JP5019247B2

JP5019247B2 - 電子デバイス用基板

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Publication number: JP5019247B2
Application number: JP2000357742A
Authority: JP
Inventors: 隆男野口; 久俊斉藤; 義彦矢野; 秀典阿部
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: JP2002164586A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス用基板及びこれを用いた薄膜バルク振動子、圧電アクチュエータ、薄膜ＶＣＯ、薄膜フィルタ等の薄膜圧電体素子、並びに電子デバイス用基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信機器、テレビ等に使用されるキーコンポーネントである、薄膜バルク振動子や圧電アクチュエータ等の薄膜圧電体素子は、圧電体及び圧電体に設けられた複数の電極によって構成され、これら電極間に電圧を印加することによって、これを機械的エネルギーに変換する装置である。
【０００３】
ここで、圧電体としては、ＰｂＴｉＯ_３、ＰＺＴ、ＢａＴｉＯ_３等のペロブスカイト型酸化物からなる強誘電体材料が知られている。
【０００４】
これらペロブスカイト型酸化物からなる強誘電体材料を用いて、薄膜圧電体素子に用いられる電子デバイス用基板を形成する場合、シリコン等の半導体基板上にペロブスカイト型酸化物を単一配向だけでなく面内での方位もそろえた３軸配向のエピタキシャル膜として形成することが望まれる（特開平９−１１０５９２号公報参照）。
【０００５】
しかしながら、例えばＰｂＴｉＯ_３やＰＺＴなどの強誘電体材料をＳｉ基板上にエピタキシャル成長させた場合、成膜中には単結晶膜として形成されるが、成膜後に室温まで冷却する過程において、シリコン基板との熱膨張係数の大きな差により、形成された強誘電体薄膜に強い引っ張り応力が働く。ここで、ＰｂＴｉＯ_３やＰＺＴ等のキュリー温度以上での結晶型は立方晶である一方、キュリー温度以下での結晶型は、２つのａ軸と分極軸である１つのｃ軸（ｃ＞ａ）を有する正方晶である。このため、冷却過程において、膜の結晶型が立方晶から正方晶に転移する際に、ａ軸配向からなるａドメインとｃ軸配向からなるｃドメインの二つのドメインからなる９０°ドメイン構造をもつ膜になってしまうが、このとき、シリコン基板との熱膨張係数の差に起因する引っ張り応力により、ａ軸配向からなるａドメインの割合が増加する。この場合、ａドメインでは、分極軸であるｃ軸が膜面に対して横に寝てしまうことから、膜面に対して垂直方向の外部電界を印加しても十分な強誘電性や圧電性が得られないという問題があった（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｆｔ．５９（２０），１１，２５２４（１９９１）及びＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７６（１２），１５，７８３３（１９９４）参照）。
【０００６】
これを解決するには、Ｓｉ基板から強誘電体薄膜にかかる引っ張り応力を低減し、ｃ軸配向からなるｃドメインの割合が増加するように強誘電体膜を形成することが重要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
Ｓｉ等の半導体基板から強誘電体薄膜にかかる引っ張り応力を低減する手法としては、種々の手法が検討されている。しかしながら、これら手法の多くは、電子デバイス用基板の製造工程を複雑化させるため、電子デバイス用基板の製造コストを増大させ、ひいてはこれを用いた薄膜圧電体素子の製造コストを増大させてしまうという問題があった。
【０００８】
このため、Ｓｉ等の半導体基板から強誘電体薄膜にかかる引っ張り応力を、簡単な手法によって低減することができる手法が望まれていた。
【０００９】
したがって、本発明は、半導体基板から強誘電体薄膜にかかる引っ張り応力が簡単な方法によって緩和された電子デバイス用基板及びこれを用いた薄膜圧電体素子、並びに電子デバイス用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが精意研究を重ねた結果、半導体基板上に電極及び強誘電体薄膜をこの順に形成する場合、電極の膜厚と強誘電体薄膜のドメイン比との間に、所定の関係があることが判明した。
【００１１】
すなわち、半導体基板上に電極及び強誘電体薄膜をこの順に形成する場合、電極の膜厚を厚くするにつれてｃドメインの割合が増加することが判明した。さらに、電極の膜厚が所定の厚み以下である領域においては、電極の膜厚を厚くするにつれてｃドメインの割合が急激に増大する一方、電極の膜厚が上記所定の厚み以上である領域においては、電極の膜厚を厚くしてもｃドメインの割合は僅かしか増大しないことが判明した。この場合、「所定の厚み」とは、約２００〜３００ｎｍであった。また、電極の膜厚が約１０００ｎｍを超える領域では、ｃドメインの割合がほとんど増大しないことも判明した。
【００１２】
本発明者らは、このような知見に基づき、半導体基板上に電極及び強誘電体薄膜をこの順に形成する場合、電極の膜厚を約２００〜１０００ｎｍに設定することにより、ｃドメインの割合が高い強誘電体薄膜を、簡単且つ効率よく成膜することができ、より簡単でより効率よく、ｃドメインの割合が高い強誘電体薄膜を成膜するためには電極の膜厚を約２００〜３００ｎｍに設定すればよいという結論に至った。
【００１３】
また、本発明者らがさらに精意研究を重ねた結果、半導体基板上に電極及び強誘電体薄膜をこの順に形成する場合、電極の膜厚と強誘電体薄膜の共振特性との間にも、所定の関係があることが判明した。
【００１４】
すなわち、半導体基板上に電極及び強誘電体薄膜をこの順に形成する場合、電極の膜厚が所定の厚み以下である領域においては、電極の膜厚を厚くするにつれて共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差が急激に増大する一方、電極の膜厚が上記所定の厚み以上である領域においては、電極の膜厚を厚くするにつれて当該インピーダンス差が徐々に減少することが判明した。この場合、「所定の厚み」とは、約２５０〜５００ｎｍであった。
【００１５】
