JPWO2017038806A1 - Oxide dielectric element and manufacturing method of oxide dielectric element - Google Patents
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Abstract
本発明は、保護膜による拘束力を小さくして圧電特性を向上させ、また誘電率の低下を抑制するとともに、水素イオンによる還元劣化に起因する物理特性の低下を防止することができる酸化物誘電体素子の保護膜の技術を提供する。本発明の酸化物誘電体素子15は、Si基板1と、Si基板1上に設けられ、酸化物誘電体層5を挟んで設けられた第1及び第2の電極層4、6を有する酸化物誘電体薄膜積層体8とを備え、酸化物誘電体薄膜積層体8は、高分子重合体からなる保護膜7によって覆われている。保護膜7は、蒸着重合法によって形成することができる。The present invention provides an oxide dielectric that can improve the piezoelectric characteristics by reducing the restraining force by the protective film, suppress the decrease in dielectric constant, and prevent the decrease in physical characteristics due to reduction deterioration by hydrogen ions. A technology for a protective film of a body element is provided. An oxide dielectric element 15 according to the present invention includes an Si substrate 1 and an oxide having first and second electrode layers 4 and 6 provided on the Si substrate 1 and sandwiching an oxide dielectric layer 5. The oxide dielectric thin film laminate 8 is covered with a protective film 7 made of a polymer. The protective film 7 can be formed by a vapor deposition polymerization method.
Description
本発明は、酸化物誘電体素子の保護膜に関し、特に高分子重合体によって保護膜を設ける技術に関する。 The present invention relates to a protective film for an oxide dielectric element, and more particularly to a technique for providing a protective film with a polymer.
優れた圧電性,強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)即ちPZTからなる薄膜は、その強誘電性を生かし、不揮発性メモリ(FeRAM)用途として使用されている。またバリウム−ストロンチウム−チタン(BST)からなる薄膜はキュリー点が低いため、その強誘電性を利用するよりも常誘電体相において示す高い誘電率を利用した、可変キャパシタ用途として使用されている。A thin film made of lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ) or PZT, which has excellent piezoelectricity and ferroelectricity, is used for nonvolatile memory (FeRAM) applications, taking advantage of its ferroelectricity. Yes. In addition, since a thin film made of barium-strontium-titanium (BST) has a low Curie point, it is used as a variable capacitor using a high dielectric constant shown in the paraelectric phase rather than using its ferroelectricity.
さらには近年、MEMS技術との融合により、MEMS圧電素子が実用化されつつある。例えば、主要デバイスとして、インクジェットヘッド(アクチュエータ)や角速度センサ,ジャイロセンサなどの応用例が広がっている。 Furthermore, in recent years, MEMS piezoelectric elements are being put into practical use by fusing with MEMS technology. For example, application examples such as an inkjet head (actuator), an angular velocity sensor, and a gyro sensor are spreading as main devices.
ところで、PZT等の酸化物誘電体を用いた酸化物誘電体素子は、水素ガスの還元による例えば圧電特性の劣化を防止するため、従来より、その表面に保護膜が全面的に設けられている。
従来、このような保護膜の材料としては、酸化珪素(SiO2)が用いられ、その製法としては、CVD法やスパッタリング法が採用されている。By the way, an oxide dielectric element using an oxide dielectric such as PZT has been conventionally provided with a protective film over its entire surface in order to prevent, for example, deterioration of piezoelectric characteristics due to reduction of hydrogen gas. .
Conventionally, silicon oxide (SiO 2 ) has been used as a material for such a protective film, and a CVD method or a sputtering method has been adopted as its manufacturing method.
しかし、酸化珪素による保護膜は、弾性率が大きいことから、その拘束力によって圧電体の圧電特性あるいは誘電率が低下するとともに、保護膜の成膜時における水素イオンによる還元劣化に起因して物理特性が低下するという課題がある。 However, since the protective film made of silicon oxide has a high elastic modulus, the piezoelectric property or dielectric constant of the piezoelectric body is lowered by the restraining force, and physical properties are caused by reduction degradation due to hydrogen ions during the formation of the protective film. There exists a subject that a characteristic falls.
