JP2015098631A - Manufacturing method for lead-compound thin film - Google Patents

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雅洋 赤松
Masahiro Akamatsu
雅洋 赤松
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an excellent lead-compound thin film.SOLUTION: There is prepared a lead-compound thin film manufacturing method comprising: a chamber; a plurality of evaporation sources arranged in said chamber and including a Pb evaporation source having a Pb material; and a substrate holder arranged in said chamber and above said evaporation sources and capable of holding a substrate. Before the substrate is arranged in the substrate holder, the inside of the chamber is evacuated, and the Pb material of the Pb evaporation source is heated to 900°C or higher. While the inside of the chamber being evacuated, the substrate is arranged in the substrate holder. After the substrate is arranged in the substrate holder, a plurality of evaporation materials containing the Pb material are evaporated from the evaporation sources so that a lead compound thin film is evaporated on said substrate surface.

Description

本発明は、鉛を含む化合物薄膜を物理蒸着法により製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a compound thin film containing lead by physical vapor deposition.

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)やチタン酸ジルコン酸ランタン鉛(PLZT)等に代表される、鉛(Pb)を含む多元系酸化物強誘電体は、優れた圧電性や焦電性、電気光学特性等を有し、様々な電子デバイスへ応用されている。このような多元系酸化物強誘電体は、たとえば、真空蒸着法やイオンプレーティング法等を用いて、基板上に成膜することができる。たとえば、特許文献1,2には、圧力勾配型アーク放電プラズマガンで生成した高密度プラズマで、蒸発源から蒸発した各種ソースガスを活性化し、酸素雰囲気中で、基板上に多元系酸化物強誘電体からなる薄膜を蒸着する、アーク放電反応式イオンプレーティング法、が提案されている。   Multi-element oxide ferroelectrics containing lead (Pb), such as lead zirconate titanate (PZT) and lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), have excellent piezoelectricity, pyroelectricity, and electro-optics. It has characteristics and is applied to various electronic devices. Such a multi-element oxide ferroelectric can be formed on a substrate by using, for example, a vacuum deposition method or an ion plating method. For example, in Patent Documents 1 and 2, various source gases evaporated from an evaporation source are activated by high-density plasma generated by a pressure gradient arc discharge plasma gun, and a multi-component oxide strong oxide is formed on a substrate in an oxygen atmosphere. An arc discharge reactive ion plating method for depositing a thin film made of a dielectric has been proposed.

特許4138196号公報Japanese Patent No. 4138196 特開2011−204776号公報JP 2011-204776 A

本発明の目的は、良質な鉛化合物薄膜を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a high-quality lead compound thin film.

本発明の主な観点によれば、a)チャンバと、該チャンバ内に配置され、Pb原料を備えるPb蒸発源を含む複数の蒸発源と、該チャンバ内であって該複数の蒸発源の上方に配置され、基板を保持することができる基板ホルダと、を少なくとも具備する蒸着装置を用意する工程と、b)前記基板ホルダに前記基板を配設する前に、前記チャンバ内を減圧して、前記Pb蒸発源のPb原料を900℃以上に加熱する工程と、c)前記チャンバ内を減圧したまま、前記基板ホルダに前記基板を配設する工程と、d)前記基板ホルダに前記基板を配設した後に、前記複数の蒸発源からPb原料を含む複数の蒸発原料を蒸発させ、該基板表面に鉛化合物薄膜を蒸着する工程と、を含む鉛化合物薄膜の製造方法、が提供される。   According to the main aspect of the present invention, a) a chamber, a plurality of evaporation sources including a Pb evaporation source disposed in the chamber and comprising a Pb raw material, and above the plurality of evaporation sources in the chamber A step of preparing a deposition apparatus comprising at least a substrate holder capable of holding the substrate; and b) reducing the pressure in the chamber before disposing the substrate on the substrate holder, A step of heating the Pb source of the Pb evaporation source to 900 ° C. or higher, c) a step of disposing the substrate in the substrate holder while reducing the pressure in the chamber, and d) arranging the substrate in the substrate holder. And a step of evaporating a plurality of evaporation materials including a Pb material from the plurality of evaporation sources and depositing a lead compound thin film on the surface of the substrate.

