[发明专利]成膜方法、成膜装置、压电膜、压电器件和液体排出装置

说明书

技术领域

本发明涉及成膜方法和成膜装置，所述成膜方法和成膜装置用于使用等离子体通过气相沉积在基板上形成含有靶的构成元素的膜。本发明还涉及使用所述成膜方法形成的压电膜，以及包括该压电膜的压电器件和液体排出装置。

背景技术

溅射是这样一种成膜方法：其中将基板和靶放置成相互面对，并且使在减压下等离子体化的气体碰撞该靶，从而碰撞的能量使分子或原子从靶弹射出并且沉积在基板上。日本未审查专利公开11(1999)-335828和11(1999)-350126(此后分别称为专利文件1和2)各自公开了一种成膜装置，所述成膜装置是用来在典型的成膜工艺中使用溅射在面内方向上实现均匀的膜厚度分布。

专利文件1公开了一种溅射成膜装置，所述装置包括用于引入将要被等离子体化的气体的气体入口，所述入口设置在用于对进行成膜的加工室进行真空排出的排出路径附近(见，例如权利要求1和图1)。公开的是，这种装置通过降低加工室中的压力梯度而可以实现在面内方向上的均匀膜厚度分布(见第0019段)。

专利文件2公开了一种成膜装置，所述成膜装置包括设置在加工室和排出室之间的分隔区域处的气体限制装置(或气体控制装置)，所述气体限制装置用于限制将要被等离子体化的气体的流动，在所述加工室中进行成膜(见权利要求1、2、4和5)。作为一个具体的方面，公开了所述气体限制装置包括：安置在所述加工室和所述排出室之间的分隔区域处的气体限制板；和设置在排出室处的闸板(shutter)(见，例如权利要求7和8，以及图1)。

专利文件2教导了：气体限制装置允许在加工室中提供均匀的等离子体密度分布(见权利要求1和4)和降低加工室中气体的压力梯度(见权利要求2和5)，并且这些效果提供了在面内方向上的均匀膜厚度分布(见，例如第0024段)。

专利文件2还教导了：通过气体限制装置可以实现在要被加工的物体周围均匀的电位分布，其中气体引入侧和排出侧都被地面包围(见，例如权利要求3和6)，并且这对于实现在面内方向上的均匀膜厚度分布也是有效的(见，例如第0024段)。

在理论上，通过溅射形成的膜的组成应当与靶的组成基本上相同。然而，如果膜的构成元素包括具有高蒸气压的元素，则该元素趋向于在形成的膜的表面上经受逆向溅射(reverse sputtering)，并且这可能常常使得难以提供具有与靶的组成基本上相同组成的膜。

所述逆向溅射是这样的一种现象，其中如果在构成元素中溅射的容易性(溅射率)存在大的差别，则在构成元素中比沉积在基板上的其它元素对溅射更敏感的一种元素优先通过溅射粒子溅射出膜的表面，尽管从靶溅射的元素具有与靶几乎相同的组成。

例如，在作为具有高铁电性的钙钛矿型氧化物的PZT(锆钛酸铅)中，Pb比Ti和Zr更对逆向溅射敏感，并因此Pb在膜中的浓度趋向于低于Pb在靶中的浓度。同样，在A位含有Bi或Ba的钙钛矿型氧化物中，这些元素具有高的蒸气压并因而具有类似的趋势。

在含Zn化合物中，Zn具有高的蒸气压并因而具有类似的趋势。例如，在氧化锌透明导电膜或者透明半导体膜如与具有与氧化锡铟(ITO)相似的优异的电学和光学特性并且廉价而且是丰富资源的InGaZnO₄(IGZO)中，Zn比其它构成元素更加对逆向溅射敏感，并且Zn在膜组成中的含量趋向于低于Zn在靶组成中的含量。

为了获得如在以上实例中所表达的体系期望组成，已经采取了措施，如使用含有浓度增加的对逆向溅射敏感的元素的靶。

本发明人已经使用可商购的溅射装置在具有6英寸直径的基板上形成了PZT膜，并且已经发现膜的Pb浓度在面内方向上是不同的(见比较例1和2，其将在下文中描述)。在具有对逆向溅射敏感的组成的情况下，认为有必要更严格地控制成膜条件，以提供在面内方向上的均匀条件。

尽管专利文件1和2教导了通过控制气体流动而在加工室中提供均匀的气体压力或均匀的等离子体密度分布，但是均匀的水平未描述并且是不清楚的。

在专利文件1中公开的结构中，将气体通过设置在相对于基板的侧面上的单口引入，并且在同一侧面排出。在专利文件2中公开的结构中，气体从相对于基板的侧面引入，并且在使用气体限制装置限制气体排出的情况下在另一侧面排出。由于在两种结构中，对于气体流动的控制仅从相对于基板的一个或多个侧面发挥作用，所以可能很难说可以实现在加工室内的基板的面内方向上的气体压力分布的高度均化。在专利文件1中公开的结构中，气体入口安置在排出路径附近，并因此引入到加工室中的气体被立即排出。因此，大概非常有可能的是没有将必要量的气体进料到加工室中。