JPH11135495A - 強誘電体薄膜素子およびその製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜素子およびその製造方法Info
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- JPH11135495A JPH11135495A JP33073397A JP33073397A JPH11135495A JP H11135495 A JPH11135495 A JP H11135495A JP 33073397 A JP33073397 A JP 33073397A JP 33073397 A JP33073397 A JP 33073397A JP H11135495 A JPH11135495 A JP H11135495A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】厚膜化が容易で、５００℃以上の高温での熱処
理を必要とせず、電極の断線がなく、基板との剥離も起
こらない、信頼性の高い強誘電体素子とその製造方法を
提供する。 【解決手段】水熱合成する原料溶液を０〜１００℃の範
囲内で反応させ、平均粒子径２０〜１０００ｎｍの微粒
子を溶液内に生成させた後、水熱合成することにより、
強誘電体薄膜上に表面粗さ２μｍ以下の強誘電体薄膜を
形成する。
理を必要とせず、電極の断線がなく、基板との剥離も起
こらない、信頼性の高い強誘電体素子とその製造方法を
提供する。 【解決手段】水熱合成する原料溶液を０〜１００℃の範
囲内で反応させ、平均粒子径２０〜１０００ｎｍの微粒
子を溶液内に生成させた後、水熱合成することにより、
強誘電体薄膜上に表面粗さ２μｍ以下の強誘電体薄膜を
形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水熱合成法を用い
た強誘電体薄膜の製造方法および強誘電体薄膜素子に関
する。これらの薄膜素子は、圧力センサ、加速度セン
サ、超音波センサ、赤外線センサ、圧電アクチュエータ
等、その他各種圧電、強誘電体素子の用途に使用するこ
とができる。
た強誘電体薄膜の製造方法および強誘電体薄膜素子に関
する。これらの薄膜素子は、圧力センサ、加速度セン
サ、超音波センサ、赤外線センサ、圧電アクチュエータ
等、その他各種圧電、強誘電体素子の用途に使用するこ
とができる。
【０００２】
【従来の技術】チタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴと記
載する）に代表される強誘電体薄膜は、スパッタリング
法、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、水熱法等で形成することが
できる。強誘電体薄膜はフォトエッチング工程を用いた
パターンニングが可能で、バルクあるいはスクリーン印
刷成型品のように、切り出し、研磨、位置合わせ、張り
付け等をする必要がない。膜厚を厚くするためには、成
膜する堆積時間を増加させたり、成膜を複数回繰り返す
ことにより対応している。
載する）に代表される強誘電体薄膜は、スパッタリング
法、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、水熱法等で形成することが
できる。強誘電体薄膜はフォトエッチング工程を用いた
パターンニングが可能で、バルクあるいはスクリーン印
刷成型品のように、切り出し、研磨、位置合わせ、張り
付け等をする必要がない。膜厚を厚くするためには、成
膜する堆積時間を増加させたり、成膜を複数回繰り返す
ことにより対応している。
【０００３】強誘電体薄膜の水熱法以外の製造方法は、
１μｍ以上の厚い膜、特に１〜５０μｍの中間的な厚さ
の膜を製造するには適さず、高温の熱処理を必要とした
り、非常に長時間を要したり、また厚膜化できてもクラ
ックが発生するなどの問題を有するため、歩留まりが悪
く、高コストとなっている。インクジェット記録装置、
圧力センサ、加速度センサ、超音波センサ等に圧電素子
として用いる場合、２〜数１０μｍ程度の厚膜が必要と
なる。水熱法は厚膜化が容易である上、結晶粒子が大き
く、優れた特性の圧電体、強誘電体薄膜素子を製造でき
る可能性がある。特に、結晶粒子が大きいほど圧電特性
が優れている傾向があり、結晶を成長させ、大きい結晶
粒子の薄膜を作製することが望まれる。ところが水熱法
で得られた強誘電体薄膜の表面は、好ましい結晶粒子の
大きさが数μｍ以上であるため、結晶粒子に起因する段
差が大きく、その上に断線なく電極を形成するのが困難
であった。
１μｍ以上の厚い膜、特に１〜５０μｍの中間的な厚さ
の膜を製造するには適さず、高温の熱処理を必要とした
り、非常に長時間を要したり、また厚膜化できてもクラ
ックが発生するなどの問題を有するため、歩留まりが悪
く、高コストとなっている。インクジェット記録装置、
圧力センサ、加速度センサ、超音波センサ等に圧電素子
として用いる場合、２〜数１０μｍ程度の厚膜が必要と
なる。水熱法は厚膜化が容易である上、結晶粒子が大き
く、優れた特性の圧電体、強誘電体薄膜素子を製造でき
る可能性がある。特に、結晶粒子が大きいほど圧電特性
が優れている傾向があり、結晶を成長させ、大きい結晶
粒子の薄膜を作製することが望まれる。ところが水熱法
で得られた強誘電体薄膜の表面は、好ましい結晶粒子の
大きさが数μｍ以上であるため、結晶粒子に起因する段
差が大きく、その上に断線なく電極を形成するのが困難
であった。
【０００４】この問題を解決する方法として、特開平６
−１１２５４３公報には、水熱法により形成された第一
強誘電体層の上に、ゾルゲル法で第二強誘電体層を形成
することが記載されている。また、スパッタ法、ＣＶＤ
法では、長時間成膜しても素子の信頼性が得られないこ
とも記述されている。
−１１２５４３公報には、水熱法により形成された第一
強誘電体層の上に、ゾルゲル法で第二強誘電体層を形成
することが記載されている。また、スパッタ法、ＣＶＤ
法では、長時間成膜しても素子の信頼性が得られないこ
とも記述されている。
【０００５】しかしながら、ゾルゲル法では、原料が高
価であり、ペロブスカイト構造とするため成膜後５００
〜７００℃の酸素雰囲気でアニール処理する必要があ
る。このため、素子の製造に余分な工程が入るだけでな
く、基板上に形成した膜を高温で加熱するため、膜と基
板との間に応力が発生し、はがれやすくなり、素子の信
頼性が落ちるという問題がある。
価であり、ペロブスカイト構造とするため成膜後５００
〜７００℃の酸素雰囲気でアニール処理する必要があ
る。このため、素子の製造に余分な工程が入るだけでな
く、基板上に形成した膜を高温で加熱するため、膜と基
板との間に応力が発生し、はがれやすくなり、素子の信
頼性が落ちるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決するするもので、その目的とするところ
は、厚膜化が容易で、５００℃以上の高温での熱処理を
必要とせず、素子信頼性が高い、強誘電体薄膜の製造方
法と強誘電体素子を提供することにある。
な問題点を解決するするもので、その目的とするところ
は、厚膜化が容易で、５００℃以上の高温での熱処理を
必要とせず、素子信頼性が高い、強誘電体薄膜の製造方
法と強誘電体素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、水熱合成する
原料溶液を０〜１００℃の範囲内で反応させ、平均粒子
径２０〜１０００ｎｍの微粒子を溶液内に生成させた
後、水熱合成することにより強誘電体膜上に表面粗さＲ
ｍａｘが２μｍ以下の強誘電体薄膜を形成することを特
徴とする強誘電体薄膜の製造方法に関する。
原料溶液を０〜１００℃の範囲内で反応させ、平均粒子
径２０〜１０００ｎｍの微粒子を溶液内に生成させた
後、水熱合成することにより強誘電体膜上に表面粗さＲ
ｍａｘが２μｍ以下の強誘電体薄膜を形成することを特
徴とする強誘電体薄膜の製造方法に関する。
【０００８】本発明は、Ｐｂ含有原料化合物が５０〜５
００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化合物が０〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ含有原料化合物が０．００２〜５００
ｍｍｏｌ／ｌおよびＬａ含有原料化合物が０〜５０ｍｍ
ｏｌ／ｌの条件でアルカリ水溶液中０〜１００℃の温度
範囲内で反応させ、Ｐｂ、Ｌａ，ＺｒおよびＴｉのうち
少なくとも一つを含有する平均粒子径２０〜１０００ｎ
ｍの微粒子を生成させた後、水熱合成することにより強
誘電体層の上に表面粗さＲｍａｘが２μｍ以下の強誘電
体層を形成することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方
法に関する。
００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化合物が０〜５００ｍ
ｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ含有原料化合物が０．００２〜５００
ｍｍｏｌ／ｌおよびＬａ含有原料化合物が０〜５０ｍｍ
ｏｌ／ｌの条件でアルカリ水溶液中０〜１００℃の温度
範囲内で反応させ、Ｐｂ、Ｌａ，ＺｒおよびＴｉのうち
少なくとも一つを含有する平均粒子径２０〜１０００ｎ
ｍの微粒子を生成させた後、水熱合成することにより強
誘電体層の上に表面粗さＲｍａｘが２μｍ以下の強誘電
体層を形成することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方
