JP2001250995A

JP2001250995A - 圧電体薄膜素子

Info

Publication number: JP2001250995A
Application number: JP2000061916A
Authority: JP
Inventors: Chisako Maeda; 智佐子前田; Akira Yamada; 朗山田; Hidefusa Uchikawa; 英興内川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】素子の性能を向上させることができかつ信頼
性と歩留まりが高い圧電体薄膜素子を提供する。【解決手段】イリジウムを含む下部電極と、下部電極
の上に成膜された圧電体薄膜とを備え、下部電極の上に
成膜された圧電体薄膜の結晶性を良好にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は通信用フィルタや各
種センサ等の広範な分野で用いられている圧電体薄膜を
応用した圧電体薄膜素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電現象を応用した素子は広範な分野に
おいて用いられている。その中で圧電体薄膜を用いた圧
電体薄膜素子は、通常、基板上に圧電体を駆動する電極
とその電極の上に圧電体薄膜を形成することにより構成
される。また、圧電体薄膜素子では、必要に応じて基板
上に下地膜を加えることにより素子特性を向上させるよ
うに構成される。この圧電体薄膜素子は、例えば、半導
体単結晶などの基板上に種々の薄膜形成方法により誘電
体または導電体からなる下地膜を形成した後、その下地
膜上に圧電体薄膜を形成し、さらに必要に応じて上部電
極等の上部構造を形成することにより作製される。以上
の工程においては、必要な段階で化学的あるいは物理的
処理を施すことにより各層を所望の形状にすることを含
み、最後に1素子単位圧電体薄膜素子に分離される。

【０００３】特に圧電体薄膜のバルク振動を利用する素
子の場合には、圧電体薄膜の振動を容易にするために振
動部の下の基板を除去した浮き構造を採っている。例え
ば、特開平６−３５０１５４号公報によれば、基板上に
下地膜、下部電極、圧電体薄膜、上部電極を形成し、圧
電体薄膜が上下の電極に挟まれている振動部の領域では
裏面からエッチングにより基板を除去した浮き構造を形
成している。この従来例のバルク振動を利用する圧電タ
イ薄膜素子において、上下の電極としてはチタンを密着
層とし、白金を主導電層とした白金/チタンからなる電
極構造が採用されている。

【０００４】このように構成される圧電体薄膜素子にお
いて、下部電極は単に圧電体薄膜への電気信号を入出力
するのみではなく、圧電体薄膜とともに振動することを
利用して圧電振動の性能を向上させるためにも用いられ
る。従って圧電体薄膜に接する下部電極薄膜には圧電体
薄膜との間の良好な密着性及び電気伝導性に加えて緻密
で高い結晶性を有することが必要とされる。また、圧電
体薄膜の振動を容易にするためには圧電体薄膜に対する
重量負荷を軽減することが有効であり、できるだけ軽い
電極材料を採用することが望ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
に採用されている白金/チタン構造の下部電極はチタン
が白金膜中に拡散し、白金膜の緻密性及び結晶性が劣化
するという問題点があった。また、このために白金薄膜
上に膜成長をさせて形成する圧電体薄膜の緻密性や結晶
性も低下させることとなり、圧電体薄膜の振動特性が悪
化して圧電体薄膜素子の性能が低下するという問題があ
った。また、チタンの拡散により基板と電極との密着性
が低下するため、素子の信頼性と製造上の歩留まりも低
下するという問題もあった。このような問題点を解決す
ることを目的とし、チタンの拡散を抑制するために白金
/チタン膜を形成した後、酸素雰囲気にて白金層内に拡
散したチタンを酸化させることにより、チタン拡散を抑
制する白金-チタン-酸素の混合層を形成した上に白金を
形成することにより緻密かつ高結晶性の白金膜を得ると
いう方法も用いられている。しかしながら、その方法
は、プロセスが複雑になるため製造コストが高くなると
いう問題点があった。

【０００６】そこで、本発明は、素子の性能を向上させ
ることができかつ信頼性と歩留まりが高い圧電体薄膜素
子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係る圧電体薄膜素子は、イリジウムを含
む下部電極と、該下部電極の上に成膜された圧電体薄膜
とを備えたことを特徴とする。このようにすると、下部
電極の上に成膜された圧電体薄膜の結晶性を良好にでき
る。

