JP2003264320A - Method for manufacturing piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、圧電素子の製造
方法に関するもので、特に、シリコン基板上で構成され
た多層構造を有する圧電素子の製造方法に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element, and more particularly to a method for manufacturing a piezoelectric element having a multi-layer structure formed on a silicon substrate.
【０００２】この発明によって製造される圧電素子は、
たとえば、圧電アクチュエータ、圧電振動子、圧電セン
サなどに適用される。A piezoelectric element manufactured according to the present invention is
For example, it is applied to piezoelectric actuators, piezoelectric vibrators, piezoelectric sensors, and the like.
【０００３】[0003]
【従来の技術】多層構造を有する膜型の圧電素子の基板
としては、酸化ジルコニウム基板または酸化アルミニウ
ム基板が用いられるのが一般的である。他方、近年、低
コストであって、加工性および汎用性に優れている点
で、圧電素子の基板として、シリコン基板を用いること
が有望視されている。2. Description of the Related Art A zirconium oxide substrate or an aluminum oxide substrate is generally used as a substrate of a film type piezoelectric element having a multilayer structure. On the other hand, in recent years, it has been considered promising to use a silicon substrate as a substrate of a piezoelectric element because it is low in cost and excellent in workability and versatility.
【０００４】シリコン基板は、大気中に放置すると、そ
の表面が容易に酸化され、シリコン酸化物層が形成され
る。このシリコン酸化物層は、エッチング等の処理によ
り取り除くことも可能であるが、シリコン基板が、その
表面にシリコン酸化物層を有しない場合には、圧電素子
の製造過程において実施される加熱時において、シリコ
ンが、これに接触している物質側へ容易に拡散し、圧電
素子の特性の劣化、たとえば強誘電特性や圧電特性の劣
化を招く原因となる。そのため、圧電素子を構成するに
あたっては、シリコン基板は、その表面にシリコン酸化
物層が存在する状態で用いられることが一般的である。When the silicon substrate is left in the atmosphere, its surface is easily oxidized and a silicon oxide layer is formed. This silicon oxide layer can be removed by a treatment such as etching. However, when the silicon substrate does not have a silicon oxide layer on its surface, it can be heated during the manufacturing process of the piezoelectric element. , Silicon easily diffuses to the side of the material in contact therewith, which causes deterioration of the characteristics of the piezoelectric element, for example, deterioration of ferroelectric characteristics and piezoelectric characteristics. Therefore, in forming a piezoelectric element, a silicon substrate is generally used in a state where a silicon oxide layer is present on its surface.
【０００５】しかしながら、シリコン酸化物層が表面に
存在しているシリコン基板上に、一般的な電極材料であ
る白金からなる電極層を形成することは、シリコン基板
と白金電極層との間の接合強度が非常に低いために困難
である。However, forming an electrode layer made of platinum, which is a general electrode material, on a silicon substrate on which a silicon oxide layer is present on the surface is a method of bonding between the silicon substrate and the platinum electrode layer. Difficult because of very low strength.
【０００６】そこで、シリコン基板と白金電極層との間
に、これら相互の接合強度を高めるために、たとえばチ
タンまたは酸化イリジウムもしくは酸化ジルコニウムを
主成分とする酸化物からなる接合層を形成することが行
なわれている。Therefore, in order to enhance the bonding strength between the silicon substrate and the platinum electrode layer, a bonding layer made of, for example, titanium or an oxide containing iridium oxide or zirconium oxide as a main component may be formed. Has been done.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】圧電素子を構成するた
め、上述した白金電極層上には、鉛元素を含有する圧電
性複合酸化物層が加熱工程を経て形成される。In order to form a piezoelectric element, a piezoelectric composite oxide layer containing a lead element is formed on the platinum electrode layer described above through a heating step.
