本發(fā)明涉及制造使用了鋯鈦酸鉛（PZT）的PZT薄膜層疊體的技術(shù)。

背景技術(shù)：

由具有優(yōu)越的壓電性，鐵電性（ferroelectricity）的鋯鈦酸鉛（Pb（Zr，Ti）O₃）即PZT構(gòu)成的薄膜活用其鐵電性，作為非易失性存儲(chǔ)器（FeRAM）用途來使用。

進(jìn)而，近年來，通過與MEMS技術(shù)的融合，MEMS壓電元件正在被實(shí)用化。作為主要設(shè)備，噴墨頭（執(zhí)行器（actuator））或角速度傳感器，陀螺傳感器（gyro sensor）等應(yīng)用廣泛。

雖然為具有各種特性的PZT薄膜，但是，作為對(duì)該特性較大地造成影響的特性，存在晶體取向性。

關(guān)于PZT薄膜，已知物理常數(shù)由于其取向方向而不同，特別是在四方晶系（ tetragonal system）中，通過得到與偏振軸（polarization axis）平行的c軸（001）取向而示出高的壓電性、鐵電性。

進(jìn)而，示出鐵電性的內(nèi)部區(qū)域（域）的旋轉(zhuǎn)較大地有助于壓電性，因此，相對(duì)于偏振軸正交的a軸（100）在高電場(chǎng)下進(jìn)行90°旋轉(zhuǎn)而具有與c軸單一取向相比高的壓電性的情況在近年來變得明顯。

像這樣，對(duì)于PZT薄膜的特性，晶體的取向性較大地進(jìn)行影響，其控制變?yōu)橹匾恼n題。

本發(fā)明者以往以向φ8英寸Si基板成膜的PZT膜的取向控制為目的，討論P(yáng)ZT薄膜的成膜條件或種子層的最適合化，取向控制取得了成功。

但是，在PZT薄膜的取向原理中不明點(diǎn)依然很多，其闡明成為緊急任務(wù)。

另一方面，作為使PZT成膜困難的主要原因，存在如下的方面：在PZT成膜時(shí)，生成作為雜質(zhì)相的燒綠石（pyrochlore）相。

即，燒綠石相為順電體，因此，引起PZT薄膜的介電常數(shù)或壓電特性的劣化。

因此，如何得到鈣鈦礦單相的PZT薄膜這樣的情況也在薄膜形成中成為重要的技術(shù)。

另一方面，在將鈣鈦礦氧化物用作種子層的實(shí)驗(yàn)中，未確認(rèn)燒綠石相的生成，此外，成為種子層的取向與PZT取向一致的外延（epitaxy）。

在該情況下，能夠通過種子層（緩沖層）的引入而取向，但是存在各種課題。

例如，在引入種子層的情況下，需要種子層自身的單一取向，但是，存在單一取向難而成為若干個(gè)（110）面等混合后的取向這樣的問題。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：國(guó)際公開第2012/046705號(hào)；

專利文獻(xiàn)2：國(guó)際公開第2012/046706號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

本發(fā)明是為了解決這樣的以往的技術(shù)的課題而完成的，其目的在于提供一種在通過濺射形成PZT薄膜時(shí)在不使用以往的種子層的情況下抑制作為雜質(zhì)相的燒綠石相的生成的技術(shù)。

用于解決課題的方案

為了達(dá)成上述目的而完成的本發(fā)明是，一種PZT薄膜層疊體，其中，具有：鉑電極層，在半導(dǎo)體基體上經(jīng)由由鈦氧化物構(gòu)成的鉑緊貼層而設(shè)置；鈦薄膜層，形成在該鉑電極層上；以及PZT薄膜層，形成在該鈦薄膜層上。

在本發(fā)明中，在所述鈦薄膜層的厚度為1nm以上10nm以下的情況下也是有效的。

此外，本發(fā)明是，一種PZT薄膜層疊體，其中，具有：鉑層，在半導(dǎo)體基體上經(jīng)由由鈦構(gòu)成的鉑緊貼層而設(shè)置；以及PZT薄膜層，形成在該鉑層上。

