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JP4662112B2 - Ferroelectric thin film and manufacturing method thereof - Google Patents

Ferroelectric thin film and manufacturing method thereof Download PDF

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JP4662112B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に優先的な結晶配向を制御可能な強誘電体薄膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ペロブスカイト型酸化物に代表される強誘電体化合物の薄膜作製法として、ゾル・ゲル法、蒸着法、スパッタ法、CVD法などの各種成膜法が報告されている。特に近年、本発明者が開発したアーク放電反応性イオンプレーティング法は、比較的低い成膜温度においても高速に強誘電体薄膜を形成できるという優れた方法である。
【0003】
この方法は、図1に示すように、プラズマガン3で真空容器1内に発生させた高密度酸素プラズマ中で原料金属を加熱蒸発させ、真空容器1内あるいは基体8上において各金属蒸気と酸素とが反応することにより、強誘電体酸化物を形成するものである。
【0004】
通常、この種の成膜には熱酸化膜付きのSi基板(SiO2/Si)上にPt/Ti下部電極層をスパッタ蒸着したものが下地基板として使用される。そして、その上に強誘電体薄膜を成膜することにより、図13に示す薄膜構造の試料が得られる。このようにして形成された強誘電体薄膜の結晶構造は、下地であるPt/Ti層の結晶構造に大きく依存する。
【0005】
図13中、101はSi基板、102はSiO2基板、103はTi電極層、104はPt電極層、105は強誘電体薄膜層を示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような強誘電体薄膜にあっては、通常Pt層は(111)面に優先配向した多結晶薄膜層であることが多く、その上に成長させた強誘電体薄膜層は、全く優先配向のない膜か、成膜プロセスの工夫によってPt層と同じ(111)優先配向した薄膜にしかならない。
【0007】
このため、種種の強誘電体・圧電体デバイスで要求される(001)/(100)優先配向膜の作製が困難であり、(111)優先配向した強誘電体薄膜を作製する場合でも、成膜時の基板温度を通常のプロセスよりも50℃〜100℃高くしたり、成膜速度を無配向膜の半分以下に低下させる必要があった。
【0008】
このように、従来では多結晶Pt層上に優先配向した強誘電体薄膜層を形成するのは困難であり、手間のかかる作業であった。そのため、上記の優先配向を得るには、熱酸化膜の無いSi基板上にヘテロエピタキシャル成長可能な各種バッファ層(Y23、MgO、TiN等)をまず成長させ、その上にPt層を更にヘテロエピタキシャル成長させる必要があった。このプロセスは通常の多結晶Pt層の形成温度(〜200℃)に比べて著しく高温(650℃以上)を必要とし、また各層の成長速度も多結晶膜に比べて遅く(<1μm/hr)、このため、従来ヘテロエピタキシャルプロセスを適用できるデバイスは、薄膜の膜厚が200nm以下でも大丈夫な強誘電体RAM(FRAM)に限られていた。
【0009】
また、圧電デバイスのように1μm以上の膜厚がないと変位量や発生力が十分得られないデバイス用の薄膜に対して、その結晶配向性を制御することは極めて困難であった。特に、多結晶Pt層の優先配向軸(111)と異なる(001)あるいは(100)優先配向の強誘電体薄膜を得ることは難しかった。
【0010】
その解決策として、(001)あるいは(100)配向し易いシード層を強誘電体成膜の下地として予め成膜することにより、(001)/(100)優先配向膜を形成する方法が数多く報告されている。最も有名な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)に対するチタン酸鉛(PT)が知られている。
【0011】
しかし、この場合、目的の強誘電体であるPZTに比べてシード層であるPTの誘電率及び強誘電特性が低く、薄膜全体としての強誘電特性はPZT単独の膜よりも低化してしまうという問題点があった。また、膜厚が1μm以上の厚い膜においては、薄膜の堆積が進むにつれて下地のシード層の効果が薄れ、優先配向性が低下する傾向にあった。更に、圧電用途においては、シード層と主薄膜層との界面で機械的に破壊しやすいという問題点があった。
【0012】
このように、従来法においては、ヘテロエピタキシャル膜を用いる方法及び優先配向シード層を用いる方法の何れにおいても、強誘電体酸化物薄膜の膜厚が1μmを超えるような厚い膜に対する結晶配向制御は極めて困難であった。
【0013】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、膜厚が1μm以上の比較的厚い膜でも優先的な結晶配向を制御可能な強誘電体薄膜の製造方法を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る強誘電体薄膜の製造方法は、次のように構成したものである。
【0015】
(1)単結晶、多結晶、非晶質の何れかの材料からなる基体上に多結晶のPt膜を形成し、このPt膜上に、化学溶液堆積法によりシード層を形成し、その後アーク放電反応性イオンプレーティング法により主薄膜を形成して、(100)もしくは(111)のいずれかに優先的な結晶配向性の強誘電体酸化物膜を形成するようにしたことを特徴とする1軸優先配向性の強誘電体薄膜の製造方法。
(2)シード層と主薄膜の組成を同一にしたことを特徴とする前記(1)記載の強誘電体薄膜の製造方法。
(3)400〜450℃の範囲の仮焼温度で(100)に優先配向させ、450〜510℃の範囲の仮焼温度で(111)に優先配向させるようにしたことを特徴とする前記(1)または(2)記載の強誘電体薄膜の製造方法。
(4)強誘電体はABO で表される強誘電体化合物にしたことを特徴とする前記(2)記載の強誘電体薄膜の製造方法。
(5)強誘電体化合物は鉛系強誘電体酸化物にしたことを特徴とする前記(4)記載の強誘電体薄膜の製造方法。
(6)強誘電体化合物はPT、PZT、PLZTの何れかの鉛系強誘電体酸化物にしたことを特徴とする前記(5)記載の強誘電体薄膜の製造方法。
(7)膜厚を1μm以上に形成するようにしたことを特徴とする前記(1)ないし(6)何れか記載の強誘電体薄膜の製造方法。
【0033】
【発明の実施の形態】
本発明に係る強誘電体薄膜及びその製造方法は、化学溶液堆積法(Cemical Solution Deposition;CSD法)とアーク放電反応性イオンプレーティング法を用いたものであり、単結晶、多結晶、非晶質の何れかの基体上に形成された多結晶のPt膜上に、2種類以上の複数種の優先的な結晶配向性の強誘電体酸化物薄膜を形成した1軸優先配向性の強誘電体薄膜及びその製造方法である。
