JPH11106279A - セラミックス薄膜の製造方法 - Google Patents
セラミックス薄膜の製造方法Info
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- JPH11106279A JPH11106279A JP26622697A JP26622697A JPH11106279A JP H11106279 A JPH11106279 A JP H11106279A JP 26622697 A JP26622697 A JP 26622697A JP 26622697 A JP26622697 A JP 26622697A JP H11106279 A JPH11106279 A JP H11106279A
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- film
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ポストアニール方式により得られるセラミック
ス薄膜は、非晶質膜から結晶膜への移行過程で結晶核が
膜中のいたるところから発生するため、ランダム配向の
多結晶膜となってしまい、セラミックス薄膜の物性が低
下してしまうことが課題であった。 【解決手段】基板203上の非晶質膜201を結晶化させる
際、基板203側からのみ赤外線ランプ211によって加熱し
結晶化させる焼成法とする。
ス薄膜は、非晶質膜から結晶膜への移行過程で結晶核が
膜中のいたるところから発生するため、ランダム配向の
多結晶膜となってしまい、セラミックス薄膜の物性が低
下してしまうことが課題であった。 【解決手段】基板203上の非晶質膜201を結晶化させる
際、基板203側からのみ赤外線ランプ211によって加熱し
結晶化させる焼成法とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶性に由来する
物性（圧電性、焦電性、強誘電性等）を利用した薄膜デ
バイスの主たる構成要素であるセラミックス薄膜を製造
する方法に関し、特にチタン酸ジルコン酸鉛系薄膜の製
造に有効である。
物性（圧電性、焦電性、強誘電性等）を利用した薄膜デ
バイスの主たる構成要素であるセラミックス薄膜を製造
する方法に関し、特にチタン酸ジルコン酸鉛系薄膜の製
造に有効である。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス薄膜材料の物性やそれを電
子デバイスの構成要素として組み込んだ際のデバイス特
性等は、セラミックス薄膜の結晶性や配向性に大きく左
右される。結晶性薄膜の作成方法は二種類に大別され
る。一つは単結晶基板あるいは基板上に方位が揃った結
晶性膜を形成し、その上に所望のセラミックス薄膜をエ
ピタキシャル成長させるものである。もう一つの方法
は、基板上に所望の結晶膜の前駆体である非晶質膜を形
成させておいてから、これを焼成もしくは光照射などで
外部からエネルギーを与えることによって結晶性薄膜を
得るものである。これはいわゆるポストアニール方式に
代表される成膜法である。
子デバイスの構成要素として組み込んだ際のデバイス特
性等は、セラミックス薄膜の結晶性や配向性に大きく左
右される。結晶性薄膜の作成方法は二種類に大別され
る。一つは単結晶基板あるいは基板上に方位が揃った結
晶性膜を形成し、その上に所望のセラミックス薄膜をエ
ピタキシャル成長させるものである。もう一つの方法
は、基板上に所望の結晶膜の前駆体である非晶質膜を形
成させておいてから、これを焼成もしくは光照射などで
外部からエネルギーを与えることによって結晶性薄膜を
得るものである。これはいわゆるポストアニール方式に
代表される成膜法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の二種類
の成膜方法にはいずれも課題がある。先ず、エピタキシ
ャル成長による成膜法の場合、基板（あるいはその上に
形成した結晶膜）の結晶格子定数が所望のセラミックス
薄膜の格子定数に近いものを選択しなければならず、材
料選択の自由度が小さい。あるいは、ふさわしい基板が
存在しない場合もあるといった課題を有する。また、一
般にエピタキシャル成長は成膜速度が遅く、比較的厚さ
を要する膜には成膜時間がかかりすぎて量産に不向きで
あることも問題点として挙げられる。
の成膜方法にはいずれも課題がある。先ず、エピタキシ
ャル成長による成膜法の場合、基板（あるいはその上に
形成した結晶膜）の結晶格子定数が所望のセラミックス
薄膜の格子定数に近いものを選択しなければならず、材
