JP7343391B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
国際公開第2016/009698号(特許文献1)には、強誘電体セラミックスにおいて、Pb(Zr1-ATiA)O3膜と、当該Pb(Zr1-ATiA)O3膜上に形成されたPb(Zr1-xTix)O3膜と、を具備し、A及びxが、0≦A≦0.1及び0.1<x<1を満たす技術が開示されている。
特開2014-84494号公報(特許文献2)には、シリコン基板(Si)上に予めYSZ(8%Y2O3+92%ZrO2)、CeO2、LaSrCoO3の膜を順次積層して形成したバッファ層上にPZTの薄膜を形成する技術が開示されている。また、特許文献2には、LaSrCoO3(LSCO)は、他の膜に対して45°格子回転している技術が開示されている。
非特許文献1には、シリコン基板上に、YSZ、CeO2、La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)、SrRuO3(SRO)が順次積層されたバッファ層が形成され、そのバッファ層上に、c軸配向した0.06Pb(Mn1/3,Nb2/3)O3-0.94Pb(Zr0.5Ti0.5)O3(PMnN-PZT)エピタキシャル薄膜が形成される技術が開示されている。非特許文献1には、PMnN-PZTの結晶格子が面内方向でSiに対して45°回転している技術が開示されている。
非特許文献2には、MgO単結晶るつぼを用いてフラックス法により育成したPbTiO3の比誘電率が室温で150であり、純粋なPbTiO3単結晶の比誘電率の1.5倍である技術が開示されている。
チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜において、圧電膜の結晶性等の品質が良好でない場合には、圧電膜の圧電特性は低下する。一方、圧電膜の結晶性等の品質が良好な場合には、圧電膜の圧電特性は向上するものの、圧電膜の比誘電率が小さくならないと、例えば当該圧電膜を圧力センサとして用いる場合に、例えば圧力センサの容量が大きくなる等の理由により、圧力センサの検出感度が低下し、当該圧力センサの検出回路の設計が困難になるおそれがある。
ところが、従来の成膜装置を用いて、このような結晶性等の品質が良好なチタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜を成膜することは、困難であった。
[1]接地電位に電気的に接続されるチャンバーと、
前記チャンバー内に配置されたターゲットと、
前記ターゲットに高周波電力を供給する電力供給部と、
前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバー内に配置され、基板を前記ターゲットに対向させて保持する絶縁性基板保持部と、
前記絶縁性基板保持部を支持する導電性支持部と、
前記導電性支持部と前記チャンバーとの間に配置された第1絶縁性部材と、
を有し、
前記導電性支持部は前記第1絶縁性部材によって前記チャンバーに対して電気的に浮遊しており、
前記基板の外周部が前記絶縁性基板保持部と接触することで、前記絶縁性基板保持部に前記基板が保持され、前記基板は前記導電性支持部に対して電気的に浮遊しており、
前記絶縁性基板保持部は、平面視において前記基板の中央部と重ならない、成膜装置。
上記[1]の成膜装置によれば、チャンバーに対して電気的に浮遊させた導電性支持部によって絶縁性基板保持部を支持し、その絶縁性基板保持部に保持した基板を導電性支持部に対して電気的に浮遊させることで、成膜時に基板に蓄積された電荷を接地電位に逃がさないようにする。これにより、基板に多量の電荷を蓄積させることができ、その結果、結晶性が良好な膜を成膜することが可能となる。
[2]上記[1]に記載の成膜装置において、
前記ターゲットと前記基板との間に配置され、前記基板から30mm以内の距離に位置する導電性防着板を有し、
前記導電性防着板は前記チャンバーに対して電気的に浮遊している、成膜装置。
上記[2]の成膜装置によれば、導電性防着板を基板から30mm以内の距離に配置しても、その導電性防着板をチャンバーに対して電気的に浮遊させることで、成膜時に基板に蓄積された電荷を導電性防着板に逃がさないようにすることができる。
[3]上記[2]に記載の成膜装置において、
前記導電性防着板は水冷されている、成膜装置。
[4]上記[2]または[3]に記載の成膜装置において、
前記チャンバーと前記導電性防着板との間に配置された第2絶縁性部材を有する、成膜装置。
[5]上記[1]乃至[4]のいずれか一項に記載の成膜装置において、
前記基板と前記絶縁性基板保持部との接触面積は20mm2以下である、成膜装置。
上記[4]の成膜装置によれば、基板と絶縁性基板保持部との接触面積を20mm2以下と小さくすることにより、基板への熱絶縁と電気絶縁を同時に取ることができる。
[6]上記[1]乃至[5]のいずれか一項に記載の成膜装置において、
前記絶縁性基板保持部は角が曲面を有する、成膜装置。
[7]上記[1]乃至[6]のいずれか一項に記載の成膜装置において、
前記導電性支持部は、前記絶縁性基板保持部を支持する第1導電性部材を含み、
前記第1導電性部材は、第1軸を中心として前記絶縁性基板保持部と一体的に回転可能に設けられ、
前記第1導電性部材と前記絶縁性基板保持部との間に配置された第3絶縁性部材を有し、
前記成膜装置は、更に、前記第1導電性部材を回転駆動する回転駆動部を有する、成膜装置。
[8]上記[1]乃至[6]のいずれか一項に記載の成膜装置において、
前記導電性支持部は、前記絶縁性基板保持部を支持する第2導電性部材を含み、
前記第2導電性部材は、第2軸を中心として前記絶縁性基板保持部と一体的に回転可能に設けられ、
前記第1絶縁性部材は、前記チャンバーと前記第2導電性部材との間に介在し、
前記第2導電性部材は、電気的に浮遊し、
前記成膜装置は、更に、前記第2導電性部材を回転駆動する回転駆動部を有する、成膜装置。
[9]上記[7]に記載の成膜装置において、
前記基板を加熱する基板加熱部を有し、
前記第3絶縁性部材は、平面視において前記基板を囲む囲み部を有し、
前記絶縁性基板保持部は、平面視において前記囲み部から前記基板の中心側に向かってそれぞれ突出した複数の突出部を有し、
前記絶縁性基板保持部は、前記基板の外周部が前記複数の突出部の各々と接触した状態で、前記基板を保持する、成膜装置。
[10]上記[1]乃至[9]のいずれか一項に記載の成膜装置において、
前記チャンバー内で前記ターゲットを保持するターゲット保持部と、
前記ターゲットに磁界を印加する磁界印加部と、
を有し、
前記磁界が印加されている前記ターゲットの表面の水平磁場は、140~220Gである、成膜装置。
[11]上記[10]に記載の成膜装置において、
前記ターゲットの表面における前記磁界は、前記ターゲットの表面に沿っている、成膜装置。
[12]上記[1]乃至[11]のいずれか一項に記載の成膜装置において、
前記成膜装置は、チタン酸ジルコン酸鉛を含有する前記ターゲットの表面をスパッタすることにより前記基板の表面にチタン酸ジルコン酸鉛を含有する膜を成膜する、成膜装置。
[13]上記[1]乃至[12]のいずれか一項に記載の成膜装置において、
前記成膜装置は、前記チャンバー内で前記基板の下面と対向配置された前記ターゲットの上面をスパッタすることにより前記基板の下面に膜を成膜する、成膜装置。