【０００８】しかしながら、上述した接合層において、
チタンまたは酸化ジルコニウムを主成分とする酸化物を
用いた場合、鉛元素含有圧電性複合酸化物層の形成のた
めの加熱（焼成）を行なうと、圧電性複合酸化物層中の
鉛元素が基板側へ拡散することを防止することができな
い。その結果、複合酸化物中に鉛欠損部分を生じさせる
のみならず、鉛またはその複合物とチタンまたは酸化ジ
ルコニウムとの反応物が生成することにより、白金−チ
タン間または白金−酸化ジルコニウム間の接合強度を劣
化させてしまう。他方、接合層において酸化イリジウム
を用いることは、この酸化イリジウムが大変高価である
ため、あまり実用的ではない。However, in the above-mentioned bonding layer,
When an oxide containing titanium or zirconium oxide as a main component is used, when heating (calcination) for forming the lead element-containing piezoelectric composite oxide layer is performed, the lead element in the piezoelectric composite oxide layer is removed from the substrate. It cannot prevent diffusion to the side. As a result, not only a lead deficiency portion is generated in the composite oxide, but also a reaction product of lead or its composite with titanium or zirconium oxide is generated, so that the bonding between platinum and titanium or between platinum and zirconium oxide is performed. It deteriorates the strength. On the other hand, the use of iridium oxide in the bonding layer is not very practical because this iridium oxide is very expensive.
【０００９】そこで、この発明の目的は、上述のような
問題を解決し得る、すなわち、表面にシリコン酸化物層
が存在しているシリコン基板の上に鉛元素含有圧電性複
合酸化物層を形成する際、シリコン基板と電極層との間
で優れた接合強度が得られ、さらに、熱処理時における
複合酸化物層中の鉛元素の基板側への拡散を防止するこ
とができ、それによって、優れた強誘電特性および圧電
特性を有する、膜型の圧電素子を安価に製造できる方法
を提供しようとすることである。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, that is, to form a lead element-containing piezoelectric composite oxide layer on a silicon substrate having a silicon oxide layer on its surface. In this case, excellent bonding strength can be obtained between the silicon substrate and the electrode layer, and further, it is possible to prevent the diffusion of lead element in the complex oxide layer toward the substrate side during heat treatment, which is excellent. Another object of the present invention is to provide a method capable of inexpensively manufacturing a film-type piezoelectric element having ferroelectric characteristics and piezoelectric characteristics.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明に係る圧電素子
の製造方法は、上述した技術的課題を解決するため、そ
の少なくとも一方主面に沿ってシリコン酸化物層が存在
しているシリコン基板を用意する、第１の工程と、シリ
コン基板の一方主面上に酸化アルミニウム層を形成す
る、第２の工程と、酸化アルミニウム層上に下部電極層
を形成する、第３の工程と、次いで、下部電極層の形成
時に付与される温度より高い温度で下部電極層を熱処理
し、それによって、下部電極層の、酸化アルミニウム層
に対する接合強度を向上させる、第４の工程と、次い
で、下部電極層上に、鉛元素を含有する圧電性複合酸化
物層を加熱工程を経て形成する、第５の工程と、圧電性
複合酸化物層上に上部電極層を形成する、第６の工程と
を備えることを特徴としている。In order to solve the above-mentioned technical problems, a method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention is directed to a silicon substrate having a silicon oxide layer along at least one main surface thereof. Preparing, a first step, forming an aluminum oxide layer on one main surface of the silicon substrate, a second step, forming a lower electrode layer on the aluminum oxide layer, a third step, and then, A fourth step of improving the bonding strength of the lower electrode layer to the aluminum oxide layer by heat-treating the lower electrode layer at a temperature higher than the temperature applied when forming the lower electrode layer, and then the lower electrode layer. A fifth step of forming a piezoelectric composite oxide layer containing a lead element thereon through a heating step, and a sixth step of forming an upper electrode layer on the piezoelectric composite oxide layer. Characterized by To have.
【００１１】上述した第４の工程において、熱処理温度
は６００℃以上かつ１０００℃以下であることが好まし
い。In the above-mentioned fourth step, the heat treatment temperature is preferably 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
【００１２】第２の工程は、酸化アルミニウムの前駆体
となる原料をシリコン基板の一方主面上にコートする工
程と、コートされた原料を熱処理することによって酸化
アルミニウムとする工程とを含むことが好ましい。この
場合、酸化アルミニウムの前駆体となる原料をコートす
る工程と、コートされた原料を熱処理する工程とが複数
回繰り返されることがより好ましい。The second step may include a step of coating a material serving as a precursor of aluminum oxide on one main surface of the silicon substrate, and a step of heat-treating the coated material to form aluminum oxide. preferable. In this case, it is more preferable that the step of coating the raw material that becomes the precursor of aluminum oxide and the step of heat-treating the coated raw material be repeated a plurality of times.
