JP2004014933A - 圧電素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【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ものである。
【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の上に圧電膜１、この圧電膜１の上に第二の電極膜３を形成してなる圧電素子において、上記第一の電極膜２の厚みを１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲とした圧電素子であり、上記支持体４と第一の電極膜２との密着性が向上する。
【選択図】 図１
【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の上に圧電膜１、この圧電膜１の上に第二の電極膜３を形成してなる圧電素子において、上記第一の電極膜２の厚みを１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲とした圧電素子であり、上記支持体４と第一の電極膜２との密着性が向上する。
【選択図】 図１
Description
【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（ＺｒｘＴｉ１−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交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。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。
【０００５】
図６は代表的な圧電素子の構成を示す断面図である。
【０００６】
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、この支持体４の圧電膜１の下の大部分は空洞５になっている。このような圧電素子の第一および第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。
【０００７】
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。そして圧電膜１の品質はその製造方法に大きく影響される。
【０００８】
以下に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。
【０００９】
図７は圧電素子を製造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。
【００１０】
基板６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６の一部を除去し、さらに第二の電極膜３と圧電膜１の一部をウェ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。
【００１１】
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５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。
【００１２】
槽の内部に成膜したい材料の組成で構成されたターゲット７を下部電極（以下、陰極、図示せず）に配置し、そして基板設置用の基板ホルダー８を上部電極（図示せず）に配置する。基板ホルダー８の内部には基板加熱用ヒータ９を備え、成膜したい面をターゲット７に向けて基板６を支持して、さらに槽の内部を排気するための排気ポンプ１０、そしてガス供給用のアルゴンガスボンベ１１および酸素ガスボンベ１２から槽の内部へ配管してある。
【００１３】
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。
【００１４】
例えば、ガラスやシリコン等からなる基板６を基板ホルダー８に取り付け、排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度まで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９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および酸素ガスを導入する。さらに高周波電源１３から高周波電力を陰極に印加することでターゲット７からスパッタ粒子（図示せず）が飛び出し、基板６に所定の薄膜が形成できる。
【００１５】
良好な特性の圧電素子を実現するためには、高品質の圧電膜１を形成することが重要であり、圧電膜１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となる。
【００１６】
【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圧電膜は、製造方法や製造条件によって圧電特性が大きく変化するため、この圧電膜を用いた圧電素子において、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。
【００１７】
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製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【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。
【００１９】
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形成してなる圧電素子において、上記第一の電極膜の厚みを１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲とした圧電素子であり、内部応力が抑制されるため上記支持体と第一の電極膜との密着性が向上する。
【００２０】
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してなる圧電素子において、圧力を４ｍＴｏｒｒ以下とする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、単一配向の第一の電極膜の形成により、この第一の電極膜上に形成する圧電膜の結晶および結晶粒を揃えることができるため圧電素子としての特性が向上する。
【００２１】