料選択の自由度が小さい。あるいは、ふさわしい基板が
存在しない場合もあるといった課題を有する。また、一
般にエピタキシャル成長は成膜速度が遅く、比較的厚さ
を要する膜には成膜時間がかかりすぎて量産に不向きで
あることも問題点として挙げられる。
【０００４】一方ポストアニール方式の場合、非晶質膜
から結晶膜への移行過程において結晶核が膜中のいたる
ところでランダムに発生してしまうため、結晶配向性の
制御が極めて困難であるという課題を有する。
から結晶膜への移行過程において結晶核が膜中のいたる
ところでランダムに発生してしまうため、結晶配向性の
制御が極めて困難であるという課題を有する。
【０００５】しかしながら、ポストアニール方式は、そ
の製造プロセスの簡便さから量産に適しているといった
利点もある。そこで本発明者らは、このポストアニール
方式に着目し、従来の欠点を克服すべく鋭意研究を進め
た結果、上述の課題を解決する方法を見い出すに至った
のである。即ち、基板上に制御された結晶配向性を有す
るセラミックス薄膜を簡便かつ迅速に成膜する方法を提
供することが本発明の目的である。
の製造プロセスの簡便さから量産に適しているといった
利点もある。そこで本発明者らは、このポストアニール
方式に着目し、従来の欠点を克服すべく鋭意研究を進め
た結果、上述の課題を解決する方法を見い出すに至った
のである。即ち、基板上に制御された結晶配向性を有す
るセラミックス薄膜を簡便かつ迅速に成膜する方法を提
供することが本発明の目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス薄
膜の製造方法は、（1）基板上に非晶質状の前駆体膜を
形成する工程と、（2）これを加熱焼成し結晶化させる
工程とからなるセラミックス薄膜の製造方法において、
1.前記（2）工程の加熱時に基板側からのみ赤外線ラン
プによって加熱すること 2.前記基板に白金層もしくは白金を含む多層金属層が設
けられていること 3.前記白金層の広角法をもちいたX線（Cu-Kα）回折パ
ターンにおいてX線の入射角をθとし、0°≦2θ≦80°
の範囲でΣI(hkl)を全ての回折ピーク強度の和、I(111)
を(111)面の回折ピーク強度と定義するとき、 I(111)/
ΣI(hkl)≧0.9であること 4.前記白金層の広角法をもちいたX線（Cu-Kα）回折パ
ターンにおいてX線の入射角をθとし、0°≦2θ≦80°
の範囲でΣI(hkl)を全ての回折ピーク強度の和、I(200)
を(200)面の回折ピーク強度と定義するとき、 I(200)/
ΣI(hkl)≧0.9であること 5.前記白金層の上にアイランド状のTi層が設けられてい
ることを特徴とする。
膜の製造方法は、（1）基板上に非晶質状の前駆体膜を
形成する工程と、（2）これを加熱焼成し結晶化させる
工程とからなるセラミックス薄膜の製造方法において、
1.前記（2）工程の加熱時に基板側からのみ赤外線ラン
プによって加熱すること 2.前記基板に白金層もしくは白金を含む多層金属層が設
けられていること 3.前記白金層の広角法をもちいたX線（Cu-Kα）回折パ
ターンにおいてX線の入射角をθとし、0°≦2θ≦80°
の範囲でΣI(hkl)を全ての回折ピーク強度の和、I(111)
を(111)面の回折ピーク強度と定義するとき、 I(111)/
ΣI(hkl)≧0.9であること 4.前記白金層の広角法をもちいたX線（Cu-Kα）回折パ
ターンにおいてX線の入射角をθとし、0°≦2θ≦80°
の範囲でΣI(hkl)を全ての回折ピーク強度の和、I(200)
を(200)面の回折ピーク強度と定義するとき、 I(200)/
ΣI(hkl)≧0.9であること 5.前記白金層の上にアイランド状のTi層が設けられてい
ることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】上述に示した加熱方法をもちいる
ことにより、基板上に形成された非晶質前駆体膜に対し
て、基板垂直方向（膜厚方向）に温度勾配が生じる。し
たがって、前記非晶質前駆体膜の前記基板に接している
部分から基板最表面の構造を反映するかたちで膜表面に
向かって一方向に結晶化が進む。このため結晶成長した
膜は基板最表面の構造を反映し、結晶配向性に優れたセ
ラミックス薄膜となる。
ことにより、基板上に形成された非晶質前駆体膜に対し
て、基板垂直方向（膜厚方向）に温度勾配が生じる。し
たがって、前記非晶質前駆体膜の前記基板に接している
部分から基板最表面の構造を反映するかたちで膜表面に
向かって一方向に結晶化が進む。このため結晶成長した
膜は基板最表面の構造を反映し、結晶配向性に優れたセ