[14]接地電位に電気的に接続されたチャンバー内で、基板の外周部が絶縁性基板保持部と接触することで、前記基板を前記絶縁性基板保持部により保持し、
前記チャンバー内でターゲットの表面をスパッタすることにより前記基板の表面に膜を成膜し、
前記絶縁性基板保持部は、前記チャンバーに対して電気的に浮遊した導電性支持部により支持され、
前記基板は前記導電性支持部に対して電気的に浮遊しており、
前記絶縁性基板保持部は、平面視において前記基板の中央部と重ならない、成膜方法。
[15]上記[14]に記載の成膜方法において、
前記ターゲットと前記基板との間に導電性防着板が配置され、前記導電性防着板は前記基板から30mm以内の距離に位置し、
前記導電性防着板は前記チャンバーに対して電気的に浮遊している、成膜方法。
[16]上記[14]に記載の成膜方法において、
前記導電性防着板は水冷されている、成膜方法。
[17]上記[14]乃至[16]のいずれか一項に記載の成膜方法において、
前記基板と前記絶縁性基板保持部との接触面積は20mm2以下である、成膜方法。
[18]上記[14]乃至[17]のいずれか一項に記載の成膜方法において、
前記ターゲットに磁界印加部により磁界を印加し、且つ、前記ターゲットに電力供給部により高周波電力を供給した状態で、前記ターゲットの表面をスパッタすることにより、前記基板の表面に前記膜を成膜し、
前記磁界が印加されている前記ターゲットの表面の水平磁場は、140~220Gである、成膜方法。
[19]上記[18]に記載の成膜方法において、
前記ターゲットの表面における前記磁界は、前記ターゲットの表面に沿っている、成膜方法。
[20]上記[14]乃至[19]のいずれか一項に記載の成膜方法において、
前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛を含有し、
前記ターゲットの表面をスパッタすることにより前記基板の表面にチタン酸ジルコン酸鉛を含有する前記膜を成膜する、成膜方法。
[21]上記[20]に記載の成膜方法において、
前記基板は、
(100)面よりなる主面を含むシリコン基板と、
前記主面上に形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム膜を含む第1膜と、
前記第1膜上に形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜を含む第1導電膜と、
を含み、
前記酸化ジルコニウム膜は、前記酸化ジルコニウム膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、
前記白金膜は、前記白金膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、
前記ターゲットの表面をスパッタすることにより、前記第1導電膜上に、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向した第1チタン酸ジルコン酸鉛膜を含む第1圧電膜を形成し、
前記第1チタン酸ジルコン酸鉛膜は、下記一般式(化1)で表されるチタン酸ジルコン酸鉛よりなる第1複合酸化物を有し、
Pb(Zr1-xTix)O3・・・(化1)
前記第1チタン酸ジルコン酸鉛膜は、前記第1チタン酸ジルコン酸鉛膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、
前記xは、0.32≦x≦0.52を満たす、成膜方法。
[22]上記[14]乃至[21]のいずれか一項に記載の成膜方法において、
前記チャンバー内で前記基板の下面と対向配置された前記ターゲットの上面をスパッタすることにより前記基板の下面に膜を成膜する、成膜方法。
本発明の一態様を適用することで、結晶性が良好な膜を成膜できる成膜装置または成膜方法を提供することができる。
図2は、実施の形態の膜構造体が上部電極としての導電膜を有する場合の、膜構造体の断面図である。
図3は、図2に示す膜構造体から基板及び配向膜を除去した場合の、膜構造体の断面図である。
図4は、実施の形態の膜構造体の他の例の断面図である。
図5は、実施の形態の膜構造体に含まれる2つの圧電膜の断面構造を模式的に示す図である。
図6は、実施の形態の膜構造体に含まれる圧電膜の分極の電界依存性を模式的に示すグラフである。
図7は、実施の形態の膜構造体に含まれる各層の膜がエピタキシャル成長した状態を説明する図である。
図8は、実施の形態の成膜装置を模式的に示す断面図である。
図9は、実施の形態の成膜装置を模式的に示す断面図である。
図10(A)は実施の形態の成膜装置が有する基板保持部を示す平面図であり、図10(B)~(D)は図10(A)に示す突出部25bの形状を示す図である。
図11は、実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
図12は、実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
図13は、実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
図14は、実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
図15は、実施の形態の変形例の膜構造体の断面図である。
図16は、実施例1の膜構造体のXRD法によるθ-2θスペクトルの例を示すグラフである。
図17は、実施例1の膜構造体のXRD法によるθ-2θスペクトルの例を示すグラフである。
図18は、比較例1の膜構造体のXRD法によるθ-2θスペクトルの例を示すグラフである。
図19は、比較例1の膜構造体のXRD法によるθ-2θスペクトルの例を示すグラフである。
図20は、実施例1の膜構造体のXRD法による極点図の例を示すグラフである。
図21は、実施例1の膜構造体のXRD法による極点図の例を示すグラフである。
図22は、実施例1の膜構造体のXRD法による極点図の例を示すグラフである。
図23は、実施例1の膜構造体のXRD法による極点図の例を示すグラフである。
図24は、実施例1としての17枚のウェハの各々に形成された膜構造体の各々のX線回折パターンにおける回折角度2θ004を示すグラフである。
図25は、実施例1としての12枚のウェハの各々に形成された膜構造体の各々のX線回折パターンにおける回折角度2θ004を示すグラフである。
図26は、実施例1の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図27は、比較例1の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図28は、実施例2の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図29は、実施例3の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図30は、実施例4の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図31は、実施例5の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図32は、実施例1、実施例6乃至実施例8、比較例1及び比較例2についての、成膜条件、並びに、PZTの回折角度2θ004及び比誘電率εr等の測定結果をまとめた表を示す。
