で復調されてデータが得られる。このデータは、コントローラ160で処理され、外部装置などに送られる。
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
例えば、本発明に係る周波数フィルタ、発振器はそれぞれ、UWBシステム、携帯電話機、無線LAN等における広帯域フィルタ、VCOに適用することができる。
また、例えば、上記実施形態においては、デバイスとして携帯電話機およびリーダライタを用いた通信システムを、電子回路として携帯電話機およびリーダライタ内に設けられる電子回路をその一例として挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれらに限定されることなく、種々の移動体通信機器およびその内部に設けられる電子回路に適用することができる。例えば、BS(Broadcast Satellite)放送等を受信するチューナなどの据置状態で使用される通信機器およびその内部に設けられる電子回路、光ケーブル中を伝播する光信号等を用いるHUBなどのデバイスおよびその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
本実施形態にかかる絶縁性ターゲット材料の製造方法を示すフローチャート図。 本実施形態において、チタン酸鉛中にSiを添加した場合の、Aサイトイオンのラマン振動モードの変化を示す図。 本実施形態において用いられる、鉛を含むカルボン酸を示す図。 本実施形態において用いられる、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルを示す図。 本実施形態において用いられる、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルを示す図。 本実施形態において用いられる、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルを示す図。 本実施形態において用いられる、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルを示す図。 本実施形態に係る前駆体組成物における前駆体の生成反応を示す図。 本実施形態に係る前駆体組成物における前駆体の生成反応を示す図。 実施例1の絶縁性複合酸化物膜のX線解析結果を示す図。 実施例1のヒステリシス特性を示す図。 (A),(B)は本実施形態にかかる半導体装置を示す図。 本実施形態に係る1T1C型強誘電体メモリを模式的に示す断面図。 図10に示す強誘電体メモリの等価回路を示す図。 本実施形態の適用例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。 本実施形態の適用例に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成図。 本実施形態の適用例に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図。 本実施形態の適用例に係るインクジェットプリンタの概略構成図。 本実施形態の適用例に係る表面弾性波素子を示す断面図。 本実施形態の適用例に係る周波数フィルタを示す斜視図。 本実施形態の適用例に係る発振器を示す斜視図。 本実施形態の適用例に係る発振器をVCSOに応用した一例を示す概略図。 本実施形態の適用例に係る発振器をVCSOに応用した一例を示す概略図。 本実施形態の適用例に係るPLL回路の基本構成を示すブロック図。 本実施形態の適用例に係る電子回路の構成を示すブロック図。 本実施形態の適用例に係るリーダライタを用いた通信システムを示す図。 図23に示す通信システムの概略ブロック図。
符号の説明
1 圧電素子、2 基板、3 下部電極、4 圧電体膜、5 上部電極、50 インクジェット式記録ヘッド、521 インクキャビティー、210,501 下部電極、215,503 強誘電体膜、220,502 上部電極、230 強誘電体キャパシタ、400 半導体基板、200 メモリセルアレイ、300 周辺回路、500,1000 強誘電体メモリ装置、70 入力端子、71 位相比較器、72 低域フィルタ、73 増幅器、74 VCO、80 送話部、81 送信信号処理回路、82 送信ミキサ、83 送信フィルタ、84 送信電力増幅器、85 送受分波器、86 アンテナ部、87 低雑音増幅器、88 受信フィルタ、89 受信ミキサ、90 受信信号処理回路、91 受話部、92 周波数シンセサイザ、93 制御回路、94 入力部、95 表示部、100 圧電体膜積層体、112 ループアンテナ、114 整合回路、140 基体、141 IDT電極、142 IDT電極、143 吸音部、144 吸音部、145 高周波信号源、150 基体、151 IDT電極、152 IDT電極、153 IDT電極、154 高周波信号源、160 コントローラ、161 送信部、162 発振回路、163 変調回路、164 駆動回路、165 キャンセル部、166 ロジック回路、167 キャンセル回路、168 受信部、169 検波部、170 復調回路、172 電源回路、180 受信回路、181 送信回路、182 電源回路、183 クロック、184 ロジック制御回路、185 メモリ、186 アンテナ部、200 表面弾性波素子、250 発振器、300 デバイス、310 電子回路、2000 リーダライタ、2105 本体、2110 アンテナ部、2120 制御インターフェース部、2200 非接触情報媒体,3000 通信システム

Claims (14)