ラミックス薄膜となる。
【０００８】以上作用について簡単に述べたが、以下実
施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
【０００９】（実施例1）はじめに、2-n-ブトキシエタ
ノールに酢酸鉛、酢酸マグネシウム、チタニウムテトラ
イソプロポキシド、ジルコニウムアセチルアセトナート
ならびにペンタエトキシニオブを適量溶解し、所望濃度
に調整した溶液を原料ゾル溶液とした。
ノールに酢酸鉛、酢酸マグネシウム、チタニウムテトラ
イソプロポキシド、ジルコニウムアセチルアセトナート
ならびにペンタエトキシニオブを適量溶解し、所望濃度
に調整した溶液を原料ゾル溶液とした。
【００１０】次に、シリコンウエハー（直径4インチ、
厚さ220μｍ）の表面1μｍを熱酸化し、この上にスパッ
タにより白金を厚み0.2μｍ形成した。この白金層にた
いして、広角法をもちいたX線（Cu-Kα）回折パターン
（図1）を得た。X線入射角をθとして、0°≦2θ≦80°
の範囲における白金のすべての回折ピーク強度をΣI(hk
l)、白金（111）面の回折強度ピークを I(111)と定義す
るとき、 I(111)/ΣI(hkl)=0.9であることがわかった。
厚さ220μｍ）の表面1μｍを熱酸化し、この上にスパッ
タにより白金を厚み0.2μｍ形成した。この白金層にた
いして、広角法をもちいたX線（Cu-Kα）回折パターン
（図1）を得た。X線入射角をθとして、0°≦2θ≦80°
の範囲における白金のすべての回折ピーク強度をΣI(hk
l)、白金（111）面の回折強度ピークを I(111)と定義す
るとき、 I(111)/ΣI(hkl)=0.9であることがわかった。
【００１１】この基板上に原料ゾル溶液をスピンコート
によって塗布した。コート面を上にしてホットプレート
上で80℃で5分間さらに200℃で5分間の乾燥、続いて400
℃で10分間の脱脂をおこなった。ゾル溶液の塗布、乾
燥、脱脂の一連の工程を多数回繰り返すことによって所
望の厚みの非晶質前駆体膜を得た。これを急速昇温ラン
プアニール装置（RTA）に図2に示したとおり、基板203
の裏面と非晶質薄膜201の表面が、それぞれ赤外線ラン
プ211と赤外線ランプ212に照射される配置で設置した。
ここで202は電極であり、本実施例においては前述のよ
うに白金がもちいられている。次に、赤外線ランプ211
（図2）のみ照射し、基板裏面を900℃に昇温した。この
状態で酸素雰囲気にて1分間の焼成、結晶化をおこなっ
た（試料1）。一方、比較のため従来法による試料も作
成した。すなわち、基板上に作成した非晶質膜をRTAで
焼成する際、赤外線ランプ211（図2）と赤外線ランプ21
2（図2）を同時に照射し、基板203（図2）裏面を900℃
に昇温した。この状態で酸素雰囲気にて1分間の焼成を
おこない、結晶化膜を得た（試料2）。
によって塗布した。コート面を上にしてホットプレート
上で80℃で5分間さらに200℃で5分間の乾燥、続いて400
℃で10分間の脱脂をおこなった。ゾル溶液の塗布、乾
燥、脱脂の一連の工程を多数回繰り返すことによって所
望の厚みの非晶質前駆体膜を得た。これを急速昇温ラン
プアニール装置（RTA）に図2に示したとおり、基板203
の裏面と非晶質薄膜201の表面が、それぞれ赤外線ラン
プ211と赤外線ランプ212に照射される配置で設置した。
ここで202は電極であり、本実施例においては前述のよ
うに白金がもちいられている。次に、赤外線ランプ211
（図2）のみ照射し、基板裏面を900℃に昇温した。この
状態で酸素雰囲気にて1分間の焼成、結晶化をおこなっ
た（試料1）。一方、比較のため従来法による試料も作
成した。すなわち、基板上に作成した非晶質膜をRTAで
焼成する際、赤外線ランプ211（図2）と赤外線ランプ21
2（図2）を同時に照射し、基板203（図2）裏面を900℃
に昇温した。この状態で酸素雰囲気にて1分間の焼成を
おこない、結晶化膜を得た（試料2）。
【００１２】試料1、試料2ともX線回折による結晶解析
の結果、基板上にニオブ酸マグネシウム酸チタン酸ジル
コン酸鉛（以下PZTと表記)薄膜が得られていることがわ
かった。さらに両者の結晶配向性をしらべるため、PZT
（111）面に対してX線回折のロッキングカーブの測定を
おこなった。試料面に対するX線入射角をθとし、θか
らのずれをΔω（Δθ）と表記する。試料1ではΔω
（Δθ）=±10°の範囲内で（111）面からの回折強度を
測定したところ、Δω=0°を中心に半値幅が約1°の鋭
いピークが観察された（図3）。一方、試料2ではΔω
（Δθ）＝±10°の範囲内で（111）面からの回折強度