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、保護膜による拘束力を小さくして圧電特性や誘電率などの物理特性を向上させるとともに、水素イオンによる還元劣化に起因する物理特性の低下を防止することができる酸化物誘電体素子の保護膜の技術を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems of the conventional technology, and its object is to reduce physical force such as piezoelectric characteristics and dielectric constant by reducing the restraining force by the protective film. A further object is to provide a technique for a protective film for an oxide dielectric element capable of preventing a decrease in physical characteristics due to reduction deterioration due to hydrogen ions.
上記目的を達成するためになされた本発明は、基体と、前記基体上に設けられ、酸化物誘電体層を挟んで設けられた第1及び第2の電極層を有する酸化物誘電体薄膜積層体とを備え、前記酸化物誘電体薄膜積層体が、高分子重合体からなる保護膜によって覆われている酸化物誘電体素子である。
本発明では、前記保護膜が、ポリ尿素からなる場合にも効果的である。
本発明では、前記保護膜が、ポリパラキシリレン、またはポリパラキシリレンの誘導体からなる場合にも効果的である。
本発明では、前記酸化物誘電体層が、チタン酸ジルコン酸鉛からなる場合にも効果的である。
本発明では、前記酸化物誘電体層が、バリウム-ストロンチウム-チタンからなる場合にも効果的である。
一方、本発明は、上述したいずれかの酸化物誘電体素子を製造する方法であって、前記酸化物誘電体層を挟んで設けられた前記第1及び第2の電極層を有する酸化物誘電体薄膜積層体が前記基体上に設けられたモジュールを用意し、前記保護膜を蒸着重合法によって形成する工程を有する酸化物誘電体素子の製造方法である。In order to achieve the above object, the present invention is directed to an oxide dielectric thin film stack having a base and first and second electrode layers provided on the base and sandwiching an oxide dielectric layer. And the oxide dielectric thin film laminate is covered with a protective film made of a polymer.
The present invention is also effective when the protective film is made of polyurea.
The present invention is also effective when the protective film is made of polyparaxylylene or a polyparaxylylene derivative.
The present invention is also effective when the oxide dielectric layer is made of lead zirconate titanate.
The present invention is also effective when the oxide dielectric layer is made of barium-strontium-titanium.
On the other hand, the present invention provides a method for manufacturing any one of the above-described oxide dielectric elements, the oxide dielectric having the first and second electrode layers provided with the oxide dielectric layer interposed therebetween. This is a method for manufacturing an oxide dielectric element, comprising preparing a module in which a thin film laminate is provided on the substrate and forming the protective film by vapor deposition polymerization.
以上述べた本発明によれば、高分子重合体からなる保護膜の弾性率はセラミックスである酸化珪素と比較して相当小さいため、物理特性(例えば圧電特性や誘電率)を大幅に向上させることができる。 According to the present invention described above, the physical properties (for example, piezoelectric properties and dielectric constant) can be greatly improved because the elastic modulus of the protective film made of a high molecular weight polymer is considerably smaller than that of silicon oxide as a ceramic. Can do.
また、本発明によれば、蒸着重合の際に副生成物、特に水素が生成されないことから、酸化物誘電体層において水素イオンによる還元劣化に起因する物理特性の低下が生ずることがない。 In addition, according to the present invention, no by-product, particularly hydrogen, is generated during the vapor deposition polymerization, so that the physical properties due to the reduction deterioration due to hydrogen ions do not occur in the oxide dielectric layer.
