JP2015154015A - 強誘電体セラミックス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な圧電特性を有する圧電体膜およびその製造方法を提供する。【解決手段】（１００）に配向したＳｉ基板１０１と、Ｓｉ基板１０１上に形成された（２００）に配向したＺｒＯ２膜１０２と、ＺｒＯ２膜１０２上に形成され、（２００）に配向したＰｔ膜１０３と、Ｐｔ膜１０３上に形成された圧電体膜と、を具備する強誘電体セラミックス。ＺｒＯ２膜１０２は５５０℃以下の温度で蒸着法により形成し、Ｐｔ膜１０３は５５０℃以下の温度でスパッタリングによって形成する。【選択図】図１
Description
本発明は、強誘電体セラミックス及びその製造方法に関する。
従来のPb(Zr,Ti)O3（以下、「PZT」という。）ペロブスカイト型強誘電体セラミックスの製造方法について説明する。
4インチSiウエハ上に膜厚300nmのSiO2膜を形成し、このSiO2膜上に膜厚5nmのTiOX膜を形成する。次に、このTiOX膜上に例えば(111)に配向した膜厚150nmのPt膜を形成し、このPt膜上にスピンコーターによってPZTゾルゲル溶液を回転塗布する。この際のスピン条件は、1500rpmの回転速度で30秒間回転させ、4000rpmの回転速度で10秒間回転させる条件である。
次に、この塗布されたPZTゾルゲル溶液を250℃のホットプレート上で30秒間加熱保持して乾燥させ、水分を除去した後、さらに500℃の高温に保持したホットプレート上で60秒間加熱保持して仮焼成を行う。これを複数回繰り返すことで膜厚150nmのPZTアモルファス膜を生成する。
次いで、このPZTアモルファス膜に加圧式ランプアニール装置（RTA: rapidly thermal anneal）を用いて700℃のアニール処理を行ってPZT結晶化を行う。このようにして結晶化されたPZT膜はペロブスカイト構造からなる（例えば特許文献１参照）。
本発明の一態様は、良好な圧電特性を有する圧電体膜を得ることを課題とする。
以下に、本発明の種々の態様について説明する。
［１］（２００）に配向したＺｒＯ２膜と、
前記ＺｒＯ２膜上に形成され、（２００）に配向したＰｔ膜と、
前記Ｐｔ膜上に形成された圧電体膜と、
を具備することを特徴とする強誘電体セラミックス。
［１］（２００）に配向したＺｒＯ２膜と、
前記ＺｒＯ２膜上に形成され、（２００）に配向したＰｔ膜と、
前記Ｐｔ膜上に形成された圧電体膜と、
を具備することを特徴とする強誘電体セラミックス。
［２］上記［１］において、
請求項１において、
前記ＺｒＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間には（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
請求項１において、
前記ＺｒＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間には（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［３］上記［１］または［２］において、
前記ＺｒＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記ＺｒＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［４］ＣｅＯ２膜上に形成されたＰｔ膜と、
前記Ｐｔ膜上に形成された圧電体膜と、
を具備することを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記Ｐｔ膜上に形成された圧電体膜と、
を具備することを特徴とする強誘電体セラミックス。
［５］上記［４］において、
前記ＣｅＯ２膜下にはＣｅ７Ｏ１２膜が形成され、
前記ＣｅＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間にはＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記ＣｅＯ２膜下にはＣｅ７Ｏ１２膜が形成され、
前記ＣｅＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間にはＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［６］上記［４］または［５］において、
前記ＣｅＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記ＣｅＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［７］上記［５］において、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜は（３００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＰｔＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜は（３００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＰｔＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［８］上記［４］において、