良質な鉛化合物薄膜が得られる。   A high-quality lead compound thin film can be obtained.

図1Aはアーク放電反応式イオンプレーティング装置の構成例を示す概略図であり、図1Bは当該装置に配設される基板および当該基板上に形成される鉛化合物薄膜を示す断面図である。FIG. 1A is a schematic view showing a configuration example of an arc discharge reactive ion plating apparatus, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a substrate disposed in the apparatus and a lead compound thin film formed on the substrate. 図2Aは参考例による鉛化合物薄膜の製造方法を示すフローチャートであり、図2Bおよび図2Cは、製造した鉛化合物薄膜の表面を撮影した顕微鏡写真である。FIG. 2A is a flowchart showing a method for producing a lead compound thin film according to a reference example, and FIGS. 2B and 2C are photomicrographs obtained by photographing the surface of the produced lead compound thin film. 図3Aは実施例による鉛化合物薄膜の製造方法を示すフローチャートであり、図3Bは参考例および実施例による鉛化合物薄膜のパーティクル密度を比較するグラフである。FIG. 3A is a flowchart showing a method of manufacturing a lead compound thin film according to an example, and FIG. 3B is a graph comparing particle densities of lead compound thin films according to a reference example and an example.

以下、鉛化合物薄膜としてPZT膜を形成する方法について説明する。なお、鉛化合物薄膜は、PZT膜に限らず、PLZT膜などであってもよい。   Hereinafter, a method for forming a PZT film as a lead compound thin film will be described. The lead compound thin film is not limited to the PZT film but may be a PLZT film or the like.

図1Aは、PZT膜を作製する際に用いるアーク放電反応性イオンプレーティング(ADRIP)装置100を示す概略側面図である。ADRIP装置100は、反応チャンバ(メインチャンバ)101に、主に、基板ホルダ104,各種蒸発源106〜108,ガス供給機構109,プラズマガン110およびサブチャンバ120等が取り付けられた構成である。   FIG. 1A is a schematic side view showing an arc discharge reactive ion plating (ADRIP) apparatus 100 used when producing a PZT film. The ADRIP apparatus 100 is configured such that a substrate holder 104, various evaporation sources 106 to 108, a gas supply mechanism 109, a plasma gun 110, a sub chamber 120, and the like are attached to a reaction chamber (main chamber) 101.

反応チャンバ101には真空排気装置130に接続されおり、反応チャンバ101内を高真空(1x10−4Pa以上の真空度、圧力としては1x10−4Pa以下)に排気することが可能である。 The reaction chamber 101 is connected to a vacuum exhaust device 130, and the inside of the reaction chamber 101 can be evacuated to a high vacuum (a vacuum degree of 1 × 10 −4 Pa or higher and a pressure of 1 × 10 −4 Pa or lower).

反応チャンバ101の上面を貫通して回転軸102が設けられており、背面に輻射加熱方式のヒータ103を備えた基板ホルダ104が接続されている。基板ホルダ104は、基板105を保持できる構成である。   A rotation shaft 102 is provided through the upper surface of the reaction chamber 101, and a substrate holder 104 provided with a radiant heating type heater 103 is connected to the rear surface. The substrate holder 104 is configured to hold the substrate 105.

また、反応チャンバ101の上面を貫通して、反応ガス供給機構109が設けられており、反応ガス供給機構109から基板105表面に反応ガス、たとえば酸素(O)を供給することができる。 Further, a reaction gas supply mechanism 109 is provided through the upper surface of the reaction chamber 101, and a reaction gas such as oxygen (O 2 ) can be supplied from the reaction gas supply mechanism 109 to the surface of the substrate 105.