【0034】
上記学溶液堆積法(CSD法)は、強誘電体酸化物の前駆体溶液を基体上に塗布した後に酸素雰囲気中にて急速加熱することにより、溶媒除去と結晶化を行い、最終的に100nm程度の強誘電体薄膜を形成する方法として広く知られている。
びその製造方法である。
【0035】
本発明者は、Pt(111)電極基板上にCSD法によって強誘電体薄膜を形成させる際に、上記の急速加熱の熱処理温度を厳密に制御することにより、同薄膜の優先的な結晶配向を制御できることをすでに報告している(「PZT系強誘電体薄膜の形成方法」特許公報第2995290号(平成11年10月29日登録))。例えば、PZT(Zr/Ti=53/47)薄膜の場合、450℃の熱処理で(100)優先配向が、510℃の熱処理で(111)優先配向の膜が得られている。この方法を用いれば、多結晶のPt(111)優先配向膜上においても、強誘電体薄膜の結晶配向制御が可能になる。
【0036】
本発明では、図2に示すように、上述のCSD法にて(100)もしくは(111)面に優先配向した強誘電体薄膜をまず成膜して、同膜をシード層にし、その上にアーク放電反応性イオンプレーティング法による強誘電体薄膜の高速成膜を行うことにより、膜厚が1μm以上の比較的厚い膜(以後「厚膜」と呼ぶ)でも優先的な結晶配向を制御することが可能になっている。
【0037】
しかも、シード層と厚膜の組成を同一にすることができるので、厚膜構造全体としての比誘電率や強誘電特性を損なうことがない。むしろ、シード層があることにより、イオンプレーティング法で堆積させた厚膜の構造が緻密化し、結晶配向性の制御と相まって、誘電特性や強誘電特性(P‐Eヒステリシス)が向上する。更に、同一組成であるためにシード層と厚膜との界面が原子レベルでほぼシームレスに接合し、機械的な強度にも非常に優れている。
【0038】
また、本発明においては、シード層形成と厚膜形成とを一貫して行う必要がない。大気中で形成されたシード層を用いても、アーク放電による高密度プラズマによってシード層表面が清浄化・活性化され、上述のシームレスな厚膜成長を行いながら、シード層の優先配向も保持される。これは、MBE、スパッタリング、CVD法による配向制御の際に厳密な雰囲気制御が必要なことと好対照である。
【0039】
以上のように、本発明では、▲1▼CSD法による優先配向シード層形成、▲2▼アーク放電反応性イオンプレーティング法による厚膜形成という簡便なプロセスで、強誘電体厚膜の結晶配向性を(100)もしくは(111)の二つの優先配向に制御できるものである。この結果得られる優先配向した強誘電体厚膜は、従来のランダム配向の厚膜に比べて、優れた強誘電性並びに圧電性を有する。
【0040】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【0041】
図1は実施例で使用する前述の反応性アーク放電イオンプレーティング装置の構成を模式的に示す図である。同図において、1は真空容器(真空槽)、2はその真空容器1内に導入されるキャリアガス、3は圧力勾配型アーク放電プラズマガン(URガン)、4はプラズマガン中間電極、5はプラズマガン陽極、6はプラズマ制御用磁場発生源、7は蒸発源、8は基体、9は基板加熱用ヒーター、10は反応ガス11のガス導入管、12はシャッターである。
【0042】
また、図2は実施例で製造された強誘電体薄膜の構造を示す断面図であり、101はSi基板、102はSiO2層、103はTi電極層、104はPt電極層、105は強誘電体薄膜層、106は強誘電体シード層である。
【0043】
図3は上記の化学溶液堆積法によるシード層形成プロセスを示す流れ図である。同図中、S1はスピンコーティング(Spin coating)処理工程(3000rpm,40s)、S2は乾燥(Drying)処理工程(R.T.or120℃)、S3は熱分解(Pyrolysis)処理工程(400‐520℃,3‐5min)、S4は焼成(Firing)処理工程(RTA30℃/s,650‐700℃,1min)であり、これらの処理工程が繰り返される。
【0044】
《実施例1》
図3に示すCSDプロセスによって、強誘電体多元系酸化物のシード層形成を行った。基体としては、500〜1000nmの熱酸化膜付のSi基板(厚み:300〜550μm)上に、DCマグネトロンスパッタリングによってTi(50nm)及びPt(200nm)を順次蒸着したもの(Pt/Ti/SiO2/Si)を用いた。そして、シード層材料として、3元系複合酸化物強誘電体PZT〔Pb(ZrxTi1-x)O3〕の薄膜(膜厚:100nm)作製を行った。
【0045】
本実施例では、膜組成としてX=63(Zr/Ti=53/47)のものを形成した。CSD原料としてPb,Zr,Tiの金属アルコキシド溶液を攪拌・混合したものをスピンコートによって基体上に塗布した後、450℃で仮焼して膜中の溶媒を除去した。その後、酸素気流中で700℃、10minの急速加熱アニール処理によってPZTの結晶化を促進し、最終的に膜厚が100nmのPZTシード層を得た。X線回折によって同シード層の結晶構造解析を行ったところ、(100)面が優先配向したペロブスカイト型PZTであることがわかった。
【0046】
図4は上記(100)優先配向したPZTシード層(膜厚:100nm)のX線回折パターンを示す図である。
【0047】
上記のPZTシード層上に、図1に示すアーク放電反応性イオンプレーティング装置によって、同一組成のPZT厚膜の形成を行った。蒸発源7の材料として、Pb,Zr,Tiの各金属を用い、抵抗加熱及び電子ビーム加熱により各々独立に蒸発させた。各金属原料の蒸発量は水晶振動式膜厚モニタによって計測し、成膜中一定の蒸発量を保持するように加熱源に対してフィードバック制御した。圧力勾配型アーク放電プラズマガン3にキャリアガス2として50〜100sccmのHeを導入し、直流バイアス電圧を印加することによりアーク放電を発生させた。放電電圧は100〜120V、放電電流は50〜100Aで制御した。
【0048】
このアーク放電で生成した高密度プラズマ(プラズマ密度>1012cm-3)をプラズマ制御用磁場発生源6により生じた50〜300ガウス程度の磁場によって真空容器1内に導いた。この状態で、ガス導入管10より反応ガス11として酸素を200〜300sccm導入することにより、真空容器1内に高密度の酸素プラズマ及び酸素の活性種を生成した。
【0049】
上記酸素活性種の存在下で、ヒーター9により500〜550℃程度に加熱された基体8上に薄膜作製を行った。Pb,Zr,Tiの各蒸発量は、最終的な厚膜の組成がシード層と同じ(Zr/Ti=53/47)になるように調節した。
【0050】
イオンプレーティング法によるPZT厚膜の形成における成膜速度は3μm/hr以上と高速で、膜厚は約2μmだった。図5の(a)にこのようにして得られた厚膜のX線回析の結果を示す。シード層と同様に(100)面に優先配向したペロブスカイト型PZTであることが確認できた。比較としてシード層を用いずPt上に直接成膜したPZT厚膜のX線回折パターンを図5の(b)に示すが、こちらは特に優先配向は観測されず、ランダムな配向にとどまっていることがわかった。
