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JP5333191B2 - Piezoelectric thin film manufacturing method and piezoelectric thin film manufacturing apparatus - Google Patents
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Piezoelectric thin film manufacturing method and piezoelectric thin film manufacturing apparatus Download PDF

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Description

本発明は、圧電体薄膜の製造方法及び圧電体薄膜の製造装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric thin film manufacturing method and a piezoelectric thin film manufacturing apparatus.

近年、圧電素子の応用開発、例えばメモリ、MEMS(Micro EIectro Mechanical Systems)のアクチュエータやトランスデューサー等への展開が進み、その形成技術が注目されている。特に薄膜圧電素子の形成方法は、スパッタ法、エアロゾルデポジション法、化学溶液法及び化学気層成長法などがある。この中で、スパッタ法は、シリコンプロセスへの親和性が高いだけでなく、薄膜化による高集積化、ターゲット組成による薄膜組成制御の容易さ、ターゲットの大口径化による大口径基板への成膜による大量の製造の容易さ等の点で優位であると考えられている。   In recent years, application development of piezoelectric elements, for example, development to memories, actuators and transducers of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), etc. has progressed, and the formation technology has attracted attention. In particular, methods for forming a thin film piezoelectric element include a sputtering method, an aerosol deposition method, a chemical solution method, and a chemical vapor deposition method. Of these, the sputtering method not only has high affinity for silicon processes, but also high integration by thinning, ease of thin film composition control by target composition, and deposition on a large-diameter substrate by increasing the target diameter. It is considered advantageous in terms of ease of mass production by the

圧電素子の代表的な材料としてチタン酸ジルコン酸鉛(以下、PZT)があるが、PZTをスパッタ法により成膜する場合、Pb、Zr、Ti、Oを有する焼結体のターゲットを用い、ArとOのガスを導入して成膜する。スパッタ法によりPZTを成膜する場合、高い圧電特性を発現するためにはペロブスカイト構造を形成する必要があり、ペロブスカイト構造の結晶化温度はおよそ550℃〜600℃程度の範囲にある。 A typical material of the piezoelectric element is lead zirconate titanate (hereinafter referred to as PZT). When PZT is formed by sputtering, a sintered target having Pb, Zr, Ti, and O is used. And O 2 gas are introduced to form a film. When PZT is formed by sputtering, it is necessary to form a perovskite structure in order to exhibit high piezoelectric characteristics, and the crystallization temperature of the perovskite structure is in the range of about 550 ° C. to 600 ° C.

PZTの構成元素であるPbの蒸気圧は、他の元素であるTiやZrと比較して高い(1Pa時の昇華温度はPb(鉛)が705℃、Tiが1709℃、Zrが2366℃)。PZT薄膜製造時の基板温度と鉛組成比との関係を図5に示す(非特許文献1)。図5において、横軸は基板温度(℃)、縦軸はPZT成膜の基板温度が550℃における鉛組成比を1として規格化した値である。図5が示すように、基板温度が変化すると鉛組成比が変化し、例えば温度が高くなると鉛組成比が減少し、結晶性の低下を招き、圧電特性が低下する。   The vapor pressure of Pb, which is a constituent element of PZT, is higher than Ti and Zr, which are other elements (sublimation temperatures at 1 Pa are Pb (lead) at 705 ° C., Ti at 1709 ° C., and Zr at 2366 ° C.) . FIG. 5 shows the relationship between the substrate temperature and the lead composition ratio during the production of the PZT thin film (Non-Patent Document 1). In FIG. 5, the horizontal axis represents a substrate temperature (° C.), and the vertical axis represents a value normalized with a lead composition ratio of 1 at a substrate temperature of PZT film formation of 550 ° C. As shown in FIG. 5, when the substrate temperature changes, the lead composition ratio changes. For example, when the temperature increases, the lead composition ratio decreases, leading to a decrease in crystallinity and a decrease in piezoelectric characteristics.

中村僖良監修、「圧電材料の高性能化と先端応用技術」、サイエンス&テクノロジー株式会社、2007年11月29日、p.146 図4Supervised by Akira Nakamura, “High-performance piezoelectric materials and advanced applied technologies”, Science & Technology Co., Ltd., November 29, 2007, p. FIG. 4

効率よくPZT素子を製造するには、例えばターゲットに対向する全面に大口径基板、又は小口径ながら複数枚の基板を配置することが望まれる。しかしながら、大口径基板の全面での温度分布を均一にすることは困難であり、基板全面に亘って、圧電特性のばらつきの少ない強誘電体薄膜は得られない。   In order to manufacture a PZT element efficiently, for example, it is desirable to arrange a large-diameter substrate or a plurality of substrates with a small diameter on the entire surface facing the target. However, it is difficult to make the temperature distribution uniform over the entire surface of the large-diameter substrate, and a ferroelectric thin film with little variation in piezoelectric characteristics over the entire surface of the substrate cannot be obtained.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大面積の基板であっても、圧電特性のばらつきが少ない圧電薄膜を効率よく製造する圧電体薄膜の製造方法及び圧電体薄膜の製造装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric thin film that efficiently manufactures a piezoelectric thin film with little variation in piezoelectric characteristics even on a large-area substrate. A manufacturing method and an apparatus for manufacturing a piezoelectric thin film are provided.

上記の課題は、以下の構成により解決される。   Said subject is solved by the following structures.

1.チタン酸ジルコン酸鉛からなるターゲットを使用し、スパッタリング法により基板の上にチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を製造する圧電体薄膜の製造方法において、
前記基板を加熱する基板加熱工程と、
前記基板加熱工程で加熱した前記基板の温度を維持し、前記スパッタリング法により前記基板の上に成膜する成膜工程と、を有し、
前記基板加熱工程では、前記基板が、所定の温度分布となるように加熱され、
前記成膜工程では、前記基板と前記ターゲットとで挟まれる空間の、前記ターゲットの面に平行な面の面内で、所定の酸素濃度分布となるように酸素が導入され、
前記基板及び前記平行な面それぞれへ前記ターゲットの面を垂直投影した場合、前記基板と前記平行な面との相互に対応する位置における前記所定の温度分布の増減方向と前記所定の酸素濃度分布の増減方向とは同じ方向であることを特徴とする圧電体薄膜の製造方法。
1. In the method of manufacturing a piezoelectric thin film using a target made of lead zirconate titanate and manufacturing a lead zirconate titanate thin film on a substrate by a sputtering method,
A substrate heating step for heating the substrate;
Maintaining the temperature of the substrate heated in the substrate heating step, and forming a film on the substrate by the sputtering method,
In the substrate heating step, the substrate is heated to have a predetermined temperature distribution,
In the film formation step, oxygen is introduced so as to have a predetermined oxygen concentration distribution in a plane parallel to the plane of the target in a space between the substrate and the target,
When the surface of the target is vertically projected onto each of the substrate and the parallel surface, the increase / decrease direction of the predetermined temperature distribution and the predetermined oxygen concentration distribution at positions corresponding to each other between the substrate and the parallel surface. A method of manufacturing a piezoelectric thin film, wherein the direction of increase / decrease is the same direction.