反応チャンバ101の底部には、各種蒸発源106〜108が備えられている。各種蒸発源106〜108は、たとえば各種蒸発原料がカーボン製ルツボに充填された構成を有している。各種蒸発原料は、たとえば電子ビーム照射により、加熱・蒸発される。基板105表面にPZT膜を形成する場合、各種蒸発源106〜108として、それぞれ鉛(Pb)原料,ジルコニウム(Zr)原料,チタン(Ti)原料を含む蒸発源が用いられる。   Various evaporation sources 106 to 108 are provided at the bottom of the reaction chamber 101. The various evaporation sources 106 to 108 have a configuration in which, for example, various evaporation raw materials are filled in a carbon crucible. Various evaporation materials are heated and evaporated by, for example, electron beam irradiation. When a PZT film is formed on the surface of the substrate 105, evaporation sources containing lead (Pb) raw material, zirconium (Zr) raw material, and titanium (Ti) raw material are used as the various evaporation sources 106 to 108, respectively.

反応チャンバ101の側面には、陽極、陰極、磁場発生コイル等を備えたプラズマガン110が設けられている。プラズマガン110は、Ar,He等の不活性ガス(放電ガス)を、アーク放電により電離・活性化する。そして、磁場発生コイルにより発生する磁場・放電ガスの圧力勾配によって、チャンバ101内であって基板105と各種蒸発源106〜108との間にプラズマ118を導出する。   A plasma gun 110 having an anode, a cathode, a magnetic field generating coil, and the like is provided on the side surface of the reaction chamber 101. The plasma gun 110 ionizes and activates an inert gas (discharge gas) such as Ar or He by arc discharge. Then, the plasma 118 is led out between the substrate 105 and the various evaporation sources 106 to 108 in the chamber 101 by the pressure gradient of the magnetic field / discharge gas generated by the magnetic field generating coil.

蒸発源106,107,108から蒸発した各種原料蒸気は、プラズマ118を通過する際に活性化されて、基板105に到達する。反応ガス供給機構109から酸素ガスが導入されることによって、高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種が生成され、基板105近傍で蒸発源106、107、108から蒸発した原料蒸気と反応して酸化物を形成する。   Various raw material vapors evaporated from the evaporation sources 106, 107 and 108 are activated when passing through the plasma 118 and reach the substrate 105. By introducing oxygen gas from the reactive gas supply mechanism 109, high-density oxygen plasma and active species of oxygen are generated, and react with the raw material vapor evaporated from the evaporation sources 106, 107, 108 in the vicinity of the substrate 105 to oxidize. Form things.

なお、反応チャンバ101の側面には、サブチャンバ120が設けられている。サブチャンバ120は、高真空に排気が可能であり、また、基板105の収容が可能である。高真空に排気可能なサブチャンバ120を具備していることにより、反応チャンバ101内を高真空に維持したまま、基板105を反応チャンパ101に出し入れすることができる。   A sub chamber 120 is provided on the side surface of the reaction chamber 101. The sub-chamber 120 can be evacuated to a high vacuum and can accommodate the substrate 105. By including the sub-chamber 120 that can be evacuated to a high vacuum, the substrate 105 can be taken in and out of the reaction chamber 101 while the inside of the reaction chamber 101 is maintained at a high vacuum.

図1Bは、基板105および基板105上に形成されるPZT膜15を示す断面図である。   FIG. 1B is a cross-sectional view showing the substrate 105 and the PZT film 15 formed on the substrate 105.

基板105は、たとえば、Si基板11および酸化シリコン層12を含む支持基板、ならびに、Ti層13およびPt層14を含む下側電極が積層する構成である。基板105は、たとえば、Si基板11表面に熱酸化により酸化シリコン膜12を形成し、酸化シリコン膜12上にスパッタリング法でTi層13およびPt層14を形成することにより作製することができる。   The substrate 105 has a structure in which, for example, a support substrate including the Si substrate 11 and the silicon oxide layer 12 and a lower electrode including the Ti layer 13 and the Pt layer 14 are stacked. The substrate 105 can be produced, for example, by forming a silicon oxide film 12 on the surface of the Si substrate 11 by thermal oxidation, and forming a Ti layer 13 and a Pt layer 14 on the silicon oxide film 12 by a sputtering method.