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してなる圧電素子において、酸素ガスを用いたスパッタリングの次に酸素ガスを無くしたスパッタリングによって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、酸素ガスを用いたスパッタリングにより形成した酸化膜により、熱工程により生じる第一の電極膜に基板中の物質が拡散するのを防止するため、第一の電極膜および圧電膜の結晶性が保持でき、長期的な特性の安定性が得られる。
【００２２】
請求項４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してなる圧電素子において、圧力を３ｍＴｏｒｒ以下とするスパッタリングにより上記圧電膜を形成する圧電素子の製造方法であり、圧電膜の結晶性を劣化させる鉛不足を解消して単一配向の圧電膜が形成できるため、圧電素子の特性が向上する。
【００２３】
請求項５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してなる圧電素子において、スパッタリングに用いるアルゴンガスの圧力を酸素ガスの圧力の１５倍以上として上記圧電膜を形成する圧電素子の製造方法であり、圧電膜の結晶性を劣化させるジルコニウム不足が解消できるため、圧電素子の特性が向上する。
【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製造方法について、図面を参照しながら説明する。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。
【００２５】
実施の形態１では、第一の電極膜２として白金膜、この白金膜の上に圧電膜１としてＰｂＺｒ０．５Ｔｉ０．５Ｏ３膜（以下ＰＺＴ膜と称す）、さらにこのＰＺＴ膜の上に第二の電極膜３として白金膜をそれぞれ形成し、支持体４に空洞５を形成した。
【００２６】
次に実施の形態１における圧電素子の製造プロセスについて図を用いて説明する。
【００２７】
図２は第一および第二の電極膜２，３と圧電膜１の製造方法を示す断面図である。
【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５に示すスパッタ装置を用いた。ここで、電極材料の白金からなる４インチのターゲット７を用いて槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８に基板６を設置した。この装置において、まず排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で４００℃程度にまで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンガスを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１３によって１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、３０分間のスパッタリングによって基板６の上に膜厚２００ｎｍ程度の第一の電極膜２として白金膜を形成した。
【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、ＰＺＴからなる１０インチのターゲット７を用いて槽の内部の陰極に設置し、そして基板ホルダー８には予め上記の方法で第一の電極膜２を形成した基板６を設置し、排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で６００℃程度にまで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンガスおよび酸素ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍの流量で導入した。この際のガス圧は５ｍＴｏｒｒに調節した。さらに高周波電源１３によって１ｋＷの高周波電力を陰極に印加し、１．５時間のスパッタリングによって膜厚２μｍ程度の圧電膜１としてＰＺＴ膜を形成した。
【００３０】
さらに、圧電膜１としてＰＺＴ膜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膜２と同様の方法によって膜厚２０ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００３１】
以上のように形成した薄膜の圧電素子において、高い圧電定数を得ることと共に薄膜界面の密着性が高く大きな負荷に対して剥離しないことが要求される。
【００３２】
この場合、特に第一の電極膜２として白金膜の膜厚が重要な要素となる。一般に基板６と第一の電極膜２の金属膜との密着性は低い場合が多い。そこで第一の電極膜２の膜厚と基板６の密着性の評価を行い、膜厚３００ｎｍ以上および１００ｎｍ以下において密着性が低下することが確認できた。
【００３３】
一方、第一の電極膜２としての白金膜や圧電膜１としてのＰＺＴ膜の内部応力が大きい場合がある。その要因として膜厚が大きくなるほど内部応力が大きくなることが考えられ、３００ｎｍ以上での密着性の低下は内部応力の増加に伴うものと推測できる。
【００３４】
従って、第一の電極膜２の膜厚を１００ｎｍから３００ｎｍとすることにより、基板６と剥離なく安定した圧電素子を得ることができた。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態２における圧電素子の製造プロセスについて図を用いて説明する。図２を用いて実施の形態１と異なる点について説明する。
【００３６】
まず、第一の電極膜２の形成には実施の形態１で説明した図５に示すスパッタ装置を用いた。ここで、電極材料の白金からなる４インチのターゲット７を用いて槽の内部の陰極（図示せず）を設置し、基板ホルダー８には基板６を設置した。この装置において、まず排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で４００℃程度にまで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓｃｃｍの流量で導入した。この際のガス圧は３ｍＴｏｒｒに調節し、さらに高周波電源１３によって１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、３０分間のスパッタリングによって基板６の上に膜厚２００ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００３７】
以上のように形成した第一の電極膜２として白金膜の結晶性をＸ線解析装置により評価を行い、白金膜上に圧電膜１としてＰＺＴ膜を形成するが、この場合、白金膜の結晶は単一配向していることが望ましい。従ってここでの結晶性の比較は白金膜が優先配向している方位におけるピーク強度の高さを指標とした。
