JP2007308782A - Manufacturing method of titanic acid zirconic acid lead film - Google Patents
Manufacturing method of titanic acid zirconic acid lead film Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007308782A JP2007308782A JP2006141148A JP2006141148A JP2007308782A JP 2007308782 A JP2007308782 A JP 2007308782A JP 2006141148 A JP2006141148 A JP 2006141148A JP 2006141148 A JP2006141148 A JP 2006141148A JP 2007308782 A JP2007308782 A JP 2007308782A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lead
- gas
- film
- substrate
- zirconate titanate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
本発明は、チタン酸ジルコン酸鉛膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a lead zirconate titanate film.
近年、インクジェット記録ヘッドの液滴吐出用やマイクロマシン用のアクチュエーターを構成する圧電材料として強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が広く使用されている。 In recent years, lead zirconate titanate (PZT), which is a ferroelectric material, has been widely used as a piezoelectric material constituting actuators for ejecting droplets and micromachines of inkjet recording heads.
PZTの厚膜を形成する場合、セラミックス研磨法を用いてセラミック板より製造することが出来るが、歩留まりが悪く低コストで製造することが困難であることから、量産には対応し難く実用的でない。また、例えば、高融点材料での成膜が可能で膜厚の均一性が良いと考えられるスパッタリング法を用いて成膜を試みると、成膜温度が高く、基板到達後の鉛(Pb)の再蒸発により鉛が欠乏するという問題がある。これを解決する手段として、例えば、PbXLa1-XTi1-X/4O3なる組成(0≦X≦0.25)の強誘電体薄膜を高周波マグネトロンスパッタ法を用いて成膜するに際し、ターゲットとしてPbO、LaO3、TiO2の粉末を配合し、750℃で4時間仮焼したのち粉砕し、鉛の不足を防止するために、20モル%過剰のPbO粉末を更に混合して作製している(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に示されている強誘電体膜の組成に必要な量より鉛の量を過剰としたターゲットは、スパッタリング中に鉛が蒸発することで徐々に鉛の含有量が減少して組成が変わるため、定期的に新しいターゲットに交換しなければ組成の安定した強誘電体膜を製造することができないという問題がある。 However, in the target in which the amount of lead is larger than the amount necessary for the composition of the ferroelectric film shown in Patent Document 1, the content of lead gradually decreases as the lead evaporates during sputtering. Since the composition changes, there is a problem that a ferroelectric film having a stable composition cannot be manufactured unless it is periodically replaced with a new target.
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、鉛の不足がないチタン酸ジルコン酸鉛膜を安定して製造するためのチタン酸ジルコン酸鉛膜の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a lead zirconate titanate film for stably producing a lead zirconate titanate film free of lead. It is to provide a manufacturing method.
上記の課題は、以下の構成により解決される。 Said subject is solved by the following structures.
1. RFマグネトロンスパッタリング法により、チタン酸ジルコン酸鉛を原料とするターゲットを用いて、基板の上にチタン酸ジルコン酸鉛の膜を製造するチタン酸ジルコン酸鉛膜の製造方法において、
前記基板を加熱するための基板加熱工程と、
前記基板加熱工程で加熱した基板温度を維持し、前記RFマグネトロンスパッタリング法により前記基板の上に成膜するためのスパッタ成膜工程と、を有し、
前記スパッタ成膜工程では、雰囲気ガスの中に鉛を含むガスを導入することを特徴とするチタン酸ジルコン酸鉛膜の製造方法。
1. In the method for producing a lead zirconate titanate film, which uses a target made of lead zirconate titanate as a raw material by an RF magnetron sputtering method to produce a lead zirconate titanate film on a substrate,
A substrate heating step for heating the substrate;
Maintaining the substrate temperature heated in the substrate heating step, and forming a film on the substrate by the RF magnetron sputtering method,
In the sputter deposition step, a lead zirconate titanate film manufacturing method, wherein a gas containing lead is introduced into an atmospheric gas.
2. 前記ターゲットの面の上に前記鉛を含むガスを噴射することで前記雰囲気ガスの中に前記鉛を含むガスを導入することを特徴とする1に記載のチタン酸ジルコン酸鉛膜の製造方法。 2. 2. The method for producing a lead zirconate titanate film according to 1, wherein the lead-containing gas is introduced into the atmospheric gas by injecting the lead-containing gas onto the surface of the target.
3. 前記鉛を含むガスは、鉛ジピバロイルメタンであることを特徴とする1又は2に記載のチタン酸ジルコン酸鉛膜の製造方法。 3. The method for producing a lead zirconate titanate film according to 1 or 2, wherein the lead-containing gas is lead dipivaloylmethane.
