JP2003289162A - Piezoelectric thin film element - Google Patents
Piezoelectric thin film elementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体薄膜素子に
関するものであり、特に、高周波用圧電デバイスに適し
た良好な共振特性を得ることのできる、圧電体薄膜素子
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric thin film element, and more particularly to a piezoelectric thin film element capable of obtaining good resonance characteristics suitable for a high frequency piezoelectric device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電
体化合物は、薄膜化してその圧電特性を利用して、圧電
振動子、圧電フィルタ、表面波フィルタ、圧電センサ、
アクチュエータ等の各種圧電体薄膜素子に広く応用され
ている。特に、近年の半導体技術の進歩による電子部品
の集積化及び小型化に伴い、圧電体薄膜素子も小型化、
薄膜化に対する需要が強く、数多くの研究がなされてい
る。2. Description of the Related Art Piezoelectric compounds such as aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), and lead zirconate titanate (PZT) are made into thin films and the piezoelectric characteristics of the piezoelectric compounds are used to produce piezoelectric vibrators, piezoelectric filters, Surface wave filter, piezoelectric sensor,
It is widely applied to various piezoelectric thin film elements such as actuators. In particular, with the recent progress in semiconductor technology and the integration and miniaturization of electronic components, the piezoelectric thin film element has also been miniaturized,
There is strong demand for thin films, and many studies have been made.
【０００３】従来の圧電体薄膜素子の構造としては、例
えば、文献“１９９２ ＩＥＥＥＭＴＴ−Ｓ Ｄｉｇｅ
ｓｔ、Ｄ−３、ｐｐ．１５７〜１６０”に記載されてい
る構造があるが、図２を用いて具体的に説明する。As a structure of a conventional piezoelectric thin film element, for example, a reference "1992 IEEE TT-S Dige" is used.
st, D-3, pp. There are structures described in 157 to 160 ″, which will be specifically described with reference to FIG.
【０００４】図２は、従来の圧電体薄膜素子の断面構造
を示す。本図において、２１は半導体基板であり、ガリ
ウムヒ素（ＧａＡｓ）を用いている。２２は下部電極で
あり、薄いチタン（Ｔｉ）層の上に、銅（Ｃｕ）を少量
含有するアルミニウム（Ａｌ）層を形成されている。２
３はＡｌＮからなる圧電体薄膜である。２４は上部電極
であり、構成材料は下部電極２２と同様である。上部電
極２４の下側にある下部電極２２が半導体基板２１に接
しないような構造とするために、バイアホール２５が形
成されている。FIG. 2 shows a sectional structure of a conventional piezoelectric thin film element. In the figure, reference numeral 21 denotes a semiconductor substrate, which uses gallium arsenide (GaAs). Reference numeral 22 denotes a lower electrode, in which an aluminum (Al) layer containing a small amount of copper (Cu) is formed on a thin titanium (Ti) layer. Two
Reference numeral 3 is a piezoelectric thin film made of AlN. Reference numeral 24 is an upper electrode, and the constituent material is the same as that of the lower electrode 22. The via hole 25 is formed in order to have a structure in which the lower electrode 22 below the upper electrode 24 does not contact the semiconductor substrate 21.
【０００５】以上のような圧電体薄膜素子においては、
下部電極を構成する薄膜の特性が圧電体薄膜の特性に大
きな影響を与えることになるため、電極材料の選択が重
要になり、その主な選択基準として、（１）構造安定性
（ストレスによる剥がれ、マクロ的構造変化（ストレス
緩和現象としてのヒロック発生等））、（２）相互拡
散、（３）化学的安定性（新たな化合物の生成）が挙げ
られる。In the piezoelectric thin film element as described above,
Since the characteristics of the thin film that constitutes the lower electrode have a great influence on the characteristics of the piezoelectric thin film, the selection of the electrode material is important, and the main selection criteria are (1) structural stability (peeling due to stress). , Macroscopic structural changes (such as hillock generation as a stress relaxation phenomenon), (2) interdiffusion, and (3) chemical stability (formation of a new compound).
【０００６】例えば、従来最も広く用いられている酸化
物系（ＰＺＴ）薄膜圧電体素子においては、（３）化学
的安定性の観点から、酸化物化が少なく、かつペロブス
カイトとの反応性が少ない白金（Ｐｔ）が電極として一
般的に用いられている。しかしながら、Ｐｔは、下地膜
に用いられる酸化シリコン（ＳｉＯ2）との密着性が悪
いため（（１）構造安定性の課題）、Ｐｔ／Ｔｉ薄膜の
構成で用いられている。For example, in the oxide type (PZT) thin film piezoelectric element most widely used in the past, (3) platinum is less oxidized and less reactive with perovskite from the viewpoint of chemical stability. (Pt) is commonly used as an electrode. However, since Pt has poor adhesion to silicon oxide (SiO 2 ) used for the base film ((1) Problem of structural stability), it is used in the structure of Pt / Ti thin film.
【０００７】一方、近年、高周波用圧電体薄膜素子とし
て、特にＡｌＮ圧電体薄膜を用いた素子の開発が盛んで
あるが、その電極としては、上記酸化物系薄膜圧電体素
子等で従来用いられてきたＰｔ、Ａｌ、Ｔｉ等が用いら
れている。On the other hand, in recent years, as a high frequency piezoelectric thin film element, an element using an AlN piezoelectric thin film has been particularly developed, and its electrode is conventionally used in the above oxide thin film piezoelectric element. Pt, Al, Ti, etc. have been used.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＡｌＮ
圧電体薄膜を用いた素子において、下部電極としてＡｌ
やＰｔを主構成材料とした薄膜を用いた場合には、これ
までにさまざまな問題点が指摘されてきた。これらの問
題点を、先に述べた電極選択基準の観点から整理してみ
ることにする。[Problems to be Solved by the Invention] However, AlN
In an element using a piezoelectric thin film, Al is used as a lower electrode.
Various problems have been pointed out so far when a thin film containing Pt or Pt as a main constituent material is used. These problems will be summarized from the viewpoint of the electrode selection criteria described above.