2.前記所定の温度分布において、前記基板に、前記ターゲットの中心が該ターゲットの面に対して垂直投影される中心位置の温度が最も高く、前記中心位置から周辺に向かって低くなることを特徴とする前記1に記載の圧電体薄膜の製造方法。   2. In the predetermined temperature distribution, the temperature of the center position where the center of the target is projected perpendicularly to the surface of the target is the highest on the substrate, and decreases from the center position toward the periphery. 2. The method for producing a piezoelectric thin film as described in 1 above.

3.前記所定の温度分布において、前記基板に、前記ターゲットの中心が該ターゲットの面に対して垂直投影される中心位置の温度が最も低く、前記中心位置から周辺に向かって高くなることを特徴とする前記1に記載の圧電体薄膜の製造方法。   3. In the predetermined temperature distribution, the temperature of the center position at which the center of the target is projected perpendicularly to the surface of the target on the substrate is lowest and increases from the center position toward the periphery. 2. The method for producing a piezoelectric thin film as described in 1 above.

4.チタン酸ジルコン酸鉛からなるターゲットを使用し、スパッタリング法により基板の上にチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を製造する圧電体薄膜の製造方法において、
前記基板を加熱する基板加熱工程と、
前記基板加熱工程で加熱した前記基板の温度を維持し、前記スパッタリング法により前記基板の上に成膜する成膜工程と、を有し、
前記基板加熱工程では、前記基板が、所定の温度勾配を持つように加熱され、
前記成膜工程では、前記基板と前記ターゲットとで挟まれる空間の、前記ターゲットの面に平行な面の面内で、前記温度勾配に沿って、酸素が濃度勾配を持つように酸素が導入されることを特徴とする圧電体薄膜の製造方法。
4). In the method of manufacturing a piezoelectric thin film using a target made of lead zirconate titanate and manufacturing a lead zirconate titanate thin film on a substrate by a sputtering method,
A substrate heating step for heating the substrate;
Maintaining the temperature of the substrate heated in the substrate heating step, and forming a film on the substrate by the sputtering method,
In the substrate heating step, the substrate is heated to have a predetermined temperature gradient,
In the film forming step, oxygen is introduced so that oxygen has a concentration gradient along the temperature gradient in a plane parallel to the surface of the target in a space between the substrate and the target. A method for producing a piezoelectric thin film, comprising:

5.前記所定の温度勾配を持つ前記基板の上で温度が最も高い部分に対応する前記平行な面の面内での前記酸素の濃度が、最も高くなる濃度勾配を持つように酸素が導入されることを特徴とする前記4に記載の圧電体薄膜の製造方法。   5. Oxygen is introduced so that the concentration of the oxygen in the plane of the parallel surface corresponding to the highest temperature portion on the substrate having the predetermined temperature gradient has the highest concentration gradient. 5. The method for producing a piezoelectric thin film as described in 4 above.

6.チタン酸ジルコン酸鉛からなるターゲットを使用し、スパッタリング法により基板の上にチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を製造する圧電体薄膜の製造装置において、
前記基板を所定の温度分布となるように加熱し、維持する基板加熱手段と、
前記基板と前記ターゲットとで挟まれる空間の、前記ターゲットの面に平行な面の面内で、所定の酸素濃度分布となるように酸素を導入する酸素導入手段と、を備え、
前記基板及び前記平行な面それぞれへ前記ターゲットの面を垂直投影した場合、前記基板と前記平行な面との相互に対応する位置における前記所定の温度分布の増減方向と前記所定の酸素濃度分布の増減方向とは同じ方向であることを特徴とする圧電体薄膜の製造装置。
6). In a piezoelectric thin film manufacturing apparatus for manufacturing a lead zirconate titanate thin film on a substrate by a sputtering method using a target composed of lead zirconate titanate,
Substrate heating means for heating and maintaining the substrate to have a predetermined temperature distribution;
Oxygen introducing means for introducing oxygen so that a predetermined oxygen concentration distribution is obtained in a plane parallel to the surface of the target in a space between the substrate and the target;
When the surface of the target is vertically projected onto each of the substrate and the parallel surface, the increase / decrease direction of the predetermined temperature distribution and the predetermined oxygen concentration distribution at positions corresponding to each other between the substrate and the parallel surface. An apparatus for manufacturing a piezoelectric thin film, characterized in that the direction of increase / decrease is the same direction.

7.チタン酸ジルコン酸鉛からなるターゲットを使用し、スパッタリング法により基板の上にチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を製造する圧電体薄膜の製造装置において、
前記基板を所定の温度勾配を持つように加熱し、維持する基板加熱手段と、
前記基板と前記ターゲットとで挟まれる空間の、前記ターゲットの面に平行な面の面内で、前記温度勾配に沿って、酸素が濃度勾配を持つように酸素を導入する酸素導入手段と、を備えることを特徴とする圧電体薄膜の製造装置。
7). In a piezoelectric thin film manufacturing apparatus for manufacturing a lead zirconate titanate thin film on a substrate by a sputtering method using a target composed of lead zirconate titanate,
Substrate heating means for heating and maintaining the substrate to have a predetermined temperature gradient;
Oxygen introducing means for introducing oxygen so that oxygen has a concentration gradient along the temperature gradient in a plane parallel to the surface of the target in a space between the substrate and the target; An apparatus for manufacturing a piezoelectric thin film, comprising:

本発明によれば、大面積の基板に圧電特性のばらつきが少ない圧電薄膜を効率よく製造することができる。   According to the present invention, a piezoelectric thin film with little variation in piezoelectric characteristics can be efficiently manufactured on a large-area substrate.

圧電薄膜を形成する本発明に係る製造装置を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing apparatus based on this invention which forms a piezoelectric thin film. 圧電薄膜を形成する本発明に係る製造装置の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of the manufacturing apparatus based on this invention which forms a piezoelectric thin film. 圧電薄膜を形成する本発明に係る製造装置の別例を示す図である。It is a figure which shows another example of the manufacturing apparatus based on this invention which forms a piezoelectric thin film. 圧電素子を製造する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of manufacturing a piezoelectric element. PZT薄膜製造時の基板温度と鉛組成比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the substrate temperature at the time of PZT thin film manufacture, and lead composition ratio.

本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。   Although the present invention will be described based on an embodiment, the present invention is not limited to the embodiment.

本発明に到る過程において、発明者らは、高周波マグネトロンスパッタリング法によるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)薄膜を製造する上で、基板全体における鉛の組成比を均一にすることに関して検討した。基板全体の温度を均一にすれば、鉛の組成比も均一にできると考えられるが、以下の理由より困難である。   In the process of reaching the present invention, the inventors have studied on making the composition ratio of lead uniform over the entire substrate when manufacturing a PZT (lead zirconate titanate) thin film by high-frequency magnetron sputtering. If the temperature of the entire substrate is made uniform, the composition ratio of lead can be made uniform, but it is difficult for the following reasons.