【0051】
このように、優先配向シード層を用いることにより、その上に成膜したPZT厚膜(膜厚:2μm)の結晶配向性を制御できることを確認した。シード層とPZT厚膜との界面について断面FE‐SEM観察によって膜構造を評価したところ、図6に示すように両者の界面は明瞭なコントラストを示さず、ほぼシームレスに接合していることが明らかになった。
【0052】
次に、得られたPZT膜にPt上部電極を形成したキャパシタセルに対して、強誘電体及び圧電体特性の測定を行い、シード層の効果について調べた。比較として、シード層無しでPt上に同じに成膜したPZT厚膜の特性評価も行った。
まず、強誘電体特性の評価結果から述べる。
【0053】
図7はPZTキャパシタセル(圧膜)のP‐Eヒステリシス曲線を示す図である。シード層の有無にかかわらず、非常に良く飽和したP‐Eヒステリシス曲線が観測された。ただし、シード層上に成膜したPZT厚膜の方が飽和分極及び残留分極が大きくなっている。これは(100)優先配向膜化によって、自発分極ドメインの方向がランダム配向のものよりも揃ったためと考えられる。
【0054】
図8は上記キャパシタセルの圧電変位曲線を示す図であり、(a)は(100)優先配向、(b)は無配向である。こちらもシード層の有無にかかわらず、良好なバタフライ形の変位曲線が観測され、得られたPZT厚膜が高い圧電特性を有していることを示している。圧電変位に対しても、シード層上に成膜した(100)優先配向膜の方が大きく変位していることがわかる。これも優先配向によってドメインの方向が揃ったためと考えられる。
【0055】
(100)優先配向膜に対してベンディングモデルによって圧電定数を算出したところ、横効果圧電定数d31=−110pm/Vという値が得られた。この値はバルクセラミクスPZTの定数にほぼ匹敵し、PZT厚膜としては非常に良好な特性を示した。
【0056】
このように、本実施例の方法により、強誘電体特性及び圧電特性に優れた(100)優先配向したPZT厚膜を作製できることがわかった。すなわち、膜厚が1μm以上の比較的厚い膜でも優先的な結晶配向を制御可能な1軸優先配向性の強誘電体薄膜を製造可能なことがわかった。
【0057】
《実施例2》
実施例1と同じCSD原料を用いて、実施例1と同様のプロセスによりPZT(zr/Ti=53/47)シード層を基体(Pt/Ti/SiO2/Si)上に形成した。ただし、CSD溶媒を除去するための仮焼を実施例1の温度(450℃)よりも高い510℃で行うことにより、(111)面に優先配向した膜厚100nmのPZTシード層を得た。
【0058】
図9は上記優先配向したPZTシード層(膜厚:100nm)のX線回折パターンを示す図である。
【0059】
次に、上記のシード層上に、実施例1と同様の条件で、アーク放電イオンプレーティング法によって膜厚約2μmのPZT厚膜を成膜した。得られたPZT厚膜に対してのX線回折の結果を図10の(a)に示す。比較として、同図の(b)にシード層を用いずに直接Pt上に成膜した場合を示す。シード層と同様に(111)優先配向したペロブスカイト型PZTであることがわかった。実施例1と同様に、(111)優先配向PZT厚膜もシード層とほぼシームレスに接合していることが、FE‐SEM観察の結果からわかった。
【0060】
強誘電特性及び圧電特性をランダム配向の試料と比較しながら評価したところ、図11のP‐Eヒステリシス曲線及び図12の圧電変位曲線に示すように、強誘電特性及び圧電特性ともにシード層上に成膜した(111)優先配向PZT厚膜のほうが優れた特性を示した。特に(111)優先配向膜の場合、飽和分極及び残留分極がランダム配向のものよりも顕著に大きくなつた。これは、Zr/Ti=53/47組成のPZT厚膜の自発分極方向である<111>方向に優先配向した結果であると考えられる。
【0061】
また、実施例1と同様のモデルを用いて圧電定数を算出したところ、横効果圧電定数d31=−75pm/Vという値が得られた。この値は実施例1の値よりも小さく、圧電特性に対しては本実施例の組成のPZT厚膜では、(100)優先配向のほうが(111)優先配向のほうより有利である結果となった。しかしながら、前述のように(111)優先配向PZT厚膜の残留分極は極めて大きく、自発分極の温度変化を利用した焦電デバイスヘの応用が有効であると考えられる。
【0062】
このように、本実施例の方法においても、上述の実施例と同様強誘電体特性及び圧電特性に優れた(111)優先配向したPZT厚膜を作製できる。すなわち、本発明においては、次のような作用が得られる。
【0063】
▲1▼CSD法による優先配向シード層形成、それに続くアーク放電反応性イオンプレーティング法による厚膜形成という簡便なプロセスで、強誘電体厚膜の結晶配向性を(100)もしくは(111)の二つの優先配向に制御できる。この結果得られる優先配向した強誘電体薄膜は、従来のランダム配向の薄膜に比べて優れた強誘電性並びに圧電性を有する。膜組成にもよるが、一般的に(100)優先配向膜は圧電特性に優れ、(111)優先配向膜は強誘電特性及び焦電特性に優れている傾向にある。本発明では同一組成の強誘電体薄膜を成膜する場合でも、適用するデバイスの目的に応じて、その優先的結晶配向を(100)と(111)の間で自由に制御することが可能である。
【0064】
▲2▼(111)面に優先配向した多結晶Pt層があれば、その上に(100)及び(111)に優先配向した強誘電体酸化物の薄膜を形成することが可能である。従来のドライプロセス(MBE、スパッタリング、CVD等)のように、エピタキシャル基板を特別に用意しなくても良い。このため、熱酸化膜付のSiウェハ、ガラス、各種金属等幅広い材料を基体として使用することができる。その結果、デバイス設計の自由度が従来法よりも格段に大きい。
【0065】
▲3▼従来法では、膜厚が厚くなるにつれて下地の影響が薄れ、優先的な結晶配向を維持できるのは膜厚が1μm以下の薄膜に限られていた。本発明では、シード層の優先配向がイオンプレーティング法による成膜完了時まで維持され、膜厚が1μm以上の比較的厚い膜(厚膜)でも優先的な結晶配向を制御することが可能である。実施例においては、膜厚2μmの厚膜の結果を示したが、10μm膜厚でも優先配向した強誘電体酸化物厚膜を作製可能である。同厚膜は優先配向構造のために分極軸を揃えるためのポーリング処理が不要になり、デバイス作製プロセスを簡便化することが可能となる。
【0066】
▲4▼シード層と薄膜の組成を同一にすることができるので、膜構造全体としての比誘電率や強誘電特性を損なうことがない。更に、同一組成であるためにシード層と薄膜との界面が原子レベルでほぼシームレスに接合し、機械的な強度にも非常に優れている。
【0067】
▲5▼シード層形成と薄膜形成とを一貫して行う必要がない。大気中で形成されたシード層を用いても、アーク放電による高密度プラズマによってシード層表面が清浄化・活性化され、上述のシームレスな薄膜成長を行いながら、シード層の優先配向も保持される。これは、MBE、スパッタリング、CVD法による配向制御の際に厳密な雰囲気制御が必要なことと好対照である。