【００１３】第３の工程において、下部電極層は、白
金、パラジウムまたはこれらの酸化物を導電材料として
含むように形成されることが好ましい。この場合、下部
電極層は、溶液原料を塗布し、熱処理することによっ
て、酸化パラジウム膜を予め形成する工程と、酸化パラ
ジウム膜上に白金膜を成膜する工程とを経て形成される
ことがより好ましい。In the third step, the lower electrode layer is preferably formed so as to contain platinum, palladium or an oxide thereof as a conductive material. In this case, the lower electrode layer is more preferably formed through a step of forming a palladium oxide film in advance by applying a solution raw material and a heat treatment, and a step of forming a platinum film on the palladium oxide film. preferable.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態に
よる製造方法によって製造された圧電素子１を図解的に
示す断面図である。1 is a sectional view schematically showing a piezoelectric element 1 manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
【００１５】圧電素子１は、シリコン基板２を備えてい
る。シリコン基板２の表面には、図示しないが、シリコ
ン酸化物層が存在している。シリコン基板２の一方主面
上には、酸化アルミニウム層３が形成され、その上に
は、下部電極層４が形成されている。下部電極層４上に
は、鉛元素を含有する圧電性複合酸化物層５が形成さ
れ、圧電性複合酸化物層５上には、上部電極層６が形成
されている。The piezoelectric element 1 has a silicon substrate 2. Although not shown, a silicon oxide layer is present on the surface of the silicon substrate 2. An aluminum oxide layer 3 is formed on one main surface of the silicon substrate 2, and a lower electrode layer 4 is formed on the aluminum oxide layer 3. A piezoelectric composite oxide layer 5 containing a lead element is formed on the lower electrode layer 4, and an upper electrode layer 6 is formed on the piezoelectric composite oxide layer 5.
【００１６】この発明の一実施形態による製造方法に従
って、圧電素子１は次のように製造される。According to the manufacturing method of the embodiment of the present invention, the piezoelectric element 1 is manufactured as follows.
【００１７】まず、その少なくとも一方主面に沿ってシ
リコン酸化物層が存在しているシリコン基板２が用意さ
れる。First, a silicon substrate 2 having a silicon oxide layer on at least one main surface thereof is prepared.
【００１８】次に、シリコン基板２の一方主面上に、蒸
着法、スパッタリング法または有機金属溶液塗布法（Ｍ
ＯＤ法）などによって、酸化アルミニウム層３が形成さ
れる。Next, on one main surface of the silicon substrate 2, a vapor deposition method, a sputtering method or an organic metal solution coating method (M
The aluminum oxide layer 3 is formed by the OD method or the like.
【００１９】上述の酸化アルミニウムは、チタンまたは
酸化ジルコニウムに比べて、鉛元素の拡散防止効果に優
れているが、酸化アルミニウム層３の緻密性や結晶性が
良好でないと、鉛元素の拡散を完全に遮断できるわけで
はない。また、緻密性および結晶性に優れた酸化アルミ
ニウム層３を低温で形成することは容易ではない。The above-mentioned aluminum oxide is more excellent in the effect of preventing the diffusion of the lead element than titanium or zirconium oxide, but if the denseness and crystallinity of the aluminum oxide layer 3 are not good, the diffusion of the lead element will be completed. It cannot be shut off. Further, it is not easy to form the aluminum oxide layer 3 having excellent compactness and crystallinity at low temperature.
【００２０】したがって、酸化アルミニウム層３を形成
するにあたっては、酸化アルミニウムの前駆体となる原
料をシリコン基板２の一方主面上にコートし、次いで、
このコートされた原料を熱処理することによって酸化ア
ルミニウムとすることが好ましい。Therefore, in forming the aluminum oxide layer 3, a raw material which is a precursor of aluminum oxide is coated on one main surface of the silicon substrate 2 and then,
It is preferable to heat-treat this coated raw material to form aluminum oxide.
【００２１】なお、上述の熱処理の際、酸化アルミニウ
ム層３中にクラックが発生してしまうことがある。この
クラックは、酸化アルミニウム層３が気相法によって形
成されたものであるとき、特に生じやすい。したがっ
て、これを防止するためには、酸化アルミニウム層３を
形成するため、酸化アルミニウムの前駆体となる原料を
比較的薄くコートする工程と、このコートされた原料を
熱処理する工程とが複数回繰り返されることがより好ま
しい。During the heat treatment described above, cracks may occur in the aluminum oxide layer 3. This crack is particularly likely to occur when the aluminum oxide layer 3 is formed by the vapor phase method. Therefore, in order to prevent this, in order to form the aluminum oxide layer 3, the step of relatively thinly coating a raw material which is a precursor of aluminum oxide and the step of heat-treating the coated raw material are repeated a plurality of times. More preferably.