【００３８】
上記の方法で形成した白金膜は（１１１）の方位に優先配向しており他のピークはまったく無く強度は２００ｋｃｐｓと非常に良好な結晶性を示した。このときの測定条件は管電流３０ｍＡ、管電圧３０ｋＶである。
【００３９】
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、ＰＺＴからなる１０インチのターゲット７を用い、槽の内部の陰極に設置し、そして基板ホルダー８には予め上記の方法で第一の電極膜２を形成した基板６を設置し、排気ポンプ１０によって層の内部を１０−５Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で６００℃程度にまで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンガスおよび酸素ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍの流量で導入した。この際のガス圧は５ｍＴｏｒｒに調節した。さらに高周波電源１３によって１ｋＷの高周波電力を陰極に印加し、１．５時間のスパッタリングによって膜厚２μｍ程度の圧電膜１としてＰＺＴ膜を形成した。
【００４０】
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膜２と同様の方法によって２０ｎｍ厚みの白金膜を形成した。
【００４１】
以上のように形成した積層膜を用いて圧電素子を形成して、第一および第二の電極膜２，３への電圧の印加により発生する歪み量から圧電定数を計算し、１２０ｐｍ／Ｖの非常に良好な圧電特性を有する圧電素子が得られた。
【００４２】
一方、従来の技術では第一の電極膜２の製造方法において、実施の形態１と同様の加熱温度、アルゴンガス流量、ターゲットへの印加電力とし、ガス圧だけを５ｍＴｏｒｒ以上の設定で白金膜を形成し評価した結果、白金膜は（１１１）（１００）の多方位の配向を示し、優先配向の（１１１）のピーク強度は１００ｋｃｐｓと著しく悪い結晶性を示した。さらにこの第一の電極膜２の上に実施の形態１と同様の方法により圧電膜１のＰＺＴ膜を形成し、第二の電極膜３としての白金膜を形成し、この積層膜を用いて圧電素子を形成して圧電定数を計算した結果、５０ｐｍ／Ｖであった。
【００４３】
従って、第一の電極膜２をスパッタリングにより形成する場合、ガス圧を４ｍＴｏｒｒ以下とすることにより白金膜の結晶性が向上し、この白金膜上に形成するＰＺＴ膜の圧電特性が著しく向上することを確認した。
【００４４】
以上の結果から実施の形態２における加熱温度、アルゴンガス流量、ガス圧、印加電力等の条件により基板６の上に形成する第一の電極膜２としての白金膜を結晶配向（１１１）方位の優先配向とすることにより、この第一の電極膜２の上に形成した圧電膜１としてＰＺＴ膜は良好な圧電特性を示した。これは多方位が混在する白金膜よりも単一配向となった白金膜の上に形成されることにより圧電膜の結晶および結晶粒が揃うことが要因と考えられる。
【００４５】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３における圧電膜形成について図面を参照しながら説明する。
【００４６】
図３は実施の形態３における電極膜および圧電膜の構成を示す断面図であり、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００４７】
基板６を用いてスパッタリングにより第一の電極膜２として白金膜、圧電膜１としてＰＺＴ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。
【００４８】
第一の電極膜２は実施の形態１と同様のスパッタ装置を用いて形成した。ここで、白金からなる４インチのターゲット７を槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８に基板６を設置した。この装置において、排気ポンプ１０により槽の内部を１０−５Ｐａ程度に真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９により４００℃程度に加熱しアルゴンガスを１０ｓｃｃｍ、酸素ガスを２ｓｃｃｍの流量で供給し、ガス圧を５ｍＴｏｒｒに調整した。さらに高周波電源１３により１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、５分間のスパッタリングにより基板６の上に膜厚３５ｎｍ程度の白金膜を形成し、さらに酸素ガスの供給を停止してアルゴンガスの供給と共に高周波電源１３から１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、２５分程度のスパッタリングによって膜厚１６５ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００４９】
従来の製造方法において、アルゴンガスだけのスパッタリングにより第一の電極膜２を形成すると、この第一の電極膜２として白金膜上に圧電膜１を形成する場合に６００℃程度の高温となり、基板６の成分であるシリコンが白金膜中に拡散して白金との合金が形成されるため白金膜の結晶性が劣化し長期安定性に大きな課題となる。
【００５０】
実施の形態３において、酸素ガスを用いたスパッタリングの次に酸素ガスを無くしたスパッタリングにより第一の電極膜２として白金膜を形成するため、酸素ガスを用いたスパッタリングにより形成した白金膜が高温プロセスによるシリコンの拡散を抑制する壁となっていると考えられる。
【００５１】
これにより、第一の電極膜２の結晶性の安定化が図られるため、圧電素子として長期的な特性の安定性が得られる。
【００５２】
（実施の形態４）
以下、実施の形態４における圧電膜の製造方法について図面を参照しながら説明する。図３は実施の形態４における電極膜および圧電膜の構成を示す断面図であり、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００５３】
圧電膜１としてＰＺＴ膜、第一の電極膜２として白金膜、第二の電極膜３として白金膜から構成した。
【００５４】
第一の電極膜２は実施の形態１と同様のスパッタ装置を用いて形成した。ここで白金からなる４インチのターゲット７を槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８に基板６を設置した。この装置において、排気ポンプ１０により槽の内部を１０−５Ｐａ程度に真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９により４００℃程度に加熱しアルゴンガスを１０ｓｃｃｍの流量で供給し、ガス圧を５ｍＴｏｒｒに調整した。さらに高周波電源１３により１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、３０分間のスパッタリングにより基板６の上に膜厚２００ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００５５】
