(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に置かれた成膜材料を蒸発させるとともに、前記真空容器内に反応ガス及びプラズマ電子流を導入し、成膜材料のカチオンをプラズマで活性化して基板に堆積させるイオンプレーティング成膜方法において、
１種の薄膜を形成する複数の成膜材料をそれぞれ独立した蒸発源として配置し、これら蒸発源と対向する位置で基材を回転させながら、基材上に、前記複数の成膜材料を順次蒸着させて前記基板上で反応させる工程を繰り返し、前記複数の成膜材料を組成中に含む１つの化合物からなる前記薄膜を形成することを特徴とするイオンプレーティング成膜方法。
【請求項２】
請求項１記載のイオンプレーティング成膜方法において、
複数の成膜材料のうち１の成膜材料を蒸着させる工程と次の１の成膜材料を蒸着させる工程との間に、成膜材料を蒸着させない工程を含むことを特徴とするイオンプレーティング成膜方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のイオンプレーティング成膜方法において、
複数の成膜材料の蒸発源とプラズマとの間に、前記複数の蒸発源から発生する成膜材料の移動を制御する制御板を配置したことを特徴とするイオンプレーティング成膜方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のイオンプレーティング成膜方法であって、
成膜材料として、ペロブスカイト型酸化物圧電体薄膜を形成する材料を用いることを特徴とするイオンプレーティング成膜方法。
【請求項５】
請求項４に記載のイオンプレーティング成膜方法であって、
成膜材料が、Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを含み、前記反応ガスが酸素を含むことを特徴とするイオンプレーティング成膜方法。
【請求項６】
真空容器と、当該真空容器内に設置され、複数の成膜材料をそれぞれ蒸発させる複数の蒸発源と、前記真空容器内に、前記蒸発源と対向して配置され、１ないし複数の基板を保持する基板保持手段と、前記真空容器内に反応ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内にプラズマを導入するプラズマ導入手段とを備えたイオンプレーティング法による成膜装置であって、
前記基板保持手段を回転させる回転機構を有し、
前記基板保持手段と前記蒸発源との間であって、前記真空容器内に生成されるプラズマ流より前記蒸発源に近い位置に、前記複数種の成膜材料を前記基板上に順次蒸着させる制御板を配置し、
前記制御板は前記蒸発源上で常に開口状態にある複数の開口部を有するものであり、
順次蒸着された複数の成膜材料を基板上で反応させて、前記複数の成膜材料を組成中に含む１つの化合物からなる薄膜を製造することを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
請求項６に記載の成膜装置であって、
前記複数の蒸発源は、前記回転機構の回転軸と同軸上に中心を持つ同心円上に配置され、前記制御板の前記複数の開口は、前記複数の蒸発源に対応した位置で、前記回転軸と同軸上に中心を持つ同心円上に配置されていることを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンプレーティング法を用いた成膜方法および装置に関し、特に圧力勾配型プラズマガンを用いたアーク放電イオンプレーティング法の成膜方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体薄膜の製造方法には、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、イオンプレーティング法などの製造方法が知られており、そのうちイオンプレーティング法は、スパッタ法に比べ、ターゲットの破損が問題なく、堆積速度を低下させることなく高品質の薄膜形成ができるという利点がある。またそれぞれの方法において、膜厚分布や組成の均一性などの膜の品質を高めたり、成膜のスループットを向上したりする工夫が提案されている（特許文献１〜３）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、圧電体薄膜の製造装置として、真空ポンプで気体が排気可能な真空チャンバーに、ペロブスカイト型酸化物のカチオン原料を蒸発させる装置と、膜付けを行う基板を加熱できる機構を備えた基板保持装置と、圧力勾配型プラズマガンが備え付けられた装置が記載されている。このプラズマガンからはアーク放電を維持するための不活性ガスが導入でき、真空チャンバー内にはペロブスカイト型酸化物の酸素原料となる酸素ガスを導入できる構造になっている。