図33は、実施例6の膜構造体のXRD法によるθ-2θスペクトルの例を示すグラフである。
図34は、実施例7の膜構造体のXRD法によるθ-2θスペクトルの例を示すグラフである。
図35は、実施例8の膜構造体のXRD法によるθ-2θスペクトルの例を示すグラフである。
図36は、比較例2の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図37は、実施例6の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図38は、実施例7の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図39は、実施例8の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図40は、実施例9の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
図41は、実施例10の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
更に、実施の形態で用いる図面においては、構造物を区別するために付したハッチング(網掛け)を図面に応じて省略する場合もある。
なお、以下の実施の形態においてA~Bとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、A以上B以下を示すものとする。
<膜構造体>
初めに、本発明の一実施形態である実施の形態の膜構造体について説明する。図1は、実施の形態の膜構造体の断面図である。図2は、実施の形態の膜構造体が上部電極としての導電膜を有する場合の、膜構造体の断面図である。図3は、図2に示す膜構造体から基板及び配向膜を除去した場合の、膜構造体の断面図である。図4は、実施の形態の膜構造体の他の例の断面図である。
また、図4に示すように、本実施の形態の膜構造体10は、基板11と、配向膜12と、導電膜13と、のみを有するものであってよい。このような場合、膜構造体10を圧電膜15を形成するための電極基板として用いることができ、導電膜13上に、エピタキシャル成長し、且つ、良好な圧電特性を有する圧電膜15を容易に形成することができる。
好適には、配向膜12は、基板11の上面11a上にエピタキシャル成長し、導電膜13は、配向膜12上にエピタキシャル成長している。これにより、圧電膜15が、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物を含む場合に、圧電膜15を導電膜13上にエピタキシャル成長させることができる。
ここで、基板11の主面としての上面11a内で互いに直交する2つの方向を、X軸方向及びY軸方向とし、上面11aに垂直な方向をZ軸方向としたとき、ある膜がエピタキシャル成長しているとは、その膜が、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のいずれの方向にも配向していることを意味する。なお、好適な上面11a内の配向方向については、後述する図7を用いて説明する。
Sr(Ti1-zRuz)O3・・・(化4)
ここで、zは、0≦z≦1を満たす。なお、以下では、zがz=0を満たすときのSr(Ti1-zRuz)O3即ちSrTiO3を、STOと称し、zが0<z<1を満たすときのSr(Ti1-zRuz)O3を、STROと称し、zがz=1を満たすときのSr(Ti1-zRuz)O3即ちSrRuO3を、SROと称する場合がある。
ここで、膜14が、スパッタリング法により形成される場合、zは、0≦z≦0.4を満たすことが好ましく、0.05≦z≦0.2を満たすことがより好ましい。zが0.4を超える場合、上記一般式(化4)で表される複合酸化物が粉になり、十分に固まらないおそれがあり、スパッタリングターゲットを製造することが困難になるからである。
上記一般式(化4)で表示され、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物が擬立方晶表示で(100)配向しているとは、以下のような場合を意味する。
まず、3次元に配列された単位格子を含み、一般式ABO3で表示されるペロブスカイト型構造の結晶格子において、単位格子が1個の原子A、1個の原子B及び3個の酸素原子を含む場合を考える。
このような場合、擬立方晶表示で(100)配向しているとは、当該単位格子が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向している場合を意味する。このとき、当該単位格子の1辺の長さを、格子定数acとする。
膜14が、上記一般式(化4)で表され、0≦z≦1を満たすことにより、擬立方晶の格子定数acが0.390nm≦ac≦0.393nmを満たすため、後述する図7を用いて説明するように、膜14を、導電膜13上に、擬立方晶表示で(100)配向させることができる。
Pb(Zr1-uTiu)O3・・・(化5)
uは、0<u<1を満たす。
2θ004≦96.5°・・・(数1)
これにより、チタン酸ジルコン酸鉛の正方晶表示における(004)面の間隔が長くなる。或いは、圧電膜15中における、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向(c軸配向)したチタン酸ジルコン酸鉛の含有率を、圧電膜15中における、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向(a軸配向)したチタン酸ジルコン酸鉛の含有率に比べて大きくすることができる。従って、圧電膜15に含まれる複数の結晶粒の各々における分極方向を揃えることができるので、圧電膜15の圧電特性を向上させることができる。
圧電膜15に含まれるPZTが、正方晶の結晶構造を有し、正方晶の2つの格子定数がat及びctであり、at及びctがct>atを満たし、単位格子が、互いに直交する3つの辺の長さがat、at及びctである直方体である場合を考える。そして、正方晶の格子定数atが擬立方晶の格子定数acに略等しく、正方晶の格子定数ctが擬立方晶の格子定数acに略等しい場合を考える。このような場合、PZTが疑立方晶表示で(100)配向するとは、PZTが正方晶表示で(100)配向(a軸配向)するか、又は、(001)配向(c軸配向)することを意味する。
このような場合、本実施の形態では、CuKα線を用いたθ-2θ法による圧電膜15のX線回折パターンにおいて、チタン酸ジルコン酸鉛の擬立方晶表示における(400)面の回折ピークの回折角度を2θ400としたとき、2θ400は、上記式(数1)において、2θ004に代えて2θ400と置き換えた式(2θ400≦96.5°)を満たすことになる。そして、これにより、チタン酸ジルコン酸鉛の擬立方晶表示における(400)面の間隔が長くなる。そのため、圧電膜15中における、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛の含有率を、圧電膜15中における、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向したチタン酸ジルコン酸鉛の含有率に比べて大きくすることができる。従って、圧電膜15に含まれる複数の結晶粒の各々における分極方向を揃えることができるので、圧電膜15の圧電特性を向上させることができる。
