JP2010187003A - Precursor composition and method of manufacturing piezoelectric element - Google Patents

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Takeshi Kijima
健 木島
Koji Ohashi
幸司 大橋
泰彰 ▲濱▼田
Yasuaki Hamada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite oxide laminated body excelling in an insulation property, and a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: This composite oxide laminated body includes: a substrate 20; a first composite oxide layer 24 formed on the substrate 20 and represented by general formula ABO<SB>3</SB>; and a second composite oxide layer 26 formed on the first composite oxide layer 24 and represented by general formula AB<SB>1-x</SB>C<SB>x</SB>O<SB>3</SB>, wherein the element A comprises at least Pb, the element B comprises at least one of Zr, Ti, V, W and Hf, and the element C comprises at least one of Nb and Ta. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、Pb系ペロブスカイト型酸化物を用いた複合酸化物積層体、複合酸化物積層体の製造方法、および本発明の複合酸化物積層体を用いたデバイスに関する。   The present invention relates to a composite oxide laminate using a Pb-based perovskite oxide, a method for producing the composite oxide laminate, and a device using the composite oxide laminate of the present invention.

PZT(Pb(Zr,Ti)O3)などのPb系ペロブスカイト型酸化物は、優れた強誘電特性あるいは圧電特性を有する。そのため、例えば強誘電体メモリの強誘電体膜として注目され(特許文献1参照)、あるいは圧電体素子として注目されている(特許文献2参照)。 Pb-based perovskite oxides such as PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) have excellent ferroelectric characteristics or piezoelectric characteristics. Therefore, for example, it has attracted attention as a ferroelectric film of a ferroelectric memory (see Patent Document 1) or as a piezoelectric element (see Patent Document 2).

特開2001−139313号公報JP 2001-139313 A 特開2001−223404号公報JP 2001-223404 A

本発明の目的は、絶縁性に優れた複合酸化物積層体およびその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a composite oxide laminate having excellent insulating properties and a method for producing the same.

本発明の他の目的は、本発明にかかる複合酸化物積層体を含むデバイスを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a device including the complex oxide laminate according to the present invention.

本発明にかかる複合酸化物積層体は、
基板と、
前記基板の上方に形成され、一般式ABO3で表される第1複合酸化物層と、
前記第1複合酸化物層の上方に形成され、一般式AB1-xx3で表される第2複合酸化物層と、を含み、
A元素は、少なくともPbからなり、
B元素は、Zr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、
C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなる。
The composite oxide laminate according to the present invention is
A substrate,
A first composite oxide layer formed above the substrate and represented by the general formula ABO 3 ;
A second complex oxide layer formed above the first complex oxide layer and represented by the general formula AB 1-x C x O 3 ;
A element consists of at least Pb,
B element consists of at least one of Zr, Ti, V, W and Hf,
C element consists of at least one of Nb and Ta.

本発明の複合酸化物積層体によれば、第1複合酸化物層の上方に特定の第2の複合酸化物層を有することにより、第1複合酸化物層の結晶欠陥の発生を防止し、優れた強誘電特性および圧電特性を発揮できる。   According to the composite oxide laminate of the present invention, by having the specific second composite oxide layer above the first composite oxide layer, the occurrence of crystal defects in the first composite oxide layer is prevented, Excellent ferroelectric and piezoelectric properties can be exhibited.

本発明の複合酸化物積層体において、
前記B元素は、ZrおよびTiであり、
前記C元素は、Nbであることができる。
In the composite oxide laminate of the present invention,
The B element is Zr and Ti,
The C element may be Nb.

本発明の複合酸化物積層体において、
前記第2複合酸化物層は、0.1≦x≦0.3の範囲でNbを含む複合酸化物からなることができる。
In the composite oxide laminate of the present invention,
The second complex oxide layer may be composed of a complex oxide containing Nb in a range of 0.1 ≦ x ≦ 0.3.

本発明の複合酸化物積層体において、
さらに、前記第2複合酸化物層は、0.5モル%以上のSiおよびGeの少なくとも一方を含むことができる。
In the composite oxide laminate of the present invention,
Furthermore, the second complex oxide layer may include at least one of 0.5 mol% or more of Si and Ge.

本発明の複合酸化物積層体において、
前記第2複合酸化物層は、前記第1複合酸化物層より膜厚が小さいことができる。
In the composite oxide laminate of the present invention,
The second complex oxide layer may be smaller in thickness than the first complex oxide layer.

本発明の複合酸化物積層体において、
前記基板は、電極層を有することができる。
In the composite oxide laminate of the present invention,
The substrate may have an electrode layer.

本発明の複合酸化物積層体において、
前記第1複合酸化物層の下方に、該第1複合酸化物層の結晶配向性を制御するためのバッファ層を有することができる。
In the composite oxide laminate of the present invention,
A buffer layer for controlling the crystal orientation of the first composite oxide layer may be provided below the first composite oxide layer.

本発明にかかる複合酸化物積層体の製造方法は、
基板の上方に、一般式ABO3で表される第1複合酸化物層を形成する工程と、
前記第1複合酸化物層の上方に、一般式AB1-xx3で表される第2複合酸化物層を形成する工程と、を含み、
A元素は、少なくともPbからなり、
B元素は、Zr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、
C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなる。
The method for producing a composite oxide laminate according to the present invention includes:
Forming a first composite oxide layer represented by the general formula ABO 3 above the substrate;
Forming a second composite oxide layer represented by the general formula AB 1-x C x O 3 above the first composite oxide layer,
A element consists of at least Pb,
B element consists of at least one of Zr, Ti, V, W and Hf,
C element consists of at least one of Nb and Ta.

本発明の製造方法によれば、第1複合酸化物層の上方に特定の第2の複合酸化物層を形成することにより、第1複合酸化物層の結晶欠陥の発生を防止し、優れた強誘電特性および圧電特性を有する複合酸化物積層体を製造方法できる。   According to the manufacturing method of the present invention, the specific second complex oxide layer is formed above the first complex oxide layer, thereby preventing the occurrence of crystal defects in the first complex oxide layer, which is excellent. A composite oxide laminate having ferroelectric characteristics and piezoelectric characteristics can be produced.

本発明の製造方法において、
前記第2複合酸化物層は、一般式AB1-xx3で表される絶縁性複合酸化物を形成するための前駆体を含む前駆体組成物を塗布した後、熱処理を行うことにより形成されることができる。
In the production method of the present invention,
The second composite oxide layer is subjected to heat treatment after applying a precursor composition containing a precursor for forming an insulating composite oxide represented by the general formula AB 1-x C x O 3. Can be formed.

本発明の複合酸化物積層体の製造方法において、
前記前駆体組成物は、少なくとも前記B元素および前記C元素を含み、かつ一部にエステル結合を有する前駆体を含むことができる。
In the method for producing a composite oxide laminate of the present invention,
The precursor composition may include a precursor containing at least the B element and the C element, and partially having an ester bond.

本発明の複合酸化物積層体の製造方法において、
前記前駆体は、さらに、SiおよびGeの少なくとも一方を含むことができる。
In the method for producing a composite oxide laminate of the present invention,
The precursor may further include at least one of Si and Ge.

本発明にかかるデバイスは、本発明にかかる複合酸化物積層体を含む。   The device according to the present invention includes the composite oxide laminate according to the present invention.

本発明におけるデバイスとは、本発明の複合酸化物積層体を含むものを意味し、当該複合酸化物積層体を有する部品、およびこの部品を有する電子機器を含む。デバイスの具体例についは後述する。   The device in the present invention means one including the complex oxide laminate of the present invention, and includes a component having the complex oxide laminate and an electronic apparatus having the component. A specific example of the device will be described later.

本実施形態にかかる複合酸化物積層体を示す断面図。Sectional drawing which shows the complex oxide laminated body concerning this embodiment. 本実施形態において、チタン酸鉛中にSiを添加した場合の、Aサイトイオンのラマン振動モードの変化を示す図。The figure which shows the change of the Raman vibration mode of A site ion at the time of adding Si in lead titanate in this embodiment. 本実施形態において用いられる、鉛を含むカルボン酸を示す図。The figure which shows the carboxylic acid containing lead used in this embodiment. 本実施形態において用いられる、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルを示す図。The figure which shows the polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester used in this embodiment. 本実施形態において用いられる、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルを示す図。The figure which shows the polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester used in this embodiment. 本実施形態において用いられる、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルを示す図。The figure which shows the polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester used in this embodiment. 本実施形態において用いられる、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルを示す図。The figure which shows the polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester used in this embodiment. 本実施形態に係る前駆体組成物における前駆体の生成反応を示す図。The figure which shows the production | generation reaction of the precursor in the precursor composition which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る前駆体組成物における前駆体の生成反応を示す図。The figure which shows the production | generation reaction of the precursor in the precursor composition which concerns on this embodiment. (A)は、実施例1の複合酸化物積層体のヒステリシスを示す図であり、(B)は、比較例1の複合酸化物積層体のヒステリシスを示す図。(A) is a figure which shows the hysteresis of the complex oxide laminated body of Example 1, (B) is a figure which shows the hysteresis of the complex oxide laminated body of the comparative example 1. FIG. 実施例1および比較例1の分極量の変化を示す図。The figure which shows the change of the amount of polarization of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. (A),(B)は本実施形態にかかる半導体装置を示す図。(A), (B) is a figure which shows the semiconductor device concerning this embodiment. 本実施形態に係る1T1C型強誘電体メモリを模式的に示す断面図。1 is a cross-sectional view schematically showing a 1T1C type ferroelectric memory according to an embodiment. 図10に示す強誘電体メモリの等価回路を示す図。FIG. 11 shows an equivalent circuit of the ferroelectric memory shown in FIG. 10. 本実施形態の適用例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric element which concerns on the application example of this embodiment. 本実施形態の適用例に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an ink jet recording head according to an application example of the embodiment. 本実施形態の適用例に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to an application example of the embodiment. 本実施形態の適用例に係るインクジェットプリンタの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of an inkjet printer according to an application example of the present embodiment. 本実施形態の適用例に係る表面弾性波素子を示す断面図。Sectional drawing which shows the surface acoustic wave element which concerns on the application example of this embodiment. 本実施形態の適用例に係る周波数フィルタを示す斜視図。The perspective view which shows the frequency filter which concerns on the application example of this embodiment. 本実施形態の適用例に係る発振器を示す斜視図。The perspective view which shows the oscillator which concerns on the application example of this embodiment.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

1.複合酸化物積層体
図1は、本実施形態にかかる複合酸化物積層体100を模式的に示す断面図である。
1. Composite Oxide Stack FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a composite oxide stack 100 according to the present embodiment.

本実施形態にかかる複合酸化物積層体100は、基板20と、基板20の上方に形成され、一般式ABO3で表される第1複合酸化物層24と、第1複合酸化物層24の上方に形成され、一般式AB1-xx3で表される第2複合酸化物層26と、を含む。ここで、A元素は、少なくともPbからなり、B元素は、Zr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなることができる。 The composite oxide laminate 100 according to this embodiment includes a substrate 20, a first composite oxide layer 24 formed above the substrate 20, represented by a general formula ABO 3 , and a first composite oxide layer 24. And a second composite oxide layer 26 formed above and represented by the general formula AB 1-x C x O 3 . Here, the element A can be composed of at least Pb, the element B can be composed of at least one of Zr, Ti, V, W, and Hf, and the element C can be composed of at least one of Nb and Ta.

基板20としては、本実施形態の複合酸化物積層体100の種類や用途によって各種のものを用いることができる。例えば、複合酸化物積層体100を強誘電体メモリなどのキャパシタに用いる場合には、基板20としては、電極層(下部電極)を有するものを用いることができる。また、複合酸化物積層体100を表面弾性波素子に用いる場合には、基板20としては、サファイア基板等を用いることができる。   As the substrate 20, various types can be used depending on the type and application of the complex oxide laminate 100 of the present embodiment. For example, when the composite oxide stack 100 is used for a capacitor such as a ferroelectric memory, the substrate 20 having an electrode layer (lower electrode) can be used. When the composite oxide laminate 100 is used for a surface acoustic wave device, a sapphire substrate or the like can be used as the substrate 20.

