JP2995290B2 - Ｐｚｔ系強誘電体薄膜の形成方法 - Google Patents
Ｐｚｔ系強誘電体薄膜の形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＺＴ系強誘電体
薄膜の（１００）面を膜厚方向に対して配向したＰＺＴ
系強誘電体薄膜、特に微小変位制御用のアクチュエータ
などに利用できる圧電効果を持つＰＺＴ系強誘電体薄膜
の形成方法に関する。
薄膜の（１００）面を膜厚方向に対して配向したＰＺＴ
系強誘電体薄膜、特に微小変位制御用のアクチュエータ
などに利用できる圧電効果を持つＰＺＴ系強誘電体薄膜
の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電効果を示すＰＺＴ系強誘電体
を薄膜化し、微小変位制御用のマイクロアクチュエータ
などに応用することが検討されており、スパッタリング
法、ＣＶＤ法、ゾル・ゲル法などを用いて強誘電体薄膜
の作製が試みられている（K.Brooks et.al.,Integrated
Ferroelectrics Vol.8(1995)13-23参照）。さらに、半
導体技術の進展に伴い、この強誘電体マイクロアクチュ
エータを半導体素子と一体化させた複合素子を開発する
ために、Ｓｉ単結晶基板上にＰＺＴ薄膜を形成すること
が試みられている。しかし、白金コーティングされたＳ
ｉ基板上に形成されたＰＺＴ薄膜の結晶方位は、不揃い
か（H.D.Chen,K.R.Udayakumar et.al.,J.Appl.Phys.Vo
l.77 (1 April 1995) 3349-3353参照）、または揃って
いたとしても、〈１１１〉方向であり（S.Wakabayashi,
et.al.,Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996)pp.5012-501
4）、圧電特性が不十分であった。そこで、これらの薄
膜の場合には、成膜後に自発分極を揃え圧電特性を向上
させるポーリング処理を行なっているが、ポーリング処
理後に強誘電体薄膜が歪んでしまうためアクチュエータ
としての機能を十分に発揮させることが困難であった。
正方晶の強誘電体の場合、自発分極の方向である〈００
１〉方向を膜厚方向に揃える、つまり基板面に平行に
｛００１｝面を揃えることができれば、ポーリング処理
を行なわなくても圧電特性を向上させることができると
考えられる。そのため、ＭｇＯ単結晶基板上に（００
１）面の揃ったＰＺＴ薄膜を形成することが試みられて
いるが（I.Kanno,et.al.,Appl.Phys.Lett.,Vol.70,No.1
1(17 March 1997)1378-1380 参照）、Ｓｉ基板上で｛０
０１｝面を揃えることは難しいことが知られていた。
を薄膜化し、微小変位制御用のマイクロアクチュエータ
などに応用することが検討されており、スパッタリング
法、ＣＶＤ法、ゾル・ゲル法などを用いて強誘電体薄膜
の作製が試みられている（K.Brooks et.al.,Integrated
Ferroelectrics Vol.8(1995)13-23参照）。さらに、半
導体技術の進展に伴い、この強誘電体マイクロアクチュ
エータを半導体素子と一体化させた複合素子を開発する
ために、Ｓｉ単結晶基板上にＰＺＴ薄膜を形成すること
が試みられている。しかし、白金コーティングされたＳ
ｉ基板上に形成されたＰＺＴ薄膜の結晶方位は、不揃い
か（H.D.Chen,K.R.Udayakumar et.al.,J.Appl.Phys.Vo
l.77 (1 April 1995) 3349-3353参照）、または揃って
いたとしても、〈１１１〉方向であり（S.Wakabayashi,
et.al.,Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996)pp.5012-501
4）、圧電特性が不十分であった。そこで、これらの薄
膜の場合には、成膜後に自発分極を揃え圧電特性を向上
させるポーリング処理を行なっているが、ポーリング処
理後に強誘電体薄膜が歪んでしまうためアクチュエータ
としての機能を十分に発揮させることが困難であった。
正方晶の強誘電体の場合、自発分極の方向である〈００
１〉方向を膜厚方向に揃える、つまり基板面に平行に
｛００１｝面を揃えることができれば、ポーリング処理
を行なわなくても圧電特性を向上させることができると
考えられる。そのため、ＭｇＯ単結晶基板上に（００
１）面の揃ったＰＺＴ薄膜を形成することが試みられて
いるが（I.Kanno,et.al.,Appl.Phys.Lett.,Vol.70,No.1
1(17 March 1997)1378-1380 参照）、Ｓｉ基板上で｛０
０１｝面を揃えることは難しいことが知られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ゾル・ゲル