さらに、本発明に用いる蒸着重合法は、原料モノマーの蒸気が成膜対象物の周囲から回り込み、成膜対象物の表面において重合反応が進行するため、凹凸を有するモジュールの酸化物誘電体薄膜積層体に対して優れた段差被覆性で保護膜を形成することができ、これにより保護膜の絶縁性を向上させることができる。 Furthermore, the vapor deposition polymerization method used in the present invention is a method in which the vapor of the raw material monomer circulates from the periphery of the film formation target and the polymerization reaction proceeds on the surface of the film formation target. A protective film can be formed with excellent step coverage with respect to the body, whereby the insulating properties of the protective film can be improved.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る酸化物誘電体素子の構成例を示す断面図である。
図1に示すように、本例の酸化物誘電体素子15は、例えばSi基板(基体)1上に、酸化物誘電体層5を挟んで設けられた第1及び第2の電極層4、6を有する酸化物誘電体薄膜積層体8を備えている。Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of an oxide dielectric element according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the oxide
本例における酸化物誘電体薄膜積層体8は、半導体基板であるSi基板1上に形成された酸化珪素(SiO2)層2と、チタン(Ti)からなる下地層3と、白金(Pt)からなる第1の電極層4と、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)即ちPZT又はバリウム-ストロンチウム-チタン(BST)からなる酸化物誘電体層5と、白金(Pt)からなる第2の電極層6とが、この順序で形成されたものである。The oxide dielectric
また、この酸化物誘電体薄膜積層体8は、後述する高分子重合体からなる保護膜7によって覆われている。
本発明の場合、酸化物誘電体素子15の拘束力を小さくして圧電特性を向上させる、あるいは誘電率の低下を抑制する観点からは、保護膜7の弾性率はできるだけ小さいことが好ましい。
かかる観点からすると、好ましい保護膜7の弾性率は、10GPa以下である。The oxide dielectric
In the case of the present invention, it is preferable that the elastic modulus of the
From this viewpoint, the preferable elastic modulus of the
なお、本例の酸化物誘電体素子15は、保護膜7に設けられた第1のコンタクトホール7a内の金属材料11を介して第1の電極層4と電気的に接続された第1の取り出し電極13と、第2のコンタクトホール7b内に充填された金属材料12を介して第2の電極層6と電気的に接続された第2の取り出し電極14とを有している。
Note that the oxide
図2(a)〜(e)は、本発明に係る酸化物誘電体素子の製造方法の一例を示す工程図である。以下、図2(a)〜(e)、図3並びに図4を用いて本発明に係る酸化物誘電体素子の製造方法の例を説明する。 2A to 2E are process diagrams showing an example of a method for manufacturing an oxide dielectric element according to the present invention. Hereinafter, an example of a method for manufacturing an oxide dielectric device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (e), FIG. 3, and FIG. 4.
本例においては、まず、図2(a)に示すように、例えばSi基板1上に上述した複数の薄膜層(酸化珪素層2、下地層3、第1の電極層4、酸化物誘電体層5と、第2の電極層6)が形成された酸化物誘電体薄膜積層体8を有するモジュール10を用意する。
次に、図2(b)に示すように、この酸化物誘電体薄膜積層体8上に、高分子重合体からなる保護膜7を形成し、この保護膜7によって酸化物誘電体薄膜積層体8を全面的に覆う。In this example, first, as shown in FIG. 2A, for example, a plurality of thin film layers (a
Next, as shown in FIG. 2B, a
本発明の場合、保護膜7の形成方法は特に限定されることはないが、以下に説明する蒸着重合法を好適に用いることができる。
本明細書では、蒸着重合法について、一又は複数の低分子の原料モノマーを、基板表面で重合させて高分子薄膜を形成する方法をいうものとする。In the present invention, the method for forming the
In this specification, the vapor deposition polymerization method refers to a method in which one or a plurality of low molecular weight raw material monomers are polymerized on the substrate surface to form a polymer thin film.