在本發(fā)明中，在所述由鈦構(gòu)成的鉑緊貼層的厚度為5nm以上18nm以下的情況下也是有效的。

另一方面，本發(fā)明是，一種PZT薄膜層疊體的制造方法，制造PZT薄膜層疊體，其中，準(zhǔn)備經(jīng)由由鈦氧化物構(gòu)成的鉑緊貼層而設(shè)置有鉑電極層的半導(dǎo)體基體，并且，所述方法具有：第一工序，在真空中通過濺射在所述半導(dǎo)體基體上的所述鉑電極層上形成鈦薄膜層；以及第二工序，在真空中通過濺射在所述鈦薄膜層上形成PZT薄膜層，在所述第一工序與所述第二工序之間，將形成有所述鈦薄膜層的該半導(dǎo)體基體配置在真空環(huán)境下。

發(fā)明效果

根據(jù)以上敘述的本發(fā)明，能夠在通過濺射形成PZT薄膜時(shí)在不使用以往的種子層的情況下抑制作為雜質(zhì)相的燒綠石相的生成。

此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提高PZT薄膜層疊體的生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的PZT薄膜層疊體的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖2是示出本發(fā)明的PZT薄膜層疊體的另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖3（a）～（c）是示出對(duì)通過實(shí)施例1、2和比較例1形成的PZT薄膜層使用X射線衍射法來評(píng)價(jià)晶體取向性后的結(jié)果的圖。

圖4（a）～（b）是示出對(duì)通過實(shí)施例1A、1B、實(shí)施例2A、2B形成的PZT薄膜層使用X射線衍射法來評(píng)價(jià)晶體取向性后的結(jié)果的圖。

圖5是示出在Pt電極層上形成有膜厚1nm的Ti薄膜層的實(shí)施例1的PZT薄膜上形成使用了Pt的MIM構(gòu)造來作為上部電極層并進(jìn)行電特性、壓電特性的評(píng)價(jià)后的結(jié)果的圖。

圖6（a）～（c）是示出對(duì)通過實(shí)施例3和比較例2、3形成的PZT薄膜層使用X射線衍射法來評(píng)價(jià)晶體取向性后的結(jié)果的圖。

圖7（a）～（f）是示出對(duì)通過實(shí)施例3和比較例2、3形成的PZT薄膜層利用SEM觀察來進(jìn)行微構(gòu)造解析后的結(jié)果的圖。

圖8是示出在實(shí)施例3和比較例2、3的PZT薄膜層上形成使用了Pt的MIM構(gòu)造來作為上部電極并進(jìn)行電特性、壓電特性的評(píng)價(jià)后的結(jié)果的圖。

圖9是用于說明Pt納米面（nano facet）上的PTO的形成的圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖來對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的方式進(jìn)行說明。

圖1是示出本發(fā)明的PZT薄膜層疊體的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

如圖1所示，本實(shí)施方式的PZT薄膜層疊體1是設(shè)置在例如Si基板（半導(dǎo)體基體）10上的PZT薄膜層疊體。

在該P(yáng)ZT薄膜層疊體1中，作為鉑（Pt）緊貼層的鈦氧化物（TiO_X）層（以下，稱為“TiO_X層”。）4、由鉑（Pt）構(gòu)成的電極層（以下稱為“Pt電極層”。）5、由鈦（Ti）構(gòu)成的薄膜層（以下，稱為“Ti薄膜層”。）6、以及PZT薄膜層7以此順序形成在形成于Si基板10上的二氧化硅（SiO₂）層（以下，稱為“SiO₂層”。）3上。

再有，Pt電極層5在構(gòu)成設(shè)備的情況下作為下部電極層發(fā)揮作用，在該情況下，在PZT薄膜層7上設(shè)置上部電極層8。

在本實(shí)施方式中，在Pt電極層5與PZT薄膜層7之間形成Ti薄膜層6來代替以往的種子層（seed layer）。

關(guān)于該Ti薄膜層6，優(yōu)選形成為1nm以上10nm以下的厚度。

當(dāng)Ti薄膜層6的厚度為不足1nm時(shí)，難以抑制燒綠石（pyrochlore）相的生成，并且，難以充分地進(jìn)行PZT薄膜的（001）/（100）取向。

