JP2019216181A - Film structure and manufacturing method of the same - Google Patents

Film structure and manufacturing method of the same Download PDF

Info

Publication number
JP2019216181A
JP2019216181A JP2018112529A JP2018112529A JP2019216181A JP 2019216181 A JP2019216181 A JP 2019216181A JP 2018112529 A JP2018112529 A JP 2018112529A JP 2018112529 A JP2018112529 A JP 2018112529A JP 2019216181 A JP2019216181 A JP 2019216181A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
oriented
main surface
piezoelectric
direction along
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018112529A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6498821B1 (en
Inventor
健 木島
Takeshi Kijima
健 木島
▲濱▼田 泰彰
泰彰 ▲濱▼田
Yasuaki Hamada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Advanced Material Technologies Co Ltd
Original Assignee
Advanced Material Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Material Technologies Co Ltd filed Critical Advanced Material Technologies Co Ltd
Priority to JP2018112529A priority Critical patent/JP6498821B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6498821B1 publication Critical patent/JP6498821B1/en
Publication of JP2019216181A publication Critical patent/JP2019216181A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

To provide a film structure capable of improving a crimp characteristic of a crimp film containing lead zirconate titanate.SOLUTION: A film structure includes: a substrate 11 as a silicon substrate containing an upper surface 11a made of a (100) surface; an orientation film 12 formed on the upper surface 11a, having a cubic crystal structure, and containing a zirconium oxide film to be oriented (100); and a conductive film 13 formed on the orientation film 12, having the cubic crystal structure, and including a platinum film to be oriented (100). A mean boundary surface roughness of a boundary surface IF1 between the orientation film 12 and the conductive film 13 is larger than that of a boundary surface IF2 between the substrate 11 and the orientation film 12.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、膜構造体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a film structure and a method for manufacturing the same.

基板と、基板上に形成された導電膜と、導電膜上に形成された圧電膜と、を有する膜構造体として、基板と、基板上に形成された白金を含む導電膜と、導電膜上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を含む圧電膜と、を有する膜構造体が知られている。   As a film structure having a substrate, a conductive film formed on the substrate, and a piezoelectric film formed on the conductive film, a substrate, a conductive film containing platinum formed on the substrate, And a piezoelectric film containing lead zirconate titanate (PZT) formed on the substrate.

国際公開第2016/009698号(特許文献1)には、強誘電体セラミックスにおいて、Pb(Zr1−ATi)O膜と、当該Pb(Zr1−ATi)O膜上に形成されたPb(Zr1−xTi)O膜と、を具備し、A及びxが、0≦A≦0.1及び0.1<x<1を満たす技術が開示されている。 WO 2016/009698 (Patent Document 1) discloses that a ferroelectric ceramic has a Pb (Zr 1-A Ti A ) O 3 film and a Pb (Zr 1-A Ti A ) O 3 film. And a Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 film, wherein A and x satisfy 0 ≦ A ≦ 0.1 and 0.1 <x <1.

特開2014−84494号公報(特許文献2)には、シリコン基板(Si)上に予めYSZ(8%Y+92%ZrO)、CeO、LaSrCoOの膜を順次積層して形成したバッファ層上にPZTの薄膜を形成する技術が開示されている。また、特許文献2には、LaSrCoO(LSCO)は、他の膜に対して45°格子回転している技術が開示されている。 In JP-A-2014-84494 (Patent Document 2), a film of YSZ (8% Y 2 O 3 + 92% ZrO 2 ), CeO 2 , and LaSrCoO 3 is sequentially laminated on a silicon substrate (Si). A technique for forming a PZT thin film on a buffer layer is disclosed. Patent Document 2 discloses a technique in which LaSrCoO 3 (LSCO) is rotated by 45 ° lattice with respect to another film.

非特許文献1には、シリコン基板上に、YSZ、CeO、La0.5Sr0.5CoO(LSCO)、SrRuO(SRO)が順次積層されたバッファ層が形成され、そのバッファ層上に、c軸配向した0.06Pb(Mn1/3,Nb2/3)O−0.94Pb(Zr0.5Ti0.5)O(PMnN−PZT)エピタキシャル薄膜が形成される技術が開示されている。非特許文献1には、PMnN−PZTの結晶格子が面内方向でSiに対して45°回転している技術が開示されている。 In Non-Patent Document 1, a buffer layer in which YSZ, CeO 2 , La 0.5 Sr 0.5 CoO 3 (LSCO), and SrRuO 3 (SRO) are sequentially laminated on a silicon substrate is formed. A 0.06 Pb (Mn 1/3 , Nb 2/3 ) O 3 -0.94 Pb (Zr 0.5 Ti 0.5 ) O 3 (PMnN-PZT) epitaxial thin film having a c-axis orientation is formed thereon. The technology is disclosed. Non-Patent Document 1 discloses a technique in which the crystal lattice of PMnN-PZT is rotated by 45 ° with respect to Si in an in-plane direction.

非特許文献2には、MgO単結晶るつぼを用いてフラックス法により育成したPbTiOの比誘電率が室温で150であり、純粋なPbTiO単結晶の比誘電率の1.5倍である技術が開示されている。 Non-Patent Document 2 discloses a technology in which the relative dielectric constant of PbTiO 3 grown by a flux method using a MgO single crystal crucible is 150 at room temperature, and 1.5 times the relative dielectric constant of pure PbTiO 3 single crystal. Is disclosed.

国際公開第2016/009698号International Publication No. WO 2016/009698 特開2014−84494号公報JP 2014-84494 A

S. Yoshida et al., “Fabrication and characterization of large figure-of-merit epitaxial PMnN-PZT/Si transducer for piezoelectric MEMS sensors”, Sensors and Actuators A 239 (2016) 201-208S. Yoshida et al., “Fabrication and characterization of large figure-of-merit epitaxial PMnN-PZT / Si transducer for piezoelectric MEMS sensors”, Sensors and Actuators A 239 (2016) 201-208 小舟正文、外1名、「MgO単結晶製るつぼによるPbTiO3単結晶の育成及び評価」、窯業協会誌、1987年、第95巻、第11号、p.1053−1058Masafumi Kofuna, 1 other, "Growth and evaluation of PbTiO3 single crystal using MgO single crystal crucible", Journal of the Ceramic Society of Japan, 1987, Vol. 95, No. 11, p. 1053-1058

チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜において、圧電膜の結晶性等の品質が良好でない場合には、圧電膜の圧電特性は低下する。ところが、例えば結晶性の品質が良好なチタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜を成膜することは困難であり、圧電膜の圧電特性を向上させることは困難である。   In a piezoelectric film containing lead zirconate titanate, when the quality such as crystallinity of the piezoelectric film is not good, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film deteriorate. However, it is difficult to form a piezoelectric film containing, for example, lead zirconate titanate having good crystal quality, and it is difficult to improve the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film.

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜を成膜するための膜構造体において、圧電膜の圧電特性を向上させることができる膜構造体を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the related art, and in a film structure for forming a piezoelectric film containing lead zirconate titanate, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film are improved. An object is to provide a film structure that can be improved.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

本発明の一態様としての膜構造体は、(100)面よりなる主面を含むシリコン基板と、主面上に形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第1酸化ジルコニウム膜を含む第1膜と、第1膜上に形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜を含む導電膜と、を有する。第1膜と導電膜との間の第1界面の第1平均界面粗さは、シリコン基板と第1膜との間の第2界面の第2平均界面粗さよりも大きい。   A film structure according to one embodiment of the present invention includes a silicon substrate including a main surface including a (100) plane, and a (100) -oriented silicon substrate formed over the main surface and having a cubic crystal structure. A first film including a zirconium monoxide film; and a conductive film formed on the first film and having a cubic crystal structure and including a (100) -oriented platinum film. The first average interface roughness of the first interface between the first film and the conductive film is larger than the second average interface roughness of the second interface between the silicon substrate and the first film.

また、他の一態様として、第1膜は、主面上に形成された膜部と、膜部の上面からそれぞれ突出した複数の突出部と、を含み、膜部は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第2酸化ジルコニウム膜を含み、複数の突出部の各々は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第3酸化ジルコニウム膜を含んでもよい。   In another aspect, the first film includes a film portion formed on the main surface and a plurality of protrusions each protruding from an upper surface of the film portion, wherein the film portion has a cubic crystal structure. And a (100) -oriented second zirconium oxide film, wherein each of the plurality of protrusions has a cubic crystal structure and includes a (100) -oriented third zirconium oxide film. May be.

また、他の一態様として、突出部の、主面に沿った第1方向に垂直な断面形状は、三角形状であり、突出部の、主面に沿い、且つ、第1方向に垂直な方向である第2方向における幅が、膜部側から膜部側と反対側に向かって減少していてもよい。   Further, as another aspect, a cross-sectional shape of the protruding portion perpendicular to the first direction along the main surface is triangular, and a direction along the main surface of the protruding portion and perpendicular to the first direction. The width in the second direction may decrease from the film part side to the side opposite to the film part side.

また、他の一態様として、膜部の厚さは、11〜18nmであり、複数の突出部の各々が膜部の上面から突出した突出高さは、4〜8nmであってもよい。   In another aspect, the thickness of the film portion may be 11 to 18 nm, and the height of each of the plurality of protrusions protruding from the upper surface of the film portion may be 4 to 8 nm.

また、他の一態様として、導電膜は、複数の突出部を覆い、隣り合う2つの突出部の間には、導電膜が埋め込まれていてもよい。   In another embodiment, the conductive film may cover the plurality of protrusions, and the conductive film may be embedded between two adjacent protrusions.

また、他の一態様として、導電膜は、第1引っ張り応力を有し、第1膜は、第1圧縮応力を有するか、又は、第1引っ張り応力よりも小さい第2引っ張り応力を有してもよい。   In another aspect, the conductive film has a first tensile stress, and the first film has a first compressive stress or a second tensile stress smaller than the first tensile stress. Is also good.

また、他の一態様として、第1膜の上層部は、第2圧縮応力を有し、第1膜の下層部は、第3引っ張り応力を有し、第1膜が第1圧縮応力を有するとき、第2圧縮応力は第1圧縮応力よりも大きく、第1膜が第2引っ張り応力を有するとき、第3引っ張り応力は第2引っ張り応力よりも大きくてもよい。   In another aspect, the upper layer of the first film has a second compressive stress, the lower layer of the first film has a third tensile stress, and the first film has a first compressive stress. At this time, the second compressive stress may be larger than the first compressive stress, and when the first film has the second tensile stress, the third tensile stress may be larger than the second tensile stress.

また、他の一態様として、当該膜構造体は、導電膜上に形成され、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜を含む圧電膜を有してもよい。   In another embodiment, the film structure includes a piezoelectric film formed on a conductive film, having a tetragonal crystal structure, and including a (001) -oriented lead zirconate titanate film. You may.

また、他の一態様として、第1酸化ジルコニウム膜は、第1酸化ジルコニウム膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、白金膜は、白金膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向していてもよい。   In another aspect, the first zirconium oxide film is configured such that a <100> direction along a main surface of the first zirconium oxide film is parallel to a <100> direction along a main surface of the silicon substrate. The platinum film may be oriented such that the <100> direction along the main surface of the platinum film is parallel to the <100> direction along the main surface of the silicon substrate.

また、他の一態様として、第1酸化ジルコニウム膜は、第1酸化ジルコニウム膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、白金膜は、白金膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向していてもよい。また、チタン酸ジルコン酸鉛膜は、チタン酸ジルコン酸鉛膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向していてもよい。   In another aspect, the first zirconium oxide film is configured such that a <100> direction along a main surface of the first zirconium oxide film is parallel to a <100> direction along a main surface of the silicon substrate. The platinum film may be oriented such that the <100> direction along the main surface of the platinum film is parallel to the <100> direction along the main surface of the silicon substrate. The lead zirconate titanate film is oriented such that the <100> direction along the main surface of the lead zirconate titanate film is parallel to the <100> direction along the main surface of the silicon substrate. You may.

また、他の一態様として、チタン酸ジルコン酸鉛膜は、下記一般式(化1)で表されるチタン酸ジルコン酸鉛よりなる複合酸化物を有してもよい。
Pb(Zr1−xTi)O・・・(化1)
xは、0.32≦x≦0.52を満たし、チタン酸ジルコン酸鉛のa軸方向の第1格子定数に対するc軸方向の第2格子定数の格子定数比が、1.010〜1.016であってもよい。
In another aspect, the lead zirconate titanate film may include a composite oxide of lead zirconate titanate represented by the following general formula (Formula 1).
Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 (Formula 1)
x satisfies 0.32 ≦ x ≦ 0.52, and the ratio of the lattice constant of the second lattice constant in the c-axis direction to the first lattice constant in the a-axis direction of lead zirconate titanate is 1.010 to 1.0. 016 may be used.

本発明の一態様としての膜構造体の製造方法は、(100)面よりなる主面を含むシリコン基板を用意する(a)工程と、主面上に、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第1酸化ジルコニウム膜を含む第1膜を形成する(b)工程と、第1膜上に、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜を含む導電膜を形成する(c)工程と、を有する。第1膜と導電膜との間の第1界面の第1平均界面粗さは、シリコン基板と第1膜との間の第2界面の第2平均界面粗さよりも大きい。   A method for manufacturing a film structure according to one embodiment of the present invention includes a step (a) of preparing a silicon substrate including a main surface including a (100) plane, and a cubic crystal structure on the main surface. And (b) forming a first film including a (100) -oriented first zirconium oxide film, and a (100) -oriented platinum film having a cubic crystal structure on the first film. (C) forming a conductive film containing The first average interface roughness of the first interface between the first film and the conductive film is larger than the second average interface roughness of the second interface between the silicon substrate and the first film.

また、他の一態様として、(b)工程では、主面上に形成された膜部と、膜部の上面からそれぞれ突出した複数の突出部と、を含む第1膜を形成し、膜部は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第2酸化ジルコニウム膜を含み、複数の突出部の各々は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第3酸化ジルコニウム膜を含んでもよい。   Further, as another aspect, in the step (b), a first film including a film portion formed on the main surface and a plurality of protrusions respectively protruding from the upper surface of the film portion is formed. Includes a second zirconium oxide film having a cubic crystal structure and (100) orientation, and each of the plurality of protrusions has a cubic crystal structure and is (100) oriented. A third zirconium oxide film may be included.

また、他の一態様として、突出部の、主面に沿った第1方向に垂直な断面形状は、三角形状であり、突出部の、主面に沿い、且つ、第1方向に垂直な方向である第2方向における幅が、膜部側から膜部側と反対側に向かって減少していてもよい。   Further, as another aspect, a cross-sectional shape of the protruding portion perpendicular to the first direction along the main surface is triangular, and a direction along the main surface of the protruding portion and perpendicular to the first direction. The width in the second direction may decrease from the film part side to the side opposite to the film part side.

また、他の一態様として、膜部の厚さは、11〜18nmであり、複数の突出部の各々が膜部の上面から突出した突出高さは、4〜8nmであってもよい。   In another aspect, the thickness of the film portion may be 11 to 18 nm, and the height of each of the plurality of protrusions protruding from the upper surface of the film portion may be 4 to 8 nm.

また、他の一態様として、(c)工程では、複数の突出部を覆う導電膜を形成し、(c)工程では、隣り合う2つの突出部の間には、導電膜が埋め込まれてもよい。   In another embodiment, in the step (c), a conductive film is formed to cover the plurality of protrusions. In the step (c), the conductive film may be buried between two adjacent protrusions. Good.

また、他の一態様として、導電膜は、第1引っ張り応力を有し、第1膜は、第1圧縮応力を有するか、又は、第1引っ張り応力よりも小さい第2引っ張り応力を有してもよい。   In another aspect, the conductive film has a first tensile stress, and the first film has a first compressive stress or a second tensile stress smaller than the first tensile stress. Is also good.

また、他の一態様として、第1膜の上層部は、第2圧縮応力を有し、第1膜の下層部は、第3引っ張り応力を有し、第1膜が第1圧縮応力を有するとき、第2圧縮応力は第1圧縮応力よりも大きく、第1膜が第2引っ張り応力を有するとき、第3引っ張り応力は第2引っ張り応力よりも大きくてもよい。   In another aspect, the upper layer of the first film has a second compressive stress, the lower layer of the first film has a third tensile stress, and the first film has a first compressive stress. At this time, the second compressive stress may be larger than the first compressive stress, and when the first film has the second tensile stress, the third tensile stress may be larger than the second tensile stress.

また、他の一態様として、当該膜構造体の製造方法は、導電膜上に、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜を含む圧電膜を形成する(d)工程を有してもよい。   In another aspect, the method for manufacturing a film structure includes forming a piezoelectric film having a tetragonal crystal structure and including a (001) -oriented lead zirconate titanate film on a conductive film. (D).

また、他の一態様として、第1酸化ジルコニウム膜は、第1酸化ジルコニウム膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、白金膜は、白金膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向していてもよい。   In another aspect, the first zirconium oxide film is configured such that a <100> direction along a main surface of the first zirconium oxide film is parallel to a <100> direction along a main surface of the silicon substrate. The platinum film may be oriented such that the <100> direction along the main surface of the platinum film is parallel to the <100> direction along the main surface of the silicon substrate.

また、他の一態様として、第1酸化ジルコニウム膜は、第1酸化ジルコニウム膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、白金膜は、白金膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向していてもよい。また、チタン酸ジルコン酸鉛膜は、チタン酸ジルコン酸鉛膜の主面に沿った<100>方向が、シリコン基板の主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向していてもよい。   In another aspect, the first zirconium oxide film is configured such that a <100> direction along a main surface of the first zirconium oxide film is parallel to a <100> direction along a main surface of the silicon substrate. The platinum film may be oriented such that the <100> direction along the main surface of the platinum film is parallel to the <100> direction along the main surface of the silicon substrate. The lead zirconate titanate film is oriented such that the <100> direction along the main surface of the lead zirconate titanate film is parallel to the <100> direction along the main surface of the silicon substrate. You may.

また、他の一態様として、チタン酸ジルコン酸鉛膜は、下記一般式(化1)で表されるチタン酸ジルコン酸鉛よりなる複合酸化物を有してもよい。
Pb(Zr1−xTi)O・・・(化1)
xは、0.32≦x≦0.52を満たし、チタン酸ジルコン酸鉛のa軸方向の第1格子定数に対するc軸方向の第2格子定数の格子定数比が、1.010〜1.016であってもよい。
In another aspect, the lead zirconate titanate film may include a composite oxide of lead zirconate titanate represented by the following general formula (Formula 1).
Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 (Formula 1)
x satisfies 0.32 ≦ x ≦ 0.52, and the ratio of the lattice constant of the second lattice constant in the c-axis direction to the first lattice constant in the a-axis direction of lead zirconate titanate is 1.010 to 1.0. 016 may be used.

本発明の一態様を適用することで、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜を形成するための膜構造体において、圧電膜の圧電特性を向上させることができる。   By applying one embodiment of the present invention, in a film structure for forming a piezoelectric film containing lead zirconate titanate, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film can be improved.

実施の形態の膜構造体の断面図である。It is a sectional view of a film structure of an embodiment. 実施の形態の膜構造体が上部電極としての導電膜を有する場合の、膜構造体の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the film structure in the case where the film structure of the embodiment has a conductive film as an upper electrode. 図2に示す膜構造体から基板及び配向膜を除去した場合の、膜構造体の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the film structure when the substrate and the alignment film are removed from the film structure illustrated in FIG. 2. 実施の形態の膜構造体の他の例の断面図である。It is sectional drawing of another example of the film structure of embodiment. 図4に示す膜構造体の一部を拡大して示す断面図である。FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a part of the film structure shown in FIG. 4. 図4に示す膜構造体の断面図である。It is sectional drawing of the film structure shown in FIG. 図4に示す膜構造体の製造工程における膜構造体の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the film structure in a step of manufacturing the film structure shown in FIG. 4. 実施の形態の膜構造体に含まれる2つの圧電膜の断面構造を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional structure of two piezoelectric films included in the film structure according to the embodiment. 実施の形態の膜構造体に含まれる圧電膜の分極の電界依存性を模式的に示すグラフである。5 is a graph schematically showing electric field dependence of polarization of a piezoelectric film included in the film structure of the embodiment. 実施の形態の膜構造体に含まれる各層の膜がエピタキシャル成長した状態を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a film of each layer included in the film structure of the embodiment has been epitaxially grown. PZTの単位格子を模式的に示す図である。It is a figure which shows the unit lattice of PZT typically. 実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in the manufacturing process of the film structure of Embodiment. 実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in the manufacturing process of the film structure of Embodiment. 実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in the manufacturing process of the film structure of Embodiment. 実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in the manufacturing process of the film structure of Embodiment. 実施の形態の変形例の膜構造体の断面図である。It is sectional drawing of the film structure of the modification of embodiment. 実施例の膜構造体のXRD法によるθ−2θスペクトルの例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the (theta) -2 (theta) spectrum by the XRD method of the film structure of an Example. 実施例の膜構造体のXRD法によるθ−2θスペクトルの例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the (theta) -2 (theta) spectrum by the XRD method of the film structure of an Example. 比較例の膜構造体のXRD法によるθ−2θスペクトルの例を示すグラフである。9 is a graph showing an example of a θ-2θ spectrum of a film structure of a comparative example by an XRD method. 比較例の膜構造体のXRD法によるθ−2θスペクトルの例を示すグラフである。9 is a graph showing an example of a θ-2θ spectrum of a film structure of a comparative example by an XRD method. 実施例の膜構造体のXRD法による極点図の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the pole figure by the XRD method of the film structure of an Example. 実施例の膜構造体のXRD法による極点図の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the pole figure by the XRD method of the film structure of an Example. 実施例の膜構造体のXRD法による極点図の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the pole figure by the XRD method of the film structure of an Example. 実施例の膜構造体のXRD法による極点図の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the pole figure by the XRD method of the film structure of an Example. XRD法により基板の反り量を測定する方法を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method of measuring the amount of warpage of a substrate by an XRD method. XRD法により基板の反り量を測定した結果を示すグラフである。5 is a graph showing a result of measuring a warpage amount of a substrate by an XRD method. 実施例の膜構造体のHAADF像を示す写真である。It is a photograph which shows the HAADF image of the film structure of an example. 実施例の膜構造体のBF像を示す写真である。It is a photograph which shows the BF image of the film structure of an example. 実施例の膜構造体のBF像を示す写真である。It is a photograph which shows the BF image of the film structure of an example. 実施例の膜構造体のHAADF像を示す写真である。It is a photograph which shows the HAADF image of the film structure of an example. 実施例の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。5 is a graph showing voltage dependence of polarization of a film structure of an example. 実施例の膜構造体の変位の電圧依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the voltage dependence of the displacement of the membrane structure of the example. 実施例の膜構造体の残留分極値の温度依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the temperature dependence of the remanent polarization value of the film structure of the example. 実施例の膜構造体の抗電圧値の温度依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the temperature dependence of the coercive voltage value of the membrane structure of the example.

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。   It should be noted that the disclosure is merely an example, and those skilled in the art can easily conceive of appropriate modifications while maintaining the gist of the invention are naturally included in the scope of the present invention. In addition, in order to make the description clearer, the width, thickness, shape, and the like of each part may be schematically illustrated as compared with the embodiment, but this is merely an example, and the interpretation of the present invention is not limited thereto. There is no limitation.

また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。   In the specification and the drawings, components similar to those described in regard to a drawing thereinabove are marked with like reference numerals, and a detailed description is omitted as appropriate.

更に、実施の形態で用いる図面においては、構造物を区別するために付したハッチング(網掛け)を図面に応じて省略する場合もある。   Further, in the drawings used in the embodiments, hatching (shading) for distinguishing structures may be omitted depending on the drawings.

なお、以下の実施の形態においてA〜Bとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、A以上B以下を示すものとする。   In the following embodiments, when a range is indicated as A to B, the range indicates A or more and B or less unless otherwise specified.

(実施の形態)
<膜構造体>
初めに、本発明の一実施形態である実施の形態の膜構造体について説明する。図1は、実施の形態の膜構造体の断面図である。図2は、実施の形態の膜構造体が上部電極としての導電膜を有する場合の、膜構造体の断面図である。図3は、図2に示す膜構造体から基板及び配向膜を除去した場合の、膜構造体の断面図である。図4は、実施の形態の膜構造体の他の例の断面図である。図5は、図4に示す膜構造体の一部を拡大して示す断面図である。図6は、図4に示す膜構造体の断面図である。図6は、図4に示す膜構造体の断面図に加えて、膜構造体が有する応力を模式的に示す。図7は、図4に示す膜構造体の製造工程における膜構造体の断面図である。図7は、基板上に配向膜が形成された時点での膜構造体の断面図に加えて、膜構造体が有する応力を模式的に示す。
(Embodiment)
<Membrane structure>
First, a film structure according to an embodiment, which is an embodiment of the present invention, will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of the film structure according to the embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the film structure in the case where the film structure of the embodiment has a conductive film as an upper electrode. FIG. 3 is a cross-sectional view of the film structure when the substrate and the alignment film are removed from the film structure shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of another example of the film structure of the embodiment. FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a part of the film structure shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the film structure shown in FIG. FIG. 6 schematically shows the stress of the film structure in addition to the cross-sectional view of the film structure shown in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the film structure in a step of manufacturing the film structure shown in FIG. FIG. 7 schematically shows a stress of the film structure in addition to a cross-sectional view of the film structure when the alignment film is formed on the substrate.

