JPWO2012046705A1 - 誘電体成膜装置及び誘電体成膜方法 - Google Patents
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Abstract
（１００）／（００１）配向した誘電体膜を形成できる誘電体成膜装置及び誘電体成膜方法を提供する。誘電体成膜装置１０は、ターゲット２１から放出された粒子が付着する位置に配置された防着板３４を加熱する防着板加熱部１９を有している。スパッタガス導入部１４から真空槽１１内にスパッタガスを導入し、防着板３４を成膜温度よりも高い温度に加熱して、防着板３４に付着された薄膜から蒸気を放出させ、基板３１にシード層を形成した後、基板３１を成膜温度にし、電源１３からターゲット２１に交流電圧を印加して、ターゲット２１をスパッタし、基板３１に誘電体膜を成膜する。
Description
本発明は、誘電体成膜装置及び誘電体成膜方法に関する。
現在、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3、ＰＺＴ）等の強誘電体を用いた圧電素子は、インクジェットヘッドや加速度センサ等のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術に応用されている。
図４は（１００）／（００１）配向のＰＺＴ薄膜と、（１１１）配向のＰＺＴ薄膜の圧電特性を示すグラフである。（１００）／（００１）配向のＰＺＴ薄膜は、（１１１）配向のＰＺＴ薄膜よりも大きい圧電特性を示すことが知られている。
図６は従来の誘電体成膜装置１１０の内部構成図である。
誘電体成膜装置１１０は、真空槽１１１と、真空槽１１１内に配置されたＰＺＴのターゲット１２１と、ターゲット１２１と対面する位置に配置され、基板１３１を保持する基板保持台１３２と、基板保持台１３２に保持された基板１３１を加熱する基板加熱部１１８と、ターゲット１２１に電圧を印加するスパッタ電源１１３と、真空槽１１１内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部１１４と、真空槽１１１内で、ターゲット１２１から放出された粒子が付着する位置に配置された第一、第二の防着板１３４、１３５とを有している。
誘電体成膜装置１１０は、真空槽１１１と、真空槽１１１内に配置されたＰＺＴのターゲット１２１と、ターゲット１２１と対面する位置に配置され、基板１３１を保持する基板保持台１３２と、基板保持台１３２に保持された基板１３１を加熱する基板加熱部１１８と、ターゲット１２１に電圧を印加するスパッタ電源１１３と、真空槽１１１内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部１１４と、真空槽１１１内で、ターゲット１２１から放出された粒子が付着する位置に配置された第一、第二の防着板１３４、１３５とを有している。
圧電素子を形成する場合、成膜すべき基板１３１には、熱酸化膜付きＳｉ基板上に、密着層であるＴｉ薄膜と、下部電極層である貴金属の薄膜とがこの順にあらかじめ積層されたものを使用する。貴金属の薄膜はＰｔ又はＩｒの薄膜であり、（１１１）面に優先配向している。
基板加熱部１１８は発熱部材１３３と加熱用電源１１７とを有している。発熱部材１３３は基板保持台１３２の基板１３１とは反対側に配置され、加熱用電源１１７は発熱部材１３３に電気的に接続されている。
加熱用電源１１７から発熱部材１３３に直流電流が流されると、発熱部材１３３は発熱して、基板保持台１３２上の基板１３１が加熱される。
加熱用電源１１７から発熱部材１３３に直流電流が流されると、発熱部材１３３は発熱して、基板保持台１３２上の基板１３１が加熱される。
図７は従来の誘電体成膜装置１１０を用いた成膜方法での発熱部材１３３の温度変化を示している。
先ず発熱部材１３３を加熱して、成膜時の温度である６４０℃に昇温保持する。
ターゲット１２１の基板保持台１３２とは反対側の裏面にはカソード電極１２２が密着して固定され、スパッタ電源１１３はカソード電極１２２に電気的に接続されている。
先ず発熱部材１３３を加熱して、成膜時の温度である６４０℃に昇温保持する。
ターゲット１２１の基板保持台１３２とは反対側の裏面にはカソード電極１２２が密着して固定され、スパッタ電源１１３はカソード電極１２２に電気的に接続されている。
スパッタガス導入部１１４から真空槽１１１内にスパッタガスを導入させ、スパッタ電源１１３からカソード電極１２２を介してターゲット１２１に交流電圧を印加させると、導入されたスパッタガスは電離され、プラズマ化する。プラズマ中のイオンはターゲット１２１の表面をスパッタし、ターゲット１２１からＰＺＴの粒子が放出される。
ターゲット１２１から放出されたＰＺＴの粒子の一部は加熱された基板１３１の表面に入射し、基板１３１の貴金属の薄膜上にＰＺＴの薄膜が形成される。
所定の膜厚のＰＺＴの薄膜を形成した後、スパッタ電源１１３からの電圧印加を停止し、スパッタガスの導入を停止する。発熱部材１３３を成膜時より低い温度である４００℃に降温させ、成膜工程を終了する。
所定の膜厚のＰＺＴの薄膜を形成した後、スパッタ電源１１３からの電圧印加を停止し、スパッタガスの導入を停止する。発熱部材１３３を成膜時より低い温度である４００℃に降温させ、成膜工程を終了する。