【００２２】次に、酸化アルミニウム層３上に、蒸着
法、スパッタリング法またはＭＯＤ法などにより、下部
電極層４が形成される。下部電極層４は、白金またはパ
ラジウムを導電体とするように形成されることが好まし
い。このような白金等の導電体を用いることにより、後
に実施する熱処理工程において、下部電極層４が与える
導電率が劣化しないようにすることができる。なお、上
記下部電極層４中には、不可避的に白金またはパラジウ
ムの酸化物が含まれていても、電極としての機能を妨げ
ない限り、問題はない。Next, the lower electrode layer 4 is formed on the aluminum oxide layer 3 by a vapor deposition method, a sputtering method, a MOD method or the like. The lower electrode layer 4 is preferably formed by using platinum or palladium as a conductor. By using such a conductor such as platinum, it is possible to prevent the conductivity given by the lower electrode layer 4 from deteriorating in the heat treatment step performed later. Even if the lower electrode layer 4 inevitably contains an oxide of platinum or palladium, there is no problem as long as it does not interfere with the function as an electrode.
【００２３】次いで、下部電極層４は、その形成時に付
与された温度より高い温度で熱処理される。この熱処理
は、下部電極層４の、酸化アルミニウム層３に対する接
合強度を向上させるためのものである。このときの熱処
理温度は、十分な接合強度を得るためには、６００℃以
上であることが好ましい。しかし、１０００℃より高い
温度で熱処理することは、シリコン基板２の変質を引き
起こすため、望ましくない。Next, the lower electrode layer 4 is heat-treated at a temperature higher than the temperature applied during its formation. This heat treatment is for improving the bonding strength of the lower electrode layer 4 to the aluminum oxide layer 3. The heat treatment temperature at this time is preferably 600 ° C. or higher in order to obtain sufficient bonding strength. However, heat treatment at a temperature higher than 1000 ° C. causes alteration of the silicon substrate 2, which is not desirable.
【００２４】なお、接合強度のさらなる向上のために
は、前述した下部電極層４の形成において、酸化アルミ
ニウム層３上に、溶液原料を塗布し、熱処理することに
よって、酸化パラジウム膜を予め形成した後、この酸化
パラジウム膜上に白金膜を成膜し、その上で、前述した
ような熱処理工程を実施することが好ましい。In order to further improve the bonding strength, in the formation of the lower electrode layer 4 described above, a solution raw material was applied onto the aluminum oxide layer 3 and heat-treated to previously form a palladium oxide film. After that, it is preferable that a platinum film is formed on the palladium oxide film, and then the heat treatment process as described above is performed.
【００２５】次いで、下部電極層４上に、スクリーン印
刷法、ＭＯＤ法、スパッタリング法または化学気相成長
法（ＣＶＤ法）などにより、鉛元素を含有する圧電性複
合酸化物層５が形成される。この圧電性複合酸化物層５
を形成する過程において、圧電性複合酸化物の結晶化を
促進する目的、および下部電極層４と圧電性複合酸化物
層５との接合強度を向上させる目的のため、加熱工程が
実施される。Next, a piezoelectric composite oxide layer 5 containing a lead element is formed on the lower electrode layer 4 by a screen printing method, a MOD method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD method) or the like. . This piezoelectric composite oxide layer 5
In the process of forming, a heating step is performed for the purpose of promoting crystallization of the piezoelectric composite oxide and for improving the bonding strength between the lower electrode layer 4 and the piezoelectric composite oxide layer 5.
【００２６】次に、圧電性複合酸化物層５上に、蒸着
法、スパッタリング法またはＭＯＤ法などにより、上部
電極層６が形成される。この上部電極層６も、たとえ
ば、白金またはパラジウムを導電体とするように形成さ
れることが好ましい。Next, the upper electrode layer 6 is formed on the piezoelectric composite oxide layer 5 by the vapor deposition method, the sputtering method, the MOD method, or the like. This upper electrode layer 6 is also preferably formed, for example, using platinum or palladium as a conductor.