前記ＣｅＯ２膜下または前記ＣｅＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間にはＨｆＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記ＣｅＯ２膜下または前記ＣｅＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間にはＨｆＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［９］上記［５］において、
前記ＣｅＯ２膜と前記ＰｔＯ２膜との間にはＨｆＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記ＣｅＯ２膜と前記ＰｔＯ２膜との間にはＨｆＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［１０］上記［８］において、
前記ＣｅＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記ＣｅＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［１１］上記［９］において、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜は（３００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＰｔＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜は（３００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＰｔＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［１２］ＨｆＯ２膜上に形成されたＰｔ膜と、
前記Ｐｔ膜上に形成された圧電体膜と、
を具備することを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記Ｐｔ膜上に形成された圧電体膜と、
を具備することを特徴とする強誘電体セラミックス。
［１３］上記［１２］において、
前記ＨｆＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間にはＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記ＨｆＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間にはＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［１４］上記［１２］または［１３］において、
前記ＨｆＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記ＨｆＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［１５］上記［１３］において、
前記ＨｆＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＰｔＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
前記ＨｆＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＰｔＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。
［１６］Ｓｉ基板上に５５０℃以下の温度で蒸着法によりＺｒＯ２膜を形成し、
前記ＺｒＯ２膜上に５５０℃以下の温度でスパッタリングによりＰｔ膜を形成し、
前記Ｐｔ膜上に圧電体膜を形成する強誘電体セラミックスの製造方法であり、
前記ＺｒＯ２膜は（２００）に配向し、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向することを特徴とする強誘電体セラミックスの製造方法。
前記ＺｒＯ２膜上に５５０℃以下の温度でスパッタリングによりＰｔ膜を形成し、
前記Ｐｔ膜上に圧電体膜を形成する強誘電体セラミックスの製造方法であり、
前記ＺｒＯ２膜は（２００）に配向し、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向することを特徴とする強誘電体セラミックスの製造方法。
［１７］上記［１６］において、
前記ＺｒＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間には（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックスの製造方法。