図８は従来の誘電体成膜装置１１０を用いてＰｔ薄膜上に形成したＰＺＴ薄膜の中央部（Ｃｅｎｔｅｒ）と、外縁部（Ｅｄｇｅ）と、中央部と外縁部との間の中間部（Ｍｉｄｄｌｅ）の３箇所のＸ線回折パターンを示している。形成されるＰＺＴの薄膜は（１１１）方向に優先配向していることが分かる。
すなわち、従来の誘電体成膜装置では、（１００）／（００１）配向した誘電体膜を形成することが困難であるという問題があった。
すなわち、従来の誘電体成膜装置では、（１００）／（００１）配向した誘電体膜を形成することが困難であるという問題があった。
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、（１００）／（００１）配向した誘電体膜を形成できる誘電体成膜装置及び誘電体成膜方法を提供することにある。
本発明者らは、従来の誘電体成膜装置では、ＰＺＴ薄膜の成膜初期において、Ｐｂが貴金属の薄膜方向へ拡散したり、再蒸発する影響で、ＰＺＴ薄膜にＰｂ欠損が生じてＴｉＯ2が形成され、ＴｉＯ2／貴金属の薄膜上に形成されるＰＺＴ薄膜が（１１１）方向に優先配向していたと推測し、貴金属の薄膜上にＰｂＯのシード層を予め形成することにより上記目的を達成できることを見出した。
係る知見に基づいて成された本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、を有し、前記ターゲットをスパッタして前記基板に誘電体膜を成膜する誘電体成膜装置であって、前記真空槽内に配置され、化学構造中に前記ターゲットに含まれる元素を含有する金属化合物からなる元素源を保持する元素源保持部と、前記元素源保持部に保持された前記元素源を加熱する元素源加熱部とを有し、前記元素源は加熱されると蒸気を放出するように構成された誘電体成膜装置である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成り、前記元素源は化学構造中にＰｂとＯとを含有し、加熱されるとＰｂＯの蒸気を放出するように構成された誘電体成膜装置である。
本発明や誘電体成膜装置であって、前記元素源は、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された誘電体成膜装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、を有し、前記ターゲットをスパッタして前記基板に誘電体膜を成膜する誘電体成膜装置であって、前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る誘電体成膜装置である。
本発明は、前記防着板は環状にされ、前記基板保持部に保持された前記基板の外周より外側を取り囲むように配置された誘電体成膜装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置を用いた誘電体成膜方法であって、成膜温度を予め決めておき、前記スパッタガス導入部から前記真空槽内にスパッタガスを導入し、前記防着板を前記成膜温度よりも高い温度に加熱して、前記防着板に付着された薄膜から蒸気を放出させ、前記基板にシード層を形成するシード層形成工程と、前記基板を前記成膜温度にし、前記スパッタ電源から前記ターゲットに電圧を印加して、前記ターゲットをスパッタさせ、前記基板の前記シード層上に誘電体膜を成膜する成膜工程と、を有する誘電体成膜方法である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成り、前記元素源は化学構造中にＰｂとＯとを含有し、加熱されるとＰｂＯの蒸気を放出するように構成された誘電体成膜装置である。
本発明や誘電体成膜装置であって、前記元素源は、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された誘電体成膜装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、を有し、前記ターゲットをスパッタして前記基板に誘電体膜を成膜する誘電体成膜装置であって、前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る誘電体成膜装置である。
本発明は、前記防着板は環状にされ、前記基板保持部に保持された前記基板の外周より外側を取り囲むように配置された誘電体成膜装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置を用いた誘電体成膜方法であって、成膜温度を予め決めておき、前記スパッタガス導入部から前記真空槽内にスパッタガスを導入し、前記防着板を前記成膜温度よりも高い温度に加熱して、前記防着板に付着された薄膜から蒸気を放出させ、前記基板にシード層を形成するシード層形成工程と、前記基板を前記成膜温度にし、前記スパッタ電源から前記ターゲットに電圧を印加して、前記ターゲットをスパッタさせ、前記基板の前記シード層上に誘電体膜を成膜する成膜工程と、を有する誘電体成膜方法である。
（１１１）配向したＰｔ又はＩｒの薄膜上に（１００）／（００１）配向した誘電体膜を成膜できるので、従来よりも圧電特性の大きい圧電素子を得ることができる。
加熱されると蒸気を放出する元素源がスパッタ粒子の付着する位置に配置されている場合には、成膜を繰り返しても元素源は無くならず、（１００）／（００１）配向した誘電体膜の成膜を繰り返し行うことができる。
