JP2003304007A

JP2003304007A - 圧電素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003304007A
Application number: JP2002107615A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Komaki; 一樹小牧; Yuji Murashima; 祐二村嶋; Masaya Nakatani; 将也中谷; Hirobumi Tajika; 博文多鹿
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高品質の圧電素子とこの圧電素子に用いられ
る圧電膜を品質良く形成するための圧電素子の製造方法
を提供することを目的とする。【解決手段】支持体４の上に第一の電極膜２、この第
一の電極膜２上に圧電膜１、この圧電膜１上に第二の電
極膜３を設けた圧電素子において、上記第一の電極膜２
の厚みを５０ｎｍ以下とした圧電素子であり、第一の電
極膜２の結晶配向６がほぼ単一方位にできることから、
第一の電極膜２の上に良好な結晶性の圧電膜１が形成で
き圧電素子としての特性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種センサやアクチ
ュエータなど幅広いデバイスに使用される圧電素子およ
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ペロブスカイト型構造を有する誘
電体薄膜は、優れた強誘電性、圧電性、焦電性および電
気光学特性を示し、各種センサやアクチュエータなど幅
広いデバイスに有効な材料として注目されており、今後
その利用範囲は拡大していくと思われる。

【０００３】誘電体薄膜の代表例として、ＡＢＯ₃構造
を示すＰｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃系薄膜は、高い圧電性
を有することから、圧電センサや圧電アクチュエータな
どの圧電素子の圧電膜として利用されている。圧電セン
サは、強誘電性の圧電効果を利用したものであり、強誘
電体は内部に自発分極を有しており、その表面に正およ
び負電荷を発生させる。大気中における定常状態では大
気中の分子が持つ電荷と結合して中性状態になっている
が、この圧電膜に外圧がかかると圧電膜から圧力量に応
じた電気信号を取り出すことができる。また圧電アクチ
ュエータも同様の原理を用いたもので、圧電膜に電圧を
印加するとその電圧に応じて圧電膜が伸縮し、伸縮方向
あるいはその方向に直行する方向に変位を生じさせるこ
とができる。

【０００４】このような圧電素子は基本的に少なくとも
圧電膜とこの圧電膜の両面の電極とから構成される。

【０００５】以下に代表的な圧電素子の基本構造につい
て図面を参照しながら説明する。

【０００６】図４は代表的な圧電素子の構成を示す断面
図である。

【０００７】圧電膜１は厚み方向に分極方向を持ち圧電
膜１の分極方向に直交する両面にそれぞれ第一の電極膜
２と第二の電極膜３が形成されている。そのうち第一の
電極膜２は圧電膜１の伸縮を伸縮方向と直交する方向に
変位方向を変換するための振動板の役目をあわせ持つ。
第一の電極膜２と第二の電極膜３で挟まれた圧電膜１は
支持体４と周縁部のみで固定されており、圧電膜１の下
の大部分は空洞５になっている。このような構造の圧電
素子に接する第一および第２の電極膜２，３に電圧を印
加すると圧電膜１が伸縮し、結果的に圧電膜１の分極方
向に変位が得られる。

【０００８】このような圧電素子の性能は圧電膜１の性
能が大きく寄与しているため、圧電膜１の品質をいかに
向上させるかが重要である。また、圧電膜１の品質はそ
の形成方法にも大きく影響される。

【０００９】以下に圧電素子の形成方法について図面を
参照しながら説明する。

【００１０】図５は圧電素子を形成する際に用いる第一
および第二の電極膜２，３、圧電膜１の構成を示す断面
図である。

【００１１】基板７の上に第一の電極膜２を形成し、そ
の第一の電極膜２の上に圧電膜１を形成し、そしてこの
圧電膜１の上に第二の電極膜３を形成する。但し、実際
にこれを圧電素子として用いる場合は圧電膜１の下の基
板７の一部を除去し、さらに第二の電極膜３と圧電膜１
の一部をウエットもしくはドライエッチングによって除
去し、第一の電極膜２の一部を露出する必要がある。

【００１２】ここで、圧電膜１と第一および第二の電極
膜２，３の形成には一般的にスパッタ装置が用いられ
る。図３は薄膜形成用のスパッタ装置の構成を示す模式
図である。