【０００４】
この装置では、圧力勾配型プラズマガンにより、導入した不活性ガス及び酸素の高密度・低電子温度のアーク放電プラズマが発生し、成膜チャンバー内に多量の酸素ラジカルを主とする活性原子分子が生成される。一方、チャンバー内のカチオン原料蒸発装置から発生した原料蒸気が、所定の温度で加熱された基板上に付着する際に、原料蒸気が基板上およびチャンバー内空間で酸素と反応し、基板上に金属酸化物が生成する。この時、上記の高密度の酸素ラジカルを主とする活性原子・分子の作用により、基板上にペロブスカイト型酸化物圧電体膜が形成される。
【０００５】
また特許文献２には、スパッタリング法において、ターゲットと基板との間にスリット板を配置することによって、堆積工程と堆積させない工程（非堆積工程）とを交互に繰り返す技術が開示されている。この技術では、間歇的に非堆積工程を取り入れることにより、薄膜の安定化を図ることができるとされている。
【０００６】
また特許文献３には、スパッタリング法により異種の薄膜を連続して形成する装置が開示され、基板に目的とする薄膜以外のスパッタ粒子が飛来するのを防止するための仕切り板や遮蔽板を設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１３８１９６号公報
【特許文献２】特開平６−１６８８７８号公報
【特許文献３】特開２００１−３５８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載の技術は、特許文献２、３が対象とするスパッタリング法等に比べ、速い堆積速度且つ低い基板温度で高品質の圧電体薄膜を製造することができるが、さらに大きな力を発生できる圧電体薄膜或いはより少量の薄膜で同程度の力を発生することができる圧電体薄膜が求められている。
そこで本発明は、イオンプレーティング法を用いた成膜において、従来技術よりさらに高品質の圧電体薄膜を製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来の従来のイオンプレーティング法による成膜方法では、蒸発源として金属を用いて酸化物膜を形成する場合、蒸発源からの材料蒸気を高濃度プラズマにより反応させて酸化物とした状態で基板に蒸着させており、膜の均一性を高めるために材料蒸気が均一に混合するようにしている。本発明者らが鋭意研究した結果、膜に到達する前に各材料蒸気を均一に混合するのではなく、各材料を順次繰り返し基板に蒸着させる工程を連続して行ないながら基板上で反応させることにより、より緻密な結晶構造を有する酸化物膜が得られること、また膜厚および組成の均一性に優れた酸化物膜が得られることを見出し本発明に至ったものである。
【００１０】
すなわち、本発明の成膜方法は、真空容器内に置かれた成膜材料を蒸発させるとともに、前記真空容器内に反応ガス及びプラズマ電子流を導入し、成膜材料のカチオンをプラズマで活性化して基板に堆積させるイオンプレーティング成膜方法において、１種の薄膜を形成する複数の成膜材料をそれぞれ独立した蒸発源として配置し、これら蒸発源と対向する位置で基材を回転させながら、基材上に、複数種の成膜材料を順次蒸着させる工程を繰り返し、複数の成膜材料を組成中に含む薄膜を形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明のイオンプレーティング成膜方法は、好適には、複数の成膜材料のうち１の成膜材料を蒸着させる工程と次の１の成膜材料を蒸着させる工程との間に、成膜材料を蒸着させない工程を含む。
本発明のイオンプレーティング成膜方法は、成膜材料として、ペロブスカイト型酸化物圧電体薄膜を形成する材料を用いる成膜方法に好適に適用される。
【００１２】
また本発明の成膜装置は、上述した成膜方法を実現するのに好適な装置であり、基板が所定の同心円上を回転できる構造を採用するとともに、複数の蒸発源の各々について成膜エリアを形成する制御板を用いる。これにより、回転移動する基板が各成膜エリアを通過する際に基板上で各材料の堆積と反応を繰り返され、基板上に薄膜が形成される。
【００１３】
