特許 6186067 圧電体結晶膜の成膜方法および圧電体結晶膜成膜用トレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6186067

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】圧電体結晶膜の成膜方法および圧電体結晶膜成膜用トレイ

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/50 20060101AFI20170814BHJP

   C23C 14/34 20060101ALI20170814BHJP

   H01L 41/316 20130101ALI20170814BHJP

   H01L 41/43 20130101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/50 E

   C23C14/34 K

   H01L41/316

   H01L41/43

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-241240(P2016-241240)

(22)【出願日】2016年12月13日

【審査請求日】2016年12月13日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000183369

【氏名又は名称】住友精密工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】松岡 元

【審査官】 小川 武

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０４６７０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２８０５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１１７７８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０６１５７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０８４４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２４２９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００４３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３８９１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ４１／３１６

Ｈ０１Ｌ ４１／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックからなるとともに、基板が載置される側の面の母材が露出された部分の外縁部の直径が、前記基板の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイに前記基板を配置する工程と、
前記基板を前記トレイとともに、成膜空間内に配置された圧電体の材料を含むターゲットに対向するように配置する工程と、
前記基板を前記トレイ側から加熱する工程と、
前記ターゲットに電圧を印加する工程と、
前記基板上に圧電体結晶膜を形成する工程とを備える、圧電体結晶膜の成膜方法。

【請求項2】

前記基板を前記トレイに配置する工程において、前記基板を、前記トレイの前記基板が載置される側の面に形成された凸状の位置決め部により位置決めして、前記トレイに配置する、請求項１に記載の圧電体結晶膜の成膜方法。

【請求項3】

前記トレイの前記位置決め部は、前記トレイの外周に沿って形成されている、請求項２に記載の圧電体結晶膜の成膜方法。

【請求項4】

前記トレイは、前記基板が載置される側の面の母材が露出された部分の直径が、前記基板の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下になるように、前記基板の載置される側の面の前記基板を載置する基板載置エリア以外が金属で被覆されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電体結晶膜の成膜方法。

【請求項5】

前記基板を前記トレイとともに前記成膜空間内に配置する工程において、前記基板が載置された前記トレイを、前記成膜空間内において、前記トレイの直径よりも大きい外周部分の直径を有する円環状の載置台に配置する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電体結晶膜の成膜方法。

【請求項6】

前記基板を加熱する工程において、前記基板を、圧電体の材料のキュリー点以上の温度になるように加熱し、
前記基板上に圧電体結晶膜を形成した後、前記成膜空間内において、前記基板を、圧電体の材料のキュリー点以下の温度になるまで徐冷する工程をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電体結晶膜の成膜方法。

【請求項7】

前記トレイは、炭化ケイ素からなる母材により形成され、
圧電体の材料は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電体結晶膜の成膜方法。

【請求項8】

基板を載置する基板載置エリアと、
セラミックからなるとともに、前記基板が載置される側の面の母材が露出された部分の外縁部の直径が、前記基板載置エリアの直径の１．０５倍以上１．１５倍以下の直径を有するトレイ本体とを備え、
前記基板とともに圧電体の成膜空間内に配置される、圧電体結晶膜成膜用トレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、圧電体結晶膜の成膜方法および圧電体結晶膜成膜用トレイに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、圧電体結晶膜の成膜方法が知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。

【0003】

上記特許文献１には、基板を成膜空間内のターゲットに対向するように保持体に載置し、保持体に載置された基板を保持体側に配置されたヒータにより加熱し、ターゲットに電圧を印加し、基板上に圧電体結晶膜を形成する圧電体結晶膜の成膜方法が開示されている。この特許文献１の圧電体結晶膜の成膜方法では、基板は、成膜空間内に固定された保持体に直接載置されている。

【0004】

また、上記特許文献２には、基板を成膜空間内のターゲットに対向するように基板保持台に載置し、基板保持台に載置された基板を基板保持台側に配置された発熱部により加熱し、ターゲットに電圧を印加し、基板上に圧電体結晶膜を形成する圧電体結晶膜の成膜方法が開示されている。この特許文献２の圧電体結晶膜の成膜方法では、基板は、成膜空間内に固定された基板保持台に直接載置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０−０６０６５８号公報