PZT膜15は、ADRIP装置100を用いて、基板105の下側電極(Pt層16)表面に形成される。なお、作製したPZT膜15表面に、上側電極として、たとえばPt層16を形成することにより、下側電極,PZT膜15および上側電極を含むデバイス20は圧電素子として利用することが可能である。Pt層16は、たとえばスパッタリング法などにより形成することができる。   The PZT film 15 is formed on the surface of the lower electrode (Pt layer 16) of the substrate 105 using the ADRIP apparatus 100. In addition, by forming, for example, a Pt layer 16 as an upper electrode on the surface of the manufactured PZT film 15, the device 20 including the lower electrode, the PZT film 15 and the upper electrode can be used as a piezoelectric element. The Pt layer 16 can be formed by sputtering, for example.

図2Aは、参考例によるPZT膜15の成膜工程を示すフローチャートである。以下、図1Aに示されるADRIP装置100の構成を参照しながら、PZT膜15の成膜工程について説明する。   FIG. 2A is a flowchart showing a film forming process of the PZT film 15 according to the reference example. Hereinafter, the process of forming the PZT film 15 will be described with reference to the configuration of the ADRIP apparatus 100 shown in FIG. 1A.

まず、基板105を基板ホルダ104に配設する前に、反応チャンバ101内を、たとえば1x10−4Pa以上の高真空に排気する(工程S101)。このとき、基板105はサブチャンバ120内に収容されており、サブチャンバ120内も反応チャンバ101内と同程度の真空度に排気される。 First, before disposing the substrate 105 on the substrate holder 104, the inside of the reaction chamber 101 is evacuated to a high vacuum of, for example, 1 × 10 −4 Pa or more (step S101). At this time, the substrate 105 is accommodated in the sub-chamber 120, and the sub-chamber 120 is also evacuated to the same degree of vacuum as in the reaction chamber 101.

次に、基板105をサブチャンバ120から反応チャンバ101に移動し、反応チャンバ101内の基板ホルダ104に配設する(工程S102)。続けて、輻射加熱方式のヒータ103により基板105の温度が500℃になるように加熱する(工程S102)。   Next, the substrate 105 is moved from the sub-chamber 120 to the reaction chamber 101 and disposed on the substrate holder 104 in the reaction chamber 101 (step S102). Subsequently, the substrate 105 is heated by the radiant heating type heater 103 so that the temperature of the substrate 105 becomes 500 ° C. (step S102).

基板105の温度が約500℃に達した後、プラズマガン118にArガスを1sccm〜100sccm(実施例では10sccm)、Heガスを5sccm〜300sccm(実施例では100sccm)導入し、プラズマガン110の陰極と陽極との間に直流電圧を印加してアーク放電プラズマ118を発生させる。そして、磁場発生コイルにより発生する磁場・放電ガスの圧力勾配によってチャンバ101内にプラズマ118を導入する(工程S103)。続けて、反応ガス供給機構109から酸素ガスを50sccm〜400sccm(実施例では250sccm)導入して高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種を生成する(工程S104)。   After the temperature of the substrate 105 reaches about 500 ° C., Ar gas is introduced into the plasma gun 118 at 1 sccm to 100 sccm (10 sccm in the embodiment), He gas is introduced at 5 sccm to 300 sccm (100 sccm in the embodiment), and the cathode of the plasma gun 110 is introduced. An arc discharge plasma 118 is generated by applying a DC voltage between the anode and the anode. Then, the plasma 118 is introduced into the chamber 101 by the pressure gradient of the magnetic field / discharge gas generated by the magnetic field generating coil (step S103). Subsequently, oxygen gas is introduced at 50 sccm to 400 sccm (250 sccm in the embodiment) from the reaction gas supply mechanism 109 to generate high-density oxygen plasma and active species of oxygen (step S104).