【０００８】また、本発明に係る圧電体薄膜素子は、下
部電極の上に成膜される圧電体薄膜の結晶性をより良好
にするために、上記下部電極が、金属イリジウム、イリ
ジウム合金、イリジウム酸化物からなる群から選択され
た少なくとも一種からなることが好ましい。

【０００９】また、本発明に係る圧電体薄膜素子は、上
記下部電極を、上記圧電体薄膜を振動可能に保持する下
地膜上に形成するようにしてもよい。このようにする
と、上記圧電体薄膜の厚み振動を利用した素子を構成で
きる。

【００１０】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
ては、上記下地膜を、シリコン基板上に形成された窒化
シリコン及び酸化シリコンとし、上記圧電体薄膜におけ
る振動部分の下に位置するシリコン基板を除去するよう
にしてもよい。このように、振動部の基板を除去した構
造を採ることにより圧電体薄膜の振動を容易にすること
ができる。

【００１１】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
て、上記圧電体薄膜は、チタン酸鉛又はチタン酸ジルコ
ン酸鉛を主成分とする圧電体薄膜とできる。

【００１２】さらに、本発明に係る圧電体薄膜素子にお
いて、上記下部電極と上記下地膜との間の密着性を強化
するために上記下部電極と上記下地膜との間にさらに密
着層が形成されることが好ましい。また、このようにし
ても、イリジウムを含む下部電極薄膜層により密着層の
拡散を防止することもできるため圧電体薄膜素子の歩留
まりと信頼性を向上させることができる。

【００１３】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
て、上記密着層は、チタン、クロム、バナジウム、ジル
コニウム、タングステン、タンタル、ニオブからなる群
から選択された１種で構成することが好ましい。

【００１４】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
て、さらに上記圧電体薄膜上に上部電極を形成すること
ができ、その場合、該上部電極はパラジウムを含むこと
が好ましい。

【００１５】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
て、上記上部電極を、アルミニウムを含む層とパラジウ
ムを含む層とを有してなる多層膜としてもよい。

【００１６】また、上記圧電体薄膜素子では、上記上部
電極はアルミニウム層と該アルミニウム層の上に形成さ
れたパラジウム層とからなることが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
に係る実施の形態の圧電体薄膜素子について説明する。
本実施の形態の圧電体薄膜素子は、下部電極と上部電極
の間に圧電体薄膜が形成された圧電体薄膜のバルク振動
を利用した素子であって、図１に示すように、シリコン
基板１上に形成された下地膜２上に、下部電極４、圧電
体薄膜５及び上部電極１１が積層されてなる。

【００１８】詳細には、実施の形態の圧電体薄膜素子に
おいて、シリコン基板１上に窒化シリコン膜と酸化シリ
コン膜からなる下地膜２が形成され、下地膜２の上に下
地膜２との間で密着層として機能する密着層３が形成さ
れ、さらに密着層３の上に下部電極４が形成されてい
る。そして、下部電極４の上に圧電体薄膜５が形成さ
れ、その圧電体薄膜５の上に２つの電極１１ａ，１１ｂ
からなる上部電極１１が形成されている。

【００１９】また、実施の形態の圧電体薄膜素子におい
て、密着層３と下部電極４は、圧電体薄膜が形成される
振動電極６として形成され、基板１の一方の端部にはそ
の振動電極６から分離された一方の端子８が形成され、
基板の他方の端部には他方の端子７が振動電極６に連続
して形成されている。尚、振動電極６と端子８，７は、
基板１の上面に形成された密着層３及び下部電極４にそ
れぞれ対応する２層の金属膜がパターンニングされてな
る。したがって、端子８，７はそれぞれ、密着層である
密着層３ａと下部電極４ａ及び密着層である密着層３ｂ
と下部電極４ｂからなる。上部電極１１は端子８にエア
ーブリッジ１３によって接続される。さらに、本実施の
形態の圧電体薄膜素子では、圧電体薄膜の直下に位置す
るシリコン基板を除去することにより、下部電極、圧電
体薄膜及び上部電極からなる振動部分を下地膜により振
動可能に保持して、その振動を阻害しないように構成し
ている。