図1に示すように、本実施の形態の膜構造体10は、基板11と、配向膜12と、導電膜13と、膜14と、圧電膜15と、を有する。配向膜12は、基板11上に形成されている。導電膜13は、配向膜12上に形成されている。膜14は、導電膜13上に形成されている。圧電膜15は、膜14上に形成されている。   As shown in FIG. 1, the film structure 10 according to the present embodiment includes a substrate 11, an alignment film 12, a conductive film 13, a film 14, and a piezoelectric film 15. The alignment film 12 is formed on the substrate 11. The conductive film 13 is formed on the alignment film 12. The film 14 is formed on the conductive film 13. The piezoelectric film 15 is formed on the film 14.

なお、図2に示すように、本実施の形態の膜構造体10は、導電膜18を有してもよい。導電膜18は、圧電膜15上に形成されている。このとき、導電膜13は、下部電極としての導電膜であり、導電膜18は、上部電極としての導電膜である。また、図3に示すように、本実施の形態の膜構造体10は、基板11(図2参照)及び配向膜12(図2参照)を有さず、下部電極としての導電膜13と、膜14と、圧電膜15と、上部電極としての導電膜18と、のみを有するものでもよい。   As shown in FIG. 2, the film structure 10 of the present embodiment may have a conductive film 18. The conductive film 18 is formed on the piezoelectric film 15. At this time, the conductive film 13 is a conductive film as a lower electrode, and the conductive film 18 is a conductive film as an upper electrode. As shown in FIG. 3, the film structure 10 of the present embodiment does not include the substrate 11 (see FIG. 2) and the alignment film 12 (see FIG. 2), and includes a conductive film 13 as a lower electrode, It may have only the film 14, the piezoelectric film 15, and the conductive film 18 as the upper electrode.

また、図4に示すように、本実施の形態の膜構造体10は、基板11と、配向膜12と、導電膜13と、のみを有するものであってもよい。このような場合、膜構造体10を、圧電膜15を形成するための電極基板として用いることができ、導電膜13上に、エピタキシャル成長し、且つ、良好な圧電特性を有する圧電膜15を容易に形成することができる。   Further, as shown in FIG. 4, the film structure 10 of the present embodiment may have only the substrate 11, the alignment film 12, and the conductive film 13. In such a case, the film structure 10 can be used as an electrode substrate for forming the piezoelectric film 15, and the piezoelectric film 15 that is epitaxially grown on the conductive film 13 and has good piezoelectric characteristics can be easily formed. Can be formed.

基板11は、シリコン(Si)単結晶よりなるシリコン基板である。シリコン基板としての基板11は、(100)面よりなる主面としての上面11aを含む。配向膜12は、上面11a上に形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム(酸化ジルコニウム膜)を含む。導電膜13は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金(白金膜)を含む。これにより、圧電膜15が、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物を含む場合に、圧電膜15を、基板11上で、正方晶表示で(001)配向又は擬立方晶表示で(100)配向させることができる。   The substrate 11 is a silicon substrate made of silicon (Si) single crystal. The substrate 11 as a silicon substrate includes an upper surface 11a as a main surface composed of a (100) plane. The alignment film 12 is formed on the upper surface 11a, has a cubic crystal structure, and includes (100) -oriented zirconium oxide (zirconium oxide film). The conductive film 13 has a cubic crystal structure and includes (100) -oriented platinum (platinum film). Accordingly, when the piezoelectric film 15 includes a composite oxide having a perovskite structure, the piezoelectric film 15 is oriented on the substrate 11 in (001) orientation in tetragonal system or (100) in pseudo-cubic system. be able to.

ここで、配向膜12が(100)配向している、とは、立方晶の結晶構造を有する配向膜12の(100)面が、シリコン基板である基板11の、(100)面よりなる主面としての上面11aに沿っていることを意味し、好適には、シリコン基板である基板11の、(100)面よりなる上面11aに平行であることを意味する。また、配向膜12の(100)面が基板11の(100)面よりなる上面11aに平行であるとは、配向膜12の(100)面が基板11の上面11aに完全に平行な場合のみならず、基板11の上面11aに完全に平行な面と配向膜12の(100)面とのなす角度が20°以下であるような場合を含む。また、配向膜12のみならず、他の層の膜の配向についても同様である。   Here, that the orientation film 12 is (100) oriented means that the (100) plane of the orientation film 12 having a cubic crystal structure is the main (100) plane of the substrate 11 which is a silicon substrate. It means that it is along the upper surface 11a as a surface, and preferably means that it is parallel to the upper surface 11a of the substrate 11, which is a silicon substrate, having a (100) plane. Further, the expression that the (100) plane of the alignment film 12 is parallel to the upper surface 11a of the substrate 11 that is the (100) surface means that the (100) plane of the alignment film 12 is completely parallel to the upper surface 11a of the substrate 11. However, the case where the angle formed between the plane completely parallel to the upper surface 11a of the substrate 11 and the (100) plane of the alignment film 12 is 20 ° or less is also included. The same applies to the orientation of the films of other layers as well as the orientation film 12.

或いは、配向膜12として、単層膜よりなる配向膜12に代え、積層膜よりなる配向膜12が、基板11上に形成されていてもよい。   Alternatively, instead of the alignment film 12 formed of a single-layer film, the alignment film 12 formed of a laminated film may be formed on the substrate 11 as the alignment film 12.

図1、図2、図4及び図5に示すように、配向膜12は、基板11の上面11a上に形成された膜部12aと、膜部12aの上面からそれぞれ突出した複数の突出部12bと、を含む。また、膜部12aは、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム(酸化ジルコニウム膜)を含む。そして、複数の突出部12bの各々は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム(酸化ジルコニウム膜)を含む。   As shown in FIGS. 1, 2, 4 and 5, the alignment film 12 includes a film portion 12a formed on the upper surface 11a of the substrate 11 and a plurality of protrusions 12b protruding from the upper surface of the film portion 12a. And The film portion 12a has a cubic crystal structure and includes (100) -oriented zirconium oxide (zirconium oxide film). Each of the plurality of projections 12b has a cubic crystal structure and includes (100) -oriented zirconium oxide (zirconium oxide film).

これにより、配向膜12と導電膜13との間の界面IF1の界面粗さ(ラフネス)が大きくなり、配向膜12と導電膜13との間の界面IF1の平均界面粗さが、基板11と配向膜12との間の界面IF2の平均界面粗さよりも大きくなる。そのため、例えば配向膜12の表面が配向膜12に含まれる酸化ジルコニウム膜の(100)面以外の面になり、その酸化ジルコニウム膜の(100)面以外の面上に、導電膜13に含まれる白金膜の(100)面以外の面がエピタキシャル成長すること等により、白金膜が酸化ジルコニウム膜の表面上にエピタキシャル成長しやすくなる。そして、白金膜を含む導電膜13がエピタキシャル成長しやすくなることにより、膜14及び圧電膜15がエピタキシャル成長しやすくなるので、圧電膜15の圧電特性を向上させることができる。   Thereby, the interface roughness (roughness) of the interface IF1 between the alignment film 12 and the conductive film 13 increases, and the average interface roughness of the interface IF1 between the alignment film 12 and the conductive film 13 increases. It becomes larger than the average interface roughness of the interface IF2 with the alignment film 12. Therefore, for example, the surface of the alignment film 12 becomes a surface other than the (100) plane of the zirconium oxide film included in the alignment film 12, and the surface of the zirconium oxide film other than the (100) plane is included in the conductive film 13. The epitaxial growth of the surface of the platinum film other than the (100) plane facilitates the epitaxial growth of the platinum film on the surface of the zirconium oxide film. Since the conductive film 13 including the platinum film is easily grown epitaxially, the film 14 and the piezoelectric film 15 are easily grown epitaxially, so that the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 15 can be improved.

或いは、配向膜12と導電膜13との間の界面IF1の平均界面粗さが、基板11と配向膜12との間の界面IF2の平均界面粗さよりも大きければよいので、配向膜12は、明確に複数の突出部12bを有していなくてもよく、例えば表面に平面視において互いに離隔して形成された複数の段差(ステップ)を有するステップテラス構造を有してもよい。   Alternatively, the average interface roughness of the interface IF1 between the alignment film 12 and the conductive film 13 may be larger than the average interface roughness of the interface IF2 between the substrate 11 and the alignment film 12, so that the alignment film 12 It is not necessary to have the plurality of protrusions 12b clearly, and for example, it may have a step terrace structure having a plurality of steps (steps) formed on the surface so as to be separated from each other in plan view.

平均界面粗さは、例えば界面IF1及び界面IF2が同一の画像中に撮像されるように、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)により膜構造体の断面の画像を撮像し、撮像された画像に対して、コンピュータを用いて演算処理を行うことにより、算出することができる。また、界面IF1及び界面IF2の各々の平均界面粗さを示すパラメータの種類については、同一の種類のパラメータを用いればよく、特に限定されない。従って、平均界面粗さを表すパラメータとして、算術平均粗さR、二乗平均平方根高さRrms等、各種のパラメータを用いて比較することができる。例えば複数の突出部12bの突出高さHT1が全て6nmであって、且つ、例えば平均界面粗さとして算術平均粗さRを用いる場合には、算術平均粗さRは、3nmになる。 The average interface roughness was obtained by capturing an image of a cross section of the membrane structure using a transmission electron microscope (TEM) so that the interface IF1 and the interface IF2 are captured in the same image. The calculation can be performed by performing arithmetic processing on the image using a computer. The type of the parameter indicating the average interface roughness of each of the interface IF1 and the interface IF2 may be the same type of parameter, and is not particularly limited. Therefore, the comparison can be performed using various parameters such as the arithmetic average roughness Ra and the root mean square height Rrms as parameters representing the average interface roughness. For example, when the protrusion heights HT1 of the plurality of protrusions 12b are all 6 nm and, for example, the arithmetic average roughness Ra is used as the average interface roughness, the arithmetic average roughness Ra is 3 nm.

好適には、突出部12bの、基板11の上面11aに沿った第1方向に垂直な断面形状は、三角形状であり、突出部12bの、基板11の上面11aに沿い、且つ、第1方向に垂直な方向である第2方向における幅が、膜部12a側、即ち基板11側から、膜部12a側と反対側、即ち基板11側と反対側に向かって、減少している。突出部12bがこのような三角形状を有する場合に、導電膜13に含まれる白金膜が、配向膜12に含まれる酸化ジルコニウム膜の表面上に更にエピタキシャル成長しやすくなる。   Preferably, the cross-sectional shape of the protrusion 12b perpendicular to the first direction along the upper surface 11a of the substrate 11 is triangular, and the protrusion 12b is along the upper surface 11a of the substrate 11 and in the first direction. The width in the second direction, which is a direction perpendicular to the direction of FIG. When the protrusion 12b has such a triangular shape, the platinum film included in the conductive film 13 is more easily epitaxially grown on the surface of the zirconium oxide film included in the alignment film 12.

好適には、膜部12aの厚さTH1(図5参照)は、11〜18nmであり、複数の突出部12bの各々が膜部12aの上面12c(図5参照)から突出した突出高さHT1(図5参照)は、4〜8nmである。即ち、好適には、配向膜12の厚さTH2(図5参照)は、13〜22nmである。   Preferably, the thickness TH1 of the film portion 12a (see FIG. 5) is 11 to 18 nm, and each of the plurality of protrusions 12b projects from the upper surface 12c of the film portion 12a (see FIG. 5). (See FIG. 5) is 4-8 nm. That is, preferably, the thickness TH2 (see FIG. 5) of the alignment film 12 is 13 to 22 nm.

突出部12bの突出高さHT1が4nm以上の場合、突出部12bの突出高さHT1が4nm未満の場合に比べ、界面IF1の平均界面粗さを界面IF2の平均界面粗さよりも確実に大きくすることができるので、(100)配向した酸化ジルコニウムを含む配向膜12上に形成された導電膜13に含まれる白金が(100)配向しやすくなる。一方、突出部12bの突出高さHT1が8nm以下の場合、突出部12bの突出高さHT1が8nmを超える場合に比べ、界面IF1の平均界面粗さが大きくなりすぎないので、(100)配向した酸化ジルコニウムを含む配向膜12上に形成された導電膜13の平坦性を向上させることができる。   When the protrusion height HT1 of the protrusion 12b is 4 nm or more, the average interface roughness of the interface IF1 is surely larger than that of the interface IF2 as compared with the case where the protrusion height HT1 of the protrusion 12b is less than 4 nm. Therefore, platinum contained in the conductive film 13 formed on the alignment film 12 containing (100) -oriented zirconium oxide is easily oriented to (100). On the other hand, when the protrusion height HT1 of the protrusion 12b is equal to or less than 8 nm, the average interface roughness of the interface IF1 is not too large as compared with the case where the protrusion height HT1 of the protrusion 12b exceeds 8 nm. The flatness of the conductive film 13 formed on the oriented film 12 containing zirconium oxide can be improved.

また、膜部12aの厚さTH1が11nm以上の場合、膜部12aの厚さTH1が11nm未満の場合に比べ、配向膜12の厚さTH2がある程度厚くなるので、基板11の上面11a上全体に亘って配向膜12が均一に形成され、導電膜13と基板11とが直接接触することを防止することができる。また、膜部12aの厚さTH1が11nm以上の場合、膜部12aの厚さTH1が11nm未満の場合に比べ、配向膜12の厚さTH2がある程度厚くなるので、突出部12bの突出高さHT1を4nm以上にしやすくなり、導電膜13に含まれる白金が(100)配向しやすくなる。一方、膜部12aの厚さTH1が18nm以下の場合、膜部12aの厚さTH1が18nmを超える場合に比べ、界面IF1の平均界面粗さが大きくなりすぎないので、配向膜12上に形成された導電膜13の平坦性を向上させることができる。   Further, when the thickness TH1 of the film portion 12a is 11 nm or more, the thickness TH2 of the alignment film 12 becomes somewhat thicker than when the thickness TH1 of the film portion 12a is less than 11 nm. , The alignment film 12 is formed uniformly, and the direct contact between the conductive film 13 and the substrate 11 can be prevented. Further, when the thickness TH1 of the film portion 12a is 11 nm or more, the thickness TH2 of the alignment film 12 becomes somewhat thicker than in the case where the thickness TH1 of the film portion 12a is less than 11 nm. HT1 is easily set to 4 nm or more, and the platinum contained in the conductive film 13 is easily oriented to (100). On the other hand, when the thickness TH1 of the film portion 12a is equal to or less than 18 nm, the average interface roughness of the interface IF1 is not too large as compared with the case where the thickness TH1 of the film portion 12a exceeds 18 nm. The flatness of the formed conductive film 13 can be improved.

即ち、配向膜12の厚さTH2が13nm以上の場合、配向膜12の厚さTH2が13nm未満の場合に比べ、基板11の上面11a上全体に亘って配向膜12が均一に形成され、導電膜13と基板11とが直接接触することを防止することができる。また、配向膜12の厚さTH2が13nm以上の場合、配向膜12の厚さTH2が13nm未満の場合に比べ、突出部12bの突出高さHT1を4nm以上にしやすくなり、導電膜13に含まれる白金が(100)配向しやすくなる。一方、配向膜12の厚さTH2が22nm以下の場合、配向膜12の厚さTH2が22nmを超える場合に比べ、界面IF1の平均界面粗さが大きくなりすぎないので、配向膜12上に形成された導電膜13の平坦性を向上させることができる。   That is, when the thickness TH2 of the alignment film 12 is 13 nm or more, the alignment film 12 is formed uniformly over the entire upper surface 11a of the substrate 11 as compared with the case where the thickness TH2 of the alignment film 12 is less than 13 nm. The direct contact between the film 13 and the substrate 11 can be prevented. In addition, when the thickness TH2 of the alignment film 12 is 13 nm or more, the protrusion height HT1 of the protrusion 12b is more easily set to 4 nm or more than when the thickness TH2 of the alignment film 12 is less than 13 nm. Pt is easily (100) oriented. On the other hand, when the thickness TH2 of the alignment film 12 is 22 nm or less, the average interface roughness of the interface IF1 is not too large as compared with the case where the thickness TH2 of the alignment film 12 exceeds 22 nm. The flatness of the formed conductive film 13 can be improved.

好適には、導電膜13は、複数の突出部12bを覆い、隣り合う2つの突出部12bの間には、導電膜13が埋め込まれている。導電膜13がこのような形状を有する場合に、導電膜13と配向膜12との間の界面の面積が増加し、導電膜13が配向膜12に密着する密着力が増加する。   Preferably, the conductive film 13 covers the plurality of protrusions 12b, and the conductive film 13 is embedded between two adjacent protrusions 12b. When the conductive film 13 has such a shape, the area of the interface between the conductive film 13 and the alignment film 12 increases, and the adhesion force of the conductive film 13 to the alignment film 12 increases.

なお、導電膜13に含まれる白金膜が、配向膜12に含まれる酸化ジルコニウム膜の表面上にエピタキシャル成長できればよいので、突出部12bの、基板11の上面11aに沿った第1方向に垂直な断面形状は、三角形状でなくてもよい。即ち、突出部12bの、基板11の上面11aに沿い、且つ、第1方向に垂直な方向である第2方向における幅が、膜部12a側、即ち基板11側から、膜部12a側と反対側、即ち基板11側と反対側に向かって、減少していなくてもよい。   Since the platinum film included in the conductive film 13 only needs to be able to epitaxially grow on the surface of the zirconium oxide film included in the alignment film 12, the cross section of the protrusion 12 b perpendicular to the first direction along the upper surface 11 a of the substrate 11. The shape need not be triangular. That is, the width of the protruding portion 12b in the second direction, which is along the upper surface 11a of the substrate 11 and is perpendicular to the first direction, is opposite to the film portion 12a, that is, from the substrate 11 side to the film portion 12a side. It does not have to decrease toward the side, that is, the side opposite to the substrate 11 side.

図4に示す膜構造体においては、図6に示すように、好適には、導電膜13は、引っ張り応力TS1を有し、配向膜12は、圧縮応力CS1を有するか、又は、引っ張り応力TS1よりも小さい引っ張り応力TS2を有する。   In the film structure shown in FIG. 4, as shown in FIG. 6, preferably, the conductive film 13 has a tensile stress TS1, and the alignment film 12 has a compressive stress CS1 or a tensile stress TS1. It has a smaller tensile stress TS2.

図4に示す膜構造体の製造工程において、図7に示すように、基板11上に配向膜12が形成された時点での応力について説明する。基板11上に配向膜12が形成された時点では、配向膜12は、引っ張り応力TS4を有する。   In the manufacturing process of the film structure shown in FIG. 4, the stress at the time when the alignment film 12 is formed on the substrate 11 as shown in FIG. 7 will be described. When the alignment film 12 is formed on the substrate 11, the alignment film 12 has a tensile stress TS4.

酸化ジルコニウム(ZrO)の線膨張係数αZrO2は、9×10−6−1程度であり、シリコン(Si)の線膨張係数αSiは、4×10−6−1程度であり、酸化ジルコニウムの線膨張係数αZrO2は、シリコン(Si)の線膨張係数αSiよりも大きい。このような場合において、シリコンよりなる基板11上に例えば550℃の温度で酸化ジルコニウムよりなる配向膜12を形成した後、基板11を550℃から室温(30℃)まで冷却する際に、配向膜12は基板11の上面11aに沿って収縮するが、基板11は配向膜12ほど収縮しないため、配向膜12は、基板11に拘束されて引っ張られ、完全には収縮できない。その結果、配向膜12は、引っ張り応力TS4を有し、基板11は、圧縮応力を有し、基板11は、図7に示すように、下に凸の形状に湾曲する。 The linear expansion coefficient α ZrO2 of zirconium oxide (ZrO 2 ) is about 9 × 10 −6 ° C. −1 , and the linear expansion coefficient α Si of silicon (Si) is about 4 × 10 −6 ° C. −1 , The linear expansion coefficient α ZrO2 of zirconium oxide is larger than the linear expansion coefficient α Si of silicon (Si). In such a case, after the alignment film 12 made of zirconium oxide is formed on the substrate 11 made of silicon at a temperature of, for example, 550 ° C., when the substrate 11 is cooled from 550 ° C. to room temperature (30 ° C.), Although 12 shrinks along the upper surface 11a of the substrate 11, the substrate 11 does not shrink as much as the alignment film 12, so the alignment film 12 is pulled by being restrained by the substrate 11, and cannot be completely shrunk. As a result, the alignment film 12 has a tensile stress TS4, the substrate 11 has a compressive stress, and the substrate 11 curves in a downwardly convex shape as shown in FIG.

一方、白金(Pt)の線膨張係数αPtも、9×10−6−1程度であり、白金(Pt)の線膨張係数αPtも、シリコン(Si)の線膨張係数αSiよりも大きい。このような場合において、配向膜12上に例えば550℃の温度で白金よりなる導電膜13を形成した後、基板11を550℃から室温(30℃)まで冷却する際に、導電膜13が基板11の上面11aに沿って収縮するが、基板11は導電膜13ほど収縮しないため、導電膜13は、基板11に拘束されて引っ張られ、完全には収縮できない。そのため、導電膜13は、引っ張り応力TS1を有する。また、配向膜12は、基板11からは引っ張られるが、導電膜13からは圧縮されるか、又は、ほとんど力を受けない。そのため、配向膜12は、圧縮応力CS1を有するか、又は、引っ張り応力TS1よりも小さい引っ張り応力TS2を有することになる。 On the other hand, the linear expansion coefficient α Pt of platinum (Pt) is also about 9 × 10 −6 ° C. −1 , and the linear expansion coefficient α Pt of platinum (Pt) is larger than the linear expansion coefficient α Si of silicon (Si). large. In such a case, after the conductive film 13 made of platinum is formed on the alignment film 12 at a temperature of, for example, 550 ° C., when the substrate 11 is cooled from 550 ° C. to room temperature (30 ° C.), the conductive film 13 Although it shrinks along the upper surface 11a of the substrate 11, the substrate 11 does not shrink as much as the conductive film 13, so the conductive film 13 is restrained and pulled by the substrate 11, and cannot be completely shrunk. Therefore, the conductive film 13 has a tensile stress TS1. The alignment film 12 is pulled from the substrate 11 but is compressed from the conductive film 13 or receives little force. Therefore, the alignment film 12 has a compressive stress CS1 or a tensile stress TS2 smaller than the tensile stress TS1.

なお、導電膜13の厚さが配向膜12の厚さよりも厚い場合には、配向膜12は、導電膜13からは圧縮される。そのため、図6に示すように、配向膜12の上層部12dは、圧縮応力CS2を有し、配向膜12の下層部12eは、引っ張り応力TS3を有することになる。そして、配向膜12が全体として圧縮応力CS1を有するとき、圧縮応力CS2は圧縮応力CS1よりも大きく、配向膜12が全体として引っ張り応力TS2を有するとき、引っ張り応力TS3は引っ張り応力TS2よりも大きい。   When the thickness of the conductive film 13 is larger than the thickness of the alignment film 12, the alignment film 12 is compressed from the conductive film 13. Therefore, as shown in FIG. 6, the upper layer 12d of the alignment film 12 has a compressive stress CS2, and the lower layer 12e of the alignment film 12 has a tensile stress TS3. When the alignment film 12 has a compressive stress CS1 as a whole, the compressive stress CS2 is larger than the compressive stress CS1, and when the alignment film 12 has a tensile stress TS2 as a whole, the tensile stress TS3 is larger than the tensile stress TS2.

好適には、配向膜12は、基板11の上面11a上にエピタキシャル成長し、導電膜13は、配向膜12上にエピタキシャル成長している。これにより、圧電膜15が、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物を含む場合に、圧電膜15を導電膜13上にエピタキシャル成長させることができる。   Preferably, the alignment film 12 is epitaxially grown on the upper surface 11a of the substrate 11, and the conductive film 13 is epitaxially grown on the alignment film 12. Accordingly, when the piezoelectric film 15 includes a composite oxide having a perovskite structure, the piezoelectric film 15 can be epitaxially grown on the conductive film 13.

ここで、基板11の主面としての上面11a内で互いに直交する2つの方向を、X軸方向及びY軸方向とし、上面11aに垂直な方向をZ軸方向としたとき、ある膜がエピタキシャル成長しているとは、その膜が、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のいずれの方向にも配向していることを意味する。なお、好適な上面11a内の配向方向については、後述する図10を用いて説明する。また、前述した第1方向は、Y軸方向に相当し、前述した第2方向は、X軸方向に相当する。   Here, when two directions orthogonal to each other in the upper surface 11a as the main surface of the substrate 11 are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction, and a direction perpendicular to the upper surface 11a is defined as a Z-axis direction, a certain film epitaxially grows. Means that the film is oriented in any of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. A preferred orientation direction in the upper surface 11a will be described with reference to FIG. Further, the above-described first direction corresponds to the Y-axis direction, and the above-described second direction corresponds to the X-axis direction.

膜14は、下記一般式(化2)で表され、且つ、擬立方晶表示で(100)配向した複合酸化物を含む。
Sr(Ti1−zRu)O・・・(化2)
ここで、zは、0≦z≦1を満たす。なお、以下では、zがz=0を満たすときのSr(Ti1−zRu)O即ちSrTiOを、STOと称し、zが0<z<1を満たすときのSr(Ti1−zRu)Oを、STROと称し、zがz=1を満たすときのSr(Ti1−zRu)O即ちSrRuOを、SROと称する場合がある。
The film 14 includes a composite oxide represented by the following general formula (Formula 2) and oriented in (100) orientation in pseudo cubic expression.
Sr (Ti 1-z Ru z ) O 3 ··· ( of 2)
Here, z satisfies 0 ≦ z ≦ 1. In the following, Sr when z satisfies z = 0 (Ti 1-z Ru z) a O 3 i.e. SrTiO 3, referred to as STO, z is 0 <Sr when satisfying z <1 (Ti 1- the z Ru z) O 3, referred to as STRO, the Sr (Ti 1-z Ru z ) O 3 i.e. SrRuO 3 when z satisfies z = 1, may be referred to as SRO.