図1に示す例では、複合酸化物積層体100はキャパシタを構成し、電極層を有する。すなわち、この例では、基板20は、基材21上に、第1電極層22と第2電極層23とが順次形成されている。第1電極層22は、例えば白金などの白金族金属から構成されている。第2電極層23は、LaNiO3などのペロブスカイト型構造の導電性酸化物層から構成されている。この第2電極層23は、第1複合酸化物層24の結晶配向性を制御するためのバッファ層として機能することができる。このようなバッファ層として機能する第2電極層23を有することにより、第1の複合酸化物層24は、第2電極層23に対してエピタキシャル成長することができる。この場合、第1複合酸化物層24は、第2電極層23と同じ面方位をもって成長する。 In the example shown in FIG. 1, the composite oxide stack 100 constitutes a capacitor and has an electrode layer. That is, in this example, the substrate 20 has the first electrode layer 22 and the second electrode layer 23 formed in order on the base material 21. The first electrode layer 22 is made of, for example, a platinum group metal such as platinum. The second electrode layer 23 is composed of a conductive oxide layer having a perovskite structure such as LaNiO 3 . The second electrode layer 23 can function as a buffer layer for controlling the crystal orientation of the first composite oxide layer 24. By having the second electrode layer 23 functioning as such a buffer layer, the first complex oxide layer 24 can be epitaxially grown on the second electrode layer 23. In this case, the first complex oxide layer 24 grows with the same plane orientation as that of the second electrode layer 23.

第1複合酸化物層24および第2複合酸化物層26の膜厚は、本実施形態が適用されるデバイスによって適宜選択される。主には第1複合酸化物層24がデバイスの強誘電体膜あるいは圧電体膜を構成する。第2複合酸化物層26は、第1複合酸化物層24の特性劣化を抑制する機能を有する。したがって、第2複合酸化物層26の膜厚は、少なくとも、第1複合酸化物層24の表面を覆い、かつ第1複合酸化物層24最表面に形成された異相を吸収するように設定される。例えば、図1に示すキャパシタの例では、第2複合酸化物層26の膜厚は、100〜1000nmとすることができる。   The film thicknesses of the first composite oxide layer 24 and the second composite oxide layer 26 are appropriately selected depending on the device to which this embodiment is applied. The first composite oxide layer 24 mainly constitutes a ferroelectric film or a piezoelectric film of the device. The second composite oxide layer 26 has a function of suppressing characteristic deterioration of the first composite oxide layer 24. Therefore, the film thickness of the second composite oxide layer 26 is set so as to cover at least the surface of the first composite oxide layer 24 and absorb the foreign phase formed on the outermost surface of the first composite oxide layer 24. The For example, in the example of the capacitor shown in FIG. 1, the film thickness of the second composite oxide layer 26 can be set to 100 to 1000 nm.

本実施形態では、一般式ABO3で表される第1複合酸化物層24は、A元素が少なくともPbであり、B元素がZrおよびTiであり、C元素がNbであることができる。また、一般式AB1-xx3で表される第2複合酸化物層26は、A元素が少なくともPbであり、B元素がZrおよびTiであり、C元素がNbであることができる。この場合、0.1≦x≦0.3の範囲でNbを含むことができる。すなわち、本実施形態では、第2複合酸化物層26は、TiサイトにNbをドーピングしたPb(Zr、Ti、Nb)O3(PZTN)であることできる。 In the present embodiment, in the first composite oxide layer 24 represented by the general formula ABO 3 , the A element can be at least Pb, the B element can be Zr and Ti, and the C element can be Nb. In the second composite oxide layer 26 represented by the general formula AB 1-x C x O 3 , the A element is at least Pb, the B element is Zr and Ti, and the C element is Nb. it can. In this case, Nb can be included in the range of 0.1 ≦ x ≦ 0.3. That is, in the present embodiment, the second composite oxide layer 26 can be Pb (Zr, Ti, Nb) O 3 (PZTN) in which Nb is doped at the Ti site.

Nbは、Tiとサイズ(イオン半径が近く、原子半径は同一である)がほぼ同じで、重さが2倍あり、格子振動による原子間の衝突によっても格子から原子が抜けにくい。また原子価は、+5価で安定であり、たとえPbが抜けても、Nb5+によりPb抜けの価数を補うことができる。また結晶化時に、Pb抜けが発生したとしても、サイズの大きなOが抜けるより、サイズの小さなNbが入る方が容易である。 Nb is substantially the same size as Ti (the ionic radius is the same, and the atomic radius is the same), is twice as heavy, and it is difficult for atoms to escape from the lattice by collisions between atoms due to lattice vibration. Further, the valence is +5 and stable, and even if Pb is lost, the valence of Pb loss can be compensated by Nb 5+ . Further, even if Pb loss occurs during crystallization, it is easier to enter small Nb than large O loss.

また、Nbは+4価も存在するため、Ti4+の代わりは十分に行うことが可能である。更に、実際にはNbは共有結合性が非常に強く、Pbも抜け難くなっていると考えられる(H.Miyazawa,E.Natori,S.Miyashita;Jpn.J.Appl.Phys.39(2000)5679)。 Moreover, since Nb also has a +4 valence, Ti 4+ can be sufficiently replaced. Furthermore, in fact, Nb has a very strong covalent bond, and Pb is considered to be difficult to escape (H. Miyazawa, E. Natori, S. Miyashita; Jpn. J. Appl. Phys. 39 (2000). 5679).

第2複合酸化物層26をPZTNで構成し、Nbを特定の割合で含むことにより、Pbの欠損による悪影響を解消し、優れた組成制御性を有する。その結果、PZTNは、通常のPZTに比べて極めて良好なヒステリシス特性、リーク特性、耐還元性および絶縁性などを有する。   By constituting the second composite oxide layer 26 with PZTN and containing Nb at a specific ratio, the adverse effects due to Pb deficiency are eliminated, and the composition controllability is excellent. As a result, PZTN has extremely good hysteresis characteristics, leakage characteristics, reduction resistance, insulation properties, and the like compared to normal PZT.

これまでも、PZTへのNbドーピングは、主にZrリッチの稜面体晶領域で行われてきたが、その量は、0.2〜0.025モル%(J.Am.Ceram.Soc,84(2001)902;Phys.Rev.Let,83(1999)1347)程度と、極僅かなものである。このようにNbを多量にドーピングすることができなかった要因は、Nbを例えば10モル%添加すると、結晶化温度が800℃以上に上昇してしまうことによるものであったと考えられる。   Until now, Nb doping to PZT has been mainly performed in the Zr-rich rhombohedral region, but the amount is 0.2-0.025 mol% (J. Am. Ceram. Soc, 84). (2001) 902; Phys. Rev. Let, 83 (1999) 1347) and so on. It is considered that the reason why Nb could not be doped in a large amount as described above was that the crystallization temperature increased to 800 ° C. or more when Nb was added at, for example, 10 mol%.

そこで、第2複合酸化物層26の前駆体組成物に、更にPbSiO3シリケートを例えば、0.5〜10モル%の割合で添加することが好ましい。これによりPZTNの結晶化エネルギーを軽減させることができる。すなわち、複合酸化物層の材料としてPZTNを用いる場合、Nb添加とともに、PbSiO3シリケートを添加することでPZTNの結晶化温度の低減を図ることができる。また、シリケートの代わりに、シリケートとゲルマネートを混合して用いることもできる。本願発明者らは、Siが、焼結剤として働いた後、Aサイトイオンとして、結晶の一部を構成していることを確認した(図2参照)。すなわち、図2に示すように、チタン酸鉛中にシリコンを添加すると、Aサイトイオンのラマン振動モードE(1TO)に変化が見られた。また、ラマン振動モードに変化が見られたのは、Si添加量が8モル%以下の場合であった。従って、Siの微少添加では、SiはペロブスカイトのAサイトに存在していることが確認された。 Accordingly, it is preferable to add PbSiO 3 silicate to the precursor composition of the second composite oxide layer 26 at a ratio of 0.5 to 10 mol%, for example. Thereby, the crystallization energy of PZTN can be reduced. That is, when PZTN is used as the material of the composite oxide layer, the crystallization temperature of PZTN can be reduced by adding PbSiO 3 silicate together with Nb. In addition, silicate and germanate can be mixed and used instead of silicate. The inventors of the present application have confirmed that Si, after acting as a sintering agent, constitutes part of the crystal as A site ions (see FIG. 2). That is, as shown in FIG. 2, when silicon was added to lead titanate, a change was observed in the Raman vibration mode E (1TO) of the A site ion. The change in the Raman vibration mode was observed when the Si addition amount was 8 mol% or less. Therefore, it was confirmed that Si was present at the A site of the perovskite with a slight addition of Si.

本発明においては、Nbの代わりに、あるいはNbと共に、Taを用いることもできる。Taを用いた場合にも、上述したNbと同様の傾向がある。   In the present invention, Ta can be used instead of Nb or together with Nb. Even when Ta is used, there is a tendency similar to that of Nb described above.

以上のように、本実施形態では、一般式AB1-xx3で表される複合酸化物積層体は、好ましくは0.5モル%以上のSiおよびGeの少なくとも一方、より好ましくは0.5ないし10モル%のSi、あるいはSiおよびGeを含むことができる。 As described above, in this embodiment, the composite oxide laminate represented by the general formula AB 1-x C x O 3 is preferably at least one of Si and Ge of 0.5 mol% or more, more preferably 0.5 to 10 mol% Si or Si and Ge can be included.

本実施形態では、第2複合酸化物層26上に、第2電極層23と同様の材質(LaNiO3)からなる第3電極層28と、第1電極層22と同様の材質(白金)からなる第4電極層30とが順次形成されている。第3電極層28および第4電極層30によって、キャパシタの上部電極が構成される。 In the present embodiment, on the second composite oxide layer 26, a third electrode layer 28 made of the same material (LaNiO 3 ) as the second electrode layer 23 and a material (platinum) similar to the first electrode layer 22 are used. The fourth electrode layer 30 is sequentially formed. The third electrode layer 28 and the fourth electrode layer 30 constitute an upper electrode of the capacitor.

第3電極層28は、必ずしも設ける必要はないが、第3電極層28を設けることにより大気中の水分より隔離することで素子の信頼性を向上させる利点がある。   The third electrode layer 28 is not necessarily provided, but providing the third electrode layer 28 has an advantage of improving the reliability of the element by being isolated from moisture in the atmosphere.

本実施形態では、さらに、必要に応じて、表面に保護層30を有することができる。保護層30は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、アルミナなどの絶縁性の膜から構成される。保護層30は、第1複合酸化物層24および第2複合酸化物層26が還元性のガス(例えば水素)によって劣化することを防止する機能を有する。   In the present embodiment, the protective layer 30 can be further provided on the surface as necessary. The protective layer 30 is made of an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or alumina. The protective layer 30 has a function of preventing the first composite oxide layer 24 and the second composite oxide layer 26 from being deteriorated by a reducing gas (for example, hydrogen).

本実施形態にかかる複合酸化物積層体100によれば、第1複合酸化物層24(PZT層)上に特定の第2複合酸化物層(PZTN層)26を形成することにより、後述するように、第1複合酸化物層24は非常に高い絶縁性を有し、優れた強誘電特性および圧電特性を有することができる。   According to the composite oxide laminate 100 according to the present embodiment, a specific second composite oxide layer (PZTN layer) 26 is formed on the first composite oxide layer 24 (PZT layer), as will be described later. In addition, the first composite oxide layer 24 has a very high insulating property and can have excellent ferroelectric characteristics and piezoelectric characteristics.

すなわち、PZT層は、熱処理することにより、PZT層内から鉛および酸素が抜けて欠損を生じやすい。特に酸素欠損ができると、酸素原子は他の元素よりも動きやすいために酸素原子の拡散が起こる。さらに、酸素欠損により電荷のバランスが崩れてPZTのPb,Zr,Tiが不安定になることにより、これらの元素の拡散係数も大きくなる。これに対し、PZTN層においては、結晶中の欠陥が極めて少なく、特に酸素欠損を防ぐことができるため、PZT層の酸素元素の拡散を抑えることができる。そのために熱処理によるPZTの結晶欠陥の発生を抑えることができ、その絶縁性を高く維持することができる。   That is, the PZT layer is likely to be deficient due to the lead and oxygen being removed from the PZT layer by heat treatment. In particular, when oxygen vacancies are formed, oxygen atoms move more easily than other elements, and oxygen atoms diffuse. Furthermore, the balance of charges is lost due to oxygen deficiency, and Pb, Zr, and Ti of PZT become unstable, so that the diffusion coefficient of these elements also increases. On the other hand, in the PZTN layer, there are very few defects in the crystal, and particularly oxygen vacancies can be prevented, so that diffusion of oxygen elements in the PZT layer can be suppressed. Therefore, generation of PZT crystal defects due to heat treatment can be suppressed, and the insulation can be maintained high.

2.複合酸化物積層体の製造方法
本発明の実施形態にかかる複合酸化物積層体の製造方法は、少なくとも以下の工程を有する。
2. Manufacturing method of complex oxide laminated body The manufacturing method of the complex oxide laminated body concerning embodiment of this invention has the following processes at least.

(1)基板の上方に、一般式ABO3で表される第1複合酸化物層を形成する工程。 (1) A step of forming a first composite oxide layer represented by the general formula ABO 3 above the substrate.