その後、各種蒸発源106,107,108からそれぞれPb、Zr、Ti原料を蒸発させる(工程S105)。なお、各種蒸発原料の蒸発量は、Pb蒸発量がZrとTiの蒸発量の合計に対して10倍までの範囲になるように、かつ、ZrとTiの蒸発量がほぼ同等になるように制御することが好ましい。各種蒸発原料の蒸発量は、各種原料に照射する電子ビームの強度を調整することにより制御することができ、また、水晶振動子式膜厚センサなどを用いることにより検出・監視することができる。   Thereafter, Pb, Zr, and Ti materials are evaporated from the various evaporation sources 106, 107, and 108, respectively (step S105). The evaporation amounts of the various evaporation materials are such that the Pb evaporation amount is in the range of up to 10 times the total evaporation amount of Zr and Ti, and the evaporation amounts of Zr and Ti are substantially equal. It is preferable to control. The amount of evaporation of the various evaporation materials can be controlled by adjusting the intensity of the electron beam applied to the various materials, and can be detected and monitored by using a crystal oscillator type film thickness sensor or the like.

以上により、基板ホルダ104に保持される基板105表面に、ペロブスカイト型結晶構造を有するPZT膜15が成膜される。なお、実施例において作製したPZT膜15の面積は、15000mm程度である。 Thus, the PZT film 15 having a perovskite crystal structure is formed on the surface of the substrate 105 held by the substrate holder 104. In addition, the area of the PZT film | membrane 15 produced in the Example is about 15000 mm < 2 >.

図2Bは、作製したPZT膜15の一部の表面を撮影した光学顕微鏡写真であり、図2Cは、図2Bにおいて円によって囲む領域の一部を拡大して撮影した電子顕微鏡写真である。これらの写真に示すように、作製したPZT膜15の表面には多数の小塊(パーティクル)が形成されることが確認された。たとえば、図2Cに示すパーティクルの直径は、9μm程度である。   2B is an optical micrograph obtained by photographing a part of the surface of the produced PZT film 15, and FIG. 2C is an electron micrograph obtained by enlarging a part of a region surrounded by a circle in FIG. 2B. As shown in these photographs, it was confirmed that many small particles (particles) were formed on the surface of the produced PZT film 15. For example, the diameter of the particles shown in FIG. 2C is about 9 μm.

本願発明者によれば、各種原料蒸発工程(工程S105)においてPb原料を加熱・蒸発させる際、Pb原料が突沸(スプラッシュ)することが確認されている。なお、突沸は、Pb原料のみで生じ、Zr原料およびTi原料では生じないことも確認されている。   According to the inventor of the present application, it is confirmed that the Pb raw material bumps (splashes) when the Pb raw material is heated and evaporated in various raw material evaporation steps (step S105). It has also been confirmed that bumping occurs only with the Pb raw material and does not occur with the Zr raw material and the Ti raw material.

このようなPb原料の突沸は、Pb原料に含有されるガス(空気等)ないしそれを収容するルツボに吸着しているガス(空気等)が、加熱され融液化したPb原料から放出される際に生じるものと考えられる。また、PZT膜15に形成されるパーティクルは、Pb原料の突沸によって、融液化したPb原料が飛散して基板105に付着したものと考えられる。したがって、顕微鏡写真により観察されたパーティクルは、蒸発原料の一つであるPbによって構成されているものと考えられる。   Such bumping of the Pb raw material occurs when the gas (air, etc.) contained in the Pb raw material or the gas (air, etc.) adsorbed on the crucible containing it is released from the heated and melted Pb raw material. It is thought that it occurs. Further, it is considered that the particles formed on the PZT film 15 are adhered to the substrate 105 by the melted Pb material being scattered by bumping of the Pb material. Therefore, it is considered that the particles observed by the micrograph are composed of Pb which is one of the evaporation raw materials.

このようなパーティクルは、成膜時におけるPZT膜の結晶性を劣化させる可能性があり、また、作製したPZT膜に電圧を印加した際の絶縁破壊の起点となりうる。したがって、PZT膜におけるパーティクル数は、極力低減させることが好ましい。   Such particles may deteriorate the crystallinity of the PZT film at the time of film formation, and may become a starting point of dielectric breakdown when a voltage is applied to the manufactured PZT film. Therefore, it is preferable to reduce the number of particles in the PZT film as much as possible.