SROは、金属導電性を有し、STOは半導性又は絶縁性を有する。そのため、zが1に近づくほど、膜14の導電性が向上するため、膜14を、導電膜13を含む下部電極の一部として用いることができる。   SRO has metal conductivity, and STO has semiconducting or insulating properties. Therefore, the conductivity of the film 14 is improved as z approaches 1, so that the film 14 can be used as a part of the lower electrode including the conductive film 13.

ここで、膜14が、スパッタリング法により形成される場合、zは、0≦z≦0.4を満たすことが好ましく、0.05≦z≦0.2を満たすことがより好ましい。zが0.4を超える場合、上記一般式(化2)で表される複合酸化物が粉になり、十分に固まらないおそれがあり、スパッタリングターゲットを製造することが困難になるからである。   Here, when the film 14 is formed by a sputtering method, z preferably satisfies 0 ≦ z ≦ 0.4, and more preferably satisfies 0.05 ≦ z ≦ 0.2. If z exceeds 0.4, the composite oxide represented by the general formula (Formula 2) may become powder and may not be sufficiently hardened, which makes it difficult to manufacture a sputtering target.

一方、膜14が、例えばゾルゲル法などの塗布法により形成される場合は、z>0.4であっても容易に形成することができる。   On the other hand, when the film 14 is formed by a coating method such as a sol-gel method, it can be easily formed even if z> 0.4.

上記一般式(化2)で表示され、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物が擬立方晶表示で(100)配向しているとは、以下のような場合を意味する。   The complex oxide having a perovskite structure represented by the general formula (Formula 2) and being (100) -oriented in a pseudo-cubic representation means the following cases.

まず、3次元に配列された単位格子を含み、一般式ABOで表示されるペロブスカイト型構造の結晶格子において、単位格子が1個の原子A、1個の原子B及び3個の酸素原子を含む場合を考える。 First, in a crystal lattice having a perovskite structure represented by the general formula ABO 3 including a unit cell arranged three-dimensionally, the unit cell is composed of one atom A, one atom B, and three oxygen atoms. Consider the case.

このような場合、擬立方晶表示で(100)配向しているとは、当該単位格子が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向している場合を意味する。このとき、当該単位格子の1辺の長さを、格子定数aとする。 In such a case, being (100) oriented in pseudo cubic means that the unit cell has a cubic crystal structure and is (100) oriented. In this case, the length of one side of the unit lattice, and the lattice constant a c.

一方、上記一般式(化2)で表示され、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物が、斜方晶の結晶構造を有する場合を考える。そして、斜方晶の3つの格子定数のうち1番目の格子定数aが擬立方晶の格子定数aの21/2倍に略等しく、斜方晶の3つの格子定数のうち2番目の格子定数bが擬立方晶の格子定数aの2倍に略等しく、斜方晶の3つの格子定数のうち3番目の格子定数cが擬立方晶の格子定数aの21/2倍に略等しい場合を考える。なお、本願明細書では、数値V1と数値V2とが略等しい、とは、数値V1と数値V2との平均に対する、数値V1と数値V2との差の比が、5%程度以下であることを意味する。 On the other hand, consider the case where the composite oxide represented by the general formula (Formula 2) and having a perovskite structure has an orthorhombic crystal structure. The second of the substantially equal and the three lattice constants of orthorhombic first lattice constant a o to 2 1/2 times the lattice constant a c of the pseudo cubic of the three lattice constant of orthorhombic lattice constant b o is approximately equal to twice the lattice constant a c of the pseudo cubic of 2 1 of the third lattice constant c o is the lattice constant a c of the pseudo cubic of the three lattice constant of orthorhombic Consider the case of approximately equal to / 2 times. In the specification of the present application, the expression that the numerical value V1 and the numerical value V2 are substantially equal means that the ratio of the difference between the numerical value V1 and the numerical value V2 to the average of the numerical value V1 and the numerical value V2 is about 5% or less. means.

このとき、擬立方晶表示で(100)配向しているとは、斜方晶表示で(101)配向又は(020)配向していることを意味する。   At this time, being (100) oriented in pseudo cubic display means being (101) or (020) oriented in orthorhombic display.

膜14が、上記一般式(化2)で表され、0≦z≦1を満たすことにより、擬立方晶の格子定数aが0.390nm≦a≦0.393nmを満たすため、後述する図10を用いて説明するように、膜14を、導電膜13上に、擬立方晶表示で(100)配向させることができる。 Film 14 is represented by the above general formula (Formula 2), by satisfying 0 ≦ z ≦ 1, the lattice constant a c of the pseudo-cubic is to meet the 0.390nm ≦ a c ≦ 0.393nm, later As described with reference to FIG. 10, the film 14 can be (100) -oriented on the conductive film 13 in pseudo-cubic display.

圧電膜15は、導電膜13上に膜14を介して形成され、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向した複合酸化物としてのチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、即ちPZT膜を含む。或いは、圧電膜15に含まれるPZTが、正方晶の結晶構造を有する部分と、菱面体晶の結晶構造を有する部分と、を含む場合には、圧電膜15は、導電膜13上に膜14を介して形成され、且つ、疑立方晶表示で(100)配向した複合酸化物としてのチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を含んでもよい。   The piezoelectric film 15 is formed on the conductive film 13 with the film 14 interposed therebetween, has a tetragonal crystal structure, and is a lead oxide zirconate titanate (PZT) (PZT) as a (001) -oriented composite oxide. Including membrane. Alternatively, when the PZT included in the piezoelectric film 15 includes a portion having a tetragonal crystal structure and a portion having a rhombohedral crystal structure, the piezoelectric film 15 , And may include lead zirconate titanate (PZT) as a composite oxide oriented in (100) orientation in pseudo cubic notation.

圧電膜15がPZTを含むとは、圧電膜15が下記一般式(化3)で表される複合酸化物を含むことを意味する。
Pb(Zr1−uTi)O・・・(化3)
uは、0<u<1を満たす。
That the piezoelectric film 15 contains PZT means that the piezoelectric film 15 contains a composite oxide represented by the following general formula (Formula 3).
Pb (Zr 1-u Ti u ) O 3 (Formula 3)
u satisfies 0 <u <1.

また、圧電膜15が、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したPZTを含む場合、本実施の形態では、CuKα線を用いたθ−2θ法による圧電膜15のX線回折パターンにおいて、チタン酸ジルコン酸鉛の正方晶表示における(004)面の回折ピークの回折角度を2θ004としたとき、2θ004は、下記式(数1)を満たす。
2θ004≦96.5°・・・(数1)
In the case where the piezoelectric film 15 has a tetragonal crystal structure and includes (001) -oriented PZT, in the present embodiment, the X-ray of the piezoelectric film 15 is determined by the θ-2θ method using CuKα radiation. In the diffraction pattern, assuming that the diffraction angle of the diffraction peak of the (004) plane in the tetragonal expression of lead zirconate titanate is 2θ 004 , 2θ 004 satisfies the following equation (Equation 1).
004 ≦ 96.5 ° (Equation 1)

これにより、チタン酸ジルコン酸鉛の正方晶表示における(004)面の間隔が長くなる。或いは、圧電膜15中における、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向(c軸配向)したチタン酸ジルコン酸鉛の含有率を、圧電膜15中における、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向(a軸配向)したチタン酸ジルコン酸鉛の含有率に比べて大きくすることができる。従って、圧電膜15に含まれる複数の結晶粒の各々における分極方向を揃えることができるので、圧電膜15の圧電特性を向上させることができる。   Thereby, the interval of the (004) plane in the tetragonal display of lead zirconate titanate becomes long. Alternatively, the content of the (001) -oriented (c-axis oriented) lead zirconate titanate having a tetragonal crystal structure in the piezoelectric film 15 may be adjusted to the tetragonal crystal structure in the piezoelectric film 15. And the content of lead zirconate titanate having a (100) orientation (a-axis orientation) can be increased. Therefore, the polarization direction of each of the plurality of crystal grains included in the piezoelectric film 15 can be made uniform, so that the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 15 can be improved.

一方、圧電膜15が、擬立方晶表示で(100)配向したPZTを含む場合には、以下のように考えることができる。   On the other hand, when the piezoelectric film 15 includes PZT oriented in (100) orientation in pseudo cubic expression, it can be considered as follows.

圧電膜15に含まれるPZTが、正方晶の結晶構造を有し、正方晶の2つの格子定数がa及びcであり、a及びcがc>aを満たし、単位格子が、互いに直交する3つの辺の長さがa、a及びcである直方体である場合を考える。そして、正方晶の格子定数aが擬立方晶の格子定数aに略等しく、正方晶の格子定数cが擬立方晶の格子定数aに略等しい場合を考える。このような場合、PZTが疑立方晶表示で(100)配向するとは、PZTが正方晶表示で(100)配向(a軸配向)するか、又は、(001)配向(c軸配向)することを意味する。 PZT contained in the piezoelectric film 15 has a tetragonal crystal structure, the two lattice constants of tetragonal is a t and c t, a t and c t satisfies c t> a t, the unit cell but consider a case where the length of the three sides which are perpendicular to each other is a rectangular parallelepiped is a t, a t and c t. The lattice constant a t tetragonal substantially equal to the lattice constant a c of the pseudo-cubic lattice constant c t tetragonal Consider the case substantially equal to the lattice constant a c of the pseudo-cubic. In such a case, PZT being (100) oriented in pseudo cubic notation means that PZT is (100) oriented (a-axis oriented) or (001) oriented (c-axis oriented) in tetragonal notation. Means

一方、圧電膜15に含まれるPZTが、菱面体晶の結晶構造を有し、菱面体晶の格子定数がaである場合を考える。そして、菱面体晶の格子定数aが擬立方晶の格子定数aに略等しい場合を考える。このような場合、PZTが疑立方晶表示で(100)配向するとは、PZTが菱面体晶表示で(100)配向することを意味する。 On the other hand, let us consider a case where PZT included in the piezoelectric film 15 has a rhombohedral crystal structure and the lattice constant of the rhombohedral is ar. Then, the lattice constants a r rhombohedral Consider the case substantially equal to the lattice constant a c of the pseudo-cubic. In such a case, that PZT is (100) -oriented in pseudo cubic expression means that PZT is (100) -oriented in rhombohedral expression.

このような場合、本実施の形態では、CuKα線を用いたθ−2θ法による圧電膜15のX線回折パターンにおいて、チタン酸ジルコン酸鉛の擬立方晶表示における(400)面の回折ピークの回折角度を2θ400としたとき、2θ400は、上記式(数1)において、2θ004に代えて2θ400と置き換えた式(2θ400≦96.5°)を満たすことになる。そして、これにより、チタン酸ジルコン酸鉛の擬立方晶表示における(400)面の間隔が長くなる。そのため、圧電膜15中における、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛の含有率を、圧電膜15中における、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向したチタン酸ジルコン酸鉛の含有率に比べて大きくすることができる。従って、圧電膜15に含まれる複数の結晶粒の各々における分極方向を揃えることができるので、圧電膜15の圧電特性を向上させることができる。 In such a case, in the present embodiment, in the X-ray diffraction pattern of the piezoelectric film 15 by the θ-2θ method using CuKα radiation, the diffraction peak of the (400) plane in the pseudo cubic display of lead zirconate titanate is shown. when the diffraction angle was 2 [Theta] 400, 2 [Theta] 400, in the above-mentioned formula (formula 1) will satisfy the equation (2 [Theta] 400 ≦ 96.5 °) was replaced with 2 [Theta] 400 instead of the 2 [Theta] 004. As a result, the interval between the (400) planes in the pseudo cubic display of lead zirconate titanate becomes longer. Therefore, in the piezoelectric film 15, the content of the (001) -oriented lead zirconate titanate having a tetragonal crystal structure is adjusted to the tetragonal crystal structure in the piezoelectric film 15, and , (100) -oriented lead zirconate titanate. Therefore, the polarization direction of each of the plurality of crystal grains included in the piezoelectric film 15 can be made uniform, so that the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 15 can be improved.

また、本実施の形態では、圧電膜15の比誘電率をεとしたとき、εは、下記式(数2)を満たす。
ε≦450・・・(数2)
Further, in the present embodiment, when the relative dielectric constant of the piezoelectric film 15 and epsilon r, epsilon r satisfies the following formula (Formula 2).
ε r ≤450 (Equation 2)

これにより、膜構造体10を、例えば圧電効果を用いた圧力センサとして用いる場合に、検出感度を向上させることができ、当該圧力センサの検出回路を容易に設計することができる。或いは、膜構造体10を、例えば逆圧電効果を用いた超音波振動子として用いる場合に、発振回路を容易に設計することができる。   Thus, when the film structure 10 is used as, for example, a pressure sensor using the piezoelectric effect, the detection sensitivity can be improved, and the detection circuit of the pressure sensor can be easily designed. Alternatively, when the film structure 10 is used as, for example, an ultrasonic vibrator using an inverse piezoelectric effect, an oscillation circuit can be easily designed.

チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜を有する膜構造体において、例えば膜密度が小さいか、又は、チタン酸ジルコン酸鉛の含有量が少ない等の理由により、圧電膜の結晶性等の品質が良好でない場合には、圧電膜の圧電特性は低下する。一方、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜を有する膜構造体において、例えば膜密度が大きいか、又は、チタン酸ジルコン酸鉛の含有量が多い等の理由により、圧電膜の結晶性等の品質が良好な場合には、圧電膜の圧電特性は向上するものの、圧電膜の比誘電率が小さくならないことがある。   In a film structure having a piezoelectric film containing lead zirconate titanate, for example, due to a low film density or a low content of lead zirconate titanate, the quality such as crystallinity of the piezoelectric film is good. If not, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film deteriorate. On the other hand, in a film structure having a piezoelectric film containing lead zirconate titanate, for example, due to a high film density or a high content of lead zirconate titanate, the quality of the piezoelectric film such as crystallinity is high. Is good, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film are improved, but the relative permittivity of the piezoelectric film may not be reduced.

このように、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜を有する膜構造体においては、圧電膜の圧電特性を向上させたときに、圧電膜の比誘電率が小さくならない場合がある。そして、圧電膜の比誘電率が小さくならないと、例えば当該圧電膜を圧力センサとして用いる場合に、例えば圧力センサの容量が大きくなる等の理由により、圧力センサの検出感度が低下し、当該圧力センサの検出回路の設計が困難になるおそれがある。   As described above, in a film structure having a piezoelectric film containing lead zirconate titanate, the relative dielectric constant of the piezoelectric film may not be reduced when the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film are improved. If the relative permittivity of the piezoelectric film does not decrease, for example, when the piezoelectric film is used as a pressure sensor, the detection sensitivity of the pressure sensor decreases due to, for example, an increase in the capacity of the pressure sensor. May be difficult to design the detection circuit.

本実施の形態の膜構造体10では、2θ004が上記式(数1)を満たし、且つ、εが上記式(数2)を満たす。2θ004が上記式(数1)を満たすことにより、圧電膜15中における、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛の含有率が大きくなるので、圧電特性を向上させることができる。また、εが上記式(数2)を満たすことにより、比誘電率が小さくなるので、圧力センサの検出感度を大きくすることができる。従って、本実施の形態の膜構造体10によれば、圧電特性を向上させることができ、且つ、圧電効果を用いたセンサの検出感度を向上させることができる。即ち、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜を有する膜構造体において、圧電膜の圧電特性を向上させ、且つ、当該圧電膜を用いた圧力センサの検出感度を向上させることができる。 In the film structure 10 of the present embodiment, 2θ 004 satisfies the above equation (Equation 1), and ε r satisfies the above equation (Equation 2). When 2θ 004 satisfies the above formula (Equation 1), the content of the (001) -oriented lead zirconate titanate having a tetragonal crystal structure in the piezoelectric film 15 is increased. Characteristics can be improved. In addition, when ε r satisfies the above expression (Equation 2), the relative dielectric constant decreases, so that the detection sensitivity of the pressure sensor can be increased. Therefore, according to the film structure 10 of the present embodiment, the piezoelectric characteristics can be improved, and the detection sensitivity of the sensor using the piezoelectric effect can be improved. That is, in a film structure having a piezoelectric film containing lead zirconate titanate, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film can be improved, and the detection sensitivity of a pressure sensor using the piezoelectric film can be improved.

上記非特許文献2に記載されているように、PbTiOでは、単結晶状になって、配向性等を含めた結晶性が向上すると、比誘電率が低くなる。従って、PZTでも、PbTiOと同様に、薄膜の配向性を含めた結晶性が向上することにより、比誘電率が低くなると考えられる。即ち、膜構造体10の比誘電率εが450以下に低くなることは、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜である圧電膜15が単結晶状になることを示している。 As described in Non-Patent Document 2, PbTiO 3 becomes a single crystal, and when the crystallinity including the orientation is improved, the relative dielectric constant decreases. Therefore, it is considered that the relative dielectric constant of PZT is also reduced by improving the crystallinity including the orientation of the thin film, similarly to PbTiO 3 . That is, the relative dielectric constant ε r of the film structure 10 being lowered to 450 or less indicates that the piezoelectric film 15 which is a piezoelectric film containing lead zirconate titanate has a single crystal shape.

好適には、膜構造体10が導電膜18を有する場合、導電膜13と導電膜18との間に1kHzの周波数を有する交流電圧を印加して測定される圧電膜15の比誘電率をεとしたとき、圧電膜15のεは、上記式(数2)を満たす。このような周波数を有する交流電圧での比誘電率が小さくなることにより、例えば検出回路のクロック周波数を高めることができ、膜構造体10を用いた圧力センサの応答速度を向上させることができる。 Preferably, when the film structure 10 has the conductive film 18, the relative dielectric constant of the piezoelectric film 15 measured by applying an AC voltage having a frequency of 1 kHz between the conductive film 13 and the conductive film 18 is ε. when the r, epsilon r of the piezoelectric layer 15 satisfy the above expression (expression 2). By reducing the relative dielectric constant at an AC voltage having such a frequency, for example, the clock frequency of the detection circuit can be increased, and the response speed of the pressure sensor using the membrane structure 10 can be improved.

膜構造体10が導電膜18を有する場合、導電膜13、圧電膜15及び導電膜18により強誘電体キャパシタCP1が形成される。そして、圧電膜15のεは、導電膜13と導電膜18との間に1kHzの周波数を有する交流電圧を印加したときの強誘電体キャパシタCP1の静電容量に基づいて算出される。 When the film structure 10 has the conductive film 18, the conductive film 13, the piezoelectric film 15, and the conductive film 18 form the ferroelectric capacitor CP1. Then, ε r of the piezoelectric film 15 is calculated based on the capacitance of the ferroelectric capacitor CP1 when an AC voltage having a frequency of 1 kHz is applied between the conductive film 13 and the conductive film 18.

好適には、圧電膜15の残留分極値をPとしたとき、Pは、下記式(数3)を満たす。
≧28μC/cm・・・(数3)
Preferably, when the residual polarization value of the piezoelectric film 15 was set to P r, P r satisfies the following formula (Equation 3).
P r ≧ 28μC / cm 2 ··· ( number 3)

残留分極値は、強誘電体でもある圧電体の強誘電特性の指標となる値であるが、一般的には、強誘電特性に優れた圧電膜は、圧電特性にも優れる。従って、圧電膜15のPが上記式(数3)を満たすことにより、圧電膜15の強誘電特性を向上させることができるので、圧電膜15の圧電特性も向上させることができる。 The remanent polarization value is a value that serves as an index of the ferroelectric properties of a piezoelectric substance that is also a ferroelectric substance. In general, a piezoelectric film having excellent ferroelectric properties also has excellent piezoelectric properties. Therefore, by P r of the piezoelectric film 15 satisfies the above expression (Expression 3), it is possible to improve the ferroelectric characteristic of the piezoelectric film 15, it is possible to improve the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 15.

なお、Pは、P≧40μC/cmを満たすことが好ましく、P≧50μC/cmを満たすことがより好ましく、P≧55μC/cmを満たすことが更により好ましい。Pが大きくなるほど、圧電膜15の強誘電特性を更に向上させることができるので、圧電膜15の圧電特性も更に向上させることができる。 Incidentally, P r preferably satisfies P r40μC / cm 2, it is more preferable to satisfy P r50μC / cm 2, it is more preferred to satisfy the P r55μC / cm 2. As the value of Pr increases, the ferroelectric characteristics of the piezoelectric film 15 can be further improved. Therefore, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 15 can be further improved.

膜構造体10が導電膜18を有する場合、導電膜13と導電膜18との間に印加される電圧を変化させたときの圧電膜15の分極の変化を示す分極電圧ヒステリシス曲線(後述する図9参照)を測定する際に、導電膜13と導電膜18との間に印加される電圧を0から正側に増加させて再び0まで戻したときの分極値が、圧電膜15の残留分極値Pである。また、導電膜13と導電膜18との間に印加する電圧を0から負側に減少させて再び0まで戻したときの分極値が、圧電膜15の残留分極値−Pである。 When the film structure 10 has the conductive film 18, a polarization voltage hysteresis curve indicating a change in polarization of the piezoelectric film 15 when a voltage applied between the conductive film 13 and the conductive film 18 is changed (see FIG. 9), the polarization value when the voltage applied between the conductive film 13 and the conductive film 18 is increased from 0 to the positive side and returned to 0 again is the remanent polarization of the piezoelectric film 15. Value Pr . Further, the polarization value when returning the voltage applied between the conductive film 13 and the conductive film 18 from 0 to 0 again reduced to the negative side, the residual polarization value -P r of the piezoelectric film 15.

即ち、圧電膜15に印加される電界を変化させたときの圧電膜15の分極の変化を示す分極電界ヒステリシス曲線を測定する際に、圧電膜15に印加する電圧を0から正側に増加させて再び0まで戻したときの分極が、圧電膜15の残留分極値Pである。また、圧電膜15に印加される電界を0から負側に減少させて再び0まで戻したときの分極が、圧電膜15の残留分極値−Pである。 That is, when measuring the polarization electric field hysteresis curve indicating the change in the polarization of the piezoelectric film 15 when the electric field applied to the piezoelectric film 15 is changed, the voltage applied to the piezoelectric film 15 is increased from 0 to the positive side. polarization when returned to 0 again Te is a remanent polarization P r of the piezoelectric film 15. Further, the polarization when returned to 0 again reduces the electric field applied to the piezoelectric layer 15 from 0 to a negative side, the residual polarization value -P r of the piezoelectric film 15.

図2に示すように、膜構造体10が導電膜18を有する場合、導電膜13、圧電膜15及び導電膜18により強誘電体キャパシタCP1が形成される。このような場合、圧電膜15のPは、強誘電体キャパシタCP1の残留分極値である。 As shown in FIG. 2, when the film structure 10 includes the conductive film 18, the conductive film 13, the piezoelectric film 15, and the conductive film 18 form a ferroelectric capacitor CP1. In this case, P r of the piezoelectric film 15, the residual polarization value of the ferroelectric capacitor CP1.

好適には、圧電膜15は、圧電膜16と、圧電膜17と、を含む。圧電膜16は、膜14上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛よりなる複合酸化物を含む。圧電膜17は、圧電膜16上に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛よりなる複合酸化物を含む。圧電膜16は、圧縮応力を有し、圧電膜17は、引っ張り応力を有する。   Preferably, the piezoelectric film 15 includes a piezoelectric film 16 and a piezoelectric film 17. The piezoelectric film 16 includes a composite oxide made of lead zirconate titanate formed on the film 14. The piezoelectric film 17 includes a composite oxide made of lead zirconate titanate formed on the piezoelectric film 16. The piezoelectric film 16 has a compressive stress, and the piezoelectric film 17 has a tensile stress.

圧電膜16が引っ張り応力を有し、圧電膜17が引っ張り応力を有する場合を考える。このような場合、膜構造体10は、基板11の上面11aを主面としたときに、下に凸の形状を有するように、反りやすい。そのため、例えば膜構造体10をフォトリソグラフィ技術を用いて加工する場合の形状精度が低下し、膜構造体10を加工して形成される圧電素子の特性が低下する。   Consider a case where the piezoelectric film 16 has a tensile stress and the piezoelectric film 17 has a tensile stress. In such a case, the film structure 10 easily warps so as to have a downwardly convex shape when the upper surface 11a of the substrate 11 is used as a main surface. Therefore, for example, when the film structure 10 is processed by using the photolithography technology, the shape accuracy is reduced, and the characteristics of the piezoelectric element formed by processing the film structure 10 are reduced.

また、圧電膜16が圧縮応力を有し、圧電膜17が圧縮応力を有する場合を考える。このような場合、膜構造体10は、基板11の上面11aを主面としたときに、上に凸の形状を有するように、反りやすい。そのため、例えば膜構造体10をフォトリソグラフィ技術を用いて加工する場合の形状精度が低下し、膜構造体10を加工して形成される圧電素子の特性が低下する。   It is also assumed that the piezoelectric film 16 has a compressive stress and the piezoelectric film 17 has a compressive stress. In such a case, the film structure 10 is likely to be warped so as to have an upwardly convex shape when the upper surface 11a of the substrate 11 is used as a main surface. Therefore, for example, when the film structure 10 is processed by using the photolithography technology, the shape accuracy is reduced, and the characteristics of the piezoelectric element formed by processing the film structure 10 are reduced.