(2)第1複合酸化物層の上方に、一般式AB1-xx3で表される第2複合酸化物層を形成する工程。 (2) A step of forming a second composite oxide layer represented by the general formula AB 1-x C x O 3 above the first composite oxide layer.

ここで、A元素は、少なくともPbからなり、B元素は、Zr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなることができる。   Here, the element A can be composed of at least Pb, the element B can be composed of at least one of Zr, Ti, V, W, and Hf, and the element C can be composed of at least one of Nb and Ta.

以下、本実施形態にかかる製造方法について図1を参照して具体的に述べる。   Hereinafter, the manufacturing method according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.

(1)第1複合酸化物層24の形成
まず、基板20の上に、一般式ABO3で表される第1複合酸化物層22を形成する。図1に示す例では、A元素がPbからなり、B元素がZrおよびTiからなるPb(Zr,Ti)O3であることができる。
(1) Formation of First Composite Oxide Layer 24 First, the first composite oxide layer 22 represented by the general formula ABO 3 is formed on the substrate 20. In the example shown in FIG. 1, the A element can be Pb and the B element can be Pb (Zr, Ti) O 3 made of Zr and Ti.

第1複合酸化物層24は、基板20に対してエピタキシャル成長させることによって形成することができる。この場合、第1複合酸化物層22は、基板20と同じ面方位をもって成長する。このような基板20としては、既に述べたように、単結晶基板でもよいし、図1に示すように、基材上に結晶制御性を有するいわゆるバッファ層を形成したものでもよい。すなわち、図1に示す基板20は、基材21上に、第1電極層22と第2電極層23とが順次形成されている。第1電極層22は、例えば白金などの白金族金属から構成されている。第2電極層23は、LaNiO3などのペロブスカイト型構造の導電性酸化物層から構成されている。この第2電極層23は、第1複合酸化物層24の結晶配向性を制御するためのバッファ層として機能することができる。例えば、第1複合酸化物層24を(100)の結晶配向にする場合には、第2電極層23として、LaNiO3、SrRuO3などを用いることができる。第1複合酸化物層24を(111)の結晶配向にする場合には、第2電極層23として、Pt、Ir、Ruなどの白金族を用いることができる。この場合、第1電極層22を設けなくともよい。 The first composite oxide layer 24 can be formed by epitaxial growth on the substrate 20. In this case, the first complex oxide layer 22 grows with the same plane orientation as the substrate 20. As described above, the substrate 20 may be a single crystal substrate, or a substrate in which a so-called buffer layer having crystal controllability is formed on a base material as shown in FIG. That is, in the substrate 20 shown in FIG. 1, the first electrode layer 22 and the second electrode layer 23 are sequentially formed on the base material 21. The first electrode layer 22 is made of, for example, a platinum group metal such as platinum. The second electrode layer 23 is composed of a conductive oxide layer having a perovskite structure such as LaNiO 3 . The second electrode layer 23 can function as a buffer layer for controlling the crystal orientation of the first composite oxide layer 24. For example, when the first composite oxide layer 24 has a (100) crystal orientation, LaNiO 3 , SrRuO 3, or the like can be used as the second electrode layer 23. When the first composite oxide layer 24 has a (111) crystal orientation, a platinum group such as Pt, Ir, or Ru can be used as the second electrode layer 23. In this case, the first electrode layer 22 may not be provided.

第1複合酸化物層24の形成方法は特に限定されず、公知の成膜法を用いることができる。かかる成膜法としては、ゾル・ゲル法,MOD法などの液相法、CVD法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などの気相法を用いることができるが、好ましくはゾル・ゲル法などの液相法を用いて形成することができる。   The formation method of the 1st complex oxide layer 24 is not specifically limited, A well-known film-forming method can be used. As such a film forming method, a liquid phase method such as a sol / gel method or a MOD method, or a vapor phase method such as a CVD method, a sputtering method, or a laser ablation method can be used, but a liquid such as a sol / gel method is preferable. It can be formed using a phase method.

ゾル・ゲル法を用いる場合、基板20上に、第1複合酸化物層形成用のゾル・ゲル原料を塗布し、その後、塗膜に乾燥および脱脂のための熱処理を行い、さらに、結晶化のための熱処理を行う。この塗布および熱処理は、第1複合酸化物層24の膜厚に応じて複数回繰り返し行うことができる。結晶化のための熱処理温度は、第1複合酸化物の種類や結晶配向によって異なるが、例えばPZTの場合、650℃ないし700℃で行うことができる。   In the case of using the sol-gel method, a sol-gel raw material for forming the first composite oxide layer is applied on the substrate 20, and then the coating film is subjected to a heat treatment for drying and degreasing. Heat treatment is performed. This coating and heat treatment can be repeated a plurality of times depending on the film thickness of the first composite oxide layer 24. The heat treatment temperature for crystallization varies depending on the type and crystal orientation of the first composite oxide, but for example, in the case of PZT, it can be performed at 650 ° C. to 700 ° C.

(2)第2複合酸化物層26の形成
第2複合酸化物層26は、例えば、一般式AB1-xx3で表される絶縁性複合酸化物を形成するための前駆体を含む前駆体組成物を塗布した後、熱処理を行うことにより形成することができる。
(2) Formation of Second Composite Oxide Layer 26 The second composite oxide layer 26 is formed of a precursor for forming an insulating composite oxide represented by, for example, the general formula AB 1-x C x O 3. It can form by performing the heat processing, after apply | coating the precursor composition containing.

以下に、前駆体組成物およびその製造方法について詳述する。   Below, a precursor composition and its manufacturing method are explained in full detail.

(2)−1;前駆体組成物
本製造方法で用いられる前駆体組成物は、第2複合酸化物層26の形成に用いられる。ここで、第2複合酸化物層は、一般式AB1-xx3で示され、A元素は少なくともPbからなり、B元素はZr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなることができる。さらに、第2複合酸化物層26は、一般式AB1-xx3で示され、A元素がPbからなり、B元素がZrおよびTiからなり、C元素がNbからなることができる。そして、本実施形態では、前駆体は、少なくともB元素およびC元素を含み、かつ一部にエステル結合を有する。
(2) -1: Precursor composition The precursor composition used in the present production method is used for forming the second composite oxide layer 26. Here, the second composite oxide layer is represented by the general formula AB 1-x C x O 3 , the A element is composed of at least Pb, and the B element is composed of at least one of Zr, Ti, V, W, and Hf. And the C element can be composed of at least one of Nb and Ta. Furthermore, the second composite oxide layer 26 is represented by the general formula AB 1-x C x O 3 , and the A element can be made of Pb, the B element can be made of Zr and Ti, and the C element can be made of Nb. . And in this embodiment, a precursor contains at least B element and C element, and has an ester bond in part.

前駆体組成物において、前記前駆体は、有機溶媒に溶解もしくは分散されていることができる。有機溶媒としては、アルコールを用いることができる。アルコールとしては、特に限定されないが、ブタノール、メタノール、エタノール、プロパノールなどの1価のアルコール、または多価アルコールを例示できる。   In the precursor composition, the precursor may be dissolved or dispersed in an organic solvent. Alcohol can be used as the organic solvent. Although it does not specifically limit as alcohol, Monovalent alcohols, such as butanol, methanol, ethanol, and propanol, or a polyhydric alcohol can be illustrated.

アルコールとしては、例えば以下のものをあげることができる。   Examples of the alcohol include the following.

1価のアルコール類;
プロパノール(プロピルアルコール)として、1−プロパノール(沸点97.4℃)、2−プロパノール(沸点82.7℃)、
ブタノール(ブチルアルコール)として、1−ブタノール(沸点117℃)、2−ブタノール(沸点100℃)、2−メチル−1−プロパノール(沸点108℃)、2−メチル−2−プロパノール(融点25.4℃,沸点83℃)、
ペンタノール(アミルアルコール)として、1−ペンタノール(沸点137℃)、3−メチル−1−ブタノール(沸点131℃)、2−メチル−1−ブタノール(沸点128℃)、2,2ジメチル−1−プロパノール(沸点113℃)、2−ペンタノール(沸点119℃)、3−メチル−2−ブタノール(沸点112.5℃)、3−ペンタノール(沸点117℃)、2−メチル−2−ブタノール(沸点102℃)、
多価アルコール類;
エチレングリコール(融点−11.5℃,沸点197.5℃)、グリセリン(融点17℃,沸点290℃)、
前駆体組成物は、後に詳述するように、前駆体がポリカルボン酸と金属アルコキシドとのエステル化によるエステル結合を有していて可逆的反応が可能なため、高分子化された前駆体を分解して金属アルコキシドとすることができる。そのため、この金属アルコキシドを前駆体原料として再利用することができる。
Monohydric alcohols;
As propanol (propyl alcohol), 1-propanol (boiling point 97.4 ° C), 2-propanol (boiling point 82.7 ° C),
As butanol (butyl alcohol), 1-butanol (boiling point 117 ° C.), 2-butanol (boiling point 100 ° C.), 2-methyl-1-propanol (boiling point 108 ° C.), 2-methyl-2-propanol (melting point 25.4) ℃, boiling point 83 ℃),
As pentanol (amyl alcohol), 1-pentanol (boiling point 137 ° C.), 3-methyl-1-butanol (boiling point 131 ° C.), 2-methyl-1-butanol (boiling point 128 ° C.), 2,2 dimethyl-1 -Propanol (boiling point 113 ° C), 2-pentanol (boiling point 119 ° C), 3-methyl-2-butanol (boiling point 112.5 ° C), 3-pentanol (boiling point 117 ° C), 2-methyl-2-butanol (Boiling point 102 ° C.),
Polyhydric alcohols;
Ethylene glycol (melting point −11.5 ° C., boiling point 197.5 ° C.), glycerin (melting point 17 ° C., boiling point 290 ° C.),
As described in detail later, the precursor composition has an ester bond formed by esterification of a polycarboxylic acid and a metal alkoxide and can be reversibly reacted. It can be decomposed into a metal alkoxide. Therefore, this metal alkoxide can be reused as a precursor raw material.

加えて、本発明で用いられる前駆体組成物には、以下のような利点がある。市販されているPZTゾルゲル溶液では、一般に鉛原料として酢酸鉛が用いられるが、酢酸鉛は他のTiやZrのアルコキシドと結合し難く、鉛が前駆体のネットワーク中に取り込まれ難い。本発明では、例えば2価のポリカルボン酸であるコハク酸の2つのカルボキシル基のうち、初めに酸として働くどちらか一方の第1カルボルシル基の酸性度はpH=4.0と酢酸のpH=4.56よりも小さく、酢酸よりも強い酸であるため、酢酸鉛は、コハク酸と結合する。つまり弱酸の塩+強酸→強酸の塩+弱酸となる。更に、コハク酸の残った第2カルボルシル基が、別のMOD分子或いはアルコキシドと結合するため、これまで困難であったPbの前駆体でのネットワーク化が容易である。   In addition, the precursor composition used in the present invention has the following advantages. In a commercially available PZT sol-gel solution, lead acetate is generally used as a lead raw material. However, lead acetate is unlikely to bind to other Ti or Zr alkoxides, and lead is difficult to be incorporated into the precursor network. In the present invention, for example, of the two carboxyl groups of succinic acid, which is a divalent polycarboxylic acid, the acidity of one of the first carbolsyl groups that initially act as an acid is pH = 4.0 and the pH of acetic acid = Lead acetate binds to succinic acid because it is smaller than 4.56 and stronger than acetic acid. That is, the salt of weak acid + strong acid → strong acid salt + weak acid. Further, since the remaining second carbolsyl group of succinic acid is bonded to another MOD molecule or alkoxide, it is easy to network with the precursor of Pb, which has been difficult until now.

(2)−2;前駆体組成物の製造方法
本実施形態で用いられる前駆体組成物の製造方法は、少なくとも前記B元素および前記C元素を含むゾルゲル原料であって、金属アルコキシドの加水分解・縮合物を含むゾルゲル原料と、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルと、有機溶媒とを混合し、前記ポリカルボン酸または前記ポリカルボン酸エステルに由来するポリカルボン酸と金属アルコキシドとのエステル化によるエステル結合を有する前駆体を形成することを含む。
(2) -2; Method for Producing Precursor Composition The method for producing a precursor composition used in the present embodiment is a sol-gel raw material containing at least the B element and the C element, Ester by esterification of polycarboxylic acid or polycarboxylic acid derived from polycarboxylic acid ester and metal alkoxide by mixing sol-gel raw material containing condensate, polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester, and organic solvent Forming a precursor having a bond.

図5および図6に、前駆体の生成反応を模式的に示す。   5 and 6 schematically show the precursor formation reaction.