【００２０】ここで、特に本実施の形態の圧電体薄膜素
子では、その上に圧電体薄膜５が形成される下部電極４
を、金属イリジウムを用いて形成したことを特徴として
おり、これにより圧電体薄膜５を結晶性よく形成するこ
とを可能にしている。また、本実施の形態において、密
着層３は、窒化シリコンと酸化シリコンからなる下地膜
２との間の密着性が良く、かつイリジウムからなる下部
電極４と密着性のよいチタンを用いて形成している。

【００２１】尚、本実施の形態の圧電体薄膜素子では、
下部電極４として、金属イリジウムに代えて、イリジウ
ムを含む合金あるいはイリジウム酸化物のいずれかを用
いて形成するようにしてもよく、このようにしても圧電
体薄膜５を結晶性よく形成することができる。また、本
実施の形態において、密着層３は、チタンに代え、下地
膜２との間の密着性が良くかつイリジウムを含む下部電
極４と密着性のよい、クロム、バナジウム、ジルコニウ
ム、タングステン、タンタル、ニオブのいずれかを選択
して用いるようにしてもよい。また、本実施の形態で
は、必要に応じて密着層３と下部電極４の間にさらに別
の電極薄膜を備えていてもよい。

【００２２】さらに、実施の形態の圧電体薄膜素子で
は、第１上部電極１１ａとしてアルミニウム膜を用い、
第２上部電極１１ｂとしてパラジウム薄膜を形成した。
尚、本発明においては、第１上部電極１１ａと第２上部
電極１１ｂとして従来例と同様のＴｉとＰｔを用いるこ
とができるが、化学的に安定な性質を有しかつＰｔより
軽量のパラジウムを用いることが好ましく、これによ
り、圧電体薄膜への重量負荷を軽減することができる。
本実施の形態では、上部電極１１をさらに軽量化するた
めにアルミニウムを用いているが、上部電極の耐環境
性、耐プロセス性を向上させるためにアルミニウム薄膜
を第１上部電極１１ａとして用い、その上に第２上部電
極１１ｂとしてパラジウム薄膜を形成し、アルミニウム
薄膜を保護している。

【００２３】また、圧電体薄膜５には大きな電気機械結
合係数を有する鉛系の材料が適しており、特にチタン酸
鉛またはチタン酸ジルコン酸鉛を用いることが好まし
い。また、本実施の形態において、下部電極、上部電極
及び圧電体薄膜５の成膜には配向膜を得やすい高周波ス
パッタ装置を用いることが好ましいが、一般的に用いら
れている物理的あるいは化学的成膜方法、例えば、ゾル
ーゲル法やプラズマ化学気相法（ＣＶＤ）等によって成
膜した場合でも本実施の形態と同様の結果が得られる。

【００２４】以上のように構成された実施の形態の圧電
体薄膜素子は、イリジウムを含む下部電極４の上に圧電
体薄膜５を形成しているので、圧電体薄膜５を緻密でか
つ高結晶性を有するように成膜できる。こりにより、高
い共振特性を有する（損失の小さい）圧電体薄膜５を形
成することができ、挿入損失が小さくかつＱの高い圧電
体薄膜素子（例えば、共振器）を提供することができ
る。

【００２５】また、本実施の形態の圧電体薄膜素子で
は、アルミニウム膜（第１上部電極１１ａ）とパラジウ
ム薄膜（第２上部電極１１ｂ）とからなる上部電極１１
を用いているので、上部電極を軽量化することができ、
圧電体薄膜素子の性能を飛躍的に向上させることができ
る。

【００２６】さらに、本実施の形態の圧電体薄膜素子で
は、下部電極４を金属イリジウムを用いて形成しかつ密
着層３をチタンを用いて形成しているので、密着層３と
下地膜２との間の密着性を良くでき、かつ密着層３と下
部電極４との間の密着性を良くでき、しかも下部電極４
のIr層が密着層として形成された密着層３を構成する材
料の拡散を防止することができ、製造工程における素子
の歩留まりを向上させることができさらに素子の信頼性
を向上させることができる。