【特許文献2】特許第５７４７０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１および２の圧電体結晶膜の成膜方法では、基板を、成膜空間内に固定された保持体（基板保持台）に直接載置するため、基板の大きさが保持体に比べて大きい場合、保持体に接する部分と接しない部分とで基板への熱の伝わりが異なり、基板の温度が安定しない。また、基板の大きさが保持体に比べて小さい場合、基板から露出した保持体の部分から輻射熱により熱が逃げるため、基板の熱が保持体を介して逃げてしまう。このため、基板の温度コントロールが難しくなる。これらの結果、基板の温度がバラつくため、圧電体結晶膜の成分がバラついてしまう。このため、基板に膜質の良い圧電体結晶膜を安定して成膜することが困難であるという問題点がある。

【0007】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、基板に膜質の良い圧電体結晶膜を安定して成膜することが可能な圧電体結晶膜の成膜方法および圧電体結晶膜成膜用トレイを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本願発明者が鋭意検討した結果、セラミックからなるとともに、基板が載置される側の面の母材が露出された部分の外縁部の直径が、基板の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイに基板を配置して、基板上に圧電体結晶膜を形成することによって、基板に膜質の良い圧電体結晶膜を安定して成膜することが可能であることを見い出した。すなわち、この発明の第１の局面による圧電体結晶膜の成膜方法は、セラミックからなるとともに、基板が載置される側の面の母材が露出された部分の外縁部の直径が、基板の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイに基板を配置する工程と、基板をトレイとともに、成膜空間内に配置された圧電体の材料を含むターゲットに対向するように配置する工程と、基板をトレイ側から加熱する工程と、ターゲットに電圧を印加する工程と、基板上に圧電体結晶膜を形成する工程とを備える。

【0009】

この発明の第１の局面による圧電体結晶膜の成膜方法では、上記のよう構成することによって、基板をトレイとともに成膜空間内に配置することができるので、基板の大きさに合わせてトレイを選択して基板に圧電体結晶膜を成膜することができる。つまり、基板が載置される面の母材が露出された部分の直径が、基板の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイに基板を配置して、基板上に圧電体結晶膜を形成する。これにより、基板の裏面全体をトレイに接触させた状態で基板を加熱することができるので、基板の温度を安定させることができる。また、基板が載置される面の母材が露出された部分の直径を、基板の直径の１．１５倍以下に形成することにより、トレイの母材が露出される部分が過度に大きくなるのを抑制することができるので、トレイの母材が露出される部分からの輻射熱による放熱が大きくなるのを抑制することができる。これにより、基板の熱がトレイを介して逃げるのを抑制することができるので、基板の温度バラつきを低減することで、基板面内での膜質のバラつきを低減することができる。また、温度コントロールも容易に行うことができるため、基板に膜質の良い圧電体結晶膜を安定して成膜することができる。また、トレイの有する熱容量により保温されて、成膜後基板が急激に冷却されるのを抑制することができるので、圧電体結晶膜の膜質が低下するのを抑制することができる。これによっても、基板の温度バラつきを低減することもでき、基板面内での膜質のバラつきを低減することができる。また、基板が載置される面の母材が露出された部分の直径を、基板の直径の１．０５倍以上に形成することにより、基板の直径に合わせてトレイの母材が露出された部分を容易に形成することができる。

【0010】

上記第１の局面による圧電体結晶膜の成膜方法において、好ましくは、基板をトレイに配置する工程において、基板を、トレイの基板が載置される側の面に形成された凸状の位置決め部により位置決めして、トレイに配置する。このように構成すれば、基板の裏面全体をトレイの母材が露出した部分に容易に配置することができるので、トレイの母材を介して基板に熱をバランスよく伝えることができる。また、基板が配置されたトレイを移動させる際に、トレイに対して基板がズレるのを位置決め部により抑制することができる。

【0011】

この場合、好ましくは、トレイの位置決め部は、トレイの外周に沿って形成されている。このように構成すれば、トレイの外周に凸状の位置決め部を配置することができるので、トレイの外周の熱容量を大きくすることができる。これにより、基板の外周側の温度が中心側に比べて低くなるのを抑制することができるので、圧電体結晶膜を安定して成膜することができる。

【0012】

上記第１の局面による圧電体結晶膜の成膜方法において、好ましくは、トレイは、基板が載置される側の面の母材が露出された部分の直径が、基板の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下になるように、基板の載置される側の面の基板を載置する基板載置エリア以外が金属で被覆されている。このように構成すれば、トレイからの熱の輻射を金属の被覆により抑制することができるので、トレイの直径に対して、１／１．１５倍未満の直径を有する基板にも圧電体結晶膜を安定して成膜することができる。

