[发明专利]压电体薄膜元件、其制造方法、以及使用了该压电体薄膜元件的电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及压电体薄膜元件，特别涉及具备不包含铅的铌酸碱金属系压电体的薄膜元件及其制造方法。另外，本发明涉及使用了该压电体薄膜元件的电子设备。

背景技术

压电元件是利用压电体的压电效应的元件，被广泛用作在对压电体施加电压时产生位移、振动的致动器，在使压电体发生应力变形时产生电压的应力传感器等功能性电子部件。一直以来，作为致动器、应力传感器中利用的压电体，广泛使用具有大的压电特性的锆钛酸铅系的钙钛矿型强电介质(组成式：Pb(Zr_1-xTi_x)O₃、PZT)。

PZT是含有铅的特定有害物质，但由于目前并不存在可代替其作为压电材料的适当的市售品，因而成为RoHS指令(电气/电子设备中含有的特定有害物质的使用限制所相关的欧洲议会以及理事会指令)的免适用对象。但是，在全世界人们对于保全地球环境的要求益发强烈，强烈期望开发出一种使用了不含铅的压电体(非铅系压电材料)的压电元件。另外，伴随着近年对于各种电子设备的小型化/轻量化的要求，对利用了薄膜技术的压电体薄膜元件的要求变高。

作为使用了非铅系压电材料的压电体薄膜元件，例如专利文献1中公开了一种压电薄膜元件，其为在基板上具有下部电极、压电薄膜、以及上部电极的压电薄膜元件，其特征在于，将上述压电薄膜制成由组成式(Na_xK_yLi_z)NbO₃(0＜x＜1、0＜y＜1、0≤z＜1、x+y+z＝1)所表示的碱金属铌酸化物系的钙钛矿化合物构成的电介质薄膜，在该压电薄膜与上述下部电极之间设有如下材料的薄膜作为缓冲层，所述材料具有钙钛矿型晶体结构并且容易以高取向度向(001)、(100)、(010)、以及(111)中的任一面方位取向。根据专利文献1，使用了无铅的铌酸锂钾钠薄膜的压电薄膜元件可获得充分的压电特性。

压电元件以由2个电极夹持有压电体的构成为基本结构，并根据用途微细加工成梁状、音叉状的形状而制作。因此，在将使用了非铅系压电材料的压电元件实用化时，微细加工工艺是非常重要的技术之一。

例如专利文献2中公开了一种压电体薄膜晶圆的制造方法，其特征在于，实施如下工序：对于在基板上具备压电体薄膜(组成式：(K_1-xNa_x)NbO₃、0.4≤x≤0.7)的压电体薄膜晶圆，使用包含Ar的气体进行离子蚀刻的第1加工工序；以及接在前述第1加工工序之后，使用混合了氟系反应性气体和Ar的混合蚀刻气体进行反应性离子蚀刻的第2加工工序。根据专利文献2，能够将压电体薄膜高精度地微细加工，另外可获得可靠性高的压电体薄膜元件以及廉价的压电体薄膜设备。

另外，非专利文献1中报告了有关氯/氩的混合气体中的电感耦合等离子体对(Na_0.5K_0.5)NbO₃的蚀刻性的研究。根据非专利文献1，如根据等离子体的各种参数的变化所预测的那样，(Na_0.5K_0.5)NbO₃的蚀刻速度相对于向电感耦合等离子体的施加电力与负的直流偏压而单调增加。另一方面，相对于氯/氩的混合比并非单调的行为，而是在“氯/氩＝80/20”时获得了最大75nm/min的蚀刻速度。另外还考察到，这样的蚀刻速度是因为在离子辅助化学反应中化学路径与物理路径同时发挥了作用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-19302号公报

专利文献2：日本特开2012-33693号公报

非专利文献

非专利文献1：Chan Min Kang,Gwan-ha Kim,Kyoung-tae Kim,and Chang-il Kim：“Etching Characteristics of(Na_0.5K_0.5)NbO₃ Thin Films in an Inductively Coupled Cl₂/Ar Plasma”Ferroelectrics 357，179-184(2007).

发明内容

发明想要解决的课题