[發明專利]外延膜、壓電元件、鐵電元件、它們的制造方法以及液體排出頭

無效

• 申請號: 201110148637.1
• 申請日: 2008-03-05
• 公開（公告）號: CN102214788A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 林潤平;松田堅義;福井哲朗;舟洼浩
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社;國立大學法人東京工業大學
• 主分類號: H01L41/187
• 分類號: H01L41/187;H01L41/09
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

本發明是申請日為2008年3月5日、申請號為200880009802.1的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及優選用于制備在Si襯底上形成的電子器件用緩沖層的外延膜、使用該外延膜的壓電元件和鐵電元件、它們的制造方法以及液體排出頭。

背景技術

作為半導體單晶襯底的硅襯底具有優異的結晶性，并且能擴大襯底的面積，以致該襯底適合作為制備電子器件的襯底，并用于通常的目的。在Si襯底上疊層并制備的電子器件的例子包括介電器件、壓電器件、鐵電器件和熱電器件。為了改善器件的晶體結構已對在Si襯底上形成的作為底層的緩沖層進行了研究。

在緩沖層中，作為在與襯底的Si晶體晶格匹配且與組成電子器件的鈣鈦礦氧化物的晶體晶格匹配方面優異的材料，使用形成為外延膜的ZrO₂或用Y摻雜的穩定ZrO₂。

作為這樣的緩沖層，具體地報道有使用氧化鋯或摻雜Y的穩定氧化鋯的薄膜的疊層薄膜(專利文獻1)以及使用Y穩定的氧化鋯(YSZ)的壓電元件(專利文獻2)。

但是，在專利文獻1中公開的緩沖層中，通過電子束蒸發法形成其晶體表面與襯底的表面對準的疊層薄膜，這不適合形成具有大面積的膜。因此，要求建立這樣的成膜技術以形成具有大面積的緩沖層。

而且，作為傳統的外延膜得到的緩沖層在穩定的ZrO₂中具有大含量的包括Sc和Y的稀土元素。另外，當形成具有大于等于3英寸的大面積的膜時，具有面內組成的波動增加的問題。例如，在Y₂O₃-ZrO₂的體單晶中Y的含量最大為3.7％，而在外延膜中Y的含量為大于等于10％。難以在得到的膜中降低Y的含量。一般地，當利用濺射法形成膜時，靶的組成并不原樣地反映在外延膜的組成中，非常難以發現用于得到具有目標組成的外延膜的靶的最佳組成。

因此，含有相對于氧化鋯過剩的氧化釔的外延膜具有歸屬于Y₂O₃的四方晶系的晶體，并且(100)取向和(001)取向混合存在于膜中。沒有得到具有單晶性的薄膜。

要指出的是，專利文獻3的實施例1中公開了“在Si襯底上的(Y₂O₃)x(ZrO₂)1-x(x＝0.04)的外延生長膜”。

(專利文獻1)日本專利申請公開No.H09-110592

(專利文獻2)日本專利申請公開No.2002-234156

(專利文獻3)日本專利申請公開No.H02-082585

發明內容

本發明的目的是提供具有均勻組成和優異的晶體取向的大面積外延膜以及該膜的制造方法。本發明的另一目的是提供其中使用晶格匹配方面優異的外延膜作為Si襯底上的緩沖層以提供單取向晶體結構并且具有優異特性和大面積的壓電元件以及提供使用該外延膜的鐵電元件以及提供這些元件的制造方法。本發明的另一目的是提供大的液體排出頭，其中使用這些元件并且其具有優異的液體排出性能。

為解決上述問題，本發明人深入研究了其上疊層外延膜的Si襯底、用于通過濺射法形成外延膜的靶材料的組成和與得到的外延膜的組成的相關性。結果發現，通過作為以特定比例包括金屬元素的靶材料的金屬的濺射，能在具有特定厚度的SiO₂層的Si襯底表面上形成金屬元素均勻分布并且具有單取向結晶和大面積的外延膜。基于這樣的發現完成了本發明。

即，本發明涉及外延膜的制造方法，包括：

加熱S?i襯底，在該襯底的表面上設置有膜厚1.0nm～10nm的SiO₂層；和

通過使用由以下組成式(1)表示的金屬靶在SiO₂層上形成由以下組成式(2)表示的外延膜：

yA(1-y)B????????????????(1)，

其中A為選自由包括Y和Sc的稀土元素組成的組的一種或多種元素，B為Zr，且y為0.03～0.20的數值，

xA₂O₃-(1-x)BO₂??????????(2)，

其中A和B為分別與組成式(1)的A和B相同的元素，且x為0.010～0.035的數值。

另外，本發明涉及外延膜，其在Si襯底上形成并且由組成式(2)表示：