【0013】

上記第１の局面による圧電体結晶膜の成膜方法において、好ましくは、基板をトレイとともに成膜空間内に配置する工程において、基板が載置されたトレイを、成膜空間内において、トレイの直径よりも大きい外周部分の直径を有する円環状の載置台に配置する。このように構成すれば、載置台の外周をトレイの外周よりも大きくすることができるので、載置台にトレイを安定して配置することができる。また、トレイの径方向における外側に載置台の露出する部分を基板に近接して設けることができるので、ターゲットから載置台に付着した圧電体の材料を気化させてトレイ上の基板に供給することができる。これにより、基板に圧電体結晶膜をより安定して成膜することができる。

【0014】

上記第１の局面による圧電体結晶膜の成膜方法において、好ましくは、基板を加熱する工程において、基板を、圧電体の材料のキュリー点以上の温度になるように加熱し、基板上に圧電体結晶膜を形成した後、成膜空間内において、基板を、圧電体の材料のキュリー点以下の温度になるまで徐冷する工程をさらに備える。このように構成すれば、結晶の配向性を圧電体結晶膜の一部において反転させることができるので、圧電体の圧電定数ｄ₃₁（面に沿った方向の圧電定数）を向上させることができる。

【0015】

上記第１の局面による圧電体結晶膜の成膜方法において、好ましくは、トレイは、炭化ケイ素からなる母材により形成され、圧電体の材料は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む。このように構成すれば、炭化ケイ素を含むトレイを用いて基板に膜質の良いチタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体結晶膜を安定して成膜することができる。

【0016】

この発明の第２の局面による圧電体結晶膜成膜用トレイは、基板を載置する基板載置エリアと、セラミックからなるとともに、基板が載置される側の面の母材が露出された部分の外縁部の直径が、基板載置エリアの直径の１．０５倍以上１．１５倍以下の直径を有するトレイ本体とを備え、基板とともに圧電体の成膜空間内に配置される。

【0017】

この発明の第２の局面による圧電体結晶膜成膜用トレイでは、上記のように構成することによって、基板をトレイとともに成膜空間内に配置することができるので、基板の大きさに合わせてトレイを選択して基板に圧電体結晶膜を成膜することができる。つまり、基板が載置される面の母材が露出された部分の直径が、基板載置エリアの直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイに基板を配置して、基板上に圧電体結晶膜を形成する。これにより、基板の裏面全体をトレイに接触させた状態で基板を加熱することができるので、基板の温度を安定させることができる。また、基板が載置される面の母材が露出された部分の直径を、基板載置エリアの直径の１．１５倍以下に形成することにより、トレイの母材が露出される部分が過度に大きくなるのを抑制することができるので、トレイの母材が露出される部分からの輻射熱による放熱が大きくなるのを抑制することができる。これにより、基板の熱がトレイを介して逃げるのを抑制することができるので、基板の温度バラつきを低減することで、基板面内での膜質のバラつきを低減することができる。また、温度コントロールも容易に行うことができるので、基板に膜質の良い圧電体結晶膜を安定して成膜することが可能な圧電体結晶膜成膜用トレイを提供することができる。また、トレイの有する熱容量により保温されて、成膜後基板が急激に冷却されるのを抑制することができるので、圧電体結晶膜の膜質が低下するのを抑制することができる。これによっても、基板の温度バラつきを低減することもでき、基板面内での膜質のバラつきを低減することができる。また、基板が載置される面の母材が露出された部分の直径を、基板載置エリアの直径の１．０５倍以上に形成することにより、基板直径に合わせてトレイの母材が露出された部分を容易に形成することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、上記のように、基板に膜質の良い圧電体結晶膜を安定して成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態による圧電体結晶膜の成膜を行う圧電体結晶膜成膜装置を示した概略図である。

【図2】本発明の一実施形態による圧電体結晶膜成膜用トレイの第１例を示した平面図である。

【図3】図２のIII−III線に沿った断面図である。

【図4】本発明の一実施形態による圧電体結晶膜成膜用トレイの第２例を示した平面図である。

【図5】本発明の一実施形態による圧電体結晶膜の成膜方法の手順を説明するための図である。

【図6】実施例および比較例による成膜状態を説明するための表である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0021】

（圧電体結晶膜成膜装置の構成）
図１を参照して、本発明の一実施形態による圧電体結晶膜の成膜を行う圧電体結晶膜成膜装置１の構成について説明する。

【0022】

本発明の一実施形態による圧電体結晶膜の成膜を行う圧電体結晶膜成膜装置１は、図１に示すように、筐体１１と、ターゲット１２と、載置台１３と、ヒータ１４と、筐体１１により囲まれた成膜空間１５とを備えている。また、圧電体結晶膜成膜装置１は、トレイ２に配置された基板３上に圧電体結晶膜を成膜するように構成されている。なお、トレイ２は、特許請求の範囲の「圧電体結晶膜成膜用トレイ」の一例である。