εr≦450・・・(数2)
これにより、膜構造体10を、例えば圧電効果を用いた圧力センサとして用いる場合に、検出感度を向上させることができ、当該圧力センサの検出回路を容易に設計することができる。或いは、膜構造体10を、例えば逆圧電効果を用いた超音波振動子として用いる場合に、発振回路を容易に設計することができる。
膜構造体10が導電膜18を有する場合、導電膜13、圧電膜15及び導電膜18により強誘電体キャパシタCP1が形成される。そして、圧電膜15のεrは、導電膜13と導電膜18との間に1kHzの周波数を有する交流電圧を印加したときの強誘電体キャパシタCP1の静電容量に基づいて算出される。
Pr≧28μC/cm2・・・(数3)
残留分極値は、強誘電体でもある圧電体の強誘電特性の指標となる値であるが、一般的には、強誘電特性に優れた圧電膜は、圧電特性にも優れる。従って、圧電膜15のPrが上記式(数3)を満たすことにより、圧電膜15の強誘電特性を向上させることができるので、圧電膜15の圧電特性も向上させることができる。
即ち、圧電膜15に印加される電界を変化させたときの圧電膜15の分極の変化を示す分極電界ヒステリシス曲線を測定する際に、圧電膜15に印加する電圧を0から正側に増加させて再び0まで戻したときの分極が、圧電膜15の残留分極値Prである。また、圧電膜15に印加される電界を0から負側に減少させて再び0まで戻したときの分極が、圧電膜15の残留分極値-Prである。
好適には、圧電膜15は、圧電膜16と、圧電膜17と、を含む。圧電膜16は、膜14上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛よりなる複合酸化物を含む。圧電膜17は、圧電膜16上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛よりなる複合酸化物を含む。圧電膜16は、圧縮応力を有し、圧電膜17は、引っ張り応力を有する。
また、圧電膜16が圧縮応力を有し、圧電膜17が圧縮応力を有する場合を考える。このような場合、膜構造体10は、基板11の上面11aを主面としたときに、上に凸の形状を有するように、反りやすい。そのため、例えば膜構造体10をフォトリソグラフィ技術を用いて加工する場合の形状精度が低下し、膜構造体10を加工して形成される圧電素子の特性が低下する。
Pb(Zr1-xTix)O3・・・(化6)
ここで、xは、0.32≦x≦0.52を満たす。
このうち、xが0.32≦x≦0.48を満たす場合、圧電膜16に含まれるPZTは、本来菱面体晶の結晶構造を有する組成ではあるものの、主として基板11からの拘束力等により、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向しやすくなる。そして、PZTを含む圧電膜16は、膜14上にエピタキシャル成長する。なお、xが0.48<x≦0.52を満たす場合、圧電膜16に含まれるPZTは、本来正方晶の結晶構造を有する組成であるため、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向する。そして、PZTを含む圧電膜16は、膜14上にエピタキシャル成長する。これにより、圧電膜16に含まれるチタン酸ジルコン酸鉛の分極軸を、上面11aに略垂直に配向させることができるので、圧電膜16の圧電特性を向上させることができる。
Pb(Zr1-yTiy)O3・・・(化7)
ここで、yは、0.32≦y≦0.52を満たす。
このうち、yが0.32≦y≦0.48を満たす場合、圧電膜17に含まれるPZTは、本来菱面体晶の結晶構造を有する組成ではあるものの、主として基板11からの拘束力等により、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向しやすくなる。そして、PZTを含む圧電膜17は、圧電膜16上にエピタキシャル成長する。なお、yが0.48<y≦0.52を満たす場合、圧電膜17に含まれるPZTは、本来正方晶の結晶構造を有する組成であるため、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向する。そして、PZTを含む圧電膜17は、圧電膜16上にエピタキシャル成長する。これにより、圧電膜17に含まれるチタン酸ジルコン酸鉛の分極軸を、上面11aに略垂直に配向させることができるので、圧電膜17の圧電特性を向上させることができる。
基板11に含まれるSiの格子定数、配向膜12に含まれるZrO2の格子定数、導電膜13に含まれるPtの格子定数、膜14に含まれるSROの格子定数、及び、圧電膜15に含まれるPZTの格子定数を、表1に示す。
Pb(Zr1-vTiv)O3・・・(化8)
ここで、vは、0≦v≦0.1を満たす。
これにより、PZTを含む圧電膜15を、SROを含む膜14の(100)面上に、更に容易に正方晶表示で(001)配向又は擬立方晶表示で(100)配向させることができ、圧電膜15の結晶性を更に容易に向上させることができる。
次に、前述した、圧電膜の圧電特性を向上させ、且つ、当該圧電膜を用いた圧力センサの検出感度を向上させることができる膜構造体に含まれる圧電膜15のうち、圧電膜16を形成するための成膜装置について説明する。当該成膜装置は、チャンバー内でチタン酸ジルコン酸鉛を含有するターゲットの表面をスパッタすることにより基板の表面にチタン酸ジルコン酸鉛を含有する膜を成膜するスパッタリング装置である。
図8に示すように、成膜装置20は、チャンバー21と、真空排気部22と、ガス供給部23及び24と、基板保持部25と、支持部26と、回転駆動部27と、基板加熱部28と、防着板29と、ターゲット保持部31と、電力供給部32と、を有する。基板保持部25は、基板SBを保持する。基板SBとして、例えば前述した基板11上に配向膜12、導電膜13及び膜14が形成された膜構造体を用いることができる。
このような場合、基板SBの中央部下には、基板保持部25のいずれの部分も配置されていないので、基板SBの中央部は、基板保持部25と熱的に更に絶縁されやすく、基板保持部25から熱的な影響を更に受けにくい。また、基板SBの中央部が基板保持部25の熱容量の影響を更に受けにくいので、基板SBの中央部の温度を更に制御しやすい。そのため、基板SBを基板加熱部28により加熱する際に、基板SBの中央部の実際の温度が目標温度からずれることを更に防止又は抑制することができ、基板SBの表面に成膜される膜の結晶性等品質にばらつきが発生することを更に防止又は抑制することができる。
支持部26は、チャンバー21に取り付けられ、且つ、チャンバー21内で基板保持部25を支持する。支持部26は、チャンバー21に取り付けられ、且つ、チャンバー21内で基板保持部25を支持する導電性部材(後述する導電性部材41及び42)を含む。支持部26は、基板SBの表面に垂直な回転軸RA1を中心として、基板保持部25と一体的に回転可能に設けられている。回転駆動部27は、支持部26を回転駆動する。