【0068】
なお、本発明を利用可能な製品範囲としては、圧電トランスあるいは圧電インパーク、微小ミラーあるいはレンズ駆動型の光スイッチ、光シャッター、光変調器等、またインクジェット型プリンターヘッドの駆動源がある。
【0069】
また、振動ジャイロ、加速度センサ、赤外線(熱)センサ、光センサ、超音波センサ等の各種センサ、あるいは超音波モータ、超音波アクチュエータ、更に光スキャナ、導波路型光スイッチ、光シャッター、光変調器や、印画紙書き込み用微小光源ユニット等がある。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
【0071】
(1)簡便なプロセスで、膜厚が1μm以上の比較的厚い膜でも優先的な結晶配向を制御可能な強誘電体薄膜得ることができる。この優先配向した強誘電体薄膜は、従来のランダム配向の薄膜に比べて優れた強誘電性並びに圧電性を有し、また焦電特性にも優れている。
【0072】
(2)(111)面に優先配向した多結晶Pt層があれば、その上に(100)及び(111)に優先配向した強誘電体酸化物の薄膜を形成することが可能である。従来のドライプロセス(MBE、スパッタリング、CVD等)のように、エピタキシャル基板を特別に用意しなくても良い。このため、熱酸化膜付のSiウェハ、ガラス、各種金属等幅広い材料を基体として使用することができる。その結果、デバイス設計の自由度が従来法よりも格段に大きい。
【0073】
(3)従来法では、膜厚が厚くなるにつれて下地の影響が薄れ、優先的な結晶配向を維持できるのは膜厚が1μm以下の薄膜に限られていた。本発明では、シード層の優先配向がイオンプレーティング法による成膜完了時まで維持され、膜厚が1μm以上の比較的厚い膜(厚膜)でも優先的な結晶配向を制御することが可能であり、膜厚2μmの厚膜から10μmの膜厚でも優先配向した強誘電体酸化物厚膜を作製可能である。同厚膜は優先配向構造のために分極軸を揃えるためのポーリング処理が不要になり、デバイス作製プロセスを簡便化することが可能となる。
【0074】
(4)シード層と薄膜の組成を同一にすることができるので、膜構造全体としての比誘電率や強誘電特性を損なうことがない。更に、同一組成であるためにシード層と薄膜との界面が原子レベルでほぼシームレスに接合し、機械的な強度にも非常に優れている。
【0075】
(5)シード層形成と薄膜形成とを一貫して行う必要がない。大気中で形成されたシード層を用いても、アーク放電による高密度プラズマによってシード層表面が清浄化・活性化され、上述のシームレスな薄膜成長を行いながら、シード層の優先配向も保持される。これは、MBE、スパッタリング、CVD法による配向制御の際に厳密な雰囲気制御が必要なことと好対照である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 反応性アーク放電イオンプレーティング装置の構成を示す模式図
【図2】 本発明に係る強誘電体薄膜の構造を示す断面図
【図3】 学溶液堆積法によるシード層形成プロセスを示す流れ図
【図4】 実施例1のPZTシード層のX線回折パターンを示す図
【図5】 実施例1のPZT厚膜のX線回折パターンを示す図
【図6】 シード層上に成膜したPZT厚膜の断面FE‐SEM像を示す図
【図7】 実施例1のPZT厚膜のP‐Eヒステリシス曲線を示す図
【図8】 実施例1のPZT厚膜の圧電変位曲線を示す図
【図9】 実施例2のPZTシード層のX線回折パターンを示す図
【図10】 実施例2のPZT厚膜のX線回折パターンを示す図
【図11】 実施例2のPZT厚膜のP‐Eヒステリシス曲線を示す図
【図12】 実施例2のPZT厚膜の圧電変位曲線を示す図
【図13】 従来の強誘電体薄膜の構造を示す断面図
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention more particularly, to a method of manufacturing preferential crystal orientation can be controlled ferroelectric thin film.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various film forming methods such as a sol-gel method, a vapor deposition method, a sputtering method, and a CVD method have been reported as methods for producing a thin film of a ferroelectric compound typified by a perovskite oxide. In particular, the arc discharge reactive ion plating method developed by the present inventors in recent years is an excellent method capable of forming a ferroelectric thin film at high speed even at a relatively low film forming temperature.
[0003]
In this method, as shown in FIG. 1, the source metal is heated and evaporated in a high-density oxygen plasma generated in a vacuum vessel 1 by a plasma gun 3, and each metal vapor and oxygen in the vacuum vessel 1 or on a substrate 8. Reacts with each other to form a ferroelectric oxide.
[0004]
Usually, for this type of film formation, a Pt / Ti lower electrode layer is sputter-deposited on a Si substrate (SiO 2 / Si) with a thermal oxide film as a base substrate. Then, by forming a ferroelectric thin film thereon, a sample having a thin film structure shown in FIG. 13 is obtained. The crystal structure of the ferroelectric thin film thus formed largely depends on the crystal structure of the Pt / Ti layer that is the base.