前記ＺｒＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間には（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックスの製造方法。
なお、上記の本発明の種々の態様において、特定のＡ（以下「Ａ」という）の上（または下）に特定のＢ（以下「Ｂ」という）を形成する（Ｂが形成される）というとき、Ａの上（または下）に直接Ｂを形成する（Ｂが形成される）場合に限定されず、Ａの上（または下）に本発明の作用効果を阻害しない範囲で、他のものを介してＢを形成する（Ｂが形成される）場合も含むものとする。
本発明の一態様を適用することで、良好な圧電特性を有する圧電体膜を得ることができる。
以下では、本発明の実施形態及び実施例について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施形態の記載内容及び実施例に限定して解釈されるものではない。
（第１の実施形態）
特許文献２（特開平１１−３１２８０１）の段落０００４には次のように記載されている。ＺｒＯ２（００１）薄膜上にＰｔ薄膜を直接形成すると、Ｐｔは（１１１）配向または多結晶となり、Ｐｔ（１００）単一配向膜を形成することができない。これは、ＺｒＯ２（００１）面とＰｔ（１００）面の格子不整合が大きいために、Ｐｔはエピタキシャル成長するよりも、すなわち（１００）面を成長面として成長するよりも、エネルギー的に安定な（１１１）面を成長面として成長するからである。
特許文献２（特開平１１−３１２８０１）の段落０００４には次のように記載されている。ＺｒＯ２（００１）薄膜上にＰｔ薄膜を直接形成すると、Ｐｔは（１１１）配向または多結晶となり、Ｐｔ（１００）単一配向膜を形成することができない。これは、ＺｒＯ２（００１）面とＰｔ（１００）面の格子不整合が大きいために、Ｐｔはエピタキシャル成長するよりも、すなわち（１００）面を成長面として成長するよりも、エネルギー的に安定な（１１１）面を成長面として成長するからである。
我々は、鋭意開発を重ねた結果、Ｙ２Ｏ３を混入していないＺｒＯ２膜上にＰｔ膜を直接形成しても、このＰｔ膜を（１００）に配向させることに成功した。ＺｒＯ２膜のヤング率は２１０ＧＰａであるのに対し、ＺｒＯ２にＹ２Ｏ３を混入したＹＳＺ膜のヤング率は４００〜４４０ＧＰａである。このため、基板上に７００℃〜１０００℃の温度（特許文献２の実施例１には９００℃の温度と記載）で蒸着法によりＹＳＺ膜を形成し、このＹＳＺ膜上に圧電体膜を形成すると、基板として硬過ぎることになるが、基板上に５００℃の温度でＺｒＯ２膜を形成し、このＺｒＯ２膜上に圧電体膜を形成すると、基板として硬過ぎることもなく、使い易い基板となる。ＹＳＺ膜とは、ＹとＺｒが酸素によって酸化されたＹ２Ｏ３とＺｒＯ２の混合物からなる安定した状態にある膜をいう。
なお、本明細書において（１００）に配向することと（２００）に配向することは実質的に同一である。
図１は、本発明の一態様に係る強誘電体セラミックスの製造方法を説明する模式的な断面図である。
基板１０１を準備する。この基板としては、種々の基板を用いることができ、例えばＳｉ単結晶やサファイア単結晶などの単結晶基板、表面に金属酸化物膜が形成された単結晶基板、表面にポリシリコン膜またはシリサイド膜が形成された基板等を用いることができる。なお、本実施形態では、（１００）に配向したＳｉ基板を用いる。
次に、Ｓｉ基板１０１上にＺｒＯ２膜１０２を５５０℃以下の温度（好ましくは５００℃の温度）で蒸着法により形成する。このＺｒＯ２膜１０２は（２００）に配向する。なお、７５０℃以上の温度でＺｒＯ２膜を蒸着法により形成すると、そのＺｒＯ２膜は（２００）に配向しない。
この後、ＺｒＯ２膜１０２上に５５０℃以下の温度（好ましくは４００℃の温度）でスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜１０３を形成する。このＰｔ膜１０３は（２００）に配向する（図１参照）。このとき、図２に示すように、ＺｒＯ２膜１０２とＰｔ膜１０３との間に（２００）に配向したＰｔＯ２膜１０４が形成されてもよい。なお、Ｐｔ膜１０３は電極膜として機能させることができる。
上記のようにＺｒＯ２膜１０２及びＰｔ膜１０３を形成する際の基板温度を５５０℃以下として膜の成長速度及び熱応力を低く抑えることで、Ｙ２Ｏ３を混入していないＺｒＯ２膜１０２上にＰｔ膜１０３を直接形成しても、このＰｔ膜を（２００）に配向させることができる。
次に、Ｐｔ膜１０３上に圧電体膜の一例であるＰＺＴ膜（図示せず）を形成する。なお、本明細書において「ＰＺＴ膜」は、Pb(Zr,Ti)O3に不純物を含有するものも含み、その不純物を含有させてもＰＺＴ膜の圧電体の機能を消滅させないものであれば種々のものを含有させてもよいものとする。
以下にＰＺＴ膜の形成方法の一例について詳細に説明する。
PZT膜形成用ゾルゲル溶液としては、ブタノールを溶媒とする鉛が70%〜90%不足した量添加された、濃度10重量%濃度のE1溶液を用いた。