法に関する。
【０００９】さらに、本発明は、基板と、前記の方法で
製造された表面粗さＲｍａｘが２μｍ以下の強誘電体膜
と、その上に形成された電極とからなる強誘電体薄膜素
子に関する。
製造された表面粗さＲｍａｘが２μｍ以下の強誘電体膜
と、その上に形成された電極とからなる強誘電体薄膜素
子に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】強誘電体層の上に表面粗さＲ
ｍａｘが２μｍ以下の薄膜を形成する方法について、以
下説明する。なお、表面粗さＲｍａｘは、面の凸部の最
高点と凹部の最低点の差で定義する。
ｍａｘが２μｍ以下の薄膜を形成する方法について、以
下説明する。なお、表面粗さＲｍａｘは、面の凸部の最
高点と凹部の最低点の差で定義する。
【００１１】本発明の表面粗さＲｍａｘが２μｍ以下の
薄膜は、水熱合成する原料溶液を０〜１００℃の温度範
囲内で反応させ、溶液中に平均粒子径２０〜１０００ｎ
ｍの微粒子を生成させ、その後、強誘電体膜を浸し、そ
の上に水熱合成で膜を形成することにより得られる。
薄膜は、水熱合成する原料溶液を０〜１００℃の温度範
囲内で反応させ、溶液中に平均粒子径２０〜１０００ｎ
ｍの微粒子を生成させ、その後、強誘電体膜を浸し、そ
の上に水熱合成で膜を形成することにより得られる。
【００１２】さらに、詳しくは、アルカリ濃度が１６６
〜８０６６ｍｍｏｌ／ｌ、Ｐｂ含有原料化合物が５０〜
５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化合物が０〜５００
ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ含有原料化合物が０．００２〜５０
０ｍｍｏｌ／ｌおよびＬａ含有原料化合物が０〜５０ｍ
ｍｏｌ／ｌの条件でアルカリ水溶液中０〜１００℃の温
度範囲内で反応させ、Ｐｂ、Ｌａ，ＺｒおよびＴｉのう
ち少なくとも一つを含有する平均粒子径２０〜１０００
ｎｍの微粒子を生成させた後、この溶液に表面粗さの大
きい強誘電体層を形成した基板を浸し、水熱合成するこ
とにより、強誘電体層の上に表面粗さＲｍａｘが２μｍ
以下の強誘電体層を形成することができる。
〜８０６６ｍｍｏｌ／ｌ、Ｐｂ含有原料化合物が５０〜
５００ｍｍｏｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化合物が０〜５００
ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ含有原料化合物が０．００２〜５０
０ｍｍｏｌ／ｌおよびＬａ含有原料化合物が０〜５０ｍ
ｍｏｌ／ｌの条件でアルカリ水溶液中０〜１００℃の温
度範囲内で反応させ、Ｐｂ、Ｌａ，ＺｒおよびＴｉのう
ち少なくとも一つを含有する平均粒子径２０〜１０００
ｎｍの微粒子を生成させた後、この溶液に表面粗さの大
きい強誘電体層を形成した基板を浸し、水熱合成するこ
とにより、強誘電体層の上に表面粗さＲｍａｘが２μｍ
以下の強誘電体層を形成することができる。
【００１３】本発明においてＰｂ１−ｘＬａｘ（Ｚｒｙ
Ｔｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３（ただし、０≦ｘ＜１、０
≦ｙ＜１である。）膜を製造する場合に使用されるＰ
ｂ，Ｌａ，ＺｒおよびＴｉの構成元素を含有する原料化
合物としては、塩化物、オキシ塩化物、硝酸塩、アルコ
キシド、酢酸塩、水酸化物、酸化物等が好ましい。使用
されるアルカリ化合物としては、例えば、ＫＯＨ，Ｎａ
ＯＨ等のアルカリ金属の水酸化物をあげることができ
る。
Ｔｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３（ただし、０≦ｘ＜１、０
≦ｙ＜１である。）膜を製造する場合に使用されるＰ
ｂ，Ｌａ，ＺｒおよびＴｉの構成元素を含有する原料化
合物としては、塩化物、オキシ塩化物、硝酸塩、アルコ
キシド、酢酸塩、水酸化物、酸化物等が好ましい。使用
されるアルカリ化合物としては、例えば、ＫＯＨ，Ｎａ
ＯＨ等のアルカリ金属の水酸化物をあげることができ
る。
【００１４】最初の反応の温度は、オートクレーブを使
う必要のない１００℃以下である。また、室温で反応さ
せることもできるので、その場合、加熱を必要としない
という利点がある。高温で反応させると生成する粒子
が、粒径の大きい結晶粒子となり、本発明の効果が得ら
れない。低温では、反応が遅くなるので、０℃以下は好
ましくない。
う必要のない１００℃以下である。また、室温で反応さ
せることもできるので、その場合、加熱を必要としない
という利点がある。高温で反応させると生成する粒子
が、粒径の大きい結晶粒子となり、本発明の効果が得ら
れない。低温では、反応が遅くなるので、０℃以下は好
ましくない。
【００１５】得られる粒子としては、大部分が非晶質粒
子であるが、結晶質粒子を含むものもあり、平均粒子径
２０〜１０００ｎｍの微粒子あるいは針状粒子から構成
されている。平均粒子径がこの範囲外では、平坦な表面
を得るという本発明の効果は得られない。粒子の集合体
は、仕込み原料により異なるが、Ｐｂ１−ｘＬａｘ（Ｚ
ｒｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３（ただし、０≦ｘ＜
１、０≦ｙ＜１である。）膜を形成する場合は、Ｐｂ、
Ｌａ，Ｚｒ、Ｔｉ、ＯおよびＨ、またはＰｂ、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、ＯおよびＨ、またはＰｂ、Ｔｉ、ＯおよびＨを含ん
でいる。
子であるが、結晶質粒子を含むものもあり、平均粒子径
２０〜１０００ｎｍの微粒子あるいは針状粒子から構成
されている。平均粒子径がこの範囲外では、平坦な表面
を得るという本発明の効果は得られない。粒子の集合体
は、仕込み原料により異なるが、Ｐｂ１−ｘＬａｘ（Ｚ
ｒｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３（ただし、０≦ｘ＜
１、０≦ｙ＜１である。）膜を形成する場合は、Ｐｂ、
Ｌａ，Ｚｒ、Ｔｉ、ＯおよびＨ、またはＰｂ、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、ＯおよびＨ、またはＰｂ、Ｔｉ、ＯおよびＨを含ん
でいる。
【００１６】この微粒子を含んだ前記溶液に、強誘電体
層を形成した基板を浸し、通常１００〜２００℃の温度
範囲で水熱合成することにより、目的とする強誘電体膜
が得られる。
層を形成した基板を浸し、通常１００〜２００℃の温度
範囲で水熱合成することにより、目的とする強誘電体膜
が得られる。
【００１７】上記の方法により、表面粗さの大きい強誘
電体層上に表面粗さの小さい強誘電体層を形成すること
ができ、必要に応じてこの方法を繰り返すことにより、
Ｒｍａｘが２μｍ以下の強誘電体薄膜が得られる。これ
により、５００℃以上の温度で加熱処理を必要としな
い、信頼性の高い強誘電体素子が得られる。
電体層上に表面粗さの小さい強誘電体層を形成すること
ができ、必要に応じてこの方法を繰り返すことにより、
Ｒｍａｘが２μｍ以下の強誘電体薄膜が得られる。これ
により、５００℃以上の温度で加熱処理を必要としな
い、信頼性の高い強誘電体素子が得られる。
【００１８】表面強誘電体層を形成する前の強誘電体層
は、一層とは限らず、何層でもよい。ただし、その中の
少なくとも一層は、圧電特性を上げるための層であるこ
とが好ましく、通常、平均粒径は大きい方が好ましく、
それにつれて、表面粗さも大きくなる。
は、一層とは限らず、何層でもよい。ただし、その中の
少なくとも一層は、圧電特性を上げるための層であるこ
とが好ましく、通常、平均粒径は大きい方が好ましく、
それにつれて、表面粗さも大きくなる。
【００１９】表面強誘電体層を形成する前の強誘電体層
の構成により、さまざまな素子が可能である。
の構成により、さまざまな素子が可能である。
【００２０】基板上の第一層が、圧電性を上げるための
平均粒子が大きい粒子からなる層であり、第二層で平坦
化する層を形成した強誘電体素子は、高い圧電性と信頼
性を兼ね備えた素子となる。
平均粒子が大きい粒子からなる層であり、第二層で平坦
化する層を形成した強誘電体素子は、高い圧電性と信頼
性を兼ね備えた素子となる。
【００２１】また、第一層を１μｍ以下の細かい粒子で
構成し、その上に素子特性を出すための平均粒子径１〜
１０μｍの結晶粒子からなる第２層を形成し、その上に
本発明の方法で平坦化した表面粗さＲｍａｘが２μｍ以
下の第３層を形成した強誘電体素子では、基板と素子と
の密着度が上がり、さらに高い信頼性が得られる。
構成し、その上に素子特性を出すための平均粒子径１〜
１０μｍの結晶粒子からなる第２層を形成し、その上に
本発明の方法で平坦化した表面粗さＲｍａｘが２μｍ以
下の第３層を形成した強誘電体素子では、基板と素子と
の密着度が上がり、さらに高い信頼性が得られる。
【００２２】本発明で使用される基板は特に限定されな
いが、ＴｉあるいはＮｉ金属の他に、結晶核形成時に基
板と溶液中の金属イオンとの反応による結晶膜と基板と
の密着力を大きくするために結晶膜の構成元素を少なく
とも１つ以上含有するような基板が好ましい。また、結
晶膜を構成する元素でコーティングした基板を使用する
こともできる。
いが、ＴｉあるいはＮｉ金属の他に、結晶核形成時に基
板と溶液中の金属イオンとの反応による結晶膜と基板と
の密着力を大きくするために結晶膜の構成元素を少なく
とも１つ以上含有するような基板が好ましい。また、結
晶膜を構成する元素でコーティングした基板を使用する
こともできる。
【００２３】本発明で用いる電極は特に限定されない