本発明者らは、このような知見に基づき、半導体基板上に電極及び強誘電体薄膜をこの順に形成する場合、電極の膜厚を約２５０〜５００ｎｍに設定することにより、共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差が最も大きい強誘電体薄膜を、簡単且つ効率よく成膜することができ、電極の膜厚を約２００〜１０００ｎｍに設定することにより、当該インピーダンス差が十分に大きい強誘電体薄膜を、簡単且つ効率よく成膜することができるという結論に至った。
【００１６】
また、本発明者らがさらに精意研究を重ねた結果、半導体基板上に電極及び強誘電体薄膜をこの順に形成する場合、電極の膜厚及び強誘電体薄膜の膜厚の比と強誘電体薄膜の共振特性との間にも、所定の関係があることが判明した。
【００１７】
すなわち、半導体基板上に電極及び強誘電体薄膜をこの順に形成する場合、電極の膜厚ｄ_ｅと強誘電体薄膜の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐが所定の値以下である領域においては、当該比が大きくなるにつれて共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差が急激に増大する一方、当該比が上記所定の値以上である領域においては、当該比が大きくなるにつれて当該インピーダンス差が徐々に減少することが判明した。この場合、「所定の値」とは、約０．５〜１であった。
【００１８】
本発明者らは、このような知見に基づき、半導体基板上に電極及び強誘電体薄膜をこの順に形成する場合、電極の膜厚ｄ_ｅと誘電体薄膜の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐを約０．５〜１に設定することにより、共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差が最も大きい強誘電体薄膜を、簡単且つ効率よく成膜することができ、電極の膜厚ｄ_ｅと強誘電体薄膜の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐを約０．４〜２に設定することにより、当該インピーダンス差が十分に大きい強誘電体薄膜を、簡単且つ効率よく成膜することができるという結論に至った。
【００１９】
本発明は、このような技術的知見に基づくものであり、本発明にかかる電子デバイス用基板は、半導体基板上に形成されたエピタキシャル膜である下部電極と、前記下部電極上に形成されたエピタキシャル膜である強誘電体層と、前記強誘電体層上に形成された上部電極とを備えた電子デバイス用基板であって、前記下部電極が金属薄膜とペロブスカイト型導電性酸化物薄膜との積層体によって構成され、前記金属薄膜がペロブスカイト型導電性酸化物薄膜よりも前記半導体基板側に形成され、前記下部電極の膜厚が２５０〜３００ｎｍであり、前記下部電極の膜厚ｄ_ｅと前記強誘電体層の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐが、０．４〜２であることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明によれば、下部電極の膜厚が２００〜１０００ｎｍに設定されていることから、半導体基板から強誘電体薄膜にかかる引っ張り応力が緩和され、強誘電体薄膜のｃドメインの割合が高くなる。さらに、本発明によれば、共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差を十分大きくすることができる。
さらに、本発明によれば、半導体基板から強誘電体薄膜にかかる引っ張り応力を最も効率的に緩和することができるとともに、共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差を大きくすることができる。
【００２５】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記下部電極が、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、およびＡｕの少なくとも１を含有する。
【００２６】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記強誘電体層が、少なくとも１層のペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜からなる。
【００２７】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記強誘電体層が、ＰｂＴｉＯ_３からなる第１のペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜と、ＰＺＴからなる第２のペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜を含む。
【００２９】
本発明において、前記下部電極の膜厚ｄ_ｅと前記強誘電体層の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐは、０．４〜２である。
【００３０】
本発明によれば、前記下部電極の膜厚ｄ_ｅと前記強誘電体層の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐが０．４〜２に設定されていることから、共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差を十分大きくすることができる。
【００３１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記下部電極の膜厚ｄ_ｅと前記強誘電体層の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐが、０．５〜１であることを特徴とする。
【００３２】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、下部電極の膜厚ｄ_ｅと強誘電体層の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐが、０．５〜１に設定されていることから、共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差を一層十分大きくすることができる。
【００３３】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、電子デバイス用基板は、さらに、前記基板と前記下部電極との間に形成されたエピタキシャル膜であるバッファ層を備えている。