另一方面，當(dāng)Ti薄膜層6的厚度超過10nm時(shí)，存在PZT的結(jié)晶性劣化這樣的問題。

在本發(fā)明的情況下，關(guān)于形成Ti薄膜層6的方法，并未被特別限定，但是，從提高生產(chǎn)效率并確保膜厚和膜質(zhì)的均勻性的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選使用濺射（sputtering）法。

在該情況下，從確保Ti的結(jié)晶性而不使氧化物形成的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選使用能夠進(jìn)行低壓力濺射（<1Pa）和高真空（<1E-4Pa）排氣的成膜裝置。

進(jìn)而，PZT薄膜層7能夠通過RF濺射法形成。

在該情況下，將濺射時(shí)的基板的溫度加熱到600℃。

此外，在形成Ti薄膜層6之后形成PZT薄膜層7的情況下，優(yōu)選將形成有Ti薄膜層6的該Si基板10配置在真空環(huán)境下。

由此，能夠阻止Ti薄膜層6的氧化，防止PZT薄膜層7的晶體取向性的劣化。

圖2是示出本發(fā)明的PZT薄膜層疊體的另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的剖面圖，對(duì)與上述實(shí)施方式共同的部分標(biāo)注同一附圖標(biāo)記，并省略其詳細(xì)的說明。

如圖2所示，本實(shí)施方式的PZT薄膜層疊體2是設(shè)置在例如Si基板10上的PZT薄膜層疊體，SiO₂層3、由鈦（Ti）薄膜構(gòu)成的鉑緊貼層（以下，稱為“Ti薄膜緊貼層”。）9、Pt電極層5、以及PZT薄膜層7以此順序形成在Si基板10上。

在本實(shí)施方式中，代替圖1所示的TiO_X層4而形成Ti薄膜緊貼層9來作為鉑緊貼層，在Pt電極層5上直接形成PZT薄膜層7。

關(guān)于該Ti薄膜緊貼層9，優(yōu)選形成為5nm以上18nm以下的厚度。

當(dāng)Ti薄膜緊貼層9的厚度為不足5nm時(shí)，難以抑制燒綠石相的生成，并且，難以充分地進(jìn)行PZT薄膜的（001）/（100）取向。

另一方面，當(dāng)Ti薄膜緊貼層9的厚度超過18nm時(shí)，存在PZT的結(jié)晶性劣化這樣的問題。

在本發(fā)明的情況下，關(guān)于形成Ti薄膜緊貼層9的方法，并未被特別限定，但是，從提高生產(chǎn)效率并確保膜厚和膜質(zhì)的均勻性的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選使用濺射法。

在該情況下，從確保Ti的結(jié)晶性的觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選以低壓力濺射（<1Pa）進(jìn)行。

實(shí)施例

以下，將本發(fā)明的實(shí)施例與比較例一起說明。

〔實(shí)施例1〕

＜Ti薄膜層的形成＞

使用了第一評(píng)價(jià)用基板，在所述第一評(píng)價(jià)用基板中，厚度0.1μm的SiO₂層、作為鉑緊貼層的厚度0.03μm的TiO_x層、以及厚度0.1μm的Pt電極層以此順序形成在直徑8英寸的Si基板上。

使用該第一評(píng)價(jià)用基板并且通過DC濺射法而在Pt電極層上形成了膜厚1nm的Ti薄膜層。

在該情況下，將Ti靶用作濺射靶（sputtering target），將氬氣用作濺射氣體而做成壓力0.16Pa，此外，基板溫度為25℃。

＜PZT薄膜層的形成＞

在Pt電極層上形成膜厚1nm的Ti薄膜層之后，將該基板配置在真空環(huán)境中，通過RF磁控濺射（magnetron sputtering）法在Ti薄膜層上形成了膜厚2μm的PZT薄膜層。

在該情況下，使用ULVAC公司的ULVAC材料（material）事業(yè)部制的Pb30％過剩靶（Pb1.3Zr0.52Ti0.48O₃）來作為濺射靶，此外，使用了濺射裝置（ULVAC公司制 SME-200，SME-200E）的電介質(zhì)用模塊。