基部42aは、基部42aの外周面が基部41aの内周面と対向するように、基部41aと同心に設けられている。軸部42bは、軸部42bの外周面が軸部41bの内周面と対向するように、軸部41bと同心に設けられている。接続部42cは、絶縁性部材51により接続部41cに固定されており、これにより、導電性部材42は、導電性部材41と一体的に回転可能に設けられている。絶縁性部材51として、例えばアルミナ(酸化アルミニウム)よりなる絶縁性部材を用いることができる。
また、基板保持部25が導電性囲み部25cを有しない場合、即ち導電性を有しない場合であっても、導電性部材41と基板保持部25との間に絶縁性部材52が介在しない場合に比べれば、プラズマ又は電子が、接地電位(零電位)の影響を受けにくく、ターゲットTGと基板SBとの間に安定して閉じ込められやすい。
前述したように、チャンバー21と導電性部材42との間には、絶縁性部材52,53が介在し、導電性部材42は、電気的に浮遊している。
また、基板保持部25が導電性囲み部25cを有しない場合、即ち導電性を有しない場合であっても、プラズマ又は電子が、依然として零電位の影響を受けやすく、依然としてターゲットTGと基板SBとの間に安定して閉じ込められにくい。
基板加熱部28は、基板SBを加熱する。基板加熱部28は、基板保持部25に保持されている基板SBの上面と対向配置され、且つ、支持部26と一体的に回転可能に設けられている。基板加熱部28として、例えば赤外線ランプを備えたランプユニットを用いることができる。
また、防着板29を水冷することが好ましい理由は次のとおりである。防着板を水冷しないと防着板に付着した膜の硬度が高くなってしまい、剥離しやすくなるのに対し、防着板29を水冷すると防着板29の表面に膜が成長する時の熱エネルギーが下がるため、膜応力も小さくなり、付着した膜が剥離しにくくなる。その結果、成膜装置のメンテナンス期間を延ばすことができる。
また、チャンバー21と防着板29との間には、絶縁性部材55が介在しており、防着板29は、電気的に浮遊している。なお、チャンバー21と絶縁性部材55との間には、導電性部材46が介在し、絶縁性部材55と防着板29との間には、導電性部材47が介在し、導電性部材46と導電性部材47とは、絶縁性部材55を介した状態で、絶縁性部材よりなるネジ56を用いて締結されていてもよい。
一方、本実施の形態では、チャンバー21と防着板29との間に絶縁性部材55が介在している。このような場合には、防着板29が電気的に浮遊した状態になる。そのため、チャンバー21内にプラズマを発生させてターゲットTGをスパッタする際に、プラズマ又は電子が、接地電位(零電位)の影響を受けにくく、ターゲットTGと基板SBとの間に安定して閉じ込められやすい。従って、例えばチタン酸ジルコン酸鉛のような圧電膜を形成する場合には、成膜中の圧電膜の電荷の分布が一定になりやすく、結晶性等の膜の品質が向上しやすい。
ターゲット保持部31は、チャンバー21内で、ターゲットTGを保持する。また、ターゲットTGは、バッキングプレートBP1と、バッキングプレートBP1の一方の側に固定されたターゲット材TM1と、を含む。ターゲット保持部31に保持されているターゲットTGの表面は、基板SBの表面と対向している。図8に示す例では、ターゲット保持部31は、基板保持部25よりも下方に設けられ、ターゲット保持部31に保持されているターゲットTGの上面が基板保持部25に保持されている基板SBの下面と対向している。
次に、本実施の形態の膜構造体の製造方法を説明する。図11乃至図14は、実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
まず、図11に示すように、基板11を用意する(ステップS1)。ステップS1では、例えばシリコン(Si)単結晶よりなるシリコン基板である基板11を用意する。シリコン単結晶よりなる基板11は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)面よりなる主面としての上面11aを有する。基板11がシリコン基板である場合、基板11の上面11a上には、SiO2膜などの酸化膜が形成されていてもよい。
次に、図12に示すように、基板11上に、配向膜12を形成する(ステップS2)。以下では、ステップS2において、電子ビーム蒸着法を用いて配向膜12を形成する場合を例示して説明するが、例えばスパッタリング法など各種の方法を用いて形成することができる。
ステップS2では、次に、ジルコニウム(Zr)単結晶の蒸着材料を用いた電子ビーム蒸着法によりZrを蒸発させる。このとき、蒸発したZrが例えば700℃に加熱された基板11上で酸素と反応することにより、酸化ジルコニウム(ZrO2)膜となって成膜される。そして、単層膜としてのZrO2膜よりなる配向膜12が形成される。
配向膜12の膜厚は、2~100nmであることが好ましく、10~50nmであることがより好ましい。このような膜厚を有することにより、エピタキシャル成長し、単結晶に極めて近い配向膜12を形成することができる。
このステップS3では、まず、配向膜12上にエピタキシャル成長した、下部電極の一部としての導電膜13を形成する。導電膜13は、金属よりなる。金属よりなる導電膜13として、例えば白金(Pt)を含む導電膜が用いられる。
このステップS3では、次に、導電膜13を450~600℃の温度で熱処理する。具体的には、導電膜13を450~600℃の温度でスパッタリング法により形成した後、引き続いて450~600℃の温度に10~30分間保持して熱処理することが好ましい。
また、ステップS5では、スパッタリング法により圧電膜16を形成する際に、例えば、圧電膜16内にスパッタ粒子及びアルゴン(Ar)ガスが入射されて圧電膜16が膨張することにより、圧電膜16は、圧縮応力を有する。
好適には、ステップS5では、425~475℃の温度で、且つ、0.29nm/s以下の成膜速度で、複合酸化物としてのPZTを含む膜を成膜し、成膜された膜よりなる圧電膜16を形成する。このような条件により、上記式(数1)及び式(数2)を満たす膜構造体を容易に得ることができる。
ここで、前述した図8乃至図10を用いて説明した成膜装置20を用いて圧電膜16を成膜する成膜方法を説明する。
次に、チャンバー21内で基板SBを基板保持部25により保持する。基板SBとして、例えば前述した基板11上に配向膜12、導電膜13及び膜14が形成された膜構造体を用いることができる。基板保持部25は、チャンバー21に取り付けられた支持部26により支持され、支持部26と基板保持部25との間、又は、チャンバー21と支持部26との間に、絶縁性部材51が介在している。また、基板保持部25は、基板SBの外周部が基板保持部25と接触し、且つ、基板SBの中央部が基板保持部25と離隔した状態で、基板SBを保持する。支持部26は、導電性部材41及び42を含む。導電性部材41及び42は、回転軸RA1を中心として基板保持部25と一体的に回転可能に設けられている。導電性部材42は、電気的に浮遊している。これにより、プラズマ又は電子が、接地電位(零電位)の影響を受けにくく、ターゲットTGと基板SBとの間に安定して閉じ込められやすい。
ステップS6では、次に、膜を熱処理して前駆体を酸化して結晶化することにより、PZTを含む圧電膜17を形成する。ここで、上記一般式(化7)において、yは、0.32≦y≦0.48を満たす。