【０００９】まず、Ｐｔを用いた場合には、先に述べた
ように、下地膜に用いられるＳｉＯ 2との密着性が悪い
が（（１）構造安定性の課題）、これについてはＰｔ／
Ｔｉ薄膜の構成で解決できる。しかしながら、ＡｌＮと
の界面においては、（１）構造安定性に関して、熱処理
によりヒロックが生じることが大きな問題となってい
る。また、（３）化学的安定性に関して、Ｐｔ2Ａｌ3の
反応生成温度が２２５℃と低いため、ＡｌＮ薄膜形成時
の高温処理等が課題となる。First, when Pt is used, as described above
Used for the underlying film 2Poor adhesion with
((1) Structural stability problem), but Pt /
This can be solved by the structure of the Ti thin film. However, with AlN
At the interface of (1) structural stability, heat treatment
It is a big problem that hillocks are caused by
It Regarding (3) chemical stability, Pt2Al3of
When the AlN thin film is formed, the reaction temperature is as low as 225 ℃.
High temperature treatment of the above becomes an issue.
【００１０】次に、Ａｌを用いた場合には、低融点（６
６０℃）であるため、（１）構造安定性に関して、マク
ロ的構造変化が生じる課題がある。また、（２）相互拡
散に関しても、ＡｌＮ薄膜との界面で、ＮのＡｌ電極側
への拡散が生じやすい。したがって、圧電体薄膜を蒸着
やスパッタ等の成膜プロセスにより形成する際に、成膜
プロセスに制限を与える。Next, when Al is used, a low melting point (6
Since the temperature is 60 ° C.), there is a problem that (1) structural stability causes a macroscopic structural change. Regarding (2) mutual diffusion, diffusion of N to the Al electrode side easily occurs at the interface with the AlN thin film. Therefore, when the piezoelectric thin film is formed by a film forming process such as vapor deposition or sputtering, the film forming process is limited.
【００１１】Ｔｉを用いた場合には、化学的に非常に安
定な窒化チタン（ＴｉＮ）が生成しやすいため、（２）
相互拡散に関して、ＡｌＮ薄膜との界面で、ＮのＡｌ電
極側への拡散が生じやすい。（３）化学的安定性に関し
ても、標準生成エンタルピーを比較すると、ＡｌＮが−
３１８ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、ＴｉＮは−３３９
ｋＪ／ｍｏｌと同程度であり、以下の式の反応も、発熱
反応であることから室温でも生じてしまう。When Ti is used, chemically very stable titanium nitride (TiN) is likely to be produced, so that (2)
Regarding mutual diffusion, diffusion of N to the Al electrode side is likely to occur at the interface with the AlN thin film. (3) Regarding chemical stability, comparing standard enthalpies of formation, AlN shows −
318 kJ / mol, while TiN is -339.
It is almost the same as kJ / mol, and the reaction of the following formula also occurs at room temperature because it is an exothermic reaction.
【００１２】ＡｌＮ＋Ｔｉ＝ＴｉＮ＋Ａｌ−５．７ｋＪ
／ｇ・ａｔｍ
さらに、ＴｉＡｌ3の反応生成温度が３５０℃と低いこ
とも課題である。AlN + Ti = TiN + Al-5.7 kJ
Another problem is that the reaction production temperature of TiAl 3 is as low as 350 ° C.
【００１３】以上のように、従来の圧電体薄膜素子は、
電極と圧電体薄膜間の熱的構造安定性・化学的安定性が
低く、圧電薄膜を構成するときの成膜プロセスに制限が
生じ、良質な膜質の圧電体薄膜を得るのが困難な問題が
あった。As described above, the conventional piezoelectric thin film element is
The thermal structural stability and chemical stability between the electrode and the piezoelectric thin film are low, the film forming process when forming the piezoelectric thin film is limited, and it is difficult to obtain a piezoelectric thin film of good quality. there were.
【００１４】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、圧電体薄膜素子の作製において、圧電体薄膜と電
極との良好な構造安定性・化学的安定性を得ることを目
的とする。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to obtain good structural stability and chemical stability between a piezoelectric thin film and an electrode in the production of a piezoelectric thin film element.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の圧電体薄膜素子
は、基板と、下部電極と、圧電体薄膜と、上部電極とか
らなる圧電体薄膜素子において、下部電極が高融点金属
窒化物から構成されることを特徴とする。好ましくは、
下部電極を構成する高融点金属窒化物の生成エンタルピ
ーが、圧電体薄膜の生成エンタルピーと同程度あるいは
それより高いことを特徴とする。A piezoelectric thin film element of the present invention is a piezoelectric thin film element comprising a substrate, a lower electrode, a piezoelectric thin film and an upper electrode, wherein the lower electrode is made of a refractory metal nitride. It is characterized by being configured. Preferably,
The enthalpy of formation of the refractory metal nitride forming the lower electrode is similar to or higher than the enthalpy of formation of the piezoelectric thin film.
【００１６】上記構成によれば、圧電体薄膜と下部電極
との構造安定性・化学的安定性が良好になり、下部電極
上に形成された圧電体薄膜は、安定した組成とともに、
優れた膜特性を得るという効果を有する。According to the above structure, the piezoelectric thin film and the lower electrode have good structural stability and chemical stability, and the piezoelectric thin film formed on the lower electrode has a stable composition and
It has the effect of obtaining excellent film characteristics.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、基板と、前記基板上に形成した高融点金属窒化物を
有する下部電極と、前記下部電極上に形成した圧電体薄
膜と、前記圧電体薄膜上に形成した上部電極を有する圧
電体薄膜素子である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention according to claim 1 of the present invention includes a substrate, a lower electrode having a refractory metal nitride formed on the substrate, and a piezoelectric thin film formed on the lower electrode. A piezoelectric thin film element having an upper electrode formed on the piezoelectric thin film.
【００１８】本発明の請求項２に記載の発明は、基板
と、前記基板上に形成した高融点金属窒化物を有する下
部電極と、前記下部電極上に形成した圧電体薄膜と、前
記圧電体薄膜上に形成した上部電極を有する圧電体薄膜
素子であって、前記下部電極の生成エンタルピーが前記
圧電体薄膜の生成エンタルピーと同程度あるいはそれよ
り高いことを特徴とする圧電体薄膜素子である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate, a lower electrode having a refractory metal nitride formed on the substrate, a piezoelectric thin film formed on the lower electrode, and the piezoelectric body. A piezoelectric thin film element having an upper electrode formed on a thin film, wherein the enthalpy of formation of the lower electrode is about the same as or higher than the enthalpy of formation of the piezoelectric thin film.
【００１９】以上の構成により、下部電極と、基板及び
圧電体薄膜間との良好な構造安定性・化学的安定性が得
られる。With the above construction, good structural and chemical stability can be obtained between the lower electrode and the substrate and the piezoelectric thin film.