加熱されると蒸気を放出する元素源がスパッタ粒子の付着する位置に配置されている場合には、成膜を繰り返しても元素源は無くならず、（１００）／（００１）配向した誘電体膜の成膜を繰り返し行うことができる。
＜誘電体成膜装置の第一例＞
本発明の誘電体成膜装置の第一例の構造を説明する。
図１は第一例の誘電体成膜装置１０の内部構成図である。
本発明の誘電体成膜装置の第一例の構造を説明する。
図１は第一例の誘電体成膜装置１０の内部構成図である。
誘電体成膜装置１０は、真空槽１１と、真空槽１１内に配置されたターゲット２１と、ターゲット２１と対面する位置に配置され、基板３１を保持する基板保持台３２と、基板保持台３２に保持された基板３１を加熱する基板加熱部１８と、ターゲット２１に電圧を印加するスパッタ電源１３と、真空槽１１内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部１４と、真空槽１１内で、ターゲット２１から放出された粒子が付着する位置に配置された防着板３６とを有している。
ターゲット２１はここではチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る。
ターゲット２１はここではチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る。
真空槽１１の壁面には、カソード電極２２が絶縁部材２８を介して取り付けられ、カソード電極２２と真空槽１１とは電気的に絶縁されている。真空槽１１は接地電位におかれている。
カソード電極２２の表面は真空槽１１内に露出されている。ターゲット２１はカソード電極２２の表面の中央部に密着して固定され、ターゲット２１とカソード電極２２とは電気的に接続されている。
カソード電極２２の表面は真空槽１１内に露出されている。ターゲット２１はカソード電極２２の表面の中央部に密着して固定され、ターゲット２１とカソード電極２２とは電気的に接続されている。
スパッタ電源１３は真空槽１１の外側に配置され、カソード電極２２に電気的に接続され、カソード電極２２を介してターゲット２１に交流電圧を印加できるように構成されている。
カソード電極２２のターゲット２１とは反対側には磁石装置２９が配置されている。磁石装置２９はターゲット２１の表面に磁力線を形成するように構成されている。
カソード電極２２のターゲット２１とは反対側には磁石装置２９が配置されている。磁石装置２９はターゲット２１の表面に磁力線を形成するように構成されている。
基板保持台３２はここでは炭化ケイ素（ＳｉＣ）であり、外周は基板３１の外周よりも大きく形成され、表面はターゲット２１の表面と対面するように向けられている。基板保持台３２の表面の中央部は基板３１を静電吸着して保持できるように構成されている。
基板保持台３２の表面の中央部に基板３１を静電吸着させると、基板３１の裏面は基板保持台３２の表面の中央部に密着され、基板３１は基板保持台３２と熱的に接続されるようになっている。
基板加熱部１９は、第一の発熱部３３ａと加熱用電源１７とを有している。
第一の発熱部３３ａはここではＳｉＣであり、基板保持台３２の基板３１とは反対側に配置され、加熱用電源１７は第一の発熱部３３ａに電気的に接続されている。加熱用電源１７から第一の発熱部３３ａに直流電流が流されると、第一の発熱部３３ａは発熱して、基板保持台３２上の基板３１が加熱されるようになっている。
第一の発熱部３３ａはここではＳｉＣであり、基板保持台３２の基板３１とは反対側に配置され、加熱用電源１７は第一の発熱部３３ａに電気的に接続されている。加熱用電源１７から第一の発熱部３３ａに直流電流が流されると、第一の発熱部３３ａは発熱して、基板保持台３２上の基板３１が加熱されるようになっている。
基板３１の裏面は基板保持台３２の表面の中央部に密着され、基板３１の中央部から外縁部まで均等に伝熱されるようになっている。
スパッタガス導入部１４は真空槽１１の壁面に接続され、真空槽１１内にスパッタガスを導入できるようにされている。
スパッタガス導入部１４は真空槽１１の壁面に接続され、真空槽１１内にスパッタガスを導入できるようにされている。
防着板３６はここでは第一、第二の防着板３４、３５を有している。第一、第二の防着板３４、３５の素材は石英、アルミナ等のセラミックスである。
第一の防着板３４は、内周が基板３１の外周よりも大きい環状にされ、基板保持台３２の表面の中央部の外側である外縁部を覆うように配置されている。ターゲット２１から放出された粒子は基板保持台３２の表面の外縁部に付着しないようにされている。
第一の防着板３４は、内周が基板３１の外周よりも大きい環状にされ、基板保持台３２の表面の中央部の外側である外縁部を覆うように配置されている。ターゲット２１から放出された粒子は基板保持台３２の表面の外縁部に付着しないようにされている。
第一の防着板３４の裏面は基板保持台３２の表面の外縁部に密着され、第一の防着板３４は基板保持台３２と熱的に接続されている。
基板保持台３２の表面の中央部に基板３１を載置させると、第一の防着板３４は基板３１の外周より外側を取り囲むようになっている。
基板保持台３２の表面の中央部に基板３１を載置させると、第一の防着板３４は基板３１の外周より外側を取り囲むようになっている。
第二の防着板３５は、内周がターゲット２１の外周や基板３１の外周よりも大きい筒状にされている。第二の防着板３５は、基板保持台３２とカソード電極２１との間に配置され、基板３１とターゲット２１との間の空間の側方を取り囲むようになっている。ターゲット２１から放出された粒子は真空槽１１の壁面に付着しないようにされている。