【００３４】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記バッファ層が、ＺｒＯ_２薄膜、安定化ジルコニア薄膜、希土類元素酸化物薄膜、及びジルコニウムの一部を希土類元素もしくはアルカリ土類元素で置換したＺｒＯ_２薄膜の少なくとも一を含む。
【００３５】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記基板が、単結晶シリコン基板からなる。
【００４３】
尚、本発明において、「ａドメインに対するｃドメインの比率（Ｉｃ／Ｉａ）」におけるＩａとは、θ−２θＸ線回折における（１００）ピークの強度をいい、Ｉｃとは、θ−２θＸ線回折における（００１）ピークの強度をいう。
【００４４】
また、本発明において、薄膜が例えば（００１）配向であるとは、膜面とほぼ平行に（００１）面が存在していることを意味する。
【００４５】
また、本発明にいて「単一配向膜」とは、基板表面と平行に目的とする結晶面が揃っている結晶化膜のことを意味する。具体的には、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による測定を行ったとき、目的とする面以外のものの反射ピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である膜である。例えば、（００Ｌ）単一配向膜、すなわちｃ面単一配向膜は、膜の２θ−θＸ線回折で（００Ｌ）面以外の反射強度が、（００Ｌ）面反射の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下のものである。なお、本明細書において（００Ｌ）は、（００１）系列の面、すなわち（００１）や（００２）などの等価な面を総称する表示である。
【００４６】
また、本発明において「エピタキシャル膜」とは、第一に、上述した単一配向膜である必要がある。エピタキシャル膜の第二の条件は、膜面内をｘ−ｙ面とし、膜厚方向をｚ軸としたとき、結晶がｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向に共に揃って配向していることである。このような配向は、ＲＨＥＥＤ評価でスポット状またはストリーク状のシャープなパターンを示すことで確認できる。例えば、表面に凸凹が存在するバッファ層において結晶配向に乱れがある場合、ＲＨＥＥＤ像はシャープなスポット状とはならず、リング状に伸びる傾向を示す。上記した二つの条件を満足すれば、エピタキシャル膜といえる。
【００４７】
また、本発明において「エピタキシャル成長した膜」とは、エピタキシャル膜を含むが、その他に成長時にエピタキシャル膜であって、室温でドメイン構造膜である薄膜も含む。ＰＺＴ薄膜等の正方晶ペロブスカイト型酸化物薄膜の場合、成長温度で正方晶の（１００）エピタキシャル膜として成長し、成長後、冷却する間に正方晶に相転移して、（１００）配向と（００１）配向とが混在する９０度ドメイン構造膜も含まれる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様について詳細に説明する。
【００４９】
図１は、本発明の好ましい実施例にかかる薄膜バルク振動子１を概略的に示す断面図である。
【００５０】
図１に示されるように、薄膜バルク振動子１は、ビアホール２が形成されたＳｉ単結晶基板３と、Ｓｉ単結晶基板３上に形成されたバッファ層４と、バッファ層４上に形成された下部電極５と、下部電極５上に形成された強誘電体層６と、強誘電体層６上に形成された上部電極７とからなる電子デバイス用基板を備え、下部電極５及び上部電極７にはワイヤ８が接続されている。また、Ｓｉ単結晶基板３の底面は、ダイボンド剤９によりセラミックパッケージ１０の底面に接着されており、セラミックパッケージ１０の上部は、ふた１１により封止されている。
【００５１】
次に、電子デバイス用基板を構成する各要素について詳細に説明する。
【００５２】
Ｓｉ単結晶基板３
本実施態様における基板３は、単結晶シリコンであるが、Ｓｉ（１００）単結晶表面を有する基板が最も好ましい。Ｓｉ（１００）基板を用いることにより、薄膜バルク振動子を作製する場合のビアホール２の形成が容易になる。
【００５３】
バッファ層４
本実施態様におけるバッファ層４は、酸化物の単層あるいは複数の酸化物をエピタキシャル成長することにより形成される。バッファ層４は、Ｓｉ単結晶基板３と下部電極５との間に設けられて、下部電極５を高品質にエピタキシャル成長させる役割を果たすとともに、絶縁体としての機能し、さらにビアホール２をエッチング加工する際のエッチングストッパ層としても機能する。また、バッファ層４は、Ｓｉ単結晶基板３と下部電極５との間に形成されているため、下部電極５を構成する金属とＳｉ単結晶基板３とが反応し、シリサイドが形成されるのを防止するバリア層としての役割も果たしている。
【００５４】
バッファ層４上に形成される下部電極５及び下部電極５上に形成される強誘電体層６を単結晶に近いエピタキシャル膜として形成するためには、バッファ層４として、（００１）配向のＺｒＯ_２薄膜、安定化ジルコニア薄膜、希土類元素酸化物薄膜、ジルコニウムの一部を希土類元素もしくはアルカリ土類元素で置換したＺｒＯ_２薄膜等を含む層と、この上に形成されたＢａＴｉＯ_３等からなる（００１）配向のペロブスカイト層からなる積層体を用いることが好ましい。
【００５５】
この場合、ペロブスカイト層を設けるのは、（００１）配向のＺｒＯ_２薄膜、安定化ジルコニア薄膜、希土類元素酸化物薄膜等を含む層上に下部電極５を直接形成すると、下部電極５を構成する金属は（１１１）配向または多結晶となり、下部電極５を（１００）単一配向膜とすることができないからである。これは、ＺｒＯ_２（００１）面と、下部電極５を構成する金属（１００）面の格子不整合が大きいために、当該金属はエピタキシャル成長するよりも、すなわち（１００）面を成長面として成長するよりも、エネルギー的に安定な（１１１）面を成長面として成長するからである。
【００５６】
さらに、バッファ層４上に形成される下部電極５及び下部電極５上に形成される強誘電体層６を単結晶に近いエピタキシャル膜として形成するためには、バッファ層４として、ＺｒＯ_２薄膜と、この上に形成され表面にファセットを有するＹ_２Ｏ_３等の希土類酸化物薄膜からなる積層体を用いることも好ましい。ファセットを有するバッファ層４上に下部電極５を成長させると、下部電極５を構成する金属は、膜面に垂直な方向に（１００）配向したエピタキシャル膜となる。