が、コストや量産性を考慮し最適なものを選定する。例
えば、スパッタリング法によるＮｉ、無電解メッキ法に
よるＮｉ，焼付けタイプのＡｇなどがある。その他、蒸
着によるＡｌ，スパッタリング法によるｐｔあるいはＡ
ｕなども用いることができる。しかし、基板に樹脂を用
いる場合には、高温にできないので焼付けタイプのＡｇ
電極は使用できない。
が、コストや量産性を考慮し最適なものを選定する。例
えば、スパッタリング法によるＮｉ、無電解メッキ法に
よるＮｉ，焼付けタイプのＡｇなどがある。その他、蒸
着によるＡｌ，スパッタリング法によるｐｔあるいはＡ
ｕなども用いることができる。しかし、基板に樹脂を用
いる場合には、高温にできないので焼付けタイプのＡｇ
電極は使用できない。
【００２４】このようにして表面粗さＲｍａｘを２μｍ
におさえた強誘電体膜に形成した電極は、断線がなく、
再現良く形成できる。これにより、厚膜化が容易で、５
００℃以上の高温での熱処理を必要とせず、基板と強誘
電体との剥離がなく、素子信頼性が高く、高い圧電ひず
み定数と高いヤング率をもつ圧電体、強誘電体素子が提
供できる。
におさえた強誘電体膜に形成した電極は、断線がなく、
再現良く形成できる。これにより、厚膜化が容易で、５
００℃以上の高温での熱処理を必要とせず、基板と強誘
電体との剥離がなく、素子信頼性が高く、高い圧電ひず
み定数と高いヤング率をもつ圧電体、強誘電体素子が提
供できる。
【００２５】さらに、水熱法では、層を厚くするほど表
面粗さが大きくなり、形成する膜厚に限度があったが、
本発明の平坦化の方法を応用すれば、結晶成長後に平坦
化した層を形成し、さらにその上に結晶を成長させ、ま
た平坦化するという操作を繰り返せば、表面粗さを犠牲
にすることなく、厚さの大きい膜を形成することができ
る。
面粗さが大きくなり、形成する膜厚に限度があったが、
本発明の平坦化の方法を応用すれば、結晶成長後に平坦
化した層を形成し、さらにその上に結晶を成長させ、ま
た平坦化するという操作を繰り返せば、表面粗さを犠牲
にすることなく、厚さの大きい膜を形成することができ
る。
【実施例】以下、本発明の実施例を示す。
【００２６】実施例１ まずＰｂ（ＮＯ３）２水溶液１６ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯ
Ｃｌ２水溶液１０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液１０
ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液３００ｍｍｏｌ／ｌの
混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。次にシ
リコン基板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液
中に浸し、オートクレーブを用いて１８０℃で２時間水
熱処理することで１０μｍ厚の第一強誘電体層のＰＺＴ
薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、１０
０℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られた第
一強誘電体層のＰＺＴ薄膜は平均粒子径５μｍのキュー
ビック状ＰＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲ
ｍａｘは４μｍであった。このようにして得られた第一
強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面ＳＥＭ写真を図１に示し
た。
Ｃｌ２水溶液１０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液１０
ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液３００ｍｍｏｌ／ｌの
混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。次にシ
リコン基板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液
中に浸し、オートクレーブを用いて１８０℃で２時間水
熱処理することで１０μｍ厚の第一強誘電体層のＰＺＴ
薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、１０
０℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られた第
一強誘電体層のＰＺＴ薄膜は平均粒子径５μｍのキュー
ビック状ＰＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲ
ｍａｘは４μｍであった。このようにして得られた第一
強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面ＳＥＭ写真を図１に示し
た。
【００２７】次に、Ｐｂ（ＮＯ３）２水溶液７７ｍｍｏ
ｌ／ｌ，ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔ
ｉＣｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶
液１３８８．９ｍｍｏｌ／ｌを室温で２４時間撹拌混合
した混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。こ
の時、溶液中には、平均粒子径５０ｎｍの微粒子が生成
していた。次に前記シリコン上に第一強誘電体層のＰＺ
Ｔ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶液中に浸し、
オートクレーブを用いて１３０℃で１２時間水熱処理す
ることで４μｍ厚の第二強誘電体層のＰＺＴ薄膜を形成
した。その後、純水中で超音波洗浄し、１００℃で１２
時間乾燥させた。このようにして得られた第二強誘電体
層のＰＺＴ薄膜は平均粒子径１．０μｍのＰＺＴ結晶粒
子で構成されており、表面粗さＲｍａｘも０．５μｍ以
下であった。またこのようにして得られた第二強誘電体
層のＰＺＴ薄膜は、第一強誘電体層の凹部には厚く、凸
部には薄く形成されていた。このようにして得られた第
二強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面ＳＥＭ写真を図２に示
した。
ｌ／ｌ，ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔ
ｉＣｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶
液１３８８．９ｍｍｏｌ／ｌを室温で２４時間撹拌混合
した混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。こ
の時、溶液中には、平均粒子径５０ｎｍの微粒子が生成
していた。次に前記シリコン上に第一強誘電体層のＰＺ
Ｔ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶液中に浸し、
オートクレーブを用いて１３０℃で１２時間水熱処理す
ることで４μｍ厚の第二強誘電体層のＰＺＴ薄膜を形成
した。その後、純水中で超音波洗浄し、１００℃で１２
時間乾燥させた。このようにして得られた第二強誘電体
層のＰＺＴ薄膜は平均粒子径１．０μｍのＰＺＴ結晶粒
子で構成されており、表面粗さＲｍａｘも０．５μｍ以
下であった。またこのようにして得られた第二強誘電体
層のＰＺＴ薄膜は、第一強誘電体層の凹部には厚く、凸
部には薄く形成されていた。このようにして得られた第
二強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面ＳＥＭ写真を図２に示
した。
【００２８】図３にこの強誘電体薄膜の内部構造を模式
的に示す。基板の上に水熱合成により成長させた結晶粒
子からなる第一強誘電体層１１を形成し、その表面を小
さい粒子で平坦にした表面粗さＲｍａｘが０．５μｍ以
下の第二強誘電体層１２を形成した構造となっている。
的に示す。基板の上に水熱合成により成長させた結晶粒
子からなる第一強誘電体層１１を形成し、その表面を小
さい粒子で平坦にした表面粗さＲｍａｘが０．５μｍ以
下の第二強誘電体層１２を形成した構造となっている。
【００２９】図４に本実施例の第一強誘電体層１１の表
面粗さと、第二強誘電体層１２の表面粗さを示した。図
４の縦軸は表面の粗さを示し、横軸は試料の測定長さを
示す。本発明の方法で表面層を形成することにより、表
面粗さが著しく改善されていることがわかる。
面粗さと、第二強誘電体層１２の表面粗さを示した。図
４の縦軸は表面の粗さを示し、横軸は試料の測定長さを
示す。本発明の方法で表面層を形成することにより、表
面粗さが著しく改善されていることがわかる。
【００３０】強誘電体薄膜上にアルミニウム電極を形成
し、物性を測定したところ比誘電率１０００、圧電定数
約１００ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング
率は６．０×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電
極の断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。Ｐ
ＺＴ薄膜を王水に溶かし、ＩＰＣで化学分析したとこ
ろ、モル比は（Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ）＝（１：０．５０：