【0023】

圧電体結晶膜は、電圧が印加されることにより、変形するように構成されている。圧電体結晶膜は、強誘電体により形成される。たとえば、圧電体結晶膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃））、チタン酸ビスマス（ＢＴＯ（Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂））、チタン酸ビスマスランタン（ＢＬＴ（（Ｂｉ，Ｌａ）₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂））、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ（ＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉））、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ（（ＰｂＬａ）（ＺｒＴｉ）Ｏ₃））、ＰＺＴにＮｂがドープされたＰＺＮＴ、ＰＺＴにＭｎがドープされたＰＺＭＴなどにより形成される。

【0024】

筐体１１は、ターゲット１２、載置台１３およびヒータ１４を取り囲むように設けられ、成膜空間１５を密閉可能に構成されている。

【0025】

ターゲット１２は、圧電体の材料を含んでいる。圧電体の材料は、たとえば、ＰＺＴ、ＢＴＯ、ＢＬＴ、ＳＢＴ、ＰＬＺＴのうち少なくとも１つを含む。ターゲット１２は、成膜空間１５において、載置台１３と対向するように配置されている。ターゲット１２は、平板状に形成されている。ターゲット１２には、電圧を印加するための電源が接続されている。

【0026】

載置台１３は、基板３が配置されたトレイ２を支持するように構成されている。載置台１３は、円環状に形成されている。また、載置台１３は、セラミックにより形成されている。載置台１３は、たとえば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などにより形成されている。また、円環状の載置台１３は、内径Ｄ３がトレイ２の外径よりも小さく形成されている。また、円環状の載置台１３は、トレイ２の直径よりも大きい外周部の直径（外径Ｄ４）を有している。載置台１３のトレイ２から露出する部分には、圧電体の材料が堆積される。たとえば、圧電体の材料が鉛（Ｐｂ）を含む場合、載置台１３に堆積した圧電体の材料から鉛が蒸発して、トレイ２上の基板３に供給される。これにより、基板３に圧電体結晶膜を安定して成膜することが可能である。

【0027】

ヒータ１４は、基板３を加熱するように構成されている。ヒータ１４は、たとえば、赤外線により基板３を加熱するように構成されている。つまり、ヒータ１４は、熱放射（輻射）により基板３を加熱するように構成されている。ヒータ１４は、載置台１３に対してターゲット１２とは反対側に配置されている。つまり、ヒータ１４は、基板３の裏面（圧電体結晶膜が形成される面とは反対側の面）から基板３を加熱するように、ヒータ１４とトレイ２とは所定間隔あけて構成されている。

【0028】

ここで、本実施形態では、トレイ２は、上面に基板３が配置されるように構成されている。つまり、トレイ２の上面には、基板３が接触した状態で載置されるように構成されている。トレイ２は、セラミックにより形成されている。トレイ２は、たとえば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる母材により形成されている。トレイ２は、圧電体結晶膜成膜装置１に対して出し入れ可能に構成されている。つまり、トレイ２は、基板３とともに、圧電体結晶膜成膜装置１に入れられ、成膜後、圧電体結晶膜成膜装置１から出されるように構成されている。また、トレイ２は、たとえば、直径が約２１０ｍｍ〜約２３０ｍｍの場合、約２ｍｍ〜約５ｍｍの厚みを有している。

【0029】

また、トレイ２は、図２に示すように、トレイ本体２０と、凹部２１と、位置決め部２２と、基板載置エリア２３とを含んでいる。トレイ２（トレイ本体２０）は、基板３が載置される面の母材が露出された部分の直径Ｄ２が基板３（基板載置エリア２３）の直径Ｄ１の１．０５倍以上１．１５倍以下の直径を有している。また、トレイ２は、載置台１３に対して、面接触または線接触している。つまり、トレイ２は、載置台１３に対して隙間なく接触している。これにより、ヒータ１４側に圧電体結晶膜の材料が飛ぶのを抑制することが可能である。

【0030】

凹部２１は、基板載置エリア２３を含み、基板３が載置されるように構成されている。凹部２１は、円形状に形成されている。また、凹部２１は、基板３の直径よりもわずかに大きく形成されている。また、凹部２１は、図３に示すように、厚みＴ１を有している。凹部２１の厚みＴ１は、たとえば、約２．５ｍｍである。

