[发明专利]形成多层膜的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种形成多层膜的方法及装置。

背景技术

铅基钙钛矿复合氧化物(下文简称为铅基复合氧化物)具有极优的压电特性和介电特性，因此用于诸如传感器和致动器等各种类型的电子器件中。在现有技术中，各种类型的包括铅基复合氧化物的元件通过对铅基复合氧化物的烧结体进行机械加工而形成。

近年，在电子设备制造领域，由于电子器件的小型化和MEMS(微电子机械系统)技术的进步，需要更薄的铅基复合氧化物膜。用来获得更薄的铅基复合氧化物膜的公知工艺包括溅射、溶胶-凝胶、CVD和激光磨削。然而，通过这些工艺获得的铅基复合氧化物的薄膜与通过机械加工得到的铅基复合氧化物相比，都很难得到足够的介电特性和压电特性。

在铅基复合氧化物薄膜的制造领域，已提出方案来改进现有技术中的压电特性和介电特性。专利文献1公开了锆钛酸铅(PZT)薄膜的形成，该薄膜的厚度大于预先想要的薄膜厚度。通过进行反向溅射蚀刻将铅(Pb)多余层从PZT薄膜的表面去除。这样将PZT薄膜处理成想要的膜厚。在这种情况下，根据Pb多余层的去除量可以改进PZT薄膜的压电特性和介电特性。专利文献2公开了一种通过将钒(V)、铌(Nb)、碳(C)、氮(N)或氮化硼(BN)中的至少一种添加到PZT薄膜的组成元素中来改进压电特性和介电特性。

通常铅基复合氧化物只有在钙钛矿相时才显示想要的压电特性和介电特性。在准稳定烧绿石相时，介电常数变得低于钙钛矿相并且几乎不显示压电特性。

如果铅基复合氧化物沉积在电极层上，在铅基复合氧化物层和电极层之间的界面形成烧绿石相。一旦形成烧绿石相，即使当进行高温退火处理时，处于烧绿式石相的铅基复合氧化物也很难转变成钙钛矿相。因此，当降低铅基复合氧化物层的厚度(例如降到5.0μm或以下)时，由于烧绿石相的影响，铅基复合氧化物薄膜使介电特性和压电特性恶化。

图7示出了与PZT层的厚度对应的相对介电常数和介电损失。图8示出了与PZT层的厚度对应的压电常数。如图7和8所示，因为随着膜厚度变薄、烧绿石相的影响变大，PZT层使相对介电常数降低，并且增加了介电损失。并且，随着膜厚度变薄，PZT层使压电常数降低。

从而，较薄的铅基复合氧化物膜使介电特性和压电特性恶化。这样对电子器件的电性带来不利影响。

【专利文献1】公开号为7-109562的日本专利申请公开

【专利文献2】公开号为2003-212545的日本专利申请公开

发明内容

本发明提供一种形成多层薄膜的方法和形成多层薄膜的装置，其提高了由铅基钙钛矿复合氧化物组成的薄膜的介电特性和压电特性。

本发明的第一方面是一种用于形成多层膜的多层膜形成方法，所述多层膜包括电极层和铅基钙钛矿复合氧化物层。所述方法包括通过溅射包含贵重金属的第一靶材在基片上形成所述电极层，以及通过溅射包含铅的第二靶材在所述电极层上叠置所述铅基钙钛矿复合氧化物层。所述形成电极层包括形成厚度为10到30nm的所述电极层。

本发明的第二方面是一种多层膜形成装置，其具有第一成膜单元，所述第一成膜单元包括包含贵重金属的第一靶材，并溅射所述第一靶材以在基片上形成电极层。第二成膜单元，其包括包含铅的第二靶材，并溅射所述第二靶材以在所述电极层上形成铅基钙钛矿复合氧化物层。搬送单元连接至所述第一成膜单元和第二成膜单元，并将所述基片搬送到所述第一成膜单元和第二成膜单元。控制单元驱动所述搬送单元、第一成膜单元和第二成膜单元。所述控制单元驱动所述第一成膜单元以在所述基片上形成厚度为10nm到30nm的所述电极层。

附图说明

图1是示意性地示出成膜装置的平面图；

图2是示出图2的成膜装置的电气配置的电路方框图；

图3(a)是示出制造多层膜的下部电极层的工序图；

图3(b)是示出制造多层膜的铅基复合氧化物层的工序图；

图3(c)是示出制造多层膜的上部电极层的工序图；

图4示出了多层膜的X-射线衍射光谱；

图5是示出多层膜的相对介电常数和介电损失的图；

图6是示出多层膜的压电常数的图；

图7是示出现有技术例中多层膜的相对介电常数和介电损失的图；及

图8是示出现有技术惯用例的压电常数的图。

具体实施方式

现在说明根据本发明的形成多层膜的装置的一个实施方式。图1是示意性示出用作多层膜形成装置的成膜装置10的平面图。