０．５０）であり、原料仕込み組成と同一であった。
し、物性を測定したところ比誘電率１０００、圧電定数
約１００ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング
率は６．０×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電
極の断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。Ｐ
ＺＴ薄膜を王水に溶かし、ＩＰＣで化学分析したとこ
ろ、モル比は（Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ）＝（１：０．５０：
０．５０）であり、原料仕込み組成と同一であった。
【００３１】実施例２ Ｐｂ（ＮＯ３）２水溶液３０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ（ＣＨ
３ＣＯＯ）３水溶液１ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶
液１６ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液９ｍｍｏｌ／ｌ
およびＫＯＨ水溶液１０００ｍｍｏｌ／ｌの混合溶液
（溶液合計量６４０ｍｌ）を用意した。次にシリコン基
板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液中に浸
し、オートクレーブを用いて１６０℃で３時間水熱処理
することで５μｍ厚の第一強誘電体層のランタン添加Ｐ
ＺＴ（以下ＰＬＺＴと記載する）薄膜を形成した。その
後、純水中で超音波洗浄し、１００℃で１２時間乾燥さ
せた。このようにして得られた第一強誘電体層のＰＬＺ
Ｔ薄膜は平均粒子径２μｍのキュービック状ＰＬＺＴ結
晶粒子で構成されており、表面粗さＲｍａｘは２μｍで
あった。
３ＣＯＯ）３水溶液１ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶
液１６ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液９ｍｍｏｌ／ｌ
およびＫＯＨ水溶液１０００ｍｍｏｌ／ｌの混合溶液
（溶液合計量６４０ｍｌ）を用意した。次にシリコン基
板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液中に浸
し、オートクレーブを用いて１６０℃で３時間水熱処理
することで５μｍ厚の第一強誘電体層のランタン添加Ｐ
ＺＴ（以下ＰＬＺＴと記載する）薄膜を形成した。その
後、純水中で超音波洗浄し、１００℃で１２時間乾燥さ
せた。このようにして得られた第一強誘電体層のＰＬＺ
Ｔ薄膜は平均粒子径２μｍのキュービック状ＰＬＺＴ結
晶粒子で構成されており、表面粗さＲｍａｘは２μｍで
あった。
【００３２】次に、Ｐｂ（ＮＯ３）２水溶液７７ｍｍｏ
ｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌ
ａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液２．４ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ
Ｃｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液
１３８８．８ｍｍｏｌ／ｌを室温で２４時間撹拌混合し
た混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。この
時、溶液中には、平均粒子径５０ｎｍの微粒子が生成し
ていた。次に前記シリコン上に第一強誘電体層のＰＬＺ
Ｔ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶液中に浸し、
オートクレーブを用いて１３０℃で２時間水熱処理する
ことで２μｍ厚の第二強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜を形成
した。その後、純水中で超音波洗浄し、１００℃で１２
時間乾燥させた。このようにして得られた第二強誘電体
層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径０．２μｍのＰＬＺＴ結
晶粒子で構成されており、表面粗さＲｍａｘは０．５μ
ｍであった。またこのようにして得られた第二強誘電体
層のＰＬＺＴ薄膜は、第一強誘電体層の凹部には厚く、
凸部には薄く形成されていた。
ｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌ
ａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液２．４ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ
Ｃｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液
１３８８．８ｍｍｏｌ／ｌを室温で２４時間撹拌混合し
た混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。この
時、溶液中には、平均粒子径５０ｎｍの微粒子が生成し
ていた。次に前記シリコン上に第一強誘電体層のＰＬＺ
Ｔ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶液中に浸し、
オートクレーブを用いて１３０℃で２時間水熱処理する
ことで２μｍ厚の第二強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜を形成
した。その後、純水中で超音波洗浄し、１００℃で１２
時間乾燥させた。このようにして得られた第二強誘電体
層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径０．２μｍのＰＬＺＴ結
晶粒子で構成されており、表面粗さＲｍａｘは０．５μ
ｍであった。またこのようにして得られた第二強誘電体
層のＰＬＺＴ薄膜は、第一強誘電体層の凹部には厚く、
凸部には薄く形成されていた。
【００３３】強誘電体薄膜上にアルミニウム電極を形成
し、物性を測定したところ比誘電率９００、圧電定数約
９０ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング率は
５．８×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電極の
断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。
し、物性を測定したところ比誘電率９００、圧電定数約
９０ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング率は
５．８×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電極の
断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。
【００３４】実施例３ まずＰｂ（ＮＯ３）２水溶液３２ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯ
Ｃｌ２水溶液２０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液２０
ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液８００ｍｍｏｌ／ｌの
混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。次にシ
リコン基板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液
中に浸し、オートクレーブを用いて１８０℃で２時間水
熱処理することで２μｍ厚の第一強誘電体層のＰＺＴ薄
膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、１００
℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られた第一
強誘電体層のＰＺＴ薄膜は平均粒子径０．５μｍのキュ
ービック状ＰＺＴ結晶粒子で構成されていた。このよう
にして得られた第一強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面ＳＥ
Ｍ写真を図５に示した。
Ｃｌ２水溶液２０ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液２０
ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液８００ｍｍｏｌ／ｌの
混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。次にシ
リコン基板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液
中に浸し、オートクレーブを用いて１８０℃で２時間水
熱処理することで２μｍ厚の第一強誘電体層のＰＺＴ薄
膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、１００
℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られた第一