【００２７】以上の実施の形態では、基板としてシリコ
ン基板を用いたが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、ＧａＡｓ等の他の半導体基板、アルミナ基板等の
絶縁基板等種々の基板を用いることができる。また、下
地膜２として窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等に限定
されるものではなく、圧電体薄膜５の振動可能に保持す
ることができる、すなわちその振動を阻害しないように
下部電極、圧電体薄膜及び上部電極からなる振動部分を
保持できれる種々の材料を用いることができる。例え
ば、下地膜として酸化タンタル、酸化アルミニウム等を
用いることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係る実施例について説明す
る。実施例１．本実施例１は、本発明の基本構成である、Ｉ
ｒからなる下部電極４の上に圧電体薄膜５を成膜したと
きにおける圧電体薄膜５の膜質を評価したものである。
尚、本実施例１の具体的な構成は図２に示している。本
実施例ではまず、シリコン単結晶基板１上にプラズマＣ
ＶＤ（Chemical vapor deposition）法により窒化シリ
コン膜を形成した。この窒化シリコン膜の膜厚は０．１
５μｍとし、反応ガスとしてシラン、アンモニア、及び
窒素の混合ガスを用い、基板温度を３５０℃に設定して
成膜を行った。

【００２９】次に、この窒化シリコン膜の上に酸化シリ
コン膜をプラズマＣＶＤ法により２μｍの厚さに形成し
た。この成膜では、原料としてＴＥＯＳを用い、基板温
度を３００℃に設定した。ここで、窒化シリコン膜と酸
化シリコン膜に混入した不要ガスを放出させるために１
０００℃、窒素雰囲気中にて約３時間の熱処理を行っ
た。以上のようにして、窒化シリコン膜と酸化シリコン
膜からなる下地膜２を形成した。

【００３０】次に、その下地膜２の上に高周波マグネト
ロンスパッタ法によりチタン膜を０．０５μｍ形成して
密着層３とした。チタン膜を作製する際のスパッタガス
にはアルゴンガス１００％を用いた。このチタン膜（密
着層３）上に高周波マグネトロンスパッタ法を用いて、
イリジウム膜を０．２μｍの厚さに形成して下部電極４
とした。イリジウム膜を作製する際のスパッタガスには
チタン膜と同様アルゴンガス１００％を用いた。チタン
膜とイリジウム膜はいずれも基板温度を５００℃に設定
して成膜を行った。

【００３１】次いで、下部電極４上に高周波マグネトロ
ンスパッタ法を用いてチタン酸鉛膜を成膜し、圧電体薄
膜５とした。チタン酸鉛の作製の際、ターゲットには直
径３インチの鉛ｍｏ１３０％過剰チタン酸鉛ターゲット
を用いた。スパッタガスにはアルゴンと酸素の混合ガス
を用いた。スパッタガスの混合比は体積比でアルゴン９
０％（流量９０ｃｃｍ）酸素１０％(流量１０ｃｃｍ)と
した。スパッタ圧力は１Ｐａ、高周波パワー１００Ｗ、
基板温度は６００℃にて約１時間の成膜を行った。その
結果、膜厚０．９５μｍのチタン酸鉛膜（圧電体薄膜
５）が得られた。

【００３２】以上のようにして作製したチタン酸鉛膜
（圧電体薄膜５）をＸ線回折法によりその結晶性と配向
特性の評価を行った。配向特性の評価には一般的に多用
されている２θ角度固定、θ角駆動によるロッキングカ
ーブ法を用いた。この評価によれば電極薄膜上に得られ
たチタン酸鉛膜（圧電体薄膜５）は（１１１）結晶面が
基板に平行に配向しており、ロッキングカーブ法による
σ値は１．１°であった。ここで、σ値は小さいほど特
定面に配向している度合いが強いことを表す。また、配
向面である（１１１）面からの回折Ｘ線強度は１８００
００カウント（counts）であった。この強度については
強度が大きいほど高い結晶性を有することを示す。