スパッタ法は真空中で行われるため、基板への伝熱は輻射と熱伝導のみであるので熱伝達は生じない。よって、基板の温度分布は、基板が基板ホルダと接触する状態に依存して大きく変わるため、基板が大きくなると温度分布を均一にすることは一層困難となる。   Since the sputtering method is performed in a vacuum, heat transfer to the substrate is only radiation and heat conduction, so heat transfer does not occur. Therefore, since the temperature distribution of the substrate varies greatly depending on the state in which the substrate is in contact with the substrate holder, it becomes more difficult to make the temperature distribution uniform as the substrate becomes larger.

基板の加熱方法がランプ加熱の場合、基板と基板ホルダとの接触をできるだけ避けて熱伝導を抑え、基板とランプとの間に均熱板を設けることにより温度分布の改善を図る方法がある。   When the substrate heating method is lamp heating, there is a method in which the contact between the substrate and the substrate holder is avoided as much as possible to suppress heat conduction and a temperature distribution plate is provided between the substrate and the lamp to improve the temperature distribution.

しかし、ランプの温度分布が均熱板で吸収しきれない場合が多く、均熱板だけでは基板の温度分布が均一になるようにするには不十分である。例えば、中央部に1個のランプを設け、さらに均熱板を設けてPZT薄膜を形成した場合、基板の大きさにもよるが、4インチのSi基板を例にすると基板の中央部と周辺部とでは、圧電定数d31の平均値に対するばらつき幅が±15%程度と大きくなってしまう。ランプを複数個配置し、個々のランプ出力を調整するようにして、基板の温度分布の均一化を図ることが考えられるが、装置が複雑になり高価になってしまう問題がある。   However, in many cases, the temperature distribution of the lamp cannot be completely absorbed by the soaking plate, and the soaking plate alone is insufficient to make the temperature distribution of the substrate uniform. For example, when a PZT thin film is formed by providing a single lamp at the center and further by providing a soaking plate, depending on the size of the substrate, a 4-inch Si substrate is taken as an example in the center and the periphery of the substrate. In the portion, the variation width with respect to the average value of the piezoelectric constant d31 is as large as about ± 15%. Although it is conceivable to arrange a plurality of lamps and adjust the output of each lamp to make the temperature distribution of the substrate uniform, there is a problem that the apparatus becomes complicated and expensive.

また、静電チャック等により基板を吸着し、SiCヒータ等によって基板を加熱する方法もあるが、温度分布を均一にしようとすると、ランプの場合と同様に装置が高価になってしまう。更に、基板に反りがある場合や吸着面に異物がある場合は、基板と吸着面との熱伝導が不均一となってしまい、良好な温度分布を得ることは困難である。   In addition, there is a method in which the substrate is attracted by an electrostatic chuck or the like and the substrate is heated by an SiC heater or the like. However, if the temperature distribution is made uniform, the apparatus becomes expensive as in the case of a lamp. Furthermore, if the substrate is warped or if there is foreign matter on the suction surface, the heat conduction between the substrate and the suction surface becomes non-uniform and it is difficult to obtain a good temperature distribution.

発明者らは、スパッタリング法により基板上にPZTを成膜する検討を行う過程において、理由は定かではないが、成膜時の酸素濃度を増加させると薄膜中の鉛の含有率が増加するがことが分かった。成膜時の酸素濃度を、基板温度分布に適合するような分布をもたせることにより大面積の基板に均一なPZT薄膜を形成することができる。   In the process of studying the formation of PZT on a substrate by sputtering, the inventors do not know the reason, but if the oxygen concentration during film formation is increased, the lead content in the thin film increases. I understood that. A uniform PZT thin film can be formed on a large-area substrate by providing the oxygen concentration during film formation to a distribution that matches the substrate temperature distribution.

(第1の実施の形態)
図1は、スパッタリング法で成膜する圧電体薄膜であるPZT薄膜の製造装置100(以下、製造装置100)を模式的に示す。
(First embodiment)
FIG. 1 schematically shows a PZT thin film manufacturing apparatus 100 (hereinafter referred to as manufacturing apparatus 100), which is a piezoelectric thin film formed by sputtering.

製造装置100において、1はチャンバー、2はマグネトロン・カソード、3はPZTからなるターゲット、4は基板ホルダ(アノード電極)、5は成膜される基板、6は基板5を加熱するための加熱部、8は酸素(O)ガス噴射部、9はマグネトロン・カソード2に印加する高周波(RF)電力を供給するための高周波(RF)電源を示している。 In the manufacturing apparatus 100, 1 is a chamber, 2 is a magnetron / cathode, 3 is a target made of PZT, 4 is a substrate holder (anode electrode), 5 is a substrate to be formed, and 6 is a heating unit for heating the substrate 5. , 8 represents an oxygen (O 2 ) gas injection unit, and 9 represents a radio frequency (RF) power source for supplying radio frequency (RF) power to be applied to the magnetron cathode 2.

Aはスパッタリングガスとして、例えば、アルゴン(Ar)ガスの導入口、Bはチャンバー1の中を真空排気するための真空ポンプ(図示しない)に接続される排気口、Cは酸素ガスの供給路をそれぞれ示している。円形状の基板5を円形状のターゲット3上に投影すると、両者の中心位置はほぼ同じ位置となる。   A is a sputtering gas, for example, an argon (Ar) gas inlet, B is an exhaust port connected to a vacuum pump (not shown) for evacuating the chamber 1, and C is an oxygen gas supply path. Each is shown. When the circular substrate 5 is projected onto the circular target 3, the center positions of the two are almost the same.

基板ホルダ4は、円板状の基板5を取り付け可能とする断面を示している。また、基板ホルダ4は、基板面により均一な膜厚を得る上で、回転導入機構(図示しない)を設けて成膜時に成膜面内で回転できる様にするのが好ましい。尚、基板5を1枚として示しているが、複数枚を並べてもよい。   The substrate holder 4 shows a cross section that allows the disk-shaped substrate 5 to be attached. Further, in order to obtain a uniform film thickness on the substrate surface, the substrate holder 4 is preferably provided with a rotation introducing mechanism (not shown) so that it can rotate within the film formation surface during film formation. In addition, although the board | substrate 5 is shown as one sheet, you may arrange several sheets.

加熱部6は、スポット型ランプ6aと一方向にスポット型ランプの光を指向させるための反射鏡6bを備えている。反射鏡6bは、回転楕円形状とし、その焦点位置にスポット型ランプ6aのフィラメント等の発光部を配置することでランプから発せられる光束を概ね平行光束とすることができる。   The heating unit 6 includes a spot-type lamp 6a and a reflecting mirror 6b for directing the light of the spot-type lamp in one direction. The reflecting mirror 6b has a spheroidal shape, and a light emitting part such as a filament of the spot type lamp 6a is arranged at the focal position thereof so that the light beam emitted from the lamp can be made into a substantially parallel light beam.