はほぼ一定であり、このPZT膜はランダム配向を有する
ことがわかった（図4）。次に各々の試料上部に厚み0.1
μｍのアルミニウム電極を蒸着によって形成し、これと
基板上の白金電極との間の起電力測定から圧電定数（d3
1）を求めた。結果を表1に示す。
の結果、基板上にニオブ酸マグネシウム酸チタン酸ジル
コン酸鉛（以下PZTと表記)薄膜が得られていることがわ
かった。さらに両者の結晶配向性をしらべるため、PZT
（111）面に対してX線回折のロッキングカーブの測定を
おこなった。試料面に対するX線入射角をθとし、θか
らのずれをΔω（Δθ）と表記する。試料1ではΔω
（Δθ）=±10°の範囲内で（111）面からの回折強度を
測定したところ、Δω=0°を中心に半値幅が約1°の鋭
いピークが観察された（図3）。一方、試料2ではΔω
（Δθ）＝±10°の範囲内で（111）面からの回折強度
はほぼ一定であり、このPZT膜はランダム配向を有する
ことがわかった（図4）。次に各々の試料上部に厚み0.1
μｍのアルミニウム電極を蒸着によって形成し、これと
基板上の白金電極との間の起電力測定から圧電定数（d3
1）を求めた。結果を表1に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】上記表1から明らかなように、試料1の圧電
定数は試料2に較べ大きな値を示し、より優れた圧電特
性を有する薄膜PZTであることがわかった。
定数は試料2に較べ大きな値を示し、より優れた圧電特
性を有する薄膜PZTであることがわかった。
【００１５】基板上の非晶質膜を結晶化させる際、本発
明に示したように基板側からのみ赤外線ランプを照射し
た場合、非晶質膜の基板近傍が先に結晶化温度に達す
る。したがって、前記非晶質前駆体膜の前記基板に接し
ている部分から基板最表面の構造を反映するかたちで膜
表面に向かって一方向に結晶化が進む。このため結晶成
長した膜は基板最表面の構造を反映し、結晶配向性に優
れたセラミックス薄膜となる。本実施例ではI(111)/ΣI
(hkl)=0.9である（111）配向の白金層上に、結晶配向性
に優れた（111）配向PZT薄膜が得られた。 I(111)/ΣI
(hkl)＞0.9である（111）配向の白金層上にはさらに強
い（111）配向を示すPZT薄膜が形成され、より優れた圧
電特性が得られる。
明に示したように基板側からのみ赤外線ランプを照射し
た場合、非晶質膜の基板近傍が先に結晶化温度に達す
る。したがって、前記非晶質前駆体膜の前記基板に接し
ている部分から基板最表面の構造を反映するかたちで膜
表面に向かって一方向に結晶化が進む。このため結晶成
長した膜は基板最表面の構造を反映し、結晶配向性に優
れたセラミックス薄膜となる。本実施例ではI(111)/ΣI
(hkl)=0.9である（111）配向の白金層上に、結晶配向性
に優れた（111）配向PZT薄膜が得られた。 I(111)/ΣI
(hkl)＞0.9である（111）配向の白金層上にはさらに強
い（111）配向を示すPZT薄膜が形成され、より優れた圧
電特性が得られる。
【００１６】（実施例2）はじめに、2-n-ブトキシエタ
ノールに酢酸鉛、酢酸マグネシウム、チタニウムテトラ
イソプロポキシド、ジルコニウムアセチルアセトナート
ならびにペンタエトキシニオブを適量溶解し、所望濃度
に調整した溶液を原料ゾル溶液とした。
ノールに酢酸鉛、酢酸マグネシウム、チタニウムテトラ
イソプロポキシド、ジルコニウムアセチルアセトナート
ならびにペンタエトキシニオブを適量溶解し、所望濃度
に調整した溶液を原料ゾル溶液とした。
【００１７】次に、SrTiO3(100)ウエハー上にスパッタ
により白金を厚み0.2μｍ形成した。この白金層にたい
して、広角法をもちいたX線（Cu-Kα）回折パターン
（図5）を得た。 X線入射角をθとして、0°≦2θ≦80
°の範囲における白金のすべての回折ピーク強度をΣI
(hkl)、白金（200）面の回折強度ピークを I(200)と定
義するとき、 I(200)/ΣI(hkl)=0.9であることがわかっ
た。
により白金を厚み0.2μｍ形成した。この白金層にたい
して、広角法をもちいたX線（Cu-Kα）回折パターン
（図5）を得た。 X線入射角をθとして、0°≦2θ≦80
°の範囲における白金のすべての回折ピーク強度をΣI
(hkl)、白金（200）面の回折強度ピークを I(200)と定
義するとき、 I(200)/ΣI(hkl)=0.9であることがわかっ
た。
【００１８】この基板上に原料ゾル溶液をスピンコート
によって塗布した。コート面を上にしてホットプレート