【００２０】ここで、請求項３記載のように、下部電極
はチタン薄膜層と高融点金属窒化物層を有する請求項１
または２記載の圧電体薄膜素子としてもよい。Here, as described in claim 3, the lower electrode has a titanium thin film layer and a refractory metal nitride layer.
Alternatively, the piezoelectric thin film element described in 2 may be used.
【００２１】本発明の請求項４に記載の発明は、基板
と、前記基板上に形成した下地膜と、前記下地膜上に形
成した高融点金属窒化物を有する下部電極と、前記下部
電極上に形成した圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜上に形
成した上部電極を有する圧電体薄膜素子である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a substrate, a base film formed on the substrate, a lower electrode having a refractory metal nitride formed on the base film, and a lower electrode on the lower electrode. A piezoelectric thin film element having a piezoelectric thin film formed on the above and an upper electrode formed on the piezoelectric thin film.
【００２２】本発明の請求項５に記載の発明は、基板
と、前記基板上に形成した下地膜と、前記下地膜上に形
成した高融点金属窒化物を有する下部電極と、前記下部
電極上に形成した圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜上に形
成した上部電極を有する圧電体薄膜素子であって、前記
下部電極の生成エンタルピーが前記圧電体薄膜の生成エ
ンタルピーと同程度あるいはそれより高いことを特徴と
する圧電体薄膜素子である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a substrate, a base film formed on the substrate, a lower electrode having a refractory metal nitride formed on the base film, and the lower electrode. A piezoelectric thin film element having a piezoelectric thin film formed on the piezoelectric thin film and an upper electrode formed on the piezoelectric thin film, wherein the enthalpy of formation of the lower electrode is equal to or higher than the enthalpy of formation of the piezoelectric thin film. Is a piezoelectric thin film element.
【００２３】以上の構成により、下部電極と、下地膜及
び圧電体薄膜間との良好な構造安定性・化学的安定性が
得られる。With the above structure, good structural and chemical stability can be obtained between the lower electrode and the underlying film and the piezoelectric thin film.
【００２４】ここで、請求項６記載のように、下部電極
はチタン薄膜層と高融点金属窒化物層を有する請求項４
または５記載の圧電体薄膜素子としてもよい。また、請
求項７記載のように、酸化シリコンを含む下地膜を有す
る、請求項４ないし６のいずれかに記載の圧電体薄膜素
子としてもよい。Here, as described in claim 6, the lower electrode has a titanium thin film layer and a refractory metal nitride layer.
Alternatively, the piezoelectric thin film element described in 5 may be used. Further, the piezoelectric thin film element according to any one of claims 4 to 6 may have a base film containing silicon oxide as described in claim 7.
【００２５】以上において、請求項８記載のように、チ
タン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モ
リブデン、ハフニウム、タンタル、タングステンのいず
れかを主成分とする高融点金属窒化物を含む下部電極を
有する、請求項１ないし７のいずれかに記載の圧電体薄
膜素子としてもよい。In the above, as described in claim 8, it has a lower electrode containing a refractory metal nitride containing titanium, vanadium, chromium, zirconium, niobium, molybdenum, hafnium, tantalum, or tungsten as a main component. The piezoelectric thin film element according to any one of claims 1 to 7 may be used.
【００２６】本発明の請求項９に記載の発明は、上部電
極がアルミニウムを主成分とする請求項１ないし８のい
ずれかに記載の圧電体薄膜素子である。The invention according to claim 9 of the present invention is the piezoelectric thin film element according to any one of claims 1 to 8, wherein the upper electrode has aluminum as a main component.
【００２７】本発明の請求項１０に記載の発明は、上部
電極が、窒化チタン層と、前記窒化チタン層上に形成さ
れたアルミニウムを主成分とする層の、少なくとも２層
を有する、請求項１ないし８のいずれかに記載の圧電体
薄膜素子である。According to a tenth aspect of the present invention, the upper electrode has at least two layers of a titanium nitride layer and a layer containing aluminum as a main component formed on the titanium nitride layer. The piezoelectric thin film element according to any one of 1 to 8.
【００２８】あるいは、請求項１１記載のように、上部
電極が、極薄膜のチタン層上に形成された窒化チタン層
と、前記窒化チタン層上に形成されたアルミニウムを主
成分とする層を有する、請求項１ないし８のいずれかに
記載の圧電体薄膜素子としてもよい。Alternatively, as described in claim 11, the upper electrode has a titanium nitride layer formed on an extremely thin titanium layer, and a layer containing aluminum as a main component formed on the titanium nitride layer. The piezoelectric thin film element according to any one of claims 1 to 8 may be used.
【００２９】以上の構成により、上部電極と圧電体薄膜
との良好な構造安定性・化学的安定性が得られる。With the above structure, good structural and chemical stability between the upper electrode and the piezoelectric thin film can be obtained.
【００３０】さらに、以上において、請求項１２記載の
ように、圧電体薄膜が窒化アルミニウムを主成分とする
請求項１ないし１１のいずれかに記載の圧電体薄膜素子
としてもよい。Furthermore, in the above, as described in claim 12, the piezoelectric thin film may be the piezoelectric thin film element according to any one of claims 1 to 11 in which aluminum nitride is a main component.
【００３１】本発明の請求項１３に記載の発明は、さら
に、圧電体薄膜下部の基板の一部が除去され空洞部分が
形成されていることを特徴とする請求項１ないし１２の
いずれかに記載の圧電体薄膜素子である。The invention according to claim 13 of the present invention is characterized in that a part of the substrate under the piezoelectric thin film is further removed to form a cavity portion. It is the described piezoelectric thin film element.
【００３２】以上において、請求項１４記載のように、
基板が、単結晶・多結晶シリコンまたは単結晶ガリウム
ヒ素を有することを特徴とする請求項１ないし１３のい
ずれかに記載の圧電体薄膜素子としてもよい。In the above, as described in claim 14,
The piezoelectric thin film element according to any one of claims 1 to 13, wherein the substrate has single crystal / polycrystalline silicon or single crystal gallium arsenide.
【００３３】（実施の形態１）以下、本発明の圧電体薄
膜素子の原理的な構成を、図１を用いて詳細に説明す
る。(Embodiment 1) Hereinafter, the principle structure of the piezoelectric thin film element of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
【００３４】本実施の形態においては、圧電体薄膜とし
てＡｌＮ薄膜を用いた圧電体薄膜素子について説明す
る。In the present embodiment, a piezoelectric thin film element using an AlN thin film as the piezoelectric thin film will be described.