すなわち、本発明の成膜装置は、真空容器と、当該真空容器内に設置され、複数の成膜材料をそれぞれ蒸発させる複数の蒸発部と、前記真空容器内に、前記蒸発部と対向して配置され、１ないし複数の基板を保持する基板保持手段と、前記真空容器内に反応ガスを導入するガス導入手段と、前記真空容器内にプラズマを導入するプラズマ導入手段とを備えたイオンプレーティング法による成膜装置であって、前記基板保持手段を回転させる回転機構を有し、前記基板上に、前記複数種の成膜材料を順次蒸着させる制御板を、前記基板保持手段と前記蒸発部との間に設けたことを特徴とする。制御板は、真空容器内に生成されるプラズマより蒸発源に近い位置に配置される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、イオンプレーティング法によって複数の材料からなる薄膜を製造する際に、プラズマで活性化した複数の材料を同時に基材に堆積させるのではなく、それぞれの蒸発源の真上で順次堆積させて基板上で反応を進行させながら成膜するという新規な成膜方法および装置が提供される。
この成膜方法によれば、従来のイオンプレーティング法によって製造した薄膜より良質な薄膜を製造することができる。加えて、堆積工程は蒸発源の真上で行なわれるため、膜厚の均一性および組成の均一性が向上し、良質な薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の成膜装置の一実施形態を示す図
【図２】図１の成膜装置の側断面図
【図３】図１の成膜装置のジャマ板を示す上面図
【図４】蒸発源設置面、ジャマ板設置面および基板設置面と膜厚分布との関係を説明する図
【図５】基板設置面における膜厚分布とジャマ板形状との関係を説明する図
【図６】本発明の成膜方法の一実施形態を説明する図
【図７】実施例で製造したＰＺＴ膜の圧電定数の測定方法を説明する図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の成膜装置をペロブスカイト型酸化物圧電体の製造に適用した一実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態の成膜装置の概要を示す図、図２はその側断面図である。この成膜装置は、真空ポンプ（不図示）で排気が可能な真空チャンバー１０と、真空チャンバー１０内に設置され、圧電体の薄膜を形成すべき基板を保持する基板保持部２０と、圧電体薄膜を形成する材料である複数の金属、例えば、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉをそれぞれ蒸発させるための複数の蒸発部３０と、真空チャンバー１０内に高密度・低分子温度のプラズマを生成する圧力勾配型プラズマガン４０と、蒸発部３０から発生する金属カチオンの流れを制御するジャマ板（制御板）５０と、を備えている。
【００１８】
真空チャンバー１０は、真空ポンプに接続されるとともに、金属カチオンと反応して成膜材料を形成する反応ガス、例えば酸素ガスを導入するためのガス導入口１３が設けられ、ガス導入口１３は、図示しない反応ガス供給源に接続されている。
【００１９】
基板保持部２０は、図１に示す実施形態では、真空チャンバー１０内の上部に取り付けられており、図２に示すように、複数の基板２１を保持する保持部材２３と、基板２１を加熱するヒーター等の熱源２５と、保持部材２３を真空チャンバー１０に対し回転させる回転機構（不図示）とを備えている。基板２１は、保持部材２３の回転軸２７を中心とする同心円上に複数固定されている。
【００２０】
蒸発部３０は、蒸発源である金属を蒸発させる電子ビームを発生する電子銃やプラズマを遮蔽するための非磁性金属板などを備えたもので、蒸発源ごとに独立して真空チャンバー１０の底面に設置されている。各蒸発部の配置は、その蒸発源の出口の中心が、上述した基板保持部２０の回転軸２７と同軸上にある点を中心として、同心円上に配置されていることが好ましく、特に、基板の回転軌跡である円と、蒸発源（出口中心）が配置される同心円とが重なることが好ましい。
【００２１】
プラズマガン４０は、真空チャンバー１０の側壁、すなわち基板保持部２０と蒸発部３０との間にプラズマを発生できる位置に配置される。プラズマガンとしては、アーク放電プラズマを発生できるものであれば、公知のものが採用できるが、特に図２に示すような圧力勾配型アーク放電プラズマガンが好適である。このプラズマガンは、一端に陰極４１を備え、陰極４１から所定の間隔を持って１ないし複数のリング状の放電陽極４３を備え、放電陽極４３側の端部が真空チャンバー１０に固定され、その周囲にはプラズマ制御用磁場発生部（不図示）が配置されている。また陰極４１には、アーク放電を維持するための不活性ガス、例えばＡｒガスを導入するための導入口４５が形成されている。
【００２２】