PZT膜形成用ゾルゲル溶液としては、ブタノールを溶媒とする鉛が70%〜90%不足した量添加された、濃度10重量%濃度のE1溶液を用いた。
このゾルゲル溶液に、ジメチルアミノエタノールというアミノ基を有するアルカリ性アルコールを、体積比で、E1ゾルゲル溶液：ジメチルアミノエタノール＝７：３の割合で添加したところ、pH=12と強アルカリ性を示した。
上記、本溶液を用いて、PZTアモルファス膜のスピンコート形成を行った。スピンコーターはミカサ株式会社製MS-A200を用いて行った。先ず800rpmで5秒、1500rpmで10秒回転させた後、徐々に10秒で3000rpmまで回転を上昇させた後、150℃のホットプレート（アズワン株式会社製セラミックホットプレートAHS-300）上に5min、大気中で放置した後、300℃のホットプレート（同AHS-300）上で10min、同じく大気中で放置した後、室温まで冷却した。これを5回繰り返すことで、所望の膜厚200nmのPZTアモルファス膜をＰｔ膜１０３上に形成した。これを複数枚作製した。
次いで、上記のPZTアモルファス膜を、加圧酸素雰囲気で熱処理することにより、ＰＺＴアモルファス膜を結晶化したＰＺＴ膜をＰｔ膜１０３上に形成する。なお、ＰＺＴの格子定数の一例は０．４０１ｎｍである。
上記のようにＰＺＴ膜を形成した後に、ＰＺＴ膜にポーリング処理を行ってもよい。
本実施形態によれば、Ｐｔ膜１０３は（１００）または（２００）に配向するため、そのＰｔ膜１０３上に圧電体膜としてのＰＺＴ膜を形成することにより、良好な圧電特性を有する圧電体膜を得ることができる。
また、Ｙ２Ｏ３に比べてヤング率が半分程度と低いＺｒＯ２膜１０２を用いることで、圧電体膜の動きを妨げない点で有利である。また、Ｚｒ以外のＹのような他の元素が入らないため、コンタミが抑えられる点でも有利である。また、Ｚｒのグラム単価が非常に安いため、コストが抑えられる点でも有利である。
＜実施例１＞
図３は、本実施形態の実施例１によるサンプルのＸＲＤ(X-Ray Diffraction)チャートである。図３において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
図３は、本実施形態の実施例１によるサンプルのＸＲＤ(X-Ray Diffraction)チャートである。図３において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
（１００）の結晶面を有するＳｉウエハの上に反応性蒸着法によりＺｒＯ２膜を成膜した。この際の蒸着条件は表１に示すとおりである。このＺｒＯ２膜は（２００）に配向した。
次に続けて、ＺｒＯ２膜上にスパッタリングによりＰｔ膜を成膜した。この際の成膜条件は表１に示すとおりである。このＰｔ膜は（２００）に配向した。
図３に示すＸＲＤチャートは、ＺｒＯ２膜のみを成膜したサンプルのＸＲＤ回折結果（バッファ層のみ）と、Ｐｔ膜まで成膜したサンプルのＸＲＤ回折結果（Ｐｔ層まで成長後）を示している。このＸＲＤチャートからＳｉウエハが（２００）に配向し、ＺｒＯ２膜が（２００）に配向し、Ｐｔ膜が（２００）に配向することが確認され、また（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることが確認された。
本実施例によれば、Ｐｔ膜を（２００）に配向させることで、Ｐｔ膜上に結晶性が非常に良く、良好な圧電特性を有するＰＺＴ膜を形成することが可能となる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の一態様に係る強誘電体セラミックスの製造方法を説明する模式的な断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
図４は、本発明の一態様に係る強誘電体セラミックスの製造方法を説明する模式的な断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
Ｓｉ基板１０１上にＣｅＯ２膜１０５を蒸着法により形成する。このＣｅＯ２膜１０５は（２００）に配向する（図４参照）。このとき、図５に示すように、Ｓｉ基板１０１とＣｅＯ２膜１０５との間に（３００）に配向したＣｅ７Ｏ１２膜１０６が形成されてもよい。なお、本実施の形態では、Ｓｉ基板１０１上にＣｅＯ２膜１０５を形成しているが、これに限定されず、Ｓｉ基板１０１とＣｅＯ２膜１０５との間に蒸着法によりＺｒＯ２膜を形成してもよい。また、本実施形態では、ＣｅＯ２膜１０５を蒸着法により形成するが、ＣｅＯ２膜１０５をイオンビームスパッタリングまたは高周波（ＲＦ）スパッタリングにより形成してもよい。
この後、ＣｅＯ２膜１０５上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜１０３を形成する。このＰｔ膜１０３は（２００）に配向する（図４参照）。このとき、図５に示すように、ＣｅＯ２膜１０５とＰｔ膜１０３との間に（２００）に配向したＰｔＯ２膜１０４が形成されてもよい。
