形成多层膜的方法及装置制造方法及图纸

一种多层薄膜形成方法和多层薄膜形成装置，其提高了由铅基钙钛矿复合氧化物形成的薄膜的介电特性和压电特性。所述多层薄膜形成方法包括：通过溅射下部电极层靶材（ＴＧ２），在基片（Ｓ）上形成包含贵重金属的下部电极层（３２ｂ）；以及通过溅射包括铅的氧化物层靶材（ＴＧ３），在所述下部电极层（３２ｂ）上叠置铅基复合氧化物层（３３）。所述下部电极层（３２ｂ）的厚度限制为１０到３０ｎｍ，并且所述铅基复合氧化物层（３３）的厚度限制为０．２到５．０μｍ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种形成多层膜的方法及装置。 髓獄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、溶胶一凝胶、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5.0pm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
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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耙材 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。本专利技术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2是示出图2的成膜装置的电气配置的电路方框图3 (a)是示出制造多层膜的下部电极层的工序图3 (b)是示出制造多层膜的铅基复合氧化物层的工序图3 (C)是示出制造多层膜的上部电极层的工序图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6是示出多层膜的压电常数的图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。具体实施例方式现在说明根据本专利技术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。如图1所示，成膜装置IO包括加载互锁真空室(下文简称为LL室)和连 接至LL室11并形成搬送单元的搬送室12。成膜装置IO还包括全都连接至搬 送室12的用作第一成膜单元的下部电极层室13、用作第二成膜单元的氧化物 层室14以及上部电极层室15。LL室11包括可降压的内部空间(下文简称为收容室lla)，用来收容多 个基片S使得基片能够被搬送进出收容室lla。硅基片、陶瓷基片等可用作基 片S。当开始对基片S进行成膜处理时，LL室ll使收容室lla降压，使得所 述多个基片S可被搬出搬送室12。在结束对基片S的成膜处理之后，LL室11 将收容室lla对大气开放，使得被收容的基片S可被搬出成膜装置10。搬送室12包括可与收容室lla连通的内部空间(下文简称为搬送腔12a)。 在搬送腔12a内安装有搬送自动机械12b，用来搬送基片S。当对基片S的成 膜处理开始时，搬送自动机械12b将还没经过成膜处理的基片S从LL室11装 载到搬送室12。然后，搬送自动机械12b以如图1所示的逆时针方向按顺序， 即，以下部电极层室13、氧化物层室14以及上部电极层室15的顺序搬送被装 载的基片S。在对基片S的成膜处理结束之后，搬送自动机械12b将已经过成 膜处理的基片S从处理室12装载到LL室11。下部电极层室13包括可与搬送腔12a连通的内部空间(下文简称为成膜 腔13a)。成膜腔13a包括粘接层靶材TGl。在下部电极层室13内进行溅射以 将粘接层靶材TG1溅射并在保持在预定温度(例如500。C或以上)的基片S上 形成粘接层。钛(Ti)、钽(Ta)、镍(Ni)、钴(Co)、锆(Zr)或这些物 质的氧化物(Ti02、 Ta20s等)可用来形成粘接层。下部电极层室13还包括装 在成膜腔13a内用作第一靶材的下部电极层耙材TG2。在下部电极层室13内 进行溅射以将下部电极层靶材TG2溅射并在保持在预定温度(例如500。C或以 上)的基片S的粘接层上形成下部电极层。下部电极层靶材TG2中，下部电极 层的主要成分的含量，艮卩，诸如铂(Pt)、金(Au)和银(Ag)等贵重金属的 含量为90%或以上，较佳为95%或以上。下部电极层靶材TG2的剩余部分包 含除了主要成分的金属元素之外的其他金属，诸如铜和硅等。在下部电极层室 13内可以进行各种类型的溅射，诸如DC或AC溅射处理以及DC或AC磁控 处理等。氧化物层室14包括可与搬送腔12a连通的内部空间(下文称为成膜腔 14a)。成膜腔14a包括用作第二耙材的氧化物层耙材TG3。在氧化物层室14 内进行溅射以将氧化物层靶材TG3溅射并在保持在预定温度(例如50(TC或以上)的基片S上形成铅基复合氧化物(铅基钙钛矿复合氧化物)层。诸如铅基复合氧化物的主要成分，即锆钛酸铅(Pb (Zr， Ti) 03: PZT)、锶钛酸铅(Pb (Sr， Ti) 03: PST)、锆钛酸镧铅((Pb， La) (Zr， Ti) 03: PLZT)等铅基钙钛矿复合氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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；　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；　 　其中，所述形成电极层包括形成厚度为１０ｎｍ到３０ｎｍ的所述电极层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：木村勳，神保武人，菊地真，西冈浩，邹红罡，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：JP[日本]