上で80℃で5分間さらに200℃で5分間の乾燥、続いて400
℃で10分間の脱脂をおこなった。ゾル溶液の塗布、乾
燥、脱脂の一連の工程を多数回繰り返すことによって所
望の厚みの非晶質前駆体膜を得た。これを急速昇温ラン
プアニール装置（RTA）に図2に示したとおり、基板203
の裏面と非晶質薄膜201の表面が、それぞれ赤外線ラン
プ211と赤外線ランプ212に向き合う配置で設置した。こ
こで202は電極であり、本実施例においては前述のよう
に白金がもちいられている。次に、赤外線ランプ211
（図2）のみ照射し、基板203裏面を900℃に昇温した。
この状態で酸素雰囲気中1分間の焼成、結晶化をおこな
った（試料3）。一方、比較のため従来法による試料も
作成した。すなわち、基板上に作成した非晶質膜をRTA
で焼成する際、赤外線ランプ211（図2）と赤外線ランプ
212（図2）を同時に照射し、基板203（図2）裏面を900
℃に保持した。この状態で酸素雰囲気にて1分間の焼成
をおこない、結晶化膜を得た（試料4）。
によって塗布した。コート面を上にしてホットプレート
上で80℃で5分間さらに200℃で5分間の乾燥、続いて400
℃で10分間の脱脂をおこなった。ゾル溶液の塗布、乾
燥、脱脂の一連の工程を多数回繰り返すことによって所
望の厚みの非晶質前駆体膜を得た。これを急速昇温ラン
プアニール装置（RTA）に図2に示したとおり、基板203
の裏面と非晶質薄膜201の表面が、それぞれ赤外線ラン
プ211と赤外線ランプ212に向き合う配置で設置した。こ
こで202は電極であり、本実施例においては前述のよう
に白金がもちいられている。次に、赤外線ランプ211
（図2）のみ照射し、基板203裏面を900℃に昇温した。
この状態で酸素雰囲気中1分間の焼成、結晶化をおこな
った（試料3）。一方、比較のため従来法による試料も
作成した。すなわち、基板上に作成した非晶質膜をRTA
で焼成する際、赤外線ランプ211（図2）と赤外線ランプ
212（図2）を同時に照射し、基板203（図2）裏面を900
℃に保持した。この状態で酸素雰囲気にて1分間の焼成
をおこない、結晶化膜を得た（試料4）。
【００１９】試料3、試料4ともX線回折による結晶解析
の結果、基板上にニオブ酸マグネシウム酸チタン酸ジル
コン酸鉛（以下PZTと表記)薄膜が得られていることがわ
かった。さらに両者の結晶配向性をしらべるため、PZT
（100）面に対してX線回折のロッキングカーブの測定を
おこなった。試料面に対するX線入射角をθとし、θか
らのずれをΔω（Δθ）と表記する。試料3ではΔω
（Δθ）=±10°の範囲内で（100）面からの回折強度を
測定したところ、Δω=0°を中心に半値幅が約1°の鋭
いピークが観察された（図6）。一方、試料4ではΔω
（Δθ）＝±10°の範囲内で（100）面からの回折強度
はほぼ一定であり、このPZT膜はランダム配向をもって
いることがわかった（図7）。次に各々の試料上部に厚
み0.1μｍのアルミニウム電極を蒸着によって形成し、
これと基板上の白金電極との間の起電力測定から圧電定
数（d31）を求めた。結果を表2に示す。
の結果、基板上にニオブ酸マグネシウム酸チタン酸ジル
コン酸鉛（以下PZTと表記)薄膜が得られていることがわ
かった。さらに両者の結晶配向性をしらべるため、PZT
（100）面に対してX線回折のロッキングカーブの測定を
おこなった。試料面に対するX線入射角をθとし、θか
らのずれをΔω（Δθ）と表記する。試料3ではΔω
（Δθ）=±10°の範囲内で（100）面からの回折強度を
測定したところ、Δω=0°を中心に半値幅が約1°の鋭
いピークが観察された（図6）。一方、試料4ではΔω
（Δθ）＝±10°の範囲内で（100）面からの回折強度
はほぼ一定であり、このPZT膜はランダム配向をもって
いることがわかった（図7）。次に各々の試料上部に厚
み0.1μｍのアルミニウム電極を蒸着によって形成し、
これと基板上の白金電極との間の起電力測定から圧電定
数（d31）を求めた。結果を表2に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】上記表2より明らかなように、試料3の圧電
定数は試料4に較べ大きな値を示し、より優れた圧電特
性を有する薄膜PZTであることがわかった。
定数は試料4に較べ大きな値を示し、より優れた圧電特
性を有する薄膜PZTであることがわかった。
【００２２】基板上の非晶質膜を結晶化させる際、本発
明に示したように基板側からのみ赤外線ランプを照射し
た場合、非晶質膜の基板近傍が先に結晶化温度に達す
る。したがって、前記非晶質前駆体膜の前記基板に接し