このうち、yが0.32≦y≦0.48を満たす場合、圧電膜17に含まれるPZTは、本来菱面体晶の結晶構造を有する組成ではあるものの、主として基板11からの拘束力等により、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向しやすくなる。そして、PZTを含む圧電膜17は、圧電膜16上にエピタキシャル成長する。なお、yが0.48<y≦0.52を満たす場合、圧電膜17に含まれるPZTは、本来正方晶の結晶構造を有する組成であるため、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向する。そして、PZTを含む圧電膜17は、圧電膜16上にエピタキシャル成長する。これにより、圧電膜17に含まれるチタン酸ジルコン酸鉛の分極軸を、上面11aに略垂直に配向させることができるので、圧電膜17の圧電特性を向上させることができる。
ステップS6では、例えば、熱処理の際に溶液中の溶媒が蒸発することにより、又は、前駆体が酸化されて結晶化される際に膜が収縮することにより、圧電膜17は、引っ張り応力を有する。
圧電膜15が、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したPZTを含む場合、本実施の形態では、CuKα線を用いたθ-2θ法による圧電膜15のX線回折パターンにおいて、チタン酸ジルコン酸鉛の正方晶表示における(004)面の回折ピークの回折角度を2θ004としたとき、2θ004は、下記式(数1)を満たす。
2θ004≦96.5°・・・(数1)
εr≦450・・・(数2)
これにより、膜構造体10を、例えば圧電効果を用いた圧力センサとして用いる場合に、検出感度を向上させることができ、当該圧力センサの検出回路を容易に設計することができる。或いは、膜構造体10を、例えば逆圧電効果を用いた超音波振動子として用いる場合に、発振回路を容易に設計することができる。
また、導電膜18を形成した後、導電膜13と導電膜18との間に1kHzの周波数を有する交流電圧を印加して比誘電率を測定してもよい(ステップS9)。
このような周波数を有する交流電圧での比誘電率が小さくなることにより、例えば検出回路のクロック周波数を高めることができ、膜構造体10を用いた圧力センサの応答速度を向上させることができる。
Pr≧28μC/cm2・・・(数3)
これにより、圧電膜15の強誘電特性を向上させることができるので、圧電膜15の圧電特性も向上させることができる。
なお、膜14と圧電膜15との間に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜を形成してもよい。当該膜は、上記一般式(化8)で表され、且つ、擬立方晶表示で(100)配向した複合酸化物を含んでもよい。
実施の形態では、図1に示したように、圧電膜16及び圧電膜17を含む圧電膜15が形成されていた。しかし、圧電膜15は、圧電膜16のみを含むものであってもよい。このような例を、実施の形態の変形例として説明する。
図15に示すように、本変形例の膜構造体10は、基板11と、配向膜12と、導電膜13と、膜14と、圧電膜15と、を有する。配向膜12は、基板11上に形成されている。導電膜13は、配向膜12上に形成されている。膜14は、導電膜13上に形成されている。圧電膜15は、膜14上に形成されている。圧電膜15は、圧電膜16を含む。
即ち、本変形例の膜構造体10は、圧電膜15が、圧電膜17(図1参照)を含まず、圧電膜16のみを含む点を除いて、実施の形態の膜構造体10と同様である。
(実施例1及び比較例1)
以下では、実施の形態で図1を用いて説明した膜構造体10を、実施例1の膜構造体として形成した。実施例1の膜構造体は、CuKα線を用いたθ-2θ法による圧電膜15のX線回折パターンにおいて、チタン酸ジルコン酸鉛の正方晶表示における(004)面の回折ピークの回折角度を2θ004としたとき、2θ004が上記式(数1)を満たすものである。また、実施例1の膜構造体は、圧電膜15の比誘電率をεrとしたとき、εrが上記式(数2)を満たすものである。一方、2θ004が上記式(数1)を満たさない膜構造体を、比較例1の膜構造体とした。
次に、図12に示したように、基板11上に、配向膜12として、酸化ジルコニウム(ZrO2)膜を、電子ビーム蒸着法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
圧力 : 7.00×10-3Pa
蒸着源 : Zr+O2
加速電圧/エミッション電流 : 7.5kV/1.80mA
厚さ : 24nm
成膜速度 : 0.005nm/s
酸素流量 : 7sccm
基板温度 : 500℃
次に、図4に示したように、配向膜12上に、導電膜13として、白金(Pt)膜を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
装置 : DCスパッタリング装置
圧力 : 1.20×10-1Pa
蒸着源 : Pt
電力 : 100W
厚さ : 150nm
成膜速度 : 0.14nm/s
Ar流量 : 16sccm
基板温度 : 450~600℃
次に、Pt膜を熱処理した。この際の条件を、以下に示す。
装置 : DCスパッタリング装置
基板温度(熱処理温度) : 450~600℃
熱処理時間 : 10~30分
装置 : RFマグネトロンスパッタリング装置
パワー : 300W
ガス : Ar
圧力 : 1.8Pa
基板温度 : 600℃
成膜速度 : 0.11nm/s
厚さ : 20nm
装置 : RFマグネトロンスパッタリング装置
パワー : 2250W
ガス : Ar/O2
圧力 : 0.6Pa
基板温度 : 425℃
成膜速度 : 0.29nm/s
Ar流量 : 66sccm
酸素流量 : 6sccm
成膜時間 : 4200s
Pb、Zr及びTiの有機金属化合物をPb:Zr:Ti=100+δ:58:42の組成比になるように混合し、エタノールと2-n-ブトキシエタノールの混合溶媒に、Pb(Zr0.58Ti0.42)O3としての濃度が0.35mol/lになるように溶解させた原料溶液を調整した。δについては、δ=20とした。そして、原料溶液には更に20gの重量の、K値が27~33のポリピロリドンを溶解させた。
図24は、実施例1としてのNo.1乃至No.17の17枚のウェハの各々に形成された膜構造体の各々のX線回折パターンにおける回折角度2θ004を示すグラフである。図24では、ある膜構造体の回折角度2θ004について、ウェハ中心部における回折角度2θ004を左側に示し、ウェハ外周部における回折角度2θ004を右側に示している。
また、実施例1については、更に、No.21乃至No.32の12枚のウェハの各々の上に同条件で圧電膜17としてのPZT膜までの膜構造体を形成し、形成された膜構造体のXRD法によるθ-2θスペクトルを測定した。即ち、実施例1として12枚の膜構造体について、θ-2θ法によるX線回折測定を行った。
図25に示すように、実施例1としての12枚のウェハの各々に形成された膜構造体において、回折角度2θ004は、いずれも96.0°よりも大きく、96.25°未満であった。従って、実施例1としての17枚のウェハにおいては、回折角度2θ004は、上記式(数1)を満たすことが分かった。
なお、図18及び図19のθ-2θスペクトルにおいて、PZTの正方晶表示で(00n)面(nは自然数)の高角側に、ピークが観測されている。これは、例えば正方晶の結晶構造を有するPZTの(100)配向した部分が微量の含有率で存在し、当該部分が応力緩和層として機能しているものと考えられる。