法による薄膜形成時に、有機物熱分解の温度を制御する
ことにより、（１１１）面が膜厚方向に対して配向した
白金を下部電極として形成した基板の表面に（１００）
面を膜厚方向に対して配向した結晶方位を持つＰＺＴ系
強誘電体薄膜を形成し、微小変位制御用のアクチュエー
タなどに利用できる優れた圧電効果を持つＰＺＴ系強誘
電体薄膜を得ることを目的とする。
法による薄膜形成時に、有機物熱分解の温度を制御する
ことにより、（１１１）面が膜厚方向に対して配向した
白金を下部電極として形成した基板の表面に（１００）
面を膜厚方向に対して配向した結晶方位を持つＰＺＴ系
強誘電体薄膜を形成し、微小変位制御用のアクチュエー
タなどに利用できる優れた圧電効果を持つＰＺＴ系強誘
電体薄膜を得ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、 １ （１１１）面が膜厚方向に配向するＰｔコーティン
グ層を形成した基板に有機金属化合物前駆体をコーティ
ング後、昇温速度３０〜５００°Ｃ／ｓ、加熱温度３５
０〜５００°Ｃ、保持時間１〜５分の条件で前記有機金
属化合物前駆体を熱分解し、（１００）面が膜厚方向に
配向するＰＺＴ系強誘電体薄膜を形成することを特徴と
するＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法 ２ Ｐｔコーティング層をもつ基板が、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓ
ｉＯ２／Ｓｉ基板であることを特徴とする前記１記載の
ＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法 ３ 有機金属化合物前駆体をコーティング後、４００〜
４５０°Ｃで熱分解することを特徴とする前記１又は２
記載のＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法 ４ 熱分解されたコーティング層を５５０〜７００°Ｃ
の温度で加熱し結晶化することを特徴とする前記１〜３
のそれぞれに記載のＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法 ５ 有機金属化合物前駆体のコーティング溶液に、酢酸
１〜２０ｖｏｌ．％添加することを特徴とする前記１〜
４のそれぞれに記載のＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方
法、に関する。
グ層を形成した基板に有機金属化合物前駆体をコーティ
ング後、昇温速度３０〜５００°Ｃ／ｓ、加熱温度３５
０〜５００°Ｃ、保持時間１〜５分の条件で前記有機金
属化合物前駆体を熱分解し、（１００）面が膜厚方向に
配向するＰＺＴ系強誘電体薄膜を形成することを特徴と
するＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法 ２ Ｐｔコーティング層をもつ基板が、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓ
ｉＯ２／Ｓｉ基板であることを特徴とする前記１記載の
ＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法 ３ 有機金属化合物前駆体をコーティング後、４００〜
４５０°Ｃで熱分解することを特徴とする前記１又は２
記載のＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法 ４ 熱分解されたコーティング層を５５０〜７００°Ｃ
の温度で加熱し結晶化することを特徴とする前記１〜３
のそれぞれに記載のＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法 ５ 有機金属化合物前駆体のコーティング溶液に、酢酸
１〜２０ｖｏｌ．％添加することを特徴とする前記１〜
４のそれぞれに記載のＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方
法、に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明は、（１１１）面が膜厚方
向に配向する白金（Ｐｔ）コーティング層を形成した基
板に（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系薄膜を
形成するものであるが、（１１１）面が膜厚方向に配向
するＰｔコーティング層を形成した基板にＰＺＴ系薄膜
を形成することにより、（１００）面が膜厚方向に配向
するＰＺＴ系強誘電体薄膜が再現性よくかつ安定して得
られる。Ｓｉ基板表面にＰｔ層を直接形成するとＳｉと
Ｐｔが反応して好ましくないので、Ｓｉ基板表面にＳｉ