【0031】

位置決め部２２は、図２に示すように、トレイ２に対する基板３の載置位置を位置決めするように構成されている。位置決め部２２は、凸状に形成されている。また、位置決め部２２は、トレイ２の基板３が載置される側の面に形成されている。また、位置決め部２２は、トレイ２（トレイ本体２０）に一体的に設けられている。位置決め部２２は、トレイ２の外周に沿って形成されている。つまり、位置決め部２２は、トレイ２の縁に設けられている。また、位置決め部２２は、図３に示すように、厚みＴ２を有している。位置決め部２２の厚みＴ２は、たとえば、約５ｍｍである。

【0032】

基板載置エリア２３には、基板３が載置されるように構成されている。基板載置エリア２３は、平坦状に形成されている。

【0033】

図２に示すように、トレイ２の直径は、載置台１３の内径Ｄ３より大きい。また、トレイ２の直径は、載置台１３の外径Ｄ４よりも小さい。

【0034】

基板３は、たとえば、シリコンにより形成されている。また、基板３は、図２に示すように、本体部３１と、ノッチ（切り欠き）３２とを有している。基板３は、たとえば、２００ｍｍの直径（いわゆる８インチウエハ）を有している。また、基板３は、たとえば、７２５μｍの厚さを有している。なお、基板３の直径とは、ノッチ３２を除く、円周形状部分の直径である。また、基板３は、たとえば、ＪＥＩＴＡやＩＳＯの標準仕様のウエハが用いられる。

【0035】

ここで、図４を参照して、トレイの直径に比べて、基板の直径が１／１．１５未満である場合のトレイ２ａおよび基板３ａについて説明する。なお、トレイ２ａは、特許請求の範囲の「圧電体結晶膜成膜用トレイ」の一例である。

【0036】

トレイ２ａの直径Ｄ１１は、載置台１３に載置可能なように、載置台１３の内径Ｄ３よりも大きく形成する必要がある。たとえば、トレイ２ａの直径Ｄ１１は、トレイ２の直径Ｄ２と略等しくなるように形成されている。トレイ２ａは、凹部２１ａと、位置決め部２２ａと、基板載置エリア２３ａと、金属のメタライズ層２４とを含んでいる。トレイ２ａは、基板３ａが載置される面の母材が露出された部分の直径Ｄ１３が基板３ａ（基板載置エリア２３ａ）の直径Ｄ１２の１．０５倍以上１．１５倍以下の直径を有している。

【0037】

つまり、トレイ２ａは、トレイ２ａの基板３ａが載置される面の母材が露出された部分の直径Ｄ１３が、基板３ａの直径Ｄ１２の１．０５倍以上１．１５倍以下になるように、トレイ２ａの基板３ａが載置される面を金属のメタライズ層２４により被覆されている。

【0038】

メタライズ層２４は、たとえば、白金（Ｐｔ）により形成されている。また、メタライズ層２４は、たとえば、亜鉛（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）などにより形成されている。また、メタライズ層２４は、たとえば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）などにより形成されている。

【0039】

メタライズ層２４は、トレイ２ａの基板３ａが載置される側に配置されている。つまり、メタライズ層２４は、ヒータ１４とは反対側に配置されている。また、メタライズ層２４は、トレイ２ａの母材に比べて熱を輻射しにくい材料により形成されている。具体的には、メタライズ層２４は、トレイ２ａの母材に比べて放射率が低い材料により形成されている。また、メタライズ層２４は、成膜時の高温に耐える（溶解しない）材料により形成されている。メタライズ層２４は、位置決め部２２ａの表面に設けられている。

【0040】

なお、凹部２１ａ、位置決め部２２ａおよび基板載置エリア２３ａは、それぞれ、トレイ２の凹部２１、位置決め部２２および基板載置エリア２３と同様の構成である。

【0041】

基板３ａは、本体部３１ａと、オリエンテーションフラット３２ａとを有している。基板３ａは、たとえば、１５０ｍｍの直径（いわゆる６インチウエハ）を有している。また、基板３ａは、たとえば、６２５μｍの厚さを有している。なお、基板３ａの直径とは、オリエンテーションフラット３２ａを除く、円周形状部分の直径である。また、基板３ａは、たとえば、ＪＥＩＴＡやＩＳＯの標準仕様のウエハが用いられる。