このような蒸着重合法としては、反応性の高い複数種類の低分子有機材料の原料モノマーを共蒸着し、これら複数の原料モノマーを基板表面で重合させて高分子薄膜を形成する方法(以下「第1の蒸着重合法」という。)と、特定の1種類の有機材料のダイマーを熱分解してラジカル化された原料モノマーを生成し、この原料モノマーを基板表面で重合させて高分子薄膜を形成する方法(以下「第2の蒸着重合法」という。)とが知られており、本発明では、これらいずれの方法を適用することができる。 As such a vapor deposition polymerization method, a raw material monomer of a plurality of types of low molecular organic materials having high reactivity is co-evaporated, and a polymer thin film is formed by polymerizing these raw material monomers on the substrate surface (hereinafter referred to as “ A first vapor deposition polymerization method)), a dimer of a specific organic material is thermally decomposed to generate a radicalized raw material monomer, and this raw material monomer is polymerized on the substrate surface to form a polymer thin film. A forming method (hereinafter referred to as “second vapor deposition polymerization method”) is known, and any of these methods can be applied in the present invention.
図3は、第1の蒸着重合法に用いる蒸着重合装置の概略構成例を示す図である。
図3に示すように、本例の蒸着重合装置20は、真空排気装置21に接続された真空槽22を有し、この真空槽22内の下部に、温度制御手段23を有するステージ24上に成膜対象物として上述したモジュール10が載置されるようになっている。FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a vapor deposition polymerization apparatus used in the first vapor deposition polymerization method.
As shown in FIG. 3, the vapor
ここで、真空槽22の上方には、2種類の原料モノマーを蒸発させるための一対の蒸発源25、26が設けられ、これら一対の蒸発源25、26は、それぞれバルブ27a、28aを有する導入管27、28を介してそれぞれ真空槽22の上部に接続されている。
また、真空槽22内の上部には、導入された原料モノマーの蒸気を加熱するためのヒーター29が設けられている。Here, a pair of
In addition, a
蒸着重合装置20の各蒸発源25、26内には、それぞれ図示しない蒸発用容器が設けられ、各蒸発用容器の内部には、保護膜7を形成するための原料モノマーが加熱可能な状態でそれぞれ注入されるようになっている。
Evaporation containers (not shown) are provided in the
本発明の場合、第1の蒸着重合法によって保護膜7を形成する材料として、特に限定されることはないが、反応時のデバイスへの高温による影響を抑制し、かつ、水素イオンによる酸化物誘電体層5に対する還元劣化を防止する観点からは、反応温度が低く、かつ、重合反応の際に副生成物、特に水素が生じないものを用いることが好ましい。
かかる観点からは、保護膜7の材料として、ポリ尿素を用いることが好ましい。In the case of the present invention, the material for forming the
From this viewpoint, it is preferable to use polyurea as the material of the
第1の蒸着重合法によってポリ尿素膜を形成するには、原料モノマーとして、ジアミンモノマーと酸成分モノマーを使用することができる。
本発明の場合、ジアミンモノマーとしては、例えば、4,4′−ジアミノジフェニルメタン(MDA)、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル(DDE)、又は4,4′−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)(H12MDA)等の脂環族、脂肪族系等のものを好適に用いることができる。In order to form a polyurea film by the first vapor deposition polymerization method, a diamine monomer and an acid component monomer can be used as raw material monomers.
In the case of the present invention, examples of the diamine monomer include 4,4′-diaminodiphenylmethane (MDA), 4,4′-diaminodiphenyl ether (DDE), and 4,4′-methylenebis (cyclohexylamine) (H12MDA). An alicyclic group or an aliphatic group can be preferably used.
一方、酸成分モノマーとしては、例えば4,4′−ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、1,3−ビス(イソシアナートメチル)シクロヘキサン(H6XDI)等の脂環族、脂肪族系ジイソシアナート、等を好適に用いることができる。 On the other hand, examples of the acid component monomer include alicyclic and aliphatic diisocyanates such as 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) and 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane (H6XDI). Can be suitably used.