4. 前記基板加熱工程の加熱された前記基板の温度は、500℃以上670℃以下とすることを特徴とする1乃至3の何れか一つに記載のチタン酸ジルコン酸鉛膜の製造方法。 4). The method for producing a lead zirconate titanate film according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the heated substrate in the substrate heating step is set to 500 ° C to 670 ° C.
本発明によれば、基板に成膜されるチタン酸ジルコン酸鉛の鉛の量をターゲットの原料が含む鉛の量だけではなく、雰囲気ガスの中に導入される鉛を含むガスの導入量により調整することができる。 According to the present invention, the amount of lead zirconate titanate formed on the substrate is determined not only by the amount of lead contained in the target raw material but also by the amount of lead-containing gas introduced into the atmospheric gas. Can be adjusted.
よって、ターゲットの通常使用での蒸発等で生じるPb含有量の減少や成膜時に基板に堆積した膜からの鉛の再蒸発によるチタン酸ジルコン酸鉛膜のPbの不足を、鉛を含むガスを導入しRFマグネトロンスパッタリングによる放電時のプラズマによって鉛を含むガスを分解しイオン化した鉛として膜となるスパッタリングされた原料に混入させることで補うことができる。また、鉛を補う量は、鉛を含むガスの雰囲気ガスの中への導入量により容易に行うことができる。 Therefore, the Pb content caused by evaporation during normal use of the target or the Pb deficiency of lead zirconate titanate film due to re-evaporation of lead from the film deposited on the substrate at the time of film formation is reduced by the gas containing lead. It can be compensated by introducing a gas containing lead by the plasma at the time of discharge by RF magnetron sputtering and mixing it into the sputtered raw material to form a film as ionized lead. Further, the amount of lead supplement can be easily determined by the amount of lead-containing gas introduced into the atmospheric gas.
従って、Pbの不足がないチタン酸ジルコン酸鉛膜を安定して製造するためのチタン酸ジルコン酸鉛膜の製造方法を提供することができる。 Therefore, the manufacturing method of the lead zirconate titanate film | membrane for manufacturing stably the lead zirconate titanate film | membrane which does not lack Pb can be provided.
本発明に係わる実施の形態に関して図を用いながら以下に説明する。図1に示す鉛(Pb)ガス噴射部を設けたRFマグネトロンスパッタリング成膜装置(以下、成膜装置と称する。)を用いてチタン酸ジルコン酸鉛Pb(ZrXTi1-X)O3(0.3≦X0.6、以下、PZTと称する。)膜を製造することに関して説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Lead zirconate titanate Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 (hereinafter referred to as a film forming apparatus) using an RF magnetron sputtering film forming apparatus (hereinafter referred to as a film forming apparatus) provided with a lead (Pb) gas injection section shown in FIG. 0.3 ≦ X0.6, hereinafter referred to as PZT.) The production of the film will be described.
図1に示す成膜装置100において、1はチャンバー、2はマグネトロン・カソード、3はPZTの原料を有するターゲット、4は基板ホルダー(アノード電極)、5は成膜される基板、6は基板5を加熱するためのヒーター、7はPb(鉛)ガス噴射部、8はシャッター、9はマグネトロン・カソード2に印加する高周波(RF)電力を供給するための高周波(RF)電源を示している。また、Aはスパッタリングガスとして、例えば、アルゴン(Ar)ガスの導入口、Bはチャンバー1の中を真空排気するための真空ポンプ(図示しない)に接続される排気口、CはPbを含むガスの供給路をそれぞれ示している。
In the
基板ホルダー4は、円板状の基板5を4枚取り付け可能とする断面の様子を示している。また、基板ホルダー4は、基板面により均一な膜厚を得る上で、回転導入機構(図示しない)を設けて成膜時に成膜面内で回転できる様にするのが好ましい。 The substrate holder 4 shows a state of a cross section that allows four disk-shaped substrates 5 to be attached. Further, in order to obtain a uniform film thickness on the substrate surface, the substrate holder 4 is preferably provided with a rotation introduction mechanism (not shown) so that it can rotate within the film formation surface during film formation.