前駆体の生成反応は、大別すると、図5に示すような第1段目のアルコキシ基の置換反応と、図6に示すような第2段目のエステル化による高分子ネットワークの形成反応とを含む。図5および図6では、便宜的に、ポリカルボン酸エステルとしてコハク酸ジメチルを用い、有機溶媒としてn−ブタノールを用いた例を示す。コハク酸ジメチルは非極性であるがアルコール中で解離してジカルボン酸となる。   The precursor generation reaction can be broadly divided into a first-stage alkoxy group substitution reaction as shown in FIG. 5 and a second-stage esterification reaction as shown in FIG. including. 5 and 6 show an example in which dimethyl succinate is used as a polycarboxylic acid ester and n-butanol is used as an organic solvent for convenience. Dimethyl succinate is nonpolar but dissociates in alcohol to form dicarboxylic acid.

第1段目の反応においては、図5に示すように、コハク酸ジメチルとゾルゲル原料の金属アルコキシドとのエステル化によって両者はエステル結合される。すなわち、コハク酸ジメチルはn−ブタノール中で解離し、一方のカルボニル基(第1カルボニル基)にプロトンが付加した状態となる。この第1カルボニル基と、金属アルコキシドのアルコキシ基との置換反応が起き、第1カルボキシル基がエステル化された反応生成物とアルコールが生成する。ここで、「エステル結合」とは、カルボニル基と酸素原子との結合(−COO−)を意味する。第1段目および第2段目の反応は、他のアルコール中でも同様に起きる。   In the first-stage reaction, as shown in FIG. 5, both are ester-bonded by esterification of dimethyl succinate and a metal alkoxide of the sol-gel raw material. That is, dimethyl succinate dissociates in n-butanol, and a proton is added to one carbonyl group (first carbonyl group). A substitution reaction of the first carbonyl group and the alkoxy group of the metal alkoxide occurs, and a reaction product in which the first carboxyl group is esterified and an alcohol are generated. Here, the “ester bond” means a bond (—COO—) between a carbonyl group and an oxygen atom. The first and second stage reactions occur similarly in other alcohols.

第2段目の反応においては、図6に示すように、第1段目の反応で残った他方のカルボキシル基(第2カルボキシル基)と金属アルコキシドのアルコキシ基との置換反応が起き、第2カルボキシル基がエステル化された反応生成物とアルコールが生成する。   In the second stage reaction, as shown in FIG. 6, a substitution reaction between the other carboxyl group (second carboxyl group) remaining in the first stage reaction and the alkoxy group of the metal alkoxide occurs, A reaction product in which the carboxyl group is esterified and an alcohol are produced.

このように、2段階の反応によって、ゾルゲル原料に含まれる、金属アルコキシドの加水分解・縮合物同士がエステル結合した高分子ネットワークが得られる。したがって、この高分子ネットワークは、該ネットワーク内に適度に秩序よくエステル結合を有する。なお、コハク酸ジメチルは2段階解離し、第1カルボキシル基は第2カルボキシル基より酸解離定数が大きいため、第1段目の反応は第2段目の反応より反応速度が大きい。したがって、第2段目の反応は第1段目の反応よりゆっくり進むことになる。   Thus, a polymer network in which the hydrolysis / condensation products of metal alkoxide contained in the sol-gel raw material are ester-bonded is obtained by the two-stage reaction. Therefore, this polymer network has ester bonds in a moderately orderly manner in the network. In addition, since dimethyl succinate dissociates in two steps and the first carboxyl group has a larger acid dissociation constant than the second carboxyl group, the first stage reaction has a higher reaction rate than the second stage reaction. Therefore, the second stage reaction proceeds more slowly than the first stage reaction.

本実施形態において、上述したエステル化反応を促進するためには、以下の方法を採用できる。   In the present embodiment, the following method can be employed to promote the esterification reaction described above.

(a)反応物の濃度あるいは反応性を大きくする。具体的には、反応系の温度を上げることにより、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルの解離度を大きくすることによって反応性を高める。反応系の温度は、有機溶媒の沸点などに依存するが、室温より高く有機溶媒の沸点より低い温度であることが望ましい。反応系の温度としては、例えば100℃以下、好ましくは50〜100℃であることができる。   (A) Increase the concentration or reactivity of the reactants. Specifically, the reactivity is increased by increasing the degree of dissociation of the polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester by increasing the temperature of the reaction system. The temperature of the reaction system depends on the boiling point of the organic solvent, but is preferably higher than room temperature and lower than the boiling point of the organic solvent. As temperature of a reaction system, it can be 100 degrees C or less, for example, Preferably it is 50-100 degreeC.

(b)反応副生成物を除去する。具体的には、エステル化と共に生成する水、アルコールを除去することでエステル化がさらに進行する。   (B) The reaction by-product is removed. Specifically, esterification further proceeds by removing water and alcohol generated together with esterification.

(c)物理的に反応物の分子運動を加速する。具体的には、例えば紫外線などのエネルギー線を照射して反応物の反応性を高める。   (C) Physically accelerate the molecular motion of the reactants. Specifically, the reactivity of the reactant is enhanced by irradiating energy rays such as ultraviolet rays.

前駆体組成物の製造方法に用いられる有機溶媒は、前述したように、アルコールであることができる。溶媒としてアルコールを用いると、ゾルゲル原料とポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルの両者を良好に溶解することができる。   As described above, the organic solvent used in the method for producing the precursor composition can be an alcohol. When alcohol is used as the solvent, both the sol-gel raw material and the polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester can be dissolved well.

前駆体組成物の製造方法において、前記ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルは、2価以上であることができる。本発明に用いるポリカルボン酸としては、以下のものを例示できる。3価のカルボン酸としては、Trans−アコニット酸、トリメシン酸、4価のカルボン酸としては、ピロメリット酸、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸等が挙げられる。また、アルコール中で解離してポリカルボン酸として働くポリカルボン酸エステルとしては、2価のコハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、シュウ酸ジブチル、マロン酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、フマル酸ジエチル、3価のクエン酸トリブチル、1,1,2−エタントリカルボン酸トリエチル、4価の1,1,2,2−エタンテトラカルボン酸テトラエチル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリメチル等が挙げられる。これらのポリカルボン酸エステルは、アルコール存在下で解離してポリカルボン酸としての働きを示す。以上のポリカルボン酸またはそのエステルの例を図4A〜図4Dに示す。また、本発明は、ポリカルボン酸を用いて、ネットワークをエステル化で繋げていくことに特徴があり、例えば酢酸や酢酸メチルといった、シングルカルボン酸およびそのエステルでは、エステルネットワークが成長しないため、本発明には含まれない。   In the method for producing a precursor composition, the polycarboxylic acid or the polycarboxylic acid ester may be divalent or higher. The following can be illustrated as polycarboxylic acid used for this invention. Examples of the trivalent carboxylic acid include Trans-aconitic acid, trimesic acid, and examples of the tetravalent carboxylic acid include pyromellitic acid and 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic acid. Polycarboxylic acid esters that dissociate in alcohol and act as polycarboxylic acids include divalent dimethyl succinate, diethyl succinate, dibutyl oxalate, dimethyl malonate, dimethyl adipate, dimethyl maleate, and diethyl fumarate. Examples include trivalent tributyl citrate, triethyl 1,1,2-ethanetricarboxylate, tetraethyl 1,1,2,2-ethanetetracarboxylate, trimethyl 1,2,4-benzenetricarboxylate, and the like. . These polycarboxylic acid esters are dissociated in the presence of an alcohol and function as a polycarboxylic acid. Examples of the above polycarboxylic acids or esters thereof are shown in FIGS. 4A to 4D. In addition, the present invention is characterized in that the network is connected by esterification using a polycarboxylic acid. For example, in a single carboxylic acid such as acetic acid or methyl acetate and its ester, the ester network does not grow. It is not included in the invention.

前駆体組成物の製造方法において、2価のカルボン酸エステルとしては、好ましくは、コハク酸エステル、マレイン酸エステルおよびマロン酸エステルから選択される少なくとも1種であることができる。これらのエステルの具体例としては、コハク酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、マロン酸ジメチルをあげることができる。   In the method for producing a precursor composition, the divalent carboxylic acid ester is preferably at least one selected from succinic acid esters, maleic acid esters, and malonic acid esters. Specific examples of these esters include dimethyl succinate, dimethyl maleate, and dimethyl malonate.

前記ポリカルボン酸エステルの分子量は、150以下であることができる。ポリカルボン酸エステルの分子量が大きすぎると、熱処理時においてエスエルが揮発する際に膜にダメージを与えやすく、緻密な膜を得られないことがある。   The molecular weight of the polycarboxylic acid ester may be 150 or less. If the molecular weight of the polycarboxylic acid ester is too large, the film tends to be damaged when the S L volatilizes during heat treatment, and a dense film may not be obtained.

前記ポリカルボン酸エステルは、室温において液体であることができる。ポリカルボン酸エステルが室温で固体であると、液がゲル化することがある。   The polycarboxylic acid ester may be a liquid at room temperature. If the polycarboxylic acid ester is solid at room temperature, the liquid may gel.

ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルの使用量は、ゾルゲル原料および複合酸化物積層体の組成比に依存するが、ポリカルボン酸が結合する、例えばPZTゾルゲル原料、PbNbゾルゲル原料、PbSiゾルゲル原料の合計モルイオン濃度とポリカルボン酸のモルイオン濃度は、好ましくは1≧(ポリカルボン酸のモルイオン濃度)/(原料溶液の総モルイオン濃度)、より好ましくは1とすることができる。ポリカルボン酸の添加量は、例えば0.35molとすることができる。   The amount of polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester used depends on the composition ratio of the sol-gel raw material and the composite oxide laminate, but the total of, for example, PZT sol-gel raw material, PbNb sol-gel raw material, and PbSi sol-gel raw material to which the polycarboxylic acid is bonded. The molar ion concentration and the molar ion concentration of the polycarboxylic acid can be preferably 1 ≧ (the molar ion concentration of the polycarboxylic acid) / (the total molar ion concentration of the raw material solution), more preferably 1. The addition amount of polycarboxylic acid can be 0.35 mol, for example.

ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルの添加量は、結合させたい原料溶液の総モル数と等しいかそれ以上であることが望ましい。両者のモルイオン濃度の比が1:1で、原料すべてが結合するが、エステルは、酸性溶液中で安定に存在するので、エステルを安定に存在させるために、原料溶液の総モル数よりも、ポリカルボン酸を多く入れることが好ましい。また、ここで、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルのモル数とは、価数のことである。つまり、2価のポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルであれば、1分子のポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルが、2分子の原料分子を結合することができるので、2価のポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルであれば、原料溶液1モルに対して、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステル0.5モルで1:1ということになる。加えて、ポリカルボン酸またはポリカルボン酸エステルも、初めから酸ではなく、ポリカルボン酸のエステルをアルコール中で解離させて、ポリカルボン酸となる。この場合、添加するアルコールのモル数は、1≧(アルコールのモル数/ポリカルボン酸エステルのモル数)であることが望ましい。全てのポリカルボン酸エステルが十分に解離するには、アルコールのモル数が多いほうが、安定して解離するからである。ここで、アルコールのモル数というのも、アルコールの価数で割った、いわゆる、モルイオン濃度を意味する。   The amount of polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester added is desirably equal to or greater than the total number of moles of raw material solutions to be combined. The ratio of the molar ion concentration of the two is 1: 1, and all the raw materials are bonded, but since the ester exists stably in the acidic solution, in order to make the ester exist stably, the total number of moles of the raw material solution It is preferable to add a large amount of polycarboxylic acid. Here, the number of moles of polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester is a valence. That is, in the case of a divalent polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester, one molecule of polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester can bind two molecules of raw material molecules. If it is polycarboxylic acid ester, it will be 1: 1 with 0.5 mol of polycarboxylic acid or polycarboxylic acid ester with respect to 1 mol of raw material solutions. In addition, the polycarboxylic acid or the polycarboxylic acid ester is not an acid from the beginning, but dissociates the ester of the polycarboxylic acid in the alcohol to form a polycarboxylic acid. In this case, the number of moles of alcohol to be added is preferably 1 ≧ (number of moles of alcohol / number of moles of polycarboxylic acid ester). This is because, in order to sufficiently dissociate all the polycarboxylic acid esters, the larger the number of moles of alcohol, the more stable dissociation. Here, the number of moles of alcohol also means the so-called molar ion concentration divided by the valence of alcohol.

前駆体組成物の製造方法において、さらに、金属カルボン酸塩からなる原料を含むことができる。かかる金属カルボン酸塩としては、代表的に、前述した鉛のカルボン酸塩である酢酸鉛、オクチル酸鉛等を挙げることができる。   In the manufacturing method of a precursor composition, the raw material which consists of metal carboxylates can further be included. Typical examples of such metal carboxylates include lead acetate and lead octylate, which are the lead carboxylates described above.