基板保持台３２の第一の防着板３４とは反対側には第二の発熱部３３ｂが配置されている。
第二の発熱部３３ｂはここではＳｉＣであり、加熱用電源１７に電気的に接続されている。加熱用電源１７から第二の発熱部３３ｂに直流電流が流されると、第二の発熱部３３ｂは発熱して、第一の防着板３４が加熱されるようになっている。
第二の発熱部３３ｂはここではＳｉＣであり、加熱用電源１７に電気的に接続されている。加熱用電源１７から第二の発熱部３３ｂに直流電流が流されると、第二の発熱部３３ｂは発熱して、第一の防着板３４が加熱されるようになっている。
防着板３６を加熱する部分を防着板加熱部１８と呼ぶと、防着板加熱部１８はここでは第二の発熱部３３ｂと加熱用電源１７とで構成されている。
ここでは第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂは互いに接続され、一個の発熱部材３３が構成されている。加熱用電源１７から発熱部材３３に直流電流が流されると、第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂは一緒に発熱し、基板３１と第一の防着板３４とは一緒に加熱されるようになっている。
ここでは第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂは互いに接続され、一個の発熱部材３３が構成されている。加熱用電源１７から発熱部材３３に直流電流が流されると、第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂは一緒に発熱し、基板３１と第一の防着板３４とは一緒に加熱されるようになっている。
本発明は第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂが別個の発熱部材で構成されている場合も含まれる。この場合には、第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂに別個に直流電流が流されて、基板３１と第一の防着板３４とが別個に加熱されるように構成することができる。
発熱部材３３の基板保持台３２とは反対側には冷却装置３８が配置されている。冷却装置３８は内部に温度管理された冷却媒体を循環できるように構成され、発熱部材３３が発熱しても真空槽１１の壁面が加熱されないようになっている。
さらに、第二の防着板３５の外周側面に発熱部材が配置され、第二の防着板３５も加熱されるように構成してもよい。第二の防着板３５が加熱されると、第二の防着板３５の内周側面に予め付着されたＰＺＴの薄膜からＰｂＯの蒸気が放出される。
第一例の誘電体成膜装置１０を用いた成膜方法を説明する。
成膜すべき基板３１には、ここではＳｉ基板の熱酸化膜（ＳｉＯ2）上に、密着層であるＴｉ薄膜と、下部電極層である貴金属の薄膜とがこの順にあらかじめ積層されたものを使用する。貴金属の薄膜はＰｔ又はＩｒの薄膜であり、（１１１）面に優先配向している。
ＰＺＴ薄膜の成膜に適した温度である成膜時の温度（以下、成膜温度と呼ぶ）を試験やシミュレーションにより予め求めておく。
成膜すべき基板３１には、ここではＳｉ基板の熱酸化膜（ＳｉＯ2）上に、密着層であるＴｉ薄膜と、下部電極層である貴金属の薄膜とがこの順にあらかじめ積層されたものを使用する。貴金属の薄膜はＰｔ又はＩｒの薄膜であり、（１１１）面に優先配向している。
ＰＺＴ薄膜の成膜に適した温度である成膜時の温度（以下、成膜温度と呼ぶ）を試験やシミュレーションにより予め求めておく。
真空槽１１の壁面に真空排気装置１５を接続して、真空槽１１内を真空排気する。以後、真空排気を継続して真空槽１１内の真空雰囲気を維持する。
まず、準備工程として、真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら、本来成膜すべき基板３１とは異なるダミー基板を真空槽１１内に搬入して、ターゲット２１のスパッタを行い、第一、第二の防着板３４、３５の表面に、あらかじめＰＺＴの薄膜を付着させる。次いで、真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながらダミー基板を真空槽１１の外側に搬出する。
まず、準備工程として、真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら、本来成膜すべき基板３１とは異なるダミー基板を真空槽１１内に搬入して、ターゲット２１のスパッタを行い、第一、第二の防着板３４、３５の表面に、あらかじめＰＺＴの薄膜を付着させる。次いで、真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながらダミー基板を真空槽１１の外側に搬出する。
真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら、真空槽１１内に成膜すべき基板３１を搬入し、基板３１表面の貴金属の薄膜がターゲット２１の表面と対面する向きで、基板保持台３２の表面の中央部に保持させる。
冷却装置３８に温度管理された冷却媒体を循環させておく。
冷却装置３８に温度管理された冷却媒体を循環させておく。
図２は以下のシード層形成工程と成膜工程での発熱部材３３の温度変化を示している。