上記のようにＣｅＯ２膜１０５上にＰｔ膜１０３を形成することで、Ｐｔ膜１０３を（２００）に配向させることができる。
次に、Ｐｔ膜１０３上に圧電体膜の一例であるＰＺＴ膜（図示せず）を形成する。
本実施形態によれば、Ｐｔ膜１０３は（１００）または（２００）に配向するため、そのＰｔ膜１０３上に圧電体膜としてのＰＺＴ膜を形成することにより、良好な圧電特性を有する圧電体膜を得ることができる。
＜実施例２＞
図６は、本実施形態の実施例２によるサンプルのＸＲＤチャートである。図６において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
図６は、本実施形態の実施例２によるサンプルのＸＲＤチャートである。図６において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
（１００）の結晶面を有するＳｉウエハの上に反応性蒸着法によりＣｅＯ２膜を成膜した。この際の蒸着条件は表２に示すとおりである。このＣｅＯ２膜は（２００）に配向した。
次に続けて、ＣｅＯ２膜上にスパッタリングによりＰｔ膜を成膜した。この際の成膜条件は表２に示すとおりである。このＰｔ膜は（２００）に配向した。
図６に示すＸＲＤチャートは、ＣｅＯ２膜のみを成膜したサンプルのＸＲＤ回折結果と、Ｐｔ膜まで成膜したサンプルのＸＲＤ回折結果を示している。このＸＲＤチャートからＣｅＯ２膜が（２００）に配向し、Ｐｔ膜が（２００）に配向することが確認され、また（３００）に配向したＣｅ７Ｏ１２膜が形成されていることと、（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることが確認された。
本実施例によれば、Ｐｔ膜を（２００）に配向させることで、Ｐｔ膜上に良好な圧電特性を有するＰＺＴ膜を形成することが可能となる。
（第３の実施形態）
図７は、本発明の一態様に係る強誘電体セラミックスの製造方法を説明する模式的な断面図であり、図１、図４及び図５と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
図７は、本発明の一態様に係る強誘電体セラミックスの製造方法を説明する模式的な断面図であり、図１、図４及び図５と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
Ｓｉ基板１０１上に第１の実施形態と同様の方法でＺｒＯ２膜１０２を蒸着法により形成する。このＺｒＯ２膜１０２は（２００）に配向する。
次に、ＺｒＯ２膜１０２上に第２の実施形態と同様の方法でＣｅＯ２膜１０５を蒸着法により形成する。このＣｅＯ２膜１０５は（２００）に配向する。
次いで、ＣｅＯ２膜１０５上に第２の実施形態と同様の方法でＰｔ膜１０３を形成する。このＰｔ膜１０３は（２００）に配向する。このとき、ＣｅＯ２膜１０５とＰｔ膜１０３との間に（２００）に配向したＰｔＯ２膜１０４が形成さる。
次に、Ｐｔ膜１０３上にスパッタリングによりＳｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜（ＳＴＲＯ）１１１を形成する。なお、ｘは下記式１を満たす。また、この際のスパッタリングターゲットは、Ｓｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３の焼結体を用いる。但し、ｘは下記式１を満たす。
０．０１≦ｘ≦０．４（好ましくは０．０５≦ｘ≦０．２） ・・・式１
０．０１≦ｘ≦０．４（好ましくは０．０５≦ｘ≦０．２） ・・・式１
なお、Ｓｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜１１１のｘが０．４以下であるのは、ｘを０．４超とすると第１のＳｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜が粉になり、十分に固められないからである。
この後、Ｓｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜１１１を加圧酸素雰囲気でＲＴＡ(Rapid Thermal Anneal)により結晶化する。
Ｓｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜１１１は、ストロンチウムとチタンとルテニウムの複合酸化物で、ペロブスカイト構造をとる化合物である。
次に、Ｓｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜１１１上に圧電体膜の一例であるＰＺＴ膜（図示せず）を形成する。
本実施形態によれば、Ｓｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜１１１が（１００）または（２００）に配向するため、そのＳｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜１１１上に圧電体膜としてのＰＺＴ膜を形成することにより、良好な圧電特性を有する圧電体膜を得ることができる。
＜実施例３＞