【００３５】図１は、圧電体薄膜素子の構造の断面図で
ある。図１において、１１は（１００）Ｓｉ単結晶基
板、１２はＳｉ基板１１上に形成された下地膜であり、
この実施の形態では、Ｓｉ基板１１上に形成された窒化
シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）膜１３とその上に形成されたＳｉ
Ｏ2膜１４とからなる。１５は下地膜１２上に形成され
た下部電極であり、ここでは、Ｔｉ薄膜１６とその上に
形成されたＴｉＮ薄膜１７とからなる。１８はＡｌＮか
らなる圧電体薄膜である。１９は圧電体薄膜１８上に形
成された、Ａｌ薄膜からなる上部電極である。２０はバ
イアホールであり、上部電極１９が存在する部位を含む
領域に対向するＳｉ基板１１の部位の厚さ方向を、Ｓｉ
基板１１の底面からＳｉ3Ｎ4膜１３の境界面まで除去す
ることにより形成されている。FIG. 1 is a sectional view of the structure of the piezoelectric thin film element. In FIG. 1, 11 is a (100) Si single crystal substrate, 12 is a base film formed on the Si substrate 11,
In this embodiment, the silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 13 formed on the Si substrate 11 and the Si formed on the silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 13 are formed.
And an O 2 film 14. Reference numeral 15 denotes a lower electrode formed on the base film 12, which is composed of a Ti thin film 16 and a TiN thin film 17 formed thereon. Reference numeral 18 is a piezoelectric thin film made of AlN. Reference numeral 19 is an upper electrode formed of an Al thin film, which is formed on the piezoelectric thin film 18. Reference numeral 20 denotes a via hole, which is formed in the thickness direction of the portion of the Si substrate 11 facing the region including the portion where the upper electrode 19 exists.
It is formed by removing from the bottom surface of the substrate 11 to the boundary surface of the Si 3 N 4 film 13.
【００３６】以上の構成を有する圧電体薄膜素子におい
て、その動作を説明する。下部電極１５および上部電極
１９を介して圧電体薄膜素子に電圧を印加すると、圧電
体薄膜１８の内部に電界が発生する。このとき、この電
界によって、圧電体薄膜１８に弾性的な歪みが生じる。
励振された弾性波は厚さ方向に伝搬し、上部電極１９の
表面と、下地膜１２の下面のそれぞれの空気と接する面
で、厚さ方向に伝搬した弾性波を反射する。このため、
上部電極１９の表面と、下地膜１２の下面との間が、弾
性波の２分の１波長の整数倍になるとき、弾性的な共振
が生じる。この時、圧電体薄膜１８の下部にバイアホー
ル２０が形成されていることにより、下部への圧電損失
が生じることなく、効率的に圧力／電気変換動作を行う
ことができる。The operation of the piezoelectric thin film element having the above structure will be described. When a voltage is applied to the piezoelectric thin film element via the lower electrode 15 and the upper electrode 19, an electric field is generated inside the piezoelectric thin film 18. At this time, the electric field causes elastic strain in the piezoelectric thin film 18.
The excited elastic wave propagates in the thickness direction, and the surface of the upper electrode 19 and the surface of the lower surface of the base film 12 in contact with the air reflect the elastic wave propagated in the thickness direction. For this reason,
When the distance between the surface of the upper electrode 19 and the lower surface of the base film 12 becomes an integral multiple of a half wavelength of the elastic wave, elastic resonance occurs. At this time, since the via hole 20 is formed in the lower part of the piezoelectric thin film 18, the pressure / electric conversion operation can be efficiently performed without causing the piezoelectric loss to the lower part.
【００３７】次に、以上の構造を有する圧電体薄膜素子
の各構成薄膜の有する機能・特性及びその形成方法につ
いて説明する。Next, the functions and characteristics of the respective constituent thin films of the piezoelectric thin film element having the above structure and the method of forming the same will be described.
【００３８】Ｓｉ3Ｎ4膜１３は、特に、バイアホール２
０を形成するためのエッチング液（ＫＯＨ水溶液）に対
する耐性と、平坦な面を実現するための内部応力に対す
る特性が良好であり、バイアホール２０に接する面を形
成するのに特に適している。このため、Ｓｉ3Ｎ4膜１３
を用いることにより、エッチング時の素子の破壊を防ぐ
ことができると同時に、バイアホール２０を形成した際
に、内部応力による変形による素子の特性の劣化を防ぐ
ことができる。このＳｉ3Ｎ4膜１３はＰＥＣＶＤ法を用
いて形成した。反応ガスにはＳｉＨ4、ＮＨ3及びＮ2を
用い、成膜時の基板温度は３５０℃とした。The Si 3 N 4 film 13 is particularly suitable for the via hole 2
It has excellent resistance to an etching solution (KOH aqueous solution) for forming 0 and characteristics for internal stress for realizing a flat surface, and is particularly suitable for forming a surface in contact with the via hole 20. Therefore, the Si 3 N 4 film 13
By using, it is possible to prevent the element from being destroyed during etching, and at the same time, when the via hole 20 is formed, it is possible to prevent the characteristic of the element from being deteriorated due to the deformation due to the internal stress. The Si 3 N 4 film 13 was formed by using the PECVD method. SiH 4 , NH 3 and N 2 were used as reaction gases, and the substrate temperature during film formation was 350 ° C.
【００３９】Ｓｉ3Ｎ4膜１３の上に形成されるＳｉＯ2
膜１４は、平滑性に優れているため、その上部の構成を
構造上サポートするのに適している。このＳｉＯ2膜１
４はＰＥＣＶＤ法により形成した。原料にはＴＥＯＳを
用い、成膜時の基板温度を３００℃とした。SiO 2 formed on the Si 3 N 4 film 13
The membrane 14 is excellent in smoothness and is suitable for structurally supporting the structure of the upper portion thereof. This SiO 2 film 1
4 was formed by the PECVD method. TEOS was used as a raw material, and the substrate temperature during film formation was 300 ° C.