基板ホルダ4により保持される基板5と加熱部6との間には、均熱板7を設けることが好ましい。加熱部6により加熱される基板5の温度分布は、基板5中央部が最も高く、周辺に向かって次第に低くなる勾配を持っている。均熱板7を設けることにより、基板5の温度分布は、中央部が最も高く、周辺に向かって次第に低くなることに変わりはないが、加熱部6から放射される光束が拡散され、温度分布の中央部の先鋭度合いが適度に緩和された、勾配がよりなだらかな分布状態となる。   It is preferable to provide a soaking plate 7 between the substrate 5 held by the substrate holder 4 and the heating unit 6. The temperature distribution of the substrate 5 heated by the heating unit 6 has a gradient that is highest at the center of the substrate 5 and gradually decreases toward the periphery. By providing the soaking plate 7, the temperature distribution of the substrate 5 is the highest in the central part and gradually decreases toward the periphery, but the luminous flux emitted from the heating part 6 is diffused, and the temperature distribution. The degree of sharpness at the center of the film is moderately relaxed, and the distribution state becomes gentler.

図1(b)は、基板5側からターゲット3の方向を見たときの酸素ガス噴射部8及びターゲット3の様子を示す俯瞰図である。酸素ガス噴出口8aから噴出される酸素ガスの噴出方向8bを模式的に示す。   FIG. 1B is an overhead view showing the state of the oxygen gas injection unit 8 and the target 3 when the direction of the target 3 is viewed from the substrate 5 side. An ejection direction 8b of oxygen gas ejected from the oxygen gas ejection port 8a is schematically shown.

図1(b)に示すように、酸素ガス噴射部8は、円形状のガス配管であって、その内側に、ガス配管内に導入された酸素ガスを内向きで、且つ、ターゲット3がある下向きに噴出する複数の酸素ガス噴出口8aを備えている。   As shown in FIG.1 (b), the oxygen gas injection part 8 is circular gas piping, Comprising: The oxygen gas introduce | transduced in gas piping is turned inward, and the target 3 exists in it. A plurality of oxygen gas ejection ports 8a ejecting downward are provided.

酸素ガス噴射部8をターゲット3から基板5側に適度に離して配置し、酸素ガス噴射部8に酸素ガスを導入し、酸素ガスがターゲット3のおおよそ中央部に集まるようガス噴出口8aを設け、酸素ガスの供給圧を調整する。これにより、温度勾配に沿うような、酸素濃度が中央部で最も高く、中央部から周辺に向かって低くなる濃度勾配を持たせることができる。   The oxygen gas injection unit 8 is disposed at a moderate distance from the target 3 toward the substrate 5, oxygen gas is introduced into the oxygen gas injection unit 8, and a gas injection port 8 a is provided so that the oxygen gas collects at approximately the center of the target 3. Adjust the supply pressure of oxygen gas. Thereby, it is possible to have a concentration gradient such that the oxygen concentration is highest in the central portion and decreases from the central portion toward the periphery, along the temperature gradient.

図1では、ガス噴出口8aをターゲット3がある下向きとしているが、酸素ガス濃度が、ターゲット3と基板5との間の空間で、ターゲット3と基板5とが対向する方向に略垂直な方向で基板中央部付近(符号F)が最も高く同心状に外側の周辺部に向かって(矢印G方向)低くなる分布であればよく、ガス噴出口8aの向きは水平方向としても良い。   In FIG. 1, the gas outlet 8 a faces downward with the target 3, but the oxygen gas concentration is a direction substantially perpendicular to the direction in which the target 3 and the substrate 5 face each other in the space between the target 3 and the substrate 5. Thus, the distribution may be a distribution in which the vicinity of the center of the substrate (reference F) is the highest and decreases concentrically toward the outer periphery (in the direction of arrow G), and the direction of the gas outlet 8a may be horizontal.

酸素ガス濃度分布は、その濃度及び勾配がガス噴出口8aの向き、ガス噴出口8aの数、ガス噴出口の大きさ、ガス供給圧の高低により調整することができる。これは、以降の第3の実施の形態においても同様である。   The concentration and gradient of the oxygen gas concentration distribution can be adjusted by the direction of the gas outlet 8a, the number of gas outlets 8a, the size of the gas outlet, and the level of the gas supply pressure. This is the same in the following third embodiment.

このように基板5の温度分布においては、基板中央部の温度が最も高く、周辺に向かって次第に低くなる勾配を持つのに対し、チャンバー1の雰囲気中で、酸素濃度分布においては、その中央部が最も高く外側周辺に向かって(矢印G方向)次第に低くなる勾配を持つ。このため、基板5に成膜されるPZT薄膜は、基板5の温度分布よっては、中央部の温度が周辺より高いため、鉛組成比は、中央部が小さく周辺部が大きくなろうとし、その一方で、酸素濃度によっては、中央部の酸素濃度が周辺より高いため、鉛組成比は中央が大きく周辺部が小さくなろうとする。   As described above, in the temperature distribution of the substrate 5, the temperature in the central portion of the substrate is the highest and has a gradient that gradually decreases toward the periphery, whereas in the atmosphere of the chamber 1, Has a gradient that is the highest and gradually decreases toward the outer periphery (in the direction of arrow G). For this reason, the PZT thin film formed on the substrate 5 has a higher central temperature than the periphery depending on the temperature distribution of the substrate 5, so that the lead composition ratio tends to be small in the central portion and large in the peripheral portion. On the other hand, depending on the oxygen concentration, the oxygen concentration at the center is higher than that at the periphery, so the lead composition ratio is large at the center and tends to be small at the periphery.

従って、基板5の温度分布と酸素濃度分布との調整により、基板5に形成される圧電体薄膜のPb組成比は、基板5の全面に亘ってばらつきが少ないものとすることができる。   Therefore, by adjusting the temperature distribution and the oxygen concentration distribution of the substrate 5, the Pb composition ratio of the piezoelectric thin film formed on the substrate 5 can be reduced over the entire surface of the substrate 5.

図1(b)では、リング状ガス配管の内側に多数のガス噴出口8aを設け、そのガス噴出口8aを等間隔としているが、これに限定されることはなく、チヤンバ1の排気口の位置や、Arガス等のスパッタガス導入口の位置を考慮し、酸素濃度が偏らず良好な分布となるように、噴出口の個数、配置を適宜決めればよい。酸素濃度がターゲット中心に効率良く集まるようガス噴出口8aにガス噴出方向の指向性を高めるためのノズルを設けても良い。   In FIG. 1B, a large number of gas outlets 8a are provided inside the ring-shaped gas pipe, and the gas outlets 8a are equally spaced. However, the present invention is not limited to this, and the exhaust port of the chamber 1 is not limited to this. In consideration of the position and the position of the sputter gas introduction port such as Ar gas, the number and arrangement of the ejection ports may be determined as appropriate so that the oxygen concentration is not unevenly distributed. A nozzle for increasing the directivity in the gas ejection direction may be provided at the gas ejection port 8a so that the oxygen concentration is efficiently collected at the center of the target.

