JP2011204776A - 圧電体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(a)Si基板11上方に、酸化シリコンの絶縁膜12、Ti層14、その上にPt層16を堆積し、(b)Ti層14、Pt層16を堆積した基板11をプラズマ気相堆積装置に搬入し、(c)プラズマ気相堆積装置内において、基板11を不活性ガス雰囲気中で、圧電体膜堆積温度まで加熱し、(d)プラズマ気相堆積装置内において、加熱した基板11上に、プラズマ気相堆積により、酸化物圧電体膜18を堆積する。さらに圧電体膜18上にPt等の上部電極20が形成される。
【選択図】図2−1
Description
(a)基板上方に、Ti層、その上にPt層を堆積する工程と、
(b)前記Ti層、Pt層を堆積した基板をプラズマ気相堆積装置に搬入する工程と、
(c)前記プラズマ気相堆積装置内において、前記基板を不活性ガス雰囲気中で、圧電体膜堆積温度まで加熱する工程と、
(d)前記プラズマ気相堆積装置内において、加熱した前記基板上に、プラズマ気相堆積により、酸化物圧電体膜を堆積する工程と、
を含む圧電体素子の製造方法
が提供される。
再現性が向上する。
膜の様子はPt電極の影響を受けてグレーに見えるが、ムラの部分は図に示すように他の部分と比較して若干黒みがかった色をしている。
ともに光沢は見られるが、顕微鏡などで表面を拡大して観察すると、黒みがかった部分のほうは若干平坦性が無かった。
そして誘電率は、黒みがかった部分のほうが大きいという傾向が見られた。
このような不均一のある膜を用いて圧電薄膜素子を形成すると歩留まりは悪い。基板内の温度分布を無くすために長時間温度を保持した後に、圧電体膜を成膜しても、ムラは発生した。繰り返し成膜をおこなってもムラの発生のしかたが変化するので、基板ホルダに何らかの原因がある可能性は少ないと考えられる。どのような現象が生じているか検討する為に、Ti膜・Pt膜を成膜した基板を真空中で成膜基板温度で加熱処理をおこなった後、取り出して分析をおこなった。
輻射式加熱ヒータ103の温度の変化に対するSi基板11の温度変化には時間的なズレ(遅れて変化する)があるので、一定の時間をおいてから成膜をおこなう。一定の時間の例として、ヒータの温度が一定となってから60分程度経てから成膜を実施している。
ガス供給機構109から酸素ガスを導入することによって反応チャンバ101内に生成された酸素活性種の存在下で、輻射加熱方式のヒータ103によって500℃程度に加熱された基板105上にPZT薄膜の成膜をおこなった。上記薄膜形成時の真空容器内圧力は0.1Pa前後であり、PZT膜の堆積速度は約15Å/sec程度であった。この膜の誘電率・誘電損を測定したところ、それぞれ800〜1200、0.03程度の、ものが得られた。
1)PZT圧電体膜において、膜ムラが見られなくなった、
2)膜厚分布が、±6.7%から±3.8%に減少した、
3)基板面内において誘電率の分布が±9.7%から±5.5%に減少し、誘電損が±25%から±11%に減少した(誘電特性のばらつきが減少した)、
4)再現性が向上した。
α(xyz)=I(xyz)/ΣI(abc)
で定義した配向度で評価した。ここでI(xyz)は(xyz)面の回折強度、ΣI(abc)は全回折強度の総和で、配向度α(xyz)は全回折強度の総和に対する(xyz)面の回折強度の割合を示す。ただし(002)は、(001)面と等価な面であるため、回折強度の総和には含めなかった。
このように、結晶の配向が<001>に揃った圧電体膜が得られている。<001>に配向の揃った圧電体膜を用いることにより、特性のすぐれた圧電体素子が得られるものと推測される。
12 酸化シリコン膜、
14 Ti層、
16 Pt層、
18 PZT膜、
20 Pt層、
101 反応チャンバ、
103 ヒータ、
104 基板ホルダ、
109 ガス供給機構、
120 プラズマ発生ガス供給機構。
Claims (5)
- (a)基板上方に、Ti層、その上にPt層を堆積する工程と、
(b)前記Ti層、Pt層を堆積した基板をプラズマ気相堆積装置に搬入する工程と、
(c)前記プラズマ気相堆積装置内において、前記基板を不活性ガス雰囲気中で、圧電体膜堆積温度まで加熱する工程と、
(d)前記プラズマ気相堆積装置内において、加熱した前記基板上に、プラズマ気相堆積により、酸化物圧電体膜を堆積する工程と、
を含む圧電体素子の製造方法。 - 前記不活性ガスが、Ar,Heの少なくとも一方を含む、請求項1記載の圧電体素子の製造方法。
- 前記不活性ガスが、(Ar+He)の混合ガスである、請求項1又は2に記載の圧電体素子の製造方法。
- 前記工程(c)の不活性ガス雰囲気圧力が、10−0Pa〜10−2Paの範囲内である請求項1〜3のいずれか1項記載の圧電体素子の製造方法。
- 前記工程(a)がスパッタリング又は蒸着で行なわれ、前記工程(d)がアーク放電反応性イオンプレーティングで行なわれ、前記酸化物圧電体が、PZTである請求項1〜4のいずれか1項記載の圧電体素子の製造方法。
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