Ｏ2 層を形成する。このＳｉＯ2 層はＳｉがＴｉ層へ拡
散するバリヤ層としての役割を有する。ＳｉＯ2 層の形
成はＳｉ（１００）基板を熱酸化させて形成するのが簡
便かつ有効な手法である。
向に配向する白金（Ｐｔ）コーティング層を形成した基
板に（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系薄膜を
形成するものであるが、（１１１）面が膜厚方向に配向
するＰｔコーティング層を形成した基板にＰＺＴ系薄膜
を形成することにより、（１００）面が膜厚方向に配向
するＰＺＴ系強誘電体薄膜が再現性よくかつ安定して得
られる。Ｓｉ基板表面にＰｔ層を直接形成するとＳｉと
Ｐｔが反応して好ましくないので、Ｓｉ基板表面にＳｉ
Ｏ2 層を形成する。このＳｉＯ2 層はＳｉがＴｉ層へ拡
散するバリヤ層としての役割を有する。ＳｉＯ2 層の形
成はＳｉ（１００）基板を熱酸化させて形成するのが簡
便かつ有効な手法である。
【０００６】Ｐｔは自己配向性が強いのでＳｉＯ2 など
のアモルファス上に成膜すると（１１１）に強く配向し
て表面の結晶方位が揃い易い。そのためＰｔ上に配向性
の良い強誘電体膜が得られ易くなる。しかし、ＰｔはＳ
ｉＯ2 との密着性に問題があり、このままの単層では使
用できない。また上記のような強い配向性が原因で粒界
に沿って強誘電の成分であるＰｂ、Ｏなどが下地に拡散
してしまうという欠点がある。ＳｉＯ2 上にスパッタリ
ングでＰｔを形成した場合、上記のように密着性が悪い
ので、Ｐｔを形成した後、６００°Ｃ以上に加熱して密
着性を改良するという手段がないではない。しかし、こ
のような密着性の改良だけのために高温に加熱すること
は様々な素子に熱影響を与えるので決して好ましいこと
ではない。
のアモルファス上に成膜すると（１１１）に強く配向し
て表面の結晶方位が揃い易い。そのためＰｔ上に配向性
の良い強誘電体膜が得られ易くなる。しかし、ＰｔはＳ
ｉＯ2 との密着性に問題があり、このままの単層では使
用できない。また上記のような強い配向性が原因で粒界
に沿って強誘電の成分であるＰｂ、Ｏなどが下地に拡散
してしまうという欠点がある。ＳｉＯ2 上にスパッタリ
ングでＰｔを形成した場合、上記のように密着性が悪い
ので、Ｐｔを形成した後、６００°Ｃ以上に加熱して密
着性を改良するという手段がないではない。しかし、こ
のような密着性の改良だけのために高温に加熱すること
は様々な素子に熱影響を与えるので決して好ましいこと
ではない。
【０００７】上記の欠点を解決するために、Ｓｉ基板表
面にＳｉＯ2 層を形成した上にＴｉ層を形成しこの上に
Ｐｔを形成する。このＴｉ層はＳｉＯ2 層とＰｔ層との
密着性が大幅に改良される。このようにＴｉ層を形成す
ると室温スパッタリングでも十分な密着力をもつＰｔ層
が得られる。本発明においては、（１００）面が膜厚方
向に配向するＰＺＴ系強誘電体薄膜を得るものである
が、本発明のＰｔコーティング層ではなくＰｔ箔を用い
た場合には、その後のゾル・ゲル法による有機物熱分解
条件にかかわらず、（１１０）面が優先配向性気味の無
配向薄膜は形成され、目的とする（１００）面が得られ
ない。しかし、このようなＰｔ箔にさらに（１１１）面
が膜厚方向に配向するＰｔコーティング層を形成した場
合には、本発明のゾル・ゲル法による条件で（１００）
面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系薄膜を形成することが
できる。
面にＳｉＯ2 層を形成した上にＴｉ層を形成しこの上に
Ｐｔを形成する。このＴｉ層はＳｉＯ2 層とＰｔ層との
密着性が大幅に改良される。このようにＴｉ層を形成す
ると室温スパッタリングでも十分な密着力をもつＰｔ層
が得られる。本発明においては、（１００）面が膜厚方
向に配向するＰＺＴ系強誘電体薄膜を得るものである
が、本発明のＰｔコーティング層ではなくＰｔ箔を用い
た場合には、その後のゾル・ゲル法による有機物熱分解
条件にかかわらず、（１１０）面が優先配向性気味の無
配向薄膜は形成され、目的とする（１００）面が得られ
ない。しかし、このようなＰｔ箔にさらに（１１１）面
が膜厚方向に配向するＰｔコーティング層を形成した場
合には、本発明のゾル・ゲル法による条件で（１００）
面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系薄膜を形成することが
できる。
【０００８】本発明においては、（１１１）面が膜厚方
向に配向する白金コーティング層を形成した基板に有機
金属化合物前駆体をコーティング後、昇温速度３０〜５
００°Ｃ／ｓ、加熱温度３５０〜５００°Ｃ、保持時間
１〜５分間の条件で前記有機金属化合物前駆体を熱分解
して（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系強誘電
体薄膜を得る。特に、有機金属化合物前駆体をコーティ