[0005]
In FIG. 13, 101 is a Si substrate, 102 is a SiO 2 substrate, 103 is a Ti electrode layer, 104 is a Pt electrode layer, and 105 is a ferroelectric thin film layer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the ferroelectric thin film as described above, the Pt layer is usually a polycrystalline thin film layer preferentially oriented in the (111) plane, and the ferroelectric thin film layer grown thereon is It can only be a film with no preferential orientation or a thin film with the same (111) preferential orientation as the Pt layer by devising the film formation process.
[0007]
For this reason, it is difficult to produce a (001) / (100) preferentially oriented film required for various ferroelectric / piezoelectric devices. Even when a (111) preferentially oriented ferroelectric thin film is produced, It was necessary to raise the substrate temperature at the time of film formation by 50 ° C. to 100 ° C. or lower the film formation speed to half or less of that of the non-oriented film.
[0008]
Thus, conventionally, it has been difficult and time-consuming to form a ferroelectric thin film layer preferentially oriented on a polycrystalline Pt layer. Therefore, in order to obtain the above preferred orientation, various buffer layers (Y 2 O 3 , MgO, TiN, etc.) capable of heteroepitaxial growth are first grown on a Si substrate without a thermal oxide film, and a Pt layer is further formed thereon. It was necessary to perform heteroepitaxial growth. This process requires a significantly higher temperature (650 ° C. or higher) than the normal polycrystalline Pt layer formation temperature (˜200 ° C.), and the growth rate of each layer is also slower than the polycrystalline film (<1 μm / hr). For this reason, a device to which a conventional heteroepitaxial process can be applied has been limited to a ferroelectric RAM (FRAM) that can be used even if the thickness of the thin film is 200 nm or less.
[0009]
In addition, it is very difficult to control the crystal orientation of a thin film for a device that cannot obtain a sufficient amount of displacement and generation force unless it has a film thickness of 1 μm or more, such as a piezoelectric device. In particular, it was difficult to obtain a ferroelectric thin film having a (001) or (100) preferred orientation different from the preferred orientation axis (111) of the polycrystalline Pt layer.
[0010]
As a solution, many methods have been reported for forming a (001) / (100) preferential alignment film by previously forming a (001) or (100) oriented seed layer as a base for ferroelectric film formation. Has been. As the most famous example, lead titanate (PT) with respect to lead zirconate titanate (PZT) is known.
[0011]
However, in this case, the dielectric constant and ferroelectric characteristics of PT, which is the seed layer, are lower than that of PZT, which is the target ferroelectric, and the ferroelectric characteristics of the thin film as a whole are lower than that of the film of PZT alone. There was a problem. In addition, in a thick film having a thickness of 1 μm or more, the effect of the underlying seed layer is reduced as the deposition of the thin film proceeds, and the preferential orientation tends to decrease. Further, in the piezoelectric application, there is a problem that mechanical breakdown is easily caused at the interface between the seed layer and the main thin film layer.
[0012]
As described above, in the conventional method, the crystal orientation control for a thick film in which the thickness of the ferroelectric oxide thin film exceeds 1 μm is performed in both the method using the heteroepitaxial film and the method using the preferentially oriented seed layer. It was extremely difficult.
[0013]
The present invention has been made in view of the above problems, the thickness to provide a method of manufacturing a 1μm or more relatively thick strong controllable preferential crystal orientation in film dielectric thin film It is an object.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Method of manufacturing a ferroelectric thin film according to the present invention is configured as follows.
[0015]
(1) A polycrystalline Pt film is formed on a substrate made of a single crystal, polycrystalline, or amorphous material, a seed layer is formed on the Pt film by a chemical solution deposition method, and then an arc is formed. A main thin film is formed by a discharge reactive ion plating method to form a ferroelectric oxide film having a crystal orientation preferentially selected from either (100) or (111). A method of manufacturing a ferroelectric thin film having uniaxial preferred orientation.
(2) The method for producing a ferroelectric thin film according to (1) above, wherein the seed layer and the main thin film have the same composition.
(3) The (100) is preferentially oriented at a calcination temperature in the range of 400 to 450 ° C., and (111) is preferentially oriented at the calcination temperature in the range of 450 to 510 ° C. A method for producing a ferroelectric thin film according to 1) or (2).
(4) The method for producing a ferroelectric thin film according to (2) above, wherein the ferroelectric is a ferroelectric compound represented by ABO 3 .
(5) The method for producing a ferroelectric thin film according to (4), wherein the ferroelectric compound is a lead-based ferroelectric oxide.
(6) The method for producing a ferroelectric thin film according to (5), wherein the ferroelectric compound is any one of a lead-based ferroelectric oxide of PT, PZT, and PLZT.
(7) The method for producing a ferroelectric thin film according to any one of (1) to (6), wherein the film thickness is formed to be 1 μm or more.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A ferroelectric thin film and a manufacturing method thereof according to the present invention, a chemical solution deposition (C h emical Solution Deposition; CSD method) and is intended for using arc discharge reactive ion plating method, a single crystal, polycrystal, Two or more kinds of ferroelectric oxide thin films having a plurality of types of preferential crystal orientations are formed on a polycrystalline Pt film formed on any amorphous substrate. A ferroelectric thin film and a method for manufacturing the same.
[0034]
The chemical solution deposition (CSD) method, by rapid heating in an oxygen atmosphere after coating a precursor solution of a ferroelectric oxide on a substrate, subjected to solvent removal and crystallization, finally It is widely known as a method for forming a ferroelectric thin film of about 100 nm.
And its manufacturing method.
[0035]
When forming a ferroelectric thin film on a Pt (111) electrode substrate by the CSD method, the present inventor has controlled the preferential crystal orientation of the thin film by strictly controlling the heat treatment temperature of the rapid heating. It has already been reported that it can be controlled ("PZT-based ferroelectric thin film formation method" Patent Publication No. 2995290 (registered on October 29, 1999)). For example, in the case of a PZT (Zr / Ti = 53/47) thin film, a (100) preferential orientation film is obtained by heat treatment at 450 ° C., and a (111) preferential orientation film is obtained by heat treatment at 510 ° C. By using this method, the crystal orientation of the ferroelectric thin film can be controlled even on the polycrystalline Pt (111) preferential orientation film.
[0036]
In the present invention, as shown in FIG. 2, a ferroelectric thin film preferentially oriented in the (100) or (111) plane is first formed by the above-mentioned CSD method, and this film is used as a seed layer. Preferential crystal orientation is controlled even in relatively thick films (hereinafter referred to as “thick films”) having a film thickness of 1 μm or more by performing high-speed deposition of ferroelectric thin films by the arc discharge reactive ion plating method. It is possible.