一方、本実施の形態では、圧電膜16は、圧縮応力を有し、圧電膜17は、引っ張り応力を有する。これにより、圧電膜16及び圧電膜17のいずれも引っ張り応力を有する場合に比べて、膜構造体10が反る反り量を低減することができ、圧電膜16及び圧電膜17のいずれも圧縮応力を有する場合に比べて、膜構造体10が反る反り量を低減することができる。そのため、例えば膜構造体10をフォトリソグラフィ技術を用いて加工する場合の形状精度を向上させることができ、膜構造体10を加工して形成される圧電素子の特性を向上させることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the piezoelectric film 16 has a compressive stress, and the piezoelectric film 17 has a tensile stress. Accordingly, the warpage of the film structure 10 can be reduced as compared with the case where both the piezoelectric films 16 and 17 have a tensile stress, and both the piezoelectric films 16 and 17 have a compressive stress. , The amount of warpage of the film structure 10 can be reduced. Therefore, for example, when the film structure 10 is processed using the photolithography technique, the shape accuracy can be improved, and the characteristics of the piezoelectric element formed by processing the film structure 10 can be improved.

なお、圧電膜16が圧縮応力を有し、圧電膜17が引っ張り応力を有することは、例えば膜構造体10から圧電膜17及び圧電膜16を順次除去する際に、圧電膜17の除去の前後で基板11が下に凸側から上に凸側に変形し、圧電膜16の除去の前後で基板11が上に凸側から下に凸側に変形することにより、確認することができる。   The fact that the piezoelectric film 16 has a compressive stress and the piezoelectric film 17 has a tensile stress means that, for example, when the piezoelectric film 17 and the piezoelectric film 16 are sequentially removed from the film structure 10, before and after the piezoelectric film 17 is removed. Thus, it can be confirmed that the substrate 11 is deformed from the downward convex side to the upward convex side, and the substrate 11 is deformed from the upward convex side to the downward convex side before and after the removal of the piezoelectric film 16.

好適には、圧電膜16は、下記一般式(化4)で表され、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)よりなる複合酸化物を含む。
Pb(Zr1−xTi)O・・・(化4)
ここで、xは、0.32≦x≦0.52を満たす。なお、上記一般式(化4)は、上記一般式(化1)と同一の複合酸化物を表す。
Preferably, the piezoelectric film 16 includes a composite oxide represented by the following general formula (Formula 4) and made of lead zirconate titanate (PZT).
Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 (Formula 4)
Here, x satisfies 0.32 ≦ x ≦ 0.52. The general formula (Formula 4) represents the same composite oxide as that of the general formula (Formula 1).

このうち、xが0.32≦x≦0.48を満たす場合、圧電膜16に含まれるPZTは、本来菱面体晶の結晶構造を有する組成ではあるものの、主として基板11からの拘束力等により、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向しやすくなる。そして、PZTを含む圧電膜16は、膜14上にエピタキシャル成長する。なお、xが0.48<x≦0.52を満たす場合、圧電膜16に含まれるPZTは、本来正方晶の結晶構造を有する組成であるため、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向する。そして、PZTを含む圧電膜16は、膜14上にエピタキシャル成長する。これにより、圧電膜16に含まれるチタン酸ジルコン酸鉛の分極軸を、上面11aに略垂直に配向させることができるので、圧電膜16の圧電特性を向上させることができる。   When x satisfies 0.32 ≦ x ≦ 0.48, PZT contained in the piezoelectric film 16 has a rhombohedral crystal structure, but mainly due to the binding force from the substrate 11 or the like. It has a tetragonal crystal structure and is easy to be oriented (001). Then, the piezoelectric film 16 containing PZT is epitaxially grown on the film 14. When x satisfies 0.48 <x ≦ 0.52, PZT contained in the piezoelectric film 16 has a tetragonal crystal structure because PZT originally has a tetragonal crystal structure, and (001) orientation. Then, the piezoelectric film 16 containing PZT is epitaxially grown on the film 14. Thereby, the polarization axis of the lead zirconate titanate contained in the piezoelectric film 16 can be oriented substantially perpendicular to the upper surface 11a, so that the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 16 can be improved.

また、好適には、圧電膜17は、下記一般式(化5)で表され、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)よりなる複合酸化物を含む。
Pb(Zr1−yTi)O・・・(化5)
ここで、yは、0.32≦y≦0.52を満たす。
Further, preferably, the piezoelectric film 17 is represented by the following general formula (Formula 5) and includes a composite oxide made of lead zirconate titanate (PZT).
Pb (Zr 1-y Ti y ) O 3 (Formula 5)
Here, y satisfies 0.32 ≦ y ≦ 0.52.

このうち、yが0.32≦y≦0.48を満たす場合、圧電膜17に含まれるPZTは、本来菱面体晶の結晶構造を有する組成ではあるものの、主として基板11からの拘束力等により、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向しやすくなる。そして、PZTを含む圧電膜17は、圧電膜16上にエピタキシャル成長する。なお、yが0.48<y≦0.52を満たす場合、圧電膜17に含まれるPZTは、本来正方晶の結晶構造を有する組成であるため、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向する。そして、PZTを含む圧電膜17は、圧電膜16上にエピタキシャル成長する。これにより、圧電膜17に含まれるチタン酸ジルコン酸鉛の分極軸を、上面11aに略垂直に配向させることができるので、圧電膜17の圧電特性を向上させることができる。   When y satisfies 0.32 ≦ y ≦ 0.48, PZT contained in the piezoelectric film 17 has a composition having a rhombohedral crystal structure, but mainly due to a binding force from the substrate 11 or the like. It has a tetragonal crystal structure and is easy to be oriented (001). Then, the piezoelectric film 17 containing PZT is epitaxially grown on the piezoelectric film 16. When y satisfies 0.48 <y ≦ 0.52, PZT contained in the piezoelectric film 17 has a tetragonal crystal structure because the PZT originally has a tetragonal crystal structure. (001) orientation. Then, the piezoelectric film 17 containing PZT is epitaxially grown on the piezoelectric film 16. Thereby, the polarization axis of the lead zirconate titanate contained in the piezoelectric film 17 can be oriented substantially perpendicular to the upper surface 11a, so that the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 17 can be improved.

後述する図15を用いて説明するように、圧縮応力を有する圧電膜16を、例えばスパッタリング法により形成することができる。また、膜構造体の製造工程を説明する際に、図1を用いて説明するように、引っ張り応力を有する圧電膜17を、例えばゾルゲル法などの塗布法により形成することができる。   As described below with reference to FIG. 15, the piezoelectric film 16 having a compressive stress can be formed by, for example, a sputtering method. Further, when describing the manufacturing process of the film structure, as described with reference to FIG. 1, the piezoelectric film 17 having a tensile stress can be formed by a coating method such as a sol-gel method.

図8は、実施の形態の膜構造体に含まれる2つの圧電膜の断面構造を模式的に示す図である。図8は、図1に示す実施の形態の膜構造体10に含まれる基板11を劈開することによって形成された断面、即ち破断面を、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)により観察した観察像のうち、圧電膜16及び圧電膜17を、模式的に示している。   FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional structure of two piezoelectric films included in the film structure of the embodiment. FIG. 8 shows a section formed by cleaving the substrate 11 included in the film structure 10 of the embodiment shown in FIG. 1, that is, a fracture section, observed by a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope: SEM). In the observation image, the piezoelectric films 16 and 17 are schematically illustrated.

図9は、実施の形態の膜構造体に含まれる圧電膜の分極の電界依存性を模式的に示すグラフである。図9は、図2に示す実施の形態の膜構造体10に含まれる下部電極(導電膜13)と上部電極(導電膜18)との間の電界を変化させたときの圧電膜15の分極の変化を示す分極電界ヒステリシス曲線を模式的に示すグラフである。   FIG. 9 is a graph schematically showing the electric field dependence of the polarization of the piezoelectric film included in the film structure of the embodiment. FIG. 9 shows the polarization of the piezoelectric film 15 when the electric field between the lower electrode (conductive film 13) and the upper electrode (conductive film 18) included in the film structure 10 of the embodiment shown in FIG. 2 is changed. 5 is a graph schematically showing a polarization electric field hysteresis curve showing a change in the electric field.

図8に示すように、圧電膜16をスパッタリング法により形成した場合、圧電膜16は、圧電膜16の下面から上面までそれぞれ一体的に形成された複数の結晶粒16gを含む。また、基板11の主面(図1の上面11a)内で互いに隣り合う2つの結晶粒16gの間には、空孔又は空隙が残りにくい。そのため、SEMで観察するための断面を、集束イオンビーム(Focused Ion Beam:FIB)法により加工して圧電膜16に形成する場合には、当該断面が単一の断面に見えやすくなり、結晶粒16gが観察されにくくなる。   As shown in FIG. 8, when the piezoelectric film 16 is formed by a sputtering method, the piezoelectric film 16 includes a plurality of crystal grains 16g integrally formed from the lower surface to the upper surface of the piezoelectric film 16. Further, holes or voids are unlikely to remain between two adjacent crystal grains 16g in the main surface of the substrate 11 (the upper surface 11a in FIG. 1). Therefore, when a cross section to be observed by the SEM is formed on the piezoelectric film 16 by processing by a focused ion beam (FIB) method, the cross section is easily seen as a single cross section, and the crystal grains are easily observed. It becomes difficult to observe 16 g.

一方、圧電膜17を塗布法により形成した場合、圧電膜17は、圧電膜17の厚さ方向に互いに積層された層としての膜17fを複数含む。複数の層の各々としての膜17fは、1層の膜17fの下面から上面までそれぞれ一体的に形成された複数の結晶粒17gを含む。また、圧電膜17の厚さ方向で互いに隣り合う2つの膜17fの間には、空孔又は空隙が残ることがある。   On the other hand, when the piezoelectric film 17 is formed by a coating method, the piezoelectric film 17 includes a plurality of films 17f as layers stacked on each other in the thickness direction of the piezoelectric film 17. The film 17f as each of the plurality of layers includes a plurality of crystal grains 17g integrally formed from the lower surface to the upper surface of the one-layer film 17f. In addition, holes or voids may remain between two adjacent films 17f in the thickness direction of the piezoelectric film 17.

図8に示すように、好適には、複数の結晶粒の各々は、自発分極を有する。この自発分極は、圧電膜16の厚さ方向に平行な分極成分P1を含み、複数の結晶粒の各々が有する自発分極に含まれる分極成分P1は、互いに同じ方向を向いている。   As shown in FIG. 8, preferably, each of the plurality of crystal grains has spontaneous polarization. The spontaneous polarization includes a polarization component P1 parallel to the thickness direction of the piezoelectric film 16, and the polarization components P1 included in the spontaneous polarization of each of the plurality of crystal grains are oriented in the same direction.

このような場合、図9に示すように、初期状態において、圧電膜15は、大きな自発分極を有する。そのため、電界が0の起点SPから電界を正側に増加させて再び0まで戻した後、電界を負側に減少させて再び0の終点EPまで戻した場合の、圧電膜15の分極の電界依存性を示すヒステリシス曲線は、原点から離れた点を起点SPとした曲線を示す。したがって、本実施の形態の膜構造体10を圧電素子として使用する場合、使用前に、圧電膜15に分極処理を施す必要がない。   In such a case, as shown in FIG. 9, the piezoelectric film 15 has a large spontaneous polarization in an initial state. Therefore, the electric field of the polarization of the piezoelectric film 15 when the electric field increases from the starting point SP of 0 to the positive side and returns to 0 again, and then decreases to the negative side and returns to the end point EP of 0 again. The hysteresis curve showing the dependency is a curve having a point away from the origin as a starting point SP. Therefore, when the film structure 10 of the present embodiment is used as a piezoelectric element, it is not necessary to perform a polarization process on the piezoelectric film 15 before use.

なお、図9に示すヒステリシス曲線が電界軸と交差するとき、即ち分極が0になるときの電界値を、抗電界値Eと称する。また、ヒステリシス曲線のグラフにおいて、分極の電界依存性に代えて分極の電圧依存性で表示するときは、ヒステリシス曲線が電圧軸と交差するとき、即ち分極が0になるときの電圧値を、抗電圧値Vと称する。 Incidentally, when the hysteresis curve shown in FIG. 9 intersects the field axis, i.e. the electric field value at which the polarization becomes 0, referred to as the coercive field value E c. In the graph of the hysteresis curve, when the polarization is expressed by the voltage dependence of the polarization instead of the electric field dependence, the voltage value when the hysteresis curve intersects the voltage axis, that is, when the polarization becomes 0, is determined by the resistance. referred to as the voltage value V c.

図10は、実施の形態の膜構造体に含まれる各層の膜がエピタキシャル成長した状態を説明する図である。なお、図10では、基板11、配向膜12、導電膜13、膜14及び圧電膜15の各層を、模式的に示している。   FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the films of the respective layers included in the film structure of the embodiment have been epitaxially grown. Note that FIG. 10 schematically illustrates each layer of the substrate 11, the alignment film 12, the conductive film 13, the film 14, and the piezoelectric film 15.

基板11に含まれるSiの格子定数、配向膜12に含まれるZrOの格子定数、導電膜13に含まれるPtの格子定数、膜14に含まれるSROの格子定数、及び、圧電膜15に含まれるPZTの格子定数を、表1に示す。 The lattice constant of Si contained in the substrate 11, the lattice constant of ZrO 2 contained in the alignment film 12, the lattice constant of Pt contained in the conductive film 13, the lattice constant of SRO contained in the film 14, and the lattice constant of the piezoelectric film 15 Table 1 shows the lattice constants of PZT.

表1に示すように、Siの格子定数は、0.543nmであり、ZrOの格子定数は、0.511nmであり、Siの格子定数に対するZrOの格子定数の不整合は6.1%と小さいため、Siの格子定数に対するZrOの格子定数の整合性がよい。そのため、図10に示すように、ZrOを含む配向膜12を、シリコン単結晶を含む基板11の(100)面よりなる主面としての上面11a上にエピタキシャル成長させることができる。従って、ZrOを含む配向膜12を、シリコン単結晶を含む基板11の(100)面上に、立方晶の結晶構造で(100)配向させることができ、配向膜12の結晶性を向上させることができる。 As shown in Table 1, the lattice constant of Si is 0.543 nm, the lattice constant of ZrO 2 is 0.511 nm, and the mismatch between the lattice constant of ZrO 2 and the lattice constant of Si is 6.1%. Therefore, the lattice constant of ZrO 2 matches well with the lattice constant of Si. Therefore, as shown in FIG. 10, the orientation film 12 containing ZrO 2 can be epitaxially grown on the upper surface 11a as the main surface composed of the (100) plane of the substrate 11 containing silicon single crystal. Therefore, the orientation film 12 containing ZrO 2 can be (100) oriented in a cubic crystal structure on the (100) plane of the substrate 11 containing silicon single crystal, and the crystallinity of the orientation film 12 is improved. be able to.

配向膜12が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム膜12fを含むものとする。このような場合、酸化ジルコニウム膜12fは、酸化ジルコニウム膜12fの、シリコン基板よりなる基板11の主面としての上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向する。   It is assumed that the alignment film 12 has a cubic crystal structure and includes a (100) -oriented zirconium oxide film 12f. In such a case, the <100> direction of the zirconium oxide film 12f along the upper surface 11a as the main surface of the substrate 11 made of the silicon substrate is <100 along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. > Orient so as to be parallel to the direction.

なお、酸化ジルコニウム膜12fの、基板11の上面11aに沿った<100>方向が、シリコン基板よりなる基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行であるとは、酸化ジルコニウム膜12fの<100>方向が基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と完全に平行な場合のみならず、酸化ジルコニウム膜12fの<100>方向と基板11自身の上面11aに沿った<100>方向とのなす角度が20°以下であるような場合を含む。また、酸化ジルコニウム膜12fのみならず、他の層の膜の面内の配向についても同様である。   Note that the <100> direction of the zirconium oxide film 12f along the upper surface 11a of the substrate 11 is parallel to the <100> direction along the upper surface 11a of the silicon substrate 11 itself. <100> direction of the zirconium oxide film 12f and the <100> direction of the <100> direction along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. > Includes the case where the angle with the direction is 20 ° or less. The same applies to the in-plane orientation of the film of other layers as well as the zirconium oxide film 12f.

一方、表1に示すように、ZrOの格子定数は、0.511nmであり、Ptの格子定数は、0.392nmであるものの、Ptが平面内で45°回転すると、対角線の長さは、0.554nmとなり、ZrOの格子定数に対する当該対角線の長さの不整合は8.1%と小さいため、Ptを含む導電膜13を、ZrOを含む配向膜12の(100)面上にエピタキシャル成長させることができるとも考えられる。例えば上記特許文献2及び上記非特許文献1には、Pt膜ではないものの、Ptの格子定数と同程度の格子定数(0.381nm)を有するLSCOよりなるLSCO膜の面内における<100>方向が、シリコン基板の主面内における<110>方向と平行になるように、配向していることが報告されている。 On the other hand, as shown in Table 1, although the lattice constant of ZrO 2 is 0.511 nm and the lattice constant of Pt is 0.392 nm, when Pt is rotated by 45 ° in the plane, the length of the diagonal is , 0.554 nm, and the mismatch of the length of the diagonal line with the lattice constant of ZrO 2 is as small as 8.1%. Therefore, the conductive film 13 containing Pt is placed on the (100) plane of the orientation film 12 containing ZrO 2. It is also considered that epitaxial growth can be performed. For example, Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 disclose a <100> direction in a plane of an LSCO film made of LSCO, which is not a Pt film but has a lattice constant (0.381 nm) substantially equal to the lattice constant of Pt. Are reported to be oriented so as to be parallel to the <110> direction in the main surface of the silicon substrate.

しかし、本発明者らは、ZrOの格子定数に対するPtの格子定数の不整合は26%と大きいものの、Ptを含む導電膜13を、Ptが平面内で45°回転せずに、シリコン基板上にエピタキシャル成長させることができることを初めて見出した。即ち、導電膜13が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜13aを含むものとする。このような場合、白金膜13aは、白金膜13aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向する。このようにして、Ptを含む導電膜13を、ZrOを含む配向膜12の(100)面上に、立方晶の結晶構造で(100)配向させることができ、導電膜13の結晶性を向上させることができることが明らかになった。 However, although the present inventors have found that the mismatch between the lattice constant of Pt and the lattice constant of ZrO 2 is as large as 26%, the Pt-containing conductive film 13 is not rotated by 45 ° in a plane, and the silicon substrate is not rotated. It has been found for the first time that epitaxial growth can be performed thereon. That is, the conductive film 13 includes a platinum film 13a having a cubic crystal structure and (100) orientation. In such a case, in the platinum film 13a, the <100> direction of the platinum film 13a along the upper surface 11a of the substrate 11 made of a silicon substrate is parallel to the <100> direction along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. Orientation. In this manner, the conductive film 13 containing Pt can be (100) oriented in a cubic crystal structure on the (100) plane of the alignment film 12 containing ZrO 2, and the crystallinity of the conductive film 13 can be improved. It became clear that it could be improved.

なお、ZrOを形成する際の条件、又は、Ptを形成する際の条件を調整することにより、Ptを含む導電膜13を、Ptが平面内で45°回転した状態で、即ち、基板11の主面内において、Ptの<100>方向がSiの<110>方向に沿った状態で、ZrOを含む配向膜12の(100)面上にエピタキシャル成長させることもできる。 By adjusting the conditions for forming ZrO 2 or the conditions for forming Pt, the conductive film 13 containing Pt is rotated in a plane by 45 °, that is, the substrate 11 is rotated. Can be epitaxially grown on the (100) plane of the orientation film 12 containing ZrO 2 in a state where the <100> direction of Pt is along the <110> direction of Si in the main surface of (1).

また、表1に示すように、Ptの格子定数は、0.392nmであり、SROの格子定数は、0.390〜0.393nmであり、Ptの格子定数に対するPZTの格子定数の不整合は0.5%以下と小さいため、Ptの格子定数に対するSROの格子定数の整合性がよい。そのため、図10に示すように、SROを含む膜14を、Ptを含む導電膜13の(100)面上にエピタキシャル成長させることができる。従って、SROを含む膜14を、Ptを含む導電膜13の(100)面上に、擬立方晶表示で(100)配向させることができ、膜14の結晶性を向上させることができる。   Also, as shown in Table 1, the lattice constant of Pt is 0.392 nm, the lattice constant of SRO is 0.390 to 0.393 nm, and the mismatch between the lattice constant of PZT and the lattice constant of Pt is Since it is as small as 0.5% or less, the matching between the lattice constant of SRO and the lattice constant of Pt is good. Therefore, as shown in FIG. 10, the film 14 containing SRO can be epitaxially grown on the (100) plane of the conductive film 13 containing Pt. Therefore, the film 14 containing SRO can be oriented (100) in pseudo cubic crystal display on the (100) plane of the conductive film 13 containing Pt, and the crystallinity of the film 14 can be improved.

膜14が、擬立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向したSRO膜14aを含むものとする。このような場合、SRO膜14aは、SRO膜14aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向する。   It is assumed that the film 14 has a pseudo-cubic crystal structure and includes a (100) -oriented SRO film 14a. In such a case, in the SRO film 14a, the <100> direction of the SRO film 14a along the upper surface 11a of the silicon substrate 11 is parallel to the <100> direction of the SRO film 14a along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. Orientation.

また、表1に示すように、SROの格子定数は、0.390〜0.393nmであり、PZTの格子定数は、0.411nmであり、SROの格子定数に対するPZTの格子定数の不整合は4.5〜5.2%と小さいため、SROの格子定数に対するPZTの格子定数の整合性がよい。そのため、図10に示すように、PZTを含む圧電膜15を、SROを含む膜14の(100)面上にエピタキシャル成長させることができる。従って、PZTを含む圧電膜15を、SROを含む膜14の(100)面上に、正方晶表示で(001)配向又は擬立方晶表示で(100)配向させることができ、圧電膜15の結晶性を向上させることができる。   Further, as shown in Table 1, the lattice constant of SRO is 0.390 to 0.393 nm, the lattice constant of PZT is 0.411 nm, and the mismatch between the lattice constant of PZT and the lattice constant of SRO is Since it is as small as 4.5 to 5.2%, the matching between the lattice constant of PZT and the lattice constant of SRO is good. Therefore, as shown in FIG. 10, the piezoelectric film 15 containing PZT can be epitaxially grown on the (100) plane of the film 14 containing SRO. Accordingly, the piezoelectric film 15 containing PZT can be oriented on the (100) plane of the film 14 containing SRO in the (001) orientation in tetragonal system or the (100) orientation in pseudo-cubic system. Crystallinity can be improved.

圧電膜15が、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜15aを含むものとする。このような場合、チタン酸ジルコン酸鉛膜15aは、チタン酸ジルコン酸鉛膜15aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向する。   The piezoelectric film 15 has a tetragonal crystal structure and includes a (001) -oriented lead zirconate titanate film 15a. In such a case, in the lead zirconate titanate film 15a, the <100> direction of the lead zirconate titanate film 15a along the upper surface 11a of the substrate 11 made of a silicon substrate is along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. Orient so as to be parallel to the <100> direction.

このように、本発明者らは、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜15を、チタン酸ジルコン酸鉛が平面内で45°回転せずに、シリコン基板上にエピタキシャル成長させることができることを初めて見出した。これは、例えば上記特許文献2及び上記非特許文献1に記載されていた面内配向の関係と全く異なる関係である。   Thus, the present inventors have found for the first time that the piezoelectric film 15 containing lead zirconate titanate can be epitaxially grown on a silicon substrate without rotating the lead zirconate titanate by 45 ° in a plane. Was. This is a completely different relationship from the in-plane orientation described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, for example.

なお、膜14と圧電膜15との間に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜が形成されていてもよい。当該膜は、下記一般式(化6)で表され、且つ、擬立方晶表示で(100)配向した複合酸化物を含んでもよい。
Pb(Zr1−vTi)O・・・(化6)
ここで、vは、0≦v≦0.1を満たす。
Note that a film containing lead zirconate titanate may be formed between the film 14 and the piezoelectric film 15. The film may include a composite oxide represented by the following general formula (Formula 6) and oriented in (100) orientation in pseudo cubic crystal.
Pb (Zr 1-v Ti v ) O 3 ··· ( of 6)
Here, v satisfies 0 ≦ v ≦ 0.1.

これにより、PZTを含む圧電膜15を、SROを含む膜14の(100)面上に、更に容易に正方晶表示で(001)配向又は擬立方晶表示で(100)配向させることができ、圧電膜15の結晶性を更に容易に向上させることができる。   Thereby, the piezoelectric film 15 containing PZT can be more easily oriented on the (100) plane of the film 14 containing SRO in (001) orientation in tetragonal display or (100) orientation in pseudo cubic display, The crystallinity of the piezoelectric film 15 can be more easily improved.

図11は、PZTの単位格子を模式的に示す図である。図11は、圧電膜15に含まれるPZTの単位格子に含まれる元素のうち、鉛(Pb)、及び、ジルコニウム(Zr)又はチタン(Ti)を示している。   FIG. 11 is a diagram schematically showing a unit cell of PZT. FIG. 11 shows lead (Pb), zirconium (Zr), or titanium (Ti) among the elements contained in the unit cell of PZT contained in the piezoelectric film 15.

図11に示すように、圧電膜15に含まれるPZTが正方晶表示で(001)配向、即ちc軸配向しているとき、好適には、正方晶PZTのa軸方向の格子定数aに対する正方晶PZTのc軸方向の格子定数cの格子定数比が、1.010〜1.016である。   As shown in FIG. 11, when the PZT included in the piezoelectric film 15 has a (001) orientation in a tetragonal system, that is, a c-axis orientation, the tetragonal PZT preferably has a square with respect to the lattice constant a in the a-axis direction. The lattice constant ratio of lattice constant c in the c-axis direction of crystalline PZT is 1.010 to 1.016.