【００５７】
この方法では、ＢａＴｉＯ_３薄膜等の多元組成のペロブスカイト型薄膜を形成する必要がないため、より容易にバッファ層４を形成することが可能となる。このような構造を有するバッファ層４は、下部電極５との界面が{１１１}ファセット面を含むことが特徴である。このバッファ層４は、立方晶（１００）配向、正方晶（００１）配向または単斜晶（００１）配向のエピタキシャル膜なのでそのファセット面は、{１１１}ファセット面である。下部電極５は、バッファ層４の{１１１}ファセット面上に{１１１}配向膜としてエピタキシャル成長する。下部電極５を構成する金属の成長に伴って、ファセット面により構成される凹部は埋められ、最終的に、下部電極５の表面は平坦となり、かつ、この表面はＳｉ単結晶基板３の表面に平行となる。下部電極５の表面は、立方晶（１００）面となるが、結晶格子の歪み等により正方晶（００１）面となることもある。
【００５８】
なお、バッファ層４の形成過程において、Ｓｉ単結晶基板３とバッファ層４との間にＳｉＯ_２層が生じる場合があるが、このＳｉＯ_２層は、バッファ層４がエピタキシャル成長し始めた後にＳｉ単結晶基板３の表面が酸化されることにより形成されるものと見られ、バッファ層４のエピタキシャル成長を阻害するものでは無い。したがって、このＳｉＯ_２層は存在していても構わない。
【００５９】
下部電極５
下部電極５は、バッファ層４上にエピタキシャル成長した金属薄膜を含む層である。下部電極５は、電極としての機能のほかに、Ｓｉ単結晶基板３によって強誘電体層６に作用する引っ張り応力を吸収する機能を持つ。
【００６０】
下部電極５を構成する金属薄膜は、その上に形成される強誘電体層６の成膜温度での耐熱性に優れたものであるとともに、応力を吸収するための可塑性に優れた材料からなるものであることが好ましい。具体的には、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、およびＡｕの少なくとも１種を主成分とすることが好ましく、ＰｔおよびＡｕのいずれか１種を主成分とすることがさらに好ましい。また、これらの金属を含む合金から構成されていても構わない。さらに、下部電極５は、組成の異なる２種以上の金属薄膜から構成されていても良い。
【００６１】
なお、下部電極５を構成する金属薄膜の比抵抗は、好ましくは１０^−７〜１０^３Ωｃｍ、より好ましくは１０^−７〜１０^−２Ωｃｍである。
【００６２】
下部電極５は、上記金属薄膜とペロブスカイト型導電性酸化物薄膜との積層体であってもよい。この場合、その金属薄膜はペロブスカイト型導電性酸化物薄膜の下側、すなわちバッファ層４側に形成する必要がある。こうすることにより金属薄膜の上側から２次元的な圧縮応力が働くことになり、Ｓｉ単結晶基板３からの引っ張り応力をより一層効果的に緩和できる。ペロブスカイト型導電性酸化物薄膜としては、例えば、ＳｒＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３、ＢａＲｕＯ_３等の材料が好ましい。
【００６３】
また、これら金属薄膜とペロブスカイト型導電性酸化物薄膜との間には、他の組成からなる酸化物層がさらに形成されていても良い。例えば、ペロブスカイト型導電性酸化物薄膜の製造過程、または形成後にその下地の金属薄膜の一部が酸化されて、酸化物層が形成されていても良い。また、ペロブスカイト型導電性酸化物薄膜と金属薄膜の間に正方晶等からなる薄膜が形成されていても良い。例えば、Ｐｔからなる金属薄膜上にＢａＴｉＯ_３を形成し、その上にペロブスカイト型導電性酸化物薄膜としてＳｒＲｕＯ_３を積層してもよい。
【００６４】
下部電極５を構成する金属薄膜は、通常、膜面と平行に（１００）面が配向した立方晶エピタキシャル膜となっているが、応力によって結晶が変形して、例えば正方晶（００１）配向のエピタキシャル膜となることもある。
【００６５】
下部電極５を構成する金属薄膜の厚さについては、後述する。
【００６６】
強誘電体層６
強誘電体層６は、ペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜からなり、下部電極５上にエピタキシャル成長して形成される。その材料は、強誘電性、圧電性など、要求される機能に応じて適宜選択すればよいが、例えば、希土類元素含有チタン酸鉛、ＰＺＴ(ジルコンチタン酸鉛）、ＰＬＺＴ（ジルコンチタン酸ランタン鉛）等のＰｂ系ペロブスカイト化合物や、Ｂｉ系ペロブスカイト化合物などを用いることが好ましい。また、強誘電体層６は、上記材料からなる層の単層により構成されていてもよく、複数の層により構成されていてもよい。
【００６７】
なお、本明細書では、ＰｂＴｉＯ_３などのようにＡＢＯｘにおけるＯの比率ｘをすべて３と表示してあるが、ｘは３に限定されるものではない。ペロブスカイトの材料によっては、酸素欠陥または酸素過剰で安定したぺロブスカイト構造を組むものがあるので、ＡＢＯｘにおいてｘの値は、通常、２．７〜３．３程度である。また、Ａ／Ｂは１に限定されるものではない。Ａ／Ｂを変えることにより、強誘電特性や圧電特性などの電気的特性や、表面平坦性、結晶性を変化させることができる。したがって、Ａ／Ｂは、必要とされる強誘電体層６の特性に応じて決定すればよい。通常、Ａ／Ｂは０．８〜１．３程度である。尚、Ａ／Ｂは、蛍光Ｘ線分析法によって求めることができる。
【００６８】
なお、ＰＺＴは、ＰｂＺｒＯ_３―ＰｂＴｉＯ_３系の固溶体である。また、ＰＬＺＴは、ＰＺＴにＬａがドープされた化合物であり、ＡＢＯ_３の表記に従えば、例えば（Ｐｂ：０．８９〜０．９１、Ｌａ：０．１１〜０．０９）（Ｚｒ：０．６５、Ｔｉ：０．３５）Ｏ_３のように表される。
【００６９】
ペロブスカイト型強誘電体の中では、ＰＺＴが、強誘電特性の他に圧電特性
にも優れるため、好ましい。ＰＺＴ薄膜の組成は、Ｔｉ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）原子比として、０．６０から０．９０の範囲が好ましく、０．７０から０．８５の範囲がさらに好ましい。０．６０よりＴｉの割合の少ない組成域では強誘電特性、あるいは共振特性が悪化する。一方、Ｔｉの割合が多すぎると、絶縁性が悪化する。
【００７０】
希土類元素含有チタン酸鉛としては、原子比率が
（Ｐｂ＋Ｒ）／Ｔｉ＝０．８〜１．３、
Ｐｂ／（Ｐｂ＋Ｒ）＝０．５〜０．９９
の範囲、特に、
（Ｐｂ＋Ｒ）／Ｔｉ＝０．９〜１．２、
Ｐｂ／（Ｐｂ＋Ｒ）＝０．７〜０．９７