図８は、実施例３のサンプルのＸＲＤ(X-Ray Diffraction)回折結果を示すチャートである。図８において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
図８は、実施例３のサンプルのＸＲＤ(X-Ray Diffraction)回折結果を示すチャートである。図８において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
（１００）の結晶面を有するＳｉウエハの上に反応性蒸着法によりＺｒＯ２膜を成膜した。この際の蒸着条件は表１に示すとおりである。このＺｒＯ２膜は（２００）に配向した。
次いで、ＺｒＯ２膜上に反応性蒸着法によりＣｅＯ２膜を成膜した。この際の蒸着条件は表２に示すとおりである。このＣｅＯ２膜は（２００）に配向した。
次に続けて、ＣｅＯ２膜上にスパッタリングによりＰｔ膜を成膜した。この際の成膜条件は表２に示すとおりである。このＰｔ膜は（２００）に配向した。
次に、Ｐｔ膜上にスパッタリングによりＳｒ（Ｔｉ０．８Ｒｕ０．２）Ｏ３膜を形成した。またサンプル２のＰｔ膜上にスパッタリングにより第１のＳｒ（Ｔｉ０．９５Ｒｕ０．０５）Ｏ３膜を形成した。この際のスパッタリングの条件は以下のとおりである。
［ＳＴＲＯスパッタリング条件］
プロセス： ＲＦスパッタリング
ターゲット： Ｓｒ（Ｔｉ０．８Ｒｕ０．２）Ｏ３
ＲＦパワー： ４００Ｗ／１３．５６ＭＨｚ
プロセス圧力： ４Ｐａ
ガス流量Ａｒ／Ｏ２（ｓｃｃｍ）： ３０／１０
基板温度： ６００℃
プロセス時間： ２０ｓｅｃ
膜厚： ５０ｎｍ
プロセス： ＲＦスパッタリング
ターゲット： Ｓｒ（Ｔｉ０．８Ｒｕ０．２）Ｏ３
ＲＦパワー： ４００Ｗ／１３．５６ＭＨｚ
プロセス圧力： ４Ｐａ
ガス流量Ａｒ／Ｏ２（ｓｃｃｍ）： ３０／１０
基板温度： ６００℃
プロセス時間： ２０ｓｅｃ
膜厚： ５０ｎｍ
この後、Ｓｒ（Ｔｉ０．８Ｒｕ０．２）Ｏ３膜を加圧酸素雰囲気でＲＴＡにより結晶化する。この際のＲＴＡの条件は以下のとおりである。
［ＲＴＡの条件］
アニール温度：600℃
導入ガス ：酸素ガス
圧力 ：9kg/cm2
昇温レート ：100℃/sec
アニール時間：5分
アニール温度：600℃
導入ガス ：酸素ガス
圧力 ：9kg/cm2
昇温レート ：100℃/sec
アニール時間：5分
図８に示すＸＲＤチャートからＳｒ（Ｔｉ０．８Ｒｕ０．２）Ｏ３膜が（１００）に配向し、ＣｅＯ２膜が（２００）に配向し、ＺｒＯ２膜が（２００）に配向し、Ｐｔ膜が（２００）に配向することが確認され、また（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることが確認された。
本実施例によれば、Ｓｒ（Ｔｉ０．８Ｒｕ０．２）Ｏ３膜を（１００）に配向させることで、Ｓｒ（Ｔｉ０．８Ｒｕ０．２）Ｏ３膜上に良好な圧電特性を有するＰＺＴ膜を形成することが可能となる。
（第４の実施形態）
図９は、本発明の一態様に係る強誘電体セラミックスの製造方法を説明する模式的な断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
図９は、本発明の一態様に係る強誘電体セラミックスの製造方法を説明する模式的な断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
Ｓｉ基板１０１上にＨｆＯ２膜１０７を蒸着法により形成する。このＨｆＯ２膜１０７は（２００）に配向する。なお、本実施の形態では、Ｓｉ基板１０１上にＨｆＯ２膜１０７を形成しているが、これに限定されず、Ｓｉ基板１０１とＨｆＯ２膜１０７との間に蒸着法によりＺｒＯ２膜を形成してもよい。また、本実施形態では、ＨｆＯ２膜１０７を蒸着法により形成するが、ＨｆＯ２膜１０７をイオンビームスパッタリングまたは高周波（ＲＦ）スパッタリングにより形成してもよい。
この後、ＨｆＯ２膜１０７上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜１０３を形成する。このＰｔ膜１０３は（２００）に配向する（図９参照）。このとき、図１０に示すように、ＨｆＯ２膜１０７とＰｔ膜１０３との間に（２００）に配向したＰｔＯ２膜１０４が形成されてもよい。
上記のようにＨｆＯ２膜１０７上にＰｔ膜１０３を形成することで、Ｐｔ膜１０３を（２００）に配向させることができる。
次に、Ｐｔ膜１０３上に圧電体膜の一例であるＰＺＴ膜（図示せず）を形成する。
本実施形態によれば、Ｐｔ膜１０３は（１００）または（２００）に配向するため、そのＰｔ膜１０３上に圧電体膜としてのＰＺＴ膜を形成することにより、良好な圧電特性を有する圧電体膜を得ることができる。
＜実施例４＞
図１１は、本実施形態の実施例４によるサンプルのＸＲＤチャートである。図１１において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
図１１は、本実施形態の実施例４によるサンプルのＸＲＤチャートである。図１１において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