次に、圧電膜１についても同様のスパッタ装置を用いた。ここでＰＺＴからなる１０インチのターゲット７を槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８に上記の第一の電極膜２が形成された基板６を設置して、排気ポンプ１０により槽の内部を１０−５Ｐａ程度に真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で６００℃程度にまで加熱し、アルゴンガスおよび酸素ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍの流量で供給し、ガス圧を１．５ｍＴｏｒｒに調整した。さらに高周波電源１３により１ｋＷの高周波電力を陰極に印加して１．５時間のスパッタリングにより膜厚２μｍのＰＺＴ膜を形成した。
【００５６】
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膜２と同様の製造方法により膜厚２０ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００５７】
以上、形成した積層膜を用いて圧電素子を形成し第一の電極膜２と第二の電極膜３に電圧を印加して得られた圧電膜１の歪み量から圧電定数を計算した結果、１８０ｐｍ／Ｖと非常に良好な圧電特性を有する圧電素子が得られた。
【００５８】
一方、従来の技術の製造方法において、ガス圧を５ｍＴｏｒｒ以上として形成した圧電膜１を用いた圧電素子に上記同様の圧電定数を計算した結果、５０ｐｍ／Ｖとなり、ガス圧を１．５ｍＴｏｒｒとすることにより圧電膜１の圧電定数が向上することが確認できた。この要因として圧電膜１の中に取り込まれる鉛の不足が考えられ、圧電膜１の形成において、スパッタリングのガス圧を低くすることにより不足する鉛を多量に発生することが確認でき、この結果、圧電膜１の結晶性が向上すると考えられる。
【００５９】
なお、実施の形態４において圧電膜１の形成の条件としてガス圧を１．５ｍＴｏｒｒとしたが、３ｍＴｏｒｒ以下のガス圧でも同様の効果が得られた。
【００６０】
（実施の形態５）
以下、実施の形態５における圧電膜１の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００６１】
図４は実施の形態５における第一および第二の電極膜２，３と圧電膜１の構成を示す断面図であり、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００６２】
第一の電極膜２として白金膜は実施の形態１と同様の製造方法で形成した。
【００６３】
第一の電極膜２の上に形成する圧電膜１も同様のスパッタ装置を用いた。ここでＰＺＴからなる１０インチのターゲット７を用いて槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８には予め第一の電極膜２を形成した基板６を設置した。この装置において、まず排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度まで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で６００℃程度まで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンおよび酸素ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、０．５ｓｃｃｍの流量で導入しガス圧を５ｍＴｏｒｒに調整した。さらに高周波電源１３により１ｋＷの高周波電力を陰極に印加して１．５時間のスパッタリングにより膜厚２μｍのＰＺＴ膜を形成した。
【００６４】
さらに、圧電膜１の上に第二の電極膜３の形成においても同様のスパッタ装置を用いて第一の電極膜２と同様の方法により膜厚２０ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００６５】
以上のように形成した積層膜を用いて圧電素子を形成し、第一の電極膜２と第二の電極膜３に電圧を印加して圧電膜１に発生する歪み量から圧電定数を計算した結果、２２０ｐｍ／Ｖと高い圧電定数の圧電素子が得られた。
【００６６】
一方、従来の技術において、アルゴンガス対酸素ガスの分圧比を１０対１として圧電膜を形成して評価を行った結果、５０ｐｍ／Ｖであった。
【００６７】
実施の形態５においてアルゴンガス対酸素ガスの分圧比を２０対１として圧電膜１を形成して大きく向上が図れた。
【００６８】
従来の技術においては、良好な結晶性のＰＺＴ膜を得ることは困難であり、この大きな要因としてＰＺＴ膜中へ取り込まれるジルコニウムの不足が考えられる。実施の形態５において、ＰＺＴ膜を形成する場合、低酸素分圧とすることによりＰＺＴ膜中のジルコニウム不足を解消させ、膜の結晶性が向上できたと考えられる。これによってＰＺＴ膜の形成時にアルゴンガス対酸素ガスの分圧比を２０対１としたが、１５対１以上の分圧比で同様の効果が得られることを確認した。
【００６９】
【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形成してなる圧電素子において、上記第一の電極膜の厚みを１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲とした圧電素子であり、上記支持体と第一の電極膜との密着性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】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
【図２】本発明の実施の形態１，２における第一および第二の電極膜と圧電膜の製造方法を示す断面図
【図３】実施の形態３，４における電極膜および圧電膜の構成を示す断面図
【図４】実施の形態５における第一および第二の電極膜と圧電膜の構成を示す断面図
【図５】薄膜用スパッタ装置の構成を示す模式図
【図６】従来の圧電素子の構成を示す断面図
【図７】従来の第一および第二の電極膜と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 基板
７ ターゲット
８ 基板ホルダー
９ 基板加熱用ヒータ
１０ 排気ポンプ
１１ アルゴンガスのボンベ
１２ 酸素ガスのボンベ