【００１３】槽２１の内部には成膜したい材料の組成で
構成されたターゲット２２を下部電極（以下、陰極：図
示せず）に、そして基板設置用の基板ホルダー２３を上
部電極（図示せず）に配置する。

【００１４】基板ホルダー２３には成膜したい面をター
ゲット２２に向けて基板７を支持して基板ホルダー２３
の内部には基板加熱用の加熱ヒータ２４を備えてある。
さらに槽２１の内部を排気するための排気ポンプ２５、
そして槽２１の内部へのガス供給用のアルゴンガス２６
のボンベおよび酸素ガス２７のボンベを備えて配管して
ある。

【００１５】以上のように構成されるスパッタ装置を用
いて、圧電膜１と第一および第二の電極膜２，３の製造
方法について、以下に説明する。

【００１６】例えばガラスやシリコン等から成る基板７
を基板ホルダー２３に取り付け、排気ポンプ２５によっ
て槽２１の内部を１０^-5Ｐａ程度まで真空排気し、基板
７を加熱ヒータ２４で所望の温度にまで加熱し、スパッ
タガスであるアルゴンガス２６および酸素ガス２７を導
入する。さらに高周波電源２８によって高周波電力を陰
極に印加することでターゲット２２からスパッタ粒子
（図示せず）が飛び出し、基板７に所望の薄膜が形成で
きる。

【００１７】特性の良好な圧電素子を実現するために
は、高品質の圧電膜を用いることが重要であり、圧電膜
の組成や結晶性を精度よく制御する製造方法の開発が重
要である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】高い圧電特性を有する
ペロブスカイト型構造の誘電体薄膜は、形成方法や形成
条件によって圧電特性が大きく変化するため、安定して
優れた圧電特性を得ることが非常に困難であった。

【００１９】本発明は前記従来の問題点を解決するもの
で、高品質の圧電素子とこの圧電素子に用いられる圧電
膜を品質良く形成するための圧電素子の製造方法を提供
することを目的とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、以下の構成を有するものである。

【００２１】本発明の請求項１に記載の発明は、支持体
上に第一の電極膜、この第一の電極膜上に圧電膜、この
圧電膜上に第二の電極膜を設けた圧電素子において、上
記第一の電極膜の厚みを５０ｎｍ以下とした圧電素子で
あり、結晶配向をほぼ単一にした第一の電極膜上に良好
な結晶性の圧電膜を形成することができ圧電素子として
の特性を向上させることができる。

【００２２】請求項２に記載の発明は、支持体上に第一
の電極膜、この第一の電極膜上に圧電膜、この圧電膜上
に第二の電極膜を形成する圧電素子の製造方法におい
て、圧力が２０ｍＴｏｒｒ以上のスパッタリングにより
上記第一の電極膜を形成する圧電素子の製造方法であ
り、結晶配向をほぼ単一にした第一の電極膜上に良好な
結晶性の圧電膜が形成できることで安定して優れた圧電
素子を得ることができる。

【００２３】請求項３に記載の発明は、支持体上に第一
の電極膜、この第一の電極膜上に圧電膜、この圧電膜上
に第二の電極膜を形成する圧電素子の製造方法におい
て、スパッタリングのターゲットに１．２３Ｗ／ｃｍ²
以下の電力密度を印加して第一の電極膜を形成する圧電
素子の製造方法であり、結晶配向をほぼ単一にした第一
の電極膜上に良好な結晶性の圧電膜が形成できることで
安定して優れた圧電素子を得ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態１における圧電素子の形成方法について、図
面を参照しながら説明する。

【００２５】図１は本発明の実施の形態１における圧電
素子の構成を示す断面図である。

【００２６】実施の形態１では、圧電膜としてＰｂＺｒ
_0.5Ｔｉ_0.5Ｏ₃膜（以下ＰＺＴ膜と称す）、第一の電極
膜２として白金膜、さらに第二の電極膜３として白金膜
をそれぞれ形成した。４は支持体、５はこの支持体４に
設けた空洞である。