[0037]
In addition, since the seed layer and the thick film can have the same composition, the relative dielectric constant and ferroelectric characteristics of the entire thick film structure are not impaired. Rather, the presence of the seed layer densifies the structure of the thick film deposited by the ion plating method, and improves dielectric characteristics and ferroelectric characteristics (PE hysteresis) coupled with control of crystal orientation. Furthermore, since the composition is the same, the interface between the seed layer and the thick film is joined almost seamlessly at the atomic level, and the mechanical strength is also excellent.
[0038]
In the present invention, it is not necessary to perform the seed layer formation and the thick film formation consistently. Even when a seed layer formed in the atmosphere is used, the seed layer surface is cleaned and activated by high-density plasma by arc discharge, and the preferential orientation of the seed layer is maintained while performing the above-mentioned seamless thick film growth. The This is in contrast to the fact that strict atmosphere control is required for orientation control by MBE, sputtering, and CVD.
[0039]
As described above, according to the present invention, the crystal orientation of the ferroelectric thick film is achieved by a simple process of (1) formation of a preferentially oriented seed layer by the CSD method and (2) thick film formation by the arc discharge reactive ion plating method. The property can be controlled to two preferred orientations (100) or (111). As a result, the preferentially oriented ferroelectric thick film has superior ferroelectricity and piezoelectricity as compared with the conventional randomly oriented thick film.
[0040]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0041]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the aforementioned reactive arc discharge ion plating apparatus used in the embodiment. In the figure, 1 is a vacuum vessel (vacuum tank), 2 is a carrier gas introduced into the vacuum vessel 1, 3 is a pressure gradient arc discharge plasma gun (UR gun), 4 is a plasma gun intermediate electrode, A plasma gun anode, 6 is a plasma control magnetic field generation source, 7 is an evaporation source, 8 is a substrate, 9 is a substrate heating heater, 10 is a gas introduction pipe for a reaction gas 11, and 12 is a shutter.
[0042]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the ferroelectric thin film manufactured in the example. 101 is a Si substrate, 102 is a SiO 2 layer, 103 is a Ti electrode layer, 104 is a Pt electrode layer, and 105 is a strong layer. A dielectric thin film layer 106 is a ferroelectric seed layer.
[0043]
FIG. 3 is a flowchart showing a seed layer forming process by the chemical solution deposition method. In the figure, S1 is a spin coating process (3000 rpm, 40 s), S2 is a drying process (RT or 120 ° C.), and S3 is a pyrolysis process (400-520). C., 3-5 min) and S4 are firing processing steps (RTA 30 ° C./s, 650-700 ° C., 1 min), and these processing steps are repeated.
[0044]
Example 1
Ferroelectric multi-element oxide seed layers were formed by the CSD process shown in FIG. As the substrate, Ti (50 nm) and Pt (200 nm) were sequentially deposited on a Si substrate (thickness: 300 to 550 μm) with a thermal oxide film of 500 to 1000 nm by DC magnetron sputtering (Pt / Ti / SiO 2). / Si) was used. Then, a thin film (film thickness: 100 nm) of a ternary complex oxide ferroelectric PZT [Pb (Zr x Ti 1 -x ) O 3 ] was prepared as a seed layer material.
[0045]
In this example, a film composition of X = 63 (Zr / Ti = 53/47) was formed. A CSD raw material obtained by stirring and mixing a metal alkoxide solution of Pb, Zr, and Ti was applied onto a substrate by spin coating, and then calcined at 450 ° C. to remove the solvent in the film. Thereafter, crystallization of PZT was promoted by rapid thermal annealing at 700 ° C. for 10 minutes in an oxygen stream, and finally a PZT seed layer having a thickness of 100 nm was obtained. When the crystal structure of the seed layer was analyzed by X-ray diffraction, it was found that the seed layer was a perovskite type PZT with a (100) plane preferentially oriented.
[0046]
FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of the (100) preferentially oriented PZT seed layer (film thickness: 100 nm).
[0047]
A PZT thick film having the same composition was formed on the PZT seed layer by the arc discharge reactive ion plating apparatus shown in FIG. Each material of Pb, Zr, and Ti was used as the material of the evaporation source 7 and evaporated independently by resistance heating and electron beam heating. The evaporation amount of each metal raw material was measured by a crystal vibration type film thickness monitor, and feedback control was performed on the heating source so as to maintain a constant evaporation amount during film formation. An arc discharge was generated by introducing 50 to 100 sccm of He as the carrier gas 2 into the pressure gradient arc discharge plasma gun 3 and applying a DC bias voltage. The discharge voltage was controlled at 100 to 120V, and the discharge current was controlled at 50 to 100A.
[0048]
The high-density plasma (plasma density> 10 12 cm −3 ) generated by this arc discharge was introduced into the vacuum chamber 1 by a magnetic field of about 50 to 300 gauss generated by the magnetic field generator 6 for plasma control. In this state, oxygen of 200 to 300 sccm was introduced as the reaction gas 11 from the gas introduction tube 10 to generate high-density oxygen plasma and active species of oxygen in the vacuum vessel 1.
[0049]
A thin film was formed on the substrate 8 heated to about 500 to 550 ° C. by the heater 9 in the presence of the oxygen active species. The evaporation amounts of Pb, Zr, and Ti were adjusted so that the final thick film composition was the same as that of the seed layer (Zr / Ti = 53/47).
[0050]
In the formation of the PZT thick film by the ion plating method, the film forming speed was as high as 3 μm / hr or more, and the film thickness was about 2 μm. FIG. 5A shows the result of X-ray diffraction of the thick film thus obtained. It was confirmed that the perovskite type PZT was preferentially oriented in the (100) plane as in the case of the seed layer. For comparison, an X-ray diffraction pattern of a PZT thick film formed directly on Pt without using a seed layer is shown in FIG. 5B. In this case, no preferential orientation is observed, and the orientation is random. I understood it.
[0051]
Thus, it was confirmed that the crystal orientation of the PZT thick film (film thickness: 2 μm) formed thereon can be controlled by using the preferentially oriented seed layer. When the film structure of the interface between the seed layer and the PZT thick film was evaluated by cross-sectional FE-SEM observation, as shown in FIG. 6, it was clear that the interface between the two did not show clear contrast and was joined almost seamlessly. Became.
[0052]
Next, ferroelectric and piezoelectric characteristics were measured for the capacitor cell in which the Pt upper electrode was formed on the obtained PZT film, and the effect of the seed layer was investigated. As a comparison, the characteristics of a PZT thick film formed on Pt without a seed layer were also evaluated.
First, the evaluation results of the ferroelectric characteristics will be described.