１３ 高周波電源
【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（ＺｒｘＴｉ１−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交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。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。
【０００５】
図６は代表的な圧電素子の構成を示す断面図である。
【０００６】
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、この支持体４の圧電膜１の下の大部分は空洞５になっている。このような圧電素子の第一および第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。
【０００７】
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。そして圧電膜１の品質はその製造方法に大きく影響される。
【０００８】
以下に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。
【０００９】
図７は圧電素子を製造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。
【００１０】
基板６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６の一部を除去し、さらに第二の電極膜３と圧電膜１の一部をウェ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。
【００１１】
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５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。
【００１２】
槽の内部に成膜したい材料の組成で構成されたターゲット７を下部電極（以下、陰極、図示せず）に配置し、そして基板設置用の基板ホルダー８を上部電極（図示せず）に配置する。基板ホルダー８の内部には基板加熱用ヒータ９を備え、成膜したい面をターゲット７に向けて基板６を支持して、さらに槽の内部を排気するための排気ポンプ１０、そしてガス供給用のアルゴンガスボンベ１１および酸素ガスボンベ１２から槽の内部へ配管してある。
【００１３】
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。
【００１４】
例えば、ガラスやシリコン等からなる基板６を基板ホルダー８に取り付け、排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度まで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９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および酸素ガスを導入する。さらに高周波電源１３から高周波電力を陰極に印加することでターゲット７からスパッタ粒子（図示せず）が飛び出し、基板６に所定の薄膜が形成できる。
【００１５】
良好な特性の圧電素子を実現するためには、高品質の圧電膜１を形成することが重要であり、圧電膜１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となる。
【００１６】
【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圧電膜は、製造方法や製造条件によって圧電特性が大きく変化するため、この圧電膜を用いた圧電素子において、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。
【００１７】
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製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【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。
【００１９】
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形成してなる圧電素子において、上記第一の電極膜の厚みを１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲とした圧電素子であり、内部応力が抑制されるため上記支持体と第一の電極膜との密着性が向上する。
【００２０】
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してなる圧電素子において、圧力を４ｍＴｏｒｒ以下とする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、単一配向の第一の電極膜の形成により、この第一の電極膜上に形成する圧電膜の結晶および結晶粒を揃えることができるため圧電素子としての特性が向上する。
【００２１】
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してなる圧電素子において、酸素ガスを用いたスパッタリングの次に酸素ガスを無くしたスパッタリングによって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、酸素ガスを用いたスパッタリングにより形成した酸化膜により、熱工程により生じる第一の電極膜に基板中の物質が拡散するのを防止するため、第一の電極膜および圧電膜の結晶性が保持でき、長期的な特性の安定性が得られる。
【００２２】
請求項４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してなる圧電素子において、圧力を３ｍＴｏｒｒ以下とするスパッタリングにより上記圧電膜を形成する圧電素子の製造方法であり、圧電膜の結晶性を劣化させる鉛不足を解消して単一配向の圧電膜が形成できるため、圧電素子の特性が向上する。
【００２３】
請求項５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してなる圧電素子において、スパッタリングに用いるアルゴンガスの圧力を酸素ガスの圧力の１５倍以上として上記圧電膜を形成する圧電素子の製造方法であり、圧電膜の結晶性を劣化させるジルコニウム不足が解消できるため、圧電素子の特性が向上する。