の範囲にある組成のものを用いることが好ましい。この組成の希土類元素含有チタン酸鉛としては、特開平１０−１７３９４号公報に開示されているように、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも１種、特に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒの少なくとも１種を含有する希土類酸化物から実質的に構成されていることが好ましい。
【００７１】
また、強誘電体層６を構成するペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜の材料としては、ＳＢＮ（ニオブ酸ストロンチウムバリウム）やＰＢＮ（ニオブ酸鉛バリウム）等のタングステンブロンズ型酸化物を用いることも好ましい。タングステンブロンズ型酸化物としては、強誘電体材料集のLandoit-Borenstein Vol.16記載のタングステンブロンズ型酸化物を用いることが好ましい。具体的には、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｎｂ_２Ｏ_６、（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｂ_２Ｏ_６、ＰｂＮｂ_２Ｏ_６、ＰｂＴａ_２Ｏ_６、ＢａＴａ_２Ｏ_６、ＰｂＮｂ_４Ｏ_１１、ＳｒＮｂ_２Ｏ_６、ＢａＮｂ_２Ｏ_６等やこれらの固溶体が好ましく、特に、ＳＢＮ［（Ｂａ，Ｓｒ）Ｎｂ_２Ｏ_６］やＰＢＮ［（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｂ_２Ｏ_６］が好ましい。
【００７２】
強誘電体層６を構成するぺロブスカイト型酸化物誘電体薄膜とＳｉ単結晶基板３との好ましい結晶軸方位関係は、以下の通りである。なお、Ｓｉは立方晶である。強誘電体層６が（００１）単一配向である場合、強誘電体[１００]//Ｓｉ[０１０]である。すなわち、強誘電体層６とＳｉ単結晶基板３とは面内に存在する軸同士も平行であることが好ましい。
【００７３】
強誘電体層６は、単層のぺロブスカイト型酸化物誘電体薄膜であることに限定されず、多層のぺロブスカイト型酸化物誘電体薄膜によって構成されていても構わない。強誘電体層６を多層のぺロブスカイト型酸化物誘電体薄膜によって構成する場合、まず、下部電極５に接してＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、希土類元素含有チタン酸鉛等のぺロブスカイト型酸化物誘電体薄膜をエピタキシャル成長させて下地を形成し、次いで、この下地上に上述したＰＺＴ等のぺロブスカイト型酸化物誘電体薄膜をエピタキシャル成長させればよい。このように、ＰｂＴｉＯ_３等からなる下地の上にＰＺＴを形成した構造とすることにより、よりすぐれた特性の電子デバイスを得ることができる。また、下地としては、組成が膜厚方向に変化した組成変調膜であってもよい。
【００７４】
強誘電体層６の厚さについては、後述する。
【００７５】
上部電極７
上部電極７は、強誘電体層６上に形成される。上部電極７は、必ずしもエピタキシャル成長した膜である必要はない。但し、上部電極７がエピタキシャル成長した膜ではない場合、上部電極７と強誘電体層６との界面に生じる欠陥等に起因した界面準位が発生するなどの理由により、強誘電特性を悪化させる場合があるため、上部電極７もエピタキシャル成長した膜であることが好ましい。
【００７６】
上部電極７を構成する金属は、強誘電体層６との間で拡散が起こりにくく、且つ、耐マイグレーション性に優れる金属を用いることが好ましい。具体的にはＡｕ、Ａｌ、Ｐｔ等の金属やこれらの金属とＣｕ等との合金、あるいはこれらの金属とＴｉ等の金属を積層した多層膜を用いることが好ましい。
【００７７】
上部電極７の膜厚は、５０ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。薄すぎると断線等の不良が起こりやすくなり、厚すぎると上部電極７の加工性が悪化する。また、薄膜バルク振動子に用いる場合、下部電極５と同様、上部電極７の厚さによっても共振周波数が変化するため、目的とする共振周波数に応じて上部電極７層の膜厚を変化させても良い。
【００７８】
下部電極５の厚み
図２は、下部電極５を構成する金属薄膜の膜厚と強誘電体層６のドメイン比との関係を示すグラフである。
【００７９】
測定条件としては、バッファ層４として７ｎｍのエピタキシャルＺｒＯ_２膜及び４０ｎｍのエピタキシャルＹ_２Ｏ_３膜からなる積層体を用い、下部電極５としてエピタキシャルＰｔを用い、強誘電体層６として３０ｎｍのエピタキシャルＰｂＴｉＯ_３膜及び４７０ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ膜からなる積層体を用い、上部電極７としてＡｌを用いた。ＰＺＴのＺｒとＴｉの比率は、原子比で０．２５：０．７５である。
【００８０】
図２に示されるように、下部電極５を構成するＰｔ薄膜の膜厚が約２００〜３００ｎｍ以下である領域においては、Ｐｔ薄膜の膜厚を厚くするにつれてＰＺＴ膜のａドメインに対するｃドメインの比率（Ｉｃ／Ｉａ）が急激に増大する一方、Ｐｔ薄膜の膜厚が約２００〜３００ｎｍ以上である領域においては、電極の膜厚を厚くしてもＰＺＴ膜のａドメインに対するｃドメインの比率（Ｉｃ／Ｉａ）は僅かしか増大せず、Ｐｔ薄膜の膜厚が約１０００ｎｍを超える領域では、ｃドメインの比率（Ｉｃ／Ｉａ）はほとんど増大しない。
【００８１】
したがって、ＰＺＴ膜のｃドメインの比率（Ｉｃ／Ｉａ）を効果的に増大させるには、Ｐｔ薄膜の膜厚を約２００〜１０００ｎｍに設定することが好ましく、より効果的には、約２００〜３００ｎｍに設定することが好ましいことが分かる。
【００８２】
図３は、下部電極５を構成する金属薄膜の膜厚と強誘電体層６の共振特性との関係を示すグラフである。測定条件は上述のとおりである。
【００８３】
図３において、縦軸は、共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差（インピーダンス差）を示している。
【００８４】
図３に示されるように、下部電極５を構成するＰｔ薄膜の膜厚が約２５０〜５００ｎｍ以下である領域においては、Ｐｔ薄膜の膜厚を厚くするにつれてインピーダンス差が急激に増大する一方、Ｐｔ薄膜の膜厚が約２５０〜５００ｎｍ以上である領域においては、Ｐｔ薄膜の膜厚を厚くするにつれて当該インピーダンス差が徐々に減少している。
【００８５】
したがって、最も高いインピーダンス差を得るには、Ｐｔ薄膜の膜厚を約２５０〜５００ｎｍに設定することが好ましく、所定値以上のインピーダンス差、例えば、３０ｄＢ以上のインピーダンス差を得るには、図３に示されるようにＰｔ薄膜の膜厚を約２００〜１０００ｎｍに設定することが好ましいことが分かる。