此外，關(guān)于PZT薄膜層的成膜條件，將氬氣用作濺射氣體而做成壓力0.5Pa，此外，基板溫度為600℃。

〔實(shí)施例2〕

作為評(píng)價(jià)用基板，使用形成了厚度5nm的Ti薄膜緊貼層來代替作為上述第一評(píng)價(jià)用基板的鉑緊貼層的TiO_x層的第二評(píng)價(jià)用基板，通過與實(shí)施例1相同的成膜條件，在Pt電極層上直接形成了膜厚2μm的PZT薄膜。

Ti薄膜緊貼層通過DC濺射法來形成。

在該情況下，將Ti靶用作濺射靶，將氬氣用作濺射氣體而做成壓力0.16Pa，此外，基板溫度為25℃。

〔比較例1〕

使用上述第一評(píng)價(jià)用基板并且通過RF磁控濺射法而在Pt電極層上直接形成了膜厚2μm的PZT薄膜層。

在該情況下，成膜條件與實(shí)施例1為相同。

＜PZT薄膜層的晶體取向性的評(píng)價(jià)結(jié)果＞

對(duì)通過實(shí)施例1、2和比較例1形成的PZT薄膜層使用X射線衍射法來評(píng)價(jià)了晶體取向性。在圖3（a）～（c）中示出其結(jié)果。

如圖3（c）所示，已知在Pt電極層上形成有膜厚1nm的Ti薄膜層而在該Ti薄膜層上形成有膜厚2μm的PZT薄膜層的實(shí)施例1的情況下得到作為目的的（001）/（100）取向。

此外，也未產(chǎn)生作為雜質(zhì)相的燒綠石相。

此外，如圖3（b）所示，已知在代替作為鉑緊貼層的TiO_x層而設(shè)置了厚度5nm的Ti薄膜緊貼層的實(shí)施例2的情況下，也得到作為目的的（001）/（100）取向，此外，也未產(chǎn)生作為雜質(zhì)相的燒綠石相。

與此相對(duì)地，如圖3（a）所示，在Pt電極層上直接形成有膜厚2μm的PZT薄膜層的比較例1的情況下，示出PZT（111）取向，此外，也出現(xiàn)作為雜質(zhì)相的燒綠石相。

該燒綠石相為順電體，存在于PZT薄膜層中，由此，成為壓電性減少的主要原因。

該現(xiàn)象能夠如以下那樣考察。

即，認(rèn)為：在將PZT薄膜層直接成膜在Pt電極層上的情況下，由于PbO的再次蒸發(fā)和向Pt電極層中的Pb的擴(kuò)散而在濺射初始層中Pb欠缺，生成了燒綠石相。

此外，已知PtPb_x合金在低溫下也形成，預(yù)想在作為PZT薄膜層的成膜溫度的600℃下容易形成。

此次認(rèn)為：雖然預(yù)料在成膜中的PbO的再次蒸發(fā)而使用Pb30％過剩靶，但是，由于在Pt電極層界面也發(fā)生擴(kuò)散，所以變得Pb欠缺。

再有，當(dāng)再增加靶的Pb裝入量時(shí)，存在PZT薄膜層中的Pb變得過剩而招致泄漏電流量的増加或絕緣耐壓的降低的可能性。

與此相對(duì)地，認(rèn)為：在Ti薄膜層存在于Pt電極層上的實(shí)施例1的情況下，在Pb向Pt電極層中擴(kuò)散以前，所濺射的Pb，O粒子和Pt電極層上的Ti原子進(jìn)行反應(yīng)，將該Ti原子作為核來形成PTO，抑制了燒綠石相的生成。

另一方面，在實(shí)施例2中，利用在Pt中Ti原子容易擴(kuò)散的情況。即，認(rèn)為在Pt電極層的成膜中或者PZT薄膜層的成膜前的基板加熱時(shí)，Pt電極層的基底的Ti薄膜緊貼層中的Ti原子經(jīng)由Pt電極層擴(kuò)散到表面而有助于該Ti原子與所濺射的Pb，O粒子的反應(yīng)。