ている部分から基板最表面の構造を反映するかたちで膜
表面に向かって一方向に結晶化が進む。このため結晶成
長した膜は基板最表面の構造を反映し、結晶配向性に優
れたセラミックス薄膜となる。本実施例ではI(200)/ΣI
(hkl)=0.9である（100）配向の白金層上に、結晶配向性
に優れた（100）配向PZT薄膜が得られた。 I(200)/ΣI
(hkl)＞0.9である（100）配向の白金層上にはさらに強
い（100）配向を示すPZT薄膜が形成され、より優れた圧
電特性が得られる。
明に示したように基板側からのみ赤外線ランプを照射し
た場合、非晶質膜の基板近傍が先に結晶化温度に達す
る。したがって、前記非晶質前駆体膜の前記基板に接し
ている部分から基板最表面の構造を反映するかたちで膜
表面に向かって一方向に結晶化が進む。このため結晶成
長した膜は基板最表面の構造を反映し、結晶配向性に優
れたセラミックス薄膜となる。本実施例ではI(200)/ΣI
(hkl)=0.9である（100）配向の白金層上に、結晶配向性
に優れた（100）配向PZT薄膜が得られた。 I(200)/ΣI
(hkl)＞0.9である（100）配向の白金層上にはさらに強
い（100）配向を示すPZT薄膜が形成され、より優れた圧
電特性が得られる。
【００２３】（実施例3）はじめに、2-n-ブトキシエタ
ノールに酢酸鉛、酢酸マグネシウム、チタニウムテトラ
イソプロポキシド、ジルコニウムアセチルアセトナート
ならびにペンタエトキシニオブを適量溶解し、所望濃度
に調整した溶液を原料ゾル溶液とした。
ノールに酢酸鉛、酢酸マグネシウム、チタニウムテトラ
イソプロポキシド、ジルコニウムアセチルアセトナート
ならびにペンタエトキシニオブを適量溶解し、所望濃度
に調整した溶液を原料ゾル溶液とした。
【００２４】次に、シリコンウエハー（直径4インチ、
厚さ220μｍ）の表面1μｍを熱酸化した。この上にスパ
ッタによりTiを200Å、白金を厚み0.2μｍ形成し、さら
にTiを50Å形成した。
厚さ220μｍ）の表面1μｍを熱酸化した。この上にスパ
ッタによりTiを200Å、白金を厚み0.2μｍ形成し、さら
にTiを50Å形成した。
【００２５】この基板上に原料ゾル溶液をスピンコート
によって塗布した。コート面を上にしてホットプレート
上で80℃で5分間さらに200℃で5分間の乾燥、および400
℃で10分間の脱脂をおこなった。ゾル溶液の塗布、乾
燥、脱脂の一連の工程を多数回繰り返すことによって所
望の厚みの非晶質前駆体膜を得た。これを急速昇温ラン
プアニール装置（RTA）に図2に示したとおり、基板203
の裏面と非晶質薄膜201の表面が、それぞれ赤外線ラン
プ211と赤外線ランプ212に向き合う配置で設置した。こ
こで202は電極であり、本実施例においては前述のよう
な白金とチタンの多層構造を有している。次に、赤外線
ランプ211（図2）のみ照射し、基板裏面を900℃に保持
した。この状態で酸素雰囲気中1分間の焼成、結晶化を
おこなった（試料5）。X線回折による結晶解析の結果、
基板上にニオブ酸マグネシウム酸チタン酸ジルコン酸鉛
（以下PZTと表記)薄膜が得られていることがわかった。
さらに結晶配向性をしらべるため、PZT（111）面に対し
てX線回折のロッキングカーブの測定をおこなった。試
料面に対するX線入射角をθとし、θからのずれをΔω
（Δθ）と表記する。Δω（Δθ）=±10°の範囲内で
（111）面からの回折強度を測定したところ、Δω=0°
を中心に半値幅が約1°の鋭いピークが観察された（図
8）。次に、試料上部に厚み0.1μｍのアルミニウム電極
を蒸着によって形成し、これと基板上の電極との間の起
電力測定から圧電定数（d31）を求めた。結果を表3に示
す。
によって塗布した。コート面を上にしてホットプレート
上で80℃で5分間さらに200℃で5分間の乾燥、および400
℃で10分間の脱脂をおこなった。ゾル溶液の塗布、乾
燥、脱脂の一連の工程を多数回繰り返すことによって所
望の厚みの非晶質前駆体膜を得た。これを急速昇温ラン
プアニール装置（RTA）に図2に示したとおり、基板203
の裏面と非晶質薄膜201の表面が、それぞれ赤外線ラン
プ211と赤外線ランプ212に向き合う配置で設置した。こ
こで202は電極であり、本実施例においては前述のよう
な白金とチタンの多層構造を有している。次に、赤外線
ランプ211（図2）のみ照射し、基板裏面を900℃に保持
した。この状態で酸素雰囲気中1分間の焼成、結晶化を
おこなった（試料5）。X線回折による結晶解析の結果、
基板上にニオブ酸マグネシウム酸チタン酸ジルコン酸鉛
（以下PZTと表記)薄膜が得られていることがわかった。