Pbガス噴射部7は、室温で液体である鉛ジピバロイルメタンを加熱して鉛を含むガス(Pbガス)として供給するタンク10に接続されている。
The Pb
タンク10の設けてあるヒーター11によりタンク10を100℃から230℃程度に加熱し、タンク10内の鉛ジピバロイルメタン液を気化させてPbガスとして鉛ジピバロイルメタンガスを発生させ、このPbガスをPbガス供給路C、噴射部導入路12を通じてPbガス噴射部7に導いている。
The
Pbガス噴射部7は、スパッタリング中に発生するターゲットに近い領域の高密度のプラズマに対してPbガスを噴射できるように、ターゲット面の上部、ターゲット表面から基板に向かって10mmから50mm程度の範囲に設け、その噴射口7aは、ターゲット面に向けるのが好ましい。具体的なPbガス噴射部7の配置及び噴射口7aの向きは、噴射されるPbガスがマグネトロンの効果によるが、例えば、4インチターゲットの場合、概ねターゲット表面から30mm程度の範囲内に発生する高密度のプラズマに十分に供給できるようにするのが好ましい。上記の様に高密度のプラズマ領域に十分に供給できるようにPbガス噴射部7を設けることで、導入したPbガスが十分にプラズマにより分解されてPbをイオン化して基板に堆積することができることで、基板に堆積したPZT膜における再蒸発によるPbの不足を効果的に補うことができる。
The Pb
スパッタガスとPbガスとを混合してチャンバー内に導入する場合は、Pbガスが効率よく分解しないため、上記のPbの不足の補填を行うためには大量のPbガスが必要となり、またPbガスの分解が不十分になることで、有機Pb化合物としてPZT膜に含まれて膜の純度が劣ってしまうので好ましくない。 When sputtering gas and Pb gas are mixed and introduced into the chamber, Pb gas does not decompose efficiently, so a large amount of Pb gas is required to compensate for the above Pb deficiency, and Pb gas Insufficient decomposition of is undesirable because it is contained in the PZT film as an organic Pb compound and the purity of the film is poor.
噴射口7aは、上記の高密度のプラズマに対して均一に噴射できるように複数設けるのが好ましい。例えば、図2(図1において、基板5側からターゲット側を俯瞰的に見た図)に示すリング形状のPbガス噴射部7の場合、リングの内側を均等に分割した位置にターゲット3の方向に向いた噴射口7aを設けるのが好ましい。また、リング形状のPbガス噴射部7にPbガスを導入する噴射部導入路12は、Pbガス噴射部7に供給されるPbガスを均一な圧力で噴射できるようにPbガス噴射部7内の圧力差が大きくならないように複数とするのが好ましい。例えば、タンク10からのPbガス供給路C、例えばパイプ、を途中で2つに分岐させ、図2に示すようにリング形状のPbガス噴射部7にそれぞれが対峙するように設けた噴射部導入路12−1及び12−2に接続してPbガスを供給することができるようにするのが好ましい。また、より効率良くプラズマ領域にPbガスを噴射することができるように、このリング形状のPbガス噴射部7を複数個重ねた構成とすることもできる。
It is preferable to provide a plurality of
また、Pbガス噴射部の例として、図2で示したリング形状のPbガス噴射部7に替わって、図3に示すように、2つのリング形状のパイプ7−1、7−2を複数の円筒形状のパイプ7−3で連結したものを基板ホルダー4に設けた基板5とターゲット3との間に設けることができる。尚、図3においては、チャンバー等の成膜装置の周辺は図示していない。この円筒形状のパイプ7−3のターゲット3側に複数の穴を設け、これを噴射口7aとしている。よって、噴射部導入路12−1、12−2からリングパイプ7−1に導かれたPbガスは、円筒形状のパイプ7−3を通ってリングパイプ7−2に達する間に、円筒形状のパイプに設けられた噴射口7aより、ターゲット3の近傍に発生している高密度のプラズマに対して噴射されることになる。この場合、円筒形状のパイプ7−3を複数設けて、その円筒形状のパイプに複数の噴射口7aを設けておくことで、高密度のプラズマに対して均一に鉛を含むガスを噴射して供給することができる。円筒形状のパイプに設けられた噴射口7aの向きは、よりプラズマ密度の高いターゲット面の方向(図3に示す矢印方向)とするのが好ましい。
Further, as an example of the Pb gas injection unit, instead of the ring-shaped Pb
Pbガス噴射部7を非磁性体材料で構成すると、マグネトロン・カソード2から発生する磁場によるの磁気結合がなく、スパッタリングの不安定な動作を生じることがないため好ましい。Pbガス噴射部7を構成する具体的な材料としては、上記の非磁性であることに加えて、耐熱性、耐腐食性、加工性や安価であることから、SUS316、SUS304が好ましく、また金属と比較して破損しやすいことが難であるが製造が容易な石英等のガラスとすることができる。
The Pb
Pbガスは、鉛ジピバロイルメタンPb(C11H19O2)2を100℃から230℃の範囲で加熱して気化させたガスが好ましい。このPbガスを不活性ガス、例えば、アルゴン(Ar)ガスをスパッタガスとして導入しているチャンバー内の雰囲気ガスに導入するのが好ましい。鉛ガス導入後の雰囲気ガス圧は、効率良く放電が容易である0.13Paから1.3Paの範囲とし、雰囲気ガスにおける鉛ジピバロイルメタンガスの供給量の割合は5体積%から30体積%が好ましい。鉛ジピバロイルメタンガスの割合が40体積%以上であるとスパッタリングガスの不足やプラズマの不安定により成膜レートが遅くなってしまい、5体積%未満であるとPbの組成補填および膜応力緩和作用が弱くなる。 The Pb gas is preferably a gas obtained by vaporizing lead dipivaloylmethane Pb (C 11 H 19 O 2 ) 2 in the range of 100 ° C. to 230 ° C. This Pb gas is preferably introduced into an atmosphere gas in a chamber into which an inert gas, for example, argon (Ar) gas is introduced as a sputtering gas. The atmospheric gas pressure after lead gas introduction is in the range of 0.13 Pa to 1.3 Pa where discharge is efficient and easy, and the ratio of the supply amount of lead dipivaloylmethane gas in the atmospheric gas is 5 volume% to 30 volume% Is preferred. If the ratio of lead dipivaloylmethane gas is 40% by volume or more, the film formation rate becomes slow due to lack of sputtering gas or plasma instability, and if it is less than 5% by volume, Pb composition compensation and film stress relaxation are achieved. The action is weakened.