尚、均熱板7は、均一な温度分布と高い熱応答性が得られる熱伝導が高い材料が良く、更にチヤンバ1内を汚染しないように高温耐性のある材料が好ましい。具体的な材料としては、SiC、AlN、SiNなどが挙げられる。また、スパッタ法は真空プロセスであることから、均熱板の保持方法にもよるが、スポット型ランプ6aから均熱板7への伝熱や均熱板から基板5への伝熱は輻射が支配的となる。そのため、スポット型ランプ6aから基板5へ効率よく熱を伝えるために、均熱板7の輻射率は高い方が望ましい。   The soaking plate 7 is preferably made of a material with high thermal conductivity that can obtain a uniform temperature distribution and high thermal responsiveness, and is preferably a material that is resistant to high temperatures so as not to contaminate the inside of the chamber 1. Specific examples of the material include SiC, AlN, and SiN. Further, since the sputtering method is a vacuum process, the heat transfer from the spot lamp 6a to the heat equalizing plate 7 and the heat transfer from the heat equalizing plate to the substrate 5 are radiated, although it depends on the method of holding the heat equalizing plate. Become dominant. Therefore, in order to efficiently transfer heat from the spot type lamp 6a to the substrate 5, it is desirable that the radiation rate of the soaking plate 7 is high.

(第2の実施の形態)
図2(a)は、チャンパー1等を省略し、本発明の別の実施例を示す加熱部6とガス噴射部18を有する製造装置200の主要部断面図であり、図2(b)は、基板5側からターゲット3の方向を見たときの酸素ガス噴射部18及びターゲット3の様子を示す俯瞰図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2A is a cross-sectional view of the main part of a manufacturing apparatus 200 having a heating unit 6 and a gas injection unit 18 in which the champ 1 and the like are omitted and showing another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is an overhead view showing the state of the oxygen gas injection unit 18 and the target 3 when the direction of the target 3 is viewed from the substrate 5 side.

加熱部6は、第1の実施の形態と同じであり、スポット型ランプ6a及び反射鏡6bのため、基板5の温度分布は、中央部が最も高く、周辺に向かって次第に低くなる勾配を持っている。   The heating unit 6 is the same as that in the first embodiment, and because of the spot type lamp 6a and the reflecting mirror 6b, the temperature distribution of the substrate 5 has the highest gradient at the center and gradually decreases toward the periphery. ing.

ガス噴射部18は、図2(b)にも示すように、ガス噴出口18aの先端をターゲット3の中心上部に設置して、酸素ガスをガス噴出口18aからターゲット中央部に向けて下向きに噴出するようにしてある。ターゲット3の中央部に噴出された酸素ガスは、ターゲット3の上面で中央部から周辺に向かって拡がり、酸素濃度分布は、温度勾配に沿うような、ターゲット3の中央部が最も高く、周辺に向かって低くなる勾配を持つ。   As shown in FIG. 2B, the gas injection unit 18 is configured such that the tip of the gas injection port 18a is installed at the center upper portion of the target 3 and oxygen gas is directed downward from the gas injection port 18a toward the center of the target. It is supposed to erupt. The oxygen gas ejected to the center of the target 3 spreads from the center to the periphery on the upper surface of the target 3, and the oxygen concentration distribution is highest at the center of the target 3 along the temperature gradient. It has a lower slope.

第1の実施の形態と同様に、基板5の温度分布においては、基板中央部の温度が最も高く、周辺に向かって次第に低くなる勾配を持つのに対し、酸素濃度分布においては、ターゲット3の表面の中央部の酸素濃度が最も高く外側周辺に向かって次第に低くなる勾配を持つ。   As in the first embodiment, in the temperature distribution of the substrate 5, the temperature at the center of the substrate is the highest and gradually decreases toward the periphery, whereas in the oxygen concentration distribution, the temperature of the target 3 The oxygen concentration at the center of the surface is the highest and has a gradient that gradually decreases toward the outer periphery.

このため、基板5に成膜されるPZT薄膜は、基板5の温度分布にあっては、中央部の温度が周辺より高いため、鉛組成比は、中央部が小さく周辺部が大きくなろうとし、その一方で、酸素濃度にあっては、中央部の酸素濃度が周辺より高いため、鉛組成比は中央部が大きく周辺部が小さくなろうとする。   For this reason, the PZT thin film formed on the substrate 5 has a temperature distribution of the substrate 5 whose temperature at the center is higher than that at the periphery, so that the lead composition ratio is small in the center and large in the periphery. On the other hand, with regard to the oxygen concentration, the oxygen concentration in the central portion is higher than that in the periphery, so that the lead composition ratio is large in the central portion and tends to be small in the peripheral portion.

従って、基板5の温度分布と酸素濃度分布との調整により、基板5に形成される圧電体薄膜の鉛組成比は、基板5の全面に亘ってばらつきが少ないものとすることができる。   Therefore, by adjusting the temperature distribution and oxygen concentration distribution of the substrate 5, the lead composition ratio of the piezoelectric thin film formed on the substrate 5 can be less varied over the entire surface of the substrate 5.

本実施の形態では、ガス噴射部18が、ターゲット3上に近接して、半径を示すように設置してあるため、基板5への成膜においてターゲット3からの粒子の影なって膜質分布が生じる懸念があるが、基板5をターゲット3に対し回転させることにより膜質分布を防ぐことができる。   In the present embodiment, since the gas injection unit 18 is disposed close to the target 3 so as to indicate a radius, the film quality distribution is shaded by particles from the target 3 during film formation on the substrate 5. Although there is a concern that it may occur, film quality distribution can be prevented by rotating the substrate 5 with respect to the target 3.

(第3の実施の形態)
図3(a)は、チャンパー1等を省略し、本発明の別の実施の形態を示す加熱部26とガス噴射部28を有する製造装置300の主要部断面図であり、図3(b)は、基板5側からターゲット3の方向を見たときの酸素ガス噴射部28及びターゲット3の様子を示す俯瞰図である。
(Third embodiment)
FIG. 3A is a cross-sectional view of a main part of a manufacturing apparatus 300 having a heating unit 26 and a gas injection unit 28, in which the champ 1 and the like are omitted, and showing another embodiment of the present invention. These are overhead views which show the state of the oxygen gas injection part 28 and the target 3 when seeing the direction of the target 3 from the board | substrate 5 side.

加熱部26がサークル状ランプ26aであるため基板5の温度分布は、外周側が最も高く外周側から中央部に向かって次第に温度が低くなる勾配を持つ。   Since the heating unit 26 is a circle-shaped lamp 26a, the temperature distribution of the substrate 5 has a gradient in which the outer peripheral side is the highest and the temperature gradually decreases from the outer peripheral side toward the central part.

また、図3(b)に示すように、酸素ガス噴射部28は、円形状のガス配管で、その内側に、ガス配管内に導入された酸素ガスを内向きで、且つ、ターゲット3の上面に沿うような略水平方向に噴出する複数のガス噴出口28aを備えている。このようにターゲット外周に沿って酸素ガス噴出口28aを設け、中央部に向かって酸素ガスの供給圧を調整して噴出させることにより、酸素濃度分布は、温度勾配に沿うような、ターゲット3の周辺部で最も高く、ターゲット3の周辺部から中央部に向かって低くなる勾配を持たせることができる。   Further, as shown in FIG. 3B, the oxygen gas injection unit 28 is a circular gas pipe, and the oxygen gas introduced into the gas pipe is directed inwardly on the inside thereof, and the upper surface of the target 3 Are provided with a plurality of gas ejection ports 28a ejecting in a substantially horizontal direction. In this way, by providing the oxygen gas outlets 28a along the outer periphery of the target and adjusting the supply pressure of the oxygen gas toward the center, the oxygen concentration distribution of the target 3 along the temperature gradient is adjusted. It is possible to have a gradient that is highest at the peripheral portion and decreases from the peripheral portion of the target 3 toward the central portion.