また、前駆体組成物の製造方法においては、前記ゾルゲル原料とともに有機金属化合物(MOD原料)を用いることができる。かかる有機金属化合物としては、例えばオクチル酸ニオブを用いることができる。オクチル酸ニオブは、図3に示したように、Nbが2原子共有結合して、その他の部分にオクチル基が存在する構造である。この場合、Nb−Nbは2原子が結合しているが、それ以上のネットワークは存在しないため、これをMOD原料として扱っている。   In the method for producing a precursor composition, an organometallic compound (MOD raw material) can be used together with the sol-gel raw material. As such an organometallic compound, for example, niobium octylate can be used. As shown in FIG. 3, niobium octylate has a structure in which Nb is covalently bonded by two atoms and an octyl group is present in the other part. In this case, Nb—Nb has two atoms bonded to each other, but since no more networks exist, it is treated as a MOD raw material.

カルボン酸とMOD原料のネットワーク形成は、主にアルコール交換反応で進行する。例えば、オクチル酸ニオブの場合、カルボン酸とオクチル基の間で反応し(アルコール交換反応)、R−COO−Nbという、エステル化が進行する。このように、本実施形態では、MOD原料をエステル化することにより、MOD原料とアルコキシドとの縮合によってMOD原料の分子を前駆体のネットワークに結合することができる。   Formation of a network of carboxylic acid and MOD raw material proceeds mainly by an alcohol exchange reaction. For example, in the case of niobium octylate, it reacts between a carboxylic acid and an octyl group (alcohol exchange reaction), and esterification of R—COO—Nb proceeds. Thus, in this embodiment, by esterifying the MOD raw material, the molecules of the MOD raw material can be bonded to the precursor network by condensation of the MOD raw material and the alkoxide.

さらに、本実施形態の前駆体組成物の製造方法においては、金属アルコキシドの加水分解・縮合物を含むゾルゲル原料として、Si、あるいはSiおよびGeを含むゾルゲル原料を用いることができる。このようなゾルゲル溶液としては、PbSiO3用ゾルゲル溶液を単独で、もしくはPbSiO3用ゾルゲル溶液とPbGeO3用ゾルゲル溶液の両者を用いることができる。このようなSiやGeを含むゾルゲル原料を用いることにより、結晶化温度を低くすることができる。 Furthermore, in the method for producing a precursor composition of the present embodiment, a sol-gel raw material containing Si or Si and Ge can be used as a sol-gel raw material containing a hydrolyzed / condensed product of metal alkoxide. As such a sol-gel solution may be used alone sol-gel solution for PbSiO 3, or both the sol-gel solution and PbGeO 3 sol-gel solution for PbSiO 3. By using such a sol-gel raw material containing Si or Ge, the crystallization temperature can be lowered.

本実施形態の前駆体組成物の製造方法においては、PZTNを得るためには、ゾルゲル溶液として、少なくともPbZrO3用ゾルゲル溶液、PbTiO3用ゾルゲル溶液、およびPbNbO3用ゾルゲル溶液を混合したものを用いることができる。この場合にも、上述したSi、あるいはSiおよびGeを含むゾルゲル原料をさらに混合することができる。 In the method for producing a precursor composition of the present embodiment, in order to obtain PZTN, a mixture of at least a sol-gel solution for PbZrO 3 , a sol-gel solution for PbTiO 3 , and a sol-gel solution for PbNbO 3 is used as the sol-gel solution. be able to. Also in this case, the above-described sol-gel raw material containing Si or Si and Ge can be further mixed.

また、Nbの代わりにTaを導入する場合には、ゾルゲル原料として、PbTaO3用ゾルゲル溶液を用いることができる。 When Ta is introduced instead of Nb, a sol-gel solution for PbTaO 3 can be used as the sol-gel raw material.

本実施形態で得られた前駆体組成物の前駆体は、複数の分子ネットワークの間に適度にエステル結合を有しているので、可逆的反応が可能である。そのため、前駆体において、図5に示す左方向の反応を進行させることで、高分子化された前駆体(高分子ネットワーク)を分解して金属アルコキシドの縮合物とすることができる。   Since the precursor of the precursor composition obtained in this embodiment has an appropriate ester bond between a plurality of molecular networks, a reversible reaction is possible. Therefore, in the precursor, the polymerized precursor (polymer network) can be decomposed into a metal alkoxide condensate by proceeding the reaction in the left direction shown in FIG.

本実施形態で用いられる前駆体組成物の製造方法および前駆体組成物によれば、以下のような特徴を有する。   The method for producing a precursor composition and the precursor composition used in the present embodiment have the following characteristics.

前駆体組成物の製造方法によれば、有機溶媒中で、ポリカルボン酸によって、ゾルゲル原料の金属アルコキシドの加水分解・縮合物(複数の分子ネットワーク)同士がエステル結合によって縮重合した高分子ネットワークが得られる。したがって、この高分子ネットワークには、上記加水分解・縮合物に由来する複数の分子ネットワークの間に適度にエステル結合を有する。そして、エステル化反応は、温度制御などで容易に行うことができる。   According to the method for producing a precursor composition, a polymer network in which hydrolysis / condensation products (a plurality of molecular networks) of metal alkoxide as a sol-gel raw material are polycondensed by an ester bond in an organic solvent with a polycarboxylic acid. can get. Therefore, this polymer network has moderate ester bonds between a plurality of molecular networks derived from the hydrolysis / condensation product. The esterification reaction can be easily performed by temperature control or the like.

また、前駆体組成物は、複数の分子ネットワークの間に適度にエステル結合を有しているので、可逆的反応が可能である。そのため、複合酸化物積層体膜の成膜後に残った組成物において、高分子化された前駆体(高分子ネットワーク)を分解して金属アルコキシド(もしくはその縮合物からなる分子ネットワーク)とすることができる。このような金属アルコキシド(もしくはその縮合物からなる分子ネットワーク)は、前駆体原料として再利用することができるので、鉛などの有害とされる物質を再利用でき、環境の面からもメリットが大きい。   Moreover, since the precursor composition has an appropriate ester bond between a plurality of molecular networks, a reversible reaction is possible. Therefore, in the composition remaining after the formation of the composite oxide multilayer film, the polymerized precursor (polymer network) can be decomposed into a metal alkoxide (or a molecular network composed of a condensate thereof). it can. Such metal alkoxides (or molecular networks composed of condensates thereof) can be reused as precursor raw materials, so that harmful substances such as lead can be reused, and there are great advantages from the environmental viewpoint. .

(3)上部電極の形成
本実施形態にかかる複合酸化物積層体をキャパシタとして用いる場合には、第2複合酸化物層26上に、上部電極を形成する。図1に示す例では、第2複合酸化物層26上に第3電極層28を形成し、当該第3電極層28上に第4電極層30を形成する。第3電極層28は、第2複合酸化物層28と同じペロブスカイト型構造を有する導電性複合酸化物層からなることができる。第3電極層28としては、例えば第2電極層23と同様にLaNiO3を用いることができる。第4電極層30としては、例えば第1電極層22と同様にPtなどの白金族金属を用いることができる。第3電極層28は、レーザーアブレーション法、スパッタ法、CVD法などによって形成することができる。第4電極層30は、スパッタ法などによって形成することができる。
(3) Formation of Upper Electrode When using the complex oxide laminate according to the present embodiment as a capacitor, an upper electrode is formed on the second complex oxide layer 26. In the example shown in FIG. 1, the third electrode layer 28 is formed on the second complex oxide layer 26, and the fourth electrode layer 30 is formed on the third electrode layer 28. The third electrode layer 28 can be composed of a conductive complex oxide layer having the same perovskite structure as the second complex oxide layer 28. As the third electrode layer 28, for example, LaNiO 3 can be used similarly to the second electrode layer 23. As the fourth electrode layer 30, for example, a platinum group metal such as Pt can be used similarly to the first electrode layer 22. The third electrode layer 28 can be formed by a laser ablation method, a sputtering method, a CVD method, or the like. The fourth electrode layer 30 can be formed by a sputtering method or the like.

また、第1、第2複合酸化物層24,26を表面弾性波素子として用いる場合には、後述するように、第2複合酸化物層26上に、所定パターンを有するインターディジタル型電極(IDT電極)を形成することができる。   When the first and second composite oxide layers 24 and 26 are used as surface acoustic wave elements, an interdigital electrode (IDT) having a predetermined pattern is formed on the second composite oxide layer 26 as described later. Electrode) can be formed.

(4)キャパシタの形成
本実施形態にかかる複合酸化物積層体をキャパシタとして用いる場合には、第1、第2複合酸化物層24,26および第3、第4電極層28,30を公知のリソグラフィーおよびエッチングによってパターニングする。
(4) Formation of Capacitor When the composite oxide multilayer body according to this embodiment is used as a capacitor, the first and second composite oxide layers 24 and 26 and the third and fourth electrode layers 28 and 30 are publicly known. Patterning is performed by lithography and etching.

さらに必要に応じて、基板20,複合酸化物層24,26および電極層28,30の露出面に、酸化物(酸化シリコン)、窒化物(窒化シリコン)、アルミナなどからなる保護層30を公知の方法(CVD法等)で形成することができる。   Further, a protective layer 30 made of oxide (silicon oxide), nitride (silicon nitride), alumina or the like is publicly known on the exposed surfaces of the substrate 20, the composite oxide layers 24 and 26 and the electrode layers 28 and 30 as necessary. It can be formed by the method (CVD method etc.).

本実施形態の製造方法によれば、第1複合酸化物層24上に第2複合酸化物層26を形成することにより、以下の作用効果を有する。すなわち、第1複合酸化物層(たとえばPZT層)24上に第2複合酸化物層(たとえばPZTN層)26を形成することにより、PZT層の結晶欠陥の発生を抑制することができ、かつ、PZT層の原子が拡散することを防止することができる。その結果、本実施形態の複合酸化物積層体は、PZT層の絶縁性が劣化することがなく、優れた強誘電特性、圧電特性を発揮することができる。   According to the manufacturing method of the present embodiment, by forming the second composite oxide layer 26 on the first composite oxide layer 24, the following operational effects are obtained. That is, by forming the second composite oxide layer (for example, PZTN layer) 26 on the first composite oxide layer (for example, PZT layer) 24, the generation of crystal defects in the PZT layer can be suppressed, and It is possible to prevent the atoms of the PZT layer from diffusing. As a result, the composite oxide laminate of the present embodiment can exhibit excellent ferroelectric characteristics and piezoelectric characteristics without deterioration of the insulating properties of the PZT layer.

以下、PZTN層24とPZTN層26の組み合わせの例について、上記作用効果を具体的に述べる。   Hereinafter, the above-described effects will be specifically described with respect to an example of the combination of the PZTN layer 24 and the PZTN layer 26.

複合酸化物層は、結晶欠陥が層の最上部に集中して存在しやすい。特にPZTの場合、結晶化温度が500℃程度と低く、デバイス応用に適しているものの、鉛(Pb)の高い蒸気圧によって、層の最上部に鉛欠損が生じやすい。鉛欠損による欠陥を生じると、電荷中性の原理により、同時に酸素欠損を生じる(ショットキー欠陥)。この結果、PZTは、高いリーク電流を示すことが知られている。このため、ピエゾ駆動させる際に、PZT層は印加電界が大きなリーク電流として逃げやすいために、実圧電定数を大きくすることができない。また、リーク電流を無視して高い電界を印加し続けると、リーク電流によりPZT層が発熱し、最終的には破壊してしまう課題を抱えている。このように、PZT層を形成する場合、低い結晶化温度により良好なPZT結晶膜を得ることは比較的容易であるが、PZT層の最上部において生じる鉛欠損と酸素欠損を含む異相によって大きなリーク電流が発生しやすい。そのために、PZT層は、大きな圧電定数を得ることが困難であった。そこで、理論上はPZT複合酸化物を1μm程度に薄膜化することが大きな圧電定数を引き出すためには有利にも関わらず、実際には、PZTは、その大きなリーク電流を考慮して、10μm以上の厚膜(バルク)として用いていた。   In the composite oxide layer, crystal defects are likely to be concentrated on the top of the layer. In particular, in the case of PZT, although the crystallization temperature is as low as about 500 ° C. and suitable for device application, lead deficiency tends to occur at the top of the layer due to the high vapor pressure of lead (Pb). When a defect due to lead deficiency occurs, oxygen deficiency occurs simultaneously due to the principle of charge neutrality (Schottky defect). As a result, PZT is known to exhibit a high leakage current. For this reason, when the piezoelectric drive is performed, the PZT layer easily escapes as a leak current with a large applied electric field, and thus the actual piezoelectric constant cannot be increased. Further, if a high electric field is continuously applied while ignoring the leakage current, the PZT layer generates heat due to the leakage current, and eventually has a problem of destruction. As described above, when a PZT layer is formed, it is relatively easy to obtain a good PZT crystal film at a low crystallization temperature, but a large leak is caused by a different phase including lead deficiency and oxygen deficiency occurring at the top of the PZT layer. Current is likely to be generated. Therefore, it is difficult for the PZT layer to obtain a large piezoelectric constant. Therefore, theoretically, although thinning the PZT composite oxide to about 1 μm is advantageous in order to derive a large piezoelectric constant, PZT is actually 10 μm or more in consideration of the large leakage current. Used as a thick film (bulk).