【0042】

（圧電体結晶膜の成膜方法）
次に、圧電体結晶膜の成膜方法について説明する。

【0043】

圧電体結晶膜の成膜方法は、基板３をトレイ２に配置する工程と、基板３をトレイ２とともに成膜空間１５内に配置する工程と、基板３をトレイ２側から加熱する工程と、成膜空間１５内にアルゴンガス（不活性ガス）を供給する工程と、ターゲット１２に電圧を印加する工程と、基板３上に圧電体結晶膜を形成する工程とを備える。

【0044】

具体的には、図５に示すように、ステップＳ１において、基板３をトレイ２に配置する。詳しくは、セラミックからなるとともに、基板３が載置される面の母材が露出された部分の直径が、基板３の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイ２に基板３を配置する。より好ましくは、基板３が載置される面の母材が露出された部分の直径が、基板３の直径の１．０５倍以上１．１２５倍以下のトレイ２に基板３を配置する。この際、基板３を、トレイ２の基板３が載置される面に形成された凸状の位置決め部２２により位置決めして、トレイ２に配置する。なお、基板３上には予め下部電極が形成されている。そして、基板３の下部電極上に圧電体結晶膜が成膜される。

【0045】

ステップＳ２において、基板３およびトレイ２を成膜空間１５内に配置する。具体的には、基板３をトレイ２とともに、成膜空間１５内に配置された圧電体の材料を含むターゲット１２に対向するように配置する。この際、基板３が載置されたトレイ２を、成膜空間１５内において、トレイ２の直径よりも大きい外周部分の直径を有する円環状の載置台１３に配置する。なお、成膜空間１５内は、減圧（略真空圧）されているため、基板３およびトレイ２は、ロボット（図示せず）により成膜空間１５内に配置される。

【0046】

ステップＳ３において、ヒータ１４により、基板３を加熱する。基板３は、圧電体の材料のキュリー点以上の温度になるように加熱される。たとえば、基板３は、５００〜７００℃に加熱される。ステップＳ４において、成膜空間１５内にアルゴンガスを供給するステップＳ５において、ターゲット１２に電圧を印加する。これにより、成膜空間１５内のアルゴンガスがイオン化してプラズマが発生する。また、成膜空間１５内のイオンがターゲット１２に衝突し、圧電体の材料（たとえば、ＰＺＴ）の粒子が飛び出る。飛び出た圧電体の材料の粒子は、対向する基板３に到達し、圧電体結晶膜が成膜される。

【0047】

所定の時間が経過し、基板３上に圧電体結晶膜が成膜されると、ステップＳ６において、ターゲット１２に対する電圧の印加を停止する。ステップＳ７において、成膜空間１５内へのアルゴンガスの供給を停止する。ステップＳ８において、ヒータ１４がオフにされ、基板３の加熱を停止する。

【0048】

ステップＳ９において、成膜空間１５内（圧電体の材料（たとえば、ＰＺＴ）雰囲気中）において、基板３を徐冷する。この際、基板３は、圧電体の材料のキュリー点以上の温度から、キュリー点以下の温度になるまで徐冷される。たとえば、基板３は、約５５０℃から約３５０℃になるまで、１分〜３０分程度の時間で徐冷される。好ましくは、基板３は、約２０分の時間で、２００℃程度の温度分だけ下がるように徐冷される。これにより、たとえば、成膜されたＰＺＴの膜において、結晶の配向の一部がｃドメインからａドメインに反転する。これにより、圧電定数ｄ₃₁（面に沿った方向の圧電定数）を増加させることが可能である。また、ＰＺＴの圧電体結晶膜の場合、結晶の配向は、ａドメインが３０％〜４０％程度となることが好ましい。また、ステップＳ９における徐冷の際に、冷却前に温度を上げてから徐冷する（ｉｎ−ｓｉｔｕアニール）ことが好ましい。徐冷せずに、急冷した場合、ｃドメインからａドメインへの反転する量が抑制されて、結晶の配向の８０％以上がｃドメインに配向してしまう。

【0049】

ステップＳ１０において、基板３およびトレイ２を成膜空間１５から取り出す。なお、成膜空間１５内は、減圧（略真空圧）されているため、基板３およびトレイ２は、ロボット（図示せず）により成膜空間１５から取り出される。以上により、基板３上に圧電体結晶膜が形成される。