ング後、４００〜４５０°Ｃで熱分解することが望まし
い。この温度を超えると薄膜は（１１１）方向に配向し
て、目的とする（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺ
Ｔ系強誘電体薄膜を得ることができない。また、４００
°Ｃ未満では有機金属化合物前駆体の十分な熱分解がえ
られない。次に、このようにして熱分解して得たコーテ
ィング層を５５０〜７００°Ｃの温度で加熱し結晶化す
る。７００°Ｃを超える温度ではＰＺＴの鉛成分が蒸発
してしまいＰＺＴが分解するので、この温度以下で加熱
結晶化する。また５５０°Ｃ未満では、膜はアモルファ
ス状態になっている。上記加熱温度、昇温速度、保持時
間の範囲以外では安定した（１００）面が膜厚方向に配
向するＰＺＴ系強誘電体薄膜が得られない。また、ゾル
・ゲル法による薄膜形成時に、コーティング溶液に酢酸
を１〜２０ｖｏｌ．％添加すると、大気中での溶液の安
定性が向上し、コーティング溶液の濃度が０．８Ｍ程度
まで濃くてもクラックフリーの薄膜が形成できる。この
結果、膜厚１００ｎｍ〜１０μｍ程度のＰＺＴ系強誘電
体薄膜を形成することができる。
向に配向する白金コーティング層を形成した基板に有機
金属化合物前駆体をコーティング後、昇温速度３０〜５
００°Ｃ／ｓ、加熱温度３５０〜５００°Ｃ、保持時間
１〜５分間の条件で前記有機金属化合物前駆体を熱分解
して（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系強誘電
体薄膜を得る。特に、有機金属化合物前駆体をコーティ
ング後、４００〜４５０°Ｃで熱分解することが望まし
い。この温度を超えると薄膜は（１１１）方向に配向し
て、目的とする（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺ
Ｔ系強誘電体薄膜を得ることができない。また、４００
°Ｃ未満では有機金属化合物前駆体の十分な熱分解がえ
られない。次に、このようにして熱分解して得たコーテ
ィング層を５５０〜７００°Ｃの温度で加熱し結晶化す
る。７００°Ｃを超える温度ではＰＺＴの鉛成分が蒸発
してしまいＰＺＴが分解するので、この温度以下で加熱
結晶化する。また５５０°Ｃ未満では、膜はアモルファ
ス状態になっている。上記加熱温度、昇温速度、保持時
間の範囲以外では安定した（１００）面が膜厚方向に配
向するＰＺＴ系強誘電体薄膜が得られない。また、ゾル
・ゲル法による薄膜形成時に、コーティング溶液に酢酸
を１〜２０ｖｏｌ．％添加すると、大気中での溶液の安
定性が向上し、コーティング溶液の濃度が０．８Ｍ程度
まで濃くてもクラックフリーの薄膜が形成できる。この
結果、膜厚１００ｎｍ〜１０μｍ程度のＰＺＴ系強誘電
体薄膜を形成することができる。
【０００９】このようにして得られた圧電体用ＰＺＴ系
強誘電体薄膜は、例えば位置決め用アクチュエーターと
して使用する場合、バルク材に比べ圧電層の変位量の絶
対値を小さくとれるので、より微小な位置決めも可能で
あり、そして変位量が小さいとそれだけ応答速度（周波
数）も向上させることができる。また、上記のようにＳ
ｉ基板上に圧電層を形成することができるので、他のセ
ンサー素子や演算素子も同時に組み込むことができると
いう優れた特徴を有している。
強誘電体薄膜は、例えば位置決め用アクチュエーターと
して使用する場合、バルク材に比べ圧電層の変位量の絶
対値を小さくとれるので、より微小な位置決めも可能で
あり、そして変位量が小さいとそれだけ応答速度（周波
数）も向上させることができる。また、上記のようにＳ
ｉ基板上に圧電層を形成することができるので、他のセ
ンサー素子や演算素子も同時に組み込むことができると
いう優れた特徴を有している。
【００１０】
【実施例および比較例】次に、実施例を示す。基板に
は、Ｓｉ（１００）基板材料を用い、これを熱酸化させ
てＳｉＯ2 層を形成したＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板を使用し
た。このＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層膜上に電極と
なるＰｔとＳｉＯ2 との接着性を改善するためにＴｉ薄
膜をスパッタリングにより形成した。このＴｉ薄膜の膜
厚は１ｎｍ〜１μｍの範囲に調節するが、本実施例にお
いては１５０ｎｍとした。さらに、上記Ｔｉ薄膜を形成
したＴｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層膜上にＰｔ
薄膜をスパッタリングにより形成した。これも同様に膜
厚は１ｎｍ〜１μｍの範囲で調節するが、本実施例では
１５０ｎｍとした。
は、Ｓｉ（１００）基板材料を用い、これを熱酸化させ