【００３３】また、密着層３から下部電極４への拡散状
態を評価するために、圧電体薄膜５の下に位置する下部
電極４中のチタン量をＸ線光電子分光法により分析し
た。その結果は、表１の最上欄に示したように、下部電
極４中にチタンはほとんど観測されず、実質的に下部電
極４中に密着層３のチタンは拡散はなかった。また、ス
クラッチ試験機による測定の結果、シリコン単結晶基板
１と下部電極４との密着性（接着強度）も良好であるこ
とが確認された。すなわち、下地膜２と密着層３との
間、及び密着層３と下部電極４との間の密着性が良好で
あることが確認された。さらに、同Ｘ線光電子分光法に
より測定した結果、圧電体薄膜５から鉛がイリジウム膜
（下部電極４）へ拡散していないことも確認され、圧電
体薄膜素子の作製プロセスを容易にできるという効果が
あることも確認された。

【００３４】比較例１．実施例１と同様に基板上に下地
膜を形成し、密着層３に代えてチタン膜を形成した後、
下部電極４に代え、高周波スパッタにて白金膜を形成し
た。このとき、スパッタガスにアルゴン１００％を用
い、基板温度は６００℃に設定した。また、白金の膜厚
は０．１μｍとした。そして、この白金膜からなる下部
電極上に実施例１と同様にしてチタン酸鉛からなる圧電
体薄膜を形成した。このようにして得られたチタン酸鉛
をＸ線回折法により評価したところ（１１１）結晶面が
基板面に平行に配向していることが分かった。この（１
１１）結晶面から測定したロッキングカーブのσ値は
２．９°であり、回折Ｘ線強度は６５００カウント（co
unts）であった。以上のように、比較例１のチタン酸鉛
膜は実施例1で得られたチタン酸鉛膜と比較して配向の
度合いも、結晶性も低いことが分かった。さらに、Ｘ線
光電子分光法による分析から白金層内にチタンが拡散し
ていることが確認された。またさらに、下地膜とＴｉか
らなる下部電極との間にボイドも観察され、下部電極と
下地膜が密着していないことが分かった。

【００３５】実施例２．本実施例２では、下部電極１及
び下部電極４として、実施例１とは異なる材料又は組み
合わせを用いて、実施例１と同様の評価を行った。具体
的には、実施例１と同様にして下地膜２を形成し、この
下地膜２の上に表１の（２−１）〜（２−１１）に記載
の材料を用い、密着層となる密着層３については０．０
５μｍの厚さに、下部電極４については０．２μｍとな
るように、いずれも高周波マグネトロンスパッタ法によ
り作製した。そして、下部電極４上に実施例１と同様に
高周波マグネトロンスパッタ法にてチタン酸鉛薄膜を
０．９５μｍの膜厚に形成した。得られた圧電体薄膜の
配向特性と結晶性を実施例１と同様にして評価した結果
を表１に併せて示した。なお、下部電極の密着性は圧電
体薄膜が付着していない部分においてスクラッチ試験器
により評価を行った。その結果も表１に示した。この下
部電極の密着性については、８０ｍＮ以上であれば、圧
電体薄膜素子の下部電極として十分使用し得る。表１か
ら明らかなように、実施例２の圧電体薄膜及び下部電極
は、（２−１）〜（２−１１）のいずれの電極を用いた
ものも、比較例１より優れたものであった。

【００３６】表１

【００３７】ここで、表中、σ値とは（１１１）結晶面
から測定したロッキングカーブのσ値であり、拡散金属
濃度とは、下部電極を構成する金属の下部電極４中にお
ける濃度である。また、本実施例２では、表１の（２−
１）における下部電極４のＩｒ−Ｐｔ合金の組成は、Ｉ
ｒ４０原子％、Ｐｔ６０原子％とし、表１の（２−２）
における下部電極４のＩｒ−Ｒｕ合金の組成は、Ｉｒ３
５原子％、Ｒｕ６５原子％とした。また、表１の（２−
４）における下部電極４のＰｔ−ＩｒＯ₂の組成は、Ｐ
ｔ８０原子％、ＩｒＯ₂２０原子％とし、表１の（２−
５）における下部電極４のＲｕ−ＩｒＯ₂の組成は、Ｒ
ｕ８０原子％、ＩｒＯ₂２０原子％とした。