【００２７】このようにして得られた圧電素子１は、そ
の後、下部電極層４と上部電極層６との間に電界を印加
することによって、圧電性複合酸化物層５の分極処理が
施される。The piezoelectric element 1 thus obtained is then subjected to polarization treatment of the piezoelectric composite oxide layer 5 by applying an electric field between the lower electrode layer 4 and the upper electrode layer 6. It
【００２８】次に、この発明の効果を確認するため、こ
の発明の範囲内にある実施例およびこの発明の範囲外に
ある比較例の各々に従って、圧電素子を製造した実験例
について説明する。Next, in order to confirm the effect of the present invention, an experimental example in which a piezoelectric element is manufactured according to each of the examples within the scope of the present invention and the comparative examples outside the scope of the present invention will be described.
【００２９】[0029]
【実験例】（実施例１）表面にシリコン酸化物層を有す
るシリコン基板上に、スピンコートによって、酸化アル
ミニウムの前駆体となる硝酸アルミニウム水和物を成分
とする溶液原料を塗布し、次いで９００℃の温度で熱処
理することを複数回繰り返し、膜厚が１００ｎｍの酸化
アルミニウム層を形成した。Experimental Example (Example 1) On a silicon substrate having a silicon oxide layer on its surface, a solution raw material containing aluminum nitrate hydrate as a precursor of aluminum oxide was applied by spin coating, and then 900 The heat treatment at a temperature of ° C was repeated a plurality of times to form an aluminum oxide layer having a film thickness of 100 nm.
【００３０】次に、酸化アルミニウム層上に、室温にお
いて、スパッタリング法を用いて、下部電極層となる厚
み２５０ｎｍの白金膜を成膜し、次いで、この白金膜を
６００℃の温度で熱処理した。Then, a platinum film having a thickness of 250 nm to be a lower electrode layer was formed on the aluminum oxide layer at room temperature by a sputtering method, and then the platinum film was heat-treated at a temperature of 600 ° C.
【００３１】次に、白金膜上に、圧電体ペーストをスク
リーン印刷により塗布した。この圧電体ペースト中に含
まれる圧電体結晶粉末として、８５モル％Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 −１５モル％Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3
からなるものを用いた、また、圧電体ペースト中に含ま
れる焼結助剤として、０．６２５ＰｂＯ−０．３７５Ｇ
ｅＯ3 系結晶化ガラスを用いた。また、圧電体ペースト
中に含まれる有機ビヒクルとして、エチルセルロース系
のバインダと有機溶剤としてのジエチレングリコールモ
ノブチルエーテルとを混合したものを用いた。なお、圧
電体ペースト中に含まれる圧電体結晶粉末と焼結助剤と
有機ビヒクルとの重量比率を、９９：１：３とした。Next, the piezoelectric paste was applied onto the platinum film by screen printing. The piezoelectric crystal powder contained in this piezoelectric paste is 85 mol% Pb (Zr,
Ti) O 3 -15 mol% Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3
Of 0.625PbO-0.375G as a sintering aid contained in the piezoelectric paste.
An eO 3 based crystallized glass was used. As the organic vehicle contained in the piezoelectric paste, a mixture of an ethylcellulose-based binder and diethylene glycol monobutyl ether as an organic solvent was used. The weight ratio of the piezoelectric crystal powder, the sintering aid, and the organic vehicle contained in the piezoelectric paste was set to 99: 1: 3.
【００３２】次に、上述のようにスクリーン印刷された
圧電体ペーストを、１５０℃の温度で乾燥した後、８０
０℃の温度で焼成することにより、厚み５０μｍの圧電
性複合酸化物層を形成した。Next, the piezoelectric paste screen-printed as described above is dried at a temperature of 150 ° C., and then 80
By firing at a temperature of 0 ° C., a piezoelectric composite oxide layer having a thickness of 50 μm was formed.
【００３３】次に、圧電性複合酸化物層上に、白金から
なる厚み２００ｎｍの上部電極層を、室温において、ス
パッタリング法を用いて形成した。Next, an upper electrode layer made of platinum and having a thickness of 200 nm was formed on the piezoelectric composite oxide layer at room temperature by a sputtering method.
【００３４】このようにして得られた実施例１に係る圧
電素子において、比誘電率が８００、残留分極が１６μ
Ｃ／ｃｍ2 、抗電界が１６ｋＶ／ｃｍというように、優
れた強誘電特性を得ることができた。In the piezoelectric element according to Example 1 thus obtained, the relative permittivity was 800 and the remanent polarization was 16 μm.
Excellent ferroelectric properties such as C / cm 2 and coercive electric field of 16 kV / cm could be obtained.