【0050】

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0051】

本実施形態では、上記のように、基板３をトレイ２とともに成膜空間１５内に配置することができるので、基板３の大きさに合わせてトレイ２を選択して基板３に圧電体結晶膜を成膜することができる。つまり、基板３が載置される面の母材が露出された部分の直径が、基板３の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイ２に基板３を配置して、基板３上に圧電体結晶膜を形成する。これにより、基板３の裏面全体をトレイ２に接触させた状態で基板３を加熱することができるので、基板３の温度を安定させることができる。一方、トレイ２なしで加熱した場合、昇温時に、基板３面内の温度バラつきにより、圧電体のＰｂの量がバラつくため、基板３面内で性能が安定しない。また、基板３が載置される面の母材が露出された部分の直径を、基板３の直径の１．１５倍以下に形成することにより、トレイ２の母材が露出される部分が過度に大きくなるのを抑制することができるので、トレイ２の母材が露出される部分からの輻射熱による放熱が大きくなるのを抑制することができる。これにより、基板３の熱がトレイ２を介して逃げるのを抑制することができるので、基板３の温度バラつきを低減することで、基板面内での膜質のバラつきを低減することができる。また、温度コントロールも容易に行うことができるので、基板３に膜質の良い圧電体結晶膜を安定して成膜することができる。また、トレイ２の有する熱容量により保温されて、成膜後基板３が急激に冷却されるのを抑制することができるので、圧電体結晶膜の膜質が低下するのを抑制することができる。これによっても、基板３の温度バラつきを低減することもでき、基板面内での膜質のバラつきを低減することができる。一方、トレイ２なしで冷却した場合、ウエハ（基板３）が薄いので面内の温度がバラついて下がるためドメイン比率（配向）がバラついてしまう。より好ましくは、基板３の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイ２に基板３を配置することで、基板３の温度昇降時、温度コントロールがより容易となることでより膜質が向上し、基板３の温度バラつきがより低減することで基板３面内の膜質のバラつきがより低減する。また、基板３が載置される面の母材が露出された部分の直径を、基板３の直径の１．０５倍以上に形成することにより、基板３の直径に合わせてトレイ２の母材が露出された部分を容易に形成することができる。

【0052】

また、本実施形態では、基板３をトレイ２に配置する工程において、基板３を、トレイ２の基板３が載置される面に形成された凸状の位置決め部２２により位置決めして、トレイ２に配置する。これにより、基板３の裏面全体をトレイ２の母材が露出した部分に容易に配置することができるので、トレイ２の母材を介して基板３に熱をバランスよく伝えることができる。また、基板３が配置されたトレイ２を移動させる際に、トレイ２に対して基板３がズレるのを位置決め部２２により抑制することができる。

【0053】

また、本実施形態では、トレイ２の位置決め部２２を、トレイ２の外周に沿って形成する。これにより、トレイ２の外周に凸状の位置決め部２２を配置することができるので、トレイ２の外周の熱容量を大きくすることができる。その結果、基板３の外周側の温度が中心側に比べて低くなるのを抑制することができるので、圧電体結晶膜を安定して成膜することができる。

【0054】

また、本実施形態では、トレイ２ａの基板３ａが載置される面の母材が露出された部分の直径が、基板３ａの直径の１．０５倍以上１．１５倍以下になるように、トレイ２ａの基板３ａが載置される面を金属により被覆する。これにより、トレイ２ａからの熱の輻射を金属の被覆により抑制することができるので、トレイ２ａの直径に対して、１／１．１５倍未満の直径を有する基板３ａにも圧電体結晶膜を安定して成膜することができる。

【0055】

また、本実施形態では、基板３をトレイ２とともに成膜空間１５内に配置する工程において、基板３が載置されたトレイ２を、成膜空間１５内において、トレイ２の直径よりも大きい外周部分の直径を有する円環状の載置台１３に配置する。これにより、載置台１３の外周をトレイ２の外周よりも大きくすることができるので、載置台１３にトレイ２を安定して配置することができる。また、トレイ２の径方向における外側に載置台１３の露出する部分を基板３に近接して設けることができるので、ターゲット１２から載置台１３に付着した圧電体の材料を気化させてトレイ２上の基板３に供給することができる。これにより、基板３に圧電体結晶膜をより安定して成膜することができる。

【0056】

また、本実施形態では、基板３を加熱する工程において、基板３を、圧電体の材料のキュリー点以上の温度になるように加熱し、基板３上に圧電体結晶膜を形成した後、成膜空間１５内において、基板３を、圧電体の材料のキュリー点以下の温度になるまで徐冷する工程を設ける。これにより、結晶の配向性を圧電体結晶膜の一部において反転させることができるので、圧電体の圧電定数ｄ₃₁（面に沿った方向の圧電定数）を向上させることができる。