上述した蒸着重合装置20において、モジュール10の酸化物誘電体薄膜積層体8上に、高分子重合体からなる保護膜7を形成する際には、各バルブ27a、28aを閉じた状態で真空槽22内部の圧力を3×10-3Pa程度の高真空に設定し、各蒸発源25、26内の原料モノマーをそれぞれ所定の温度に加熱する。In the vapor
そして、各原料モノマーが所定の温度に達して所要の蒸発量が得られた後に、各バルブ27a、28aを開いて各原料モノマーの蒸気を真空槽22内に導入し、ヒーター29によって各原料モノマーの蒸気を加熱しつつ、所定の蒸発速度で各原料モノマーを上方からモジュール10の酸化物誘電体薄膜積層体8上に導いて堆積させる。
この場合、温度制御手段23によってステージ24上のモジュール10の温度を所定の温度に制御する。Then, after each raw material monomer reaches a predetermined temperature and a required evaporation amount is obtained, each of the raw material monomers is introduced into the
In this case, the temperature control means 23 controls the temperature of the
これにより、モジュール10の酸化物誘電体薄膜積層体8の表面において重合反応が起こり、ポリ尿素からなる保護膜7が全面成膜され、この保護膜7により酸化物誘電体薄膜積層体8が覆われる(図2(b)参照)。
このような本例の場合、蒸着重合の際に副生成物、特に水素が生成されることはない。As a result, a polymerization reaction occurs on the surface of the oxide dielectric
In the case of this example, no by-product, particularly hydrogen, is generated during vapor deposition polymerization.
本発明の場合、ポリ尿素による保護膜7の厚さは特に限定されることはないが、所望の絶縁性や機械特性(特に弾性率)を確保する観点からは、0.1μm〜2.0μmとすることが好ましい。
In the case of the present invention, the thickness of the
図4は、第2の蒸着重合法の工程の例を説明するための図である。
本例においては、特定の有機材料として、ポリパラキシリレン(パリレン)を用いた場合を例にとって説明する。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of steps of the second vapor deposition polymerization method.
In this example, a case where polyparaxylylene (parylene) is used as a specific organic material will be described as an example.
本例では、まず、パラキシリレンダイマーを用意する。
このパラキシリレンダイマーは、固体からなるもので、図4の式(1)に示す構造を有している。In this example, first, a paraxylylene dimer is prepared.
This paraxylylene dimer is made of a solid and has a structure represented by the formula (1) in FIG.
本例においては、プロセスP1において、このパラキシリレンダイマーを、所定の温度で加熱することにより気化させる。 In this example, in the process P1, the paraxylylene dimer is vaporized by heating at a predetermined temperature.
次に、プロセスP2では、この気化されたパラキシリレンダイマーに対しを、上記気化工程(プロセスP1)より高い温度で加熱することにより、熱分解させる。
これにより、反応性の高いラジカル化されたパラキシリレンモノマーのガスが生成される(図4の式(2)参照)。Next, in the process P2, the vaporized paraxylylene dimer is thermally decomposed by heating at a temperature higher than that in the vaporization step (process P1).
As a result, a highly reactive radicalized paraxylylene monomer gas is generated (see equation (2) in FIG. 4).
さらに、プロセスP3の蒸着重合工程において、このラジカル化されたパラキシリレンモノマーのガスを、図示しない真空槽内において、成膜対象物である上述したモジュール10の酸化物誘電体薄膜積層体8に導いて堆積させる。
なお、蒸着の際には、モジュール10を高温に加熱する必要はない。Further, in the vapor deposition polymerization step of process P3, this radicalized paraxylylene monomer gas is applied to the oxide dielectric
Note that it is not necessary to heat the
これにより、モジュール10の酸化物誘電体薄膜積層体8の表面において重合反応が起こり、図4の式(3)に示すポリパラキシリレン、およびポリパラキシリレンの誘導体からなる保護膜7が全面成膜され、この保護膜7によって酸化物誘電体薄膜積層体8が覆われる(図2(b)参照)。
このような本例の場合、蒸着重合の際に副生成物、特に水素が生成されることはない。As a result, a polymerization reaction occurs on the surface of the oxide dielectric
In the case of this example, no by-product, particularly hydrogen, is generated during vapor deposition polymerization.