従って、本実施の形態においては、第1及び第2の実施の形態とは逆に、基板5の温度分布においては、基板周辺部の温度が最も高く、中央部に向かって次第に低くなる勾配を持つのに対し、酸素濃度分布おいては、ターゲット3の表面付近で、その外側周辺の酸素濃度が最も高く中央部に向かって次第に低くなる勾配を持つ。   Therefore, in the present embodiment, contrary to the first and second embodiments, the temperature distribution of the substrate 5 has a gradient in which the temperature around the substrate is the highest and gradually decreases toward the center. On the other hand, in the oxygen concentration distribution, the oxygen concentration in the vicinity of the outside of the target 3 is the highest and has a gradient gradually decreasing toward the center near the surface of the target 3.

このため、基板5に成膜されるPZT薄膜は、基板5の温度分布にあっては、周辺部の温度が中央部より高いため、鉛組成比は、周辺部が小さく中央部が大きくなろうとし、その一方で、酸素濃度にあっては、中央部の酸素濃度が周辺部より低いため、相対的に鉛組成比は周辺部が大きく中央部が小さくなろうとする。   For this reason, the PZT thin film formed on the substrate 5 has a temperature distribution of the substrate 5 in which the temperature of the peripheral portion is higher than that of the central portion, so that the lead composition ratio is small in the peripheral portion and large in the central portion. On the other hand, as for the oxygen concentration, since the oxygen concentration in the central portion is lower than that in the peripheral portion, the lead composition ratio is relatively large in the peripheral portion and tends to be small in the central portion.

従って、基板5の温度分布とターゲット3付近の酸素濃度分布との調整により、基板5に形成される圧電体薄膜のPb組成比は、基板5の全面に亘ってばらつきが少ないものとすることができる。   Therefore, by adjusting the temperature distribution of the substrate 5 and the oxygen concentration distribution in the vicinity of the target 3, the Pb composition ratio of the piezoelectric thin film formed on the substrate 5 may be less varied over the entire surface of the substrate 5. it can.

(実施例1)
圧電薄膜の製造装置100を用いて圧電薄膜を製造し、その圧電特性を測定した。図4に示す圧電薄膜の製造工程を用いて説明する。
Example 1
A piezoelectric thin film was manufactured using the piezoelectric thin film manufacturing apparatus 100 and its piezoelectric characteristics were measured. This will be described using the manufacturing process of the piezoelectric thin film shown in FIG.

まず、4インチの熱酸化膜付きSi基板5aに密着層としてTi(チタニウム)を厚さ20nm、更にPt(白金)を厚さ100nmとなるようにスパッタ法により成膜した(図4(a))。この際の成膜条件は、
Ti層:Ar流量10sccm、圧力0.5Pa、高周波電力200W、
Pt層:Ar流量20sccm、圧力0.2Pa、高周波電力150W、
とした。
First, an Si (titanium) film having a thickness of 20 nm and a Pt (platinum) film having a thickness of 100 nm as an adhesion layer was formed on a 4-inch Si substrate 5a with a thermal oxide film by sputtering (FIG. 4A). ). The film formation conditions at this time are as follows:
Ti layer: Ar flow rate 10 sccm, pressure 0.5 Pa, high frequency power 200 W,
Pt layer: Ar flow rate 20 sccm, pressure 0.2 Pa, high frequency power 150 W,
It was.

尚、Pt層は400℃で基板を加熱した状態で成膜している。Pt層の成膜後、XRD法(X線回折法)により結晶性を測定すると(111)面に配向していることを確認した。Ti層及びPt層5bを積層した熱酸化膜付きSi基板を、圧電薄膜を形成する基板5とする。尚、Pt層5bは下部電極として機能する。   The Pt layer is formed with the substrate heated at 400 ° C. After film formation of the Pt layer, the crystallinity was measured by the XRD method (X-ray diffraction method), and it was confirmed that it was oriented in the (111) plane. The Si substrate with a thermal oxide film in which the Ti layer and the Pt layer 5b are stacked is used as a substrate 5 on which a piezoelectric thin film is formed. The Pt layer 5b functions as a lower electrode.

次に、図1に示す製造装置100を用い、本発明に係る圧電薄膜の製造方法により基板5に厚み約3μmのPZT薄膜20を成膜した(図4(b))。加熱部6において、スポット型ランプ6aを点灯し、均熱板7を介して基板5を加熱し、温度が安定した状態で成膜した。成膜時の基板5の周辺部の温度は約550℃、中央部の温度は約600℃であった。   Next, using the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1, a PZT thin film 20 having a thickness of about 3 μm was formed on the substrate 5 by the method for manufacturing a piezoelectric thin film according to the present invention (FIG. 4B). In the heating unit 6, the spot type lamp 6 a was turned on, the substrate 5 was heated via the soaking plate 7, and the film was formed in a state where the temperature was stable. The temperature at the periphery of the substrate 5 during film formation was about 550 ° C., and the temperature at the center was about 600 ° C.

ターゲット3と基板5との距離は約50mm、ターゲットから酸素ガス噴射部8までの距離は約10mm、酸素ガス噴射部8のリング形状の内径は約170mm、酸素ガス噴射部8の管の直径は10mm、酸素ガス噴出口8aは、径4mmの穴が円周の内側を30等分割する位置にそれぞれ設けてある。   The distance between the target 3 and the substrate 5 is about 50 mm, the distance from the target to the oxygen gas injection unit 8 is about 10 mm, the inner diameter of the ring shape of the oxygen gas injection unit 8 is about 170 mm, and the diameter of the tube of the oxygen gas injection unit 8 is The 10 mm oxygen gas outlet 8 a is provided at a position where a hole with a diameter of 4 mm divides the inside of the circumference into 30 equal parts.

ターゲット3は、組成がPb1.5(Zr0.52Ti0.48)Oからなる直径6インチで、成膜条件は、Ar流量10sccm、酸素流量0.8sccm、圧力0.3Pa、高周波電力400Wとした。 The target 3 has a composition of Pb 1.5 (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O X with a diameter of 6 inches, and the film forming conditions are Ar flow rate 10 sccm, oxygen flow rate 0.8 sccm, pressure 0.3 Pa, high frequency The power was 400W.

次に、スパッタ法により上部電極21としてPt層をPZT薄膜上に形成した。この際の成膜条件は、Ar流量20sccm、圧力0.2Pa、高周波電力150W、であり、PZT薄膜の一部を露出させるようステンレス製のステンシルマスクを使って成膜した(図4(c))。   Next, a Pt layer was formed on the PZT thin film as the upper electrode 21 by sputtering. The film formation conditions at this time were an Ar flow rate of 20 sccm, a pressure of 0.2 Pa, and a high frequency power of 150 W, and the film was formed using a stainless stencil mask to expose a part of the PZT thin film (FIG. 4C). ).