図3Aは、実施例によるPZT膜15の成膜工程を示すフローチャートである。以下、実施例によるPZT膜15の成膜工程について、参考例によるPZT膜15の成膜工程(図2A)との違いを説明する。   FIG. 3A is a flowchart illustrating a film forming process of the PZT film 15 according to the embodiment. Hereinafter, the difference between the film forming process of the PZT film 15 according to the embodiment and the film forming process of the PZT film 15 according to the reference example (FIG. 2A) will be described.

実施例によるPZT膜15の成膜工程は、排気工程(工程S101)と基板配設工程(工程S102)との間に、Pb原料加熱工程(工程S111)を有している。つまり、基板105を基板ホルダ104に配設する前に、反応チャンバ101内を高真空に排気して(工程S101)、Pb原料のみ、たとえば900℃以上の温度に加熱する(工程S111)。その後、反応チャンバ101内の真空度を維持したまま、基板105を基板ホルダ104に配設し(工程S102)、参考例によるPZT膜15の成膜工程と同様に、基板105表面にPZT膜15を形成する(工程S103〜S105)。   The film forming process of the PZT film 15 according to the embodiment includes a Pb raw material heating process (process S111) between the exhaust process (process S101) and the substrate disposing process (process S102). That is, before disposing the substrate 105 on the substrate holder 104, the inside of the reaction chamber 101 is evacuated to a high vacuum (step S101), and only the Pb raw material is heated to a temperature of, for example, 900 ° C. or more (step S111). Thereafter, the substrate 105 is disposed on the substrate holder 104 while maintaining the degree of vacuum in the reaction chamber 101 (step S102), and the PZT film 15 is formed on the surface of the substrate 105 in the same manner as the PZT film 15 forming process according to the reference example. Are formed (steps S103 to S105).

排気工程(工程S101)と基板配設工程(工程S102)との間に、Pb原料加熱工程(工程S111)を設けることにより、各種原料蒸発工程(工程S105)においてPb原料を加熱・蒸発させる際のPb原料の突沸が抑制される。これは、突沸を誘引するPb原料等に混入するガスの大部分が、Pb原料加熱工程(工程S111)において既に放出されてしまっているからと考えられる。このため、Pb原料加熱工程を実施して(実施例による成膜方法で)作製したPZT膜は、Pb原料加熱工程(工程S111)を実施しないで(参考例による成膜方法で)作製したPZT膜よりもパーティクル数が低減する。   When a Pb source material is heated and evaporated in various source evaporation steps (step S105) by providing a Pb source heating step (step S111) between the exhaust step (step S101) and the substrate placement step (step S102). Bumping of the Pb raw material is suppressed. This is presumably because most of the gas mixed in the Pb raw material that induces bumping has already been released in the Pb raw material heating step (step S111). For this reason, the PZT film produced by carrying out the Pb raw material heating step (by the film forming method according to the example) was prepared without performing the Pb raw material heating step (step S111) (by the film forming method by the reference example). The number of particles is reduced compared to the film.

本発明者は、図2Aに示すフローチャート(参考例による成膜方法)に従って7つのPZT膜を作製し、図3Aに示すフローチャート(実施例による成膜方法)に従って6つのPZT膜を作製した。なお、参考例による製造方法により作製された7つのPZT膜に、サンプル番号1〜7を付すこととし、実施例による製造方法により作製された6つのPZT膜に、サンプル番号8〜13を付すこととする。   The inventor produced seven PZT films according to the flowchart shown in FIG. 2A (deposition method according to the reference example), and produced six PZT films according to the flowchart shown in FIG. 3A (deposition method according to the example). Sample numbers 1 to 7 are assigned to the seven PZT films manufactured by the manufacturing method according to the reference example, and sample numbers 8 to 13 are assigned to the six PZT films manufactured by the manufacturing method according to the examples. And

図3Bは、作製したPZT膜のパーティクル密度を示すグラフである。グラフの横軸は、作製したPZT膜のサンプル番号1〜13を示し、グラフの縦軸は、PZT膜表面における1mmあたりの平均パーティクル数(パーティクル密度)を示す。 FIG. 3B is a graph showing the particle density of the produced PZT film. The horizontal axis of the graph indicates sample numbers 1 to 13 of the produced PZT film, and the vertical axis of the graph indicates the average number of particles (particle density) per mm 2 on the surface of the PZT film.