まずシード層形成工程として、スパッタガス導入部１４から真空槽１１内にスパッタガスを導入する。ここではスパッタガスにＡｒガスを用いる。以後、スパッタガスの導入を継続する。
まずシード層形成工程として、スパッタガス導入部１４から真空槽１１内にスパッタガスを導入する。ここではスパッタガスにＡｒガスを用いる。以後、スパッタガスの導入を継続する。
加熱用電源１７から発熱部材３３に直流電流を流して、発熱部材３３を成膜温度よりも高温にする。ここでは７８５℃に昇温させる。
基板３１と第一の防着板３４とが加熱され、第一の防着板３４に付着したＰＺＴの薄膜からＰｂＯの蒸気が放出される。
基板３１と第一の防着板３４とが加熱され、第一の防着板３４に付着したＰＺＴの薄膜からＰｂＯの蒸気が放出される。
放出されたＰｂＯの蒸気は、基板３１表面の貴金属の薄膜上に付着し、基板３１表面の貴金属の薄膜上にＰｂＯのシード層が形成される。
発熱部材３３を所定の時間７８５℃に保持した後、成膜温度まで冷却する。ここではＰＺＴの成膜に適した６４０℃に冷却する。
発熱部材３３を所定の時間７８５℃に保持した後、成膜温度まで冷却する。ここではＰＺＴの成膜に適した６４０℃に冷却する。
次いで、成膜工程として、発熱部材３３を６４０℃の温度（成膜温度）に保持し、スパッタガス導入部１４からのスパッタガスの導入を継続しながら、スパッタ電源１３からカソード電極２２に交流電圧を印加すると、真空槽１１内に導入されたスパッタガスが電離され、プラズマ化する。プラズマ中のイオンは磁石装置２９が形成する磁力線に捕捉されてターゲット２１の表面に入射し、ターゲット２１からＰＺＴの粒子を弾き飛ばす。
ターゲット２１から放出されたＰＺＴの粒子の一部は基板３１の表面に入射する。基板３１表面の貴金属の薄膜上にはＰｂＯのシード層が予め形成されているため、シード層からＰｂＯが供給されてＰＺＴ薄膜にＰｂ欠損は生じず、シード層上に（００１）／（１００）配向した誘電体膜（ここではＰＺＴ膜）が形成される。
図３は本発明の誘電体成膜装置１０でＰｔ薄膜上に形成したＰＺＴ薄膜の中央部（Ｃｅｎｔｅｒ）と、外縁部（Ｅｄｇｅ）と、中央部と外縁部との間の中間部（Ｍｉｄｄｌｅ）の３箇所のＸ線回折パターンを示している。
図３のＸ線回折パターンから、（１００）／（００１）方向に優先配向したＰＺＴ薄膜が形成されていることが分かる。
図３のＸ線回折パターンから、（１００）／（００１）方向に優先配向したＰＺＴ薄膜が形成されていることが分かる。
ターゲット２１から放出されたＰＺＴの粒子の一部は第一の防着板３４の表面に付着し、次回のシード層形成工程におけるＰｂＯの蒸気の放出源になる。
基板３１上に所定の膜厚のＰＺＴ薄膜を成膜した後、スパッタ電源１３からカソード電極２２への電圧印加を停止し、スパッタガス導入部１４から真空槽１１内へのスパッタガスの導入を停止する。
基板３１上に所定の膜厚のＰＺＴ薄膜を成膜した後、スパッタ電源１３からカソード電極２２への電圧印加を停止し、スパッタガス導入部１４から真空槽１１内へのスパッタガスの導入を停止する。
加熱用電源１７から発熱部材３３への電流の供給を停止して、発熱部材３３を、成膜温度よりも低い温度に冷却する。ここでは４００℃に降温させる。
基板３１が搬送ロボットで搬送できる温度まで冷却された後、真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら成膜済みの基板３１を真空槽１１の外側に搬出し、次いで別の未成膜の基板３１を真空槽１１内に搬入し、上述のシード層形成工程と成膜工程とを繰り返す。
基板３１が搬送ロボットで搬送できる温度まで冷却された後、真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら成膜済みの基板３１を真空槽１１の外側に搬出し、次いで別の未成膜の基板３１を真空槽１１内に搬入し、上述のシード層形成工程と成膜工程とを繰り返す。
＜誘電体成膜装置の第二例＞
本発明の誘電体成膜装置の第二例の構造を説明する。
図５は第二例の誘電体成膜装置１０’の内部構成図である。第二例の誘電体成膜装置１０’の構成のうち、第一例の誘電体成膜装置１０の構成と同じ部分には同じ符号を付し、説明を省略する。
本発明の誘電体成膜装置の第二例の構造を説明する。
図５は第二例の誘電体成膜装置１０’の内部構成図である。第二例の誘電体成膜装置１０’の構成のうち、第一例の誘電体成膜装置１０の構成と同じ部分には同じ符号を付し、説明を省略する。
第二例の誘電体成膜装置１０’は、真空槽１１内に配置され、化学構造中にターゲット２１に含まれる元素（金属元素）を含有する金属化合物から成る元素源を保持する元素源化合物保持部３９と、元素源保持部３９に保持された元素源を加熱する元素源加熱部４０とを有している。
元素源保持部３９はここではるつぼであり、基板３１とターゲット２１と第一、第二の防着板３４、３５とで囲まれた空間の内側に配置されている。
ターゲット２１をスパッタすると、ターゲット２１から放出されたＰＺＴの粒子の一部はるつぼの内側に配置された元素源に付着するようになっている。
ターゲット２１をスパッタすると、ターゲット２１から放出されたＰＺＴの粒子の一部はるつぼの内側に配置された元素源に付着するようになっている。
元素源加熱部４０はここでは電熱器であり、元素源保持部３９に取り付けられている。元素源加熱部４０は加熱用電源１７に電気的に接続され、加熱用電源１７から直流電流を流されると、元素源加熱部４０は発熱して、元素源保持部３９に保持された元素源が加熱されるようになっている。