一方、PZTNは、鉛の高い蒸気圧により欠陥を形成しても、ニオブの高い共有結合性と多価元素であることを利用して酸素欠損を防止できる複合酸化物である。この結果、PZTNはPZTの約1/10,000のリーク電流を示すことが、すでに本願発明者によって確認されている。しかしながら、PZTと比較して結晶化温度が若干高くなる傾向がある。   On the other hand, PZTN is a complex oxide that can prevent oxygen vacancies by utilizing the high covalent bonding property and the multivalent element of niobium even when defects are formed by the high vapor pressure of lead. As a result, it has already been confirmed by the present inventor that PZTN exhibits a leakage current of about 1 / 10,000 of PZT. However, the crystallization temperature tends to be slightly higher than that of PZT.

本発明は、PZTとPZTNの両者のメリットを足し合わせ、かつデメリットを互いに補完したものである。たとえば、初めに膜厚(例えば1μm)のPZT結晶層を形成する。この時、PZTは結晶化温度が低いために、良好な結晶膜を得ることは比較的容易である。次に、最上層にPZTNの薄い層(例えば100nm)を形成する。PZTN層が結晶化する際に、PZTの結晶配向性を有効に活用し、いわゆるエピタキシャル成長により、PZTN層を低い温度で結晶化することができる。加えて、PZTN層が結晶化する際に、PZT層の最上部の異相を吸収してしまう。そして、既述のとおり、PZTN層は異相を発生し難いセラミックスであるため、積層体の最上層に異相が発生しにくい。このような理由により、本発明の複合酸化物積層体は、高い絶縁性を有し、後述する実施例からも明らかなように、優れた強誘電特性と圧電特性を有する。   The present invention adds the merits of both PZT and PZTN and complements the demerits. For example, a PZT crystal layer having a film thickness (for example, 1 μm) is first formed. At this time, since PZT has a low crystallization temperature, it is relatively easy to obtain a good crystal film. Next, a thin layer (for example, 100 nm) of PZTN is formed as the uppermost layer. When the PZTN layer is crystallized, the crystal orientation of PZT can be effectively utilized, and the PZTN layer can be crystallized at a low temperature by so-called epitaxial growth. In addition, when the PZTN layer is crystallized, the top phase of the PZT layer is absorbed. As described above, since the PZTN layer is a ceramic that hardly generates a heterogeneous phase, a heterogeneous phase is hardly generated in the uppermost layer of the laminate. For these reasons, the composite oxide laminate of the present invention has high insulating properties, and has excellent ferroelectric characteristics and piezoelectric characteristics, as will be apparent from Examples described later.

3.実施例1
以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されない。
3. Example 1
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

3.1.実施例1
実施例1にかかる複合酸化物積層体は、以下のようにして得た。実施例1では、第1複合酸化物層としてPZT層を用い、第2複合酸化物層としてPZTN層を用いた。なお、部材の参照番号は図1に示すものと同じである。
3.1. Example 1
The composite oxide laminate according to Example 1 was obtained as follows. In Example 1, a PZT layer was used as the first composite oxide layer, and a PZTN layer was used as the second composite oxide layer. The reference numerals of the members are the same as those shown in FIG.

(1)第1複合酸化物層の形成
まず、シリコン基板(基材)21上に、90nmのPt層(第1電極層)22、および60nmのLaNiO3層(第2電極層)23が順次形成された基板20を準備した。Pt層およびLaNiO3層は、それぞれスパッタ法で形成されたものである。
(1) Formation of First Composite Oxide Layer First, a 90 nm Pt layer (first electrode layer) 22 and a 60 nm LaNiO 3 layer (second electrode layer) 23 are sequentially formed on a silicon substrate (base material) 21. The formed substrate 20 was prepared. The Pt layer and the LaNiO 3 layer are each formed by sputtering.

ついで、基板20上に、PZTからなる第1複合酸化物層(以下、「PZT層」ともいう)24を公知のゾルゲル法で形成した。この工程で用いた前駆体組成物は、以下の方法で得た。   Next, a first composite oxide layer (hereinafter also referred to as “PZT layer”) 24 made of PZT was formed on the substrate 20 by a known sol-gel method. The precursor composition used in this step was obtained by the following method.

本実施例では、PZT層のための前駆体組成物は、Pb、ZrおよびTiの少なくともいずれかを含む第1および第2の原料溶液を用いた。第1の原料溶液としては、PbおよびZrによるPbZrO3ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体をn−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。第2の原料溶液としは、PbおよびTiによるPbTiO3ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体をn−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。 In this example, the first and second raw material solutions containing at least one of Pb, Zr and Ti were used as the precursor composition for the PZT layer. As the first raw material solution, a solution obtained by dissolving a condensation polymer for forming a PbZrO 3 perovskite crystal with Pb and Zr in an n-butanol solvent in an anhydrous state was used. As the second raw material solution, a solution obtained by dissolving a condensation polymer for forming PbTiO 3 perovskite crystals of Pb and Ti in an n-butanol solvent in an anhydrous state was used.

上記第1および第2の原料溶液を用いて、PbZr0.52Ti0.483(PZT)からなる複合酸化物層を形成する場合、(第1の原料溶液):(第2の原料溶液)=52:48の比で混合した。 When a composite oxide layer made of PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 (PZT) is formed using the first and second raw material solutions, (first raw material solution) :( second raw material solution) = 52 : 48 ratio.

このようにして得られたゾルゲル原料を基板20上にスピン塗布によって塗布し、塗膜を150〜180℃で乾燥させた後、350〜350℃で脱脂熱処理を行った。その後、RTA法によって650℃で塗膜を焼成し、100nmのPZT層を得た。   The sol-gel raw material thus obtained was applied onto the substrate 20 by spin coating, and the coating film was dried at 150 to 180 ° C. and then subjected to a degreasing heat treatment at 350 to 350 ° C. Thereafter, the coating film was baked at 650 ° C. by the RTA method to obtain a 100 nm PZT layer.

以上の塗膜の形成、乾燥、脱脂熱処理、焼成の工程を10回、繰り返して行い、膜厚約1μmのPZT層24を形成した。   The above coating film formation, drying, degreasing heat treatment, and firing steps were repeated 10 times to form a PZT layer 24 having a thickness of about 1 μm.

(2)第2複合酸化物層の形成
次いで、前駆体組成物を調整し、これを用いてPZTNからなる第2複合酸化物層(以下、「PZTN層」ともいう)26を形成した。この工程で用いた前駆体組成物は、以下の方法で得た。
(2) Formation of Second Composite Oxide Layer Next, a precursor composition was prepared, and a second composite oxide layer (hereinafter also referred to as “PZTN layer”) 26 made of PZTN was formed using the precursor composition. The precursor composition used in this step was obtained by the following method.

PZTN膜のための前駆体組成物は、Pb、Zr、Ti、およびNbの少なくともいずれかを含む第1ないし第3の原料溶液と、ポリカルボン酸エステルとしてのコハク酸ジメチルと、有機溶媒としてのn−ブタノールとを混合して得た。混合液は、ゾルゲル原料とコハク酸ジメチルとを1:1の割合でn−ブタノールに溶解したものである。   A precursor composition for a PZTN film includes first to third raw material solutions containing at least one of Pb, Zr, Ti, and Nb, dimethyl succinate as a polycarboxylic acid ester, and an organic solvent as an organic solvent. It was obtained by mixing with n-butanol. The mixed solution is obtained by dissolving the sol-gel raw material and dimethyl succinate in n-butanol at a ratio of 1: 1.

第1の原料溶液としては、PbおよびZrによるPbZrO3ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体をn−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。 As the first raw material solution, a solution obtained by dissolving a condensation polymer for forming a PbZrO 3 perovskite crystal with Pb and Zr in an n-butanol solvent in an anhydrous state was used.

第2の原料溶液としは、PbおよびTiによるPbTiO3ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体をn−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。 As the second raw material solution, a solution obtained by dissolving a condensation polymer for forming PbTiO 3 perovskite crystals of Pb and Ti in an n-butanol solvent in an anhydrous state was used.

第3の原料溶液としては、PbおよびNbによるPbNbO3ペロブスカイト結晶を形成するための縮重合体をn−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を用いた。 As the third raw material solution, a solution obtained by dissolving a polycondensation polymer for forming a PbNbO 3 perovskite crystal with Pb and Nb in an n-butanol solvent in an anhydrous state was used.

上記第1、第2および第3の原料溶液を用いて、PbZr0.33Ti0.47Nb0.23(PZTN)からなる複合酸化物層を形成する場合、(第1の原料溶液):(第2の原料溶液):(第3の原料溶液)=33:47:20の比で混合する。さらに、複合酸化物層の結晶化温度を低下させる目的で、第4の原料溶液として、PbSiO3結晶を形成するための縮重合体をn−ブタノールの溶媒に無水状態で溶解した溶液を、2モル%の割合で上記混合溶液中に添加し、前駆体組成物を得た。 In the case where a composite oxide layer made of PbZr 0.33 Ti 0.47 Nb 0.2 O 3 (PZTN) is formed using the first, second and third raw material solutions, (first raw material solution): (second (Raw material solution): (Third raw material solution) = 33: 47: 20. Furthermore, for the purpose of lowering the crystallization temperature of the composite oxide layer, as a fourth raw material solution, a solution obtained by dissolving a condensation polymer for forming PbSiO 3 crystals in an n-butanol solvent in an anhydrous state is 2 It added to the said mixed solution in the ratio of mol%, and the precursor composition was obtained.

このようにして得られた前駆体組成物を第1複合酸化物層24上にスピン塗布によって塗布し、塗膜を150〜180℃で乾燥させた後、350〜350℃で脱脂熱処理を行った。その後、RTA法によって700℃で塗膜を焼成し、約100nmのPZTN層を得た。   The precursor composition thus obtained was applied onto the first composite oxide layer 24 by spin coating, the coating film was dried at 150 to 180 ° C., and then subjected to a degreasing heat treatment at 350 to 350 ° C. . Thereafter, the coating film was baked at 700 ° C. by the RTA method to obtain a PZTN layer of about 100 nm.

(3)上部電極、保護層の形成
ついで、第2複合酸化物層(PZTN層)24上に、スパッタ法にて、60nmのLaNiO3層(第3電極層)28と、50nmのPt層(第4電極層)30を順次形成した。さらに、公知のリソグラフィーおよびドライエッチングによって、第4電極層30,第3電極層28、第2複合酸化物層26および第1複合酸化物層24をパターニングし、キャパシタを形成した。ついで、トリメチルシランを用いたCVD法によって保護層(酸化シリコン層)32を形成した。
(3) Formation of upper electrode and protective layer Next, a 60 nm LaNiO 3 layer (third electrode layer) 28 and a 50 nm Pt layer (third layer) are formed on the second composite oxide layer (PZTN layer) 24 by sputtering. A fourth electrode layer) 30 was sequentially formed. Further, the fourth electrode layer 30, the third electrode layer 28, the second complex oxide layer 26, and the first complex oxide layer 24 were patterned by known lithography and dry etching to form a capacitor. Next, a protective layer (silicon oxide layer) 32 was formed by a CVD method using trimethylsilane.

このようにして得られた実施例1のキャパシタについて、ヒステリシスを求めた。その結果を図7(A)に示す。また、実施例1のキャパシタについて求めた、電圧と分極量(2Pr)との関係を図8に符号aで示す。   The hysteresis of the capacitor of Example 1 obtained in this way was determined. The result is shown in FIG. Further, the relationship between the voltage and the amount of polarization (2Pr) obtained for the capacitor of Example 1 is indicated by a in FIG.

図7(A)から、実施例1のキャパシタは、強誘電特性に優れ、良好なヒステリシスを有することが確認された。図8から、実施例1のキャパシタによれば、広い電圧範囲で安定した大きな分極量を得ることができることがわかった。   From FIG. 7A, it was confirmed that the capacitor of Example 1 was excellent in ferroelectric characteristics and had good hysteresis. From FIG. 8, it was found that according to the capacitor of Example 1, a large amount of polarization stable over a wide voltage range can be obtained.