【００８６】
図２に示されるように、Ｐｔ薄膜の膜厚が増加するとともにＰＺＴ膜のｃドメインの比率が増加するにも関わらず、図３に示されるように、Ｐｔ薄膜の膜厚が所定の膜厚以上となるとインピーダンス差が減少するのは、以下の理由によるものと考えられる。
【００８７】
すなわち、強誘電体層６は、下部電極５に密着した状態で共振しようとするが、その際に下部電極５に強誘電体膜６からの振動が伝わり、下部電極５は強誘電体膜６に引きずられるような状態で振動したり、強誘電体膜６の共振を吸収したりして強誘電体膜６の負荷となる。この負荷は、下部電極５の厚さが増すにしたがって増大する。この場合、下部電極５の厚みが約２５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度までであれば、下部電極５の厚みを増すことによる強誘電体膜６のｃドメイン増加効果が、下部電極５の厚みを増すことによる共振負荷の増加効果を上回り、結果として、薄膜バルク振動子１全体としての共振特性が向上しているものと考えられる。一方、下部電極５の厚みが約５００ｎｍを超え、特に約１０００ｎｍを超えると、下部電極５の厚みを増すことによる強誘電体膜６のｃドメイン増加効果がほとんど向上しないため、結果として、薄膜バルク振動子１全体としての共振特性が低下しているものと考えられる。
【００８８】
かかる理由から、下部電極５を構成するＰｔ薄膜の膜厚が約２５０〜５００ｎｍ以上である領域においては、Ｐｔ薄膜の膜厚を厚くするにつれて当該インピーダンス差が徐々に減少しているものと考えられる。
【００８９】
以上を考慮すれば、下部電極５を構成するＰｔ薄膜の膜厚としては、約２００〜１０００ｎｍ程度に設定するのが好ましく、約２５０〜５００ｎｍ程度に設定するのがさらに好ましく、約２５０〜３００ｎｍ程度に設定するのが特に好ましいと言える。
【００９０】
下部電極５の厚みと強誘電体層６の厚みとの関係
図４は、下部電極５を構成する金属薄膜の膜厚及び強誘電体層６の膜厚の比と共振特性との関係を示すグラフである。測定条件は上述のとおりである。
【００９１】
図４においても、縦軸は、共振周波数におけるインピーダンスと反共振周波数におけるインピーダンスとの差（インピーダンス差）を示している。
【００９２】
図４に示されるように、下部電極５を構成するＰｔ薄膜の膜厚ｄ_ｅと強誘電体層６の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐが約０．５〜１以下である領域においては、当該比が大きくなるにつれてインピーダンス差が急激に増大する一方、当該比が約０．５〜１以上である領域においては、当該比が大きくなるにつれて当該インピーダンス差が徐々に減少している。
【００９３】
したがって、最も高いインピーダンス差を得るには、Ｐｔ薄膜の膜厚ｄ_ｅと強誘電体層６の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐを約０．５〜１に設定することが好ましく、所定値以上のインピーダンス差、例えば、３０ｄＢ以上のインピーダンス差を得るには、図４に示されるようにＰｔ薄膜の膜厚ｄ_ｅと強誘電体層６の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐを約０．４〜２に設定することが好ましいことが分かる。
【００９４】
尚、下部電極５を構成するＰｔ薄膜の膜厚ｄ_ｅと強誘電体層６の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐが上記値以上となるとインピーダンス差が徐々に減少するのは、上述のとおり、下部電極５による負荷の増大が原因であると考えられる。
【００９５】
以上を考慮すれば、強誘電体膜６の膜厚としては、下部電極５の膜厚として好ましい範囲は上述のとおりであるから、下部電極５の膜厚と強誘電体膜６の膜厚とが約０．４〜２となるように設定することが好ましく、約０．５〜１となるように設定することがさらに好ましいと言える。
【００９６】
また、上記構造を有する薄膜バルク振動子１は、下部電極５を厚くすると共振周波数が上がるため、目的とする共振周波数に応じて下部電極５の厚さを変えても良い。
【００９７】
結晶性
バッファ層４、下部電極５、および強誘電体層６の結晶性は、ＸＲＤ（Ｘ線回折）における反射ピークのロッキングカーブの半値幅や、ＲＨＥＥＤ像のパターンで評価することができる。なお、ＲＨＥＥＤとは、反射高速電子線回折（ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＥｌｅｃｔｉｏｎＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）である。
【００９８】
具体的には、Ｘ線回折において、（１００）面または（００１）面の反射のブロッキングカーブの半値幅がいずれも１．５０°以下となる程度の結晶性を有していることが好ましい。なお、ロッキングカーブの半値幅の下限値は特になく、小さいほど好ましいいが、現在のところ、前記下限値は一般に０．７°程度、特に０．４°程度である。また、ＲＨＥＥＤにおいては、像がスポット状である場合、表面に凹凸が存在していることになり、ストリ―ク状である場合、表面が平坦であることになる。そして、いずれの場合でも、ＲＨＥＥＤ像がシャープであれば、結晶性に優れていることになる。
【００９９】
上述のとおり、本実施態様においては、バッファ層４、下部電極５、および強誘電体層６は、いずれもエピタキシャル成長した膜である。これら薄膜層は、それぞれの面内に存在する軸同士も平行であることが好ましい。
【０１００】
製造方法
本実施態様にかかる薄膜バルク振動子１を構成する電子デバイス用基板の製造方法は特に限定されず、Ｓｉ単結晶基板３上に各層をエピタキシャル成長させることのできる方法から適宜選択すればよいが、蒸着法、ＭＢＥ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法などを用いることが好ましい。また、特開平９−１１０５９２号公報や、特開平１０−２８７４９４号公報に記載されている蒸着法を用いることが特に好ましい。この方法は、従来の真空蒸着法、スパッタリング法、レーザーアブレージョン法などとの比較において特に明確なように、不純物の介在の余地のない、しかも制御しやすい操作条件下で実施しうるため、再現性よく完全性が高い目的物を大面積で得るのに好適である。
【０１０１】
［参考例］