このように混合ガスに導入されたPbガスは、プラズマからエネルギーを得ることで分解され、鉛ジピバロイルメタンPb(C11H19O2)2が含む炭素(C)は、COまたはCO2として、水素(H2)及び酸素(O2)は水又は水蒸気(H2O)として、排気され、鉛(Pb)はイオン化してスパッタリングされたPZTの粒子とともに基板5に堆積することができる。 The Pb gas thus introduced into the mixed gas is decomposed by obtaining energy from the plasma, and the carbon (C) contained in the lead dipivaloylmethane Pb (C 11 H 19 O 2 ) 2 is CO or CO 2 , hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) are exhausted as water or water vapor (H 2 O), and lead (Pb) is ionized and deposited on the substrate 5 together with the sputtered PZT particles. it can.
Pbガスの供給量は、ヒーター11によるタンク10の加熱温度制御やPbガスの供給路Cにガス流量調節を行うことで容易に調整することできる。従って、混合ガスにおけるPbガスの量を適宜容易に調整することができることになり、基板5に形成するPZT膜のPbの量を容易に適切にすることができる。
The supply amount of the Pb gas can be easily adjusted by controlling the heating temperature of the
基板5に到達したPZT粒子やPbイオンが堆積して成す膜は若干のPb過剰な状態であるが、高い基板温度により再蒸発して化学量論的に合致したチタン酸ジルコン酸鉛膜が得られる。また、Pbがガスで供給される原料であることから、スパッタリングの負荷を軽減できることから成膜レートが改善され、またPbガスが適宜供給されることでPZT膜のPbが不足することがないことから膜応力が緩和された膜を得ることができる。 The film formed by the deposition of PZT particles and Pb ions reaching the substrate 5 is slightly Pb-excess, but re-evaporates at a high substrate temperature to obtain a stoichiometrically matched lead zirconate titanate film. It is done. In addition, since Pb is a raw material supplied by gas, the sputtering load can be reduced, so that the film formation rate is improved, and Pb gas is appropriately supplied so that Pb of the PZT film is not insufficient. Thus, a film with reduced film stress can be obtained.
成膜レートは、50Å/minから200Å/minの範囲、成膜時の基板温度は、500℃以上670℃以下の範囲が好ましい。成膜レートを50Å/min以上とすると、成膜効率の観点から好ましい。また、200A/min以下とすると、基板上の膜が帯電して異常放電を起こしピンホールが存在する荒れた膜とならないで、圧電膜として良好とすることができる。 The film formation rate is preferably in the range of 50 Å / min to 200 Å / min, and the substrate temperature during film formation is preferably in the range of 500 ° C. to 670 ° C. A film formation rate of 50 成膜 / min or more is preferable from the viewpoint of film formation efficiency. On the other hand, if it is 200 A / min or less, the film on the substrate is charged to cause abnormal discharge and does not become a rough film in which pinholes are present, so that a good piezoelectric film can be obtained.