  1. 一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜を得るための絶縁性ターゲット材料であって、
    A元素は少なくともPbからなり、
    B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、
    C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなる、絶縁性ターゲット材料。
  2. 請求項1において、
    前記B元素は、ZrおよびTiであり、
    前記C元素は、Nbである、絶縁性ターゲット材料。
  3. 請求項2において、
    0.1≦x≦0.3の範囲でNbを含む、絶縁性ターゲット材料。
  4. 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    さらに、0.5モル%以上のSiおよびGeの少なくとも一方を含む、絶縁性ターゲット材料。
  5. 一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物膜を得るための絶縁性ターゲット材料の製造方法であって、A元素は少なくともPbからなり、B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなり、
    一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物からなる第1粉体を形成する工程と、
    前記第1粉体と、一般式AB1−xで表される絶縁性複合酸化物を形成するための前駆体を含む第1前駆体組成物とを共存させて、水熱合成法によって、前記第1粉体の粒子の周りに絶縁性複合酸化物を成長させて第2粉体を形成する工程と、を含む、絶縁性ターゲット材料の製造方法。
  6. 請求項5において、
    前記第1前駆体組成物は、少なくとも前記B元素および前記C元素を含み、かつ一部にエステル結合を有する前駆体を含む、絶縁性ターゲット材料の製造方法。
  7. 請求項5および6のいずれかにおいて、
    前記前駆体は、さらに、SiおよびGeの少なくとも一方を含む、絶縁性ターゲット材料の製造方法。
  8. 請求項5ないし7のいずれかにおいて、
    前記第1前駆体組成物は、前記前駆体が塩基性溶媒に溶解された、絶縁性ターゲット材料の製造方法。
  9. 請求項5ないし8のいずれかにおいて、
    前記第1粉体は、第2前駆体組成物を加熱下で噴霧することによって形成され、該第2前駆体組成物は、少なくとも前記B元素および前記C元素を含み、かつ一部にエステル結合を有する前駆体を含む、絶縁性ターゲット材料の製造方法。
  10. 請求項5ないし9のいずれかにおいて、
    前記第2粉体と、Si原料およびGe原料の少なくとも一方を含む溶液と、を混合した後、前記第2粉体を回収して第3粉体を得る工程と、
    前記第3粉体を圧着して成形する工程と、
    をさらに含む、絶縁性ターゲット材料の製造方法。
  11. 請求項10において、
    前記溶液は、前記Si原料および前記Ge原料の少なくとも一方を、2ないし10モル%含む、絶縁性ターゲット材料。
  12. 請求項1ないし4のいずれかに記載の絶縁性ターゲット材料を用いて、RFスパッタ法によって形成された絶縁性複合酸化物膜であって、一般式AB1−xで表され、かつ、SiおよびGeの少なくとも一方を含む、絶縁性複合酸化物膜。
  13. 基体と、
    前記基体の上方に形成された、請求項12に記載の絶縁性複合酸化物膜と、
    を含む、デバイス。
  14. A元素、B元素およびC元素を含む絶縁性ターゲット材料であって、
    前記A元素は少なくともPbからなり、
    前記B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、
    前記C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなる、絶縁性ターゲット材料。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008270704A (ja) * 2007-03-22 2008-11-06 Fujifilm Corp 強誘電体膜とその製造方法、強誘電体素子、及び液体吐出装置
JP2009170695A (ja) * 2008-01-17 2009-07-30 Seiko Epson Corp 強誘電体メモリの製造方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4462432B2 (ja) * 2005-08-16 2010-05-12 セイコーエプソン株式会社 ターゲット
JP4826744B2 (ja) * 2006-01-19 2011-11-30 セイコーエプソン株式会社 絶縁性ターゲット材料の製造方法
JP4591705B2 (ja) * 2006-01-20 2010-12-01 セイコーエプソン株式会社 ターゲット材料
EP1973177B8 (en) 2007-03-22 2015-01-21 FUJIFILM Corporation Ferroelectric film, process for producing the same, ferroelectric device, and liquid discharge device
JP5585209B2 (ja) * 2009-05-28 2014-09-10 株式会社リコー 電気機械変換素子の製造方法、該製造方法により製造した電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置
CN102245513B (zh) * 2010-01-21 2015-10-14 友技科株式会社 Pbnzt强电介质膜、溶胶凝胶溶液、成膜方法及强电介质膜的制造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3261735B2 (ja) 1992-06-09 2002-03-04 セイコーエプソン株式会社 誘電体素子の製造方法
JP3821524B2 (ja) 1996-12-16 2006-09-13 株式会社ルネサステクノロジ 誘電体薄膜形成用スパッタリングターゲット
JP3682684B2 (ja) * 1997-10-20 2005-08-10 セイコーエプソン株式会社 圧電体薄膜素子の製造方法
US5908802A (en) * 1997-10-30 1999-06-01 Sandia Corporation Nonaqueous solution synthesis process for preparing oxide powders of lead zirconate titanate and related materials
JPH11335825A (ja) 1998-05-20 1999-12-07 Ricoh Co Ltd スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP2001138529A (ja) 1999-03-25 2001-05-22 Seiko Epson Corp 圧電体の製造方法
JP3791614B2 (ja) * 2002-10-24 2006-06-28 セイコーエプソン株式会社 強誘電体膜、強誘電体メモリ装置、圧電素子、半導体素子、圧電アクチュエータ、液体噴射ヘッド及びプリンタ
JP4171908B2 (ja) 2004-01-20 2008-10-29 セイコーエプソン株式会社 強誘電体膜、強誘電体メモリ、及び圧電素子
JP4709544B2 (ja) * 2004-05-31 2011-06-22 セイコーエプソン株式会社 前駆体組成物、前駆体組成物の製造方法、強誘電体膜の製造方法、圧電素子、半導体装置、圧電アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンタ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008270704A (ja) * 2007-03-22 2008-11-06 Fujifilm Corp 強誘電体膜とその製造方法、強誘電体素子、及び液体吐出装置
JP2009170695A (ja) * 2008-01-17 2009-07-30 Seiko Epson Corp 強誘電体メモリの製造方法

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