以下、電子デバイス用基板の一般的な作製方法につき、参考例として説明を加える。
【０１０２】
Ｓｉ（１００）単結晶基板上に、バッファ層としてＺｒＯ_２薄膜およびＹ_２Ｏ_３薄膜がこの順で形成されており、下部電極層としてＰｔ薄膜が形成されており、強誘電体層として、ぺロブスカイト型酸化物誘電体層であるＰｂＴｉＯ_３薄膜およびＰＺＴ薄膜がこの順で形成されている電子デバイス用基板を以下の手順で形成した。
【０１０３】
まず表面が（１００）面となるように切断して両面を鏡面研磨したＳｉ単結晶ウエハ（直径２インチ、厚さ２５０μｍの円板状）を用意した。このウエハの両面に熱酸化により酸化シリコンを１５００ｎｍの厚さで形成した。熱酸化膜が形成されたシリコン基板の表面のうち一方の酸化膜をバッファドフッ酸溶液でエッチングして、シリコン表面を露出させ、その面をおもて面とした。
【０１０４】
次に、図５に示す蒸着装置１２を用い、真空槽１３内に設置された回転手段１４及び加熱手段１５を備えた基板ホルダ１６に上記Ｓｉ単結晶ウエハ１７をおもて面が薄膜作製面となるように固定し、真空槽１３を約１．３×１０^−４Ｐａまで油拡散ポンプＰにより排気した後、Ｓｉ単結晶ウエハ１７の上記おもて面をＳｉ酸化物により保護するため、Ｓｉ単結晶ウエハ１７を１０ｒｐｍで回転させ、酸素ガス供給源１９より供給される酸素をＳｉ単結晶ウエハ１７付近にノズル２０から２５ｃｃ／分の割合で導入しつつ、６００℃に加熱した。これによりＳｉ単結晶ウエハ１７の表面が熱酸化され、その表面に厚さ約１ｎｍのＳｉ酸化物膜が形成された。以下、Ｓｉ単結晶ウエハ１７及びその表面に形成されている各種の薄膜をまとめて「基板」と呼ぶことがある。
【０１０５】
次いで、基板を９００℃に加熱し、回転させた。回転数は１０ｒｐｍとした。このとき、酸素ガス供給源１９より供給される酸素ガスをノズル２０から２５ｃｃ／分の割合で導入すると共に、金属Ｚｒを蒸発源２１から蒸発させてＳｉ単結晶ウエハ１７のおもて面に供給し、前工程で形成されたＳｉ酸化物の還元とＺｒＯ_２薄膜の形成とを行なった。なお、金属Ｚｒの供給量は、ＺｒＯ_２の膜厚に換算して７ｎｍとした。この薄膜は、Ｘ線回折においてＺｒＯ_２の（００２）ピークが明瞭に観察され、（００１）単一配向で高結晶性のＺｒＯ_２薄膜であることが確認された。また、このＺｒＯ_２薄膜は、ＲＨＥＥＤにおいて完全なストリークパターンを示し、表面が分子レベルで平坦であって、かつ高結晶性のエピタキシャル膜であることが確認された。
【０１０６】
次に、このＺｒＯ_２薄膜が形成されたＳｉ単結晶ウエハ１５を９００℃に加熱し、基板回転数１０ｒｐｍ、酸素ガス導入量１５ｃｃ／分の条件で、金属Ｙを蒸発源２２から蒸発させることによりＺｒＯ_２薄膜の表面に金属Ｙを供給し、Ｙ_２Ｏ_３薄膜を形成した。金属Ｙの供給量は、Ｙ_２Ｏ_３に換算して４０ｎｍとした。このＹ_２Ｏ_３薄膜のＲＨＥＥＤ像はシャープなスポット状であった。このことから、このＹ_２Ｏ_３薄膜は、結晶性が良好なエピタキシャル膜であり、かつ、表面に凸凹が存在することがわかる。このＹ_２Ｏ_３薄膜の断面を、透過型電子顕微鏡により観察したところ、高さ１０ｎｍのファセット面が存在し、ファセット面の比率は９５％以上であった。
【０１０７】
次に、金属Ｐｔを蒸発源２３から蒸発させることにより、Ｙ_２Ｏ_３薄膜上に、下部電極として厚さ２５０ｎｍのＰｔ薄膜を形成した。基板温度は７００℃、基板回転数は１０ｒｐｍとした。このＰｔ薄膜のＲＨＥＥＤ像は、シャープなストリーク状であった。このことから、このＰｔ薄膜は、結晶性が良好なエピタキシャル膜であり、かつ、表面が分子レベルで平坦であることがわかる。
【０１０８】
Ｐｔ薄膜が形成された基板を、エッチングによりＰｔ薄膜を部分的に除去してパターンニングした。これにより、基板表面はＰｔが露出している部分と、バッファ層であるＹ_２Ｏ_３が露出している部分が形成された。
【０１０９】
こうしてＰｔ薄膜をパターンニングした基板上に、厚さ３０ｎｍのＰｂＴｉＯ_３膜を形成した。具体的には、基板を６００℃に加熱し、２０ｒｐｍで回転させた。そして、ＥＣＲ酸素源２６より供給されるラジカル酸素ガスをＳｉ単結晶ウエハ１７付近にノズル２７から１０ｃｃ／分の割合で導入し、基板上にＰｂＯ、ＴｉＯｘ（ｘ＝１．６７）をそれぞれの蒸発源２４、２５から供給することによりＰｂＴｉＯ_３膜を形成した。蒸発源からの供給量はＰｂＯ：ＴｉＯ_２モル比が２：１になるように制御しながら行なった。ＰｂＯはＴｉＯ_２に比べ成膜中に再蒸発しやすいため、蒸発源からの供給量を上記のような比でＰｂＯ過剰にすることで、形成したＰｂＴｉＯ_３中のＰｂ量不足を抑えることができ、格子欠陥の極めて少ない膜が形成できる。形成されたＰｂＴｉＯ_３膜は、ＲＨＥＥＤパターンがシャープなストリークを示し、表面が平坦で、結晶性が良好なエピタキシャル成長した膜となっていた。蛍光Ｘ線分析法により、作製したＰｂＴｉＯ_３膜のＰｂ／Ｔｉ比を調べたところ、原子比でＰｂ／Ｔｉ比は１．００であった。また、基板表面のうち、Ｐｔ薄膜上にはＰｂＴｉＯ_３はｃｕｂｅｏｎｃｕｂｅでエピタキシャル成長し、Ｙ_２Ｏ_３上には、ＰｂＴｉＯ_３は４５°面内回転をしてエピタキシャル成長をしていることが、ＲＨＥＥＤ、および透過電子顕微鏡により確認された。
【０１１０】
次に、ＰｂＴｉＯ_３薄膜上に、厚さ４７０ｎｍのＰＺＴ膜を形成した。基板温度を６００℃、基板回転を２０ｒｐｍとして、ＥＣＲ酸素源からラジカル酸素ガスを１０ｃｃ／分の割合で導入した。基板上にＰｂＯ、ＴｉＯｘ（ｘ＝１．６７）およびＺｒをそれぞれの蒸発源２４、２５から供給することによりＰＺＴ膜を形成した。蒸発源からの供給量はＰｂＯ：ＺｒＯ_２：ＴｉＯ_２のモル比が２：０．２５：０．７５になるように制御しながら行った。
【０１１１】
このＰＺＴ膜の組成（原子比）を蛍光Ｘ線分光法により調べたところ、
Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）＝１．００
Ｚｒ／Ｔｉ＝０．３３０
であった。
【０１１２】
形成されたＰＺＴ膜のＲＨＥＥＤ像は、シャープなストリーク状のパターンを示し、表面が平坦で結晶性の良好なエピタキシャル膜であることが確認された。ここで、Ｐｔをパターンニング加工した基板上に形成されたＰＺＴは、ＰｂＴｉＯ_３薄膜に対してエピタキシャルに成長しており、Ｐｔ薄膜上にはＰＺＴはＰｂＴｉＯ_３と同様にｃｕｂｅｏｎｃｕｂｅでエピタキシャル成長しており、Ｙ_２Ｏ₃上には、ＰＺＴも４５°面内回転してエピタキシャル成長していた。
【０１１３】