通常の正方晶PZTのa軸方向の格子定数aに対する正方晶PZTのc軸方向の格子定数cの格子定数比(c/a比)は、1.010未満である。一方、本実施の形態の膜構造体が有する圧電膜15における正方晶PZTのc/a比は、1.010以上である。また、正方晶PZTにおける圧電特性は、正方晶PZTのc/a比に依存する。そのため、本実施の形態の膜構造体が有する圧電膜15によれば、通常のPZTよりも優れた圧電特性を有する圧電膜を実現することができる。なお、圧電膜15のうち、圧電膜16において、正方晶PZTのa軸方向の格子定数aに対する正方晶PZTのc軸方向の格子定数cの格子定数比が、1.010〜1.016であってもよい。   The lattice constant ratio (c / a ratio) of the lattice constant c in the c-axis direction of tetragonal PZT to the lattice constant a in the a-axis direction of ordinary tetragonal PZT is less than 1.010. On the other hand, the c / a ratio of tetragonal PZT in the piezoelectric film 15 included in the film structure of the present embodiment is 1.010 or more. The piezoelectric properties of tetragonal PZT depend on the c / a ratio of tetragonal PZT. Therefore, according to the piezoelectric film 15 included in the film structure of the present embodiment, it is possible to realize a piezoelectric film having piezoelectric characteristics superior to ordinary PZT. In the piezoelectric film 16 of the piezoelectric film 15, the ratio of the lattice constant c in the c-axis direction of tetragonal PZT to the lattice constant a in the a-axis direction of tetragonal PZT is 1.010 to 1.016. There may be.

<膜構造体の製造方法>
次に、本実施の形態の膜構造体の製造方法を説明する。図12乃至図15は、実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
<Method of manufacturing membrane structure>
Next, a method for manufacturing the film structure of the present embodiment will be described. 12 to 15 are cross-sectional views of the film structure of the embodiment during a manufacturing process.

まず、図12に示すように、基板11を用意する(ステップS1)。ステップS1では、例えばシリコン(Si)単結晶よりなるシリコン基板である基板11を用意する。シリコン単結晶よりなる基板11は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)面よりなる主面としての上面11aを有する。基板11がシリコン基板である場合、基板11の上面11a上には、SiO膜などの酸化膜が形成されていてもよい。 First, as shown in FIG. 12, the substrate 11 is prepared (Step S1). In step S1, a substrate 11 which is a silicon substrate made of, for example, silicon (Si) single crystal is prepared. Substrate 11 made of silicon single crystal has a cubic crystal structure, and has upper surface 11a as a main surface made of a (100) plane. When the substrate 11 is a silicon substrate, an oxide film such as a SiO 2 film may be formed on the upper surface 11a of the substrate 11.

なお、基板11として、シリコン基板以外の各種の基板を用いることができ、例えばSOI(Silicon on Insulator)基板、シリコン以外の各種の半導体単結晶よりなる基板、サファイアなど各種の酸化物単結晶よりなる基板、又は、表面にポリシリコン膜が形成されたガラス基板よりなる基板等を用いることができる。   In addition, various substrates other than a silicon substrate can be used as the substrate 11, for example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate, a substrate made of various semiconductor single crystals other than silicon, and various oxide single crystals such as sapphire. A substrate, a substrate formed of a glass substrate having a surface on which a polysilicon film is formed, or the like can be used.

図12に示すように、シリコン単結晶よりなる基板11の(100)面よりなる上面11a内で互いに直交する2つの方向を、X軸方向及びY軸方向とし、上面11aに垂直な方向をZ軸方向とする。   As shown in FIG. 12, two directions orthogonal to each other in an upper surface 11a formed of a (100) plane of a substrate 11 made of silicon single crystal are defined as an X axis direction and a Y axis direction, and a direction perpendicular to the upper surface 11a is defined as Z direction. Axial direction.

次に、図13に示すように、基板11上に、配向膜12を形成する(ステップS2)。以下では、ステップS2において、電子ビーム蒸着法を用いて配向膜12を形成する場合を例示して説明するが、例えばスパッタリング法など各種の方法を用いて形成することができる。   Next, as shown in FIG. 13, an alignment film 12 is formed on the substrate 11 (Step S2). In the following, in the step S2, the case where the alignment film 12 is formed using an electron beam evaporation method will be described as an example. However, the alignment film 12 can be formed using various methods such as a sputtering method.

ステップS2では、まず、基板11を一定の真空雰囲気中に配置した状態で、基板11を例えば700℃に加熱する。   In step S2, first, the substrate 11 is heated to, for example, 700 ° C. in a state where the substrate 11 is placed in a constant vacuum atmosphere.

ステップS2では、次に、ジルコニウム(Zr)単結晶の蒸着材料を用いた電子ビーム蒸着法によりZrを蒸発させる。このとき、蒸発したZrが例えば700℃に加熱された基板11上で酸素と反応することにより、酸化ジルコニウム(ZrO)膜となって成膜される。そして、単層膜としてのZrO膜よりなる配向膜12が形成される。 In step S2, next, Zr is evaporated by an electron beam evaporation method using a zirconium (Zr) single crystal evaporation material. At this time, the evaporated Zr reacts with oxygen on the substrate 11 heated to, for example, 700 ° C. to form a zirconium oxide (ZrO 2 ) film. Then, an alignment film 12 made of a ZrO 2 film as a single-layer film is formed.

配向膜12は、シリコン単結晶よりなる基板11の(100)面よりなる主面としての上面11a上に、エピタキシャル成長する。配向膜12は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム(ZrO)を含む。即ち、シリコン単結晶よりなる基板11の、(100)面よりなる上面11a上に、(100)配向した酸化ジルコニウム(ZrO)を含む単層膜よりなる配向膜12が、形成される。 The alignment film 12 is epitaxially grown on the upper surface 11a as a main surface composed of the (100) plane of the substrate 11 made of silicon single crystal. The alignment film 12 has a cubic crystal structure, and contains (100) -oriented zirconium oxide (ZrO 2 ). That is, an alignment film 12 made of a single-layer film containing (100) -oriented zirconium oxide (ZrO 2 ) is formed on an upper surface 11a made of a (100) plane of a substrate 11 made of a silicon single crystal.

前述した図12を用いて説明したように、シリコン単結晶よりなる基板11の(100)面よりなる上面11a内で互いに直交する2つの方向を、X軸方向及びY軸方向とし、上面11aに垂直な方向をZ軸方向とする。このとき、ある膜がエピタキシャル成長するとは、その膜が、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のいずれの方向にも配向することを意味する。   As described with reference to FIG. 12 described above, two directions orthogonal to each other in the upper surface 11a made of the (100) plane of the substrate 11 made of silicon single crystal are defined as the X-axis direction and the Y-axis direction. A perpendicular direction is defined as a Z-axis direction. At this time, that a certain film is epitaxially grown means that the film is oriented in any of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.

配向膜12が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム膜12f(図10参照)を含むものとする。このような場合、酸化ジルコニウム膜12fは、酸化ジルコニウム膜12fの、シリコン基板よりなる基板11の主面としての上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向する。   It is assumed that the alignment film 12 has a cubic crystal structure and includes a (100) -oriented zirconium oxide film 12f (see FIG. 10). In such a case, the <100> direction of the zirconium oxide film 12f along the upper surface 11a as the main surface of the substrate 11 made of the silicon substrate is <100 along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. > Orient so as to be parallel to the direction.

図13に示すように、好適には、配向膜12は、基板11の上面11a上に形成された膜部12aと、膜部12aの上面からそれぞれ突出した複数の突出部12bと、を含む。また、膜部12aは、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム(酸化ジルコニウム膜)を含む。そして、複数の突出部12bの各々は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム(酸化ジルコニウム膜)を含む。   As shown in FIG. 13, preferably, the alignment film 12 includes a film portion 12a formed on the upper surface 11a of the substrate 11, and a plurality of protrusions 12b each protruding from the upper surface of the film portion 12a. The film portion 12a has a cubic crystal structure and includes (100) -oriented zirconium oxide (zirconium oxide film). Each of the plurality of projections 12b has a cubic crystal structure and includes (100) -oriented zirconium oxide (zirconium oxide film).

これにより、配向膜12と、後述するステップS3で形成される導電膜13(図4参照)との間の界面IF1(図4参照)の界面粗さ(ラフネス)が大きくなり、配向膜12と導電膜13との間の界面IF1の平均界面粗さが、基板11と配向膜12との間の界面IF2(図4参照)の平均界面粗さよりも大きくなる。そのため、例えば配向膜12の表面が配向膜12に含まれる酸化ジルコニウム膜の(100)面以外の面になり、その酸化ジルコニウム膜の(100)面以外の面上に、導電膜13に含まれる白金膜の(100)面以外の面がエピタキシャル成長すること等により、白金膜が酸化ジルコニウム膜の表面上にエピタキシャル成長しやすくなる。そして、白金膜を含む導電膜13がエピタキシャル成長しやすくなることにより、膜14及び圧電膜15がエピタキシャル成長しやすくなるので、圧電膜15の圧電特性を向上させることができる。   Thereby, the interface roughness (roughness) of the interface IF1 (see FIG. 4) between the alignment film 12 and the conductive film 13 (see FIG. 4) formed in step S3 described below increases. The average interface roughness of the interface IF1 with the conductive film 13 is larger than the average interface roughness of the interface IF2 between the substrate 11 and the alignment film 12 (see FIG. 4). Therefore, for example, the surface of the alignment film 12 becomes a surface other than the (100) plane of the zirconium oxide film included in the alignment film 12, and the surface of the zirconium oxide film other than the (100) plane is included in the conductive film 13. The epitaxial growth of the surface of the platinum film other than the (100) plane facilitates the epitaxial growth of the platinum film on the surface of the zirconium oxide film. Since the conductive film 13 including the platinum film is easily grown epitaxially, the film 14 and the piezoelectric film 15 are easily grown epitaxially, so that the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 15 can be improved.

或いは、配向膜12と導電膜13との間の界面IF1の平均界面粗さが、基板11と配向膜12との間の界面IF2の平均界面粗さよりも大きければよいので、配向膜12は、明確に複数の突出部12bを有していなくてもよく、例えば表面に平面視において互いに離隔して形成された複数の段差(ステップ)を有するステップテラス構造を有していてもよい。   Alternatively, the average interface roughness of the interface IF1 between the alignment film 12 and the conductive film 13 may be larger than the average interface roughness of the interface IF2 between the substrate 11 and the alignment film 12, so that the alignment film 12 It is not necessary to clearly have the plurality of protrusions 12b, and for example, it may have a step terrace structure having a plurality of steps (steps) formed on the surface so as to be separated from each other in plan view.

好適には、突出部12bの、基板11の上面11aに沿った第1方向に垂直な断面形状は、三角形状であり、突出部12bの、基板11の上面11aに沿い、且つ、第1方向に垂直な方向である第2方向における幅が、膜部12a側、即ち基板11側から、膜部12a側と反対側、即ち基板11側と反対側に向かって、減少している。突出部12bがこのような三角形状を有する場合に、導電膜13に含まれる白金膜が、配向膜12に含まれる酸化ジルコニウム膜の表面上に更にエピタキシャル成長しやすくなる。   Preferably, the cross-sectional shape of the protrusion 12b perpendicular to the first direction along the upper surface 11a of the substrate 11 is triangular, and the protrusion 12b is along the upper surface 11a of the substrate 11 and in the first direction. The width in the second direction, which is a direction perpendicular to the direction of FIG. When the protrusion 12b has such a triangular shape, the platinum film included in the conductive film 13 is more easily epitaxially grown on the surface of the zirconium oxide film included in the alignment film 12.

好適には、膜部12aの厚さTH1(図5参照)は、11〜18nmであり、複数の突出部12bの各々が膜部12aの上面12c(図5参照)から突出した突出高さHT1(図5参照)は、4〜8nmである。即ち、好適には、配向膜12の厚さTH2(図5参照)は、13〜22nmである。   Preferably, the thickness TH1 of the film portion 12a (see FIG. 5) is 11 to 18 nm, and each of the plurality of protrusions 12b projects from the upper surface 12c of the film portion 12a (see FIG. 5). (See FIG. 5) is 4-8 nm. That is, preferably, the thickness TH2 (see FIG. 5) of the alignment film 12 is 13 to 22 nm.

突出部12bの突出高さHT1が4nm以上の場合、突出部12bの突出高さHT1が4nm未満の場合に比べ、界面IF1の平均界面粗さを界面IF2の平均界面粗さよりも確実に大きくすることができるので、(100)配向した酸化ジルコニウムを含む配向膜12上に形成された導電膜13に含まれる白金が(100)配向しやすくなる。一方、突出部12bの突出高さHT1が8nm以下の場合、突出部12bの突出高さHT1が8nmを超える場合に比べ、界面IF1の平均界面粗さが大きくなりすぎないので、(100)配向した酸化ジルコニウムを含む配向膜12上に形成された導電膜13の平坦性を向上させることができる。   When the protrusion height HT1 of the protrusion 12b is 4 nm or more, the average interface roughness of the interface IF1 is surely larger than that of the interface IF2 as compared with the case where the protrusion height HT1 of the protrusion 12b is less than 4 nm. Therefore, platinum contained in the conductive film 13 formed on the alignment film 12 containing (100) -oriented zirconium oxide is easily oriented to (100). On the other hand, when the protrusion height HT1 of the protrusion 12b is equal to or less than 8 nm, the average interface roughness of the interface IF1 is not too large as compared with the case where the protrusion height HT1 of the protrusion 12b exceeds 8 nm. The flatness of the conductive film 13 formed on the oriented film 12 containing zirconium oxide can be improved.

また、膜部12aの厚さTH1が11nm以上の場合、膜部12aの厚さTH1が11nm未満の場合に比べ、配向膜12の厚さTH2がある程度厚くなるので、基板11の上面11a上全体に亘って配向膜12が均一に形成され、導電膜13と基板11とが直接接触することを防止することができる。また、膜部12aの厚さTH1が11nm以上の場合、膜部12aの厚さTH1が11nm未満の場合に比べ、配向膜12の厚さTH2がある程度厚くなるので、突出部12bの突出高さHT1を4nm以上にしやすくなり、導電膜13に含まれる白金が(100)配向しやすくなる。一方、膜部12aの厚さTH1が18nm以下の場合、膜部12aの厚さTH1が18nmを超える場合に比べ、界面IF1の平均界面粗さが大きくなりすぎないので、配向膜12上に形成された導電膜13の平坦性を向上させることができる。   Further, when the thickness TH1 of the film portion 12a is 11 nm or more, the thickness TH2 of the alignment film 12 becomes somewhat thicker than when the thickness TH1 of the film portion 12a is less than 11 nm. , The alignment film 12 is formed uniformly, and the direct contact between the conductive film 13 and the substrate 11 can be prevented. Further, when the thickness TH1 of the film portion 12a is 11 nm or more, the thickness TH2 of the alignment film 12 becomes somewhat thicker than in the case where the thickness TH1 of the film portion 12a is less than 11 nm. HT1 is easily set to 4 nm or more, and the platinum contained in the conductive film 13 is easily oriented to (100). On the other hand, when the thickness TH1 of the film portion 12a is equal to or less than 18 nm, the average interface roughness of the interface IF1 is not too large as compared with the case where the thickness TH1 of the film portion 12a exceeds 18 nm. The flatness of the formed conductive film 13 can be improved.

即ち、配向膜12の厚さTH2が13nm以上の場合、配向膜12の厚さTH2が13nm未満の場合に比べ、基板11の上面11a上全体に亘って配向膜12が均一に形成され、導電膜13と基板11とが直接接触することを防止することができる。また、配向膜12の厚さTH2が13nm以上の場合、配向膜12の厚さTH2が13nm未満の場合に比べ、突出部12bの突出高さHT1を4nm以上にしやすくなり、導電膜13に含まれる白金が(100)配向しやすくなる。一方、配向膜12の厚さTH2が22nm以下の場合、配向膜12の厚さTH2が22nmを超える場合に比べ、界面IF1の平均界面粗さが大きくなりすぎないので、配向膜12上に形成された導電膜13の平坦性を向上させることができる。   That is, when the thickness TH2 of the alignment film 12 is 13 nm or more, the alignment film 12 is formed uniformly over the entire upper surface 11a of the substrate 11 as compared with the case where the thickness TH2 of the alignment film 12 is less than 13 nm. The direct contact between the film 13 and the substrate 11 can be prevented. In addition, when the thickness TH2 of the alignment film 12 is 13 nm or more, the protrusion height HT1 of the protrusion 12b is more easily set to 4 nm or more than when the thickness TH2 of the alignment film 12 is less than 13 nm. Pt is easily (100) oriented. On the other hand, when the thickness TH2 of the alignment film 12 is 22 nm or less, the average interface roughness of the interface IF1 is not too large as compared with the case where the thickness TH2 of the alignment film 12 exceeds 22 nm. The flatness of the formed conductive film 13 can be improved.

次に、図4に示すように、導電膜13を形成する(ステップS3)。   Next, as shown in FIG. 4, the conductive film 13 is formed (Step S3).

このステップS3では、まず、配向膜12上にエピタキシャル成長した、下部電極の一部としての導電膜13を形成する。導電膜13は、金属よりなる。金属よりなる導電膜13として、例えば白金(Pt)を含む導電膜が用いられる。   In this step S3, first, a conductive film 13 as a part of a lower electrode, which is epitaxially grown on the alignment film 12, is formed. The conductive film 13 is made of a metal. As the conductive film 13 made of metal, for example, a conductive film containing platinum (Pt) is used.

導電膜13として、Ptを含む導電膜を形成する場合、配向膜12上に、450〜600℃の温度で、スパッタリング法により、エピタキシャル成長した導電膜13を、下部電極の一部として形成する。Ptを含む導電膜13は、配向膜12上にエピタキシャル成長する。また、導電膜13に含まれるPtは、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向する。   When a conductive film containing Pt is formed as the conductive film 13, the conductive film 13 epitaxially grown is formed as a part of the lower electrode on the alignment film 12 by a sputtering method at a temperature of 450 to 600 ° C. The conductive film 13 containing Pt grows epitaxially on the alignment film 12. Further, Pt contained in the conductive film 13 has a cubic crystal structure and is (100) oriented.

導電膜13が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜13a(図10参照)を含むものとする。このような場合、白金膜13aは、白金膜13aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向する。   It is assumed that the conductive film 13 has a cubic crystal structure and includes a (100) -oriented platinum film 13a (see FIG. 10). In such a case, in the platinum film 13a, the <100> direction of the platinum film 13a along the upper surface 11a of the substrate 11 made of a silicon substrate is parallel to the <100> direction along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. Orientation.

なお、金属よりなる導電膜13として、白金(Pt)を含む導電膜に代えて、例えばイリジウム(Ir)を含む導電膜を用いることもできる。   Note that, as the conductive film 13 made of metal, for example, a conductive film containing iridium (Ir) can be used instead of the conductive film containing platinum (Pt).

好適には、ステップS3では、複数の突出部12bを覆う導電膜13を形成し、隣り合う2つの突出部12bの間には、導電膜13が埋め込まれる。導電膜13がこのような形状を有する場合に、導電膜13と配向膜12との間の界面の面積が増加し、導電膜13が配向膜12に密着する密着力が増加する。   Preferably, in step S3, a conductive film 13 covering the plurality of protrusions 12b is formed, and the conductive film 13 is buried between two adjacent protrusions 12b. When the conductive film 13 has such a shape, the area of the interface between the conductive film 13 and the alignment film 12 increases, and the adhesion force of the conductive film 13 to the alignment film 12 increases.

図4に示す膜構造体においては、図6に示すように、好適には、導電膜13は、引っ張り応力TS1を有し、配向膜12は、圧縮応力CS1を有するか、又は、引っ張り応力TS1よりも小さい引っ張り応力TS2を有する。   In the film structure shown in FIG. 4, as shown in FIG. 6, preferably, the conductive film 13 has a tensile stress TS1, and the alignment film 12 has a compressive stress CS1 or a tensile stress TS1. It has a smaller tensile stress TS2.

まず、図13に示したように、基板11上に配向膜12が形成された時点では、配向膜12は、前述した図7を用いて説明したように、引っ張り応力TS4を有する。   First, as shown in FIG. 13, when the alignment film 12 is formed on the substrate 11, the alignment film 12 has the tensile stress TS4 as described with reference to FIG.

酸化ジルコニウム(ZrO)の線膨張係数αZrO2は、9×10−6−1程度であり、シリコン(Si)の線膨張係数αSiは、4×10−6−1程度であり、酸化ジルコニウムの線膨張係数αZrO2は、シリコン(Si)の線膨張係数αSiよりも大きい。このような場合において、シリコンよりなる基板11上に例えば550℃の温度で酸化ジルコニウムよりなる配向膜12を形成した後、基板11を550℃から室温(30℃)まで冷却する際に、配向膜12は基板11の上面11aに沿って収縮するが、基板11は配向膜12ほど収縮しないため、配向膜12は、基板11に拘束されて引っ張られ、完全には収縮できない。その結果、配向膜12は、引っ張り応力TS4を有し、基板11は、圧縮応力を有し、基板11は、図7に示したように、下に凸の形状に湾曲する。 The linear expansion coefficient α ZrO2 of zirconium oxide (ZrO 2 ) is about 9 × 10 −6 ° C. −1 , and the linear expansion coefficient α Si of silicon (Si) is about 4 × 10 −6 ° C. −1 , The linear expansion coefficient α ZrO2 of zirconium oxide is larger than the linear expansion coefficient α Si of silicon (Si). In such a case, after the alignment film 12 made of zirconium oxide is formed on the substrate 11 made of silicon at a temperature of, for example, 550 ° C., when the substrate 11 is cooled from 550 ° C. to room temperature (30 ° C.), Although 12 shrinks along the upper surface 11a of the substrate 11, the substrate 11 does not shrink as much as the alignment film 12, so the alignment film 12 is pulled by being restrained by the substrate 11, and cannot be completely shrunk. As a result, the alignment film 12 has a tensile stress TS4, the substrate 11 has a compressive stress, and the substrate 11 curves in a downwardly convex shape as shown in FIG.

一方、白金(Pt)の線膨張係数αPtも、9×10−6−1程度であり、白金(Pt)の線膨張係数αPtも、シリコン(Si)の線膨張係数αSiよりも大きい。このような場合において、配向膜12上に例えば550℃の温度で白金よりなる導電膜13を形成した後、基板11を550℃から室温(30℃)まで冷却する際に、導電膜13が基板11の上面11aに沿って収縮するが、基板11は導電膜13ほど収縮しないため、導電膜13は、基板11に拘束されて引っ張られ、完全には収縮できない。そのため、導電膜13は、引っ張り応力TS1を有する。また、配向膜12は、基板11からは引っ張られるが、導電膜13からは圧縮されるか、又は、ほとんど力を受けない。そのため、配向膜12は、圧縮応力CS1を有するか、又は、引っ張り応力TS1よりも小さい引っ張り応力TS2を有することになる。 On the other hand, the linear expansion coefficient alpha Pt platinum (Pt), a 9 × 10 -6 ° C. of about -1, linear expansion coefficient alpha Pt platinum (Pt), than the linear expansion coefficient alpha Si of silicon (Si) large. In such a case, after the conductive film 13 made of platinum is formed on the alignment film 12 at a temperature of, for example, 550 ° C., when the substrate 11 is cooled from 550 ° C. to room temperature (30 ° C.), the conductive film 13 Although it shrinks along the upper surface 11a of the substrate 11, the substrate 11 does not shrink as much as the conductive film 13, so the conductive film 13 is restrained and pulled by the substrate 11, and cannot be completely shrunk. Therefore, the conductive film 13 has a tensile stress TS1. The alignment film 12 is pulled from the substrate 11 but is compressed from the conductive film 13 or receives little force. Therefore, the alignment film 12 has a compressive stress CS1 or a tensile stress TS2 smaller than the tensile stress TS1.

なお、導電膜13の厚さが配向膜12の厚さよりも厚い場合には、配向膜12は、導電膜13からは圧縮される。そのため、図6に示したように、配向膜12の上層部12dは、圧縮応力CS2を有し、配向膜12の下層部12eは、引っ張り応力TS3を有することになる。そして、配向膜12が全体として圧縮応力CS1を有するとき、圧縮応力CS2は圧縮応力CS1よりも大きく、配向膜12が全体として引っ張り応力TS2を有するとき、引っ張り応力TS3は引っ張り応力TS2よりも大きい。   When the thickness of the conductive film 13 is larger than the thickness of the alignment film 12, the alignment film 12 is compressed from the conductive film 13. Therefore, as shown in FIG. 6, the upper layer 12d of the alignment film 12 has a compressive stress CS2, and the lower layer 12e of the alignment film 12 has a tensile stress TS3. When the alignment film 12 has a compressive stress CS1 as a whole, the compressive stress CS2 is larger than the compressive stress CS1, and when the alignment film 12 has a tensile stress TS2 as a whole, the tensile stress TS3 is larger than the tensile stress TS2.

次に、図14に示すように、膜14を形成する(ステップS4)。このステップS4では、上記一般式(化2)で表される複合酸化物を含む膜14を、導電膜13上に、形成する。上記一般式(化2)で表される複合酸化物として、例えばチタン酸ストロンチウム(STO)、チタン酸ルテニウム酸ストロンチウム(STRO)、又はルテニウム酸ストロンチウム(SRO)を含む導電膜を形成することができる。上記一般式(化2)で表された複合酸化物としてSROを含む導電膜を形成する場合、ステップS4では、導電膜13上に、下部電極の一部としての導電膜としての膜14を形成することになる。なお、上記一般式(化2)において、zは、0≦z≦1を満たす。   Next, as shown in FIG. 14, the film 14 is formed (Step S4). In this step S4, the film 14 containing the complex oxide represented by the general formula (Formula 2) is formed on the conductive film 13. As the composite oxide represented by the general formula (Formula 2), for example, a conductive film containing strontium titanate (STO), strontium ruthenate titanate (STRO), or strontium ruthenate (SRO) can be formed. . In the case where a conductive film containing SRO is formed as the composite oxide represented by the general formula (Formula 2), a film 14 as a conductive film as a part of the lower electrode is formed on the conductive film 13 in Step S4. Will be. In the general formula (Formula 2), z satisfies 0 ≦ z ≦ 1.