【００３８】尚、本実施例２では、下部電極４のＩｒ−
Ｐｔ合金の組成は、上述のように設定したが、本発明に
おいて下部電極４をＩｒ−Ｐｔ合金とする場合は、少な
くともＩｒを含むようにすれば、本発明の効果が得られ
ることが確認されている。しかしながら、下部電極４を
Ｉｒ−Ｐｔ合金とする場合、より顕著な効果を得るため
にＩｒが５原子％以上含まれるようにすることが好まし
く、さらに好ましくは、３０原子％以上含まれるように
形成する。

【００３９】また、実施例２において、下部電極４のＩ
ｒ−Ｒｕ合金の組成は、上述のように設定したが、本発
明において下部電極４をＩｒ−Ｒｕ合金とする場合、少
なくともＩｒを含むようにすれば、本発明の効果が得ら
れることが確認されている。しかしながら、下部電極４
をＩｒ−Ｒｕ合金とする場合、より顕著な効果を得るた
めにＩｒが２５原子％以上含まれるようにすることが好
ましく、さらに好ましくは、４０原子％以上含まれるよ
うに形成する。

【００４０】また、実施例２において、下部電極４のＰ
ｔ−ＩｒＯ₂の組成は、上述のように設定したが、本発
明において下部電極４をＰｔ−ＩｒＯ₂とする場合、少
なくともＩｒＯ₂を含むようにすれば、本発明の効果が
得られることが確認されている。しかしながら、下部電
極４をＰｔ−ＩｒＯ₂とする場合、より顕著な効果を得
るためにＩｒＯ₂が５原子％以上含まれるようにするこ
とが好ましい。

【００４１】また、実施例２において、下部電極４のＲ
ｕ−ＩｒＯ₂の組成は、上述のように設定したが、本発
明において下部電極４をＲｕ−ＩｒＯ₂とする場合、少
なくともＩｒＯ₂を含むようにすれば、本発明の効果が
得られることが確認されている。しかしながら、下部電
極４をＲｕ−ＩｒＯ₂とする場合、より顕著な効果を得
るためにＩｒＯ₂が５原子％以上含まれるようにするこ
とが好ましい。

【００４２】実施例３．実施例１と同様に基板１上に下
地膜２、密着層３と下部電極４を形成した後、高周波マ
グネトロンスパッタ法によりチタン酸ジルコン酸鉛薄膜
を圧電体薄膜５として形成した。このチタン酸ジルコン
酸鉛薄膜を成膜するときの基板温度は６２０℃に設定
し、スパッタガスとしてアルゴン８５％、酸素１５％の
混合ガスを用いた。また、ターゲットには直径３インチ
のチタン酸ジルコン酸鉛の焼結体を用いた。スパッタ圧
力は０．５Ｐａとし、高周波パワーは５０Ｗにて約2時
間かけて成膜を行ない、１μｍのチタン酸ジルコン酸鉛
薄膜を得た。そしてそのチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を実
施例１と同様に結晶性を評価したところ圧電体薄膜は
（１１１）面に配向しておりその回折Ｘ線強度は１５０
０００countsであった。本実施例３により圧電体薄膜が
チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする場合でもイリジウ
ムを含む下部電極膜４の効果を確認できた。

【００４３】実施例４．本発明に係る実施例４は、実施
例１の構成を用いて図１に示す圧電体薄膜素子を作製し
た例である。本実施例４の圧電体薄膜素子は、実施例１
と同様にシリコン基板１上に下地膜２、チタンからなり
厚さ０．０５μｍの密着層３、イリジウムからなり厚さ
０．２μｍの下部電極４およびチタン酸鉛からなる圧電
体薄膜５を形成した後、圧電体薄膜５上にレジストを塗
布して上部電極薄膜を形成する１００μｍ角の部分のレ
ジストを除去した。その後、電子ビーム蒸着法を用いて
チタン、白金をそれぞれ膜厚０．０３μｍ、０．０７μ
ｍに成膜した後、アセトンを用いたリフトオフ法により
レジストを除去して１００μｍ角の第１上部電極１１ａ
および第２上部電極１１ｂを形成した。