[0053]
FIG. 7 is a diagram showing a PE hysteresis curve of a PZT capacitor cell (pressure film). A very well-saturated PE hysteresis curve was observed with and without the seed layer. However, the saturation polarization and the residual polarization are larger in the PZT thick film formed on the seed layer. This is considered to be because the direction of the spontaneous polarization domain is aligned with that of the random orientation by the (100) preferential orientation film formation.
[0054]
FIG. 8 is a diagram showing a piezoelectric displacement curve of the capacitor cell, where (a) is (100) preferred orientation and (b) is non-oriented. Again, regardless of the presence or absence of the seed layer, a good butterfly-shaped displacement curve is observed, indicating that the obtained PZT thick film has high piezoelectric characteristics. It can be seen that the (100) preferential alignment film formed on the seed layer is displaced more greatly than the piezoelectric displacement. This is also considered to be because the domain orientation is aligned by the preferential orientation.
[0055]
When the piezoelectric constant was calculated for the (100) preferentially oriented film by the bending model, a value of lateral effect piezoelectric constant d 31 = −110 pm / V was obtained. This value was almost comparable to the constant of bulk ceramics PZT, and showed very good characteristics as a PZT thick film.
[0056]
Thus, it was found that the (100) preferentially oriented PZT thick film having excellent ferroelectric characteristics and piezoelectric characteristics can be produced by the method of this example. That is, it was found that a uniaxial preferred orientation ferroelectric thin film capable of controlling the preferential crystal orientation can be manufactured even with a relatively thick film having a thickness of 1 μm or more.
[0057]
Example 2
A PZT (zr / Ti = 53/47) seed layer was formed on a substrate (Pt / Ti / SiO 2 / Si) by the same process as in Example 1 using the same CSD raw material as in Example 1. However, by performing calcination for removing the CSD solvent at 510 ° C., which is higher than the temperature of Example 1 (450 ° C.), a PZT seed layer having a thickness of 100 nm and preferentially oriented on the (111) plane was obtained.
[0058]
FIG. 9 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of the PZT seed layer (film thickness: 100 nm) that is preferentially oriented.
[0059]
Next, a PZT thick film having a thickness of about 2 μm was formed on the seed layer by the arc discharge ion plating method under the same conditions as in Example 1. The result of X-ray diffraction with respect to the obtained PZT thick film is shown in FIG. For comparison, FIG. 5B shows a case where a film is formed directly on Pt without using a seed layer. It was found that the perovskite type PZT was (111) preferentially oriented like the seed layer. As in Example 1, it was found from the results of FE-SEM observation that the (111) preferentially oriented PZT thick film was also joined to the seed layer almost seamlessly.
[0060]
When the ferroelectric characteristics and the piezoelectric characteristics were evaluated in comparison with the randomly oriented sample, as shown in the PE hysteresis curve of FIG. 11 and the piezoelectric displacement curve of FIG. 12, both the ferroelectric characteristics and the piezoelectric characteristics were formed on the seed layer. The deposited (111) preferentially oriented PZT thick film showed superior characteristics. In particular, in the case of the (111) preferentially oriented film, the saturation polarization and the remanent polarization became significantly larger than those of the random orientation. This is considered to be the result of preferential orientation in the <111> direction, which is the spontaneous polarization direction, of the PZT thick film having the composition Zr / Ti = 53/47.
[0061]
Further, when the piezoelectric constant was calculated using the same model as in Example 1, the value of the lateral effect piezoelectric constant d 31 = −75 pm / V was obtained. This value is smaller than the value of Example 1, and for the PZT thick film having the composition of this example, the (100) preferential orientation is more advantageous than the (111) preferential orientation for the piezoelectric characteristics. It was. However, as described above, the remanent polarization of the (111) preferentially oriented PZT thick film is extremely large, and it is considered that application to a pyroelectric device using the temperature change of spontaneous polarization is effective.
[0062]
As described above, also in the method of this example, a (111) preferentially oriented PZT thick film excellent in ferroelectric characteristics and piezoelectric characteristics can be produced as in the above-described examples. That is, in the present invention, the following operation is obtained.
[0063]
(1) The crystal orientation of the ferroelectric thick film can be set to (100) or (111) by a simple process of forming a preferentially oriented seed layer by the CSD method and subsequently forming a thick film by the arc discharge reactive ion plating method. Two preferred orientations can be controlled. As a result, the preferentially oriented ferroelectric thin film has superior ferroelectricity and piezoelectricity compared to conventional random oriented thin films. Although depending on the film composition, the (100) preferential alignment film generally has excellent piezoelectric characteristics, and the (111) preferential alignment film tends to have excellent ferroelectric characteristics and pyroelectric characteristics. In the present invention, even when a ferroelectric thin film having the same composition is formed, the preferential crystal orientation can be freely controlled between (100) and (111) according to the purpose of the device to be applied. is there.
[0064]
(2) If there is a polycrystalline Pt layer preferentially oriented on the (111) plane, a ferroelectric oxide thin film preferentially oriented to (100) and (111) can be formed thereon. It is not necessary to prepare an epitaxial substrate specially as in a conventional dry process (MBE, sputtering, CVD, etc.). For this reason, a wide range of materials such as a Si wafer with a thermal oxide film, glass, and various metals can be used as the substrate. As a result, the degree of freedom in device design is much greater than in the conventional method.
[0065]
(3) In the conventional method, as the film thickness increases, the influence of the underlying layer decreases, and preferential crystal orientation can be maintained only for thin films having a film thickness of 1 μm or less. In the present invention, the preferential orientation of the seed layer is maintained until the completion of film formation by the ion plating method, and the preferential crystal orientation can be controlled even for a relatively thick film (thick film) having a film thickness of 1 μm or more. is there. In the examples, the result of a thick film having a thickness of 2 μm is shown, but a thick ferroelectric oxide film having a preferential orientation can be produced even with a thickness of 10 μm. The thick film does not require a poling process for aligning the polarization axis because of the preferred orientation structure, and the device fabrication process can be simplified.
[0066]
(4) Since the composition of the seed layer and that of the thin film can be made the same, the relative dielectric constant and ferroelectric characteristics of the entire film structure are not impaired. Furthermore, since the composition is the same, the interface between the seed layer and the thin film is joined almost seamlessly at the atomic level, and the mechanical strength is also excellent.