次に、感光性レジスト22を厚み約3μmで塗布し、上部電極上のみが感光性レジストで覆われるようフォトリソグラフィー処理を行った(図4(d))。フォトリソグラフィー処理の際、後工程のエッチングに対して感光性レジストの耐性を上げるために現像後に約90℃のベークを行った。   Next, a photosensitive resist 22 was applied with a thickness of about 3 μm, and a photolithography process was performed so that only the upper electrode was covered with the photosensitive resist (FIG. 4D). At the time of photolithography, baking at about 90 ° C. was performed after development in order to increase the resistance of the photosensitive resist to subsequent etching.

次に、フッ硝酸を含むエッチング液を用いて、下部電極層が露出するまでエッチングしPZTの一部を除去した(図4(e))。   Next, etching was performed using an etching solution containing hydrofluoric acid until the lower electrode layer was exposed, and a part of PZT was removed (FIG. 4E).

次に、感光性レジストをアルカリ系の剥離液を用いて除去した後、圧電素子の大きさが長さ15mm、幅2mmになるようにダイシングにより個々の圧電素子に分離した(図4(f))。尚、圧電素子の分離はダイシングによるだけでなく、Siドライエッチング法によっても可能である。   Next, after removing the photosensitive resist using an alkaline stripping solution, the piezoelectric element was separated into individual piezoelectric elements by dicing so that the size of the piezoelectric element was 15 mm long and 2 mm wide (FIG. 4F). ). The piezoelectric element can be separated not only by dicing but also by Si dry etching.

次に、熱硬化性導電性ペースト23を上部電極21及び下部電極5bに設け(図4(g))、配線部材24を熱硬化性導電性ペースト23に接触させた状態で、硬化温度まで加熱させて配線部材24を上部電極21及び下部電極5bに接着した(図4(h))。   Next, the thermosetting conductive paste 23 is provided on the upper electrode 21 and the lower electrode 5b (FIG. 4G), and the wiring member 24 is heated to the curing temperature while being in contact with the thermosetting conductive paste 23. Thus, the wiring member 24 was bonded to the upper electrode 21 and the lower electrode 5b (FIG. 4H).

基板5の中央部から圧電素子を2個切り出し、可動長さが10mmのカンチレバーとなるように圧電素子の端部をクランプ30で挟んで固定した(図4(i))。さらに、上部電極をGNDとし、下部電極に最小−20Vとなる振幅10V、周波数500Hzの電圧を印加し、圧電素子の端部Aを変位観察箇所としてレーザードップラー計により変位量を測定したところ変位量は2μmであった。   Two piezoelectric elements were cut out from the center of the substrate 5 and the ends of the piezoelectric elements were clamped 30 and fixed so as to form a cantilever having a movable length of 10 mm (FIG. 4 (i)). Furthermore, when the upper electrode is set to GND, a voltage of 10 V amplitude and frequency of 500 Hz is applied to the lower electrode, and the displacement amount is measured with a laser Doppler meter using the end A of the piezoelectric element as a displacement observation point. Was 2 μm.

この圧電変位より、下記の式(1)(参照文献:I.Kanno et al. Sensors and Actuators A 107(2003)68−74)により圧電定数d31を算出した。   From this piezoelectric displacement, the piezoelectric constant d31 was calculated by the following equation (1) (reference: I. Kanno et al. Sensors and Actuators A 107 (2003) 68-74).

Figure 0005333191
Figure 0005333191

ここで、hは基板厚さ、sは薄膜PZTの弾性コンプライアンス、sは基板の弾性コンプライアンス、Lはカンチレバーの長さ、Vは印加電圧、δはカンチレバーの変位量である。よって、h=400μm、s=90GPa、s=180GPa、L=10mmより、圧電定数d31=−160pm/Vとなる。 Here, h s is the substrate thickness, the s p elastic compliance of the thin film PZT, s s is the elastic compliance of the substrate, L is the length of the cantilever, V is the applied voltage, [delta] is the displacement of the cantilever. Therefore, from h s = 400 μm, s p = 90 GPa, s s = 180 GPa, and L = 10 mm, the piezoelectric constant d31 = −160 pm / V.

同様にして、基板5の外周部から切り出した圧電素子4個について、上記と同様にして圧電定数d31を算出した。この結果、6個全ての圧電素子の圧電定数d31は、全てによる平均値の±6%以内にあり、実用的範囲と考えられる±10%以内に十分に収まっており、4インチの基板5の何れの箇所においても、特性バラツキの少ない圧電素子を形成できることが確認できた。   Similarly, the piezoelectric constant d31 was calculated in the same manner as described above for four piezoelectric elements cut out from the outer peripheral portion of the substrate 5. As a result, the piezoelectric constant d31 of all the six piezoelectric elements is within ± 6% of the average value of all, and is well within ± 10% considered to be a practical range, and the 4-inch substrate 5 It was confirmed that a piezoelectric element with little variation in characteristics could be formed at any location.

また別途、基板5にPZT薄膜を形成する(図4(b))まで上記と同じとし、その後上部電極がない圧電素子の状態でダイシングにより基板5の中央部から1個、外周部から4個切り出した。これらの圧電素子の組成を蛍光X線組成分析装置により測定した結果、基板中央部の圧電素子と周辺部の圧電素子との組成はほぼ同一であることが確認できた。   Separately, it is the same as described above until a PZT thin film is formed on the substrate 5 (FIG. 4B), and thereafter, one piece from the central portion of the substrate 5 and four pieces from the outer peripheral portion by dicing in the state of a piezoelectric element without an upper electrode. Cut out. As a result of measuring the composition of these piezoelectric elements with a fluorescent X-ray composition analyzer, it was confirmed that the compositions of the piezoelectric element in the central part of the substrate and the piezoelectric element in the peripheral part were almost the same.

1 チャンバー
2 マグネトロン・カソード
3 ターゲット
4 基板ホルダ
5 基板
6 加熱部
6a スポット型ランプ
6b 反射鏡
7 均熱板
8 酸素ガス噴射部
8a ガス噴出口
8b 噴出方向
9 高周波電源
A アルゴンガスの導入口
B 排気口
C 酸素ガスの供給路
100 製造装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Magnetron cathode 3 Target 4 Substrate holder 5 Substrate 6 Heating part 6a Spot type lamp 6b Reflector 7 Soaking plate 8 Oxygen gas injection part 8a Gas outlet 8b Ejection direction 9 High frequency power supply A Argon gas inlet B Exhaust Port C Oxygen gas supply path 100 Manufacturing equipment

Claims (7)