【００３５】（実施例２）下部電極層を形成した後の熱
処理において、８００℃の温度を適用したこと以外は、
上記実施例１と同様の方法によって、圧電素子を作製し
た。Example 2 In the heat treatment after forming the lower electrode layer, a temperature of 800 ° C. was applied, except that
A piezoelectric element was produced by the same method as in Example 1 above.
【００３６】（実施例３）下部電極層を形成するため、
白金からなる膜を成膜する前に、酸化アルミニウム層上
に、スピンコートにより溶液原料を塗布し、８５０℃の
温度で熱処理することによって、酸化パラジウム膜を予
め形成したことを除いて、実施例１と同様の方法に従っ
て、圧電素子を作製した。Example 3 To form a lower electrode layer,
Before forming a film made of platinum, a solution raw material was applied on the aluminum oxide layer by spin coating and heat-treated at a temperature of 850 ° C. to form a palladium oxide film in advance. A piezoelectric element was produced according to the same method as in 1.
【００３７】（比較例１）下部電極層のための白金膜を
成膜した後、熱処理を行なわなかったことを除いて、実
施例１と同様の方法に従って、圧電素子を作製した。Comparative Example 1 A piezoelectric element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that heat treatment was not performed after forming the platinum film for the lower electrode layer.
【００３８】（比較例２）下部電極層を形成するため、
６００℃の温度でスパッタリング法を実施して白金膜を
形成し、その後、熱処理を行なわなかったことを除い
て、実施例１と同様の方法に従って、圧電素子を作製し
た。Comparative Example 2 In order to form the lower electrode layer,
A piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 1 except that the platinum film was formed by performing the sputtering method at a temperature of 600 ° C. and then no heat treatment was performed.
【００３９】（比較例３）下部電極層を形成するため、
６００℃の温度でスパッタリング法を実施して白金膜を
成膜し、次いで、２００℃の温度で熱処理を行なったこ
とを除いて、実施例１と同様の方法に従って、圧電素子
を作製した。Comparative Example 3 In order to form the lower electrode layer,
A piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 1 except that the sputtering method was performed at a temperature of 600 ° C. to form a platinum film, and then the heat treatment was performed at a temperature of 200 ° C.
【００４０】（比較例４）酸化アルミニウム層の代わり
に、スパッタリング法を用いて、チタン層を形成したこ
とを除いて、実施例１と同様の方法に従って、圧電素子
を作製した。Comparative Example 4 A piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 1 except that a titanium layer was formed by using a sputtering method instead of the aluminum oxide layer.
【００４１】（比較例５）酸化アルミニウム層の代わり
に、ＭＯＤ法を用いて酸化ジルコニウム層を形成したこ
とを除いて、実施例１と同様の方法に従って、圧電素子
を作製した。Comparative Example 5 A piezoelectric element was produced in the same manner as in Example 1 except that a zirconium oxide layer was formed by using the MOD method instead of the aluminum oxide layer.
【００４２】（剥離発生率の評価）上記実施例１〜３お
よび比較例１〜３の各々に係る圧電素子における酸化ア
ルミニウム層と下部電極層との間の接合強度を評価する
ため、各試料に対して、５ｍｍ、３ｍｍおよび１ｍｍの
各カット幅で短冊状にダイシングカットを実施し、酸化
アルミニウム層と下部電極層との間の剥離が生じている
試料数を計数し、全試料数に対する剥離が生じている試
料数の比率を剥離発生率として求めた。その結果が表１
に示されている。(Evaluation of Peeling Occurrence Rate) In order to evaluate the bonding strength between the aluminum oxide layer and the lower electrode layer in the piezoelectric elements according to each of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, each sample was evaluated. On the other hand, a dicing cut was performed in a strip shape with each of the cut widths of 5 mm, 3 mm, and 1 mm, and the number of samples in which peeling between the aluminum oxide layer and the lower electrode layer had occurred was counted. The ratio of the number of generated samples was determined as the peeling occurrence rate. The results are shown in Table 1.
Is shown in.
【００４３】[0043]
【表１】 [Table 1]
【００４４】表１からわかるように、実施例１〜３によ
れば、酸化アルミニウム層と下部電極層との間で良好な
接合強度が得られている。特に、実施例３は、実施例２
より優れた接合強度を有し、また、実施例２は、実施例
１に比べて優れた接合強度を有していることがわかる。As can be seen from Table 1, according to Examples 1 to 3, good bonding strength was obtained between the aluminum oxide layer and the lower electrode layer. Particularly, the third embodiment is the second embodiment.