[0067]
(5) There is no need to consistently perform seed layer formation and thin film formation. Even when a seed layer formed in the atmosphere is used, the seed layer surface is cleaned and activated by high-density plasma by arc discharge, and the preferred orientation of the seed layer is maintained while performing the above-described seamless thin film growth. . This is in contrast to the fact that strict atmosphere control is required for orientation control by MBE, sputtering, and CVD.
[0068]
The product range in which the present invention can be used includes piezoelectric transformers or piezoelectric impulses, micromirrors or lens-driven optical switches, optical shutters, optical modulators, and the like, and inkjet printer head drive sources.
[0069]
Various sensors such as vibration gyroscopes, acceleration sensors, infrared (thermal) sensors, optical sensors, ultrasonic sensors, or ultrasonic motors, ultrasonic actuators, optical scanners, waveguide optical switches, optical shutters, optical modulators And a photographic paper writing micro light source unit.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0071]
(1) With a simple process, a ferroelectric thin film capable of controlling the preferential crystal orientation can be obtained even with a relatively thick film having a thickness of 1 μm or more. This preferentially oriented ferroelectric thin film has superior ferroelectricity and piezoelectricity as compared with a conventional randomly oriented thin film, and is also excellent in pyroelectric characteristics.
[0072]
(2) If there is a polycrystalline Pt layer preferentially oriented on the (111) plane, a ferroelectric oxide thin film preferentially oriented to (100) and (111) can be formed thereon. It is not necessary to prepare an epitaxial substrate specially as in a conventional dry process (MBE, sputtering, CVD, etc.). For this reason, a wide range of materials such as a Si wafer with a thermal oxide film, glass, and various metals can be used as the substrate. As a result, the degree of freedom in device design is much greater than in the conventional method.
[0073]
(3) In the conventional method, the influence of the substrate is reduced as the film thickness is increased, and preferential crystal orientation can be maintained only for a thin film having a film thickness of 1 μm or less. In the present invention, the preferential orientation of the seed layer is maintained until the completion of film formation by the ion plating method, and the preferential crystal orientation can be controlled even for a relatively thick film (thick film) having a film thickness of 1 μm or more. Yes, it is possible to produce a ferroelectric oxide thick film with a preferential orientation even from a thick film having a thickness of 2 μm to a thickness of 10 μm. The thick film does not require a poling process for aligning the polarization axis because of the preferred orientation structure, and the device fabrication process can be simplified.
[0074]
(4) Since the seed layer and the thin film can have the same composition, the relative dielectric constant and ferroelectric characteristics of the entire film structure are not impaired. Furthermore, since the composition is the same, the interface between the seed layer and the thin film is joined almost seamlessly at the atomic level, and the mechanical strength is also excellent.
[0075]
(5) It is not necessary to perform the seed layer formation and the thin film formation consistently. Even when a seed layer formed in the atmosphere is used, the seed layer surface is cleaned and activated by high-density plasma by arc discharge, and the preferred orientation of the seed layer is maintained while performing the above-described seamless thin film growth. . This is in contrast to the fact that strict atmosphere control is required for orientation control by MBE, sputtering, and CVD.
[Brief description of the drawings]
[1] Seed layer forming process by reactive arc discharge ion cross-sectional view showing the structure of a ferroelectric thin film according to the schematic view Figure 2 of the present invention showing the configuration of a plating apparatus [3] chemical solution deposition FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of the PZT seed layer of Example 1. FIG. 5 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of the PZT thick film of Example 1. FIG. 6 is formed on the seed layer. FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional FE-SEM image of a PZT thick film formed. FIG. 7 is a diagram showing a PE hysteresis curve of the PZT thick film of Example 1. FIG. FIG. 9 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a PZT seed layer of Example 2. FIG. 10 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a PZT thick film of Example 2. FIG. 11 is a graph showing a PZT thickness of Example 2. FIG. 12 is a diagram showing the PE hysteresis curve of the membrane. Figure 13 is a sectional view showing the structure of a conventional ferroelectric thin film of a piezoelectric displacement curve of the PZT thick film

Claims (7)

単結晶、多結晶、非晶質の何れかの材料からなる基体上に多結晶のPt膜を形成し、このPt膜上に、化学溶液堆積法によりシード層を形成し、その後アーク放電反応性イオンプレーティング法により主薄膜を形成して、(100)もしくは(111)のいずれかに優先的な結晶配向性の強誘電体酸化物膜を形成するようにしたことを特徴とする1軸優先配向性の強誘電体薄膜の製造方法。 Single crystal, polycrystal, forming a Pt film of polycrystalline on a substrate made of any material of an amorphous, on the Pt film, the seed layer is formed by chemical solution deposition, then arcing reactive A uniaxial priority characterized by forming a main thin film by an ion plating method to form a ferroelectric oxide film having a preferential crystal orientation in either (100) or (111) A method for producing an oriented ferroelectric thin film. シード層と主薄膜の組成を同一にしたことを特徴とする請求項記載の強誘電体薄膜の製造方法。Method of manufacturing a ferroelectric thin film according to claim 1, characterized in that the composition of the seed layer and the main film the same. 400〜450℃の範囲の仮焼温度で(100)に優先配向させ、450〜510℃の範囲の仮焼温度で(111)に優先配向させるようにしたことを特徴とする請求項または記載の強誘電体薄膜の製造方法。400-450 is preferentially oriented in at calcination temperature (100) in the range of ° C., is characterized in that so as to preferentially oriented in the (111) at a calcination temperature in the range of 450-510 ° C. claim 1 or 2 The manufacturing method of the ferroelectric thin film as described. 強誘電体はABOで表される強誘電体化合物にしたことを特徴とする請求項記載の強誘電体薄膜の製造方法。 3. The method of manufacturing a ferroelectric thin film according to claim 2, wherein the ferroelectric is a ferroelectric compound represented by ABO3. 強誘電体化合物は鉛系強誘電体酸化物にしたことを特徴とする請求項記載の強誘電体薄膜の製造方法。5. The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 4, wherein the ferroelectric compound is a lead-based ferroelectric oxide. 強誘電体化合物はPT、PZT、PLZTの何れかの鉛系強誘電体酸化物にしたことを特徴とする請求項記載の強誘電体薄膜の製造方法。6. The method for producing a ferroelectric thin film according to claim 5 , wherein the ferroelectric compound is any one of a lead-based ferroelectric oxide of PT, PZT, and PLZT. 膜厚を1μm以上に形成するようにしたことを特徴とする請求項ないし何れか記載の強誘電体薄膜の製造方法。Method of manufacturing a ferroelectric thin film of claims 1 to 6, wherein any one, characterized in that so as to form a thickness of more than 1 [mu] m.
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