【００４４】さらに圧電体薄膜のパターニングをウェッ
ト工程にて行い、下部電極および下地膜はドライ工程に
てパターニングを行った。さらに上部電極と外部回路を
接続するために金メッキによるエアブリッジ１３を形成
して図１に示す構造の圧電体薄膜素子の上部構造を形成
した。その後、基板１の裏面にチタンをエッチングマス
クとして形成した後、水酸化カリウムを用いたシリコン
の異方性エッチングにより基板の裏面から圧電体薄膜が
振動する部分のみ基板を除去することにより基板除去部
１４を形成して、図１に示す圧電体薄膜素子を作製し
た。

【００４５】以上のようにして作製された、圧電体薄膜
の圧電性を利用した圧電体薄膜素子（超音波振動子）
は、従来の白金/チタン構成の電極を用いた振動子に比
べて、結晶性、緻密性に優れた圧電体薄膜を有すること
から、従来７０程度であったその損失を示すＱ値は約２
倍に改善され、１５０となった。尚、本実施例４の圧電
体薄膜素子の挿入損失は１４ｄＢであり、従来例の挿入
損失２０ｄＢに比較して十分低くできることが確認され
た。

【００４６】実施例５．本発明に係る実施例５の圧電体
薄膜素子は、実施例４においてチタン層と白金層からな
る上部電極１１に代えて、表２に記載の電極材料を用い
て下部電極１１を形成した以外は実施例４と同様に作製
した。具体的には、実施例４と同様にして基板１上に下
地膜２、密着層３と下部電極４、圧電体薄膜５を形成し
た後、上部電極１１として電子ビーム蒸着法を用いてア
ルミニウムとパラジウムを形成した。さらに実施例４と
同様にエアブリッジ１３を形成した後、基板の裏面から
圧電体薄膜素子の振動部に位置する基板を除去して、圧
電体薄膜素子（超音波振動子）を作製した。

【００４７】表２に上部電極１１のアルミニウム層（図
１における第１上部電極１１ａに相当）の膜厚とパラジ
ウム層（図１における第２上部電極１１ｂに相当）の膜
厚を変えた場合の、上部電極の耐プロセス性と素子性能
について示した。素子性能は共振特性から振動子の挿入
損失を評価した。この共振特性の評価結果によれば、表
２に示すように損失は従来の値２０ｄＢから大きく改善
され、１１〜１３ｄＢにできた。また、この素子のＱ値
は１５０であり、従来例に比較して約倍の値を示した。
尚、表１から明らかなように、上部電極１１としてはア
ルミニウム層とパラジウム層の２層の電極を用いるより
パラジウム層のみを用いた方が、良好な特性が得られ
る。

【００４８】以上の実施例５により、上部電極をパラジ
ウム単体又はアルミニウムとパラジウムを用いて形成し
て軽量化することにより、圧電体薄膜素子の性能を向上
させることが可能であることが確認された。また、アル
ミニウム層を用いる場合耐プロセス性を向上させるため
にパラジウム層を用いることが有効であることが確認さ
れた。すなわち、本実施例５の素子では、上部電極に白
金/チタン構成を用いた素子においては白金が重いこと
により圧電体薄膜に重量負荷がかかり、圧電体薄膜の振
動が抑制されていた点を緩和して素子性能を向上させる
ことができた。

【００４９】表２

【００５０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る圧電体薄膜素子は、イリジウムを含む下部電極と、
該下部電極の上に成膜された圧電体薄膜とを備えている
ので、下部電極の上に成膜された圧電体薄膜の結晶性を
良好にできかつ緻密にできるので、素子の性能を向上さ
せることができかつ信頼性と製造歩留まりを高くでき
る。

【００５１】また、本発明に係る圧電体薄膜素子では、
上記下部電極を、金属イリジウム、イリジウム合金、イ
リジウム酸化物からなる群から選択された少なくとも一
種とすることにより、下部電極の上に成膜される圧電体
薄膜の結晶性をより良好でき、より性能を向上させるこ
とができかつ信頼性と製造歩留まりをより高くできる。

【００５２】また、本発明に係る圧電体薄膜素子は、上
記下部電極を、上記圧電体薄膜を振動可能に保持する下
地膜上に形成することにより、結晶性の良好な圧電体薄
膜を下地膜の上に構成できるので、性能及び信頼性が高
くかつ歩留まり高く製造が可能な厚み振動を利用した圧
電体薄膜素子を構成できる。