【００４０】以上の下地膜１２の形成手法には特に制限
はないが、ＣＶＤ法は、条件変更による応力調整の容易
さ、厚い膜厚が必要な場合にも容易に実現できること、
それを実現する成膜速度の速さ、スループットの高さか
ら、特に有効である。Although there is no particular limitation on the method of forming the base film 12 as described above, the CVD method can easily realize stress adjustment by changing conditions and can be easily realized even when a thick film thickness is required.
It is particularly effective because of the high film forming speed and high throughput for realizing it.
【００４１】なお、ここでは、下地膜１２として、平滑
性に優れたＳｉ3Ｎ4膜及びＳｉＯ2膜を用いたが、結晶
性、配向性を重視すれば、酸化マグネシウム、酸化アル
ミニウム、酸化タンタル等の薄膜を用いることができ
る。Although the Si 3 N 4 film and the SiO 2 film having excellent smoothness are used as the base film 12 here, if importance is attached to the crystallinity and orientation, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide are used. A thin film such as can be used.
【００４２】次に、下部電極１５として、本実施の形態
では、（従来の技術）で述べた電極材料の選択基準を鑑
み、以下の点から、Ｔｉ薄膜１６とその上に形成された
ＴｉＮ薄膜１７の構成を選択した。Next, as the lower electrode 15, in the present embodiment, the Ti thin film 16 and the TiN thin film formed on the Ti thin film 16 are formed from the following points in view of the selection criteria of the electrode material described in (Prior Art). Seventeen configurations were selected.
【００４３】ＴｉＮは、高融点金属窒化物の一つであり
（融点：３２９０℃）、熱的に非常に安定である。Ａｌ
Ｎ薄膜との界面を考えた場合、（発明が解決しようとす
る課題）においてＴｉを用いた場合で述べたように、標
準生成エンタルピーを比較しても、ＡｌＮが−３１８ｋ
Ｊ／ｍｏｌであるのに対し、ＴｉＮは−３３９ｋＪ／ｍ
ｏｌと同程度であるため、（２）相互拡散、（３）化学
的安定性、いずれの観点からも優れた特性を有する。TiN is one of refractory metal nitrides (melting point: 3290 ° C.) and is very stable thermally. Al
When considering the interface with the N thin film, as described in the case of using Ti in (Problems to be solved by the invention), even if the standard enthalpies of formation are compared, AlN shows −318 k.
J / mol, while TiN is -339 kJ / m
Since it is about the same as that of ol, it has excellent properties from the viewpoints of (2) mutual diffusion and (3) chemical stability.
【００４４】しかしながら、下地膜を構成するＳｉＯ2
膜との界面においては、（１）構造安定性に関して、Ｔ
ｉＮ薄膜は密着性が悪いという課題を有する。そこで、
ＴｉＮ薄膜とＳｉＯ2膜との間にＴｉ薄膜を挿入するこ
とにより、ＳｉＯ2膜およびＴｉＮ薄膜との密着性の向
上を図った。However, SiO 2 forming the underlayer film
At the interface with the film, (1) regarding structural stability, T
The iN thin film has a problem of poor adhesion. Therefore,
By inserting a Ti thin film between the TiN thin film and the SiO 2 film, the adhesion with the SiO 2 film and the TiN thin film was improved.
【００４５】Ｔｉ薄膜１６とＴｉＮ薄膜１７は、スパッ
タ連続堆積法により形成した。但し、ＴｉＮ薄膜は反応
性スパッタ法を用い、Ａｒ＋Ｎ2（１０〜２０％）混合
ガス中で、基板温度１００〜３００℃、基板バイアス無
しとし、柱状構造を有するＢ膜として形成した。さら
に、ＴｉＮ薄膜のバリア性を向上させる目的で大気に暴
露することにより、ＴｉＮ薄膜粒界部分に酸素原子を導
入した。これにより、Ａｌに対するバリア性が５５０℃
程度に向上する。The Ti thin film 16 and the TiN thin film 17 were formed by the sputter continuous deposition method. However, the TiN thin film was formed as a B film having a columnar structure using a reactive sputtering method in a mixed gas of Ar + N 2 (10 to 20%) at a substrate temperature of 100 to 300 ° C. without a substrate bias. Furthermore, by exposing the TiN thin film to the atmosphere for the purpose of improving the barrier property, oxygen atoms were introduced into the grain boundary portion of the TiN thin film. As a result, the barrier property against Al is 550 ° C.
Improve to a degree.
【００４６】次に、ＴｉＮ薄膜１７上に、圧電体薄膜１
８であるＡｌＮ薄膜を形成した。成膜方法にはＲＦマグ
ネトロンスパッタ法を用いた。ターゲットにはＡｌを用
い、成膜時の基板温度は６００℃、スパッタガスにはＮ
2ガスを用いた。ＡｌＮ薄膜１８の膜厚を１μｍとし
た。Next, the piezoelectric thin film 1 is formed on the TiN thin film 17.
An AlN thin film of No. 8 was formed. The RF magnetron sputtering method was used for the film forming method. Al was used as the target, the substrate temperature during film formation was 600 ° C., and the sputtering gas was N 2.
Two gases were used. The film thickness of the AlN thin film 18 was 1 μm.
【００４７】なお、ここでは、圧電体薄膜１８の形成に
ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いたが、ＣＶＤ法、レ
ーザアブレーション法等を用いてもよい。Although the RF magnetron sputtering method is used for forming the piezoelectric thin film 18 here, a CVD method, a laser ablation method or the like may be used.
【００４８】次に、圧電体薄膜１８の上に、Ａｌ薄膜か
らなる上部電極１９を形成した。蒸着法を用い、リフト
オフ法により所定形状に形成した。ここでは、１００μ
ｍ×１００μｍの形状とした。上部電極１９の膜厚は２
００ｎｍ、成膜時の温度は室温〜１００℃とした。Next, the upper electrode 19 made of an Al thin film was formed on the piezoelectric thin film 18. It was formed into a predetermined shape by a lift-off method using a vapor deposition method. Here, 100μ
The shape was m × 100 μm. The film thickness of the upper electrode 19 is 2
00 nm, and the temperature during film formation was room temperature to 100 ° C.