このような構成の圧力勾配型アーク放電プラズマガン４０は、プラズマ電子流をそれ自身の空間電荷により反射させて、真空チャンバー１０内に導入されたＡｒガス及び酸素ガスの高密度・低電子温度のアーク放電プラズマを発生させることができる。なお図では、酸素ガス導入口１３を、プラズマガン４０から独立して設けた場合を示しているが、酸素ガス導入口１３は、図２に示すプラズマガンのチャンバーへの固定端近傍に設けてもよい。
【００２３】
ジャマ板５０は、真空チャンバー１０のプラズマ発生領域と蒸発部３０との間に設置される。ジャマ板５０には、図３に示すように、複数の蒸発部３０に対応する位置に開口部５１が形成されている。即ち、ジャマ板５０に形成された複数の開口部５１は、それぞれ異なる蒸発源を蒸発させる蒸発部３０の真上に位置する。これによって、基板２１がその回転により、所定の蒸発部３０および開口部５１を通過したときに、当該蒸発部３０から発生されるカチオン材料が蒸着されることになる。基板２１がさらに回転することにより、順次、異なる蒸発源からのカチオン材料が基板に到達し蒸着される。このようにジャマ板５０は、基板に蒸着するカチオン材料の順序を制御する機能を有している。
【００２４】
開口部５１の形状は、上面から見たときに、直下にある蒸発部３０の蒸発源出口と重なる形状であれば特に限定されないが、この形状を適切にすることにより、基板に堆積するＰＺＴ膜の膜厚のばらつきと組成のばらつきを低減することができる。また開口部５１の大きさ（隣接する開口部５１との距離）を調節することにより、カチオン材料が基板に蒸着されない期間を制御することができる。
【００２５】
開口部５１の形状の制御により、ばらつきを低減される理由を、図４および図５を参照して説明する。図４は、蒸発源中心Ｓを通る垂直面における等膜厚面とジャマ板との関係を説明する図、図５は基板設置面における等膜厚面とジャマ板との関係を説明する図である。図中、等膜厚面を点線で示している。
【００２６】
蒸発源３０から蒸発した材料は、一般にcosnθ則に従った膜厚分布を示し、これを基板設置面で見ると、図５に示すように蒸発源中心の真上の位置Ｓ’を中心とする同心円状にcosnθ則に従う膜厚分布になる。一方、基板保持部２０の回転中心Ｏwを中心として回転する基板２１上の３つの点Ｗ1〜Ｗ3の回転軌跡は、図８に一点鎖線で示すような軌跡となる。ここでジャマ板がない場合には、点Ｗ3は点Ｗ1よりも膜厚が厚い部分すなわち蒸発材料の濃度が高い部分を通過するので、膜厚は点Ｗ1〜Ｗ3の膜圧をｄＷ1、ｄＷ2、ｄＷ3とするとｄＷ1＜ｄＷ2＜ｄＷ3となる。一方、ジャマ板５０がある場合には、開口部５１の形状によって点Ｗ1が蒸発源の上を通過する時間を、点Ｗ3が蒸発源の上を通過する時間よりも長くなるように制御することができる。具体的には、開口の径を、蒸発源の中心部の真上から外側に向かうにつれて大きくすることにより、基板上の各点の蒸着時間を制御することができ、膜厚をｄＷ1＝ｄＷ2＝ｄＷ3とすることができる。最適な開口部５１の形状は、蒸発源と基板とジャマ板の設置位置およびcosnθ則により求めた膜厚分布から計算することができる。
【００２７】
図３に示す実施形態では、半径の異なる二つの円弧で規定される扇形であり、二つの円弧間の幅は、蒸発源出口の直径とほぼ一致し、円弧の長さは、蒸発源出口の直径よりも長い。この円弧の長さ、即ち隣接する円弧からの距離を長くすることにより、カチオン材料が基板に蒸着されない領域を作り出すことができる。
なおジャマ板５０は、蒸発源の数および配置に応じて、複数種類のものを用意し、真空チャンバー１０内に取り外し可能に設置することが好ましい。
【００２８】
以上のように構成される本発明の成膜装置は、蒸着されるエリアがジャマ板５０の開口によって蒸着源毎に制限されるため、このジャマ板と基板の回転とを組み合わせることにより、薄膜を構成する個々の元素を順次基板上に蒸着しながら結晶を成長させることができる。蒸着は、基板の直下に蒸発源が位置したときにのみ行なわれるので、基板に対しほぼ一様なものとなり、基板上の膜厚と組成の分布が小さくなる。これにより、基板内の薄膜の膜厚と組成の均一性を向上させることができる。
【００２９】
ジャマ板に形成する開口と開口との間の領域は、蒸着が行なわれないエリアとなる。基板がこのエリア上にあるときは、その前に蒸着された膜がチャンバー内に存在する高密度酸素プラズマによりアニールされるので、結果として、蒸着とアニールとが繰り返されることになり、良質の薄膜を得ることができる。このアニール領域は、開口の大きさを変えることにより調整することができ、これにより、膜堆積とプラズマアニールのデューティを制御できる。本発明の成膜装置は、特にペロブスカイト型酸化物圧電体を成膜するのに好適である。