【００２７】次に図２を用いて圧電素子の製造方法につ
いて説明する。

【００２８】まず、第一の電極膜２の形成には従来の技
術で説明した図３のスパッタ装置を用いた。ここで、タ
ーゲット２２には、電極材料の白金からなる４インチの
ターゲット２２を用いて槽２１の内部の陰極（図示せ
ず）に設置し、基板ホルダー２３には基板７を設置し
た。このような装置において、まず排気ポンプ２５によ
って槽２１の内部を１０^-5Ｐａ程度にまで真空排気し、
基板７を加熱ヒータ２４で４００℃にまで加熱し、さら
にスパッタガスであるアルゴンガス２６を１０ｓｃｃｍ
の流量で導入した。この際のガス圧は５ｍＴｏｒｒに調
節し、さらに高周波電源２８によって１５０Ｗの高周波
電力を陰極に印加し、１０分間のスパッタリングによっ
て基板７の上に白金膜を５０ｎｍ形成した。

【００２９】次に、第一の電極膜２の上に形成する圧電
膜１も同様の形態のスパッタ装置を用いた。ここで、タ
ーゲット２２には、ＰＺＴからなる１０インチのターゲ
ット２２を用い、槽２１の内部の陰極に設置し、そして
基板ホルダー２３には予め上記方法で第一の電極２を形
成した基板７を設置し、排気ポンプ２５によって槽２１
の内部を１０^-5Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板７を
加熱ヒータ２４で６００℃にまで加熱し、さらにスパッ
タガスであるアルゴンガス２６および酸素ガス２７をそ
れぞれ１０ｓｃｃｍ，１ｓｃｃｍの流量で導入した。こ
の際のガス圧は２．０ｍＴｏｒｒに調節した。さらに高
周波電源２８によって１ｋＷの高周波電力を陰極に印加
し、３時間のスパッタリングによって２．０μｍ厚みの
ＰＺＴの圧電膜１を形成した。

【００３０】さらに、圧電膜１の上に形成する第二の電
極膜３も同様のスパッタ装置を用いて第一の電極２と同
様の方法によって２０ｎｍ厚みの白金膜を形成した。

【００３１】次にこのようにして製造された圧電素子に
ついて、さらに具体的に説明する。

【００３２】圧電膜１は厚み方向に分極方向を持ち、圧
電膜１の分極方向に直交する両面に第一の電極膜２と第
二の電極膜３が形成され、一方の第一の電極膜２は圧電
膜１の伸縮を伸縮方向と直交する方向に変位方向を変換
するための振動板の役目をあわせ持つ。この第一および
第二の電極膜２，３で挟まれた圧電膜１は支持体４の周
縁部のみで固定されており、圧電膜１の下の大部分は空
洞５になっており、このような構造の圧電素子に対する
第一および第二の電極膜２，３に電圧を印加すると、圧
電膜１が伸縮し、結果的に圧電膜１の分極方向に変位が
得られる。

【００３３】以上のように形成した圧電膜１としてのＰ
ＺＴ膜の結晶性をＸ線回折装置によって評価した。ＰＺ
Ｔ膜を圧電素子に用いる際、ＰＺＴ膜の結晶配向６は
（００１）方位に単一配向していることが望ましく、こ
こでの結晶性の比較はＰＺＴ膜の結晶配向６が（００
１）方位に配向していること、かつＸ線回折によって求
めた結晶配向６の（００１）方位のピーク強度が高いこ
とを指標とした。上記方法で形成したＰＺＴ膜は結晶配
向６の（００１）方位に配向しており、かつこのピーク
強度は２４０ｋｃｐｓと非常に良好な結晶性を示した。
このときのＸＲＤ回折装置の測定条件は管電流３０ｍ
Ａ、管電圧３０ｋＶである。

【００３４】一方、図５に示す従来技術では第一の電極
膜２を形成する際に実施の形態１と同様の加熱温度、ア
ルゴンガス２６の流量、ガス圧、ターゲット２２への印
加電力としながら成膜時間を４０分として２００ｎｍ厚
みの白金膜を形成し、その白金膜上に上記と同様の方法
によって圧電膜１であるＰＺＴ膜、そして第二の電極膜
３である白金膜を形成していた。この結果、得られたＰ
ＺＴ膜の結晶配向６の少しは、（００１）方位に配向し
ているものの、ピーク強度は１００ｋｃｐｓと低かっ
た。