再有，Takahara等作出了能夠通過在Pt電極上對(duì)SrTiO₃進(jìn)行5nm成膜來抑制向Pt電極中的Pb擴(kuò)散的報(bào)告（參照Thin Solid Films, 516（2008）8393）。

＜PZT薄膜層的晶體取向性的厚度依賴性＞

〔實(shí)施例1A〕

除了使Pt電極層上的Ti薄膜層的厚度為5nm以外，在與實(shí)施例1相同的條件下形成了PZT薄膜層。

〔實(shí)施例1B〕

除了使Pt電極層上的Ti薄膜層的厚度為10nm以外，在與實(shí)施例1相同的條件下形成了PZT薄膜層。

〔實(shí)施例2A〕

除了使Ti薄膜緊貼層的厚度為10nm以外，在與實(shí)施例2相同的條件下形成了PZT薄膜層。

〔實(shí)施例2B〕

除了使Ti薄膜緊貼層的厚度為18nm以外，在與實(shí)施例2相同的條件下形成了PZT薄膜層。

＜評(píng)價(jià)結(jié)果＞

對(duì)通過實(shí)施例1A、1B、實(shí)施例2A、2B形成的PZT薄膜層使用X射線衍射法來評(píng)價(jià)了晶體取向性。在圖4（a）（b）中示出其結(jié)果。

如圖4（a）（b）所示，即使在相對(duì)于實(shí)施例1、2而如實(shí)施例1A、1B和實(shí)施例2A、2B那樣使膜厚増加的情況下，也在全部的情況下為PZT（001）/（100）取向，也未出現(xiàn)燒綠石相的生成。

其結(jié)果是，確認(rèn)了在本發(fā)明中在Ti薄膜層形成于Pt電極層上的情況下能夠使該Ti薄膜層的厚度為1nm以上10nm以下。

在該情況下，關(guān)于Ti薄膜層的最適合的膜厚，確認(rèn)了使Pt電極層上的Ti薄膜層的厚度為1nm的實(shí)施例1的晶體取向性最好。

另一方面，確認(rèn)了在本發(fā)明中在形成了Ti薄膜緊貼層的情況下能夠使該Ti薄膜緊貼層的厚度為5nm以上18nm以下。

＜PZT薄膜層的電特性、壓電特性的評(píng)價(jià)＞

〔實(shí)施例1-1〕

在Pt電極層上形成有膜厚1nm的Ti薄膜層的實(shí)施例1的PZT薄膜上形成使用了Pt的MIM（metal-insulator-metal，金屬-絕緣體-金屬）構(gòu)造來作為上部電極層，進(jìn)行了電特性、壓電特性的評(píng)價(jià)。在圖5中示出其結(jié)果。

〔實(shí)施例2-1〕

在作為鉑緊貼層而設(shè)置有厚度5nm的Ti薄膜緊貼層的實(shí)施例2的PZT薄膜上形成使用了Pt的MIM構(gòu)造來作為上部電極，進(jìn)行了電特性、壓電特性的評(píng)價(jià)。在圖5中示出其結(jié)果。

如圖5所示，與使作為鉑緊貼層的Ti薄膜緊貼層的厚度最薄為5nm的實(shí)施例2-1比較，使Pt電極層上的Ti薄膜層的厚度最薄為1nm的實(shí)施例1-1的壓電常數(shù)變大。

由此，確認(rèn)了：與形成Ti薄膜緊貼層來作為鉑緊貼層的情況相比，在Pt電極層上形成有Ti薄膜層更提高壓電特性。

＜Ti薄膜層的氧化狀態(tài)與PZT薄膜層的晶體取向性的關(guān)系＞

從提高生產(chǎn)技術(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，改變?cè)赑t電極層上成膜的Ti薄膜層的氧化狀態(tài)來進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

這是將在形成Ti薄膜層的成膜腔室與形成PZT薄膜層的成膜腔室間是否需要真空連續(xù)輸送這樣的裝置結(jié)構(gòu)所涉及的數(shù)據(jù)取得作為目的。