【００３０】
次に、本発明の成膜方法の一実施形態を説明する。
本実施形態では、上述した成膜装置を用いて、ペロブスカイト型酸化物圧電体の代表であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3）膜を製造する場合を説明するが、本発明の成膜方法に用いられる装置および本発明が対象とする膜はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
まず準備段階として、真空チャンバー１０内に、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの３台の蒸発部３０を設置し、３台の蒸発源に相当する開口が形成されたジャマ板５０を、開口が蒸発部３０の上に位置するように設置する。一方、基板保持部２０に複数の基板２１を固定し、基板加熱温度を所定の温度（例えば５００℃〜５５０℃）に設定する。次いで真空チャンバー１０を密閉状態にして真空ポンプで排気し、真空チャンバー内を所定の真空度（例えば１０-3Ｐａ〜１０-5Ｐａ）にする。
【００３２】
上述の準備段階の後、各蒸発部３０を駆動し、金属カチオンを蒸発させるとともに、酸素ガスおよびＡｒガスを導入しながらプラズマガン４０によりプラズマを生成する。酸素ガスおよびＡｒガスのガス圧は、例えば、０．１Ｐａ、プラズマガンの放電電圧は、例えば、１００Ａとする。これにより真空チャンバー１０内には、高密度の酸素プラズマが発生する。
【００３３】
プラズマガン４０の駆動と同時に基板保持部２０の回転機構を駆動し、基板２１をプラズマの上で回転させる。回転速度は、例えば、１０ｒｐｍとする。この回転に伴い、図６に示すように、基板は、例えば、Ｐｂ蒸発源の上方エリア（Ｐｂ成膜エリア）から、Ｚｒ蒸発源の上方エリア（Ｚｒ成膜エリア）、Ｔｉ蒸発源の上方エリア（Ｔｉ成膜エリア）へと順次移動し、再度Ｐｂ成膜エリアへ戻るというサイクルを繰り返すことになる。
【００３４】
基板が各成膜エリア上にあるときは、蒸発部から蒸発した材料蒸気が高密度酸素プラズマで活性化した状態で基板に到達し堆積する。すなわち、各蒸発部３０から蒸発し、ジャマ板５０の開口部５１を通過した材料蒸気は、高密度プラズマを通過するときに、プラズマからエネルギーを受けて活性化しかつ活性化した酸素と反応を起した状態で基板上に付着する。
【００３５】
また基板が各成膜エリア間を移動するときは、基板に堆積した膜が高密度酸素プラズマにさらされ、プラズマによるアニールが行なわれる。従って、基板の回転により、Ｐｂ蒸着→プラズマアニール→Ｚｒ蒸着→プラズマアニール→Ｔｉ蒸着→プラズマアニール→Ｐｂ蒸着・・・を繰り返しながら、ＰＺＴ膜の結晶が成長していく。
【００３６】
従来のイオンプレーティング法によるＰＺＴ膜の製造方法では、成膜中に基板上にＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉが所定の割合で同時に蒸着し、酸素プラズマの効果でＰＺＴ膜が製造されるものであり、基板に到達する前に各蒸気が均一に混ざるようにしている。これに対し、本実施形態の製造方法では、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉをそれぞれ独立の蒸発部から蒸発させるとともに、ジャマ板によって蒸着されるエリアを制限し、これらカチオン元素を高密度酸素プラズマで活性化させながら一層ずつ堆積を繰り返すことが特徴である。その際、真空中で連続して堆積させるとともに、各層の厚みが厚すぎないように制御する。具体的には、各層の厚み（成膜速度から換算した厚み）が１００ｎｍ以下、好適には１〜１０ｎｍとする。また繰り返して堆積を行なうときの次の層を堆積するまでの時間は、１０秒以内、好適には５秒以内で且つ成膜時間も５秒以内とする。このような短時間にすることにより、プラズマからエネルギーを受けて活性した状態で次の層が付着しＰＺＴ膜の結晶を成長させることができる。
各層の堆積の間隔および成膜時間は、前述したジャマ板の形状と大きさを制御すること、および基板回転速度を制御することにより調整することが可能である。
【００３７】
このようにして得られるＰＺＴ膜は、緻密な結晶構造を有し、従来法で得られるＰＺＴ膜に比べ大きな力を得ることができる。逆に言えば、このＰＺＴ膜は薄い膜でも従来と同程度の力を得ることができる。また、一層ずつ堆積を繰り返すことにより、従来の製造方法で得たＰＺＴ膜よりも、膜厚および組成の均一性に優れ良質なＰＺＴ膜が得られる。
【００３８】