さらに結晶配向性をしらべるため、PZT（111）面に対し
てX線回折のロッキングカーブの測定をおこなった。試
料面に対するX線入射角をθとし、θからのずれをΔω
（Δθ）と表記する。Δω（Δθ）=±10°の範囲内で
（111）面からの回折強度を測定したところ、Δω=0°
を中心に半値幅が約1°の鋭いピークが観察された（図
8）。次に、試料上部に厚み0.1μｍのアルミニウム電極
を蒸着によって形成し、これと基板上の電極との間の起
電力測定から圧電定数（d31）を求めた。結果を表3に示
す。
【００２６】
【表３】
【００２７】上記表3から明らかなように、試料5の圧電
定数は試料1あるいは試料2に較べ大きな値を示し、より
優れた圧電特性を有する薄膜PZTであることがわかっ
た。
定数は試料1あるいは試料2に較べ大きな値を示し、より
優れた圧電特性を有する薄膜PZTであることがわかっ
た。
【００２８】基板上の非晶質膜を結晶化させる際、本発
明に示したように基板側からのみ赤外線ランプを照射し
た場合、非晶質膜の基板近傍が先に結晶化温度に達す
る。したがってまず非晶質前駆体膜の基板近傍から基板
最表面の構造を反映するかたちで膜表面に向かって一方
向に結晶化が進む。この結晶成長の初期段階では、基板
最表面のTiアイランドを種として優先的に成長する結晶
核が発生する。この核の間隔すなわちTiアイランドの間
隔によって結晶粒の大きさが決定され、この間隔が大き
い程大きな結晶粒が成長する。その結果、得られる薄膜
は結晶配向性に優れるとともに、より大きな結晶粒を有
することができる。このことはPZT薄膜の特性向上に大
きく寄与する。
明に示したように基板側からのみ赤外線ランプを照射し
た場合、非晶質膜の基板近傍が先に結晶化温度に達す
る。したがってまず非晶質前駆体膜の基板近傍から基板
最表面の構造を反映するかたちで膜表面に向かって一方
向に結晶化が進む。この結晶成長の初期段階では、基板
最表面のTiアイランドを種として優先的に成長する結晶
核が発生する。この核の間隔すなわちTiアイランドの間
隔によって結晶粒の大きさが決定され、この間隔が大き
い程大きな結晶粒が成長する。その結果、得られる薄膜
は結晶配向性に優れるとともに、より大きな結晶粒を有
することができる。このことはPZT薄膜の特性向上に大
きく寄与する。
【００２９】
【発明の効果】以上に示したように、基板側からのみ加
熱し結晶化させる焼成方法をもちいることにより、結晶
化が基板表面から一方向（垂直方向）に進む。そのため
基板表面層が特定の結晶配向を有する場合、これを反映
した結晶成長となり結晶配向性にすぐれた薄膜が得られ
る。また配向性の制御が可能なため、優れた電気特性
（圧電性）を得ることができる。したがって本発明の製
造方法で得られたセラミックス薄膜はその物性を利用し
たデバイスの構成要素として組み込まれたときに優れた
特性を発揮することができる。
熱し結晶化させる焼成方法をもちいることにより、結晶
化が基板表面から一方向（垂直方向）に進む。そのため
基板表面層が特定の結晶配向を有する場合、これを反映
した結晶成長となり結晶配向性にすぐれた薄膜が得られ
る。また配向性の制御が可能なため、優れた電気特性
（圧電性）を得ることができる。したがって本発明の製
造方法で得られたセラミックス薄膜はその物性を利用し
たデバイスの構成要素として組み込まれたときに優れた
特性を発揮することができる。
【図1】広角法による白金層のX線回折パターン。
【図2】急速昇温ランプアニール装置（RTA）の断面図。
【図3】本発明の試料1のPZT（111）面のロッキングカー
ブ図。
ブ図。
【図4】従来例（試料2）のPZT（111）面のロッキングカ
ーブ図。
ーブ図。
【図5】広角法による白金層のX線回折パターン。
【図6】本発明の試料3のPZT（200）面のロッキングカー
ブ図。
ブ図。
【図7】従来例（試料4）のPZT（200）面のロッキングカ
ーブ図。
ーブ図。
【図8】本発明の試料5のPZT（111）面のロッキングカー
ブ図。
ブ図。
図2では201…非晶質前駆体膜 図2では202…白金層もしくは白金層を含む多層金属層 図2では203…基板 図2では211…赤外線ランプ 図2では212…赤外線ランプ
Claims (5)
- 【請求項１】（1）基板上に非晶質状の前駆体膜を形成
する工程と、（2）これを加熱焼成し結晶化させる工程
とからなるセラミックス薄膜の製造方法において、前記
（2）工程の加熱時に基板側からのみ赤外線ランプによ
って加熱することを特徴とするセラミックス薄膜の製造
方法。 - 【請求項２】前記基板にセラミックス薄膜の下電極とし
て白金層もしくは白金を含む多層金属層が設けられてい