基板に堆積されるPZT膜が、化学量論的にPb(Zr0.52Ti0.48)O3とする膜で且つ結晶化して圧電機能を持つ優先配向したペロブスカイト構造を有するには、基板温度を500℃以上670℃以下とするのが好ましく、更に550℃以上600℃以下とするとより好ましい優先配向とすることができる。基板温度を500℃未満とすると、堆積されるPZT膜からのPbの再蒸発が発生し難く、化学量論的にPb(Zr0.52Ti0.48)O3に合致したターゲットを用いてPbガスを供給することなくPZT膜を形成することができるが、優先配向がし難く圧電機能を有することができなくなってしまう。また、基板温度を670℃より高くすると、優先配向しやすくなるが、Pbの再蒸発の量が多くなって、堆積したPZT膜が化学量論的にPb(Zr0.52Ti0.48)O3に合致し難くなり、この再蒸発によるPbの欠乏を補うためPbガスの供給量を増加させると混合ガスに占めるPbガスの量が多くなり過ぎ、また混合ガス圧が高くなることでプラズマが安定しなくなって成膜すること自体が困難となってしまう。 In order for the PZT film deposited on the substrate to be a stoichiometrically Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 crystallized and have a preferentially oriented perovskite structure having a piezoelectric function, the substrate temperature is set to 500 ° C. The temperature is preferably 670 ° C. or lower, and more preferably 550 ° C. or higher and 600 ° C. or lower can provide a more preferred orientation. When the substrate temperature is lower than 500 ° C., Pb gas is hardly re-evaporated from the deposited PZT film, and Pb gas is supplied using a target that stoichiometrically matches Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3. The PZT film can be formed without this, but the preferential orientation is difficult to achieve and the piezoelectric function cannot be achieved. When the substrate temperature is higher than 670 ° C., preferential orientation is facilitated, but the amount of Pb re-evaporation increases, and the deposited PZT film stoichiometrically matches Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 . If the supply amount of Pb gas is increased to make up for the deficiency of Pb due to re-evaporation, the amount of Pb gas in the mixed gas increases too much, and the mixed gas pressure increases and the plasma becomes unstable. Therefore, it becomes difficult to form a film.
従って、成膜時の基板温度は、500℃以上670℃以下とするのが好ましく、550℃以上600℃以下とするのがより好ましく、この温度範囲にすることで、PZT膜は化学量論的にPb(Zr0.52Ti0.48)O3のペロブスカイト構造の膜が得られる。Pb(Zr0.52Ti0.48)O3は、チタン酸ジルコン酸鉛でもっとも圧電定数が大きい組成であって、圧電材料としてアクチュエーター等に用いることが好ましい材料である。圧電材料としてアクチュエーター等に用いる場合、膜厚は0.5μmがら100μm程度とするのが好ましいが、RFマグネトロンスパッタ法で作製する場合、膜厚を10μm以上とすると膜応力による基板変形の発生や製造に長時間を要する点から、実用的な膜厚は0.5μmから10μm程度とするのが好ましい。 Therefore, the substrate temperature during film formation is preferably 500 ° C. or more and 670 ° C. or less, more preferably 550 ° C. or more and 600 ° C. or less. By setting the temperature within this range, the PZT film has a stoichiometric amount. A film having a perovskite structure of Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 is obtained. Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 is a composition having the largest piezoelectric constant among lead zirconate titanates, and is preferably used as an actuator or the like as a piezoelectric material. When the piezoelectric material is used for an actuator or the like, the film thickness is preferably about 0.5 μm to about 100 μm. However, when the film is formed by the RF magnetron sputtering method, if the film thickness is 10 μm or more, substrate deformation occurs due to the film stress, or the manufacturing process. From the point that it takes a long time, a practical film thickness is preferably about 0.5 μm to 10 μm.
上記の実施の形態では、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛Pb(ZrXTi1-X)O3(0.3≦X0.6))膜としているが、本発明に係わる製造方法は、例えばPLZT((Pb,La)(Zr,Ti)O3:La(ランタン)を添加したチタン酸ジルコン酸鉛)のように、PZTに添加物を含んでも良く、添加物としては、La(ランタン)、Nb(ニオブ)、Mg、Niが挙げられ、また、チタン酸ジルコン酸鉛ではないが、PLT(Pb1-XLaXTi1-X/4O3)及びPT(PbTiO3)の製造に適用することができる。 In the above embodiment, PZT (lead zirconate titanate Pb (Zr X Ti 1-X ) O 3 (0.3 ≦ X0.6)) Although the film production method according to the present invention, for example, PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 : lead zirconate titanate to which La (lanthanum) is added) may contain an additive in PZT. Examples of the additive include La (lanthanum), nb (niobium), Mg, Ni and the like, also is not a lead zirconate titanate, applied to the manufacture of PLT (Pb 1-X La X Ti 1-X / 4O 3) and PT (PbTiO 3) be able to.