なお、図4の式(3)における繰り返し単位数nは、5000以上であることが好ましい。
本発明の場合、ポリパラキシリレンによる保護膜7の厚さは特に限定されることはないが、所望の絶縁性や機械特性(特に弾性率)を確保する観点からは、0.1μm〜2.0μmとすることが好ましい。In addition, it is preferable that the repeating unit number n in Formula (3) of FIG. 4 is 5000 or more.
In the case of the present invention, the thickness of the
その後、図2(c)に示すように、公知のフォトリソグラフィ工程により、保護膜7に、第1の電極層4に連通する第1のコンタクトホール7aと、第2の電極層6に連通する第2のコンタクトホール7bを形成する。
そして、図2(d)に示すように、これら第1及び第2のコンタクトホール7a、7bに、例えばアルミニウムからなる金属材料11、12をそれぞれ充填する。Thereafter, as shown in FIG. 2C, the
Then, as shown in FIG. 2D, the first and
さらに、図2(e)に示すように、上記第1のコンタクトホール7aの上部に、第1のコンタクトホール7a内に充填された金属材料11を介して電気的に接続された例えばアルミニウムからなる第1の取り出し電極13を設けるとともに、上記第2のコンタクトホール7bの上部に、第2のコンタクトホール7b内に充填された金属材料12を介して電気的に接続された例えば銅からなる第2の取り出し電極14を設ける。
以上の工程により、目的とする酸化物誘電体素子15を得ることができる(図2(e)参照)。Further, as shown in FIG. 2 (e), it is made of, for example, aluminum electrically connected to the upper portion of the
Through the above steps, the target oxide
以上述べた本発明によれば、高分子重合体からなる保護膜7の弾性率はセラミックスである酸化珪素と比較して相当小さいため、圧電特性を大幅に向上させ、また誘電率の低下を抑制することができる。
According to the present invention described above, the elastic modulus of the
また、本発明によれば、蒸着重合の際に副生成物、特に水素が生成されないことから、酸化物誘電体層5において水素イオンによる還元劣化に起因する物理特性の低下が生ずることがない。
Further, according to the present invention, no by-product, in particular, hydrogen is generated during the vapor deposition polymerization, so that the physical properties of the
さらに、本発明に用いる蒸着重合法は、原料モノマーの蒸気が成膜対象物の周囲から回り込み、成膜対象物の表面において重合反応が進行するため、凹凸を有するモジュール10の酸化物誘電体薄膜積層体8に対して優れた段差被覆性で保護膜7を形成することができ、これにより従来技術と比べて保護膜の絶縁性を向上させることができる。
Further, the vapor deposition polymerization method used in the present invention is such that the vapor of the raw material monomer circulates from the periphery of the film formation target and the polymerization reaction proceeds on the surface of the film formation target. The
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
〔実施例1〕
シリコン基板上に、酸化珪素層と、チタンからなる下地層と、白金からなる第1の電極層と、圧電体であるPZTからなる酸化物誘電体層と、白金からなる第2の電極層とがこの順序で形成された酸化物誘電体薄膜積層体を有する圧電性のモジュールを用意した。
ここで、PZTからなる酸化物誘電体層の厚さは、2μmとした。Examples of the present invention will be described below together with comparative examples.
[Example 1]
On a silicon substrate, a silicon oxide layer, a base layer made of titanium, a first electrode layer made of platinum, an oxide dielectric layer made of PZT which is a piezoelectric material, and a second electrode layer made of platinum Prepared a piezoelectric module having an oxide dielectric thin film stack formed in this order.
Here, the thickness of the oxide dielectric layer made of PZT was 2 μm.
このモジュールの酸化物誘電体薄膜積層体上に、上述した第1の蒸着重合法によって、厚さ1.0μmのポリ尿素による保護膜を全面成膜して圧電性の酸化物誘電体素子を作成した。
このポリ尿素による保護膜の弾性率は、5GPaであった。A protective film made of polyurea having a thickness of 1.0 μm is formed on the oxide dielectric thin film stack of this module by the first vapor deposition polymerization method described above to produce a piezoelectric oxide dielectric element. did.
The elastic modulus of the protective film made of polyurea was 5 GPa.