【００４９】最後に、基板表面をガラスとワックスによ
りカバーして、基板１１において、上部電極１９を形成
した部分に対応する部分を裏面から湿式エッチングによ
り完全に除去した。これにより、基板１１から圧電体薄
膜の少なくとも振動部に接する部分を除去した。エッチ
ング液には５ｗｔ％ＫＯＨ水溶液を用い、液温７０℃に
て異方性エッチングを行い、バイアホール２０を形成し
た。基板が完全に溶解された際、Ｓｉ3Ｎ4膜１３により
エッチングを停止することができた。こうして、圧電体
薄膜素子を作製した。Finally, the surface of the substrate was covered with glass and wax, and the portion of the substrate 11 corresponding to the portion where the upper electrode 19 was formed was completely removed from the rear surface by wet etching. As a result, at least the portion of the piezoelectric thin film that contacts the vibrating portion was removed from the substrate 11. A 5 wt% KOH aqueous solution was used as an etching solution, and anisotropic etching was performed at a solution temperature of 70 ° C. to form a via hole 20. The etching could be stopped by the Si 3 N 4 film 13 when the substrate was completely dissolved. Thus, a piezoelectric thin film element was produced.
【００５０】以上により作製した圧電体薄膜振動子の構
造を電子顕微鏡で観察した結果、緻密なＡｌＮ薄膜が形
成できていることがわかった。また、下地膜（ＳｉＯ2
膜１４）と下部電極（Ｔｉ薄膜１６）の間で剥離や膨れ
の発生がなく、密着性に優れていることがわかった。さ
らに、Ｘ線回折によりＡｌＮ薄膜の結晶性評価を行った
結果、ｃ軸配向性に優れた薄膜が得られていることを確
認できた。As a result of observing the structure of the piezoelectric thin film vibrator produced as described above with an electron microscope, it was found that a dense AlN thin film could be formed. In addition, the base film (SiO 2
It was found that peeling and swelling did not occur between the film 14) and the lower electrode (Ti thin film 16), and the adhesiveness was excellent. Furthermore, as a result of evaluating the crystallinity of the AlN thin film by X-ray diffraction, it was confirmed that a thin film excellent in c-axis orientation was obtained.
【００５１】なお、本実施の形態の圧電体薄膜素子で
は、圧電体薄膜１８としてＡｌＮ薄膜を用いたが、適用
し得る圧電体薄膜としても特に制限はなく、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、ニオ
ブ酸リチウム、水晶、チタン酸ビスマス、ニオブ酸カリ
ウムなど多くが挙げられる。In the piezoelectric thin film element of the present embodiment, the AlN thin film is used as the piezoelectric thin film 18, but the applicable piezoelectric thin film is not particularly limited, and zinc oxide (ZnO) or zirconate titanate is used. Lead oxide, lead titanate, lithium niobate, quartz, bismuth titanate, potassium niobate and the like can be mentioned.
【００５２】また、本実施の形態では、下部電極の圧電
体薄膜と接する材料としてＴｉＮを用いたが、熱的安定
性に優れた、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗのいずれかの高融点金属の窒化物を主成分とすれ
ばよい。ここで、その生成エンタルピーが、圧電体薄膜
の生成エンタルピーと同程度あるいはそれより高いこと
が好ましい。In this embodiment, TiN is used as the material in contact with the piezoelectric thin film of the lower electrode, but V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, and T, which are excellent in thermal stability, are used.
The main component may be a nitride of a refractory metal of either a or W. Here, it is preferable that the enthalpy of formation is about the same as or higher than the enthalpy of formation of the piezoelectric thin film.
【００５３】さらに、本実施の形態では、上部電極とし
てＡｌ薄膜を用いたが、上部電極形成後に高温プロセス
が入る場合には、（発明が解決しようとする課題）にお
いてＡｌを用いた場合で述べたように、Ａｌが低融点で
あるため、マクロ的構造変化が生じたり、ＡｌＮ薄膜と
の界面でＮの拡散が生じやすい。例えば、圧電体薄膜素
子のオンチップ化を考えた場合、４００〜５００℃程度
のデバイス回復のためのシンター処理が必要となる。そ
こで、このような場合には、ＡｌＮ薄膜とＡｌ薄膜の間
にもＴｉＮ薄膜（１００ｎｍ程度）を形成すればよい。Further, in the present embodiment, the Al thin film is used as the upper electrode, but when the high temperature process is performed after the upper electrode is formed, the case of using Al in (Problems to be solved by the invention) is described. As described above, since Al has a low melting point, a macroscopic structural change occurs, and N is likely to diffuse at the interface with the AlN thin film. For example, when the on-chip piezoelectric thin film element is considered, the sintering process for device recovery at about 400 to 500 ° C. is required. Therefore, in such a case, a TiN thin film (about 100 nm) may be formed between the AlN thin films.
【００５４】ただし、上部電極の下部層としてＴｉＮ薄
膜を用いた場合、配線パターンの形成において、絶縁体
薄膜としてのＳｉＯ2膜上にもＴｉＮ薄膜が形成される
ことになる。しかしながら、ＴｉＮとＳｉＯ2は密着性
が悪いため、剥がれ等の問題が生じることがある。その
場合には、さらに、ＴｉＮ薄膜の下部に極少量のＴｉ層
（２５ｎｍ程度）を形成すればよい。However, when the TiN thin film is used as the lower layer of the upper electrode, the TiN thin film is also formed on the SiO 2 film as the insulator thin film in the formation of the wiring pattern. However, since TiN and SiO 2 have poor adhesion, problems such as peeling may occur. In that case, a very small amount of Ti layer (about 25 nm) may be further formed under the TiN thin film.
【００５５】なお、本実施の形態のような空隙領域を有
する圧電体薄膜素子を作製する場合、アルカリ溶液によ
る基板エッチングが有効である。この際に、基板にＳｉ
単結晶またはＧａＡｓ単結晶を用いることは、周辺素子
との集積性または豊富な既存のプロセスデータを利用で
きるという点で有効である。なお、ＧａＡｓ単結晶基板
を用いる場合には、硫酸系エッチング液により等方エッ
チングを行い、除去すればよい。When manufacturing a piezoelectric thin film element having a void region as in this embodiment, substrate etching with an alkaline solution is effective. At this time, Si on the substrate
The use of a single crystal or a GaAs single crystal is effective in that the integration with peripheral elements or abundant existing process data can be used. When a GaAs single crystal substrate is used, it may be removed by performing isotropic etching with a sulfuric acid-based etching solution.