〔實(shí)施例3〕

在第一真空槽內(nèi)，在與實(shí)施例1相同的條件下在Pt電極層上形成了膜厚1nm的Ti薄膜層之后，立即在真空環(huán)境中輸送基板，在第二真空槽內(nèi)，在與實(shí)施例1相同的條件下在Ti薄膜層上形成了膜厚2μm的PZT薄膜層。

〔比較例2〕

在真空中，在與實(shí)施例1相同的條件下在Pt電極層上形成了膜厚1nm的Ti薄膜層之后，將該基板敞開在大氣中1小時(shí)。

之后，在真空中，在與實(shí)施例1相同的條件下在Ti薄膜層上形成了膜厚2μm的PZT薄膜層。

〔比較例3〕

在真空中，在與實(shí)施例1相同的條件下在Pt電極層上形成了膜厚1nm的Ti薄膜層之后，在溫度750℃、氧環(huán)境化下進(jìn)行了1分鐘退火（anneal）。

之后，在真空中，在與實(shí)施例1相同的條件下在Ti薄膜層上形成了膜厚2μm的PZT薄膜層。

＜晶體取向性的評(píng)價(jià)結(jié)果＞

對(duì)通過實(shí)施例3和比較例2、3形成的PZT薄膜層使用X射線衍射法來評(píng)價(jià)了晶體取向性。在圖6（a）～（c）中示出其結(jié)果。

此外，對(duì)通過實(shí)施例3和比較例2、3形成的PZT薄膜層通過SEM觀察來進(jìn)行了微構(gòu)造解析。在圖7（a）～（f）中示出其結(jié)果。

如圖6（a）所示，關(guān)于將向Pt電極層上的Ti薄膜層的形成和向Ti薄膜層上的PZT薄膜層的形成均在真空中連續(xù)地進(jìn)行的實(shí)施例3，與上述的實(shí)施例1同樣地確認(rèn)了PZT薄膜層的良好的晶體取向性。

另一方面，如圖6（b）所示，關(guān)于在真空中在Pt電極層上形成了Ti薄膜層之后將基板敞開在大氣中1小時(shí)的比較例2，看出（001）/（100）取向的強(qiáng)度降低。

這是認(rèn)為：通常，5nm以下的Ti薄膜的表面積大而反應(yīng)性高，因此，在大氣中被自然氧化，其結(jié)果是，PZT薄膜的晶體取向性劣化。

進(jìn)而，如圖6（c）所示，關(guān)于在真空中在Pt電極層上形成了Ti薄膜層之后在溫度750℃、氧環(huán)境化下進(jìn)行了1分鐘退火的比較例3，確認(rèn)了生成燒綠石相，并且，成為PZT（111）取向。

這是示出與在Pt電極層上直接形成有PZT薄膜層的比較例1同樣的趨勢(shì)的結(jié)果（參照?qǐng)D3（a））。

這是在Pt電極層界面Pb欠缺的情況下，TiO_x與燒綠石相一起在界面生成。認(rèn)為其結(jié)果是成為PZT（111）取向（參照J(rèn)ournal of Applied Physics, 100（2006）051605）。

另一方面，如圖7（e）所示，在向Pt電極層上的Ti薄膜層形成后進(jìn)行大氣敞開的比較例2中，在PZT薄膜層的表面觀察到裂縫的產(chǎn)生。

這是被推測(cè)為，在PZT薄膜的形成時(shí)H₂O分壓高的情況下，存在由于氫（H）的影響而引起膜剝離的情況，在大氣敞開時(shí)在Ti薄膜層表面生成氫氧化物，由此，不是會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象嗎。

進(jìn)而，如圖7（c）（f）所示，在Pt電極層上形成了Ti薄膜層之后進(jìn)行了退火的比較例3的情況下，在微構(gòu)造中也表現(xiàn)出結(jié)晶性和取向性與實(shí)施例3完全不同的情況。