チタン酸ジルコン酸鉛からなるターゲットを使用し、スパッタリング法により基板の上にチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を製造する圧電体薄膜の製造方法において、
前記基板を加熱する基板加熱工程と、
前記基板加熱工程で加熱した前記基板の温度を維持し、前記スパッタリング法により前記基板の上に成膜する成膜工程と、を有し、
前記基板加熱工程では、前記基板が、所定の温度分布となるように加熱され、
前記成膜工程では、前記基板と前記ターゲットとで挟まれる空間の、前記ターゲットの面に平行な面の面内で、所定の酸素濃度分布となるように酸素が導入され、
前記基板及び前記平行な面それぞれへ前記ターゲットの面を垂直投影した場合、前記基板と前記平行な面との相互に対応する位置における前記所定の温度分布の増減方向と前記所定の酸素濃度分布の増減方向とは同じ方向であることを特徴とする圧電体薄膜の製造方法。
In the method of manufacturing a piezoelectric thin film using a target made of lead zirconate titanate and manufacturing a lead zirconate titanate thin film on a substrate by a sputtering method,
A substrate heating step for heating the substrate;
Maintaining the temperature of the substrate heated in the substrate heating step, and forming a film on the substrate by the sputtering method,
In the substrate heating step, the substrate is heated to have a predetermined temperature distribution,
In the film formation step, oxygen is introduced so as to have a predetermined oxygen concentration distribution in a plane parallel to the plane of the target in a space between the substrate and the target,
When the surface of the target is vertically projected onto each of the substrate and the parallel surface, the increase / decrease direction of the predetermined temperature distribution and the predetermined oxygen concentration distribution at positions corresponding to each other between the substrate and the parallel surface. A method of manufacturing a piezoelectric thin film, wherein the direction of increase / decrease is the same direction.
前記所定の温度分布において、前記基板に、前記ターゲットの中心が該ターゲットの面に対して垂直投影される中心位置の温度が最も高く、前記中心位置から周辺に向かって低くなることを特徴とする請求項1に記載の圧電体薄膜の製造方法。   In the predetermined temperature distribution, the temperature of the center position where the center of the target is projected perpendicularly to the surface of the target is the highest on the substrate, and decreases from the center position toward the periphery. The method for producing a piezoelectric thin film according to claim 1. 前記所定の温度分布において、前記基板に、前記ターゲットの中心が該ターゲットの面に対して垂直投影される中心位置の温度が最も低く、前記中心位置から周辺に向かって高くなることを特徴とする請求項1に記載の圧電体薄膜の製造方法。   In the predetermined temperature distribution, the temperature of the center position at which the center of the target is projected perpendicularly to the surface of the target on the substrate is lowest and increases from the center position toward the periphery. The method for producing a piezoelectric thin film according to claim 1. チタン酸ジルコン酸鉛からなるターゲットを使用し、スパッタリング法により基板の上にチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を製造する圧電体薄膜の製造方法において、
前記基板を加熱する基板加熱工程と、
前記基板加熱工程で加熱した前記基板の温度を維持し、前記スパッタリング法により前記基板の上に成膜する成膜工程と、を有し、
前記基板加熱工程では、前記基板が、所定の温度勾配を持つように加熱され、
前記成膜工程では、前記基板と前記ターゲットとで挟まれる空間の、前記ターゲットの面に平行な面の面内で、前記温度勾配に沿って、酸素が濃度勾配を持つように酸素が導入されることを特徴とする圧電体薄膜の製造方法。
In the method of manufacturing a piezoelectric thin film using a target made of lead zirconate titanate and manufacturing a lead zirconate titanate thin film on a substrate by a sputtering method,
A substrate heating step for heating the substrate;
Maintaining the temperature of the substrate heated in the substrate heating step, and forming a film on the substrate by the sputtering method,
In the substrate heating step, the substrate is heated to have a predetermined temperature gradient,
In the film forming step, oxygen is introduced so that oxygen has a concentration gradient along the temperature gradient in a plane parallel to the surface of the target in a space between the substrate and the target. A method for producing a piezoelectric thin film, comprising:
前記所定の温度勾配を持つ前記基板の上で温度が最も高い部分に対応する前記平行な面の面内での前記酸素の濃度が、最も高くなる濃度勾配を持つように酸素が導入されることを特徴とする請求項4に記載の圧電体薄膜の製造方法。   Oxygen is introduced so that the concentration of the oxygen in the plane of the parallel surface corresponding to the highest temperature portion on the substrate having the predetermined temperature gradient has the highest concentration gradient. The method for producing a piezoelectric thin film according to claim 4. チタン酸ジルコン酸鉛からなるターゲットを使用し、スパッタリング法により基板の上にチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を製造する圧電体薄膜の製造装置において、
前記基板を所定の温度分布となるように加熱し、維持する基板加熱手段と、
前記基板と前記ターゲットとで挟まれる空間の、前記ターゲットの面に平行な面の面内で、所定の酸素濃度分布となるように酸素を導入する酸素導入手段と、を備え、
前記基板及び前記平行な面それぞれへ前記ターゲットの面を垂直投影した場合、前記基板と前記平行な面との相互に対応する位置における前記所定の温度分布の増減方向と前記所定の酸素濃度分布の増減方向とは同じ方向であることを特徴とする圧電体薄膜の製造装置。
In a piezoelectric thin film manufacturing apparatus for manufacturing a lead zirconate titanate thin film on a substrate by a sputtering method using a target composed of lead zirconate titanate,
Substrate heating means for heating and maintaining the substrate to have a predetermined temperature distribution;
Oxygen introducing means for introducing oxygen so that a predetermined oxygen concentration distribution is obtained in a plane parallel to the surface of the target in a space between the substrate and the target;
When the surface of the target is vertically projected onto each of the substrate and the parallel surface, the increase / decrease direction of the predetermined temperature distribution and the predetermined oxygen concentration distribution at positions corresponding to each other between the substrate and the parallel surface. An apparatus for manufacturing a piezoelectric thin film, characterized in that the direction of increase / decrease is the same direction.
チタン酸ジルコン酸鉛からなるターゲットを使用し、スパッタリング法により基板の上にチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を製造する圧電体薄膜の製造装置において、
前記基板を所定の温度勾配を持つように加熱し、維持する基板加熱手段と、
前記基板と前記ターゲットとで挟まれる空間の、前記ターゲットの面に平行な面の面内で、前記温度勾配に沿って、酸素が濃度勾配を持つように酸素を導入する酸素導入手段と、を備えることを特徴とする圧電体薄膜の製造装置。
In a piezoelectric thin film manufacturing apparatus for manufacturing a lead zirconate titanate thin film on a substrate by a sputtering method using a target composed of lead zirconate titanate,
Substrate heating means for heating and maintaining the substrate to have a predetermined temperature gradient;
Oxygen introducing means for introducing oxygen so that oxygen has a concentration gradient along the temperature gradient in a plane parallel to the surface of the target in a space between the substrate and the target; An apparatus for manufacturing a piezoelectric thin film, comprising:
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JPH03267369A (en) * 1990-03-19 1991-11-28 Fujitsu Ltd Sputtering device
JP3332839B2 (en) * 1997-02-19 2002-10-07 キヤノン株式会社 Thin film forming apparatus and thin film forming method using the same
JP2007308782A (en) * 2006-05-22 2007-11-29 Konica Minolta Holdings Inc Manufacturing method of titanic acid zirconic acid lead film

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