【００５６】以上述べてきたように、本実施の形態の圧
電体薄膜素子では、下地膜、下部電極、圧電体薄膜の組
み合わせの最適化により、良好な構造安定性・化学的安
定性を得ることができた。また、これにより、優れた圧
電体薄膜特性が得られ、圧電体薄膜素子の品質を向上で
きた。As described above, in the piezoelectric thin film element of the present embodiment, good structural stability and chemical stability can be obtained by optimizing the combination of the base film, the lower electrode and the piezoelectric thin film. I was able to. In addition, as a result, excellent piezoelectric thin film characteristics were obtained, and the quality of the piezoelectric thin film element could be improved.
【００５７】さらに、本実施の形態のように、下部電極
を複数層により構成することにより、それぞれの構成薄
膜がその機能を分担し、素子諸特性に対する最適構成を
実現している。すなわち、下地膜との密着性に優れた第
１薄膜の上に、その薄膜よりも化学的安定性、圧電体薄
膜との密着性、これらの膜の高品質化を促す特性などに
優れた第２薄膜を形成することによって、下部電極に要
求される特性を満足し得る構成を実現した。これによ
り、高性能かつプロセス安定性に優れ、信頼性及び歩留
まりの高い圧電体薄膜素子を得ることができる。Further, as in the present embodiment, the lower electrode is composed of a plurality of layers, so that the respective constituent thin films share their functions and realize an optimum structure for various device characteristics. That is, on top of the first thin film having excellent adhesion to the underlying film, the first thin film having excellent chemical stability, adhesiveness to the piezoelectric thin film, and characteristics for promoting high quality of these films, etc. By forming two thin films, a structure that can satisfy the characteristics required for the lower electrode was realized. As a result, a piezoelectric thin film element having high performance, excellent process stability, high reliability and high yield can be obtained.
【００５８】なお、以上の実施例では、圧電体薄膜上に
１つの上部電極のみを示したが、複数個の上部電極を配
列したり、圧電体薄膜に隣接する半導体基板上に、マイ
クロ波線路やトランジスタ、コンデンサ、インダクタ、
ダイオード等の回路素子を配列しても、圧電体薄膜素子
が得られる効果は同じである。In the above embodiments, only one upper electrode is shown on the piezoelectric thin film, but a plurality of upper electrodes may be arranged or a microwave line may be formed on the semiconductor substrate adjacent to the piezoelectric thin film. And transistors, capacitors, inductors,
Even if circuit elements such as diodes are arranged, the same effect can be obtained as the piezoelectric thin film element.
【００５９】また、以上の実施例では、圧電体薄膜の下
部に空隙領域が形成されている構造の圧電体薄膜素子と
しているが、空隙領域を形成する代わりに、圧電体薄膜
と基板との間に、少なくても２種類の薄膜を積層してな
る多層膜が形成されている構造の圧電体薄膜素子におい
ても、同様の電極構造を形成することにより、素子特性
の優れた圧電体薄膜素子を得ることができる。この場
合、多層膜の組み合わせとしては、音響インピーダンス
が高い材料（Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ａｇ等）と低い材料
（ＳｉＯ2、Ｓｉ、Ａｌ等）の組み合わせが好ましい。
さらに、多層膜を構成する薄膜の一つを圧電体薄膜と同
じ組成とすれば、使用する薄膜の種類を少なくすること
ができる。In the above embodiments, the piezoelectric thin film element has a structure in which the void region is formed under the piezoelectric thin film. However, instead of forming the void region, a gap between the piezoelectric thin film and the substrate is formed. In addition, even in a piezoelectric thin film element having a structure in which at least two types of thin films are laminated, a piezoelectric thin film element having excellent element characteristics can be obtained by forming a similar electrode structure. Obtainable. In this case, a combination of materials having high acoustic impedance (Al 2 O 3 , TiO 2 , Ag, etc.) and low materials (SiO 2 , Si, Al, etc.) is preferable as the combination of the multilayer films.
Furthermore, if one of the thin films constituting the multilayer film has the same composition as the piezoelectric thin film, the number of thin films used can be reduced.
【００６０】さらに、ここでは、圧電性薄膜の厚み方向
の振動モードを利用した圧電体薄膜素子を用いたが、圧
電性薄膜の拡がり方向の振動モードを利用する圧電体薄
膜素子や、圧電性薄膜の曲げ振動モードを利用する圧電
体薄膜素子においても同様に、優れた素子特性を得るこ
とができる。Further, although the piezoelectric thin film element utilizing the vibration mode in the thickness direction of the piezoelectric thin film is used here, the piezoelectric thin film element utilizing the vibration mode in the spreading direction of the piezoelectric thin film or the piezoelectric thin film is used. Similarly, excellent element characteristics can be obtained in the piezoelectric thin film element that utilizes the bending vibration mode.
【００６１】以上の構成により、良好な共振特性を有す
る安定性に優れた圧電体薄膜素子を得ることができる。
この圧電体薄膜素子は、例えば共振器、フィルタ、発振
器として用いられる。電圧制御発振器は、共振器と電圧
発生回路と組み合わせることにより構成できる。また、
フィルタとしては、複数の電極を組み合わせることによ
り、最低１対の電極の組み合わせで特定の周波数の濾波
や除去を行うフィルタを形成でき、複数対の電極を組み
合わせることにより多段接続フィルタを形成できる。With the above structure, it is possible to obtain a piezoelectric thin film element having good resonance characteristics and excellent stability.
This piezoelectric thin film element is used as, for example, a resonator, a filter, or an oscillator. The voltage controlled oscillator can be constructed by combining a resonator and a voltage generating circuit. Also,
As the filter, by combining a plurality of electrodes, it is possible to form a filter that filters or removes a specific frequency with a combination of at least one pair of electrodes, and by forming a multi-stage connection filter by combining a plurality of pairs of electrodes.
【００６２】[0062]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、基板
と、下部電極と、圧電体薄膜と、上部電極とからなる圧
電体薄膜素子において、下部電極が高融点金属窒化物か
ら構成されることを特徴とする圧電体薄膜素子である。
好ましくは、下部電極を構成する高融点金属窒化物の生
成エンタルピーが、圧電体薄膜の生成エンタルピーと同
程度あるいはそれより高いことを特徴とする圧電体薄膜
素子である。この構成により、圧電体薄膜と下部電極と
の良好な構造安定性・化学的安定性が得られる。また、
これを利用して、優れた膜特性が得られ、圧電体薄膜の
品質を向上できる。以上の結果、圧電体薄膜素子の性
能、信頼性及び歩留まりを飛躍的に向上できる。As described above, according to the present invention, in the piezoelectric thin film element including the substrate, the lower electrode, the piezoelectric thin film, and the upper electrode, the lower electrode is made of refractory metal nitride. A piezoelectric thin film element characterized by the following.