そして、この圧電性の酸化物誘電体素子を公知のリソグラフィ技術によってカンチレバー形状に形成して圧電特性評価用のサンプルを作成した。 Then, this piezoelectric oxide dielectric element was formed into a cantilever shape by a known lithography technique to prepare a sample for evaluating piezoelectric characteristics.
〔実施例2〕
弾性率が10GPaのポリ尿素による保護膜を形成した以外は実施例1と同一の方法で圧電特性評価用のサンプルを作成した。[Example 2]
A sample for piezoelectric property evaluation was prepared in the same manner as in Example 1 except that a protective film made of polyurea having an elastic modulus of 10 GPa was formed.
〔比較例1〕
圧電性のモジュールの酸化物誘電体薄膜積層体上に保護膜を設けない以外は実施例1と同一の方法で圧電特性評価用のサンプルを作成した。[Comparative Example 1]
A sample for evaluating piezoelectric characteristics was prepared in the same manner as in Example 1 except that no protective film was provided on the oxide dielectric thin film laminate of the piezoelectric module.
〔比較例2〕
ポリ尿素に代えて化学気相成長(CVD)法によって酸化珪素による保護膜を形成した以外は実施例1と同一の方法で圧電特性評価用のサンプルを作成した。
この酸化珪素による保護膜の弾性率は、72GPaであった。[Comparative Example 2]
A sample for evaluating piezoelectric characteristics was prepared by the same method as in Example 1 except that a protective film made of silicon oxide was formed by chemical vapor deposition (CVD) instead of polyurea.
The elastic modulus of the protective film made of silicon oxide was 72 GPa.
<酸化物誘電体素子の圧電特性の評価>
実施例1、2並びに比較例1、2のサンプルに対し、周波数250Hzの交流駆動電圧を印加し、カンチレバーの変位量をレーザードップラー振動計を用いて測定することにより、圧電定数の測定を行った。その結果を図5に示す。<Evaluation of piezoelectric characteristics of oxide dielectric element>
The piezoelectric constant was measured by applying an AC driving voltage of 250 Hz to the samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 and measuring the displacement of the cantilever using a laser Doppler vibrometer. . The result is shown in FIG.
<評価結果>
図5から理解されるように、厚さ1.0μmで弾性率が5GPaのポリ尿素による保護膜を設けた実施例1は、保護膜を設けない比較例1と同等の圧電定数が得られた。
一方、弾性率が10GPaと実施例1と比較して弾性率が大きい実施例2は、圧電定数が若干(5%程度)低下したが、十分実用可能なレベルであった。<Evaluation results>
As can be seen from FIG. 5, Example 1 in which a protective film made of polyurea having a thickness of 1.0 μm and an elastic modulus of 5 GPa provided a piezoelectric constant equivalent to that of Comparative Example 1 in which no protective film was provided. .
On the other hand, in Example 2, which has a modulus of elasticity of 10 GPa, which is larger than that of Example 1, the piezoelectric constant was slightly reduced (about 5%), but it was at a sufficiently practical level.
これに対し、酸化珪素による保護膜を形成した比較例2は、実施例1、2と比べて圧電定数が相当低下した。
具体的には、保護膜を設けない比較例1に対して20%程度の圧電定数の低下が観察された。
以上より、本発明の効果を実証することができた。On the other hand, in Comparative Example 2 in which the protective film made of silicon oxide was formed, the piezoelectric constant was considerably reduced as compared with Examples 1 and 2.
Specifically, a decrease in piezoelectric constant of about 20% was observed with respect to Comparative Example 1 in which no protective film was provided.
From the above, the effect of the present invention could be verified.