【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製造方法について、図面を参照しながら説明する。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。
【００２５】
実施の形態１では、第一の電極膜２として白金膜、この白金膜の上に圧電膜１としてＰｂＺｒ０．５Ｔｉ０．５Ｏ３膜（以下ＰＺＴ膜と称す）、さらにこのＰＺＴ膜の上に第二の電極膜３として白金膜をそれぞれ形成し、支持体４に空洞５を形成した。
【００２６】
次に実施の形態１における圧電素子の製造プロセスについて図を用いて説明する。
【００２７】
図２は第一および第二の電極膜２，３と圧電膜１の製造方法を示す断面図である。
【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５に示すスパッタ装置を用いた。ここで、電極材料の白金からなる４インチのターゲット７を用いて槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８に基板６を設置した。この装置において、まず排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で４００℃程度にまで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンガスを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１３によって１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、３０分間のスパッタリングによって基板６の上に膜厚２００ｎｍ程度の第一の電極膜２として白金膜を形成した。
【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、ＰＺＴからなる１０インチのターゲット７を用いて槽の内部の陰極に設置し、そして基板ホルダー８には予め上記の方法で第一の電極膜２を形成した基板６を設置し、排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で６００℃程度にまで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンガスおよび酸素ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍの流量で導入した。この際のガス圧は５ｍＴｏｒｒに調節した。さらに高周波電源１３によって１ｋＷの高周波電力を陰極に印加し、１．５時間のスパッタリングによって膜厚２μｍ程度の圧電膜１としてＰＺＴ膜を形成した。
【００３０】
さらに、圧電膜１としてＰＺＴ膜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膜２と同様の方法によって膜厚２０ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００３１】
以上のように形成した薄膜の圧電素子において、高い圧電定数を得ることと共に薄膜界面の密着性が高く大きな負荷に対して剥離しないことが要求される。
【００３２】
この場合、特に第一の電極膜２として白金膜の膜厚が重要な要素となる。一般に基板６と第一の電極膜２の金属膜との密着性は低い場合が多い。そこで第一の電極膜２の膜厚と基板６の密着性の評価を行い、膜厚３００ｎｍ以上および１００ｎｍ以下において密着性が低下することが確認できた。
【００３３】
一方、第一の電極膜２としての白金膜や圧電膜１としてのＰＺＴ膜の内部応力が大きい場合がある。その要因として膜厚が大きくなるほど内部応力が大きくなることが考えられ、３００ｎｍ以上での密着性の低下は内部応力の増加に伴うものと推測できる。
【００３４】
従って、第一の電極膜２の膜厚を１００ｎｍから３００ｎｍとすることにより、基板６と剥離なく安定した圧電素子を得ることができた。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態２における圧電素子の製造プロセスについて図を用いて説明する。図２を用いて実施の形態１と異なる点について説明する。
【００３６】
まず、第一の電極膜２の形成には実施の形態１で説明した図５に示すスパッタ装置を用いた。ここで、電極材料の白金からなる４インチのターゲット７を用いて槽の内部の陰極（図示せず）を設置し、基板ホルダー８には基板６を設置した。この装置において、まず排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で４００℃程度にまで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンガスを１０ｓｃｃｍの流量で導入した。この際のガス圧は３ｍＴｏｒｒに調節し、さらに高周波電源１３によって１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、３０分間のスパッタリングによって基板６の上に膜厚２００ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００３７】
以上のように形成した第一の電極膜２として白金膜の結晶性をＸ線解析装置により評価を行い、白金膜上に圧電膜１としてＰＺＴ膜を形成するが、この場合、白金膜の結晶は単一配向していることが望ましい。従ってここでの結晶性の比較は白金膜が優先配向している方位におけるピーク強度の高さを指標とした。
【００３８】
上記の方法で形成した白金膜は（１１１）の方位に優先配向しており他のピークはまったく無く強度は２００ｋｃｐｓと非常に良好な結晶性を示した。このときの測定条件は管電流３０ｍＡ、管電圧３０ｋＶである。
【００３９】
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、ＰＺＴからなる１０インチのターゲット７を用い、槽の内部の陰極に設置し、そして基板ホルダー８には予め上記の方法で第一の電極膜２を形成した基板６を設置し、排気ポンプ１０によって層の内部を１０−５Ｐａ程度にまで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で６００℃程度にまで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンガスおよび酸素ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍの流量で導入した。この際のガス圧は５ｍＴｏｒｒに調節した。さらに高周波電源１３によって１ｋＷの高周波電力を陰極に印加し、１．５時間のスパッタリングによって膜厚２μｍ程度の圧電膜１としてＰＺＴ膜を形成した。