膜14として、STO、STRO又はSROを含む導電膜を形成する場合、導電膜13上に、600℃程度の温度で、スパッタリング法により、エピタキシャル成長した膜14を、下部電極の一部として形成する。STO、STRO又はSROを含む膜14は、導電膜13上にエピタキシャル成長する。また、膜14に含まれるSTO、STRO又はSROは、擬立方晶表示又は立方晶表示で(100)配向する。   When a conductive film containing STO, STRO, or SRO is formed as the film 14, the epitaxially grown film 14 is formed as a part of the lower electrode on the conductive film 13 at a temperature of about 600 ° C. by a sputtering method. The film 14 containing STO, STRO, or SRO is epitaxially grown on the conductive film 13. The STO, STRO, or SRO included in the film 14 is (100) -oriented in pseudo-cubic or cubic.

膜14が、擬立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向したSRO膜14a(図10参照)を含むものとする。このような場合、SRO膜14aは、SRO膜14aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向する。   It is assumed that the film 14 has a pseudo-cubic crystal structure and includes a (100) -oriented SRO film 14a (see FIG. 10). In such a case, in the SRO film 14a, the <100> direction of the SRO film 14a along the upper surface 11a of the silicon substrate 11 is parallel to the <100> direction of the SRO film 14a along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. Orientation.

また、スパッタリング法に代え、例えばゾルゲル法などの塗布法により、膜14を形成することができる。このような場合、ステップS4では、まず、膜14上に、ストロンチウム及びルテニウム、ストロンチウム、チタン及びルテニウム、又は、ストロンチウム及びチタンを含有する溶液を塗布することにより、上記一般式(化2)で表される複合酸化物の前駆体を含む膜を形成する。また、塗布法により膜14を形成する場合、ステップS4では、次に、膜を熱処理して前駆体を酸化して結晶化することにより、上記一般式(化2)で表される複合酸化物を含む膜14を形成する。   Further, the film 14 can be formed by a coating method such as a sol-gel method instead of the sputtering method. In such a case, in step S4, first, strontium and ruthenium, strontium, titanium and ruthenium, or a solution containing strontium and titanium is applied on the film 14 to obtain the compound represented by the general formula (Formula 2). A film containing the precursor of the composite oxide to be formed is formed. In the case where the film 14 is formed by the coating method, in step S4, the film is heat-treated to oxidize and crystallize the precursor, thereby obtaining the composite oxide represented by the general formula (Formula 2). Is formed.

次に、図15に示すように、圧電膜16を形成する(ステップS5)。このステップS5は、上記一般式(化4)で表され、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)よりなる複合酸化物を含む圧電膜16を、膜14上に、スパッタリング法により形成する。ここで、上記一般式(化4)において、xは、0.32≦x≦0.52を満たす。   Next, as shown in FIG. 15, the piezoelectric film 16 is formed (Step S5). In this step S5, a piezoelectric film 16 represented by the general formula (Formula 4) and containing a composite oxide made of lead zirconate titanate (PZT) is formed on the film 14 by a sputtering method. Here, in the above general formula (Formula 4), x satisfies 0.32 ≦ x ≦ 0.52.

このうち、xが0.32≦x≦0.48を満たす場合、圧電膜16に含まれるPZTは、本来菱面体晶の結晶構造を有する組成ではあるものの、主として基板11からの拘束力等により、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向しやすくなる。そして、PZTを含む圧電膜16は、膜14上にエピタキシャル成長する。なお、xが0.48<x≦0.52を満たす場合、圧電膜16に含まれるPZTは、本来正方晶の結晶構造を有する組成であるため、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向する。そして、PZTを含む圧電膜16は、膜14上にエピタキシャル成長する。これにより、圧電膜16に含まれるチタン酸ジルコン酸鉛の分極軸を、上面11aに略垂直に配向させることができるので、圧電膜16の圧電特性を向上させることができる。   When x satisfies 0.32 ≦ x ≦ 0.48, PZT contained in the piezoelectric film 16 has a rhombohedral crystal structure, but mainly due to the binding force from the substrate 11 or the like. It has a tetragonal crystal structure and is easy to be oriented (001). Then, the piezoelectric film 16 containing PZT is epitaxially grown on the film 14. When x satisfies 0.48 <x ≦ 0.52, PZT contained in the piezoelectric film 16 has a tetragonal crystal structure because PZT originally has a tetragonal crystal structure, and (001) orientation. Then, the piezoelectric film 16 containing PZT is epitaxially grown on the film 14. Thereby, the polarization axis of the lead zirconate titanate contained in the piezoelectric film 16 can be oriented substantially perpendicular to the upper surface 11a, so that the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 16 can be improved.

圧電膜16が、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜16a(図10参照)を含むものとする。このような場合、チタン酸ジルコン酸鉛膜16aは、チタン酸ジルコン酸鉛膜16aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向する。   It is assumed that the piezoelectric film 16 has a tetragonal crystal structure and includes a (001) -oriented lead zirconate titanate film 16a (see FIG. 10). In such a case, in the lead zirconate titanate film 16a, the <100> direction of the lead zirconate titanate film 16a along the upper surface 11a of the substrate 11 made of a silicon substrate is along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. Orient so as to be parallel to the <100> direction.

例えば、圧電膜16をスパッタリング法により形成する際に、プラズマによって圧電膜16に含まれる複数の結晶粒16g(図8参照)の各々を分極させることができる。したがって、成膜された圧電膜16に含まれる複数の結晶粒16gの各々は、自発分極を有する。また、複数の結晶粒16gの各々が有する自発分極は、圧電膜16の厚さ方向に平行な分極成分P1(図8参照)を含む。そして、複数の結晶粒16gの各々が有する自発分極に含まれる分極成分P1は、互いに同じ方向を向いている。その結果、形成された圧電膜16は、分極処理をする前から、圧電膜16全体として、自発分極を有する。   For example, when forming the piezoelectric film 16 by a sputtering method, each of a plurality of crystal grains 16g (see FIG. 8) included in the piezoelectric film 16 can be polarized by plasma. Therefore, each of the plurality of crystal grains 16g included in the formed piezoelectric film 16 has spontaneous polarization. The spontaneous polarization of each of the plurality of crystal grains 16g includes a polarization component P1 (see FIG. 8) parallel to the thickness direction of the piezoelectric film 16. The polarization components P1 included in the spontaneous polarization of each of the plurality of crystal grains 16g are oriented in the same direction. As a result, the formed piezoelectric film 16 has spontaneous polarization as a whole before the polarization process.

即ち、ステップS5では、圧電膜16をスパッタリング法により形成する際に、プラズマによって圧電膜16を分極させることができる。その結果、図6を用いて説明したように、本実施の形態の膜構造体10を圧電素子として使用する場合、使用前に、圧電膜16に分極処理を施す必要がない。   That is, in step S5, when the piezoelectric film 16 is formed by the sputtering method, the piezoelectric film 16 can be polarized by the plasma. As a result, as described with reference to FIG. 6, when the film structure 10 of the present embodiment is used as a piezoelectric element, it is not necessary to perform a polarization process on the piezoelectric film 16 before use.

また、ステップS5では、スパッタリング法により圧電膜16を形成する際に、例えば、圧電膜16内にスパッタ粒子及びアルゴン(Ar)ガスが入射されて圧電膜16が膨張することにより、圧電膜16は、圧縮応力を有する。   In step S5, when the piezoelectric film 16 is formed by the sputtering method, for example, sputtered particles and argon (Ar) gas enter the piezoelectric film 16 and the piezoelectric film 16 expands. , Has a compressive stress.

次に、図1に示すように、圧電膜17を形成する(ステップS6)。このステップS6では、上記一般式(化5)で表され、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)よりなる複合酸化物を含む圧電膜17を、圧電膜16上に、例えばゾルゲル法などの塗布法により形成する。以下では、ゾルゲル法により圧電膜17を形成する方法について説明する。   Next, as shown in FIG. 1, the piezoelectric film 17 is formed (Step S6). In step S6, a piezoelectric film 17 represented by the general formula (Formula 5) and containing a composite oxide made of lead zirconate titanate (PZT) is applied on the piezoelectric film 16 by a coating method such as a sol-gel method. Form. Hereinafter, a method for forming the piezoelectric film 17 by the sol-gel method will be described.

ステップS6では、まず、圧電膜16上に、鉛、ジルコニウム及びチタンを含有する溶液を塗布することにより、PZTの前駆体を含む膜を形成する。なお、鉛、ジルコニウム及びチタンを含有する溶液を塗布する工程を、複数回繰り返してもよく、これにより、互いに積層された複数の膜を含む膜を形成する。   In step S6, first, a film containing a PZT precursor is formed on the piezoelectric film 16 by applying a solution containing lead, zirconium, and titanium. Note that the step of applying the solution containing lead, zirconium, and titanium may be repeated a plurality of times, whereby a film including a plurality of films stacked with each other is formed.

ステップS6では、次に、膜を熱処理して前駆体を酸化して結晶化することにより、PZTを含む圧電膜17を形成する。ここで、上記一般式(化5)において、yは、0.32≦y≦0.52を満たす。   In step S6, the piezoelectric film 17 containing PZT is formed by heat-treating the film to oxidize and crystallize the precursor. Here, in the above general formula (Formula 5), y satisfies 0.32 ≦ y ≦ 0.52.

このうち、yが0.32≦y≦0.48を満たす場合、圧電膜17に含まれるPZTは、本来菱面体晶の結晶構造を有する組成ではあるものの、主として基板11からの拘束力等により、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向しやすくなる。そして、PZTを含む圧電膜17は、圧電膜16上にエピタキシャル成長する。なお、yが0.48<y≦0.52を満たす場合、圧電膜17に含まれるPZTは、本来正方晶の結晶構造を有する組成であるため、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向する。そして、PZTを含む圧電膜17は、圧電膜16上にエピタキシャル成長する。これにより、圧電膜17に含まれるチタン酸ジルコン酸鉛の分極軸を、上面11aに略垂直に配向させることができるので、圧電膜17の圧電特性を向上させることができる。   When y satisfies 0.32 ≦ y ≦ 0.48, PZT contained in the piezoelectric film 17 has a composition having a rhombohedral crystal structure, but mainly due to a binding force from the substrate 11 or the like. It has a tetragonal crystal structure and is easy to be oriented (001). Then, the piezoelectric film 17 containing PZT is epitaxially grown on the piezoelectric film 16. When y satisfies 0.48 <y ≦ 0.52, PZT contained in the piezoelectric film 17 has a tetragonal crystal structure because the PZT originally has a tetragonal crystal structure. (001) orientation. Then, the piezoelectric film 17 containing PZT is epitaxially grown on the piezoelectric film 16. Thereby, the polarization axis of the lead zirconate titanate contained in the piezoelectric film 17 can be oriented substantially perpendicular to the upper surface 11a, so that the piezoelectric characteristics of the piezoelectric film 17 can be improved.

圧電膜17が、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜17a(図10参照)を含むものとする。このような場合、チタン酸ジルコン酸鉛膜17aは、チタン酸ジルコン酸鉛膜17aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向する。   The piezoelectric film 17 has a tetragonal crystal structure and includes a (001) -oriented lead zirconate titanate film 17a (see FIG. 10). In such a case, in the lead zirconate titanate film 17a, the <100> direction of the lead zirconate titanate film 17a along the upper surface 11a of the substrate 11 made of a silicon substrate is along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. Orient so as to be parallel to the <100> direction.

正方晶の結晶構造を有するPZTが(001)配向している場合、[001]方向に平行な分極方向と、圧電膜15の厚さ方向に平行な電界方向とが互いに平行になるので、圧電特性が向上する。即ち、正方晶の結晶構造を有するPZTでは、[001]方向に沿った電界が印加される場合に、大きな絶対値の圧電定数d33及びd31が得られる。そのため、圧電膜15の圧電定数を、更に大きくすることができる。なお、本願明細書では、圧電定数d31については、本来その符号は負になるものの、符号を省略して絶対値で表記する場合がある。 When PZT having a tetragonal crystal structure is (001) -oriented, the polarization direction parallel to the [001] direction and the electric field direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric film 15 are parallel to each other. The characteristics are improved. That is, the PZT has a crystal structure of tetragonal, when the electric field along the [001] direction is applied, a large piezoelectric constant d 33 and d 31 of the absolute value is obtained. Therefore, the piezoelectric constant of the piezoelectric film 15 can be further increased. In this specification, the piezoelectric constant d 31 is essentially though the sign is negative, it may be expressed in absolute value by omitting the sign.

ステップS6では、例えば、熱処理の際に溶液中の溶媒が蒸発することにより、又は、前駆体が酸化されて結晶化される際に膜が収縮することにより、圧電膜17は、引っ張り応力を有する。   In step S6, the piezoelectric film 17 has a tensile stress, for example, by evaporating the solvent in the solution during the heat treatment, or by shrinking the film when the precursor is oxidized and crystallized. .

このようにして、圧電膜16及び圧電膜17を含む圧電膜15が形成され、図1に示す膜構造体10が形成される。即ち、ステップS5及びステップS6は、導電膜13上に、膜14を介して、正方晶表示で(001)配向又は擬立方晶表示で(100)配向し、エピタキシャル成長したチタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電膜15を形成する工程に含まれる。   Thus, the piezoelectric film 15 including the piezoelectric films 16 and 17 is formed, and the film structure 10 shown in FIG. 1 is formed. That is, Steps S5 and S6 include the lead zirconate titanate which is (001) oriented in tetragonal system or (100) oriented in pseudocubic system and epitaxially grown on the conductive film 13 via the film 14. This is included in the step of forming the piezoelectric film 15.

前述した図11を用いて説明したように、圧電膜15に含まれるPZTが正方晶表示で(001)配向、即ちc軸配向しているとき、好適には、正方晶PZTのa軸方向の格子定数aに対する正方晶PZTのc軸方向の格子定数cの格子定数比が、1.010〜1.016である。   As described with reference to FIG. 11 described above, when the PZT included in the piezoelectric film 15 has the (001) orientation in the tetragonal system, that is, the c-axis orientation, preferably, the PZT in the a-axis direction of the tetragonal PZT is in the a-axis direction. The lattice constant ratio of the lattice constant c in the c-axis direction of the tetragonal PZT to the lattice constant a is 1.010 to 1.016.

通常の正方晶PZTのa軸方向の格子定数aに対する正方晶PZTのc軸方向の格子定数cの格子定数比(c/a比)は、1.010未満である。一方、本実施の形態の膜構造体が有する圧電膜15における正方晶PZTのc/a比は、1.010以上である。また、正方晶PZTにおける圧電特性は、正方晶PZTのc/a比に依存する。そのため、本実施の形態の膜構造体が有する圧電膜15によれば、通常のPZTよりも優れた圧電特性を有する圧電膜を実現することができる。   The lattice constant ratio (c / a ratio) of the lattice constant c in the c-axis direction of tetragonal PZT to the lattice constant a in the a-axis direction of ordinary tetragonal PZT is less than 1.010. On the other hand, the c / a ratio of tetragonal PZT in the piezoelectric film 15 included in the film structure of the present embodiment is 1.010 or more. The piezoelectric properties of tetragonal PZT depend on the c / a ratio of tetragonal PZT. Therefore, according to the piezoelectric film 15 included in the film structure of the present embodiment, it is possible to realize a piezoelectric film having piezoelectric characteristics superior to ordinary PZT.

なお、圧電膜17を形成した後、圧電膜17上に、上部電極としての導電膜18(図2参照)を形成してもよい(ステップS7)。   After forming the piezoelectric film 17, a conductive film 18 (see FIG. 2) as an upper electrode may be formed on the piezoelectric film 17 (Step S7).

また、膜14と圧電膜15との間に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜を形成してもよい。当該膜は、上記一般式(化6)で表され、且つ、擬立方晶表示で(100)配向した複合酸化物を含んでもよい。   Further, a film containing lead zirconate titanate may be formed between the film 14 and the piezoelectric film 15. The film may include a composite oxide represented by the general formula (Formula 6) and oriented in (100) orientation in pseudo cubic expression.

<実施の形態の変形例>
実施の形態では、図1に示したように、圧電膜16及び圧電膜17を含む圧電膜15が形成されていた。しかし、圧電膜15は、圧電膜16のみを含むものであってもよい。このような例を、実施の形態の変形例として説明する。
<Modification of Embodiment>
In the embodiment, as shown in FIG. 1, the piezoelectric film 15 including the piezoelectric films 16 and 17 is formed. However, the piezoelectric film 15 may include only the piezoelectric film 16. Such an example will be described as a modification of the embodiment.

図16は、実施の形態の変形例の膜構造体の断面図である。   FIG. 16 is a cross-sectional view of a film structure according to a modification of the embodiment.

図16に示すように、本変形例の膜構造体10は、基板11と、配向膜12と、導電膜13と、膜14と、圧電膜15と、を有する。配向膜12は、基板11上に形成されている。導電膜13は、配向膜12上に形成されている。膜14は、導電膜13上に形成されている。圧電膜15は、膜14上に形成されている。圧電膜15は、圧電膜16を含む。   As shown in FIG. 16, the film structure 10 of the present modification includes a substrate 11, an alignment film 12, a conductive film 13, a film 14, and a piezoelectric film 15. The alignment film 12 is formed on the substrate 11. The conductive film 13 is formed on the alignment film 12. The film 14 is formed on the conductive film 13. The piezoelectric film 15 is formed on the film 14. The piezoelectric film 15 includes a piezoelectric film 16.

即ち、本変形例の膜構造体10は、圧電膜15が、圧電膜17(図1参照)を含まず、圧電膜16のみを含む点を除いて、実施の形態の膜構造体10と同様である。   That is, the film structure 10 of the present modification is the same as the film structure 10 of the embodiment except that the piezoelectric film 15 does not include the piezoelectric film 17 (see FIG. 1) but includes only the piezoelectric film 16. It is.

圧電膜15が、圧縮応力を有する圧電膜16を含むが、引っ張り応力を有する圧電膜17(図1参照)を含まない場合、圧電膜15が、圧縮応力を有する圧電膜16及び引っ張り応力を有する圧電膜17(図1参照)のいずれも含む場合に比べ、膜構造体10が反る反り量が増加する。しかし、例えば圧電膜15の厚さが薄い場合には、膜構造体10が反る反り量を低減させることができる。そのため、圧電膜15が圧電膜16のみを含む場合でも、例えば膜構造体10をフォトリソグラフィ技術を用いて加工する場合の形状精度を向上させることができ、膜構造体10を加工して形成される圧電素子の特性を向上させることができる。   When the piezoelectric film 15 includes the piezoelectric film 16 having a compressive stress but does not include the piezoelectric film 17 having a tensile stress (see FIG. 1), the piezoelectric film 15 has the piezoelectric film 16 having a compressive stress and the tensile film. The amount of warpage of the film structure 10 is increased as compared with the case where both of the piezoelectric films 17 (see FIG. 1) are included. However, for example, when the thickness of the piezoelectric film 15 is small, the amount of warpage of the film structure 10 can be reduced. Therefore, even when the piezoelectric film 15 includes only the piezoelectric film 16, for example, it is possible to improve the shape accuracy when the film structure 10 is processed by using the photolithography technique, and the film structure 10 is formed by processing the film structure 10. The characteristics of the piezoelectric element can be improved.

なお、本変形例の膜構造体10も、実施の形態の膜構造体10と同様に、導電膜18(図2参照)を有してもよい。   Note that the film structure 10 of the present modification may also have the conductive film 18 (see FIG. 2), similarly to the film structure 10 of the embodiment.

以下、実施例に基づいて本実施の形態を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on examples. The present invention is not limited by the following examples.

(実施例及び比較例)
以下では、実施の形態で図1を用いて説明した膜構造体10を、実施例の膜構造体として形成した。実施例の膜構造体は、配向膜12が突出部12bを有する。一方、比較例の膜構造体は、配向膜12が突出部12bを有しない。
(Examples and Comparative Examples)
Hereinafter, the film structure 10 described in the embodiment with reference to FIG. 1 was formed as the film structure of the example. In the film structure of the embodiment, the alignment film 12 has the protrusion 12b. On the other hand, in the film structure of the comparative example, the alignment film 12 does not have the protrusion 12b.

以下では、実施例の膜構造体の形成方法について説明する。まず、図12に示したように、基板11として、(100)面よりなる主面としての上面11aを有し、6インチのシリコン単結晶よりなるウェハを用意した。   Hereinafter, a method for forming the film structure of the embodiment will be described. First, as shown in FIG. 12, as the substrate 11, a wafer made of a 6-inch silicon single crystal having an upper surface 11a as a main surface made of a (100) plane was prepared.

次に、図13に示したように、基板11上に、配向膜12として、酸化ジルコニウム(ZrO)膜を、電子ビーム蒸着法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
装置 : 電子ビーム蒸着装置
圧力 : 7.00×10−3Pa
蒸着源 : Zr+O
加速電圧/エミッション電流 : 7.5kV/1.80mA
厚さ : 24nm
基板温度 : 500℃
Next, as shown in FIG. 13, a zirconium oxide (ZrO 2 ) film was formed as an alignment film 12 on the substrate 11 by an electron beam evaporation method. The conditions at this time are shown below.
Apparatus: Electron beam evaporation apparatus Pressure: 7.00 × 10 −3 Pa
Evaporation source: Zr + O 2
Acceleration voltage / emission current: 7.5 kV / 1.80 mA
Thickness: 24 nm
Substrate temperature: 500 ℃

次に、図4に示したように、配向膜12上に、導電膜13として、白金(Pt)膜を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
装置 : DCスパッタリング装置
圧力 : 1.20×10−1Pa
蒸着源 : Pt
電力 : 100W
厚さ : 150nm
基板温度 : 450〜600℃
Next, as shown in FIG. 4, a platinum (Pt) film was formed as a conductive film 13 on the alignment film 12 by a sputtering method. The conditions at this time are shown below.
Apparatus: DC sputtering apparatus Pressure: 1.20 × 10 −1 Pa
Evaporation source: Pt
Power: 100W
Thickness: 150nm
Substrate temperature: 450-600 ° C

次に、図14に示したように、導電膜13上に、膜14として、SRO膜を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
装置 : RFマグネトロンスパッタリング装置
パワー : 300W
ガス : Ar
圧力 : 1.8Pa
基板温度 : 600℃
厚さ : 20nm
Next, as shown in FIG. 14, an SRO film was formed as a film 14 on the conductive film 13 by a sputtering method. The conditions at this time are shown below.
Equipment: RF magnetron sputtering equipment Power: 300W
Gas: Ar
Pressure: 1.8 Pa
Substrate temperature: 600 ° C
Thickness: 20 nm

次に、図15に示したように、膜14上に、圧電膜16として、0.91μmの膜厚を有するPb(Zr0.58Ti0.42)O膜(PZT膜)を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
装置 : RFマグネトロンスパッタリング装置
パワー : 1750W
ガス : Ar/O
圧力 : 1Pa
基板温度 : 380℃
Next, as shown in FIG. 15, a Pb (Zr 0.58 Ti 0.42 ) O 3 film (PZT film) having a thickness of 0.91 μm is formed as a piezoelectric film 16 on the film 14 by sputtering. It was formed by a method. The conditions at this time are shown below.
Equipment: RF magnetron sputtering equipment Power: 1750W
Gas: Ar / O 2
Pressure: 1Pa
Substrate temperature: 380 ° C

形成された圧電膜16において、半径方向での中心からの距離が0mm、5mm、15mm、25mm、35mm、45mm、55mm、65mm、75mm、85mm、95mmの各位置における膜厚は、0.91μm、0.91μm、0.91μm、0.92μm、0.92μm、0.92μm、0.91μm、0.91μm、0.91μm、0.90μm、0.89μmとなった。そのため、基板11の全面に亘り均一な膜厚を有する圧電膜16を形成することができた。   In the formed piezoelectric film 16, the distance from the center in the radial direction is 0 mm, 5 mm, 15 mm, 25 mm, 35 mm, 45 mm, 55 mm, 65 mm, 75 mm, 85 mm, and 95 mm. The values were 0.91 μm, 0.91 μm, 0.92 μm, 0.92 μm, 0.92 μm, 0.91 μm, 0.91 μm, 0.91 μm, 0.90 μm, and 0.89 μm. Therefore, the piezoelectric film 16 having a uniform film thickness over the entire surface of the substrate 11 could be formed.

次に、図1に示したように、圧電膜16上に、圧電膜17として、Pb(Zr0.58Ti0.42)O膜(PZT膜)を、塗布法により形成した。この際の条件を、以下に示す。 Next, as shown in FIG. 1, a Pb (Zr 0.58 Ti 0.42 ) O 3 film (PZT film) was formed as a piezoelectric film 17 on the piezoelectric film 16 by a coating method. The conditions at this time are shown below.

Pb、Zr及びTiの有機金属化合物をPb:Zr:Ti=100+δ:58:42の組成比になるように混合し、エタノールと2−n−ブトキシエタノールの混合溶媒に、Pb(Zr0.58Ti0.42)Oとしての濃度が0.35mol/lになるように溶解させた原料溶液を調整した。δについては、δ=20とした。そして、原料溶液には更に20gの重量の、K値が27〜33のポリピロリドンを溶解させた。 An organometallic compound of Pb, Zr, and Ti is mixed so as to have a composition ratio of Pb: Zr: Ti = 100 + δ: 58: 42, and Pb (Zr 0.58 ) is added to a mixed solvent of ethanol and 2-n-butoxyethanol. A raw material solution dissolved so as to have a concentration of Ti 0.42 ) O 3 of 0.35 mol / l was prepared. For δ, δ = 20. Then, 20 g of polypyrrolidone having a K value of 27 to 33 was further dissolved in the raw material solution.