また各カチオン元素の蒸着の間に原料が蒸着されないエリアすなわち膜が堆積されないエリアが生じることにより、このエリアにおいて、既に堆積した膜が高密度酸素プラズマさらされ、アニールされるので、良質なＰＺＴ結晶を成長させることができる。ジャマ板開口部の大きさを変更することで、膜堆積とプラズマアニールのデューティを変えることができる。これによりプラズマアニールの効果の増減を制御することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の実施例を説明する。
基板として表面にＳｉＯ2膜が形成されたシリコンウェハを用いるとともに、蒸着源としてＰｂ、ＺｒおよびＴｉを用い、図１に示す構造の成膜装置にて、基板上にＴｉ−Ｐｔの二層構造の下部電極、ＰＺＴ膜およびＰｔの上部電極をこの順に成膜し、圧電素子を作製した。ジャマ板としては、直径６０ｃｍのＳＵＳ製の板に図３に示すような開口（開口の径方向のサイズ：１０ｃｍ、中心側の円弧の長さ：６ｃｍ、外側の円弧の長さ：１７ｃｍ）を設けたジャマ板を用いた。成膜条件は以下のとおりとした。
【００４０】
（１）ガス条件：酸素流量３００sccm、Ａｒ流量１００sccm、チャンバー内圧力０．１Pa
（２）プラズマ条件：放電電流７０Ａ、放電電圧１００Ｖ
（３）基板加熱温度：５００℃
（４）基板回転数：１０rpm
（５）ＰＺＴ成膜時の蒸発源の蒸発比：Ｔｉ：Ｐｂ：Ｚｒ＝１：１．５：２
【００４１】
まず下部電極として、スパッタリング法でＴｉ膜を２分間、その上部にＰｔ膜を５分間、順次成膜した。次いでＰＺＴ膜の成膜を、チャンバー内の圧力およびプラズマの状態が安定した後６０分間行なった。最後に上部電極としてスパッタリング法でＰｔ膜を５分間成膜した。
【００４２】
このようにして作製した圧電素子（ＰＺＴ膜一層）の圧電定数ｄ31を測定した。圧電定数を測定するために、得られた圧電素子を、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、一端を固定し他端を自由端としたカンチレバー７０とし、ＰＺＴ膜７１の上下電極７２、７３にＡＣ電源７４を印加して、カンチレバー先端の変位をレザードップラー変位計７５で測定し、見積もった。なお図７中、７７はＳｉＯ2付きシリコンである。
【００４３】
比較例として、従来技術（ジャマ板を備えていない成膜装置を用いた方法）で製造したＰＺＴ膜についても同様に圧電定数を測定した。その結果、比較例のＰＺＴ膜の圧電定数ｄ31は２０pm/V程度であったものが、実施例の方法を採用することにより５０pm/V程度まで改善することができた。これにより、本発明の方法を用いることにより、緻密な結晶構造を有し、従来法で得られるＰＺＴ膜に比べ大きな力を得ることができるＰＺＴ膜が作製できることが確認された。
【００４４】
また実施例および比較例で得られたＰＺＴ膜の膜厚を１５０ｍｍウェハ内において９点で計測し、膜厚分布を測定したところ、比較例の膜厚分布は±６％程度であったものが、実施例では±３％程度まで改善することができた。
【００４５】
本発明によれば、複数の材料からなる薄膜を製造するに際し、材料毎に成膜エリアを生成し、個々の材料の成膜と高密度酸素プラズマによるアニールとを繰り返すことにより、基板上で反応を進行させて薄膜を形成するという新規な成膜方法が提供される。
【００４６】
本発明の成膜装置は、開口を有するジャマ板を用いて、材料毎の成膜エリアを生成するものであり、それにより基板がほぼ蒸発部の直上にある状態で成膜することができ、基板上に形成される薄膜の膜厚のばらつきと組成ばらつきを低くすることができる。また開口の大きさを調節することにより、成膜エリアとアニールエリアの比率を制御し、最適な成膜条件で成膜することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、ＰＺＴ素子のほか公知の圧電体素子に適用することができる。本発明により製造される素子は、圧電体膜のアクチュエータを用いたＭＥＭＳ素子、圧電体膜をセンサーに用いたＭＥＭＳ素子、圧電体膜を用いた発電素子、圧電体膜を用いたジャイロ素子等に利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０・・・真空チャンバー、２０・・・基板保持部、２１・・・基板、３０・・・蒸発部、４０・・・プラズマガン、５０・・・ジャマ板、５１・・・開口部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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