【００４０】
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膜２と同様の方法によって２０ｎｍ厚みの白金膜を形成した。
【００４１】
以上のように形成した積層膜を用いて圧電素子を形成して、第一および第二の電極膜２，３への電圧の印加により発生する歪み量から圧電定数を計算し、１２０ｐｍ／Ｖの非常に良好な圧電特性を有する圧電素子が得られた。
【００４２】
一方、従来の技術では第一の電極膜２の製造方法において、実施の形態１と同様の加熱温度、アルゴンガス流量、ターゲットへの印加電力とし、ガス圧だけを５ｍＴｏｒｒ以上の設定で白金膜を形成し評価した結果、白金膜は（１１１）（１００）の多方位の配向を示し、優先配向の（１１１）のピーク強度は１００ｋｃｐｓと著しく悪い結晶性を示した。さらにこの第一の電極膜２の上に実施の形態１と同様の方法により圧電膜１のＰＺＴ膜を形成し、第二の電極膜３としての白金膜を形成し、この積層膜を用いて圧電素子を形成して圧電定数を計算した結果、５０ｐｍ／Ｖであった。
【００４３】
従って、第一の電極膜２をスパッタリングにより形成する場合、ガス圧を４ｍＴｏｒｒ以下とすることにより白金膜の結晶性が向上し、この白金膜上に形成するＰＺＴ膜の圧電特性が著しく向上することを確認した。
【００４４】
以上の結果から実施の形態２における加熱温度、アルゴンガス流量、ガス圧、印加電力等の条件により基板６の上に形成する第一の電極膜２としての白金膜を結晶配向（１１１）方位の優先配向とすることにより、この第一の電極膜２の上に形成した圧電膜１としてＰＺＴ膜は良好な圧電特性を示した。これは多方位が混在する白金膜よりも単一配向となった白金膜の上に形成されることにより圧電膜の結晶および結晶粒が揃うことが要因と考えられる。
【００４５】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３における圧電膜形成について図面を参照しながら説明する。
【００４６】
図３は実施の形態３における電極膜および圧電膜の構成を示す断面図であり、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００４７】
基板６を用いてスパッタリングにより第一の電極膜２として白金膜、圧電膜１としてＰＺＴ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。
【００４８】
第一の電極膜２は実施の形態１と同様のスパッタ装置を用いて形成した。ここで、白金からなる４インチのターゲット７を槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８に基板６を設置した。この装置において、排気ポンプ１０により槽の内部を１０−５Ｐａ程度に真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９により４００℃程度に加熱しアルゴンガスを１０ｓｃｃｍ、酸素ガスを２ｓｃｃｍの流量で供給し、ガス圧を５ｍＴｏｒｒに調整した。さらに高周波電源１３により１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、５分間のスパッタリングにより基板６の上に膜厚３５ｎｍ程度の白金膜を形成し、さらに酸素ガスの供給を停止してアルゴンガスの供給と共に高周波電源１３から１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、２５分程度のスパッタリングによって膜厚１６５ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００４９】
従来の製造方法において、アルゴンガスだけのスパッタリングにより第一の電極膜２を形成すると、この第一の電極膜２として白金膜上に圧電膜１を形成する場合に６００℃程度の高温となり、基板６の成分であるシリコンが白金膜中に拡散して白金との合金が形成されるため白金膜の結晶性が劣化し長期安定性に大きな課題となる。
【００５０】
実施の形態３において、酸素ガスを用いたスパッタリングの次に酸素ガスを無くしたスパッタリングにより第一の電極膜２として白金膜を形成するため、酸素ガスを用いたスパッタリングにより形成した白金膜が高温プロセスによるシリコンの拡散を抑制する壁となっていると考えられる。
【００５１】
これにより、第一の電極膜２の結晶性の安定化が図られるため、圧電素子として長期的な特性の安定性が得られる。
【００５２】
（実施の形態４）
以下、実施の形態４における圧電膜の製造方法について図面を参照しながら説明する。図３は実施の形態４における電極膜および圧電膜の構成を示す断面図であり、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００５３】
圧電膜１としてＰＺＴ膜、第一の電極膜２として白金膜、第二の電極膜３として白金膜から構成した。
【００５４】
第一の電極膜２は実施の形態１と同様のスパッタ装置を用いて形成した。ここで白金からなる４インチのターゲット７を槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８に基板６を設置した。この装置において、排気ポンプ１０により槽の内部を１０−５Ｐａ程度に真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９により４００℃程度に加熱しアルゴンガスを１０ｓｃｃｍの流量で供給し、ガス圧を５ｍＴｏｒｒに調整した。さらに高周波電源１３により１５０Ｗの高周波電力を陰極に印加し、３０分間のスパッタリングにより基板６の上に膜厚２００ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００５５】
次に、圧電膜１についても同様のスパッタ装置を用いた。ここでＰＺＴからなる１０インチのターゲット７を槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８に上記の第一の電極膜２が形成された基板６を設置して、排気ポンプ１０により槽の内部を１０−５Ｐａ程度に真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で６００℃程度にまで加熱し、アルゴンガスおよび酸素ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍの流量で供給し、ガス圧を１．５ｍＴｏｒｒに調整した。さらに高周波電源１３により１ｋＷの高周波電力を陰極に印加して１．５時間のスパッタリングにより膜厚２μｍのＰＺＴ膜を形成した。
【００５６】