Preferably, the piezoelectric thin film element is characterized in that the enthalpy of formation of the refractory metal nitride forming the lower electrode is about the same as or higher than the enthalpy of formation of the piezoelectric thin film. With this configuration, good structural stability and chemical stability between the piezoelectric thin film and the lower electrode can be obtained. Also,
By utilizing this, excellent film characteristics can be obtained and the quality of the piezoelectric thin film can be improved. As a result, the performance, reliability and yield of the piezoelectric thin film element can be dramatically improved.
【図１】本発明第１の実施の形態に係る圧電体薄膜素子
の構造を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a piezoelectric thin film element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】従来の圧電体薄膜素子の構造を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional piezoelectric thin film element.
１１ シリコン単結晶基板 １２ 下地膜 １３ Ｓｉ3Ｎ4膜 １４ ＳｉＯ2膜 １５ 下部電極 １６ Ｔｉ薄膜 １７ ＴｉＮ薄膜 １８ 圧電体薄膜 １９ 上部電極 ２０ バイアホール ２１ 半導体基板 ２２ 下部電極 ２３ 圧電体薄膜 ２４ 上部電極11 Silicon Single Crystal Substrate 12 Base Film 13 Si 3 N 4 Film 14 SiO 2 Film 15 Lower Electrode 16 Ti Thin Film 17 TiN Thin Film 18 Piezoelectric Thin Film 19 Upper Electrode 20 Via Hole 21 Semiconductor Substrate 22 Lower Electrode 23 Piezoelectric Thin Film 24 Upper Electrode
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 信靖 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 牧野 俊晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5J108 AA07 BB08 CC04 CC11 DD01 EE03 EE04 EE07 FF05 FF11 KK01 KK02 Continued front page (72) Inventor Nobuyasu Suzuki 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Sangyo Co., Ltd. (72) Inventor Toshiharu Makino 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Sangyo Co., Ltd. F term (reference) 5J108 AA07 BB08 CC04 CC11 DD01 EE03 EE04 EE07 FF05 FF11 KK01 KK02
Claims (14)
金属窒化物を含む下部電極と、前記下部電極上に形成さ
れた圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜上に形成され上部電
極を有する圧電体薄膜素子。1. A substrate, a lower electrode containing a refractory metal nitride formed on the substrate, a piezoelectric thin film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the piezoelectric thin film. A piezoelectric thin film element having.
属窒化物を含む下部電極と、前記下部電極上に形成され
た圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜上に形成された上部電
極を有する圧電体薄膜素子であって、前記下部電極の生
成エンタルピーが前記圧電体薄膜の生成エンタルピーと
同じ又はそれより高い圧電体薄膜素子。2. A substrate, a lower electrode formed on the substrate and containing a refractory metal nitride, a piezoelectric thin film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the piezoelectric thin film. A piezoelectric thin film element having, wherein the enthalpy of formation of the lower electrode is equal to or higher than the enthalpy of formation of the piezoelectric thin film.
窒化物層を含む請求項１または２記載の圧電体薄膜素
子。3. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the lower electrode includes a titanium thin film layer and a refractory metal nitride layer.
と、前記下地膜上に形成された高融点金属窒化物を含む
下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体薄膜
と、前記圧電体薄膜上に形成された上部電極を有する圧
電体薄膜素子。4. A substrate, a base film formed on the substrate, a lower electrode containing a refractory metal nitride formed on the base film, and a piezoelectric thin film formed on the lower electrode. A piezoelectric thin film element having an upper electrode formed on the piezoelectric thin film.
と、前記下地膜上に形成された高融点金属窒化物を含む
下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体薄膜
と、前記圧電体薄膜上に形成された上部電極を有する圧
電体薄膜素子であって、前記下部電極の生成エンタルピ
ーが前記圧電体薄膜の生成エンタルピーと同じ又はそれ
より高い圧電体薄膜素子。5. A substrate, a base film formed on the substrate, a lower electrode containing a refractory metal nitride formed on the base film, and a piezoelectric thin film formed on the lower electrode. A piezoelectric thin film element having an upper electrode formed on the piezoelectric thin film, the enthalpy of formation of the lower electrode being equal to or higher than the enthalpy of formation of the piezoelectric thin film.
窒化物層を含む請求項４または５記載の圧電体薄膜素
子。6. The piezoelectric thin film element according to claim 4, wherein the lower electrode includes a titanium thin film layer and a refractory metal nitride layer.
いし６のいずれか記載の圧電体薄膜素子。7. The piezoelectric thin film element according to claim 4, wherein the base film contains silicon oxide.
ム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフ
ニウム、タンタル、又はタングステンの窒化物を含む請
求項１ないし７のいずれか記載の圧電体薄膜素子。8. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the refractory metal nitride contains a nitride of titanium, vanadium, chromium, zirconium, niobium, molybdenum, hafnium, tantalum, or tungsten.
請求項１ないし８のいずれか記載の圧電体薄膜素子。9. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the upper electrode contains aluminum as a main component.
化チタン層上に形成されたアルミニウムを主成分とする
層を含む請求項１ないし８のいずれか記載の圧電体薄膜
素子。10. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the upper electrode includes a titanium nitride layer and a layer containing aluminum as a main component formed on the titanium nitride layer.
記チタン層上に形成された窒化チタン層と、前記窒化チ
タン層上に形成されたアルミニウムを主成分とする層を
含む請求項１ないし８のいずれか記載の圧電体薄膜素
子。11. The upper electrode includes an extremely thin titanium layer, a titanium nitride layer formed on the titanium layer, and a layer containing aluminum as a main component formed on the titanium nitride layer. 9. A piezoelectric thin film element according to any one of items 8 to 8.
成分とする請求項１ないし１１のいずれか記載の圧電体
薄膜素子。12. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the piezoelectric thin film contains aluminum nitride as a main component.
が除去されている請求項１ないし１２のいずれか記載の
圧電体薄膜素子。13. The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein a part of the substrate which is a lower portion of the piezoelectric thin film is removed.
コンまたは単結晶ガリウムヒ素を含む請求項１ないし１
３のいずれか記載の圧電体薄膜素子。14. A substrate comprising monocrystalline silicon, polycrystalline silicon or monocrystalline gallium arsenide.
3. The piezoelectric thin film element according to any one of 3 above.
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