It can be seen that the joint strength is more excellent, and that the embodiment 2 has a better joint strength than the embodiment 1.
【００４５】これらに対して、比較例１〜３によれば、
酸化アルミニウム層と下部電極層との間の接合強度が低
いことがわかる。On the other hand, according to Comparative Examples 1 to 3,
It can be seen that the bonding strength between the aluminum oxide layer and the lower electrode layer is low.
【００４６】（鉛の拡散の評価）上記実施例１〜３なら
びに比較例４および５について、基板内の鉛量をエネル
ギー分散型Ｘ線マイクロアナライザ（ＥＤＸ）で分析
し、圧電性複合酸化物層中の鉛元素のシリコン基板側へ
の拡散の有無を評価した。その結果が表２に示されてい
る。(Evaluation of Lead Diffusion) For the above Examples 1 to 3 and Comparative Examples 4 and 5, the amount of lead in the substrate was analyzed by an energy dispersive X-ray microanalyzer (EDX), and the piezoelectric composite oxide layer was obtained. The presence or absence of diffusion of the lead element in the silicon substrate side was evaluated. The results are shown in Table 2.
【００４７】[0047]
【表２】 [Table 2]
【００４８】表２からわかるように、実施例１〜３で
は、鉛の拡散が確認されなかったのに対し、比較例４お
よび５では、鉛の拡散が確認された。As can be seen from Table 2, diffusion of lead was not confirmed in Examples 1 to 3, whereas diffusion of lead was confirmed in Comparative Examples 4 and 5.
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、シリ
コン基板を用い、シリコン基板の、シリコン酸化物層が
存在している一方主面上に酸化アルミニウム層を形成
し、この酸化アルミニウム層上に下部電極層を形成し、
次いで、この下部電極層を熱処理するようにしているの
で、優れた強誘電特性および圧電特性を有し、かつ下部
電極層の接合強度の高い、圧電素子を得ることができ
る。As described above, according to the present invention, a silicon substrate is used, and an aluminum oxide layer is formed on one main surface of the silicon substrate on which the silicon oxide layer is present. Form the lower electrode layer on top,
Then, since the lower electrode layer is heat-treated, it is possible to obtain a piezoelectric element having excellent ferroelectric characteristics and piezoelectric characteristics and having a high bonding strength with the lower electrode layer.
【００５０】上述の下部電極層の熱処理において、６０
０℃以上かつ１０００℃以下の温度が適用されると、こ
の発明による効果をより確実に得ることができる。In the heat treatment of the lower electrode layer described above, 60
When a temperature of 0 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower is applied, the effect of the present invention can be obtained more reliably.
【００５１】また、酸化アルミニウム層を形成するた
め、酸化アルミニウムの前駆体となる原料をシリコン基
板の一方主面上にコートし、このコートされた原料を熱
処理することによって酸化アルミニウムとするようにす
れば、緻密性および結晶性に優れた酸化アルミニウム層
を形成することができ、したがって、圧電性複合酸化物
層に含まれる鉛元素がシリコン基板へと拡散することを
より確実に防止することができる。In order to form an aluminum oxide layer, a raw material which is a precursor of aluminum oxide is coated on one main surface of a silicon substrate, and the coated raw material is heat-treated to form aluminum oxide. In this case, an aluminum oxide layer having excellent compactness and crystallinity can be formed, and therefore, it is possible to more reliably prevent the lead element contained in the piezoelectric composite oxide layer from diffusing into the silicon substrate. .
【００５２】上述の場合、酸化アルミニウムの前駆体と
なる原料をコートする工程と、コートされた原料を熱処
理する工程とを複数回繰り返して、酸化アルミニウム層
を形成するようにすれば、熱処理において、酸化アルミ
ニウム層中にクラックが発生してしまうことを有利に防
止することができる。In the above case, if the step of coating the raw material which becomes the precursor of aluminum oxide and the step of heat-treating the coated raw material are repeated a plurality of times to form the aluminum oxide layer, in the heat treatment, It is possible to advantageously prevent the occurrence of cracks in the aluminum oxide layer.