強誘電体層のＰＺＴ薄膜は平均粒子径０．５μｍのキュ
ービック状ＰＺＴ結晶粒子で構成されていた。このよう
にして得られた第一強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面ＳＥ
Ｍ写真を図５に示した。
【００３５】次に、Ｐｂ（ＮＯ３）２水溶液１１．８２
ｍｍｏｌ／ｌ，ＺｒＯＣｌ２水溶液５．６３ｍｍｏｌ／
ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液５．６３ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯ
Ｈ水溶液５８．２５ｍｍｏｌ／ｌの混合溶液（溶液合計
量７００ｍｌ）を用意した。前記シリコン上に第一強誘
電体層のＰＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶
液中に浸し、オートクレーブを用いて１３０℃で１２時
間水熱処理することで１０μｍ厚の第二強誘電体層のＰ
ＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、
１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られ
た第二強誘電体層のＰＺＴ薄膜は平均粒子径５μｍのＰ
ＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲｍａｘは
４．０μｍであった。このようにして得られた第二強誘
電体層のＰＺＴ薄膜の表面ＳＥＭ写真を図６に示した。
ｍｍｏｌ／ｌ，ＺｒＯＣｌ２水溶液５．６３ｍｍｏｌ／
ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液５．６３ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯ
Ｈ水溶液５８．２５ｍｍｏｌ／ｌの混合溶液（溶液合計
量７００ｍｌ）を用意した。前記シリコン上に第一強誘
電体層のＰＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶
液中に浸し、オートクレーブを用いて１３０℃で１２時
間水熱処理することで１０μｍ厚の第二強誘電体層のＰ
ＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、
１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られ
た第二強誘電体層のＰＺＴ薄膜は平均粒子径５μｍのＰ
ＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲｍａｘは
４．０μｍであった。このようにして得られた第二強誘
電体層のＰＺＴ薄膜の表面ＳＥＭ写真を図６に示した。
【００３６】次に、Ｐｂ（ＮＯ３）２水溶液７７ｍｍｏ
ｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔ
ｉＣｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶
液１３８８．８ｍｍｏｌ／ｌを室温で７２時間撹拌混合
した混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。こ
の時、溶液中には、平均粒子径２００ｎｍの微粒子が生
成していた。前記シリコン上に第一強誘電体層のＰＺＴ
薄膜と第二強誘電体層のＰＺＴ薄膜を形成した基板を、
用意した混合溶液中に浸し、オートクレーブを用いて１
３０℃で１２時間水熱処理することで２μｍ厚の第三強
誘電体層のＰＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超
音波洗浄し、１００℃で１２時間乾燥させた。このよう
にして得られた第三強誘電体層のＰＺＴ薄膜は平均粒子
径１．０μｍのＰＺＴ結晶粒子で構成されており、表面
粗さＲｍａｘは０．５μｍであった。またこのようにし
て得られた第三強誘電体層のＰＺＴ薄膜は、第二強誘電
体層の凹部には厚く、凸部には薄く形成されていた。こ
のようにして得られた第三強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表
面ＳＥＭ写真を図７に示した。
ｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔ
ｉＣｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶
液１３８８．８ｍｍｏｌ／ｌを室温で７２時間撹拌混合
した混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。こ
の時、溶液中には、平均粒子径２００ｎｍの微粒子が生
成していた。前記シリコン上に第一強誘電体層のＰＺＴ
薄膜と第二強誘電体層のＰＺＴ薄膜を形成した基板を、
用意した混合溶液中に浸し、オートクレーブを用いて１
３０℃で１２時間水熱処理することで２μｍ厚の第三強
誘電体層のＰＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超
音波洗浄し、１００℃で１２時間乾燥させた。このよう
にして得られた第三強誘電体層のＰＺＴ薄膜は平均粒子
径１．０μｍのＰＺＴ結晶粒子で構成されており、表面
粗さＲｍａｘは０．５μｍであった。またこのようにし
て得られた第三強誘電体層のＰＺＴ薄膜は、第二強誘電
体層の凹部には厚く、凸部には薄く形成されていた。こ
のようにして得られた第三強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表
面ＳＥＭ写真を図７に示した。
【００３７】図８にこの強誘電体薄膜の内部構造を模式
的に示す。基板と、その上に形成された基板との密着度
を上げるための平均粒子径０．５μｍの細かい粒子から
なる第一強誘電体層２１と、その上に水熱合成により成
長させた平均粒子径５μｍの結晶粒子からなる第二強誘
電体層２２と、その表面を小さい粒子で平坦にした表面
粗さＲｍａｘが０．５μｍの第三強誘電体層２３を形成
した構造となっている。
的に示す。基板と、その上に形成された基板との密着度
を上げるための平均粒子径０．５μｍの細かい粒子から
なる第一強誘電体層２１と、その上に水熱合成により成
長させた平均粒子径５μｍの結晶粒子からなる第二強誘
電体層２２と、その表面を小さい粒子で平坦にした表面
粗さＲｍａｘが０．５μｍの第三強誘電体層２３を形成
した構造となっている。
【００３８】図９に本実施例の第二強誘電体層２２の表
面粗さと、第三強誘電体層２３の表面粗さを示した。本
発明の方法で表面層を形成することにより、表面粗さが
著しく改善されていることがわかる。
面粗さと、第三強誘電体層２３の表面粗さを示した。本
発明の方法で表面層を形成することにより、表面粗さが
著しく改善されていることがわかる。
【００３９】強誘電体薄膜上にアルミニウム電極を形成
し、物性を測定したところ比誘電率１０００、圧電定数
約９０ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング率
は６．０×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電極
の断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。ＰＺ
Ｔ薄膜を王水に溶かし、ＩＰＣで化学分析したところ、
モル比は（Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ）＝（１：０．５０：０．
５０）であり、原料仕込み組成と同一であった。
し、物性を測定したところ比誘電率１０００、圧電定数
約９０ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング率
は６．０×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電極
の断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。ＰＺ
Ｔ薄膜を王水に溶かし、ＩＰＣで化学分析したところ、
モル比は（Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ）＝（１：０．５０：０．
５０）であり、原料仕込み組成と同一であった。
【００４０】実施例４ まずＰｂ（ＮＯ３）２水溶液３０ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌａ
（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液１ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ
２水溶液１６ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液９ｍｍｏ
ｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液１０００ｍｍｏｌ／ｌの混合
溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。次にシリコ
ン基板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液中に
浸し、オートクレーブを用いて１６０℃で３時間水熱処
理することで２μｍ厚みの第一強誘電体層のランタン添