てＳｉＯ2 層を形成したＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板を使用し
た。このＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層膜上に電極と
なるＰｔとＳｉＯ2 との接着性を改善するためにＴｉ薄
膜をスパッタリングにより形成した。このＴｉ薄膜の膜
厚は１ｎｍ〜１μｍの範囲に調節するが、本実施例にお
いては１５０ｎｍとした。さらに、上記Ｔｉ薄膜を形成
したＴｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層膜上にＰｔ
薄膜をスパッタリングにより形成した。これも同様に膜
厚は１ｎｍ〜１μｍの範囲で調節するが、本実施例では
１５０ｎｍとした。
【００１１】次に、上記Ｐｔ膜上にチタン酸鉛系強誘電
体の薄膜をゾル・ゲル法により形成した。具体的には出
発原料として酢酸鉛三水化物、チタンイソプロポキシ
ド、ジルコニウムプロポキシドを用い、溶媒として２メ
トキシエタノールを使用した。まず、酢酸鉛三水化物を
２メトキシエタノール中に溶解させ、１３７°Ｃで蒸留
し結晶水を排出させる。次に、所定の組成（この場合は
Ｐｂ／Ｔｉ／Ｚｒ＝１００／４７／５３）になるように
秤量したＺｒとＴｉのアルコキシドを、上記脱水した酢
酸鉛溶液に加え、１２７°Ｃで還流させることによりＰ
ｂ、Ｔｉ、Ｚｒに複合アルコキシド溶液を作成した。こ
の溶液を用い、（１１１）面が膜厚方向に配向するＰｔ
コーティング層をもつＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板
上に３０００ｒｐｍでのスピンコート法により薄膜を作
成した。次に、これを乾燥した後、４００°Ｃおよび４
５０°Ｃの２種類の温度条件でそれぞれ保持時間：３分
間、有機物熱分解を１０〜２５回繰り返した後、昇温速
度３０°Ｃ／ｓｅｃで７００°Ｃ、１分間の焼成をＯ2
雰囲気中で行い、膜厚３００ｎｍ〜１μｍのＰｂ（Ｔｉ
0.47Ｚｒ0.53）Ｏ3 薄膜をＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ
基板からなる積層薄膜上に形成した。
体の薄膜をゾル・ゲル法により形成した。具体的には出
発原料として酢酸鉛三水化物、チタンイソプロポキシ
ド、ジルコニウムプロポキシドを用い、溶媒として２メ
トキシエタノールを使用した。まず、酢酸鉛三水化物を
２メトキシエタノール中に溶解させ、１３７°Ｃで蒸留
し結晶水を排出させる。次に、所定の組成（この場合は
Ｐｂ／Ｔｉ／Ｚｒ＝１００／４７／５３）になるように
秤量したＺｒとＴｉのアルコキシドを、上記脱水した酢
酸鉛溶液に加え、１２７°Ｃで還流させることによりＰ
ｂ、Ｔｉ、Ｚｒに複合アルコキシド溶液を作成した。こ
の溶液を用い、（１１１）面が膜厚方向に配向するＰｔ
コーティング層をもつＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板
上に３０００ｒｐｍでのスピンコート法により薄膜を作
成した。次に、これを乾燥した後、４００°Ｃおよび４
５０°Ｃの２種類の温度条件でそれぞれ保持時間：３分
間、有機物熱分解を１０〜２５回繰り返した後、昇温速
度３０°Ｃ／ｓｅｃで７００°Ｃ、１分間の焼成をＯ2
雰囲気中で行い、膜厚３００ｎｍ〜１μｍのＰｂ（Ｔｉ
0.47Ｚｒ0.53）Ｏ3 薄膜をＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ
基板からなる積層薄膜上に形成した。
【００１２】このようにして得られたＰｂ（Ｔｉ0.47Ｚ
ｒ0.53）Ｏ3 ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からな
る積層膜の薄膜の結晶構造をＸ線回折により調べた。こ
の結果を図１および図２に示す。図１は有機物熱分解を
４００°Ｃ、保持時間：３分間の条件で実施した場合、
図２は有機物熱分解を４５０°Ｃ、保持時間：３分間の
条件で実施した場合である。この図１および図２から明
らかなように、（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺ
Ｔ系薄膜が形成されているのが分かる。そして、このよ
うな（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系薄膜は
優れた圧電特性を示す。
ｒ0.53）Ｏ3 ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からな
る積層膜の薄膜の結晶構造をＸ線回折により調べた。こ
の結果を図１および図２に示す。図１は有機物熱分解を
４００°Ｃ、保持時間：３分間の条件で実施した場合、
図２は有機物熱分解を４５０°Ｃ、保持時間：３分間の
条件で実施した場合である。この図１および図２から明