（１００）の結晶面を有するＳｉウエハの上に反応性蒸着法によりＨｆＯ２膜を成膜した。この際の蒸着条件は表３に示すとおりである。このＨｆＯ２膜は（２００）に配向した。
次に続けて、ＨｆＯ２膜上にスパッタリングによりＰｔ膜を成膜した。この際の成膜条件は表３に示すとおりである。このＰｔ膜は（２００）に配向した。
図１１に示すＸＲＤチャートは、ＨｆＯ２膜のみを成膜したサンプルのＸＲＤ回折結果と、Ｐｔ膜まで成膜したサンプルのＸＲＤ回折結果を示している。このＸＲＤチャートからＨｆＯ２膜が（２００）に配向し、Ｐｔ膜が（２００）に配向することが確認され、また（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることが確認された。
本実施例によれば、Ｐｔ膜を（２００）に配向させることで、Ｐｔ膜上に良好な圧電特性を有するＰＺＴ膜を形成することが可能となる。
（第５の実施形態）
図１２は、本発明の一態様に係る強誘電体セラミックスの製造方法を説明する模式的な断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
図１２は、本発明の一態様に係る強誘電体セラミックスの製造方法を説明する模式的な断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明は省略する。
Ｓｉ基板１０１上にＣｅＯ２膜１０５を蒸着法により形成する。このＣｅＯ２膜１０５は（２００）に配向する（図１２参照）。このとき、図１３に示すように、Ｓｉ基板１０１とＣｅＯ２膜１０５との間に（３００）に配向したＣｅ７Ｏ１２膜１０６が形成されてもよい。なお、本実施の形態では、Ｓｉ基板１０１上にＣｅＯ２膜１０５を形成しているが、これに限定されず、Ｓｉ基板１０１とＣｅＯ２膜１０５との間に蒸着法によりＺｒＯ２膜を形成してもよい。
次に、ＣｅＯ２膜１０５上にＨｆＯ２膜１０７を蒸着法により形成する。このＨｆＯ２膜１０７は（２００）に配向する。なお、本実施形態では、ＣｅＯ２膜１０５及びＨｆＯ２膜１０７を蒸着法により形成するが、ＣｅＯ２膜１０５及びＨｆＯ２膜１０７をイオンビームスパッタリングまたは高周波（ＲＦ）スパッタリングにより形成してもよい。
この後、ＨｆＯ２膜１０７上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるＰｔ膜１０３を形成する。このＰｔ膜１０３は（２００）に配向する（図１２参照）。このとき、図１３に示すように、ＨｆＯ２膜１０７とＰｔ膜１０３との間に（２００）に配向したＰｔＯ２膜１０４が形成されてもよい。
上記のようにＨｆＯ２膜１０７上にＰｔ膜１０３を形成することで、Ｐｔ膜１０３を（２００）に配向させることができる。
次に、Ｐｔ膜１０３上に圧電体膜の一例であるＰＺＴ膜（図示せず）を形成する。
本実施形態によれば、Ｐｔ膜１０３は（１００）または（２００）に配向するため、そのＰｔ膜１０３上に圧電体膜としてのＰＺＴ膜を形成することにより、良好な圧電特性を有する圧電体膜を得ることができる。
なお、本実施の形態では、Ｓｉ基板１０１上にＣｅＯ２膜１０５、ＨｆＯ２膜１０７、Ｐｔ膜１０３の順に形成しているが、これに限定されず、Ｓｉ基板１０１上にＨｆＯ２膜１０７、ＣｅＯ２膜１０５、Ｐｔ膜１０３の順に形成してもよい。
＜実施例５＞
図１４は、本実施形態の実施例５によるサンプルのＸＲＤチャートである。図１４において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
図１４は、本実施形態の実施例５によるサンプルのＸＲＤチャートである。図１４において縦軸は強度であり、横軸は２θである。このサンプルは以下のように作製した。
（１００）の結晶面を有するＳｉウエハの上に反応性蒸着法によりＣｅＯ２膜を成膜した。この際の蒸着条件は実施例２と同様である。このＣｅＯ２膜は（２００）に配向した。
次いで、ＣｅＯ２膜上に反応性蒸着法によりＨｆＯ２膜を成膜した。この際の蒸着条件は実施例４と同様である。このＨｆＯ２膜は（２００）に配向した。
次に続けて、ＨｆＯ２膜上にスパッタリングによりＰｔ膜を成膜した。この際の成膜条件は実施例４と同様である。このＰｔ膜は（２００）に配向した。
図１４に示すＸＲＤチャートは、ＨｆＯ２膜まで成膜したサンプルのＸＲＤ回折結果と、Ｐｔ膜まで成膜したサンプルのＸＲＤ回折結果を示している。このＸＲＤチャートからＣｅＯ２膜が（２００）に配向し、ＨｆＯ２膜が（２００）に配向し、Ｐｔ膜が（２００）に配向することが確認され、また（３００）に配向したＣｅ７Ｏ１２膜が形成されていることと、（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることが確認された。
本実施例によれば、Ｐｔ膜を（２００）に配向させることで、Ｐｔ膜上に良好な圧電特性を有するＰＺＴ膜を形成することが可能となる。
なお、上述した第１乃至第５の実施形態を適宜組合せて実施してもよい。
１０１ Ｓｉ基板
１０２ ＺｒＯ２膜
１０３ Ｐｔ膜
１０４ ＰｔＯ２膜
１０５ ＣｅＯ２膜
１０６ Ｃｅ７Ｏ１２膜
１０７ ＨｆＯ２膜