【００３５】実施の形態１における第一の電極膜２であ
る白金膜の厚みを２００ｎｍから５０ｎｍと低減し、そ
の上にＰＺＴ膜を形成することによって、著しくＰＺＴ
膜の結晶性を良化できることが確認できた。

【００３６】従来の技術で説明した加熱温度、アルゴン
ガス２６の流量、ガス圧、さらに印加する電力といった
スパッタ条件下で基板７の上に第一の電極膜２である白
金膜を形成した場合、この白金膜の結晶配向６は（１１
１）方位が優先配向となる。本実施の形態１では、ＰＺ
Ｔ膜の結晶配向６を（００１）方位に配向させる目的が
あり、この白金膜の結晶配向６の（１１１）方位はこれ
を阻害する結晶配向６となる。実際白金膜の結晶配向６
の（１１１）方位に形成したＰＺＴ膜の結晶配向６は
（１１１）方位に優先配向しやすいことが確認できた。

【００３７】一方、白金膜の膜厚が増加するとともに結
晶配向６が（００１）方位あるいは（００１）方位や
（１１１）方位などの他方位が混在したランダムな結晶
配向６から（１１１）方位の単一配向に移行していくこ
とが推測される。これらのことから、本実施の形態１で
は、第一の電極膜２の膜厚を５０ｎｍ以下とし、第一の
電極膜２の結晶配向６の（１１１）方位を低減すること
で、その上に形成した圧電膜１の結晶配向６の（００
１）方位を向上させることができたものであると考え
る。

【００３８】また、第一の電極２の厚みに関しては上記
の実施の形態１では５０ｎｍと２００ｎｍの場合の比較
について説明したが、厚みが５０ｎｍ以下の第一の電極
膜２の上に形成したＰＺＴ膜の結晶性で著しく良化傾向
があることが確認できた。

【００３９】以上のように、圧電素子の性能を左右する
圧電膜１は第一の電極膜２によるところが大きく、実施
の形態１において、第一の電極膜２の膜厚を５０ｎｍ以
下にして結晶配向６をほぼ単一方向にできたことで良好
な結晶性の圧電膜１が形成でき、これにより、圧電素子
としての特性を向上させることができるという効果が得
られた。

【００４０】（実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２における圧電素子の製造方法について、図面を参照
しながら説明する。

【００４１】図２は本実施の形態２における第一および
第二の電極膜２，３、圧電膜１の構成を示す断面図であ
る。

【００４２】まず、第一の電極膜２は従来の技術で説明
した図３のスパッタ装置を用いて形成した。ここで、タ
ーゲット２２には、電極材料の白金からなる４インチの
ターゲット２２を用い、槽２１の内部の陰極に設置し
た。そして基板ホルダー２３には基板７を設置し、排気
ポンプ２５によって槽内１０^-5Ｐａ程度にまで真空に排
気し、基板７を加熱ヒータ２４で４００℃にまで加熱
し、さらにスパッタガスであるアルゴンガス２６を１０
ｓｃｃｍの流量で導入した。この際のガス圧は２５ｍＴ
ｏｒｒに調節し、さらに高周波電源２８によって１５０
Ｗの高周波電力を陰極に印加し、４０分間のスパッタリ
ングによって基板７の上に白金膜を２００ｎｍ形成し
た。

【００４３】次に、第一の電極膜２の上の圧電膜１の形
成も同様の形態のスパッタ装置を用いた。ここで、ター
ゲット２２には、ＰＺＴからなる１０インチのターゲッ
ト２２を用い、槽２１の内部の下部電極（陰極）に設置
し、基板ホルダー２３には予め上記の方法で第一の電極
膜２を形成した基板７を設置し、排気ポンプ２５によっ
て槽２１の内部を１０^-5Ｐａ程度にまで真空に排気し、
基板７を加熱ヒータ２４で６００℃にまで加熱し、さら
にスパッタガスでアルゴンガス２６および酸素ガス２７
をそれぞれ１０ｓｃｃｍ，１ｓｃｃｍの流量で導入し
た。この際のガス圧は２．０ｍＴｏｒｒに調節し、さら
に高周波電源２８によって１ｋＷの高周波電力を陰極に
印加し、３時間のスパッタリングによって２．０μｍ厚
みのＰＺＴ膜を形成した。

