[发明专利]外延膜、压电元件、铁电元件、它们的制造方法以及液体排出头

说明书

本发明是申请日为2008年3月5日、申请号为200880009802.1的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及优选用于制备在Si衬底上形成的电子器件用缓冲层的外延膜、使用该外延膜的压电元件和铁电元件、它们的制造方法以及液体排出头。

背景技术

作为半导体单晶衬底的硅衬底具有优异的结晶性，并且能扩大衬底的面积，以致该衬底适合作为制备电子器件的衬底，并用于通常的目的。在Si衬底上叠层并制备的电子器件的例子包括介电器件、压电器件、铁电器件和热电器件。为了改善器件的晶体结构已对在Si衬底上形成的作为底层的缓冲层进行了研究。

在缓冲层中，作为在与衬底的Si晶体晶格匹配且与组成电子器件的钙钛矿氧化物的晶体晶格匹配方面优异的材料，使用形成为外延膜的ZrO₂或用Y掺杂的稳定ZrO₂。

作为这样的缓冲层，具体地报道有使用氧化锆或掺杂Y的稳定氧化锆的薄膜的叠层薄膜(专利文献1)以及使用Y稳定的氧化锆(YSZ)的压电元件(专利文献2)。

但是，在专利文献1中公开的缓冲层中，通过电子束蒸发法形成其晶体表面与衬底的表面对准的叠层薄膜，这不适合形成具有大面积的膜。因此，要求建立这样的成膜技术以形成具有大面积的缓冲层。

而且，作为传统的外延膜得到的缓冲层在稳定的ZrO₂中具有大含量的包括Sc和Y的稀土元素。另外，当形成具有大于等于3英寸的大面积的膜时，具有面内组成的波动增加的问题。例如，在Y₂O₃-ZrO₂的体单晶中Y的含量最大为3.7％，而在外延膜中Y的含量为大于等于10％。难以在得到的膜中降低Y的含量。一般地，当利用溅射法形成膜时，靶的组成并不原样地反映在外延膜的组成中，非常难以发现用于得到具有目标组成的外延膜的靶的最佳组成。

因此，含有相对于氧化锆过剩的氧化钇的外延膜具有归属于Y₂O₃的四方晶系的晶体，并且(100)取向和(001)取向混合存在于膜中。没有得到具有单晶性的薄膜。

要指出的是，专利文献3的实施例1中公开了“在Si衬底上的(Y₂O₃)x(ZrO₂)1-x(x＝0.04)的外延生长膜”。

(专利文献1)日本专利申请公开No.H09-110592

(专利文献2)日本专利申请公开No.2002-234156

(专利文献3)日本专利申请公开No.H02-082585

发明内容

本发明的目的是提供具有均匀组成和优异的晶体取向的大面积外延膜以及该膜的制造方法。本发明的另一目的是提供其中使用晶格匹配方面优异的外延膜作为Si衬底上的缓冲层以提供单取向晶体结构并且具有优异特性和大面积的压电元件以及提供使用该外延膜的铁电元件以及提供这些元件的制造方法。本发明的另一目的是提供大的液体排出头，其中使用这些元件并且其具有优异的液体排出性能。

为解决上述问题，本发明人深入研究了其上叠层外延膜的Si衬底、用于通过溅射法形成外延膜的靶材料的组成和与得到的外延膜的组成的相关性。结果发现，通过作为以特定比例包括金属元素的靶材料的金属的溅射，能在具有特定厚度的SiO₂层的Si衬底表面上形成金属元素均匀分布并且具有单取向结晶和大面积的外延膜。基于这样的发现完成了本发明。

即，本发明涉及外延膜的制造方法，包括：

加热S i衬底，在该衬底的表面上设置有膜厚1.0nm～10nm的SiO₂层；和

通过使用由以下组成式(1)表示的金属靶在SiO₂层上形成由以下组成式(2)表示的外延膜：

yA(1-y)B                (1)，

其中A为选自由包括Y和Sc的稀土元素组成的组的一种或多种元素，B为Zr，且y为0.03～0.20的数值，

xA₂O₃-(1-x)BO₂          (2)，

其中A和B为分别与组成式(1)的A和B相同的元素，且x为0.010～0.035的数值。

另外，本发明涉及外延膜，其在Si衬底上形成并且由组成式(2)表示：