加ＰＺＴ（以下ＰＬＺＴと記載する）薄膜を形成した。
その後、純水中で超音波洗浄し、１００℃で１２時間乾
燥させた。このようにして得られた第一強誘電体層のＰ
ＬＺＴ薄膜は平均粒子径０．５μｍのキュービック状Ｐ
ＬＺＴ結晶粒子で構成されていた。
（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液１ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ
２水溶液１６ｍｍｏｌ／ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液９ｍｍｏ
ｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液１０００ｍｍｏｌ／ｌの混合
溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。次にシリコ
ン基板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液中に
浸し、オートクレーブを用いて１６０℃で３時間水熱処
理することで２μｍ厚みの第一強誘電体層のランタン添
加ＰＺＴ（以下ＰＬＺＴと記載する）薄膜を形成した。
その後、純水中で超音波洗浄し、１００℃で１２時間乾
燥させた。このようにして得られた第一強誘電体層のＰ
ＬＺＴ薄膜は平均粒子径０．５μｍのキュービック状Ｐ
ＬＺＴ結晶粒子で構成されていた。
【００４１】次にＰｂ（ＮＯ３）２水溶液１５．５２ｍ
ｍｏｌ／ｌ、Ｌａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液０．４８ｍ
ｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液８．３２ｍｍｏｌ／
ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液７．６８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯ
Ｈ水溶液２３００ｍｍｏｌ／ｌの混合溶液（溶液合計量
７００ｍｌ）を用意した。前記シリコン上に第一強誘電
体層のＰＬＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶
液中に浸し、オートクレーブを用いて１４０℃で６時間
水熱処理することで１０μｍ厚の第二強誘電体層のＰＬ
ＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、
１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られ
た第二強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径１０μｍ
のＰＬＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲ
ｍａｘは６μｍであった。
ｍｏｌ／ｌ、Ｌａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液０．４８ｍ
ｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液８．３２ｍｍｏｌ／
ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液７．６８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯ
Ｈ水溶液２３００ｍｍｏｌ／ｌの混合溶液（溶液合計量
７００ｍｌ）を用意した。前記シリコン上に第一強誘電
体層のＰＬＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶
液中に浸し、オートクレーブを用いて１４０℃で６時間
水熱処理することで１０μｍ厚の第二強誘電体層のＰＬ
ＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、
１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られ
た第二強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径１０μｍ
のＰＬＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲ
ｍａｘは６μｍであった。
【００４２】次に、Ｐｂ（ＮＯ３）２水溶液７７ｍｍｏ
ｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ，Ｌ
ａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液２．４ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ
Ｃｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液
１３８８．８ｍｍｏｌ／ｌを室温で４８時間撹拌混合し
た混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。この
時、溶液中には、平均粒子径１００ｎｍの微粒子が生成
していた。前記シリコン上に第一強誘電体層と第二強誘
電体層のＰＬＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合
溶液中に浸し、オートクレーブを用いて１６０℃で２時
間水熱処理することで５μｍ厚の第三強誘電体層のＰＬ
ＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、
１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られ
た第三強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径０．５μ
ｍのＰＬＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲ
ｍａｘは１．０μｍであった。またこのようにして得ら
れた第三強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は、第二強誘電体層
の凹部には厚く、凸部には薄く形成されていた。
ｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ，Ｌ
ａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液２．４ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ
Ｃｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液
１３８８．８ｍｍｏｌ／ｌを室温で４８時間撹拌混合し
た混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。この
時、溶液中には、平均粒子径１００ｎｍの微粒子が生成
していた。前記シリコン上に第一強誘電体層と第二強誘
電体層のＰＬＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合
溶液中に浸し、オートクレーブを用いて１６０℃で２時
間水熱処理することで５μｍ厚の第三強誘電体層のＰＬ
ＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、
１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られ
た第三強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径０．５μ
ｍのＰＬＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲ
ｍａｘは１．０μｍであった。またこのようにして得ら
れた第三強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は、第二強誘電体層
の凹部には厚く、凸部には薄く形成されていた。
【００４３】強誘電体薄膜上にアルミニウム電極を形成
し、物性を測定したところ比誘電率９００、圧電定数約
９０ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング率は
５．８×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電極の
断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。
し、物性を測定したところ比誘電率９００、圧電定数約
９０ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング率は
５．８×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電極の
断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。
【００４４】実施例５ まずＰｂ（ＮＯ３）２水溶液２４ｍｍｏｌ／ｌ、Ｓｒ
（ＮＯ３）２水溶液６ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶
液１２．５ｍｍｏｌ／ｌ，ＴｉＣｌ４水溶液１２．５ｍ
ｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液１０００ｍｍｏｌ／ｌの
混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。次にシ
リコン基板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液
中に浸し、オートクレーブを用いて１４０℃で１時間水
熱処理することで０．５μｍ厚みの第一強誘電体層のス
トロンチウム添加ＰＺＴ（以下ＰＳＺＴと記載する）薄
膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、１００
℃で１２時間乾燥させた。
（ＮＯ３）２水溶液６ｍｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶
液１２．５ｍｍｏｌ／ｌ，ＴｉＣｌ４水溶液１２．５ｍ
ｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液１０００ｍｍｏｌ／ｌの
混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。次にシ
リコン基板上にチタン電極を形成し、用意した混合溶液
中に浸し、オートクレーブを用いて１４０℃で１時間水
熱処理することで０．５μｍ厚みの第一強誘電体層のス
トロンチウム添加ＰＺＴ（以下ＰＳＺＴと記載する）薄
膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、１００
℃で１２時間乾燥させた。
【００４５】次にＰｂ（ＮＯ３）２水溶液１５．５２ｍ
ｍｏｌ／ｌ、Ｌａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液０．４８ｍ
ｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液８．３２ｍｍｏｌ／
ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液７．６８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯ
Ｈ水溶液２３００ｍｍｏｌ／ｌの混合溶液（溶液合計量
７００ｍｌ）を用意した。前記シリコン上に第一強誘電
体層のＰＬＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶
液中に浸し、オートクレーブを用いて１４０℃で６時間
水熱処理することで１０μｍ厚の第二強誘電体層のＰＬ
ＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、
１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られ
た第二強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径１０μｍ
のＰＬＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲ
ｍａｘは５．０μｍであった。またこのようにして得ら
れた第二強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は、第一強誘電体層
の凹部には厚く、凸部には薄く形成されていた。
ｍｏｌ／ｌ、Ｌａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液０．４８ｍ
ｍｏｌ／ｌ、ＺｒＯＣｌ２水溶液８．３２ｍｍｏｌ／
ｌ、ＴｉＣｌ４水溶液７．６８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯ
Ｈ水溶液２３００ｍｍｏｌ／ｌの混合溶液（溶液合計量
７００ｍｌ）を用意した。前記シリコン上に第一強誘電
体層のＰＬＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合溶
液中に浸し、オートクレーブを用いて１４０℃で６時間
水熱処理することで１０μｍ厚の第二強誘電体層のＰＬ
ＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄し、
１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得られ
た第二強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径１０μｍ
のＰＬＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さＲ
ｍａｘは５．０μｍであった。またこのようにして得ら
れた第二強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は、第一強誘電体層
の凹部には厚く、凸部には薄く形成されていた。
【００４６】次に、Ｐｂ（ＮＯ３）２水溶液７７ｍｍｏ
ｌ／ｌ，ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌ
ａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液２．４ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ
Ｃｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液
１３８８．８ｍｍｏｌ／ｌを室温で４８時間撹拌混合し
た混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。この
時、溶液中には、平均粒子径１００ｎｍの微粒子が生成
していた。前記シリコン上に第一強誘電体層と第二強誘
電体層のＰＬＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合
溶液中に浸し、オートクレーブを用いて１６０℃で２時
間水熱処理することで１０μｍ厚の第三強誘電体層のＰ
ＬＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄
し、１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得
られた第三強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径０．
５μｍのＰＬＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さ
Ｒｍａｘは１．０μｍであった。またこのようにして得
られた第三強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は、第二強誘電体
層の凹部には厚く、凸部には薄く形成されていた。
ｌ／ｌ，ＺｒＯＣｌ２水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌ、Ｌ
ａ（ＣＨ３ＣＯＯ）３水溶液２．４ｍｍｏｌ／ｌ、Ｔｉ
Ｃｌ４水溶液３０．８ｍｍｏｌ／ｌおよびＫＯＨ水溶液
１３８８．８ｍｍｏｌ／ｌを室温で４８時間撹拌混合し
た混合溶液（溶液合計量７００ｍｌ）を用意した。この
時、溶液中には、平均粒子径１００ｎｍの微粒子が生成
していた。前記シリコン上に第一強誘電体層と第二強誘
電体層のＰＬＺＴ薄膜を形成した基板を、用意した混合
溶液中に浸し、オートクレーブを用いて１６０℃で２時
間水熱処理することで１０μｍ厚の第三強誘電体層のＰ
ＬＺＴ薄膜を形成した。その後、純水中で超音波洗浄
し、１００℃で１２時間乾燥させた。このようにして得
られた第三強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は平均粒子径０．
５μｍのＰＬＺＴ結晶粒子で構成されており、表面粗さ
Ｒｍａｘは１．０μｍであった。またこのようにして得
られた第三強誘電体層のＰＬＺＴ薄膜は、第二強誘電体
層の凹部には厚く、凸部には薄く形成されていた。
【００４７】強誘電体薄膜上にアルミニウム電極を形成
し、物性を測定したところ比誘電率９００、圧電定数約
９０ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング率は
５．９×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電極の
断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。
し、物性を測定したところ比誘電率９００、圧電定数約
９０ｐＣ／Ｎと優れた特性を示した。また、ヤング率は
５．９×１０１０Ｎ／ｍ２であった。また、表面電極の
断線不良は発生せず、基板との剥離もなかった。
【００４８】以上実施例を挙げて述べてきたが、本発明
は構成する強誘電体層の数や酸化物の組成比や原料の種
類になんら限定されるものではない。
は構成する強誘電体層の数や酸化物の組成比や原料の種
類になんら限定されるものではない。
【００４９】
【発明の効果】以上述べたように結晶粒子の成長に伴っ
て増大する表面粗さは、本発明の方法で膜を形成するこ
とにより平坦化され、電極の断線不良が発生せず、５０
０℃以上での熱処理が不要で、素子信頼性が高い上、高
い圧電定数と高いヤング率をもつ強誘電体薄膜素子を提
供できる。また、容易なプロセスで作製することができ
るため、低コストで微細化が求められる高性能の圧電
体、強誘電体薄膜素子として広く応用することができ
る。
て増大する表面粗さは、本発明の方法で膜を形成するこ
とにより平坦化され、電極の断線不良が発生せず、５０