【００４４】さらに、圧電膜１上の第二の電極膜３の形
成も同様のスパッタ装置を用いて第一の電極膜２と同様
の方法によって２０ｎｍ厚みのＰｔ膜を形成した。

【００４５】以上のように形成したＰＺＴ膜の結晶性を
Ｘ線回折装置によって評価した。

【００４６】ＰＺＴ膜を圧電素子として用いる際、ＰＺ
Ｔ膜の結晶配向６は（００１）方位に単一配向している
ことが望ましく、ここでの結晶性の比較は、ＰＺＴ膜の
結晶方位６が（００１）方位に配向していること、かつ
Ｘ線回折によって求めた（００１）方位のピーク強度が
高いことを指標とした。

【００４７】上記方法で形成したＰＺＴ膜の結晶配向６
は（００１）方位に配向しており、かつこのピーク強度
は１７０ｋｃｐｓと良好な結晶性を示した。このときの
ＸＲＤ回折装置の測定条件は管電流３０ｍＡ、管電圧３
０ｋＶである。

【００４８】一方、図５に示す従来の技術では上記の製
造方法のうち第一の電極膜２を形成する際に実施の形態
２と同様の加熱温度、アルゴンガス２６の流量、ターゲ
ットへの印加電力、さらに同様の膜厚としながら、ガス
圧を５ｍＴｏｒｒとして白金膜を形成し、その白金膜の
上に上記と同様の方法によって圧電膜１であるＰＺＴ
膜、そして第二の電極膜３である白金膜を形成してい
た。その結果、得られたＰＺＴ膜の結晶配向６の少し
は、（００１）方位に配向しているものの、ピーク強度
は１００ｋｃｐｓと低かった。

【００４９】従って、第一の電極膜２を形成する際のガ
ス圧を５ｍＴｏｒｒから２５ｍＴｏｒｒと増加し、その
上にＰＺＴ膜を形成することによって、ＰＺＴ膜の結晶
性を良化できることが確認できた。

【００５０】上記実施の形態１で説明したように、実施
の形態２においても白金膜上にＰＺＴ膜の結晶配向６を
（００１）方位に配向させる目的があり、白金膜の（１
１１）方位はこれを阻害する結晶配向６となる。白金膜
の結晶構造は立方晶であり、この膜を形成した際の優先
配行は（１１１）方位となりやすいが、白金膜を形成す
る際に限られたスパッタ条件下で（１１１）方位から
（１００）方位に優先配向が変わる。実施の形態２で
は、ガス圧の増加とともに白金膜の（１１１）方位が低
下し、逆に（１００）方位が強まる傾向があり、これに
伴ってその上のＰＺＴ膜の結晶配向６の（００１）方位
を強めることができたと考える。

【００５１】また、第一の電極膜２を形成する際のガス
圧に関しては上記の実施の形態２では５ｍＴｏｒｒと２
５ｍＴｏｒｒとの比較について説明したが、２０ｍＴｏ
ｒｒ以上の圧力下で形成した第一の電極膜２上に形成し
たＰＺＴ膜の結晶性で良化傾向があることが確認できて
いる。

【００５２】さらに、本実施の形態２で説明した製造方
法による圧電膜１と第一および第２の電極膜２，３を用
いて形成した圧電素子は、従来の方法による圧電膜１と
第一および第二の電極膜２，３を用いて形成した圧電素
子に比べて良好な圧電特性を示すことも確認した。

【００５３】以上のように、圧電素子の性能を左右する
圧電膜１は第一の電極膜２によるところが大きく、圧力
が２０ｍＴｏｒｒ以上のスパッタリングにより第一の電
極膜２を形成することで結晶配向６をほぼ単一にでき、
さらにこの第一の電極膜２上に良好な結晶性の圧電膜が
形成できることで安定して優れた圧電素子を得ることが
できる。

【００５４】（実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３における圧電素子の形成方法について、図面を参照
しながら説明する。