らかなように、（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺ
Ｔ系薄膜が形成されているのが分かる。そして、このよ
うな（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系薄膜は
優れた圧電特性を示す。
【００１３】次に比較例を示す。上記本実施例と同じ前
駆体溶液を用い３０００ｒｐｍでのスピンコート、乾燥
および４００°Ｃ、保持時間１０時間および５１０°
Ｃ、保持時間：３分間の２種類の温度条件で、有機物熱
分解を５〜２５回繰り返した後、昇温速度３０°Ｃ／ｓ
ｅｃで７００°Ｃ、１分間の焼成をＯ2 雰囲気中で行
い、膜厚３００ｎｍ〜１μｍのＰｂ（Ｔｉ0.47Ｚ
ｒ0.53）Ｏ3 薄膜を、実施例と同様に（１１１）面が膜
厚方向に配向するＰｔコーティング層をもつＰｔ／Ｔｉ
／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層薄膜上に形成した。
このようにして得られた積層膜の薄膜の結晶構造をＸ線
回折結果を、図３および図４に示す。上記有機物熱分解
の温度と時間は本発明の加熱温度３５０〜５００°Ｃ、
保持時間１〜５分の条件を逸脱するものであるが、長時
間および高温の加熱は（１００）面が膜厚方向に配向す
るＰＺＴ系薄膜の形成を大きく減少させるか、または全
く形成しない。
駆体溶液を用い３０００ｒｐｍでのスピンコート、乾燥
および４００°Ｃ、保持時間１０時間および５１０°
Ｃ、保持時間：３分間の２種類の温度条件で、有機物熱
分解を５〜２５回繰り返した後、昇温速度３０°Ｃ／ｓ
ｅｃで７００°Ｃ、１分間の焼成をＯ2 雰囲気中で行
い、膜厚３００ｎｍ〜１μｍのＰｂ（Ｔｉ0.47Ｚ
ｒ0.53）Ｏ3 薄膜を、実施例と同様に（１１１）面が膜
厚方向に配向するＰｔコーティング層をもつＰｔ／Ｔｉ
／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板からなる積層薄膜上に形成した。
このようにして得られた積層膜の薄膜の結晶構造をＸ線
回折結果を、図３および図４に示す。上記有機物熱分解
の温度と時間は本発明の加熱温度３５０〜５００°Ｃ、
保持時間１〜５分の条件を逸脱するものであるが、長時
間および高温の加熱は（１００）面が膜厚方向に配向す
るＰＺＴ系薄膜の形成を大きく減少させるか、または全
く形成しない。
【００１４】また、本発明のように、（１１１）面が膜
厚方向に配向するＰｔ（白金）コーティング層を形成せ
ずに、Ｐｔ箔の上に同様に本実施例と同じ前駆体溶液を
用い３０００ｒｐｍでのスピンコート、乾燥および４０
０°Ｃ、保持時間：３分間の温度条件で、有機物熱分解
を１０回繰り返した後、昇温速度３０°Ｃ／ｓｅｃで７
００°Ｃ、１５分間の焼成をＯ2 雰囲気中で行い、膜厚
１５０ｎｍのＰｂ（Ｔｉ0.47Ｚｒ0.53）Ｏ3 薄膜をＰｔ
箔に形成した場合の薄膜の結晶構造のＸ線回折結果を図
５に示す。これによれば、（１００）面が膜厚方向に配
向するＰＺＴ系薄膜は殆ど認められない。したがって、
（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系強誘電体薄
膜の形成に際しては、白金箔では実現できず、（１１
１）面が膜厚方向に配向する白金コーティング層の存在
は必須要件であることが分かる。なお、上記実施例に挙
げたいくつかの材料および方法はあくまで一例にすぎ
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更し
得る。そしてこれらの変更は全て本発明に含まれる。
厚方向に配向するＰｔ（白金）コーティング層を形成せ
ずに、Ｐｔ箔の上に同様に本実施例と同じ前駆体溶液を
用い３０００ｒｐｍでのスピンコート、乾燥および４０
０°Ｃ、保持時間：３分間の温度条件で、有機物熱分解
を１０回繰り返した後、昇温速度３０°Ｃ／ｓｅｃで７
００°Ｃ、１５分間の焼成をＯ2 雰囲気中で行い、膜厚
１５０ｎｍのＰｂ（Ｔｉ0.47Ｚｒ0.53）Ｏ3 薄膜をＰｔ
箔に形成した場合の薄膜の結晶構造のＸ線回折結果を図
５に示す。これによれば、（１００）面が膜厚方向に配
向するＰＺＴ系薄膜は殆ど認められない。したがって、
（１００）面が膜厚方向に配向するＰＺＴ系強誘電体薄
膜の形成に際しては、白金箔では実現できず、（１１
１）面が膜厚方向に配向する白金コーティング層の存在
は必須要件であることが分かる。なお、上記実施例に挙
げたいくつかの材料および方法はあくまで一例にすぎ
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更し
得る。そしてこれらの変更は全て本発明に含まれる。
【００１５】
【発明の効果】ゾル・ゲル法による薄膜形成時に、有機
物熱分解の温度および時間を制御することにより、（１
