JP4761019B2 - 電極膜、圧電素子、強誘電体キャパシタ及び半導体装置 - Google Patents
電極膜、圧電素子、強誘電体キャパシタ及び半導体装置 Download PDFInfo
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Description
基体の上方に形成される白金族金属を含む電極膜であって、
CuKα線を用いたθ−2θ法によるX線回折において求められるピークに対応する回折角2θは、前記電極膜の熱処理後のピークに対応する回折角以上の大きさである。
基体の上方に形成される白金族金属を含む電極膜であって、
前記基体を常温から温度上昇させて所定温度にした後、温度下降させて再び常温に戻したときの応力履歴が、ループ状をなす。
初期の常温時の膜応力の大きさは、常温に戻した時の膜応力の大きさとほぼ等しくてもよい。
初期の常温時と常温に戻した時との膜応力の差は、2.00×108(Pa)以下であってもよい。
前記基体の上方に形成される島状をなす電極材料の初期結晶核と、
前記初期結晶核が成長することによって形成される電極材料の成長層と、
を含んでもよい。
前記初期結晶核が形成されるときの基体温度は、前記成長層が形成されるときの基体温度よりも高くてもよい。
前記初期結晶核が形成されるときの前記基体温度は、200℃以上600℃以下に設定され、
前記成長層が形成されるときの前記基体温度は、200℃より低い温度に設定されてもよい。
前記初期結晶核が形成されるときの電極材料の粒子のエネルギーは、前記成長層が形成されるときの電極材料の粒子のエネルギーよりも高くてもよい。
前記初期結晶核は、スパッタ法を用いて形成され、
前記成長層は、蒸着法を用いて形成されてもよい。
本発明の第1の実施の形態に係る電極膜について説明する。本実施の形態では、図1(D)に示すように、電極膜40は、基体10上に形成され、島状をなす初期結晶核20(図1(C)参照)と、初期結晶核20が成長することによって形成される成長層30(図1(C)参照)と、を含む。以下に、図1(A)〜図1(D)に示す製造工程を参照して説明する。
本発明を適用した電極膜のサンプルについて説明する。
これらのサンプルについて、それぞれ、熱処理前後の格子定数の変化を測定した。測定法には、CuKα線を用いたθ−2θ法によるX線回折を適用した。図4は、本発明を適用した電極膜(2段階成長Pt)の測定結果であり、図5は、従来法を適用した電極膜(従来Pt)の測定結果である。なお、熱処理は、電極膜(基体)を750℃不活性雰囲気中で30分間加熱することで行った。750℃という温度設定は、電極膜上に形成される強誘電体膜の熱処理の温度を想定したものである。
2θ≧39.90(°)
の関係を有することが確認されている。すなわち、熱処理後である例えば750℃温度下においては、Pt電極膜は断面方向に圧縮するように歪むことが一般的である。
また、図6に示すように、上述のサンプルについて、それぞれ、基体を常温(室温)から温度上昇させて所定温度(例えば700℃)にした後、温度下降させて再び常温に戻したときの応力履歴を測定した(応力測定器メーカー:FSM(Frontier Semiconductor Measurements, INC.))。本発明の電極膜については、表1に示すように、電極膜の総膜厚及び熱処理回数を変更したものをそれぞれ測定した。なお、熱処理の温度は図6に示すグラフの通りであり、また、表1に示される2回目の熱処理とは1回目と同様の条件で行ったものである。
本発明を適用した強誘電体キャパシタのサンプルの製造方法を説明する。
図7〜図10について比較検討してみると、図7及び図9のヒステリシス特性によれば、本発明に係る電極膜を有する強誘電体キャパシタのほうが、従来のスパッタ法のみによる電極膜を有する強誘電体キャパシタと比べて、角型性の良いヒステリシス特性を得ることができた。また、図8及び図10のスタティックインプリント特性によれば、従来の強誘電体キャパシタではインプリント後にはヒステリシスが大きく変形しているのに対し、本発明の強誘電体キャパシタではインプリント後も良好なヒステリシスを保持していることがわかる。
本実施の形態では、第1の実施形態で説明した電極膜及び強誘電体キャパシタのデバイスへの適用例について説明する。
本実施の形態では、第1の実施の形態で説明した電極膜を含む圧電素子について、インクジェット式記録ヘッドを例に挙げて説明する。
50…インクジェット式記録ヘッド 230…強誘電体キャパシタ
Claims (11)
- 基体の上方に形成される白金族金属を含む電極膜であって、
CuKα線を用いたθ−2θ法によるX線回折において求められるピークに対応する回折角2θは、前記電極膜の熱処理後のピークに対応する回折角以上の大きさであり、
前記基体の上方に形成される島状をなす電極材料の初期結晶核と、
前記初期結晶核が成長することによって形成される電極材料の成長層と、
を含み、
前記初期結晶核の厚さは、40nm以上である、電極膜。 - 基体の上方に形成される白金族金属を含む電極膜であって、
前記基体を常温から温度上昇させて所定温度にした後、温度下降させて再び常温に戻したときの応力履歴が、ループ状をなし、
前記基体の上方に形成される島状をなす電極材料の初期結晶核と、
前記初期結晶核が成長することによって形成される電極材料の成長層と、
を含み、
前記初期結晶核の厚さは、40nm以上である、電極膜。 - 請求項2記載の電極膜において、
初期の常温時の膜応力の大きさは、常温に戻した時の膜応力の大きさとほぼ等しい、電極膜。 - 請求項2又は請求項3記載の電極膜において、
初期の常温時と常温に戻した時との膜応力の差は、2.00×108(Pa)以下である、電極膜。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の電極膜において、
前記初期結晶核が形成されるときの基体温度は、前記成長層が形成されるときの基体温度よりも高い、電極膜。 - 請求項5記載の電極膜において、
前記初期結晶核が形成されるときの前記基体温度は、200℃以上600℃以下に設定され、
前記成長層が形成されるときの前記基体温度は、200℃より低い温度に設定される、電極膜。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の電極膜において、
前記初期結晶核が形成されるときの電極材料の粒子のエネルギーは、前記成長層が形成されるときの電極材料の粒子のエネルギーよりも高い、電極膜。 - 請求項1から請求項7のいずれかに記載の電極膜において、
前記初期結晶核は、スパッタ法を用いて形成され、
前記成長層は、蒸着法を用いて形成される、電極膜。 - 請求項1から請求項8のいずれかに記載の電極膜を含む、圧電素子。
- 請求項1から請求項8のいずれかに記載の電極膜を含む、強誘電体キャパシタ。
- 請求項10記載の強誘電体キャパシタを含む、半導体装置。
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