図26は、実施例1の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。図27は、比較例1の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。図26及び図27の各々のグラフの横軸は、電圧を示し、図26及び図27の各々のグラフの縦軸は、分極を示す(以下の分極の電圧依存性を示すグラフにおいても同様。)。
従って、実施例1及び比較例1によれば、本実施の形態の膜構造体において、圧電膜16を形成する際に供給される高周波電力が一定の範囲内であるときに、比誘電率εrが上記式(数2)を満たし、残留分極値Prが上記式(数3)を満たすことが、明らかになった。そこで、以下では、実施例2乃至実施例9及び比較例2の膜構造体を形成し、比誘電率εrが上記式(数2)を満たし、残留分極値Prが上記式(数3)を満たす条件を詳細に調べた。
実施例1の膜構造体の製造方法において、圧電膜16を形成する際の基板温度を、425℃から450℃に変更したこと以外は、実施例1の膜構造体の製造方法と同様にして、実施例2の膜構造体を形成した。また、実施例1の膜構造体の製造方法において、圧電膜16を形成する際の基板温度を、425℃から475℃に変更したこと以外は、実施例1の膜構造体の製造方法と同様にして、実施例3の膜構造体を形成した。
図28によれば、実施例2の膜構造体においては、比誘電率εrは、450以下であり、残留分極値Prは、28μC/cm2以上であった(実測値41μC/cm2)。また、図29によれば、実施例3の膜構造体においては、比誘電率εrは、450以下であり、残留分極値Prは、28μC/cm2以上であった(実測値45μC/cm2)。
従って、実施例1乃至実施例3によれば、供給される高周波電力が2250Wの場合、圧電膜16を形成する際の基板温度が425~475℃の範囲で、450以下の比誘電率εrが得られ、28μC/cm2以上の残留分極値Prが得られることが明らかになった。なお、詳細な説明は省略するが、圧電膜16を形成する際の基板温度が425℃未満の場合、又は、圧電膜16を形成する際の基板温度が475℃を超える場合は、450以下の比誘電率εrを得ることは困難であった。
実施例1の膜構造体の製造方法において、圧電膜16を形成する際に供給される高周波電力(パワー)を、2250Wから2000Wに変更したこと以外は、実施例1の膜構造体の製造方法と同様にして、実施例4の膜構造体を形成した。このとき、成膜速度は、0.20nm/sとなり、実施例1における0.29nm/sよりも小さくなった。
また、実施例1の膜構造体の製造方法において、圧電膜16を形成する際に供給される高周波電力(パワー)を、2250Wから1750Wに変更したこと以外は、実施例1の膜構造体の製造方法と同様にして、実施例5の膜構造体を形成した。このとき、成膜速度は、0.17nm/sとなり、実施例1における0.29nm/sよりも小さくなった。
図30によれば、実施例4の膜構造体においては、比誘電率εrは、450以下であり、残留分極値Prは、28μC/cm2以上であった(実測値45μC/cm2)。また、図31によれば、実施例5の膜構造体においては、比誘電率εrは、450以下であり、残留分極値Prは、28μC/cm2以上であった(実測値50μC/cm2)。
従って、実施例1、実施例4及び実施例5によれば、基板温度が425℃の場合、圧電膜16を形成する際に供給される高周波電力が1750~2250Wの範囲で、450以下の比誘電率εrが得られ、28μC/cm2以上の残留分極値Prが得られることが明らかになった。これは、高周波電力が1750~2250Wの範囲では、高周波電力の値が小さくなるほど、成膜速度が遅くなり、圧電膜16がゆっくりと結晶成長するため、圧電膜16の単結晶性が向上し、残留分極値Prが向上したためと考えられる。
実施例1の膜構造体の製造方法において、圧電膜16を形成する際に供給される高周波電力(パワー)の値を、2250Wから2500Wに変更したこと以外は、実施例1の膜構造体の製造方法と同様にして、比較例2の膜構造体を形成した。これらの条件を、図32に示す。なお、図32は、実施例1、実施例6乃至実施例8、比較例1及び比較例2についての、成膜条件、並びに、PZTの回折角度2θ004及び比誘電率εr等の測定結果をまとめた表を示す。
また、実施例1の膜構造体の製造方法において、圧電膜16を形成する際に供給される高周波電力(パワー)について、後の工程で供給される高周波電力が前の工程で供給される高周波電力の値よりも小さくなるように、複数の工程に分けて値を変更して供給したこと以外は、実施例1の膜構造体の製造方法と同様にして、実施例6乃至実施例8の膜構造体を形成した。
具体的には、実施例6の膜構造体の製造方法では、圧電膜16を形成する工程のうち、1番目の工程では、供給される高周波電力の値を2250Wとし、基板温度を450℃とし、成膜時間を2100sとして、500nmの膜厚を有するPb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(下層PZT膜)を成膜した。次に、圧電膜16を形成する工程のうち、2番目の工程では、供給される高周波電力の値を2000Wとし、基板温度を450℃とし、成膜時間を2300sとして、500nmの膜厚を有するPb(Zr0.58Ti0.42)O3膜(上層PZT膜)を成膜した。これにより、下層PZT膜及び上層PZT膜よりなる圧電膜16を形成した。これらの条件を、図32に示す。なお、図32には、高周波電力として、上層PZT膜を形成する工程における値(2000W)のみを示す。
図33乃至図35の各々は、PZT膜までが形成された膜構造体のXRD法によるθ-2θスペクトルの例を示すグラフである。図33乃至図35の各々のグラフの横軸は、角度2θを示し、図16乃至図19の各々のグラフの縦軸は、X線の強度を示す。図33は、実施例6についての結果を示し、図34は、実施例7についての結果を示し、図35は、実施例8についての結果を示す。また、図33乃至図35は、90°≦2θ≦110°の範囲を示している。
図36及び図32によれば、比較例2の膜構造体においては、比誘電率εrは、450を超えており(実測値580)、残留分極値Prは、28μC/cm2未満であった(実測値18μC/cm2)。また、カンチレバーを形成し、形成されたカンチレバーを用いて圧電定数d31を測定したところ、圧電定数d31は、178pm/Vであった。
また、図38及び図32によれば、実施例7の膜構造体においては、比誘電率εrは、450以下であり(実測値263)、残留分極値Prは、28μC/cm2以上であった(実測値48μC/cm2)。また、比較例2と同様にして圧電定数d31を測定したところ、圧電定数d31は、220pm/Vであった。
従って、実施例1乃至実施例8によれば、比誘電率εrは、εr≦450を満たし、残留分極値Prは、Pr≧28μC/cm2を満たし、圧電定数d31は、d31≧200pm/Vを満たし、上記式(数1)及び式(数2)を満たすことが分かった。
圧電現象とは、圧電体に応力が印加されたときに、圧電体の結晶格子が歪むことにより、その歪みに応じた電荷が圧電体に発生する現象である。従って、圧電歪みは、圧電体に発生する電荷密度を、圧電体に印加された応力で除した値であり、圧電体が強誘電体である場合には、残留分極値に比例する。