元素源は、ここでは化学構造中にＰｂとＯとを含有し、例えばＰＺＴやＰｂＯが用いられる。元素源は加熱されると、ここではＰｂＯの蒸気を放出するように構成されている。
元素源は、ここでは化学構造中にＰｂとＯとを含有し、例えばＰＺＴやＰｂＯが用いられる。元素源は加熱されると、ここではＰｂＯの蒸気を放出するように構成されている。
本発明の元素源加熱部４０は、元素源保持部３９に保持された元素源を加熱できるならば、電熱器に限定されず、赤外線ランプやレーザー等の他の公知の加熱装置も本発明に含まれる。
第二例の誘電体成膜装置１０’を用いた成膜方法を説明する。
成膜すべき基板３１には、ここではＳｉ基板の熱酸化膜（ＳｉＯ2）上に、密着層であるＴｉ薄膜と、下部電極層である貴金属の薄膜とがこの順にあらかじめ積層されたものを使用する。貴金属の薄膜はＰｔ又はＩｒの薄膜であり、（１１１）面に優先配向している。
ＰＺＴ薄膜の成膜に適した温度である成膜温度を試験やシミュレーションにより予め求めておく。
成膜すべき基板３１には、ここではＳｉ基板の熱酸化膜（ＳｉＯ2）上に、密着層であるＴｉ薄膜と、下部電極層である貴金属の薄膜とがこの順にあらかじめ積層されたものを使用する。貴金属の薄膜はＰｔ又はＩｒの薄膜であり、（１１１）面に優先配向している。
ＰＺＴ薄膜の成膜に適した温度である成膜温度を試験やシミュレーションにより予め求めておく。
元素源保持部３９に、あらかじめ元素源を保持させておく。ここでは元素源としてＰＺＴを使用する。
真空槽１１の壁面に真空排気装置１５を接続して、真空槽１１内を真空排気する。以後、真空排気を継続して真空槽１１内の真空雰囲気を維持する。
真空槽１１の壁面に真空排気装置１５を接続して、真空槽１１内を真空排気する。以後、真空排気を継続して真空槽１１内の真空雰囲気を維持する。
真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら、真空槽１１内に成膜すべき基板３１を搬入し、基板３１表面の貴金属の薄膜がターゲット２１の表面と対面する向きで、基板保持台３２の表面の中央部に保持させる。
冷却装置３８に温度管理された冷却媒体を循環させておく。
冷却装置３８に温度管理された冷却媒体を循環させておく。
シード層形成工程として、スパッタガス導入部１４から真空槽１１内にスパッタガスを導入する。ここではスパッタガスにＡｒガスを用いる。以後、スパッタガスの導入を継続する。
加熱用電源１７から元素源加熱部４０に直流電流を流して、元素源保持部３９に保持された元素源を加熱させると、元素源であるＰＺＴからＰｂＯの蒸気が放出される。
放出されたＰｂＯの蒸気は、基板３１表面の貴金属の薄膜上に付着し、基板３１表面の貴金属の薄膜上にＰｂＯのシード層が形成される。
加熱用電源１７から元素源加熱部４０への電流供給を停止し、元素源の加熱を止める。
放出されたＰｂＯの蒸気は、基板３１表面の貴金属の薄膜上に付着し、基板３１表面の貴金属の薄膜上にＰｂＯのシード層が形成される。
加熱用電源１７から元素源加熱部４０への電流供給を停止し、元素源の加熱を止める。
次いで、成膜工程として、加熱用電源１７から第一の発熱部３３ａに直流電流を流して、第一の発熱部３３ａを成膜温度まで昇温させる。ここでは６４０℃に昇温させる。基板保持台３２に保持された基板３１が加熱される。
第一の発熱部３３ａを６４０℃の温度（成膜温度）に保持し、スパッタガス導入部１４からのスパッタガスの導入を継続しながら、スパッタ電源１３からカソード電極２２に交流電圧を印加すると、真空槽１１内に導入されたスパッタガスが電離され、プラズマ化する。プラズマ中のイオンは磁石装置２９が形成する磁力線に捕捉されてターゲット２１の表面に入射し、ターゲット２１からＰＺＴの粒子を弾き飛ばす。
ターゲット２１から放出されたＰＺＴの粒子の一部は基板３１の表面に入射する。基板３１のＰｔ薄膜上にはＰｂＯのシード層が予め形成されているため、シード層からＰｂＯが供給されてＰＺＴ薄膜にＰｂ欠損は生じず、シード層上に（００１）／（１００）配向した誘電体膜（ここではＰＺＴ膜）が形成される。
ターゲット２１から放出されたＰＺＴの粒子の一部は元素源保持部３９に保持された元素源に付着し、次回のシード層形成工程におけるＰｂＯの蒸気の放出源になる。
ターゲット２１から放出されたＰＺＴの粒子の一部は元素源保持部３９に保持された元素源に付着し、次回のシード層形成工程におけるＰｂＯの蒸気の放出源になる。
基板３１上に所定の膜厚のＰＺＴ薄膜を成膜した後、スパッタ電源１３からカソード電極２２への電圧印加を停止し、スパッタガス導入部１４から真空槽１１内へのスパッタガスの導入を停止する。加熱用電源１７から第一の発熱部３３ａへの電流の供給を停止して、第一の発熱部３３ａを成膜温度よりも低い温度に冷却する。ここでは４００℃に降温させる。
基板３１が搬送ロボットで搬送できる温度まで冷却された後、真空槽１１内の真空雰囲気を維持しながら成膜済みの基板３１を真空槽１１の外側に搬出し、次いで別の未成膜の基板３１を真空槽１１内に搬入し、上述のシード層形成工程と成膜工程とを繰り返す。
１０、１０’……誘電体成膜装置
１１……真空槽
１３……スパッタ電源
１４……スパッタガス導入部
１８……基板加熱部
１９……防着板加熱部
２１……ターゲット
３１……基板
３２……基板保持台
３４……防着板（第一の防着板）
３９……元素源保持部
４０……元素源加熱部
１１……真空槽
１３……スパッタ電源