また、Pbを含むガスの原料としては、室温から容易に加熱することができる200℃程度の温度範囲で気化し、チャンバーの中の圧力にもよるが、10-3Paから10Pa程度の蒸気圧となるものが好ましく、上記の鉛ジピバロイルメタン以外では、テトラメチル鉛((Pb(CH3))4)、テトラエチル鉛((Pb(C2H5))4)、ベータージケトン系化合物(例えば、ジピパロイル・メタネイト鉛(Pb(C11H19O2)2)、アセチル・アセネイト鉛(Pb(C5H7O2)2)、ジメチル・ヘプタフルオロ・アセチル・アセネイト鉛(Pb(C10H10F7O2)2)等)が好ましい材料として挙げられる。 Further, as a raw material of the gas containing Pb, it is vaporized in a temperature range of about 200 ° C. which can be easily heated from room temperature, and depending on the pressure in the chamber, a vapor pressure of about 10 −3 Pa to 10 Pa. Other than the above lead dipivaloylmethane, tetramethyl lead ((Pb (CH 3 )) 4 ), tetraethyl lead ((Pb (C 2 H 5 )) 4 ), beta-diketone compounds (For example, dipiparoyl methanate lead (Pb (C 11 H 19 O 2 ) 2 ), acetyl acetonate lead (Pb (C 5 H 7 O 2 ) 2 ), dimethyl heptafluoro acetyl acetonate lead (Pb (C 10 H 10 F 7 O 2 ) 2 ) and the like are preferable materials.
ベータージケトン系化合物のジピパロイル・メタネイト鉛のように室温で固体の場合であっても、図1で示す鉛ジピバロイルメタン液の場合と同じようにタンク内に貯蔵しヒーターで加熱することで気化させることでPbガスとして使用することができる。 Even in the case of solids at room temperature, such as the beta-diketone compound dipipaloyl methanate lead, it is stored in the tank and heated with a heater in the same way as the lead dipivaloylmethane liquid shown in FIG. By vaporizing, it can be used as Pb gas.
(実施例1)
図1に示す、鉛ガス噴射部7を設けたRFマグネトロンスパッタ法による成膜装置100を用いて、チタン酸ジルコン酸鉛からなる鉛を含む強誘電体膜を作製した。図4は、作製した膜を模式的に示している。強誘電体膜を作製した基板5(図1)は、予め基板21(図4)の上にSiに熱酸化SiO222を1μm形成し、その上にRFマグネトロンスパッタ法でTi膜23を0.03μm、Pt膜24を0.3μm形成したものを用いた。
Example 1
A ferroelectric film containing lead composed of lead zirconate titanate was produced using a
ターゲット3は、チタン酸ジルコン酸鉛Pb(Zr0.52Ti0.48)O3の微粉末を焼結したものを用いた。
The
スパッタガスをArとした雰囲気ガスに、鉛ジピバロイルメタンPb(C11H19O2)2を導入した。鉛ジピバロイルメタンガスは、供給用タンク10に入れた鉛ジピバロイルメタン液をヒーター11で約200℃に加熱して気化させ、このガスをPbガス噴射部7に導入し、ターゲット3の面に噴射させた。
Lead dipivaloylmethane Pb (C 11 H 19 O 2 ) 2 was introduced into an atmospheric gas whose sputtering gas was Ar. The lead dipivaloyl methane gas is vaporized by heating the lead dipivaloyl methane liquid in the
チャンバー1の内部のArと鉛ジピバロイルメタンとからなる雰囲気ガス圧は0.67Paとし、鉛ジピバロイルメタンの供給量の割合は15体積%とした。基板の温度を600℃に加熱・維持した状態で成膜を行った。成膜レートは、100Å/minとし、厚み5μmで膜応力による反りのない良好なPZT膜を得た。 The atmospheric gas pressure consisting of Ar and lead dipivaloylmethane in the chamber 1 was 0.67 Pa, and the supply rate of lead dipivaloylmethane was 15% by volume. Film formation was performed with the substrate temperature heated and maintained at 600 ° C. The film formation rate was 100 Å / min, and a good PZT film having a thickness of 5 μm and no warpage due to film stress was obtained.
得られたPZT膜25の組成分析を行うと化学量論的にPb(Zr0.52Ti0.48)O3であることが確認され、Pb不足は認められず、X線回折の結果は図5に示すX線回折パターンの通りペロブスカイト構造の膜であった。 When the composition analysis of the obtained PZT film 25 is performed, it is confirmed that it is stoichiometrically Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 , Pb deficiency is not recognized, and the result of X-ray diffraction is shown in FIG. As a result of the X-ray diffraction pattern, the film had a perovskite structure.
得られたPZT膜25に更に重ねてRFマグネトロンスパッタ法でAl膜26を0.3μm形成して電極として、比誘電率を測定した。
The PZT film 25 thus obtained was further overlapped to form an
図4で示す様に、静電容量計27(日置電機(株)製 デジタルHiテスター、型式3233)をPt膜(電極)24とAl膜(電極)26とに接続して室温にて静電容量Cを測定した。測定した静電容量Cの値を用いて、比誘電率εrを次式(1)より求めた。
εr=C/(εo×電極面積/誘電体の膜厚)・・・・・・(1)
εo:真空の誘電率(8.854×10-12 F/m)
比誘電率は、1260となりPZT膜として十分な値であった。
As shown in FIG. 4, a capacitance meter 27 (Digital Hi Tester, model 3233, manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.) is connected to a Pt film (electrode) 24 and an Al film (electrode) 26 and electrostatically charged at room temperature. The capacity C was measured. Using the measured value of the capacitance C, the relative dielectric constant εr was obtained from the following equation (1).