3.2.比較例1
第2複合酸化物層26を形成しない他は、実施例1と同様にして比較用キャパシタを得た。この比較用キャパシタについて、ヒステリシスを求めたところ、図7(B)の結果が得られた。図7(B)から、比較用キャパシタでは、ある電圧でヒステリシス特性が得られないことが確認された。
3.2. Comparative Example 1
A comparative capacitor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the second composite oxide layer 26 was not formed. When the hysteresis was obtained for this comparative capacitor, the result of FIG. 7B was obtained. From FIG. 7B, it was confirmed that the hysteresis characteristics could not be obtained at a certain voltage in the comparative capacitor.

また、比較例1の比較用キャパシタについて求めた、電圧と分極量(2Pr)との関係を図8に符号bで示す。図8から、比較例1のキャパシタによれば、実施例1のキャパシタに比べて分極量が小さく、しかも、約50Vより大きい電圧でキャパシタが破壊され、強誘電特性を得ることができないことがわかった。   Further, the relationship between the voltage and the polarization amount (2Pr) obtained for the comparative capacitor of Comparative Example 1 is indicated by a symbol b in FIG. From FIG. 8, it can be seen that according to the capacitor of Comparative Example 1, the amount of polarization is smaller than that of the capacitor of Example 1, and the capacitor is destroyed at a voltage higher than about 50 V, so that the ferroelectric characteristics cannot be obtained. It was.

以上のように、本実施例によれば、PZT層の上にPZTN層を有することにより、当該PZTN層を有さない比較例1に比べて、極めて高い絶縁性を有し、優れた強誘電特性を有することが確認された。また、実施例1の残留分極値は、比較例1に比べて約2倍であった。残留分極値は、圧電定数を反映していることから、本実施例では、比較例に比べて2倍近い大きな圧電定数が得られることを示している。   As described above, according to the present example, having the PZTN layer on the PZT layer has an extremely high insulating property and excellent ferroelectricity as compared with Comparative Example 1 that does not have the PZTN layer. It was confirmed to have characteristics. The remanent polarization value of Example 1 was about twice that of Comparative Example 1. Since the remanent polarization value reflects the piezoelectric constant, this example shows that a piezoelectric constant nearly twice as large as that of the comparative example can be obtained.

4.デバイス
本発明のデバイスは、本発明の複合酸化物積層体を有する部品、およびこの部品を有する電子機器を含む。以下に、本発明のデバイスの例を記載する。
4). Device The device of the present invention includes a component having the composite oxide laminate of the present invention and an electronic apparatus having the component. Examples of the device of the present invention are described below.

4.1.半導体素子
次に、本発明の複合酸化物積層体を含む半導体素子について説明する。本実施形態では、半導体素子の一例である強誘電体キャパシタを含む強誘電体メモリ装置を例に挙げて説明する。
4.1. Next, a semiconductor element including the complex oxide laminate of the present invention will be described. In the present embodiment, a ferroelectric memory device including a ferroelectric capacitor, which is an example of a semiconductor element, will be described as an example.

図9(A)および図9(B)は、本発明の複合酸化物積層体を有する強誘電体メモリ装置1000を模式的に示す図である。なお、図9(A)は、強誘電体メモリ装置1000の平面的形状を示すものであり、図9(B)は、図9(A)におけるI−I断面を示すものである。   FIG. 9A and FIG. 9B are diagrams schematically showing a ferroelectric memory device 1000 having the complex oxide laminate of the present invention. 9A shows a planar shape of the ferroelectric memory device 1000, and FIG. 9B shows a II cross section in FIG. 9A.

強誘電体メモリ装置1000は、図9(A)に示すように、メモリセルアレイ200と、周辺回路部300とを有する。そして、メモリセルアレイ200は、行選択のための下部電極210(ワード線)と、列選択のための上部電極220(ビット線)とが交叉するように配列されている。また、下部電極210および上部電極220は、複数のライン状の信号電極から成るストライプ形状を有する。なお、信号電極は、下部電極210がビット線、上部電極220がワード線となるように形成することができる。また、周辺回路部300は、前記メモリセルアレイ200に対して選択的に情報の書き込み若しくは読出しを行うための各種回路を含み、例えば、下部電極210を選択的に制御するための第1の駆動回路310と、上部電極220を選択的に制御するための第2の駆動回路320と、その他にセンスアンプなどの信号検出回路(図示省略)とを含んで構成される。   As shown in FIG. 9A, the ferroelectric memory device 1000 includes a memory cell array 200 and a peripheral circuit unit 300. The memory cell array 200 is arranged so that a lower electrode 210 (word line) for row selection and an upper electrode 220 (bit line) for column selection cross each other. The lower electrode 210 and the upper electrode 220 have a stripe shape composed of a plurality of line-shaped signal electrodes. The signal electrode can be formed so that the lower electrode 210 is a bit line and the upper electrode 220 is a word line. The peripheral circuit unit 300 includes various circuits for selectively writing information to or reading information from the memory cell array 200. For example, the peripheral circuit unit 300 is a first driving circuit for selectively controlling the lower electrode 210. 310, a second drive circuit 320 for selectively controlling the upper electrode 220, and a signal detection circuit (not shown) such as a sense amplifier.

図9(B)に示すように、下部電極210と上部電極220との間には、強誘電体膜215が配置されている。メモリセルアレイ200では、この下部電極210と上部電極220との交叉する領域において、強誘電体キャパシタ230として機能するメモリセルが構成されている。強誘電体キャパシタ230は、本発明の複合酸化物積層体100によって構成される。すなわち、強誘電体膜215は、本発明の第1、第2複合酸化物層24,26を用いて形成されたものである。なお、強誘電体膜215は、少なくとも下部電極210(例えば、図1に示す本実施形態の第1、第2電極層22,23)と上部電極220(例えば図1に示す本実施形態の第3,第4電極層28,30)との交叉する領域の間に配置されていればよい。   As shown in FIG. 9B, a ferroelectric film 215 is disposed between the lower electrode 210 and the upper electrode 220. In the memory cell array 200, a memory cell that functions as the ferroelectric capacitor 230 is formed in a region where the lower electrode 210 and the upper electrode 220 intersect. The ferroelectric capacitor 230 is constituted by the complex oxide multilayer body 100 of the present invention. That is, the ferroelectric film 215 is formed using the first and second composite oxide layers 24 and 26 of the present invention. The ferroelectric film 215 includes at least a lower electrode 210 (for example, the first and second electrode layers 22 and 23 of the present embodiment shown in FIG. 1) and an upper electrode 220 (for example, the first electrode of the present embodiment shown in FIG. 1). 3 and the fourth electrode layers 28, 30) may be disposed between the intersecting regions.

また、周辺回路部300は、図9(B)に示すように、半導体基板400上に形成されたMOSトランジスタ330を含む。MOSトランジスタ330は、ゲート絶縁膜332、ゲート電極334、およびソース/ドレイン領域336を有する。各MOSトランジスタ330間は、素子分離領域410によって分離されている。このMOSトランジスタ330が形成された半導体基板400上には、第1の層間絶縁膜420が形成されている。そして、周辺回路部300とメモリセルアレイ200とは、配線層51によって電気的に接続されている。さらに、強誘電体メモリ装置1000は、第2の層間絶縁膜430および絶縁性の保護層440が形成されている。   Further, the peripheral circuit section 300 includes a MOS transistor 330 formed on the semiconductor substrate 400 as shown in FIG. 9B. The MOS transistor 330 has a gate insulating film 332, a gate electrode 334, and source / drain regions 336. The MOS transistors 330 are separated from each other by an element isolation region 410. A first interlayer insulating film 420 is formed on the semiconductor substrate 400 on which the MOS transistor 330 is formed. The peripheral circuit unit 300 and the memory cell array 200 are electrically connected by the wiring layer 51. Further, in the ferroelectric memory device 1000, a second interlayer insulating film 430 and an insulating protective layer 440 are formed.

図10には、半導体装置の他の例として1T1C型強誘電体メモリ装置500の構造図を示す。図11は、強誘電体メモリ装置500の等価回路図である。   FIG. 10 shows a structural diagram of a 1T1C type ferroelectric memory device 500 as another example of the semiconductor device. FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the ferroelectric memory device 500.

強誘電体メモリ装置500は、図10に示すように、下部電極501、プレート線に接続される上部電極502、および上述の実施形態の強誘電体膜503(本発明の第1,第2複合酸化物層24,26)からなるキャパシタ504(1C)と、ソース/ドレイン電極の一方がデータ線505に接続され、ワード線に接続されるゲート電極506を有するスイッチ用のトランジスタ素子507(1T)からなるDRAMに良く似た構造のメモリ素子である。1T1C型のメモリは、書き込みおよび読み出しが100ns以下と高速で行うことができ、かつ書き込んだデータは不揮発であるため、SRAMの置き換え等に有望である。   As shown in FIG. 10, the ferroelectric memory device 500 includes a lower electrode 501, an upper electrode 502 connected to a plate line, and the ferroelectric film 503 of the above-described embodiment (first and second composites of the present invention). A switching transistor element 507 (1T) having a capacitor 504 (1C) composed of oxide layers 24, 26) and one of source / drain electrodes connected to a data line 505 and a gate electrode 506 connected to a word line The memory device has a structure similar to that of a DRAM. The 1T1C type memory can perform writing and reading at a high speed of 100 ns or less, and the written data is nonvolatile. Therefore, it is promising for replacement of the SRAM.

本実施形態の半導体装置によれば、上記実施形態の原料溶液を用いて形成されているため、低温で強誘電体膜を結晶化することができ、MOSトランジスタなどの半導体素子との混載を実現することができる。本実施形態の半導体装置は、上述したものに限定されず、2T2C型強誘電体メモリ装置などにも適用できる。   According to the semiconductor device of this embodiment, since it is formed using the raw material solution of the above embodiment, the ferroelectric film can be crystallized at a low temperature, and can be mixed with a semiconductor element such as a MOS transistor. can do. The semiconductor device of this embodiment is not limited to the above-described one, and can be applied to a 2T2C ferroelectric memory device and the like.

4.2.圧電素子
次に、本発明の複合酸化物積層体を圧電素子に適用した例について説明する。
4.2. Next, an example in which the composite oxide laminate of the present invention is applied to a piezoelectric element will be described.

図12は、本発明の複合酸化物積層体を有する圧電素子1を示す断面図である。この圧電素子1は、基材2と、基材2の上に形成された下部電極3と、下部電極3の上に形成された圧電体膜4と、圧電体膜4の上に形成された上部電極5と、を含んでいる。圧電体膜4は、本発明の第1、第2複合酸化物層24,26を用いて形成されたものである。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing a piezoelectric element 1 having the complex oxide laminate of the present invention. The piezoelectric element 1 is formed on a base material 2, a lower electrode 3 formed on the base material 2, a piezoelectric film 4 formed on the lower electrode 3, and the piezoelectric film 4. And an upper electrode 5. The piezoelectric film 4 is formed using the first and second composite oxide layers 24 and 26 of the present invention.

基材2は、(110)配向の単結晶シリコン基板と当該単結晶シリコン基板の表面に熱酸化膜を形成したものとから構成される。基材2は加工されることにより、後述するようにインクジェット式記録ヘッド50においてインクキャビティー521を形成するものとなる(図13参照)。   The substrate 2 is composed of a (110) -oriented single crystal silicon substrate and a thermal oxide film formed on the surface of the single crystal silicon substrate. The base material 2 is processed to form ink cavities 521 in the ink jet recording head 50 as described later (see FIG. 13).

4.3.インクジェット式記録ヘッド
次に、上述の圧電素子が圧電アクチュエータとして機能しているインクジェット式記録ヘッドおよびこのインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェットプリンタについて説明する。図13は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図14は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。なお、図15には、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェットプリンタ700を示す。
4.3. Inkjet Recording Head Next, an inkjet recording head in which the above-described piezoelectric element functions as a piezoelectric actuator and an inkjet printer having this inkjet recording head will be described. FIG. 13 is a side sectional view showing a schematic configuration of the ink jet recording head according to the present embodiment, and FIG. 14 is an exploded perspective view of the ink jet recording head, which is upside down from a state in which it is normally used. It is shown. FIG. 15 shows an ink jet printer 700 having an ink jet recording head according to this embodiment.

図13および図14に示すように、インクジェット式記録ヘッド50は、ヘッド本体(基体)57と、ヘッド本体57上に形成される圧電部54と、を含む。圧電部54には図12に示す圧電素子1が設けられ、圧電素子1は、下部電極3、圧電体膜(強誘電体膜)4および上部電極5が順に積層して構成されている。圧電体膜4は、本発明の複合酸化物積層体を用いて形成された膜である。インクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電部54は、圧電アクチュエータとして機能する。   As shown in FIGS. 13 and 14, the ink jet recording head 50 includes a head main body (base body) 57 and a piezoelectric portion 54 formed on the head main body 57. The piezoelectric element 54 shown in FIG. 12 is provided in the piezoelectric portion 54. The piezoelectric element 1 is configured by laminating a lower electrode 3, a piezoelectric film (ferroelectric film) 4, and an upper electrode 5 in this order. The piezoelectric film 4 is a film formed using the composite oxide laminate of the present invention. In the ink jet recording head, the piezoelectric unit 54 functions as a piezoelectric actuator.