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膜２と同様の製造方法により膜厚２０ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００５７】
以上、形成した積層膜を用いて圧電素子を形成し第一の電極膜２と第二の電極膜３に電圧を印加して得られた圧電膜１の歪み量から圧電定数を計算した結果、１８０ｐｍ／Ｖと非常に良好な圧電特性を有する圧電素子が得られた。
【００５８】
一方、従来の技術の製造方法において、ガス圧を５ｍＴｏｒｒ以上として形成した圧電膜１を用いた圧電素子に上記同様の圧電定数を計算した結果、５０ｐｍ／Ｖとなり、ガス圧を１．５ｍＴｏｒｒとすることにより圧電膜１の圧電定数が向上することが確認できた。この要因として圧電膜１の中に取り込まれる鉛の不足が考えられ、圧電膜１の形成において、スパッタリングのガス圧を低くすることにより不足する鉛を多量に発生することが確認でき、この結果、圧電膜１の結晶性が向上すると考えられる。
【００５９】
なお、実施の形態４において圧電膜１の形成の条件としてガス圧を１．５ｍＴｏｒｒとしたが、３ｍＴｏｒｒ以下のガス圧でも同様の効果が得られた。
【００６０】
（実施の形態５）
以下、実施の形態５における圧電膜１の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００６１】
図４は実施の形態５における第一および第二の電極膜２，３と圧電膜１の構成を示す断面図であり、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００６２】
第一の電極膜２として白金膜は実施の形態１と同様の製造方法で形成した。
【００６３】
第一の電極膜２の上に形成する圧電膜１も同様のスパッタ装置を用いた。ここでＰＺＴからなる１０インチのターゲット７を用いて槽の内部の陰極に設置し、基板ホルダー８には予め第一の電極膜２を形成した基板６を設置した。この装置において、まず排気ポンプ１０によって槽の内部を１０−５Ｐａ程度まで真空に排気し、基板６を基板加熱用ヒータ９で６００℃程度まで加熱し、さらにスパッタガスであるアルゴンおよび酸素ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、０．５ｓｃｃｍの流量で導入しガス圧を５ｍＴｏｒｒに調整した。さらに高周波電源１３により１ｋＷの高周波電力を陰極に印加して１．５時間のスパッタリングにより膜厚２μｍのＰＺＴ膜を形成した。
【００６４】
さらに、圧電膜１の上に第二の電極膜３の形成においても同様のスパッタ装置を用いて第一の電極膜２と同様の方法により膜厚２０ｎｍ程度の白金膜を形成した。
【００６５】
以上のように形成した積層膜を用いて圧電素子を形成し、第一の電極膜２と第二の電極膜３に電圧を印加して圧電膜１に発生する歪み量から圧電定数を計算した結果、２２０ｐｍ／Ｖと高い圧電定数の圧電素子が得られた。
【００６６】
一方、従来の技術において、アルゴンガス対酸素ガスの分圧比を１０対１として圧電膜を形成して評価を行った結果、５０ｐｍ／Ｖであった。
【００６７】
実施の形態５においてアルゴンガス対酸素ガスの分圧比を２０対１として圧電膜１を形成して大きく向上が図れた。
【００６８】
従来の技術においては、良好な結晶性のＰＺＴ膜を得ることは困難であり、この大きな要因としてＰＺＴ膜中へ取り込まれるジルコニウムの不足が考えられる。実施の形態５において、ＰＺＴ膜を形成する場合、低酸素分圧とすることによりＰＺＴ膜中のジルコニウム不足を解消させ、膜の結晶性が向上できたと考えられる。これによってＰＺＴ膜の形成時にアルゴンガス対酸素ガスの分圧比を２０対１としたが、１５対１以上の分圧比で同様の効果が得られることを確認した。
【００６９】
【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形成してなる圧電素子において、上記第一の電極膜の厚みを１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲とした圧電素子であり、上記支持体と第一の電極膜との密着性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】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
【図２】本発明の実施の形態１，２における第一および第二の電極膜と圧電膜の製造方法を示す断面図
【図３】実施の形態３，４における電極膜および圧電膜の構成を示す断面図
【図４】実施の形態５における第一および第二の電極膜と圧電膜の構成を示す断面図
【図５】薄膜用スパッタ装置の構成を示す模式図
【図６】従来の圧電素子の構成を示す断面図
【図７】従来の第一および第二の電極膜と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 基板
７ ターゲット
８ 基板ホルダー
９ 基板加熱用ヒータ
１０ 排気ポンプ
１１ アルゴンガスのボンベ
１２ 酸素ガスのボンベ
１３ 高周波電源
Claims (5)
- 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してなる圧電素子において、上記第一の電極膜の厚みを１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲とした圧電素子。
- 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してなる圧電素子において、圧力を４ｍＴｏｒｒ以下とする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。
- 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してなる圧電素子において、酸素ガスを用いたスパッタリングの次に酸素ガスを無くした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。
- 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してなる圧電素子において、圧力を３ｍＴｏｒｒ以下とするスパッタリングにより上記圧電膜を形成する圧電素子の製造方法。
- 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してなる圧電素子において、スパッタリングに用いるアルゴンガスの圧力を酸素ガスの圧力の１５倍以上として上記圧電膜を形成する圧電素子の製造方法。
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