１１１ Ｓｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜（ＳＴＲＯ）
１０２ ＺｒＯ２膜
１０３ Ｐｔ膜
１０４ ＰｔＯ２膜
１０５ ＣｅＯ２膜
１０６ Ｃｅ７Ｏ１２膜
１０７ ＨｆＯ２膜
１１１ Ｓｒ（Ｔｉ１−ｘＲｕｘ）Ｏ３膜（ＳＴＲＯ）
Claims (17)
- （２００）に配向したＺｒＯ２膜と、
前記ＺｒＯ２膜上に形成され、（２００）に配向したＰｔ膜と、
前記Ｐｔ膜上に形成された圧電体膜と、
を具備することを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項１において、
前記ＺｒＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間には（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項１または２において、
前記ＺｒＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - ＣｅＯ２膜上に形成されたＰｔ膜と、
前記Ｐｔ膜上に形成された圧電体膜と、
を具備することを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項４において、
前記ＣｅＯ２膜下にはＣｅ７Ｏ１２膜が形成され、
前記ＣｅＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間にはＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項４または５において、
前記ＣｅＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項５において、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜は（３００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＰｔＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項４において、
前記ＣｅＯ２膜下または前記ＣｅＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間にはＨｆＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項５において、
前記ＣｅＯ２膜と前記ＰｔＯ２膜との間にはＨｆＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項８において、
前記ＣｅＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項９において、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記Ｃｅ７Ｏ１２膜は（３００）に配向しており、
前記ＣｅＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＰｔＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - ＨｆＯ２膜上に形成されたＰｔ膜と、
前記Ｐｔ膜上に形成された圧電体膜と、
を具備することを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項１２において、
前記ＨｆＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間にはＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項１２または１３において、
前記ＨｆＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - 請求項１３において、
前記ＨｆＯ２膜はＳｉ基板上に形成されており、
前記Ｓｉ基板は（１００）に配向しており、
前記ＨｆＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記ＰｔＯ２膜は（２００）に配向しており、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向していることを特徴とする強誘電体セラミックス。 - Ｓｉ基板上に５５０℃以下の温度で蒸着法によりＺｒＯ２膜を形成し、
前記ＺｒＯ２膜上に５５０℃以下の温度でスパッタリングによりＰｔ膜を形成し、
前記Ｐｔ膜上に圧電体膜を形成する強誘電体セラミックスの製造方法であり、
前記ＺｒＯ２膜は（２００）に配向し、
前記Ｐｔ膜は（２００）に配向することを特徴とする強誘電体セラミックスの製造方法。 - 請求項１６において、
前記ＺｒＯ２膜と前記Ｐｔ膜との間には（２００）に配向したＰｔＯ２膜が形成されていることを特徴とする強誘電体セラミックスの製造方法。
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