JP2008266772A5 - - Google Patents
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前記スパッタ法は、成膜する前記強誘電体膜の膜組成に応じた組成のターゲットと基板とを離隔配置させ、前記ターゲットの前記基板側の外周を取囲むシールド層を上下方向に間隔をおいて複数重なるように前記ターゲットと非接触状態で配置し、前記シールドの高さが前記スパッタ法による成膜時のプラズマ中のプラズマ電位Vs(V)とフローティング電位Vf(V)との差Vs−Vf(V)が35eV以下となる条件、且つ前記基板の温度が400℃以上となる条件で、前記基板上に成膜を行うものであることが好ましい。
本明細書において、「成膜温度Ts(℃)」は、成膜を行う基板の中心温度を意味するものとする。
本明細書において、「プラズマ電位Vs及びフローティング電位Vf」は、ラングミュアプローブを用い、シングルプローブ法により測定するものとする。フローティング電位Vfの測定は、プローブに成膜中の膜等が付着して誤差を含まないように、プローブの先端を基板近傍(基板から約10mm)に配し、できる限り短時間で行うものとする。◎
プラズマ電位Vsとフローティング電位Vfとの電位差Vs−Vf(V)はそのまま電子温度(eV)に変換することができる。電子温度1eV=11600K(Kは絶対温度)に相当する。
本明細書において、「成膜温度Ts(℃)」は、成膜を行う基板の中心温度を意味するものとする。
本明細書において、「プラズマ電位Vs及びフローティング電位Vf」は、ラングミュアプローブを用い、シングルプローブ法により測定するものとする。フローティング電位Vfの測定は、プローブに成膜中の膜等が付着して誤差を含まないように、プローブの先端を基板近傍(基板から約10mm)に配し、できる限り短時間で行うものとする。◎
プラズマ電位Vsとフローティング電位Vfとの電位差Vs−Vf(V)はそのまま電子温度(eV)に変換することができる。電子温度1eV=11600K(Kは絶対温度)に相当する。
焼結助剤やアクセプタイオンによって強誘電性能が低下することが知られている。本発明では焼結助剤やアクセプタイオンを必須としないので、焼結助剤やアクセプタイオンによる強誘電性能の低下が抑制され、ドナイオンの添加による強誘電性能の向上が最大限引き出される。なお、本発明では、焼結助剤やアクセプタイオンを必須としないが、特性に支障のない限り、これらを添加することは差し支えない。
プラズマ電位Vs及びフローティング電位Vfは、ラングミュアプローブを用いて測定することができる。プラズマP中にラングミュアプローブの先端を挿入し、プローブに印加する電圧を変化させると、例えば図3に示すような電流電圧特性が得られる(小沼光晴著、「プラズマと成膜の基礎」p.90、日刊工業新聞社発行)。この図では電流が0となるプローブ電位がフローティング電位Vfである。この状態は、プローブ表面へのイオン電流と電子電流の流入量が等しくなる点である。絶縁状態にある金属の表面や基板表面はこの電位になっている。プローブ電圧をフローティング電位Vfより高くしていくと、イオン電流は次第に減少し、プローブに到達するのは電子電流だけとなる。この境界の電圧がプラズマ電位Vsである。◎
Vs−Vfが基板Bに衝突するターゲットTの構成元素Tpの運動エネルギーに相関することを述べた。下記式に示すように、一般に運動エネルギーEは温度Tの関数で表されるので、基板Bに対して、Vs−Vfは温度と同様の効果を持つと考えられる。◎
E=1/2mv2=3/2kT
(式中、mは質量、vは速度、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。)
Vs−Vfは、温度と同様の効果以外にも、表面マイグレーションの促進効果、弱結合部分のエッチング効果などの効果を持つと考えられる。
Vs−Vfが基板Bに衝突するターゲットTの構成元素Tpの運動エネルギーに相関することを述べた。下記式に示すように、一般に運動エネルギーEは温度Tの関数で表されるので、基板Bに対して、Vs−Vfは温度と同様の効果を持つと考えられる。◎
E=1/2mv2=3/2kT
(式中、mは質量、vは速度、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。)
Vs−Vfは、温度と同様の効果以外にも、表面マイグレーションの促進効果、弱結合部分のエッチング効果などの効果を持つと考えられる。
成膜基板として、25mm角のSi基板上に30nm厚のTi密着層と300nm厚のIr下部電極とが順次積層された電極付き基板を用意し、この基板に対して、リング250aの枚数を5枚とした上記RFスパッタリング装置を用い、上記と同様のプラズマ条件下で、ターゲット組成を変えて、Nb添加量の異なる複数種のNbドープPZT強誘電体膜の成膜を実施した。いずれのターゲットも、Zr:Tiモル比=52:48とした。このとき発生したプラズマ電位Vsとフローティング電位Vfとを測定したところ、Vs=38V、Vf=16Vであった(Vs−Vf=22eV)。
成膜温度Tsは450℃とした。強誘電体膜の膜厚は5μmとした。以降、NbドープPZTは「Nb−PZT」と略記する。
上記強誘電体膜上にPt上部電極をスパッタリング法にて100nm厚で形成し、本発明の強誘電体素子を得た。
上記強誘電体膜上にPt上部電極をスパッタリング法にて100nm厚で形成し、本発明の強誘電体素子を得た。
Claims (10)
- 基板上に下記式(P)で表されるペロブスカイト型酸化物を含む強誘電体膜をスパッタ法により成膜する方法であって、
前記スパッタ法が、前記強誘電体膜組成に応じた組成のターゲットと基板とを離隔配置させ、前記ターゲットの前記基板側の外周を取囲むシールド層を上下方向に間隔をおいて複数重なるように前記ターゲットと非接触状態で配置し、前記シールドの高さが前記スパッタ法による成膜時のプラズマ中のプラズマ電位Vs(V)とフローティング電位Vf(V)との差Vs−Vf(V)が35eV以下となる条件、且つ前記基板の温度が400℃以上となる条件で、前記基板上に成膜するものであることを特徴とする強誘電体膜の成膜方法。
A1+δ[(ZrxTi1−x)1−yMy]Oz・・・(P)
(式中、AはAサイト元素であり、Pbを主成分とする少なくとも1種の元素である。
Zr,Ti,及びMはBサイト元素である。MはV,Nb,Ta,及びSbからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素である。
0<x≦0.7、0.1≦y≦0.4。
δ=0及びz=3が標準であるが、これらの値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準値からずれてもよい。) - 前記強誘電体膜がSiを実質的に含まないことを特徴とする請求項1に記載の強誘電体膜の成膜方法。
- 式(P)中のδが0<δ≦0.2の範囲内にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の強誘電体膜の成膜方法。
- 式(P)中のyが0.2≦y≦0.4の範囲内にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の強誘電体膜の成膜方法。
- AがBiを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の強誘電体膜の成膜方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の強誘電体膜の成膜方法によって成膜されたことを特徴とする強誘電体膜。
- 多数の柱状結晶からなる膜構造を有することを特徴とする請求項6に記載の強誘電体膜。
- 3.0μm以上の膜厚を有することを特徴とする請求項6又は7に記載の強誘電体膜。
- 請求項6〜8のいずれかに記載の強誘電体膜と、該強誘電体膜に対して電界を印加する電極とを備えたことを特徴とする強誘電体素子。
- 請求項9に記載の強誘電体素子からなる圧電素子と、
液体が貯留される液体貯留室及び該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口を有する液体貯留吐出部材とを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
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