JP2008266772A5

JP2008266772A5 -

Info

Publication number: JP2008266772A5
Application number: JP2007229789A
Authority: JP
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2027-09-05

Description

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。

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＝１／２ｍｖ^２＝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。

Claims

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。
Ａ_１＋δ［（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）_１−ｙＭ_ｙ］Ｏ_ｚ・・・（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。