εr = C / (εo × electrode area / dielectric film thickness) (1)
εo: dielectric constant of vacuum (8.854 × 10 −12 F / m)
The relative dielectric constant was 1260, which was a sufficient value for a PZT film.
(比較例1)
雰囲気ガスにPbガスの導入をしなかった以外は実施例1と同じ条件の成膜を行った。得られた膜の組成分析を行った結果、Pb0.9(Zr0.52Ti0.48)O3であって、明らかにPb不足状態であった。さらに得られた膜は、微小なひび割れが見られ、比誘電率は測定できなかった。
(Comparative Example 1)
Film formation was performed under the same conditions as in Example 1 except that Pb gas was not introduced into the atmospheric gas. As a result of analyzing the composition of the obtained film, it was Pb 0.9 (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3, which was clearly in a Pb-deficient state. Further, the obtained film showed minute cracks, and the relative dielectric constant could not be measured.
(実施例2)
基板5の加熱温度を450℃、500℃、550℃、600℃(実施例1)、650℃、700℃となるようにした以外は実施例1と同じ設定として、PZT膜を製造した。また、加熱温度を700℃とした場合、Pb不足となったため、他の膜と同じ組成となるようにPbガスの供給量を増加した。また、Pbガスの供給量を増加したことにより成膜時のプラズマ放電が安定しない徴候が時折観察された。製造したそれぞれの膜について、SEMによる膜の表面観察及び実施例1と同じ比誘電率の測定を行った。この結果を表1に示す。尚、PZT膜の組成は全て同じPb(Zr0.52Ti0.48)O3であった。
(Example 2)
A PZT film was manufactured with the same settings as in Example 1 except that the heating temperature of the substrate 5 was 450 ° C., 500 ° C., 550 ° C., 600 ° C. (Example 1), 650 ° C., and 700 ° C. Further, when the heating temperature was set to 700 ° C., Pb was insufficient, so the supply amount of Pb gas was increased so as to have the same composition as other films. In addition, signs of unstable plasma discharge during film formation due to an increase in the supply amount of Pb gas were occasionally observed. For each of the manufactured films, the surface of the film was observed by SEM and the same dielectric constant as in Example 1 was measured. The results are shown in Table 1. The compositions of the PZT films were all the same Pb (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 .
表に示す◎、○、△、×は、それぞれ以下を表している。
SEM観察においては、次の通りとした
○:膜が緻密で表面が滑らかである
×:膜が緻密でなく表面が荒れている
比誘電率においては、次の通りとした
◎:1000以上
○:500以上1000未満
△:測定可能であり500未満
×:測定出来なかった
Pbガス供給量においては、実施例1における鉛ジピバロイルメタンの供給量の割合は15体積%を基準(1とする。)として比率を示した。
“◎”, “◯”, “Δ”, and “X” shown in the table represent the following, respectively.
In SEM observation, it was as follows. ○: The film was dense and the surface was smooth. ×: The relative dielectric constant where the film was not dense and the surface was rough was as follows. ◎: 1000 or more ○: 500 or more and less than 1000 Δ: can be measured and less than 500 ×: In the Pb gas supply amount that could not be measured, the ratio of the lead dipivaloylmethane supply amount in Example 1 was 15% by volume (1) The ratio is shown as.
