三菱マテリアルは,圧電MEMSデバイス向けに,従来よりも約4倍の高スループット成膜を可能にするPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)圧電膜用ゾルゲル材料を開発した。PZT膜を搭載した圧電MEMSデバイスは,インクジェットヘッドやRFスイッチなどのアクチュエーター用途や,ジャイロセンサや振動センサなどの用途において実用化が始まっており,将来の電力変換モジュールとしても注目を集めている。
PZT膜の成膜手法としては現在,スパッタリング法とゾルゲル法があるが,スパッタリング法はプロセスコストが高いといった課題があり,同社ではより安価な非真空プロセスであるゾルゲル法用の材料開発を行なってきた。しかし,これまでのゾルゲル法では,良好な圧電特性実現のため数10㎚の厚さの膜を数十回積層させ,圧電MEMSデバイスに要求されるミクロンオーダーの膜厚を得る必要があるため,プロセス時間が長いことが量産上の課題とされていた。
今回,同社が開発したゾルゲル法では,1回の成膜工程で得られる膜厚を増大させるべく,ゾルゲル材料の組成や成膜プロセスを改良した結果,膜厚を約400㎚とすることで,積層回数の大幅な削減を可能にした。これにより,成膜スループットを8.8μm/hにするとともに,膜の圧電定数を-15 C/m²とデバイスとして実用上十分な数値であることを確認できた。
同社は今後,成膜装置メーカーとも協力し,MEMS市場で求められる8インチSiウェハーサイズでの量産成膜プロセスの構築を目指す。
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