次に、調製した原料溶液のうち3mlの原料溶液を、6インチのウェハよりなる基板11上に滴下し、3000rpmで10秒間回転させ、基板11上に原料溶液を塗布することにより、前駆体を含む膜を形成した。そして、200℃の温度のホットプレート上に、基板11を30秒間載置し、更に450℃の温度のホットプレート上に、基板11を30秒間載置することにより、溶媒を蒸発させて膜を乾燥させた。その後、0.2MPaの酸素(O)雰囲気中、600〜700℃で60秒間熱処理して前駆体を酸化して結晶化させることにより、30nmの膜厚を有する圧電膜17を形成した。 Next, 3 ml of the raw material solution of the prepared raw material solution was dropped on the substrate 11 composed of a 6-inch wafer, and rotated at 3000 rpm for 10 seconds to apply the raw material solution on the substrate 11, thereby forming a precursor. The film containing was formed. Then, the substrate 11 is placed on a hot plate at a temperature of 200 ° C. for 30 seconds, and the substrate 11 is further placed on a hot plate at a temperature of 450 ° C. for 30 seconds, thereby evaporating the solvent to form a film. Let dry. Thereafter, the precursor was oxidized and crystallized by heat treatment at 600 to 700 ° C. for 60 seconds in an oxygen (O 2 ) atmosphere of 0.2 MPa to form a piezoelectric film 17 having a thickness of 30 nm.

実施例及び比較例の各々について、圧電膜17としてのPZT膜までが形成された膜構造体のX線回折(X‐ray diffraction:XRD)法によるθ−2θスペクトルを測定した。即ち、実施例及び比較例の各々について、θ−2θ法によるX線回折測定を行った。   For each of the example and the comparative example, a θ-2θ spectrum of the film structure on which the PZT film as the piezoelectric film 17 was formed was measured by an X-ray diffraction (XRD) method. That is, the X-ray diffraction measurement by the θ-2θ method was performed for each of the examples and the comparative examples.

図17乃至図20の各々は、PZT膜までが形成された膜構造体のXRD法によるθ−2θスペクトルの例を示すグラフである。図17乃至図20の各々のグラフの横軸は、角度2θを示し、図17乃至図20の各々のグラフの縦軸は、X線の強度を示す。図17及び図18は、実施例についての結果を示し、図19及び図20は、比較例についての結果を示す。図17及び図19は、20°≦2θ≦50°の範囲を示し、図18及び図20は、90°≦2θ≦110°の範囲を示している。   Each of FIGS. 17 to 20 is a graph showing an example of the θ-2θ spectrum of the film structure formed up to the PZT film by the XRD method. The horizontal axis of each graph of FIGS. 17 to 20 indicates the angle 2θ, and the vertical axis of each graph of FIGS. 17 to 20 indicates the intensity of X-rays. 17 and 18 show the results for the example, and FIGS. 19 and 20 show the results for the comparative example. 17 and 19 show a range of 20 ° ≦ 2θ ≦ 50 °, and FIGS. 18 and 20 show a range of 90 ° ≦ 2θ ≦ 110 °.

図17及び図18に示す例(実施例)では、θ−2θスペクトルにおいて、立方晶の結晶構造を有するPtの(200)面及び(400)面に相当するピーク、並びに、正方晶表示におけるPZTの(001)面、(002)面及び(004)面に相当するピークが観測された。そのため、図17及び図18に示す例(実施例)では、導電膜13が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向したPtを含み、圧電膜15が、正方晶表示で(001)配向したPZTを含むことが分かった。   In the examples (examples) shown in FIGS. 17 and 18, peaks corresponding to the (200) plane and the (400) plane of Pt having a cubic crystal structure, and PZT in the tetragonal crystal display, in the θ-2θ spectrum Peaks corresponding to the (001), (002) and (004) planes were observed. Therefore, in the example (example) shown in FIGS. 17 and 18, the conductive film 13 has a cubic crystal structure and contains (100) -oriented Pt, and the piezoelectric film 15 has a tetragonal crystal display. It was found to contain (001) oriented PZT.

また、図18に示す例(実施例)では、PZTの正方晶表示における(004)面の回折ピークの回折角度を2θ004としたとき、2θ004=96.5°であった。そのため、図17及び図18に示す例(実施例)では、2θ004は、2θ004≦96.5°を満たし、上記式(数1)を満たすことが分かった。 In the example shown in FIG. 18 (Example), when the diffraction angle of the diffraction peak of the (004) plane in the tetragonal crystal display of PZT is 2θ 004 , 2θ 004 = 96.5 °. Therefore, in the example shown in FIGS. 17 and 18 (Example), 2 [Theta] 004 satisfies 2 [Theta] 004 ≦ 96.5 °, was found to satisfy the above equation (Equation 1).

図19及び図20に示す例(比較例)でも、図17及び図18に示す例(実施例)と同様に、θ−2θスペクトルにおいて、立方晶の結晶構造を有するPtの(200)面及び(400)面に相当するピーク、並びに、正方晶表示におけるPZTの(001)面、(002)面及び(004)面に相当するピークが観測された。そのため、図19及び図20に示す例(比較例)でも、図17及び図18に示す例(実施例)と同様に、導電膜13が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向したPtを含み、圧電膜15が、正方晶表示で(001)配向したPZTを含むことが分かった。   In the example (comparative example) shown in FIGS. 19 and 20, similarly to the example (example) shown in FIGS. 17 and 18, in the θ-2θ spectrum, the (200) plane of Pt having a cubic crystal structure and Peaks corresponding to the (400) plane and peaks corresponding to the (001), (002), and (004) planes of PZT in tetragonal crystal display were observed. Therefore, in the example (comparative example) shown in FIGS. 19 and 20, similarly to the example (example) shown in FIGS. 17 and 18, the conductive film 13 has a cubic crystal structure and (100). ) It was found that the piezoelectric film 15 contained oriented Pt and that the piezoelectric film 15 contained (001) -oriented PZT in tetragonal crystal representation.

しかし、図20に示す例(比較例)では、図18に示す例(実施例)と異なり、PZTの正方晶表示における(004)面の回折ピークの回折角度を2θ004としたとき、2θ004=96.7°であった。そのため、図19及び図20に示す例(比較例)では、2θ004は、2θ004≦96.5°を満たさず、上記式(数1)を満たさないことが分かった。 However, in the example (comparative example) shown in FIG. 20, unlike the example (example) shown in FIG. 18, when the diffraction angle of the diffraction peak of the (004) plane in the tetragonal crystal display of PZT is 2θ 004 , 2θ 004 = 96.7 °. Therefore, in the example shown in FIGS. 19 and 20 (Comparative Example), 2 [Theta] 004 may not satisfy the 2 [Theta] 004 ≦ 96.5 °, it was found that not satisfy the above expression (Expression 1).

実施例については、XRD法による極点図の測定を行って、各層の膜の面内の配向の関係を調べた。図21乃至図24の各々は、実施例の膜構造体のXRD法による極点図の例を示すグラフである。図21は、Si(220)面の極点図であり、図22は、ZrO(220)面の極点図であり、図23は、Pt(220)面の極点図であり、図24は、PZT(202)面の極点図である。 In the examples, the pole figure was measured by the XRD method, and the relationship of the in-plane orientation of the film of each layer was examined. Each of FIGS. 21 to 24 is a graph showing an example of a pole figure of the film structure of the example by the XRD method. FIG. 21 is a pole figure of a Si (220) plane, FIG. 22 is a pole figure of a ZrO 2 (220) plane, FIG. 23 is a pole figure of a Pt (220) plane, and FIG. It is a pole figure of a PZT (202) plane.

前述したように、配向膜12が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した酸化ジルコニウム膜12fを含むものとする(図10参照)。このような場合、図21及び図22に示すように、酸化ジルコニウム膜12fは、酸化ジルコニウム膜12fの、シリコン基板よりなる基板11の主面としての上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向していることが明らかになった。言い換えれば、酸化ジルコニウム膜12fは、酸化ジルコニウム膜12fの、シリコン基板よりなる基板11の主面としての上面11aに沿った<110>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<110>方向と平行になるように、配向していることが明らかになった。   As described above, the alignment film 12 has a cubic crystal structure and includes the (100) -oriented zirconium oxide film 12f (see FIG. 10). In such a case, as shown in FIG. 21 and FIG. 22, the zirconium oxide film 12f is formed such that the <100> direction of the zirconium oxide film 12f along the upper surface 11a as the main surface of the silicon substrate 11 is It has been clarified that the film is oriented so as to be parallel to the <100> direction along the upper surface 11a of the film itself. In other words, in the zirconium oxide film 12f, the <110> direction of the zirconium oxide film 12f along the upper surface 11a as the main surface of the silicon substrate 11 is the <110> direction along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. It was clarified that they were oriented so as to be parallel.

また、導電膜13が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜13aを含むものとする(図10参照)。このような場合、図21及び図23に示すように、白金膜13aは、白金膜13aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向していることが明らかになった。言い換えれば、白金膜13aは、白金膜13aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<110>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<110>方向と平行になるように、配向していることが明らかになった。   It is also assumed that the conductive film 13 has a cubic crystal structure and includes a platinum film 13a oriented in (100) (see FIG. 10). In such a case, as shown in FIG. 21 and FIG. 23, the platinum film 13a is such that the <100> direction of the platinum film 13a along the upper surface 11a of the substrate 11 made of a silicon substrate is on the upper surface 11a of the substrate 11 itself. The orientation was found to be parallel to the <100> direction. In other words, the platinum film 13a is oriented such that the <110> direction of the platinum film 13a along the upper surface 11a of the silicon substrate 11 is parallel to the <110> direction along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. It turned out that they were oriented.

また、圧電膜15が、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜15aを含むものとする(図10参照)。このような場合、図21及び図24に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛膜15aは、チタン酸ジルコン酸鉛膜15aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<100>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<100>方向と平行になるように、配向していることが明らかになった。言い換えれば、チタン酸ジルコン酸鉛膜15aは、チタン酸ジルコン酸鉛膜15aの、シリコン基板よりなる基板11の上面11aに沿った<110>方向が、基板11自身の上面11aに沿った<110>方向と平行になるように、配向していることが明らかになった。   The piezoelectric film 15 has a tetragonal crystal structure and includes a (001) -oriented lead zirconate titanate film 15a (see FIG. 10). In such a case, as shown in FIGS. 21 and 24, the lead zirconate titanate film 15a has a <100> direction along the upper surface 11a of the silicon substrate 11 of the lead zirconate titanate film 15a. It was revealed that the substrate 11 was oriented so as to be parallel to the <100> direction along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. In other words, in the lead zirconate titanate film 15a, the <110> direction of the lead zirconate titanate film 15a along the upper surface 11a of the substrate 11 made of a silicon substrate is <110 along the upper surface 11a of the substrate 11 itself. > It became clear that they were oriented so as to be parallel to the direction.

実施例については、基板11上に配向膜12、導電膜13、膜14及び圧電膜15を形成する際に、各層が有する応力を測定するために、基板11の反り量を測定した。図25は、XRD法により基板の反り量を測定する方法を説明するための図である。図26は、XRD法により基板の反り量を測定した結果を示すグラフである。   In the example, when forming the alignment film 12, the conductive film 13, the film 14, and the piezoelectric film 15 on the substrate 11, the amount of warpage of the substrate 11 was measured in order to measure the stress of each layer. FIG. 25 is a diagram for explaining a method of measuring the amount of warpage of the substrate by the XRD method. FIG. 26 is a graph showing the result of measuring the amount of warpage of the substrate by the XRD method.

図25に示すように、基板11の反り量については、基板11の上面11aの中心11bから測定部分11cまでの基板11の上面11aに沿った距離を距離ΔXとし、XRD法によるロッキングカーブ(ωスキャン)のピーク角度の基準角度に対する差分(シフト量)を角度Δωとしたとき、基板11の反り量の度合いを示す曲率半径Rは、R=ΔX/sin(Δω)の算出式により算出することができる。   As shown in FIG. 25, regarding the amount of warpage of the substrate 11, a distance along the upper surface 11a of the substrate 11 from the center 11b of the upper surface 11a of the substrate 11 to the measurement portion 11c is defined as a distance ΔX, and a rocking curve (ω) by the XRD method is used. When the difference (shift amount) of the peak angle of (scan) with respect to the reference angle is an angle Δω, the radius of curvature R indicating the degree of the amount of warpage of the substrate 11 is calculated by a calculation formula of R = ΔX / sin (Δω). Can be.

そこで、基板11の上面11aの中心11bを通り、且つ、基板11の上面11aに沿ったある直線上の各位置において、XRD法によるロッキングカーブ(ωスキャン)の測定を行い、当該ロッキングカーブのピーク角度ωの、基板11の上面11aの中心11bからの距離依存性を求めた。図26にその結果を示す。なお、図26では、例えばZrO膜が形成された時点での測定結果を、「ZrO」と表記している。 Therefore, at each position on a certain straight line that passes through the center 11b of the upper surface 11a of the substrate 11 and along the upper surface 11a of the substrate 11, the rocking curve (ω scan) is measured by the XRD method, and the peak of the rocking curve is measured. The dependence of the angle ω on the distance from the center 11b of the upper surface 11a of the substrate 11 was determined. FIG. 26 shows the result. In FIG. 26, for example, the measurement result at the time when the ZrO 2 film is formed is described as “ZrO 2 ”.

図26に示すように、基板11に配向膜12が形成された時点(図26の「ZrO」)で、基板11は、圧縮応力を有していた。そのため、基板11上に配向膜12が形成された時点では、配向膜12は、引っ張り応力を有していた。また、曲率半径Rは、66.1mmであった。 As shown in FIG. 26, when the alignment film 12 was formed on the substrate 11 (“ZrO 2 ” in FIG. 26), the substrate 11 had a compressive stress. Therefore, when the alignment film 12 was formed on the substrate 11, the alignment film 12 had a tensile stress. The radius of curvature R was 66.1 mm.

また、図26に示すように、配向膜12上に導電膜13が形成された時点(図26の「Pt」)で、基板11が有する圧縮応力は増加した。また、曲率半径Rは、46.7mmであった。そのため、配向膜12上に導電膜13が形成された時点では、前述した図6を用いて説明したように、導電膜13は、引っ張り応力TS1を有し、配向膜12は、圧縮応力CS1を有するか、又は、引っ張り応力TS1よりも小さい引っ張り応力TS2を有することが明らかになった。   Further, as shown in FIG. 26, when the conductive film 13 was formed on the alignment film 12 (“Pt” in FIG. 26), the compressive stress of the substrate 11 increased. The radius of curvature R was 46.7 mm. Therefore, when the conductive film 13 is formed on the alignment film 12, as described with reference to FIG. 6, the conductive film 13 has the tensile stress TS1 and the alignment film 12 has the compressive stress CS1. It was found to have or have a tensile stress TS2 smaller than the tensile stress TS1.

なお、図26に示すように、配向膜12上に導電膜13が形成された後、導電膜13上に膜14及び圧電膜15が形成された時点(図26の「SRO」及び「PZT」)では、基板11が有する圧縮応力は、ほとんど変化しなかった。また、曲率半径Rは、それぞれ45.4mm、44.1mmであった。そのため、導電膜13上に膜14及び圧電膜15が形成された時点においても、導電膜13は、引っ張り応力TS1を有し、配向膜12は、圧縮応力CS1を有するか、又は、引っ張り応力TS1よりも小さい引っ張り応力TS2を有することが明らかになった。   As shown in FIG. 26, after the conductive film 13 is formed on the alignment film 12, when the film 14 and the piezoelectric film 15 are formed on the conductive film 13 ("SRO" and "PZT" in FIG. 26) In (), the compressive stress of the substrate 11 hardly changed. The curvature radii R were 45.4 mm and 44.1 mm, respectively. Therefore, even when the film 14 and the piezoelectric film 15 are formed on the conductive film 13, the conductive film 13 has the tensile stress TS1, and the alignment film 12 has the compressive stress CS1 or the tensile stress TS1. It was found to have a smaller tensile stress TS2.

実施例の膜構造体の結晶構造について、基板11の上面11aに垂直な断面の画像(断面TEM画像)を、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)により撮像した。断面TEM画像として、高角度環状暗視野(High Angle Annular Dark Field:HAADF)像、及び、明視野(Bright Field:BF)像を撮像した。なお、基板11の上面11aに垂直な断面として、基板11のSiの<110>方向に垂直な断面の画像を撮像した。   With respect to the crystal structure of the film structure of the example, an image of a cross section perpendicular to the upper surface 11a of the substrate 11 (cross-sectional TEM image) was taken with a transmission electron microscope (TEM). As a cross-sectional TEM image, a high angle annular dark field (HAADF) image and a bright field (Bright Field: BF) image were taken. Note that an image of a cross section perpendicular to the <110> direction of Si of the substrate 11 was taken as a cross section perpendicular to the upper surface 11a of the substrate 11.

図27は、実施例の膜構造体のHAADF像を示す写真である。図28及び図29は、実施例の膜構造体のBF像を示す写真である。図30は、実施例の膜構造体のHAADF像を示す写真である。   FIG. 27 is a photograph showing a HAADF image of the film structure of the example. 28 and 29 are photographs showing BF images of the film structure of the example. FIG. 30 is a photograph showing a HAADF image of the film structure of the example.

図27は、配向膜12(図5参照)に含まれるZrO膜と導電膜13(図5参照)に含まれるPt膜との界面IF1(図5参照)付近の断面領域を示し、図28は、図27に示す断面領域と同一の断面領域を示す。また、図29は、図27及び図28に示す断面領域と少し離れた断面領域であるものの、界面IF1(図5参照)付近の断面領域を示す。図30は、圧電膜15に含まれるPZT膜の断面領域を示す。 FIG. 27 shows a cross-sectional area near the interface IF1 (see FIG. 5) between the ZrO 2 film included in the alignment film 12 (see FIG. 5) and the Pt film included in the conductive film 13 (see FIG. 5). Indicates the same cross-sectional area as the cross-sectional area shown in FIG. FIG. 29 shows a cross-sectional area near the interface IF1 (see FIG. 5), which is a cross-sectional area slightly apart from the cross-sectional areas shown in FIGS. 27 and 28. FIG. 30 shows a cross-sectional area of the PZT film included in the piezoelectric film 15.

図27及び図28に示すように、ZrO膜とPt膜との界面IF1が、平坦でないので、前述した図5を用いて説明したように、配向膜12が膜部12aと突出部12bとを含むことが明らかになった。また、図27及び図28に示す断面領域では、突出部12bの高さが6nmであり、それ以外の断面領域も含めると、突出部12bの高さの平均値は6nmであり、突出部12bの高さの標準偏差の3倍である3σは2nmであった。そのため、突出部12bの高さは、4〜8nmであった。 As shown in FIGS. 27 and 28, since the interface IF1 between the ZrO 2 film and the Pt film is not flat, as described with reference to FIG. 5, the alignment film 12 is formed by the film portion 12a and the protrusion 12b. It became clear that it included. In the cross-sectional areas shown in FIGS. 27 and 28, the height of the protrusion 12b is 6 nm, and when including other cross-sectional areas, the average height of the protrusions 12b is 6 nm. The value of 3σ, which is three times the standard deviation of the height, was 2 nm. Therefore, the height of the protrusion 12b was 4 to 8 nm.

また、図28の領域RG5を拡大すると、水平方向、即ち基板11の上面11aに平行な方向に沿って、2nm当たり5.5程度又は6個程度のZrOの単位格子が配列されていることが観察された。また、図29の「6」の文字付近の断面領域では、水平方向に沿って、2nm当たり5.5個程度又は6個程度のZrOの単位格子が配列されているが、図29の「5」の文字付近の断面領域では、水平方向に沿って、2nm当たり5個程度のZrOの単位格子が配列されており、ZrO膜の上層部が、ZrO膜のうち下層部に比べて、水平方向により引き伸ばされ歪んでいた。これにより、配向膜12の上層部が、圧縮応力CS2を有し、配向膜12の下層部が、引っ張り応力TS3を有することが明らかになった。 When the region RG5 in FIG. 28 is enlarged, about 5.5 or about 6 unit lattices of ZrO 2 per 2 nm are arranged in a horizontal direction, that is, in a direction parallel to the upper surface 11a of the substrate 11. Was observed. In the cross-sectional area near the character “6” in FIG. 29, about 5.5 or about 6 unit cells of ZrO 2 per 2 nm are arranged along the horizontal direction. in the cross-sectional area near letter 5 ", along the horizontal direction, are arranged the unit lattice of ZrO 2 of about five per 2 nm, the upper portion of the ZrO 2 film, compared with the lower part of the ZrO 2 film It was stretched and distorted in the horizontal direction. This has revealed that the upper layer of the alignment film 12 has a compressive stress CS2 and the lower layer of the alignment film 12 has a tensile stress TS3.

また、図30に示すように、圧電膜15に含まれるPZT膜は、転移等の結晶格子の乱れが観察されず、単結晶であることが確認された。図30に示す結晶格子は、PZTの<110>方向から視たときの結晶格子を示し、図11のPZTの結晶格子を図11の矢印AR1の方向から視たとき、即ちPZTの(110)面としての平面PLU内の結晶格子を示している。   Further, as shown in FIG. 30, the PZT film included in the piezoelectric film 15 was confirmed to be a single crystal without any disorder of the crystal lattice such as dislocation. The crystal lattice shown in FIG. 30 shows the crystal lattice when viewed from the <110> direction of PZT. When the crystal lattice of PZT in FIG. 11 is viewed from the direction of arrow AR1 in FIG. 11, that is, (110) of PZT. 2 shows a crystal lattice in a plane PLU as a plane.

図30の断面TEM画像から、正方晶PZTの正方晶PZTのa軸方向の格子定数a、及び、c軸方向の格子定数cを求めた。その結果、格子定数aは、0.410nmであり、格子定数cは、0.415nmであり、格子定数比(c/a比)は、1.016であった。一方、θ−2θ法によるX線回折パターンから格子定数a及び格子定数cを求めたところ、格子定数aは、0.408nmであり、格子定数cは、0.414nmであり、格子定数比(c/a比)は、1.015であった。そのため、断面TEM画像から求めた格子定数は、θ−2θ法によるX線回折パターンから求めた格子定数と、略一致した。   The lattice constant a in the a-axis direction and the lattice constant c in the c-axis direction of tetragonal PZT of tetragonal PZT were determined from the cross-sectional TEM image of FIG. As a result, the lattice constant a was 0.410 nm, the lattice constant c was 0.415 nm, and the lattice constant ratio (c / a ratio) was 1.016. On the other hand, when the lattice constant a and the lattice constant c were obtained from the X-ray diffraction pattern by the θ-2θ method, the lattice constant a was 0.408 nm, the lattice constant c was 0.414 nm, and the lattice constant ratio ( c / a ratio) was 1.015. Therefore, the lattice constant obtained from the cross-sectional TEM image substantially coincided with the lattice constant obtained from the X-ray diffraction pattern by the θ-2θ method.

例えば国際回折データセンター(International Centre for Diffraction Data:ICDD)のPDF(Powder Diffraction File)からベガード則を用いて算出した上記一般式(化3)においてu=0.42の組成(Zr/Ti=58/42)における菱面体晶PZTの格子定数aは、0.4081nmである。そのため、本実施の形態の膜構造体が有する圧電膜15に含まれるPZT膜の格子定数は、通常のZr/Ti=58/42における菱面体晶PZTの格子定数aと全く異なることが明らかになった。   For example, in the above-described general formula (Formula 3) calculated from the PDF (Powder Diffraction File) of the International Center for Diffraction Data (ICDD) using the Vegard rule, the composition of u = 0.42 (Zr / Ti = 58) / 42) has a lattice constant a of 0.4081 nm in rhombohedral PZT. Therefore, it is apparent that the lattice constant of the PZT film included in the piezoelectric film 15 included in the film structure of the present embodiment is completely different from the lattice constant a of rhombohedral PZT at normal Zr / Ti = 58/42. became.

また、通常の正方晶PZTの格子定数比(c/a比)は、1.010未満である。一方、本実施の形態の膜構造体が有する圧電膜15における正方晶PZTのc/a比は、1.010以上であり、最大1.016まで向上可能であることが明らかになった。   The lattice constant ratio (c / a ratio) of ordinary tetragonal PZT is less than 1.010. On the other hand, it was found that the c / a ratio of tetragonal PZT in the piezoelectric film 15 of the film structure of the present embodiment is 1.010 or more, and can be improved to a maximum of 1.016.

また、実施例の膜構造体について、導電膜13と導電膜18との間に電圧を印加して分極の電圧依存性を測定した。図31は、実施例の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。また、実施例の膜構造体について、カンチレバーを形成し、形成されたカンチレバーを用いて、実施例の膜構造体の変位の電圧依存性を測定した。図32は、実施例の膜構造体の変位の電圧依存性を示すグラフである。   Further, with respect to the film structure of the example, a voltage was applied between the conductive film 13 and the conductive film 18 to measure the voltage dependency of polarization. FIG. 31 is a graph showing the voltage dependence of the polarization of the film structure of the example. A cantilever was formed for the film structure of the example, and the voltage dependence of the displacement of the film structure of the example was measured using the formed cantilever. FIG. 32 is a graph showing the voltage dependence of the displacement of the film structure of the example.