1 チャンバー
2 マグネトロン・カソード
3 ターゲット
4 基板ホルダー
5 基板
6 ヒーター
7 鉛ガス噴射部
7a 噴射口
8 シャッター
9 RF電源
10 Pbガス用原料の供給タンク
11 気化用ヒーター
12 噴射部導入路
13 鉛ジピバロイルメタン液
100 Pbガス噴射部を設けたRFスパッタリング成膜装置
A スパッタリングガス導入路
B 排気路
C Pbガス供給路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記基板を加熱するための基板加熱工程と、
前記基板加熱工程で加熱した基板温度を維持し、前記RFマグネトロンスパッタリング法により前記基板の上に成膜するためのスパッタ成膜工程と、を有し、
前記スパッタ成膜工程では、雰囲気ガスの中に鉛を含むガスを導入することを特徴とするチタン酸ジルコン酸鉛膜の製造方法。 In the method for producing a lead zirconate titanate film, which uses a target made of lead zirconate titanate as a raw material by an RF magnetron sputtering method to produce a lead zirconate titanate film on a substrate,
A substrate heating step for heating the substrate;
Maintaining the substrate temperature heated in the substrate heating step, and forming a film on the substrate by the RF magnetron sputtering method,
In the sputter deposition step, a lead zirconate titanate film manufacturing method, wherein a gas containing lead is introduced into an atmospheric gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006141148A JP2007308782A (en) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Manufacturing method of titanic acid zirconic acid lead film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006141148A JP2007308782A (en) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Manufacturing method of titanic acid zirconic acid lead film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007308782A true JP2007308782A (en) | 2007-11-29 |
Family
ID=38841913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006141148A Pending JP2007308782A (en) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Manufacturing method of titanic acid zirconic acid lead film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007308782A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011127139A (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Konica Minolta Holdings Inc | Method and apparatus for producing piezoelectric thin film |
WO2012046705A1 (en) * | 2010-10-06 | 2012-04-12 | 株式会社アルバック | Dielectric film formation device and dielectric film formation method |
WO2013164955A1 (en) * | 2012-05-01 | 2013-11-07 | コニカミノルタ株式会社 | Piezoelectric element |
-
2006
- 2006-05-22 JP JP2006141148A patent/JP2007308782A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011127139A (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Konica Minolta Holdings Inc | Method and apparatus for producing piezoelectric thin film |
WO2012046705A1 (en) * | 2010-10-06 | 2012-04-12 | 株式会社アルバック | Dielectric film formation device and dielectric film formation method |
CN103140601A (en) * | 2010-10-06 | 2013-06-05 | 株式会社爱发科 | Apparatus for forming dielectric thin film and method for forming thin film |
JP5747041B2 (en) * | 2010-10-06 | 2015-07-08 | 株式会社アルバック | Dielectric film forming apparatus and dielectric film forming method |
KR101573665B1 (en) | 2010-10-06 | 2015-12-01 | 가부시키가이샤 알박 | Dielectric film formation device and dielectric film formation method |
US9593409B2 (en) | 2010-10-06 | 2017-03-14 | Ulvac, Inc. | Dielectric film forming apparatus and method for forming dielectric film |
WO2013164955A1 (en) * | 2012-05-01 | 2013-11-07 | コニカミノルタ株式会社 | Piezoelectric element |
JP5817926B2 (en) * | 2012-05-01 | 2015-11-18 | コニカミノルタ株式会社 | Piezoelectric element |
US9842984B2 (en) | 2012-05-01 | 2017-12-12 | Konica Minolta, Inc. | Piezoelectric element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4138196B2 (en) | Ferroelectric thin film manufacturing method and manufacturing apparatus therefor | |
US8047636B2 (en) | Film depositing apparatus, a film depositing method, a piezoelectric film, and a liquid ejecting apparatus | |
KR102244994B1 (en) | METHOD FOR DEPOSITING A PIEZOELECTRIC FILM CONTAlNING AlN, AND A PIEZOELECTRIC FILM CONTAlNING AlN | |
US20210143320A1 (en) | Fabrication of piezoelectric device with pmnpt layer | |
JP2007308782A (en) | Manufacturing method of titanic acid zirconic acid lead film | |
JP2010007121A (en) | DEPOSITION METHOD OF BiFeO3 FILM | |
CN104024467A (en) | Method for forming srruo3 film | |
JP4807901B2 (en) | Thin film production method | |
JP3779317B2 (en) | Thin film formation method | |
US8672457B2 (en) | Piezoelectric film and method of manufacturing same, piezoelectric device and liquid ejection apparatus | |
US20230032638A1 (en) | Physical vapor deposition of piezoelectric films | |
JP2010031343A (en) | Film deposition apparatus, film deposition method, and liquid discharger | |
JP2002177765A5 (en) | Thin film preparation method | |
US20110014394A1 (en) | film depositing apparatus and method | |
US20100090154A1 (en) | Film depositing apparatus, a film depositing method, a piezoelectric film, and a liquid ejecting apparatus | |
KR101883369B1 (en) | Device for coating Multilayer Thin Film | |
JP6823230B2 (en) | Sputtering equipment, film manufacturing method, SrRuO3-δ film, ferroelectric ceramics and their manufacturing method | |
JP3706409B2 (en) | Method for producing composite oxide thin film | |
Ortner et al. | Influence of bias voltage on the structure of lead zirconate titanate piezoelectric films prepared by gas flow sputtering | |
JPH10121233A (en) | Formation of dielectric thin film | |
JP5312138B2 (en) | Sputtering method | |
JP2007131930A (en) | Reactive magnetron sputtering system | |
WO2022189033A1 (en) | Strain-tolerant thermal barrier coatings by arc evaporation with improved cmas resistance | |
WO2018021197A1 (en) | Piezoelectric body film, piezoelectric element, and method for manufacturing piezoelectric body film | |
JPH06330304A (en) | Method for forming ferroelectric thin film and device therefor |