１４……スパッタガス導入部
１８……基板加熱部
１９……防着板加熱部
２１……ターゲット
３１……基板
３２……基板保持台
３４……防着板（第一の防着板）
３９……元素源保持部
４０……元素源加熱部
係る知見に基づいて成された本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、を有し、前記ターゲットをスパッタして前記基板に誘電体膜を成膜する誘電体成膜装置であって、前記真空槽内に配置され、化学構造中に前記ターゲットに含まれる元素を含有する金属化合物からなる元素源を保持する元素源保持部と、前記元素源保持部に保持された前記元素源を加熱する元素源加熱部とを有し、前記元素源は加熱されると蒸気を放出するように構成された誘電体成膜装置である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成り、前記元素源は化学構造中にＰｂとＯとを含有し、加熱されるとＰｂＯの蒸気を放出するように構成された誘電体成膜装置である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記元素源は、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された誘電体成膜装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、を有し、前記ターゲットをスパッタして前記基板に誘電体膜を成膜する誘電体成膜装置であって、前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る誘電体成膜装置である。
本発明は、前記防着板は環状にされ、前記基板保持台に保持された前記基板の外周より外側を取り囲むように配置された誘電体成膜装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置を用いた誘電体成膜方法であって、成膜温度を予め決めておき、前記スパッタガス導入部から前記真空槽内にスパッタガスを導入し、前記防着板を前記成膜温度よりも高い温度に加熱して、前記防着板に付着された薄膜から蒸気を放出させ、前記基板にシード層を形成するシード層形成工程と、前記基板を前記成膜温度にし、前記スパッタ電源から前記ターゲットに電圧を印加して、前記ターゲットをスパッタさせ、前記基板の前記シード層上に誘電体膜を成膜する成膜工程と、を有する誘電体成膜方法である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成り、前記元素源は化学構造中にＰｂとＯとを含有し、加熱されるとＰｂＯの蒸気を放出するように構成された誘電体成膜装置である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記元素源は、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された誘電体成膜装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、を有し、前記ターゲットをスパッタして前記基板に誘電体膜を成膜する誘電体成膜装置であって、前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置である。
本発明は誘電体成膜装置であって、前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る誘電体成膜装置である。
本発明は、前記防着板は環状にされ、前記基板保持台に保持された前記基板の外周より外側を取り囲むように配置された誘電体成膜装置である。
本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置されたターゲットと、前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置を用いた誘電体成膜方法であって、成膜温度を予め決めておき、前記スパッタガス導入部から前記真空槽内にスパッタガスを導入し、前記防着板を前記成膜温度よりも高い温度に加熱して、前記防着板に付着された薄膜から蒸気を放出させ、前記基板にシード層を形成するシード層形成工程と、前記基板を前記成膜温度にし、前記スパッタ電源から前記ターゲットに電圧を印加して、前記ターゲットをスパッタさせ、前記基板の前記シード層上に誘電体膜を成膜する成膜工程と、を有する誘電体成膜方法である。
基板加熱部１８は、第一の発熱部３３ａと加熱用電源１７とを有している。
第一の発熱部３３ａはここではＳｉＣであり、基板保持台３２の基板３１とは反対側に配置され、加熱用電源１７は第一の発熱部３３ａに電気的に接続されている。加熱用電源１７から第一の発熱部３３ａに直流電流が流されると、第一の発熱部３３ａは発熱して、基板保持台３２上の基板３１が加熱されるようになっている。
第一の発熱部３３ａはここではＳｉＣであり、基板保持台３２の基板３１とは反対側に配置され、加熱用電源１７は第一の発熱部３３ａに電気的に接続されている。加熱用電源１７から第一の発熱部３３ａに直流電流が流されると、第一の発熱部３３ａは発熱して、基板保持台３２上の基板３１が加熱されるようになっている。