關(guān)于該方面，在生成了燒綠石相的情況或（111）取向的情況下柱狀構(gòu)造變大的情況根據(jù)我們以前的實(shí)驗(yàn)也變得明顯。

＜Ti薄膜層的氧化狀態(tài)與PZT薄膜層的電特性、壓電特性的關(guān)系＞

〔實(shí)施例3-1、比較例2-1、比較例3-1〕

在實(shí)施例3和比較例2、3的PZT薄膜層上形成使用了Pt的MIM構(gòu)造來作為上部電極，進(jìn)行了電特性、壓電特性的評(píng)價(jià)。在圖8中示出其結(jié)果。

如圖8所示，與在真空中進(jìn)行了向Ti薄膜層上的PZT薄膜的形成的實(shí)施例3-1相比在Ti薄膜層形成后進(jìn)行了大氣敞開的比較例2-1的壓電常數(shù)-e₃₁更大，但是，這是認(rèn)為由于在膜中產(chǎn)生裂縫而機(jī)械性的剛性減少而變得容易變形的情況不是原因嗎。

但是，關(guān)于存在裂縫的膜，由于產(chǎn)生在機(jī)械的穩(wěn)定性中存在問題的情況或從電極的PZT膜剝離，所以不是優(yōu)選的。

如以上敘述那樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠確認(rèn)能夠進(jìn)行在PZT薄膜的濺射成膜中成為問題的燒綠石相的抑制和晶體取向控制。

而且，特別地從實(shí)施例1和實(shí)施例3的結(jié)果可知，通過在Pt電極層上對(duì)Ti薄膜層進(jìn)行1nm成膜，從而能夠得到燒綠石相的抑制和（001）/（100）單一取向的PZT薄膜層。

認(rèn)為這是因?yàn)?，在真空中，在Pt電極層上進(jìn)行Ti薄膜層和PZT薄膜層的連續(xù)成膜，由此，在Pt電極層的界面生成了PTO。

關(guān)于該方面，Muralt等指出了：在PZT的初始成核中，形成臨界半徑小的PTO，接著PZO與PTO固溶，由此，形成PZT（參照J(rèn)ournal of Applied Physics, 100（2006）051605）。

如果基于該考慮，則在此次的實(shí)施例中得到的PZT薄膜中，在Pt電極層和PZT的界面未檢測(cè)到PTO。

在此，殘留1個(gè)疑問。為如下這樣的方面：在真空連續(xù)成膜中生成PTO的情況下，為何得到（001）/（100）取向的膜。

關(guān)于該方面，已知Muralt等計(jì)算在Pt電極層上的PTO的生核頻度（參照表1），關(guān)于與PTO（111）比較的PTO（100），臨界半徑，成核的能壘（energy barrier）都為優(yōu)勢(shì)。

[表1]

表1. 在Pt電極上的PTO的晶面取向（crystal plane orientation）和生成核

在此，最應(yīng)注目的方面是生核頻度。

在表1中，得到PTO中的（100）面的生核頻度相對(duì)于（111）面大約300倍的結(jié)果。

此外，Matsuo等注目于Pt表面的納米面，對(duì)PTO的晶體取向進(jìn)行了討論（參照?qǐng)D9）。

已知Pt在通常的情況下向表面能量小的（111）自我取向（self-orientation）。本發(fā)明者所成膜的Pt電極層也為（111）單一取向。

在Pt電極層表面存在許多納米面，向基板的平面外（out-of-plane）（111）取向的膜的納米面為（100）面（參照在圖9中（a）中示出的部分。為了對(duì)比而記載了在（b）中示出的部分。）。

認(rèn)為本發(fā)明是在該納米面PTO進(jìn)行（100）取向這樣的發(fā)明，并且，是根據(jù)這樣的取向原理的發(fā)明。

然后，根據(jù)這樣的本發(fā)明，能夠在真空中在Pt電極層上進(jìn)行Ti薄膜層和PZT薄膜層的連續(xù)成膜，因此，能夠提高PZT薄膜層疊體的生產(chǎn)效率。

附圖標(biāo)記的說明

1…PZT薄膜層疊體

2…PZT薄膜層疊體

3…SiO₂層

4…TiO_X層

5…Pt電極層

6…Ti薄膜層

7…PZT薄膜層

9…Ti薄膜緊貼層

10…Si基板（半導(dǎo)體基體）。