【００５５】図１は本発明の実施の形態３における第一
および第二の電極膜２，３、圧電膜１の構成を示す断面
図である。

【００５６】まず、第一の電極膜２は従来の技術で説明
した図３のスパッタ装置を用いて形成した。ここで、タ
ーゲット２２には、電極材料の白金からなる４インチの
ターゲット２２を用い、槽２１の内部の陰極に設置し、
基板ホルダー２３には基板７を設置した。このような装
置において、まず排気ポンプ２５によって槽２１の内部
を、１０^-5Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板７を加熱
ヒータ２４で４００℃にまで加熱し、さらにスパッタガ
スであるアルゴンガス２６を１０ｓｃｃｍの流量で導入
した。この際のガス圧は５ｍＴｏｒｒに調節し、さらに
高周波電源２８によって９０Ｗの高周波電力を陰極に印
加し、８０分間のスパッタリングによって基板７の上に
白金膜を２００ｎｍ形成した。

【００５７】次に、第一の電極膜２の圧電膜１の形成も
同様の形態のスパッタ装置を用いた。ここで、ターゲッ
ト２２には、ＰＺＴからなる１０インチのターゲット２
２を用い、槽２１の内部の陰極に設置し、そして基板ホ
ルダー２３には予め上記の方法によって第一の電極膜２
を形成した基板７を設置した。このような装置におい
て、まず排気ポンプ２５によって槽２１の内部を１０^-5
Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板７を加熱ヒータ２４
で６００℃にまで加熱し、さらにスパッタガスであるア
ルゴンガス２６および酸素ガス２７をそれぞれ１０ｓｃ
ｃｍ，１ｓｃｃｍの流量で導入した。この際のガス圧は
２．０ｍＴｏｒｒに調節した。さらに高周波電源２８に
よって１ｋＷの高周波を陰極に印加し、３時間のスパッ
タリングによって２．０μｍ厚みのＰＺＴ膜を形成し
た。

【００５８】さらに、圧電膜１上への第二の電極膜３の
形成には同様のスパッタ装置を用いて第一の電極膜２と
同様の方法によって２０ｎｍ厚みの白金膜を形成した。

【００５９】以上のように形成したＰＺＴ膜の結晶性を
Ｘ線回折装置によって評価した。

【００６０】ＰＺＴ膜を圧電素子として用いる際、ＰＺ
Ｔ膜の結晶配向６は（００１）方位に単一配向している
ことが望ましく、ここでの結晶性の比較は、ＰＺＴ膜が
（００１）方位に配向していること、かつＸ線回折によ
って求めた（００１）方位のピーク強度が高いことを指
標とした。上記方法で形成したＰＺＴ膜は（００１）の
方位に配向しており、かつこのピーク強度は２００ｋｃ
ｐｓと良好な結晶性を示した。このときのＸＲＤ回折装
置の測定条件は管電流３０ｍＡ、管電圧は３０ｋＶであ
る。

【００６１】一方、従来技術では上記の製造方法のうち
第一の電極膜２を形成する際に、実施の形態３と同様の
加熱温度、アルゴンガス２６の流量、ガス圧、さらに同
様の膜厚としながら印加電力を１５０Ｗとして膜を形成
し、その上に上記と同様の方法によって圧電膜１である
ＰＺＴ膜、そして第二の電極膜３である白金膜を形成し
ていた。その結果、得られたＰＺＴ膜の結晶配向６の少
しは、（００１）方位に配向しているものの、ピーク強
度は１５０ｋｃｐｓであった。

【００６２】従って、第一の電極膜２を形成する際の印
加電力を１５０Ｗから９０Ｗと低減し、その上にＰＺＴ
膜を形成することによって、ＰＺＴ膜の結晶性を良化で
きることが確認できた。