実施例1の膜構造体の製造方法と同様にして、実施例9の膜構造体を形成した。また、実施例1の膜構造体の製造方法において、PZTの組成をx=0.42からx=0.48に変更したこと以外は、実施例1の膜構造体の製造方法と同様にして、実施例10の膜構造体を形成した。実施例9及び実施例10の膜構造体について、導電膜13と導電膜18との間に電圧を印加して分極の電圧依存性を測定した。図40は、実施例9の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。図41は、実施例10の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
11 基板
11a 上面
12 配向膜
12a 酸化ジルコニウム膜
13、18 導電膜
13a 白金膜
14、17f 膜
14a SRO膜
15、16、17 圧電膜
15a、16a、17a チタン酸ジルコン酸鉛膜
16g、17g 結晶粒
20 成膜装置
21 チャンバー
21a 底板部
21b、21e 側板部
21c、21f 天板部
21d 蓋部
22 真空排気部
23、24 ガス供給部
23a、24a 流量制御器
23b、24b ガス供給管
25 基板保持部
25a 絶縁性囲み部
25b 突出部
25c 導電性囲み部
25d 段差部
25b1 角
26 支持部
27 回転駆動部
27a モータ
27b ベルト
27c プーリー
27d 回転軸
28 基板加熱部
29 防着板
29a 冷却管
31 ターゲット保持部
32 電力供給部
32a 高周波電源
32b 整合器
33 VDC制御部
34 磁石部
35 磁石回転駆動部
41、42、45、46、47 導電性部材
41a、42a、45a 基部
41b、42b、45b 軸部
41c、42b、45c 接続部
43、56 ネジ
44 スリップリング
51、52、53、54、55 絶縁性部材
BP1 バッキングプレート
CE1 シール部
CN1 中心
CP1 強誘電体キャパシタ
EP 終点
OP1、OP2、OP3 開口
P1 分極成分
RA1 回転軸
SB 基板
SP 起点
TG ターゲット
TM1 ターゲット材
Claims (3)
- (100)面よりなる主面を含むシリコン基板と、
前記シリコン基板上に直接形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム膜と、前記酸化ジルコニウム膜に直接形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜からなる導電膜と、を含み、
前記酸化ジルコニウム膜は、前記酸化ジルコニウム膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように配向しており、
前記導電膜は、前記導電膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように配向しており、
前記導電膜上に、下記一般式(化1)で表され、且つ、擬立方晶表示で(100)配向した複合酸化物を含む膜及び当該複合酸化物を含む膜上に、圧電体膜をさらに備え、
前記圧電体膜は、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜であり、前記圧電体膜の主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように配向し、
CuKα線を用いたθ-2θ法による前記圧電体膜のX線回折パターンにおいて、チタン酸ジルコン酸鉛膜の(004)面の回折ピークの回折角度を2θ 004 とし、
前記圧電体膜の比誘電率をε r としたとき、
前記2θ 004 は、下記式(数1)を満たし、
前記ε r は、下記式(数2)を満たす膜構造体。
2θ 004 ≦96.5°・・・(数1)
ε r ≦450・・・(数2)
Sr(Ti1-zRuz)O3・・・(化1)
ここで、zは、0≦z≦1を満たす。 - 請求項1に記載の膜構造体において、
前記圧電体膜の残留分極値をP r としたとき、
前記P r は、下記式(数3)を満たす、膜構造体。
P r ≧28μC/cm2・・・(数3) - 接地電位に電気的に接続されるチャンバーと、
前記チャンバー内に配置されたターゲットと、
前記ターゲットに高周波電力を供給する電力供給部と、
前記チャンバー内にガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバー内に配置され、基板を前記ターゲットに対向させて保持する絶縁性基板保持部と、
前記絶縁性基板保持部を支持する導電性支持部と、
前記導電性支持部と前記チャンバーとの間に配置された第1絶縁性部材と、
を有し、
前記導電性支持部は前記第1絶縁性部材によって前記チャンバーに対して電気的に浮遊しており、
前記基板の外周部が前記絶縁性基板保持部と接触することで、前記絶縁性基板保持部に前記基板が保持され、前記基板は前記導電性支持部に対して電気的に浮遊しており、
前記絶縁性基板保持部は、平面視において前記基板の中央部と重ならない、成膜装置であって、
前記基板は、
(100)面よりなる主面を含むシリコン基板と、
前記シリコン基板上に直接形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム膜と、前記酸化ジルコニウム膜に直接形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜からなる導電膜と、を含み、
前記酸化ジルコニウム膜は、前記酸化ジルコニウム膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように配向しており、
前記導電膜は、前記導電膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように配向しており、
前記導電膜上に、下記一般式(化1)で表され、且つ、擬立方晶表示で(100)配向した複合酸化物を含む膜及び当該複合酸化物を含む膜上に、圧電体膜をさらに備え、
前記圧電体膜は、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜であり、前記圧電体膜の主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように配向し、
CuKα線を用いたθ-2θ法による前記圧電体膜のX線回折パターンにおいて、チタン酸ジルコン酸鉛膜の(004)面の回折ピークの回折角度を2θ 004 とし、
前記圧電体膜の比誘電率をε r としたとき、
前記2θ 004 は、下記式(数1)を満たし、
前記ε r は、下記式(数2)を満たす膜構造体であることを特徴とする成膜装置。
2θ 004 ≦96.5°・・・(数1)
ε r ≦450・・・(数2)
Sr(Ti 1-z Ru z )O3・・・(化1)
ここで、zは、0≦z≦1を満たす。
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KR20110015797A (ko) | Pzt 박막 및 그 제조방법 |
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