【００５３】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
ては、上記下地膜を、シリコン基板上に形成された窒化
シリコン及び酸化シリコンとし、上記圧電体薄膜におけ
る振動部分の下に位置するシリコン基板を除去するよう
にすることにより、上記下地膜を振動を容易にできるの
で、圧電体薄膜素子の性能をさらに向上させることがで
きる。

【００５４】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
て、チタン酸鉛又はチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とす
る圧電体薄膜を形成することにより、電気機械結合係数
が大きくかつ高周波での特性に優れた圧電体薄膜を構成
することができるので、小型でかつ高周波特性に優れた
素子を提供できる。

【００５５】さらに、本発明に係る圧電体薄膜素子にお
いて、上記下部電極と上記下地膜との間に密着層を形成
することにより、上記下部電極と上記下地膜との間の密
着性を強化することができ、より信頼性の高い素子を提
供することができる。

【００５６】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
て、上記密着層は、チタン、クロム、バナジウム、ジル
コニウム、タングステン、タンタル、ニオブからなる群
から選択された１種で構成することにより、上記下部電
極と上記下地膜との間の密着をより強くでき、よりいっ
そう信頼性の高い素子を提供することができる。

【００５７】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
て、さらに上記圧電体薄膜上にパラジウムを含む上部電
極を形成することにより、上部電極を軽量にできるの
で、振動特性に優れた素子を提供できる。

【００５８】また、本発明に係る圧電体薄膜素子におい
て、上記上部電極を、アルミニウムを含む層とパラジウ
ムを含む層とを有してなる多層膜とすることにより、上
部電極をさらに軽量にできるので、より振動特性に優れ
た素子を提供できる。

【００５９】また、本発明に係る圧電体薄膜素子では、
上記上部電極をアルミニウム層と該アルミニウム層の上
に形成されたパラジウム層とすることにより、上部電極
をより軽量にできるので、さらに振動特性に優れた素子
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態の圧電体薄膜素子の
平面図（ａ）と、その平面図におけるＡ−Ａ’線につい
ての断面図（ｂ）である。

【図２】本発明に係る実施例１〜３の層構成を示す断
面図である。

【符号の説明】

1 基板、2 下地膜、3 密着層、４下部電極、5 圧
電体薄膜、11 上部電極、１１ａ第１上部電極、１１
ｂ第２上部電極、13 エアブリッジ、14 基板除去
部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イリジウムを含む下部電極と、該下部電
極の上に成膜された圧電体薄膜とを備えたことを特徴と
する圧電体薄膜素子。
【請求項２】上記下部電極が、金属イリジウム、イリ
ジウム合金、イリジウム酸化物からなる群から選択され
た少なくとも一種からなる請求項１記載の圧電体薄膜素
子。
【請求項３】上記下部電極は、上記圧電体薄膜を振動
可能に保持する下地膜上に形成された請求項１又は２記
載の圧電体薄膜素子。
【請求項４】上記下地膜は、シリコン基板上形成され
た窒化シリコン及び酸化シリコンからなり、上記圧電体
薄膜における振動部分の下に位置するシリコン基板が除
去されてなる請求項３記載の圧電体薄膜素子。
【請求項５】上記圧電体薄膜は、チタン酸鉛又はチタ
ン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電体薄膜である請求
項１〜４のうちのいずれか１つに記載の圧電体薄膜素
子。
【請求項６】上記下部電極と上記下地膜との間にさら
に密着層が形成された請求項３〜５のうちのいずれか１
つに記載の圧電体薄膜素子。
【請求項７】上記密着層が、チタン、クロム、バナジ
ウム、ジルコニウム、タングステン、タンタル、ニオブ
からなる群から選択された１種からなる請求項６記載の
圧電体薄膜素子。
【請求項８】上記圧電体薄膜上にパラジウムを含む上
部電極が形成された請求項１〜７のうちのいずれか１つ
に記載の圧電体薄膜素子。
【請求項９】上記上部電極が、アルミニウムを含む層
とパラジウムを含む層とを有してなる多層膜である請求
項８記載の圧電体薄膜素子。
【請求項１０】上記上部電極が、アルミニウム層と該
アルミニウム層の上に形成されたパラジウム層とからな
る請求項９記載の圧電体薄膜素子。