ヘッド本体(基体)57は、ノズル板51と、インク室基板52と、弾性膜55と、から構成されている。そして、これらが筐体56に収納されて、インクジェット式記録ヘッド50が構成されている。   The head body (base body) 57 includes a nozzle plate 51, an ink chamber substrate 52, and an elastic film 55. And these are accommodated in the housing | casing 56, and the inkjet recording head 50 is comprised.

各圧電素部は、圧電素子駆動回路(図示しない)に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動(振動、変形)するよう構成されている。すなわち、各圧電部54はそれぞれ振動源(ヘッドアクチュエータ)として機能する。弾性膜55は、圧電部54の振動(たわみ)によって振動し、キャビティ521の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。   Each piezoelectric element is electrically connected to a piezoelectric element drive circuit (not shown) and is configured to operate (vibrate, deform) based on a signal from the piezoelectric element drive circuit. That is, each piezoelectric part 54 functions as a vibration source (head actuator). The elastic film 55 vibrates due to the vibration (deflection) of the piezoelectric portion 54 and functions to instantaneously increase the internal pressure of the cavity 521.

なお、上述では、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、本実施形態は、圧電素子を用いた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。   In the above description, an ink jet recording head that discharges ink has been described as an example. However, the present embodiment is intended for liquid ejecting heads and liquid ejecting apparatuses that use piezoelectric elements. Examples of the liquid ejecting head include a recording head used in an image recording apparatus such as a printer, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an organic EL display, and an electrode formation such as an FED (surface emitting display). Examples thereof include an electrode material ejecting head used in manufacturing, a bioorganic matter ejecting head used in biochip manufacturing, and the like.

4.4.表面弾性波素子
次に、本発明の複合酸化物積層体を適用した表面弾性波素子の一例について、図面を参照しながら説明する。
4.4. Surface acoustic wave device Next, an example of a surface acoustic wave device to which the composite oxide laminate of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

図16は、本実施形態に係る表面弾性波素子300を模式的に示す断面図である。   FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a surface acoustic wave device 300 according to this embodiment.

表面弾性波素子300は、基板11と、基板11上に形成された圧電体膜12と、圧電体膜12上に形成されたインターディジタル型電極(以下、「IDT電極」という)18,19と、を含む。IDT電極18,19は、所定のパターンを有する。圧電体膜12は、本発明の第1、第2複合酸化物層24,26を用いて構成される。   The surface acoustic wave device 300 includes a substrate 11, a piezoelectric film 12 formed on the substrate 11, interdigital electrodes (hereinafter referred to as “IDT electrodes”) 18 and 19 formed on the piezoelectric film 12, and ,including. The IDT electrodes 18 and 19 have a predetermined pattern. The piezoelectric film 12 is configured using the first and second composite oxide layers 24 and 26 of the present invention.

本実施形態に係る表面弾性波素子300は、本発明に係る圧電体膜積層体を用いて、例えば以下のようにして形成される。   The surface acoustic wave device 300 according to the present embodiment is formed as follows using the piezoelectric film laminate according to the present invention, for example.

まず、図16に示す基板11上に、図1に示す第1,第2複合酸化物層24,26を形成して圧電体膜12を形成する。さらに、圧電体膜12上に、導電膜を形成する。次に、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて導電膜をパターニングすることにより、圧電体膜12上にIDT電極18,19を形成する。   First, the first and second composite oxide layers 24 and 26 shown in FIG. 1 are formed on the substrate 11 shown in FIG. 16 to form the piezoelectric film 12. Further, a conductive film is formed on the piezoelectric film 12. Next, IDT electrodes 18 and 19 are formed on the piezoelectric film 12 by patterning the conductive film using a known lithography technique and etching technique.

4.5.周波数フィルタ
次に、本発明の複合酸化物積層体を適用した周波数フィルタの一例について、図面を参照しながら説明する。図17は、本実施形態の周波数フィルタを模式的に示す図である。
4.5. Frequency Filter Next, an example of a frequency filter to which the composite oxide laminate of the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a diagram schematically illustrating the frequency filter of the present embodiment.

図17に示すように、周波数フィルタは基体140を有する。この基体140としては、上述した表面弾性波素子300と同様の積層体(図16参照)を用いることができる。   As shown in FIG. 17, the frequency filter has a base 140. As the substrate 140, a laminate (see FIG. 16) similar to the surface acoustic wave element 300 described above can be used.

基体140の上面には、IDT電極141、142が形成されている。また、IDT電極141、142を挟むように、基体140の上面には吸音部143、144が形成されている。吸音部143、144は、基体140の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。一方のIDT電極141には高周波信号源145が接続されており、他方のIDT電極142には信号線が接続されている。ここで、圧電体膜は、本発明の複合酸化物積層体を用いて形成することができる。   IDT electrodes 141 and 142 are formed on the upper surface of the substrate 140. Further, sound absorbing portions 143 and 144 are formed on the upper surface of the base 140 so as to sandwich the IDT electrodes 141 and 142. The sound absorbing parts 143 and 144 absorb surface acoustic waves that propagate on the surface of the base 140. One IDT electrode 141 is connected to a high frequency signal source 145, and the other IDT electrode 142 is connected to a signal line. Here, the piezoelectric film can be formed using the composite oxide laminate of the present invention.

4.6.発振器
次に、本発明の複合酸化物積層体を適用した発振器の一例について、図面を参照しながら説明する。図18は、本実施形態の発振器を模式的に示す図である。
4.6. Oscillator Next, an example of an oscillator to which the composite oxide laminate of the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a diagram schematically illustrating the oscillator according to the present embodiment.

図18に示すように、発振器は基体150を有する。この基体150としては、上述した表面弾性波素子300と同様の積層体(図16参照)を用いることができる。   As shown in FIG. 18, the oscillator has a base 150. As the base 150, a laminate (see FIG. 16) similar to the surface acoustic wave element 300 described above can be used.

基体150の上面には、IDT電極151が形成されており、さらに、IDT電極151を挟むように、IDT電極152、153が形成されている。IDT電極151を構成する一方の櫛歯状電極151aには、高周波信号源154が接続されており、他方の櫛歯状電極151bには、信号線が接続されている。なお、IDT電極151は、電気信号印加用電極に相当し、IDT電極152、153は、IDT電極151によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。ここで、圧電体膜は、本発明の複合酸化物積層体を用いて形成することができる。   An IDT electrode 151 is formed on the upper surface of the substrate 150, and IDT electrodes 152 and 153 are formed so as to sandwich the IDT electrode 151. A high frequency signal source 154 is connected to one comb-like electrode 151a constituting the IDT electrode 151, and a signal line is connected to the other comb-like electrode 151b. The IDT electrode 151 corresponds to an electric signal applying electrode, and the IDT electrodes 152 and 153 are used for resonance to resonate a specific frequency component of a surface acoustic wave generated by the IDT electrode 151 or a frequency component of a specific band. It corresponds to an electrode. Here, the piezoelectric film can be formed using the composite oxide laminate of the present invention.

また、前述した発振器をVCSO(Voltage Controlled SAW Oscillator:電圧制御SAW発振器)に応用することもできる。   The above-described oscillator can also be applied to a VCSO (Voltage Controlled SAW Oscillator).

以前述べたように、本実施形態に係る周波数フィルタおよび発振器は、本発明に係る電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子を有する。従って、本実施形態によれば、周波数フィルタおよび発振器の小型化を実現することが可能となる。   As described above, the frequency filter and the oscillator according to the present embodiment include the surface acoustic wave device having a large electromechanical coupling coefficient according to the present invention. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the size of the frequency filter and the oscillator.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

20 基板、21 基材、22 第1電極層、23 第2電極層、24 第1複合酸化物層、26 第2複合酸化物層、28 第3電極層、30 第4電極層、1 圧電素子、2 基板、3 下部電極、4 圧電体膜、5 上部電極、50 インクジェット式記録ヘッド。   20 substrate 21 base material 22 first electrode layer 23 second electrode layer 24 first complex oxide layer 26 second complex oxide layer 28 third electrode layer 30 fourth electrode layer 1 piezoelectric element 2. Substrate, 3. Lower electrode, 4. Piezoelectric film, 5. Upper electrode, 50. Inkjet recording head.

Claims (12)

基板と、
前記基板の上方に形成され、一般式ABO3で表される第1複合酸化物層と、
前記第1複合酸化物層の上方に形成され、一般式AB1-xx3で表される第2複合酸化物層と、を含み、
A元素は、少なくともPbからなり、
B元素は、Zr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、
C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなる、複合酸化物積層体。
A substrate,
A first composite oxide layer formed above the substrate and represented by the general formula ABO 3 ;
A second complex oxide layer formed above the first complex oxide layer and represented by the general formula AB 1-x C x O 3 ;
A element consists of at least Pb,
B element consists of at least one of Zr, Ti, V, W and Hf,
The composite oxide laminate, wherein the C element is composed of at least one of Nb and Ta.
請求項1において、
前記B元素は、ZrおよびTiであり、
前記C元素は、Nbである、複合酸化物積層体。
In claim 1,
The B element is Zr and Ti,
The composite oxide stack, wherein the C element is Nb.
請求項2において、
前記第2複合酸化物層は、0.1≦x≦0.3の範囲でNbを含む複合酸化物からなる、複合酸化物積層体。
In claim 2,
The second complex oxide layer is a complex oxide laminate including a complex oxide containing Nb in a range of 0.1 ≦ x ≦ 0.3.
請求項1ないし3のいずれかにおいて、
さらに、前記第2複合酸化物層は、0.5モル%以上のSiおよびGeの少なくとも一方を含む、複合酸化物積層体。
In any of claims 1 to 3,
Further, the second complex oxide layer is a complex oxide laminate including at least one of Si and Ge of 0.5 mol% or more.
請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記第2複合酸化物層は、前記第1複合酸化物層より膜厚が小さい、複合酸化物積層体。
In any of claims 1 to 4,
The second complex oxide layer is a complex oxide laminate having a smaller film thickness than the first complex oxide layer.
請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記基板は、電極層を有する、複合酸化物積層体。
In any of claims 1 to 5,
The substrate is a composite oxide laminate having an electrode layer.
請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記第1複合酸化物層の下方に、該第1複合酸化物層の結晶配向性を制御するためのバッファ層を有する、複合酸化物積層体。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
A composite oxide stack having a buffer layer for controlling crystal orientation of the first composite oxide layer below the first composite oxide layer.
基板の上方に、一般式ABO3で表される第1複合酸化物層を形成する工程と、
前記第1複合酸化物層の上方に、一般式AB1-xx3で表される第2複合酸化物層を形成する工程と、を含み、
A元素は、少なくともPbからなり、
B元素は、Zr、Ti、V、WおよびHfの少なくとも一つからなり、
C元素は、NbおよびTaの少なくとも一つからなる、複合酸化物積層体の製造方法。
Forming a first composite oxide layer represented by the general formula ABO 3 above the substrate;
Forming a second composite oxide layer represented by the general formula AB 1-x C x O 3 above the first composite oxide layer,
A element consists of at least Pb,
B element consists of at least one of Zr, Ti, V, W and Hf,
The method for producing a composite oxide laminate, wherein the C element comprises at least one of Nb and Ta.
請求項8において、
前記第2複合酸化物層は、一般式AB1-xx3で表される絶縁性複合酸化物を形成するための前駆体を含む前駆体組成物を塗布した後、熱処理を行うことにより形成される、複合酸化物積層体の製造方法。
In claim 8,
The second composite oxide layer is subjected to heat treatment after applying a precursor composition containing a precursor for forming an insulating composite oxide represented by the general formula AB 1-x C x O 3. The manufacturing method of the complex oxide laminated body formed by these.
請求項9において、
前記前駆体組成物は、少なくとも前記B元素および前記C元素を含み、かつ一部にエステル結合を有する前駆体を含む、複合酸化物積層体の製造方法。
In claim 9,
The said precursor composition is a manufacturing method of complex oxide laminated body containing the precursor which contains the said B element and the said C element at least, and has an ester bond in part.
請求項9および10のいずれかにおいて、
前記前駆体は、さらに、SiおよびGeの少なくとも一方を含む、複合酸化物積層体の製造方法。
In any of claims 9 and 10,
The method for producing a composite oxide laminate, wherein the precursor further includes at least one of Si and Ge.
請求項1ないし7のいずれかに記載の複合酸化物積層体を含む、デバイス。   A device comprising the composite oxide laminate according to claim 1.
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