【0057】

また、本実施形態では、トレイ２を、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる母材により形成し、圧電体の材料は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含む。これにより、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むトレイ２を用いて基板３に膜質の良いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含む圧電体結晶膜を安定して成膜することができる。

【0058】

（実施例の説明）
次に、図６を参照して、本実施形態による圧電体結晶膜の成膜状態の評価を行った実験結果（実施例）について説明する。

【0059】

図６に示すように、実施例１、実施例２、実施例３および比較例では、基板の直径Ｄ１は、２００ｍｍ（いわゆる８インチウエハ）である。実施例１では、トレイの基板が載置される面の母材が露出された部分の直径Ｄ２は、２１０ｍｍである。つまり、実施例１では、Ｄ２は、Ｄ１の１．０５倍である。実施例２では、トレイの基板が載置される面の母材が露出された部分の直径Ｄ２は、２２５ｍｍである。つまり、実施例２では、Ｄ２は、Ｄ１の１．１２５倍である。実施例３では、トレイの基板が載置される面の母材が露出された部分の直径Ｄ２は、２３０ｍｍである。つまり、実施例３では、Ｄ２は、Ｄ１の１．１５倍である。比較例では、トレイの基板が載置される面の母材が露出された部分の直径Ｄ２は、２５０ｍｍである。つまり、比較例では、Ｄ２は、Ｄ１の１．２５倍である。

【0060】

上記のように、実施例１、実施例２、実施例３および比較例では、基板が配置されるトレイの直径Ｄ２が異っているが、その他は同様の条件により圧電体結晶膜を成膜した。

【0061】

図３に示すように、実施例１では、良好な膜質の圧電体結晶膜が安定して成膜された。圧電体結晶膜が基板全体にわたって略均一（フラット）に成膜された。

【0062】

実施例２では、良好な膜質の圧電体結晶膜が安定して成膜された。実施例２では、圧電体結晶膜が基板全体にわたって略均一（フラット）に成膜された。

【0063】

実施例３では、良好な膜質の圧電体結晶膜が成膜された。ただし、膜質が安定しない圧電体結晶膜が形成されることもあったが、概ね良好な膜質の圧電体結晶膜が成膜された。

【0064】

比較例では、圧電体結晶膜の表面に凹凸が形成されて白濁した膜が形成された。比較例では、基板の中心側と外周側とで不均一な圧電体結晶膜が形成された。

【0065】

以上のように実施例１〜３では、基板が載置される面の母材が露出された部分の直径が、基板の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイを用いて、基板に圧電体結晶膜を成膜することにより、基板に膜質の良い圧電体結晶膜を安定して成膜することが可能であることが分かった。

【0066】

（変形例）
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0067】

たとえば、上記実施形態では、トレイの位置決め部は、トレイの外周に沿って形成されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、トレイの位置決め部は、点状または線状に複数に分割して設けられていてもよい。

【0068】

また、上記実施形態では、トレイの位置決め部は、トレイの縁に設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、トレイの位置決め部は、トレイの縁から離れた中心側部分に設けられていてもよい。

【0069】

また、上記実施形態では、基板をヒータの放射熱（輻射熱）により加熱する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ヒータを、トレイまたは載置台に接するように設け、熱伝導により基板を加熱してもよい。

【0070】

また、上記実施形態では、金属のメタライズ層を位置決め部の表面に設ける構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、被覆する金属を凹部などに設けてもよい。

【0071】

また、上記実施形態では、圧電体結晶膜が強誘電体膜を含む例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧電体結晶膜は強誘電体膜以外の圧電体結晶膜であってもよい。

【符号の説明】

【0072】

２、２ａ トレイ（圧電体結晶膜成膜用トレイ）
３、３ａ 基板
１２ ターゲット
１３ 載置台
１５ 成膜空間
２０ トレイ本体
２２、２２ａ 位置決め部
２３、２３ａ 基板載置エリア

【要約】

【課題】基板に膜質の良い圧電体結晶膜を安定して成膜することが可能な圧電体結晶膜の成膜方法を提供する。
【解決手段】この圧電体結晶膜の成膜方法は、セラミックからなるとともに、基板３が載置される面の母材が露出された部分の直径が、基板３の直径の１．０５倍以上１．１５倍以下のトレイ２に基板３を配置する工程と、基板３をトレイ２とともに、成膜空間１５内に配置された圧電体の材料を含むターゲット１２に対向するように配置する工程と、基板３をトレイ２側から加熱する工程と、ターゲット１２に電圧を印加する工程と、基板３上に圧電体結晶膜を形成する工程とを備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】