このグラフから、サンプル番号1〜7のPZT膜よりも、サンプル番号8〜13のPZT膜のほうが、パーティクル密度が低くなる傾向があることがわかる。つまり、参考例による成膜方法(図2A)で作製したPZT膜よりも、実施例による成膜方法(図3A)で作製したPZT膜のほうが、パーティクル密度が低くなる傾向があることがわかる。   From this graph, it can be seen that the particle density tends to be lower in the PZT films of sample numbers 8 to 13 than in the PZT films of sample numbers 1 to 7. That is, it can be seen that the particle density tends to be lower in the PZT film produced by the film forming method according to the example (FIG. 3A) than in the PZT film produced by the film forming method according to the reference example (FIG. 2A).

このような結果から、PZT膜を形成する方法において、排気工程(工程S101)と基板配設工程(工程S102)との間に、Pb原料加熱工程(工程S111)を設けることにより、作製されるPZT膜のパーティクル密度を低減させることができることがわかった。なお、本発明者のさらなる検討によれば、パーティクル密度低減の観点から、Pb原料加熱工程(工程S111)では、Pb原料を900℃以上で加熱することが好ましく、さらには1000℃以上で5分間以上加熱することがより好ましいことがわかっている。また、融液化したPb原料の吹きこぼれ抑制の観点から、Pb原料加熱工程(工程S111)では、Pb原料を1700℃以下で加熱することが好ましいであろう。   From these results, in the method of forming the PZT film, the Pb raw material heating step (step S111) is provided between the exhaust step (step S101) and the substrate disposing step (step S102). It was found that the particle density of the PZT film can be reduced. In addition, according to the further study by the present inventors, in the Pb raw material heating step (step S111), it is preferable to heat the Pb raw material at 900 ° C. or higher, and more preferably 1000 ° C. or higher for 5 minutes from the viewpoint of reducing the particle density. It has been found that heating is more preferable. Further, from the viewpoint of suppressing spillage of the melted Pb material, it is preferable to heat the Pb material at 1700 ° C. or lower in the Pb material heating step (step S111).

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、基板表面に形成する薄膜は、PZT膜に限らず、Pbを含む化合物薄膜であればよいであろう。また、薄膜の形成方法は、ADRIP法に限らず、真空蒸着法やイオンプレーティング法など、Pb原料を加熱・蒸発させて成膜する方法であればよいであろう。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not restrict | limited to these. For example, the thin film formed on the substrate surface is not limited to the PZT film, but may be a compound thin film containing Pb. The thin film formation method is not limited to the ADRIP method, and any method may be used as long as the Pb raw material is heated and evaporated, such as a vacuum evaporation method or an ion plating method. It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

11…Si基板、12…酸化シリコン層、13…Ti層、14…Pt層(下側電極)、15…PZT膜、16…Pt層(上側電極)、20…圧電素子、100…ADRIP装置、101…反応チャンバ(メインチャンバ)、102…回転軸、103…ヒータ、104…基板ホルダ、105…基板、106〜108…蒸発源、109…反応ガス供給機構、110…プラズマガン、118…プラズマ、120…サブチャンバ、130…真空排気装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Si substrate, 12 ... Silicon oxide layer, 13 ... Ti layer, 14 ... Pt layer (lower electrode), 15 ... PZT film, 16 ... Pt layer (upper electrode), 20 ... Piezoelectric element, 100 ... ADRIP device, DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Reaction chamber (main chamber), 102 ... Rotating shaft, 103 ... Heater, 104 ... Substrate holder, 105 ... Substrate, 106-108 ... Evaporation source, 109 ... Reaction gas supply mechanism, 110 ... Plasma gun, 118 ... Plasma, 120 ... sub chamber, 130 ... evacuation device.