第二の防着板３５は、内周がターゲット２１の外周や基板３１の外周よりも大きい筒状にされている。第二の防着板３５は、基板保持台３２とカソード電極２２との間に配置され、基板３１とターゲット２１との間の空間の側方を取り囲むようになっている。ターゲット２１から放出された粒子は真空槽１１の壁面に付着しないようにされている。
防着板３６を加熱する部分を防着板加熱部１９と呼ぶと、防着板加熱部１９はここでは第二の発熱部３３ｂと加熱用電源１７とで構成されている。
ここでは第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂは互いに接続され、一個の発熱部材３３が構成されている。加熱用電源１７から発熱部材３３に直流電流が流されると、第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂは一緒に発熱し、基板３１と第一の防着板３４とは一緒に加熱されるようになっている。
ここでは第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂは互いに接続され、一個の発熱部材３３が構成されている。加熱用電源１７から発熱部材３３に直流電流が流されると、第一、第二の発熱部３３ａ、３３ｂは一緒に発熱し、基板３１と第一の防着板３４とは一緒に加熱されるようになっている。
第二例の誘電体成膜装置１０’は、真空槽１１内に配置され、化学構造中にターゲット２１に含まれる元素（金属元素）を含有する金属化合物から成る元素源を保持する元素源保持部３９と、元素源保持部３９に保持された元素源を加熱する元素源加熱部４０とを有している。
Claims (7)
- 真空槽と、
前記真空槽内に配置されたターゲットと、
前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、
前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、
前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、
前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、
を有し、前記ターゲットをスパッタして前記基板に誘電体膜を成膜する誘電体成膜装置であって、
前記真空槽内に配置され、化学構造中に前記ターゲットに含まれる元素を含有する金属化合物からなる元素源を保持する元素源保持部と、
前記元素源保持部に保持された前記元素源を加熱する元素源加熱部とを有し、
前記元素源は加熱されると蒸気を放出するように構成された誘電体成膜装置。 - 前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成り、
前記元素源は化学構造中にＰｂとＯとを含有し、加熱されるとＰｂＯの蒸気を放出するように構成された請求項１記載の誘電体成膜装置。 - 前記元素源は、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の誘電体成膜装置。
- 真空槽と、
前記真空槽内に配置されたターゲットと、
前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、
前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、
前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、
前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、
前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、
を有し、前記ターゲットをスパッタして前記基板に誘電体膜を成膜する誘電体成膜装置であって、
前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置。 - 前記ターゲットはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る請求項４記載の誘電体成膜装置。
- 前記防着板は環状にされ、前記基板保持部に保持された前記基板の外周より外側を取り囲むように配置された請求項４又は請求項５のいずれか１項記載の誘電体成膜装置。
- 真空槽と、
前記真空槽内に配置されたターゲットと、
前記ターゲットと対面する位置に配置され、基板を保持する基板保持台と、
前記基板保持台に保持された前記基板を加熱する基板加熱部と、
前記ターゲットに電圧を印加するスパッタ電源と、
前記真空槽内にスパッタガスを導入するスパッタガス導入部と、
前記真空槽内で、前記ターゲットから放出された粒子が付着する位置に配置された防着板と、
前記防着板を加熱する防着板加熱部とを有する誘電体成膜装置を用いた誘電体成膜方法であって、
成膜温度を予め決めておき、
前記スパッタガス導入部から前記真空槽内にスパッタガスを導入し、前記防着板を前記成膜温度よりも高い温度に加熱して、前記防着板に付着された薄膜から蒸気を放出させ、前記基板にシード層を形成するシード層形成工程と、
前記基板を前記成膜温度にし、前記スパッタ電源から前記ターゲットに電圧を印加して、前記ターゲットをスパッタさせ、前記基板の前記シード層上に誘電体膜を成膜する成膜工程と、
を有する誘電体成膜方法。
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