【００５３】また、下部電極層が、白金、パラジウムま
たはこれらの酸化物を導電成分として含むようにされる
と、その後の熱処理において、下部電極層の導電率が劣
化しないようにすることができる。When the lower electrode layer is made to contain platinum, palladium, or an oxide thereof as a conductive component, the conductivity of the lower electrode layer can be prevented from deteriorating in the subsequent heat treatment.
【００５４】また、下部電極層を形成するため、溶液原
料を塗布し、熱処理することによって、酸化パラジウム
膜を予め形成し、次いで、酸化パラジウム膜上に白金膜
を成膜するようにすれば、下部電極層の接合強度をより
向上させることができる。In order to form the lower electrode layer, a solution raw material is applied and heat treatment is performed to form a palladium oxide film in advance, and then a platinum film is formed on the palladium oxide film. The bonding strength of the lower electrode layer can be further improved.
【図１】この発明の一実施形態による製造方法によって
製造された圧電素子１を図解的に示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a piezoelectric element 1 manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
１ 圧電素子 ２ シリコン基板 ３ 酸化アルミニウム層 ４ 下部電極層 ５ 圧電性複合酸化物層 ６ 上部電極層 1 Piezoelectric element 2 Silicon substrate 3 Aluminum oxide layer 4 Lower electrode layer 5 Piezoelectric complex oxide layer 6 Upper electrode layer
Claims (6)
ン酸化物層が存在しているシリコン基板を用意する、第
１の工程と、 前記シリコン基板の前記一方主面上に酸化アルミニウム
層を形成する、第２の工程と、 前記酸化アルミニウム層上に下部電極層を形成する、第
３の工程と、 次いで、前記下部電極層の形成時に付与される温度より
高い温度で前記下部電極層を熱処理し、それによって、
前記下部電極層の、前記酸化アルミニウム層に対する接
合強度を向上させる、第４の工程と、 次いで、前記下部電極層上に、鉛元素を含有する圧電性
複合酸化物層を加熱工程を経て形成する、第５の工程
と、 前記圧電性複合酸化物層上に上部電極層を形成する、第
６の工程とを備える、圧電素子の製造方法。1. A first step of preparing a silicon substrate having a silicon oxide layer along at least one main surface thereof, and forming an aluminum oxide layer on the one main surface of the silicon substrate. A second step, forming a lower electrode layer on the aluminum oxide layer, a third step, and then heat treating the lower electrode layer at a temperature higher than the temperature applied when the lower electrode layer is formed. ,Thereby,
A fourth step of improving the bonding strength of the lower electrode layer to the aluminum oxide layer, and then forming a piezoelectric composite oxide layer containing a lead element on the lower electrode layer through a heating step. A fifth step, and a sixth step of forming an upper electrode layer on the piezoelectric composite oxide layer, a method of manufacturing a piezoelectric element.
６００℃以上かつ１０００℃以下である、請求項１に記
載の圧電素子の製造方法。2. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1, wherein in the fourth step, the heat treatment temperature is 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
前駆体となる原料を前記シリコン基板の前記一方主面上
にコートする工程と、前記コートされた原料を熱処理す
ることによって酸化アルミニウムとする工程とを含む、
請求項１または２に記載の圧電素子の製造方法。3. The second step is a step of coating a raw material to be a precursor of aluminum oxide on the one main surface of the silicon substrate, and a heat treatment of the coated raw material to obtain aluminum oxide. Including process and
The method for manufacturing the piezoelectric element according to claim 1.
ミニウムの前駆体となる原料をコートする工程と、前記
コートされた原料を熱処理する工程とが複数回繰り返さ
れる、請求項３に記載の圧電素子の製造方法。4. The piezoelectric element according to claim 3, wherein, in the second step, a step of coating a raw material that becomes the precursor of the aluminum oxide and a step of heat-treating the coated raw material are repeated a plurality of times. Device manufacturing method.
層は、白金またはパラジウムを導電体とするように形成
される、請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電素子
の製造方法。5. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1, wherein in the third step, the lower electrode layer is formed so that platinum or palladium is used as a conductor.
層は、溶液原料を塗布し、熱処理することによって、酸
化パラジウム膜を予め形成する工程と、前記酸化パラジ
ウム膜上に白金膜を成膜する工程とを経て形成される、
請求項５に記載の圧電素子の製造方法。6. In the third step, the step of forming a palladium oxide film on the lower electrode layer by applying a solution raw material and heat treatment, and forming a platinum film on the palladium oxide film. Formed through the steps of
The method for manufacturing the piezoelectric element according to claim 5.
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