図31によれば、実施例の膜構造体においては、比誘電率εは、216であり、残留分極値Pは、57μC/cmであった。また、図32によれば、圧電定数d31は、230pm/Vであった。 According to FIG 31, in the film structure of Example, the dielectric constant epsilon r is 216, the residual polarization value P r was 57μC / cm 2. In addition, according to FIG. 32, the piezoelectric constant d 31 was 230pm / V.

ここで、配向膜12が突出部12bを有しない比較例の膜構造体についても分極及び変位の電圧依存性を測定したところ、比誘電率εは、580であり、残留分極値Pは、18μC/cmであり、圧電定数d31は、178pm/Vであった。即ち、実施例の膜構造体は、比較例の膜構造体に対して、極めて優れた残留分極特性及び圧電特性を有していた。従って、配向膜12が突出部12bを有することにより、膜構造体の圧電特性が向上することが明らかになった。 Here, when the voltage dependence of polarization and displacement was measured also for the film structure of the comparative example in which the alignment film 12 did not have the protrusion 12b, the relative dielectric constant ε r was 580, and the residual polarization value Pr was a 18μC / cm 2, the piezoelectric constant d 31 was 178pm / V. That is, the film structure of the example had extremely excellent remanent polarization characteristics and piezoelectric characteristics as compared with the film structure of the comparative example. Therefore, it became clear that the piezoelectric characteristics of the film structure were improved when the alignment film 12 had the protrusions 12b.

更に、30〜200℃の温度範囲で、温度を変更しながら導電膜13と導電膜18との間に電圧を印加して分極の電圧依存性を測定し、残留分極値P、及び、抗電圧値Vの温度依存性を測定した。図33は、実施例の膜構造体の残留分極値の温度依存性を示すグラフである。図34は、実施例の膜構造体の抗電圧値の温度依存性を示すグラフである。図33の縦軸は、残留分極値Pの2乗を示し、図34の縦軸は、抗電圧値Vの2/3乗を示す。 Further, in the temperature range of 30 to 200 ° C., and measuring the voltage dependence of the polarization by applying a voltage between the conductive film 13 and the conductive film 18 while changing the temperature, the residual polarization value P r, and anti It was measured the temperature dependence of the voltage values V c. FIG. 33 is a graph showing the temperature dependence of the remanent polarization value of the film structure of the example. FIG. 34 is a graph showing the temperature dependence of the coercive voltage value of the membrane structure of the example. The vertical axis of FIG. 33 shows the square of the residual polarization value P r, the vertical axis of FIG. 34 shows a 2/3 square of the coercive voltage value V c.

図33に示すように、残留分極値Pの2乗の温度依存性は、直線性を有し、図34に示すように、抗電圧値Vの2/3乗の温度依存性は、直線性を示していた。図33の残留分極値については、高温でのリークの影響を考慮して、キュリー温度Tの評価には用いなかったが、図34の抗電圧値について、測定データの近似直線を最小二乗法により算出し、算出した近似直線が温度軸と交差する温度を算出し、算出された温度をキュリー温度Tとして評価したところ、キュリー温度Tは、587℃になり、極めて高い値を示した。 As shown in FIG. 33, squares the temperature dependence of the remanent polarization P r has a linear, as shown in FIG. 34, the temperature dependence of the two-thirds power of the coercive voltage value V c is It showed linearity. The remnant polarization value in FIG. 33 was not used in the evaluation of the Curie temperature Tc in consideration of the influence of leakage at a high temperature, but the coercive voltage value in FIG. calculated by the calculated approximate line calculated temperature that intersects the temperature axis, the calculated temperature was evaluated as the Curie temperature T c, the Curie temperature T c will become 587 ° C., it showed a very high value .

従って、配向膜12が突出部12bを有する実施例の膜構造体によれば、PZTのキュリー温度の理論値に極めて近い高キュリー温度を有することが明らかになった。よって、本実施の形態の膜構造体によれば、圧電膜15に含まれるPZTが単結晶になっており、そのために圧電特性が向上したことが明らかになった。   Therefore, according to the film structure of the example in which the alignment film 12 has the protruding portion 12b, it has become clear that the film has a high Curie temperature extremely close to the theoretical value of the Curie temperature of PZT. Therefore, according to the film structure of the present embodiment, it was clarified that the PZT included in the piezoelectric film 15 was a single crystal, and that the piezoelectric characteristics were improved.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In the scope of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention.

例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。   For example, those skilled in the art may add, delete, or change the design of components, or add, omit, or change the conditions of the above-described embodiments. As long as it has the gist, it is included in the scope of the present invention.

10 膜構造体
11 基板
11a、12c 上面
11b 中心
11c 測定部分
12 配向膜
12a 膜部
12b 突出部
12d 上層部
12e 下層部
12f 酸化ジルコニウム膜
13、18 導電膜
13a 白金膜
14 膜
14a SRO膜
15、16、17 圧電膜
15a、16a、17a チタン酸ジルコン酸鉛膜
16g、17g 結晶粒
17f 膜
AR1 矢印
CP1 強誘電体キャパシタ
CS1、CS2 圧縮応力
EP 終点
HT1 突出高さ
IF1、IF2 界面
P1 分極成分
PLU 平面
RG5 領域
SP 起点
TS1〜TS4 引っ張り応力
Reference Signs List 10 film structure 11 substrate 11a, 12c upper surface 11b center 11c measuring portion 12 alignment film 12a film portion 12b projecting portion 12d upper layer portion 12e lower layer portion 12f zirconium oxide film 13, 18 conductive film 13a platinum film 14 film 14a SRO film 15, 16 , 17 Piezoelectric films 15a, 16a, 17a Lead zirconate titanate films 16g, 17g Crystal grains 17f Film AR1 Arrow CP1 Ferroelectric capacitors CS1, CS2 Compressive stress EP End point HT1 Projection height IF1, IF2 Interface P1 Polarization component PLU Plane RG5 Region SP Starting points TS1 to TS4 Tensile stress

Claims (22)

(100)面よりなる主面を含むシリコン基板と、
前記主面上に形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第1酸化ジルコニウム膜を含む第1膜と、
前記第1膜上に形成され、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜を含む導電膜と、
を有し、
前記第1膜と前記導電膜との間の第1界面の第1平均界面粗さは、前記シリコン基板と前記第1膜との間の第2界面の第2平均界面粗さよりも大きい、膜構造体。
A silicon substrate including a main surface composed of a (100) plane;
A first film formed on the main surface, having a cubic crystal structure, and including a (100) -oriented first zirconium oxide film;
A conductive film formed on the first film, having a cubic crystal structure, and including a (100) -oriented platinum film;
Have
A film, wherein a first average interface roughness of a first interface between the first film and the conductive film is larger than a second average interface roughness of a second interface between the silicon substrate and the first film. Structure.
請求項1に記載の膜構造体において、
前記第1膜は、
前記主面上に形成された膜部と、
前記膜部の上面からそれぞれ突出した複数の突出部と、
を含み、
前記膜部は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第2酸化ジルコニウム膜を含み、
前記複数の突出部の各々は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第3酸化ジルコニウム膜を含む、膜構造体。
The membrane structure according to claim 1,
The first film includes:
A film portion formed on the main surface;
A plurality of protrusions each protruding from the upper surface of the film portion,
Including
The film portion has a cubic crystal structure and includes a (100) -oriented second zirconium oxide film,
Each of the plurality of protrusions has a cubic crystal structure and includes a (100) -oriented third zirconium oxide film.
請求項2に記載の膜構造体において、
前記突出部の、前記主面に沿った第1方向に垂直な断面形状は、三角形状であり、
前記突出部の、前記主面に沿い、且つ、前記第1方向に垂直な方向である第2方向における幅が、前記膜部側から前記膜部側と反対側に向かって減少している、膜構造体。
The membrane structure according to claim 2,
The cross-sectional shape of the protrusion, which is perpendicular to the first direction along the main surface, is a triangular shape,
The width of the protruding portion in the second direction along the main surface and perpendicular to the first direction decreases from the film portion side to the opposite side to the film portion side. Membrane structure.
請求項2又は3に記載の膜構造体において、
前記膜部の厚さは、11〜18nmであり、
前記複数の突出部の各々が前記膜部の上面から突出した突出高さは、4〜8nmである、膜構造体。
The membrane structure according to claim 2 or 3,
The thickness of the film portion is 11 to 18 nm,
The film structure, wherein a protrusion height of each of the plurality of protrusions from the upper surface of the film portion is 4 to 8 nm.
請求項2乃至4のいずれか一項に記載の膜構造体において、
前記導電膜は、前記複数の突出部を覆い、
隣り合う2つの前記突出部の間には、前記導電膜が埋め込まれている、膜構造体。
The film structure according to any one of claims 2 to 4,
The conductive film covers the plurality of protrusions,
A film structure in which the conductive film is buried between two adjacent protrusions.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の膜構造体において、
前記導電膜は、第1引っ張り応力を有し、
前記第1膜は、第1圧縮応力を有するか、又は、前記第1引っ張り応力よりも小さい第2引っ張り応力を有する、膜構造体。
The membrane structure according to any one of claims 1 to 5,
The conductive film has a first tensile stress,
The film structure, wherein the first film has a first compressive stress or a second tensile stress smaller than the first tensile stress.
請求項6に記載の膜構造体において、
前記第1膜の上層部は、第2圧縮応力を有し、
前記第1膜の下層部は、第3引っ張り応力を有し、
前記第1膜が前記第1圧縮応力を有するとき、前記第2圧縮応力は前記第1圧縮応力よりも大きく、
前記第1膜が前記第2引っ張り応力を有するとき、前記第3引っ張り応力は前記第2引っ張り応力よりも大きい、膜構造体。
The membrane structure according to claim 6,
An upper layer of the first film has a second compressive stress,
A lower layer of the first film has a third tensile stress;
When the first film has the first compressive stress, the second compressive stress is larger than the first compressive stress,
The film structure, wherein the third tensile stress is greater than the second tensile stress when the first film has the second tensile stress.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の膜構造体において、
前記導電膜上に形成され、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜を含む圧電膜を有する、膜構造体。
The membrane structure according to any one of claims 1 to 7,
A film structure comprising a piezoelectric film formed on the conductive film and having a tetragonal crystal structure and including a (001) -oriented lead zirconate titanate film.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の膜構造体において、
前記第1酸化ジルコニウム膜は、前記第1酸化ジルコニウム膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、
前記白金膜は、前記白金膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向している、膜構造体。
The film structure according to any one of claims 1 to 8,
The first zirconium oxide film is oriented such that a <100> direction along the main surface of the first zirconium oxide film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate. ,
The film structure, wherein the platinum film is oriented such that a <100> direction along the main surface of the platinum film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate. .
請求項8に記載の膜構造体において、
前記第1酸化ジルコニウム膜は、前記第1酸化ジルコニウム膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、
前記白金膜は、前記白金膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、
前記チタン酸ジルコン酸鉛膜は、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向している、膜構造体。
The membrane structure according to claim 8,
The first zirconium oxide film is oriented such that a <100> direction along the main surface of the first zirconium oxide film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate. ,
The platinum film is oriented such that a <100> direction along the main surface of the platinum film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate;
The lead zirconate titanate film is formed such that a <100> direction along the main surface of the lead zirconate titanate film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate. Oriented membrane structure.
請求項8又は10に記載の膜構造体において、
前記チタン酸ジルコン酸鉛膜は、下記一般式(化1)で表されるチタン酸ジルコン酸鉛よりなる複合酸化物を有し、
Pb(Zr1−xTi)O・・・(化1)
前記xは、0.32≦x≦0.52を満たし、
前記チタン酸ジルコン酸鉛のa軸方向の第1格子定数に対するc軸方向の第2格子定数の格子定数比が、1.010〜1.016である、膜構造体。
The membrane structure according to claim 8, wherein
The lead zirconate titanate film has a composite oxide of lead zirconate titanate represented by the following general formula (Formula 1),
Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 (Formula 1)
X satisfies 0.32 ≦ x ≦ 0.52,
A film structure, wherein the ratio of the lattice constant of the second lattice constant in the c-axis direction to the first lattice constant in the a-axis direction of the lead zirconate titanate is 1.010 to 1.016.
(a)(100)面よりなる主面を含むシリコン基板を用意する工程、
(b)前記主面上に、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第1酸化ジルコニウム膜を含む第1膜を形成する工程、
(c)前記第1膜上に、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した白金膜を含む導電膜を形成する工程、
を有し、
前記第1膜と前記導電膜との間の第1界面の第1平均界面粗さは、前記シリコン基板と前記第1膜との間の第2界面の第2平均界面粗さよりも大きい、膜構造体の製造方法。
(A) preparing a silicon substrate including a main surface composed of a (100) plane;
(B) forming a first film having a cubic crystal structure and including a (100) -oriented first zirconium oxide film on the main surface;
(C) forming a conductive film having a cubic crystal structure and including a (100) -oriented platinum film on the first film;
Have
A film, wherein a first average interface roughness of a first interface between the first film and the conductive film is larger than a second average interface roughness of a second interface between the silicon substrate and the first film. The method of manufacturing the structure.
請求項12に記載の膜構造体の製造方法において、
前記(b)工程では、前記主面上に形成された膜部と、前記膜部の上面からそれぞれ突出した複数の突出部と、を含む前記第1膜を形成し、
前記膜部は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第2酸化ジルコニウム膜を含み、
前記複数の突出部の各々は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、(100)配向した第3酸化ジルコニウム膜を含む、膜構造体の製造方法。
The method for manufacturing a film structure according to claim 12,
In the step (b), the first film including a film portion formed on the main surface and a plurality of protrusions respectively protruding from an upper surface of the film portion is formed;
The film portion has a cubic crystal structure and includes a (100) -oriented second zirconium oxide film,
Each of the plurality of protrusions has a cubic crystal structure and includes a (100) -oriented third zirconium oxide film.
請求項13に記載の膜構造体の製造方法において、
前記突出部の、前記主面に沿った第1方向に垂直な断面形状は、三角形状であり、
前記突出部の、前記主面に沿い、且つ、前記第1方向に垂直な方向である第2方向における幅が、前記膜部側から前記膜部側と反対側に向かって減少している、膜構造体の製造方法。
The method for manufacturing a film structure according to claim 13,
The cross-sectional shape of the protrusion, which is perpendicular to the first direction along the main surface, is a triangular shape,
The width of the protruding portion in the second direction along the main surface and perpendicular to the first direction decreases from the film portion side to the opposite side to the film portion side. A method for manufacturing a membrane structure.
請求項13又は14に記載の膜構造体の製造方法において、
前記膜部の厚さは、11〜18nmであり、
前記複数の突出部の各々が前記膜部の上面から突出した突出高さは、4〜8nmである、膜構造体の製造方法。
The method for producing a film structure according to claim 13 or 14,
The thickness of the film portion is 11 to 18 nm,
The method of manufacturing a film structure, wherein a height of each of the plurality of protrusions protruding from an upper surface of the film part is 4 to 8 nm.
請求項13乃至15のいずれか一項に記載の膜構造体の製造方法において、
前記(c)工程では、前記複数の突出部を覆う前記導電膜を形成し、
前記(c)工程では、隣り合う2つの前記突出部の間には、前記導電膜が埋め込まれる、膜構造体の製造方法。
The method for manufacturing a film structure according to any one of claims 13 to 15,
In the step (c), the conductive film covering the plurality of protrusions is formed,
In the step (c), a method for manufacturing a film structure, wherein the conductive film is buried between two adjacent protrusions.
請求項12乃至16のいずれか一項に記載の膜構造体の製造方法において、
前記導電膜は、第1引っ張り応力を有し、
前記第1膜は、第1圧縮応力を有するか、又は、前記第1引っ張り応力よりも小さい第2引っ張り応力を有する、膜構造体の製造方法。
The method for producing a film structure according to any one of claims 12 to 16,
The conductive film has a first tensile stress,
The method for manufacturing a film structure, wherein the first film has a first compressive stress or has a second tensile stress smaller than the first tensile stress.
請求項17に記載の膜構造体の製造方法において、
前記第1膜の上層部は、第2圧縮応力を有し、
前記第1膜の下層部は、第3引っ張り応力を有し、
前記第1膜が前記第1圧縮応力を有するとき、前記第2圧縮応力は前記第1圧縮応力よりも大きく、
前記第1膜が前記第2引っ張り応力を有するとき、前記第3引っ張り応力は前記第2引っ張り応力よりも大きい、膜構造体の製造方法。
The method for manufacturing a film structure according to claim 17,
An upper layer of the first film has a second compressive stress,
A lower layer of the first film has a third tensile stress;
When the first film has the first compressive stress, the second compressive stress is larger than the first compressive stress,
The method of manufacturing a film structure, wherein when the first film has the second tensile stress, the third tensile stress is larger than the second tensile stress.
請求項12乃至18のいずれか一項に記載の膜構造体の製造方法において、
(d)前記導電膜上に、正方晶の結晶構造を有し、且つ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛膜を含む圧電膜を形成する工程、
を有する、膜構造体の製造方法。
The method for manufacturing a film structure according to any one of claims 12 to 18,
(D) forming a piezoelectric film having a tetragonal crystal structure and including a (001) -oriented lead zirconate titanate film on the conductive film;
A method for producing a film structure, comprising:
請求項12乃至19のいずれか一項に記載の膜構造体の製造方法において、
前記第1酸化ジルコニウム膜は、前記第1酸化ジルコニウム膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、
前記白金膜は、前記白金膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向している、膜構造体の製造方法。
The method for manufacturing a film structure according to any one of claims 12 to 19,
The first zirconium oxide film is oriented such that a <100> direction along the main surface of the first zirconium oxide film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate. ,
The film structure, wherein the platinum film is oriented such that a <100> direction along the main surface of the platinum film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate. Manufacturing method.
請求項19に記載の膜構造体の製造方法において、
前記第1酸化ジルコニウム膜は、前記第1酸化ジルコニウム膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、
前記白金膜は、前記白金膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向し、
前記チタン酸ジルコン酸鉛膜は、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の前記主面に沿った<100>方向が、前記シリコン基板の前記主面に沿った<100>方向と平行になるように、配向している、膜構造体の製造方法。
The method for manufacturing a film structure according to claim 19,
The first zirconium oxide film is oriented such that a <100> direction along the main surface of the first zirconium oxide film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate. ,
The platinum film is oriented such that a <100> direction along the main surface of the platinum film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate;
The lead zirconate titanate film is formed such that a <100> direction along the main surface of the lead zirconate titanate film is parallel to a <100> direction along the main surface of the silicon substrate. A method for producing an oriented film structure.
請求項19又は21に記載の膜構造体の製造方法において、
前記チタン酸ジルコン酸鉛膜は、下記一般式(化1)で表されるチタン酸ジルコン酸鉛よりなる複合酸化物を有し、
Pb(Zr1−xTi)O・・・(化1)
前記xは、0.32≦x≦0.52を満たし、
前記チタン酸ジルコン酸鉛のa軸方向の第1格子定数に対するc軸方向の第2格子定数の格子定数比が、1.010〜1.016である、膜構造体の製造方法。
The method for manufacturing a film structure according to claim 19 or 21,
The lead zirconate titanate film has a composite oxide of lead zirconate titanate represented by the following general formula (Formula 1),
Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 (Formula 1)
X satisfies 0.32 ≦ x ≦ 0.52,
A method for producing a film structure, wherein the ratio of the lattice constant of the second lattice constant in the c-axis direction to the first lattice constant in the a-axis direction of the lead zirconate titanate is 1.010 to 1.016.
JP2018112529A 2018-06-13 2018-06-13 Membrane structure and manufacturing method thereof Active JP6498821B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018112529A JP6498821B1 (en) 2018-06-13 2018-06-13 Membrane structure and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018112529A JP6498821B1 (en) 2018-06-13 2018-06-13 Membrane structure and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6498821B1 JP6498821B1 (en) 2019-04-10
JP2019216181A true JP2019216181A (en) 2019-12-19

Family

ID=66092625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018112529A Active JP6498821B1 (en) 2018-06-13 2018-06-13 Membrane structure and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6498821B1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023042704A1 (en) 2021-09-16 2023-03-23 コニカミノルタ株式会社 Piezoelectric element, piezoelectric actuator, liquid droplet discharging head, liquid droplet discharging device, and ferroelectric memory
WO2023100266A1 (en) * 2021-11-30 2023-06-08 I-PEX Piezo Solutions株式会社 Film structure, method for producing film structure and apparatus for producing film structure
WO2023145807A1 (en) * 2022-01-27 2023-08-03 株式会社Gaianixx Electrode, laminated structure, electronic device, electronic equipment, and methods for producing same
WO2023145808A1 (en) * 2022-01-27 2023-08-03 株式会社Gaianixx Crystal, multilayer structure, electronic device, electronic instrument, and methods respectively for producing these products
WO2023171108A1 (en) * 2022-03-09 2023-09-14 MicroInnovators Laboratory株式会社 Film structure and electronic device
WO2023176756A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 株式会社Gaianixx Piezoelectric body, laminated structure, electronic device, electronic apparatus, and methods for manufacturing same
WO2023176757A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 株式会社Gaianixx Piezoelectric body, laminate structure, electronic device, electronic apparatus, and methods for manufacturing same
WO2023176758A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 株式会社Gaianixx Piezoelectric body, laminated structure, electronic device, electronic apparatus, and production methods for same
WO2024048765A1 (en) * 2022-08-31 2024-03-07 株式会社Gaianixx Crystal, multilayer structure, element, electronic device, electronic apparatus and system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202112670A (en) * 2019-05-31 2021-04-01 日商三菱綜合材料股份有限公司 Method for manufacturing piezoelectric film, piezoelectric film, and piezoelectric element

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11312801A (en) * 1998-04-28 1999-11-09 Tdk Corp Laminated thin film
JP2000332569A (en) * 1999-05-20 2000-11-30 Tdk Corp Thin-film piezoelectric element
US6258459B1 (en) * 1998-04-28 2001-07-10 Tdk Corporation Multilayer thin film
JP2001313429A (en) * 2000-04-27 2001-11-09 Tdk Corp Laminated thin film and manufacturing method for the same, and electronic device
JP2002029894A (en) * 2000-04-27 2002-01-29 Tdk Corp Laminated thin film, method of producing the same and electronic device
JP2016127057A (en) * 2014-12-26 2016-07-11 株式会社ユーテック Piezoelectric film and piezoelectric ceramics

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11312801A (en) * 1998-04-28 1999-11-09 Tdk Corp Laminated thin film
US6258459B1 (en) * 1998-04-28 2001-07-10 Tdk Corporation Multilayer thin film
JP2000332569A (en) * 1999-05-20 2000-11-30 Tdk Corp Thin-film piezoelectric element
JP2001313429A (en) * 2000-04-27 2001-11-09 Tdk Corp Laminated thin film and manufacturing method for the same, and electronic device
US20020006733A1 (en) * 2000-04-27 2002-01-17 Tdk Corporation Multilayer thin film and its fabrication process as well as electron device
JP2002029894A (en) * 2000-04-27 2002-01-29 Tdk Corp Laminated thin film, method of producing the same and electronic device
JP2016127057A (en) * 2014-12-26 2016-07-11 株式会社ユーテック Piezoelectric film and piezoelectric ceramics

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023042704A1 (en) 2021-09-16 2023-03-23 コニカミノルタ株式会社 Piezoelectric element, piezoelectric actuator, liquid droplet discharging head, liquid droplet discharging device, and ferroelectric memory
WO2023100266A1 (en) * 2021-11-30 2023-06-08 I-PEX Piezo Solutions株式会社 Film structure, method for producing film structure and apparatus for producing film structure
WO2023145807A1 (en) * 2022-01-27 2023-08-03 株式会社Gaianixx Electrode, laminated structure, electronic device, electronic equipment, and methods for producing same
WO2023145808A1 (en) * 2022-01-27 2023-08-03 株式会社Gaianixx Crystal, multilayer structure, electronic device, electronic instrument, and methods respectively for producing these products
WO2023171108A1 (en) * 2022-03-09 2023-09-14 MicroInnovators Laboratory株式会社 Film structure and electronic device
WO2023176756A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 株式会社Gaianixx Piezoelectric body, laminated structure, electronic device, electronic apparatus, and methods for manufacturing same
WO2023176757A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 株式会社Gaianixx Piezoelectric body, laminate structure, electronic device, electronic apparatus, and methods for manufacturing same
WO2023176758A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 株式会社Gaianixx Piezoelectric body, laminated structure, electronic device, electronic apparatus, and production methods for same
WO2024048765A1 (en) * 2022-08-31 2024-03-07 株式会社Gaianixx Crystal, multilayer structure, element, electronic device, electronic apparatus and system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6498821B1 (en) 2019-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6498821B1 (en) Membrane structure and manufacturing method thereof
JP5853753B2 (en) Perovskite functional multilayer film
TWI831917B (en) Membrane structures, piezoelectric films, and superconductor films
TWI791546B (en) Membrane structure and manufacturing method thereof
US11785854B2 (en) Film structure and method for manufacturing the same
JP7307302B2 (en) MEMBRANE STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
JP2021185614A (en) Film forming device
Wang et al. High performance LaNiO3-buffered,(001)-oriented PZT piezoelectric films integrated on (111) Si
WO2018216227A1 (en) Film structure and method for manufacturing same
JP2018081974A (en) Film structure and manufacturing method thereof
TWI760346B (en) Film forming device
Wang et al. High performance LaNiO
Nishikado PLEASE CITE THIS ARTICLE AS DOI: 10.1063/5.0107526

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180614

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20180614

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20181005

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181005

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181016

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190212

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6498821

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S303 Written request for registration of pledge or change of pledge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316303

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S303 Written request for registration of pledge or change of pledge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316303

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S803 Written request for registration of cancellation of provisional registration

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316803

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250