ることを特徴とする請求項1記載のセラミックス薄膜の
製造方法。 - 【請求項３】前記白金層の広角法をもちいたX線（Cu-K
α）回折パターンにおいてX線の入射角をθとし、0°≦
2θ≦80°の範囲でΣI(hkl)を全ての回折ピーク強度の
和、I(111)を(111)面の回折ピーク強度と定義すると
き、 I(111)/ΣI(hkl)≧0.9であることを特徴とする請
求項2記載のセラミックス薄膜の製造方法。 - 【請求項４】前記白金層の広角法をもちいたX線（Cu-K
α）回折パターンにおいてX線の入射角をθとし、0°≦
2θ≦80°の範囲でΣI(hkl)を全ての回折ピーク強度の
和、I(200)を(200)面の回折ピーク強度と定義すると
き、 I(200)/ΣI(hkl)≧0.9であることを特徴とする請
求項2記載のセラミックス薄膜の製造方法。 - 【請求項５】前記白金層の上にアイランド状のTi層が設
けられていることを特徴とする請求項3または請求項4記
載のセラミックス薄膜製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26622697A JPH11106279A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | セラミックス薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26622697A JPH11106279A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | セラミックス薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11106279A true JPH11106279A (ja) | 1999-04-20 |
Family
ID=17428028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26622697A Withdrawn JPH11106279A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | セラミックス薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11106279A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006278489A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Seiko Epson Corp | 圧電素子及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
| JP2007306014A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-11-22 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法 |
| JP2007306015A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-11-22 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP26622697A patent/JPH11106279A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006278489A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Seiko Epson Corp | 圧電素子及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
| JP2007306014A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-11-22 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法 |
| JP2007306015A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-11-22 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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