Claims (4)

a)チャンバと、該チャンバ内に配置され、Pb原料を備えるPb蒸発源を含む複数の蒸発源と、該チャンバ内であって該複数の蒸発源の上方に配置され、基板を保持することができる基板ホルダと、を少なくとも具備する蒸着装置を用意する工程と、
b)前記基板ホルダに前記基板を配設する前に、前記チャンバ内を減圧して、前記Pb蒸発源のPb原料を900℃以上に加熱する工程と、
c)前記チャンバ内を減圧したまま、前記基板ホルダに前記基板を配設する工程と、
d)前記基板ホルダに前記基板を配設した後に、前記複数の蒸発源からPb原料を含む複数の蒸発原料を蒸発させ、該基板表面に鉛化合物薄膜を蒸着する工程と、
を含む鉛化合物薄膜の製造方法。
a) a plurality of evaporation sources including a chamber, a Pb evaporation source disposed in the chamber and including a Pb raw material, and disposed in the chamber and above the plurality of evaporation sources to hold a substrate; A step of preparing a vapor deposition apparatus comprising at least a substrate holder capable of;
b) before disposing the substrate on the substrate holder, reducing the pressure in the chamber and heating the Pb raw material of the Pb evaporation source to 900 ° C. or higher;
c) disposing the substrate in the substrate holder while reducing the pressure in the chamber;
d) after disposing the substrate on the substrate holder, evaporating a plurality of evaporation materials including a Pb material from the plurality of evaporation sources, and depositing a lead compound thin film on the substrate surface;
For producing a lead compound thin film comprising:
前記工程b)において、前記Pb蒸発源のPb原料は、1000℃以上で5分間以上加熱される請求項1記載の鉛化合物薄膜の製造方法。   2. The method for producing a lead compound thin film according to claim 1, wherein in step b), the Pb raw material of the Pb evaporation source is heated at 1000 ° C. or more for 5 minutes or more. 前記蒸着装置は、さらに、前記複数の蒸発源と前記基板ホルダに保持される基板との間にプラズマを導入することができるプラズマガンと、前記基板ホルダに保持される基板表面に反応ガスを供給することができる反応ガス供給機構と、を具備し、
前記工程d)において、前記鉛化合物薄膜は、前記複数の蒸発源からPbを含む複数の蒸発原料を蒸発させ、該蒸発した蒸発原料を前記プラズマにより活性化し、該活性化した蒸発原料を前記基板表面において前記反応ガスと反応させることにより、形成される請求項1または2記載の鉛化合物薄膜の製造方法。
The vapor deposition apparatus further supplies a reactive gas to a plasma gun capable of introducing plasma between the plurality of evaporation sources and the substrate held by the substrate holder, and a substrate surface held by the substrate holder A reactive gas supply mechanism capable of
In the step d), the lead compound thin film evaporates a plurality of evaporation materials containing Pb from the plurality of evaporation sources, activates the evaporated evaporation materials by the plasma, and converts the activated evaporation materials into the substrate. The method for producing a lead compound thin film according to claim 1 or 2, wherein the lead compound thin film is formed by reacting with the reaction gas on the surface.
前記複数の蒸発源は、前記Pb蒸発源のほかに、Zr原料を備えるZr蒸発源およびTi原料を備えるTi蒸発源を含み、前記反応ガスは、酸素ガスを含み、前記鉛化合物薄膜は、PZT膜である請求項3記載の鉛化合物薄膜の製造方法。   In addition to the Pb evaporation source, the plurality of evaporation sources include a Zr evaporation source including a Zr raw material and a Ti evaporation source including a Ti raw material, the reaction gas includes oxygen gas, and the lead compound thin film includes PZT The method for producing a lead compound thin film according to claim 3 which is a film.
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