1…Si基板(基体)
2…酸化珪素層
3…下地層
4…第1の電極層
5…酸化物誘電体層
6…第2の電極層
7…保護膜
8…酸化物誘電体薄膜積層体
10…モジュール
15…酸化物誘電体素子 1 ... Si substrate (base)
DESCRIPTION OF
上記目的を達成するためになされた本発明は、基体と、前記基体上に設けられ、酸化物誘電体層を挟んで設けられた第1及び第2の電極層を有する酸化物誘電体薄膜積層体とを備え、前記酸化物誘電体薄膜積層体が、高分子重合体からなる保護膜によって覆われている酸化物誘電体素子である。
本発明では、前記保護膜が、ポリ尿素からなる場合にも効果的である。
本発明では、前記保護膜が、ポリパラキシリレン、またはポリパラキシリレンの誘導体からなる場合にも効果的である。
本発明では、前記酸化物誘電体層が、チタン酸ジルコン酸鉛からなる場合にも効果的である。
本発明では、前記酸化物誘電体層が、バリウム-ストロンチウム-チタンからなる場合にも効果的である。
本発明では、前記保護膜の弾性率が5GPa以下である場合にも効果的である。
一方、本発明は、上述したいずれかの酸化物誘電体素子を製造する方法であって、前記酸化物誘電体層を挟んで設けられた前記第1及び第2の電極層を有する酸化物誘電体薄膜積層体が前記基体上に設けられたモジュールを用意し、前記保護膜を蒸着重合法によって形成する工程を有する酸化物誘電体素子の製造方法である。
In order to achieve the above object, the present invention is directed to an oxide dielectric thin film stack having a base and first and second electrode layers provided on the base and sandwiching an oxide dielectric layer. And the oxide dielectric thin film laminate is covered with a protective film made of a polymer.
The present invention is also effective when the protective film is made of polyurea.
The present invention is also effective when the protective film is made of polyparaxylylene or a polyparaxylylene derivative.
The present invention is also effective when the oxide dielectric layer is made of lead zirconate titanate.
The present invention is also effective when the oxide dielectric layer is made of barium-strontium-titanium.
The present invention is also effective when the protective film has an elastic modulus of 5 GPa or less.
On the other hand, the present invention provides a method for manufacturing any one of the above-described oxide dielectric elements, the oxide dielectric having the first and second electrode layers provided with the oxide dielectric layer interposed therebetween. This is a method for manufacturing an oxide dielectric element, comprising preparing a module in which a thin film laminate is provided on the substrate and forming the protective film by vapor deposition polymerization.
次に、プロセスP2では、この気化されたパラキシリレンダイマーを、上記気化工程(プロセスP1)より高い温度で加熱することにより、熱分解させる。
これにより、反応性の高いラジカル化されたパラキシリレンモノマーのガスが生成される(図4の式(2)参照)。
Next, the process P2, the vaporized para-xylylene dimer over, by heating at a temperature higher than the vaporization step (process P1), to thermally decompose.
As a result, a highly reactive radicalized paraxylylene monomer gas is generated (see equation (2) in FIG. 4).
Claims (6)
前記基体上に設けられ、酸化物誘電体層を挟んで設けられた第1及び第2の電極層を有する酸化物誘電体薄膜積層体とを備え、
前記酸化物誘電体薄膜積層体が、高分子重合体からなる保護膜によって覆われている酸化物誘電体素子。A substrate;
An oxide dielectric thin film laminate having first and second electrode layers provided on the substrate and sandwiching an oxide dielectric layer;
An oxide dielectric element in which the oxide dielectric thin film laminate is covered with a protective film made of a polymer.
前記酸化物誘電体層を挟んで設けられた前記第1及び第2の電極層を有する酸化物誘電体薄膜積層体が前記基体上に設けられたモジュールを用意し、
前記保護膜を蒸着重合法によって形成する工程を有する酸化物誘電体素子の製造方法。 A substrate, and an oxide dielectric thin film stack including first and second electrode layers provided on the substrate and sandwiching the oxide dielectric layer, the oxide dielectric thin film stack Is a method of manufacturing an oxide dielectric element covered with a protective film made of a polymer,
Preparing a module in which an oxide dielectric thin film stack having the first and second electrode layers provided on both sides of the oxide dielectric layer is provided on the substrate;
A method for manufacturing an oxide dielectric element, comprising a step of forming the protective film by vapor deposition polymerization.
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