１１）面が膜厚方向に対して配向した白金を下部電極と
して形成した基板の表面に（１００）面を膜厚方向に対
して配向した結晶方位を持つ圧電特性に優れたＰＺＴ系
強誘電体薄膜を得ることができる。また、このようなＰ
ＺＴ系強誘電体薄膜を用いることにより、微小変位制御
用のアクチュエータなどに利用できる優れた効果を有す
る。
物熱分解の温度および時間を制御することにより、（１
１１）面が膜厚方向に対して配向した白金を下部電極と
して形成した基板の表面に（１００）面を膜厚方向に対
して配向した結晶方位を持つ圧電特性に優れたＰＺＴ系
強誘電体薄膜を得ることができる。また、このようなＰ
ＺＴ系強誘電体薄膜を用いることにより、微小変位制御
用のアクチュエータなどに利用できる優れた効果を有す
る。
【図１】有機物熱分解を４００°Ｃ、保持時間３分間で
実施した場合の積層膜のＸ線回折図である。
実施した場合の積層膜のＸ線回折図である。
【図２】有機物熱分解を４５０°Ｃ、保持時間３分間で
実施した場合の積層膜のＸ線回折図である。
実施した場合の積層膜のＸ線回折図である。
【図３】有機物熱分解を４００°Ｃ、保持時間１０時間
で実施した場合の積層膜のＸ線回折図である。
で実施した場合の積層膜のＸ線回折図である。
【図４】有機物熱分解を５１０°Ｃ、保持時間３分間で
実施した場合の積層膜のＸ線回折図である。
実施した場合の積層膜のＸ線回折図である。
【図５】Ｐｔ箔の上に有機物熱分解を４００°Ｃ、保持
時間３分間で実施した場合の積層膜のＸ線回折図であ
る。
時間３分間で実施した場合の積層膜のＸ線回折図であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 41/26 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｃ (72)発明者 阿部 利彦 宮城県仙台市宮城野区苦竹４丁目２番１ 号 東北工業技術研究所内 (56)参考文献 特開 平５−221643（ＪＰ，Ａ) ”Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｒ ａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ａｎｎ ｅａｌｅｄ ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａ ｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ ｔｈｉｎ ｆ ｉｌｍｓ ｏｎ（111）Ｐｔ ｓｕｂｓ ｔｒａｔｅｓ”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ, ｖｏｌ．９ Ｎｏ．10 1994 ｐ．2540 −2553 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 41/187 H01L 41/24 H01L 27/10
Claims (5)
- 【請求項１】 （１１１）面が膜厚方向に配向するＰｔ
コーティング層を形成した基板に有機金属化合物前駆体
をコーティング後、昇温速度３０〜５００°Ｃ／ｓ、加
熱温度３５０〜５００°Ｃ、保持時間１〜５分の条件で
前記有機金属化合物前駆体を熱分解し、（１００）面が
膜厚方向に配向するＰＺＴ系強誘電体薄膜を形成するこ
とを特徴とするＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 Ｐｔコーティング層をもつ基板が、Ｐｔ
／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ基板であることを特徴とする請
求項１記載のＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 有機金属化合物前駆体をコーティング
後、４００〜４５０°Ｃで熱分解することを特徴とする
請求項１又は２記載のＰＺＴ系強誘電体薄膜の形成方
法。 - 【請求項４】 熱分解されたコーティング層を５５０〜
７００°Ｃの温度で加熱し結晶化することを特徴とする
請求項１〜３のそれぞれに記載のＰＺＴ系強誘電体薄膜
の形成方法。 - 【請求項５】 有機金属化合物前駆体のコーティング溶
液に、酢酸１〜２０ｖｏｌ．％添加することを特徴とす
る請求項１〜４のそれぞれに記載のＰＺＴ系強誘電体薄
膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3805598A JP2995290B2 (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Ｐｚｔ系強誘電体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3805598A JP2995290B2 (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Ｐｚｔ系強誘電体薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220185A JPH11220185A (ja) | 1999-08-10 |