０℃以上での熱処理が不要で、素子信頼性が高い上、高
い圧電定数と高いヤング率をもつ強誘電体薄膜素子を提
供できる。また、容易なプロセスで作製することができ
るため、低コストで微細化が求められる高性能の圧電
体、強誘電体薄膜素子として広く応用することができ
る。
【図１】実施例１の第一強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面
状態を示す図面に代わる写真図である。
状態を示す図面に代わる写真図である。
【図２】実施例１の第二強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面
状態を示す図面に代わる写真図である。
状態を示す図面に代わる写真図である。
【図３】実施例１の強誘電体薄膜の内部構造の概念を模
式的に表す断面図である。
式的に表す断面図である。
【図４】実施例１の第一強誘電体層および第二強誘電体
層の表面粗さを示す図である。。
層の表面粗さを示す図である。。
【図５】実施例３の第一強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面
状態を示す図面に代わる写真図である。
状態を示す図面に代わる写真図である。
【図６】実施例３の第二強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面
状態を示す図面に代わる写真図である。
状態を示す図面に代わる写真図である。
【図７】実施例３の第三強誘電体層のＰＺＴ薄膜の表面
状態を示す図面に代わる写真図である。
状態を示す図面に代わる写真図である。
【図８】実施例３の強誘電体薄膜の内部構造の概念を模
式的に表す断面図である。
式的に表す断面図である。
【図９】実施例３の第二強誘電体層および第三強誘電体
層の表面粗さを示す図である。
層の表面粗さを示す図である。
１１：水熱合成により成長させた結晶粒子からなる第一
強誘電体層 １２：表面粗さＲｍａｘが０．５μｍ以下の第二強誘電
体層 ２１：基板との密着度をあげるための平均粒子径０．５
μｍの細かい粒子からなる第一強誘電体層 ２２：水熱合成により成長させた平均粒子径５μｍの結
晶粒子からなる第二強誘電体層 ２３：表面粗さＲｍａｘが０．５μｍの第三強誘電体層
強誘電体層 １２：表面粗さＲｍａｘが０．５μｍ以下の第二強誘電
体層 ２１：基板との密着度をあげるための平均粒子径０．５
μｍの細かい粒子からなる第一強誘電体層 ２２：水熱合成により成長させた平均粒子径５μｍの結
晶粒子からなる第二強誘電体層 ２３：表面粗さＲｍａｘが０．５μｍの第三強誘電体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/84 Ｈ０１Ｌ 29/84 Ｚ 41/187 41/18 １０１Ｄ 41/24 41/22 Ａ
Claims (3)
- 【請求項１】水熱合成する原料溶液を０〜１００℃の範
囲内で反応させ、平均粒子径２０〜１０００ｎｍの微粒
子を溶液内に生成させた後、水熱合成することにより強
誘電体膜上に表面粗さＲｍａｘが２μｍ以下の強誘電体
薄膜を形成することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方
法。 - 【請求項２】Ｐｂ含有原料化合物が５０〜５００ｍｍｏ
ｌ／ｌ、Ｚｒ含有原料化合物が０〜５００ｍｍｏｌ／
ｌ、Ｔｉ含有原料化合物が０．００２〜５００ｍｍｏｌ
／ｌおよびＬａ含有原料化合物が０〜５０ｍｍｏｌ／ｌ
の条件でアルカリ水溶液中０〜１００℃の温度範囲内で
反応させ、Ｐｂ、Ｌａ，ＺｒおよびＴｉのうち少なくと
も一つを含有する平均粒子径２０〜１０００ｎｍの微粒
子を生成させた後、水熱合成することにより強誘電体層
の上に表面粗さＲｍａｘが２μｍ以下の強誘電体層を形
成することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。 - 【請求項３】基板と、請求項１または２記載の方法で製
造された表面粗さＲｍａｘが２μｍ以下の強誘電体膜
と、その上に形成された電極とからなる強誘電体薄膜素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33073397A JP3478095B2 (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 強誘電体薄膜素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33073397A JP3478095B2 (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 強誘電体薄膜素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135495A true JPH11135495A (ja) | 1999-05-21 |
| JP3478095B2 JP3478095B2 (ja) | 2003-12-10 |
Family
ID=18235957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33073397A Expired - Fee Related JP3478095B2 (ja) | 1997-10-27 | 1997-10-27 | 強誘電体薄膜素子およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3478095B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000331863A (ja) * | 1999-05-24 | 2000-11-30 | Ube Ind Ltd | セラミックコンデンサおよびその製造方法 |
| JP2005064413A (ja) * | 2003-08-20 | 2005-03-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 平行平板コンデンサ |
| WO2019004372A1 (ja) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 金属酸化物ナノ結晶膜固定化基板、金属酸化物ナノ結晶の製造方法、金属酸化物ナノ結晶膜固定化基板の製造方法 |
| CN111122021A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 柔性复合薄膜及制备方法、柔性压力传感器及制备方法 |
| CN111122022A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 功能薄膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法 |
-
1997
- 1997-10-27 JP JP33073397A patent/JP3478095B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000331863A (ja) * | 1999-05-24 | 2000-11-30 | Ube Ind Ltd | セラミックコンデンサおよびその製造方法 |
| JP2005064413A (ja) * | 2003-08-20 | 2005-03-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 平行平板コンデンサ |
| WO2019004372A1 (ja) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 金属酸化物ナノ結晶膜固定化基板、金属酸化物ナノ結晶の製造方法、金属酸化物ナノ結晶膜固定化基板の製造方法 |
| JPWO2019004372A1 (ja) * | 2017-06-30 | 2020-02-06 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 金属酸化物ナノ結晶膜固定化基板、金属酸化物ナノ結晶の製造方法、金属酸化物ナノ結晶膜固定化基板の製造方法 |
| CN111122021A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 柔性复合薄膜及制备方法、柔性压力传感器及制备方法 |
| CN111122022A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 功能薄膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法 |
| CN111122021B (zh) * | 2019-12-30 | 2023-08-15 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 柔性复合薄膜及制备方法、柔性压力传感器及制备方法 |
| CN111122022B (zh) * | 2019-12-30 | 2023-08-15 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 功能薄膜及其制备方法、柔性压力传感器及其制备方法 |
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|---|---|
| JP3478095B2 (ja) | 2003-12-10 |
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