【００６３】上記実施の形態１で説明したように、白金
膜上にＰＺＴ膜の結晶配向６を（００１）方位に配向さ
せる目的があり、白金膜の（１１１）方位はこれを阻害
する結晶配向６となる。白金膜の結晶構造は立方晶であ
り、この膜を形成した際の優先的な結晶配向６は（１１
１）方位となりやすいが、白金膜を形成する際に限られ
たスパッタ条件下で（１１１）方位から（１００）方位
に優先配向が変わる。実施の形態３では、ターゲットに
印加する電力の低減を行うことで白金スパッタ粒子の堆
積速度が低下し、これによって白金膜の（１１１）方位
が低下し、逆に（１００）方位が強まったと考える。こ
れに伴ってその白金膜上のＰＺＴ膜の結晶配向６の（０
０１）方位を強めることができた。

【００６４】本実施の形態３ではターゲットに印加する
電力を低減する手段をとったが、実際にはこれによって
白金膜形成時の堆積速度をコントロールすることが目的
であり、実際にはターゲット２２の径によって適用され
る印加電力は変わる。従ってターゲット２２に印加する
電力の電力密度に変換することが妥当であり、実施の形
態３における電力密度は１．１１Ｗ／ｃｍ²となる。

【００６５】第一の電極膜２を形成する際のターゲット
２２に印加する電力密度に関しては、実施の形態３では
１．１１Ｗ／ｃｍ²と１．８５Ｗ／ｃｍ²との比較につい
て説明したが、１．２３Ｗ／ｃｍ²以下の電力密度で形
成した第一の電極膜２の上に形成したＰＺＴ膜の結晶性
で良化傾向があることが確認できている。

【００６６】さらに、実施の形態３で説明した製造方法
による圧電膜１と第一および第二の電極膜２，３を用い
て形成した圧電素子は、従来方法による圧電膜１と第一
および第二の電極膜２，３を用いて形成した圧電素子に
比べて良好な圧電特性を示すことも確認した。

【００６７】以上のように、圧電素子の性能を左右する
圧電膜１は第一の電極膜２によるところが大きく、スパ
ッタリングのターゲットに１．２３Ｗ／ｃｍ²以下の電
力密度を印加して第一の電極膜２を形成することで結晶
配向６をほぼ単一にでき、さらにこの第一の電極膜上に
良好な結晶性の圧電膜が形成できることで安定して優れ
た圧電素子を得ることができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
支持体上に第一の電極膜、この第一の電極膜上に圧電
膜、この圧電膜上に第二の電極膜を設けた圧電素子にお
いて、上記第一の電極膜の厚みを５０ｎｍ以下としたも
のであり、第一の電極膜の結晶配向がほぼ単一方位にで
きることから、良好な結晶性の圧電膜が形成でき、これ
によって圧電素子としての特性を向上させることができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１，３における圧電素子の
構成を示す断面図

【図２】本発明の実施の形態１，２，３における電極膜
および圧電膜の製造方法を示す断面図

【図３】電極膜および圧電膜の形成に用いるスパッタ装
置の構成を示す模式図

【図４】従来の圧電素子の構成を示す断面図

【図５】従来の電極膜および圧電膜の構成を示す断面図

【符号の説明】

１圧電膜２第一の電極膜３第二の電極膜４支持体５空洞６結晶配向７基板２１槽２２ターゲット２３基板ホルダー２４加熱ヒータ２５排気ポンプ２６アルゴンガス２７酸素ガス２８高周波電源

フロントページの続き (72)発明者中谷将也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)発明者多鹿博文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） 4K029 BA50 BB02 BC00 BD00 BD03 CA05 DC05 EA03 EA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持体上に第一の電極膜、この第一の電
極膜上に圧電膜、この圧電膜上に第二の電極膜を設けた
圧電素子において、上記第一の電極膜の厚みを５０ｎｍ
以下とした圧電素子。
【請求項２】支持体上に第一の電極膜、この第一の電
極膜上に圧電膜、この圧電膜上に第二の電極膜を形成す
る圧電素子の製造方法において、圧力が２０ｍＴｏｒｒ
以上のスパッタリングにより上記第一の電極膜を形成す
る圧電素子の製造方法。
【請求項３】支持体上に第一の電極膜、この第一の電
極膜上に圧電膜、この圧電膜上に第二の電極膜を形成す
る圧電素子の製造方法において、スパッタリングのター
ゲットに１．２３Ｗ／ｃｍ²以下の電力密度を印加して
上記第一の電極膜を形成する圧電素子の製造方法。