| JP2995290B2 true JP2995290B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=12514835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3805598A Expired - Lifetime JP2995290B2 (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Ｐｚｔ系強誘電体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2995290B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003081694A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-19 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 強誘電体薄膜及びその製造方法 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4387623B2 (ja) | 2000-12-04 | 2009-12-16 | キヤノン株式会社 | 圧電素子の製造方法 |
| JP5103694B2 (ja) * | 2001-03-12 | 2012-12-19 | ソニー株式会社 | 圧電薄膜の製造方法 |
| JP2003017767A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Sony Corp | 圧電素子 |
| JP2003031863A (ja) * | 2001-07-18 | 2003-01-31 | Sony Corp | 圧電体薄膜素子 |
| US7380318B2 (en) | 2003-11-13 | 2008-06-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing liquid discharge head |
| JP5105040B2 (ja) * | 2005-12-22 | 2012-12-19 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法 |
| CN102046563B (zh) | 2008-05-28 | 2014-08-06 | 三菱综合材料株式会社 | 强电介质薄膜形成用组合物、强电介质薄膜的形成方法及通过该方法形成的强电介质薄膜 |
| JP2014175389A (ja) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Mitsubishi Materials Corp | アルミナ絶縁膜の形成方法 |
| JP6967008B2 (ja) * | 2016-03-16 | 2021-11-17 | ザール・テクノロジー・リミテッド | 圧電薄膜素子 |
-
1998
- 1998-02-03 JP JP3805598A patent/JP2995290B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ａｎｎｅａｌｅｄ ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｎ（１１１）Ｐｔ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ"Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｖｏｌ．９ Ｎｏ．１０ １９９４ ｐ．２５４０−２５５３ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003081694A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-19 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 強誘電体薄膜及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11220185A (ja) | 1999-08-10 |
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