[发明专利]压电薄膜元件

说明书

本发明提供一种压电薄膜与下部电极层(第一电极层)之间的晶格不匹配减少了的压电薄膜元件。压电薄膜元件(10)具备第一电极层(6a)、和直接层叠于第一电极层(6a)的压电薄膜(2)，第一电极层(6a)包含由两种以上的金属元素构成的合金，第一电极层(6a)具有面心立方晶格结构，压电薄膜(2)具有纤锌矿型结构。

技术领域

本发明涉及一种压电薄膜元件。

背景技术

近年来，MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)备受关注。所谓MEMS(微机电系统)，是指利用微细加工技术使机械要素部件及电子电路等集成在一个基板上而成的装置。在具有传感器、滤波器、采集机、或致动器等功能的MEMS中利用压电薄膜。在使用有压电薄膜的MEMS的制造中，在硅或蓝宝石等基板上层叠下部电极层、压电薄膜、及上部电极层。经过接下来的微细加工、图案化、或蚀刻等后续步骤，能获得具有任意特性的MEMS。通过选择特性优异的压电薄膜，可实现MEMS等压电薄膜元件的特性提高及小型化。

作为用于压电薄膜元件的压电薄膜，例如已知有AlN(氮化铝)、ZnO(氧化锌)、CdS(硫化镉)、LiNbO₃(铌酸锂)及PZT(锆钛酸铅)等。AlN、ZnO及CdS等具有纤锌矿型结构的压电薄膜与具有钙钛矿型结构的PZT相比，虽然正压电常数(d常数)较小，但相对介电常数(ε_r)较小。因此，对于设计上考虑压电输出系数(g常数＝d/ε₀ε_r，ε₀为真空的介电常数)的压电薄膜元件而言，具有纤锌矿型结构的压电薄膜是有力的候补材料(参照下述非专利文献1)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Rajan S.Naik et al.，IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS,FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL，2000，vol.47，p.292-296。

发明内容

然而，如下所述，在使用有具有纤锌矿型结构的压电薄膜的压电薄膜元件中存在几个问题。

最严重的问题为源自于结晶取向性的压电特性的劣化。具有纤锌矿型结构的压电薄膜表现压电特性的方向为纤锌矿型结构的(001)面，但不仅是纤锌矿型结构的非(001)面的存在会使压电特性劣化，(001)面的取向的波动也会使压电特性劣化。因此，抑制具有纤锌矿型结构的压电薄膜的结晶取向性的波动并提高(001)面的取向性较为重要。

例如，在上述非专利文献1所记载的AlN薄膜的制造方法中，为了提高AlN薄膜的结晶取向性，而变更对溅射靶的输入功率及溅射装置内的残留气体等的各条件。

然而，如上述非专利文献1所记载的AlN薄膜，在将具有纤锌矿型结构的压电薄膜直接层叠于下部电极层上的情况下，容易发生AlN薄膜与下部电极层间的晶格不匹配。晶格不匹配会使压电薄膜的结晶取向性劣化。通过结晶取向性的劣化，压电薄膜的压电特性也会劣化。另外，压电薄膜中的残留应力会因晶格不匹配而增加。残留应力会引起压电薄膜中的开裂(龟裂)。进而，晶格不匹配会使压电薄膜的表面平滑性劣化。压电薄膜的绝缘电阻会因表面平滑性的劣化而降低。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种压电薄膜与下部电极层(第一电极层)间的晶格不匹配减少的压电薄膜元件。

解决技术问题的手段

本发明的一个实施方式所涉及的压电薄膜元件具备第一电极层、和直接层叠于第一电极层的压电薄膜，第一电极层包含由两种以上的金属元素构成的合金，第一电极层具有面心立方晶格结构，压电薄膜具有纤锌矿型结构。

在本发明的一个实施方式中，合金可包含选自Pt、Ir、Au、Rh、Pd、Ag、Ni、Cu及Al中的两种以上的元素。