次に、ＰＺＴおよびＰｂＴｉＯ_３をエッチングによりパターンニング加工した後、上部電極層としてＡｌをスパッタ形成し、ＰｂＴｉＯ_３およびＰＺＴ膜が上部電極であるＡｌと下部電極であるＰｔで挟まれたキャパシタ構造の部分の面積が３０μｍ×３０μｍ角となるように上部電極をパターンニング加工した。続いて、Ｓｉ単結晶ウエハ１７を裏面からエッチングすることによりビアホールを形成し、最後に、ダイシング装置でチップに分割し、電子デバイス用基板を作製した。
【０１１４】
こうして作製した基板に対してＸ線回折を測定した結果を図６に示す。ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ₃、Ｐｔ、ＰｂＴｉＯ_３、ＰＺＴそれぞれの（１００）または（００１）と等価なピークのみが観測され、これらの層は高結晶性エピタキシャル成長した膜であることが確認された。一方、上部電極として形成したＡｌのピークは確認できず、上部電極のみは配向していない膜となっていた。
【０１１５】
こうして作製した電子デバイス用基板を用いて、図１に示した構造の薄膜バルク振動子（ＦＢＡＲ素子）を作製した。すなわち、電子デバイス用基板を、ダイボンド剤を用いてパッケージに搭載した後、ワイヤー配線、封止して素子を完成させた。
【０１１６】
このＦＢＡＲ素子を測定した。なお、測定は、ＰＺＴ膜に直流電圧を印加しない状態で行った。共振周波数、反共振周波数は、それぞれ１．７６ＧＨｚ、１．９２ＧＨｚであった。共振・反共振周波数でのインピーダンス差は３１．７ｄＢと、優れた特性が得られた。これらの特性は、ＰＺＴ膜に直流電流を印加しても、ほとんど変わらなかった。
【０１１７】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【０１１８】
例えば、上記実施態様においては、上記構造を有する電子デバイス用基板を用いて薄膜バルク振動子を作製しているが、本発明による電子デバイス用基板は、薄膜バルク振動子のみならず、薄膜ＶＣＯ、薄膜フィルタ、液体噴射装置等、種々の薄膜圧電体素子に適用することができる。
【０１１９】
また、上記実施態様においては、下部電極５上に直接強誘電体層６を形成しているが、これらの間に、エピタキシャル成長させた導電性の酸化物薄膜を介在させてもよい。下部電極５と強誘電体層６との間に、エピタキシャル成長させた導電性の酸化物薄膜を介在させれば、製造工程がやや複雑化するものの、Ｓｉ単結晶基板３からの引っ張り応力が一層緩和されるため、強誘電体層６の特性を一層向上させることが可能となる。
【０１２０】
当該酸化物薄膜の材料としては、例えば、ＣａＦ_２構造、希土類ｃ型構造、パイロクリア構造、ＮａＣｌ構造、ペロブスカイト型構造を有するものが好ましいが、強誘電体層６の材料として上記実施態様のようにペロブスカイト型構造を有する材料を用いた場合には、結晶整合性を考慮すれば、当該酸化物薄膜の材料もペロブスカイト型構造を有するもの、すなわち、導電性ペロブスカイト型酸化物薄膜を用いることが好ましい。導電性ペロブスカイト型酸化物薄膜としては、ＳｒＴｉＯ_３、希土類元素含有チタン酸鉛、ＳｒＲｕＯ_３等が挙げられる。
【０１２１】
当該酸化物薄膜の比抵抗は、１０^３Ω以下であることが好ましく、１０^−２Ω以下であることが特に好ましい。
【０１２２】
当該酸化物薄膜の厚さは、約３０〜５００ｎｍであることが好ましく、５０〜２００ｎｍであることが特に好ましい。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板から強誘電体薄膜にかかる引っ張り応力を簡単な方法によって緩和することが可能となる。また、半導体基板から強誘電体薄膜にかかる引っ張り応力が簡単な方法によって緩和されていることから、製造コストを実質的に増大させることなく、良好な特性を有する電子デバイス用基板及びこれを用いた薄膜圧電体素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例にかかる薄膜バルク振動子１を概略的に示す断面図である。
【図２】下部電極５を構成する金属薄膜の膜厚と強誘電体層６のドメイン比との関係を示すグラフである。
【図３】下部電極５を構成する金属薄膜の膜厚と強誘電体層６の共振特性との関係を示すグラフである。
【図４】下部電極５を構成する金属薄膜の膜厚及び強誘電体層６の膜厚の比と共振特性との関係を示すグラフである。
【図５】基板上に各層を形成するための蒸着装置１２の構造を概略的に示す図である。
【図６】実施例による方法で作製された電子デバイス用基板の状態を、Ｘ線回折により測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１薄膜バルク振動子
２ビアホール
３Ｓｉ単結晶基板
４バッファ層
５下部電極
６強誘電体層
７上部電極
８ワイヤ
９ダイボンド剤
１０セラミックパッケージ
１１ふた
１２蒸着装置
１３真空槽
１４回転手段
１５加熱手段
１６基板ホルダ
１７Ｓｉ単結晶ウエハ
１９酸素ガス供給源
２０ノズル
２１〜２５蒸発源
２６ＥＣＲ酸素源
２７ノズル

Claims

半導体基板上に形成されたエピタキシャル膜である下部電極と、前記下部電極上に形成されたエピタキシャル膜である強誘電体層と、前記強誘電体層上に形成された上部電極とを備えた電子デバイス用基板であって、前記下部電極が金属薄膜とペロブスカイト型導電性酸化物薄膜との積層体によって構成され、前記金属薄膜がペロブスカイト型導電性酸化物薄膜よりも前記半導体基板側に形成され、前記下部電極の膜厚が２５０〜３００ｎｍであり、前記下部電極の膜厚ｄ_ｅと前記強誘電体層の膜厚ｄ_ｐとの比ｄ_ｅ／ｄ_ｐが、０．４〜２であることを特徴とする電子デバイス用基板。
前記下部電極が、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、およびＡｕの少なくとも１を含有することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス用基板。
前記強誘電体層が、ＰｂＴｉＯ_３からなる第１のペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜と、ＰＺＴからなる第２のペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電子デバイス用基板。
さらに、前記半導体基板と前記下部電極との間に形成されたエピタキシャル膜であるバッファ層を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子デバイス用基板。
前記バッファ層が、ＺｒＯ_２薄膜、安定化ジルコニア薄膜、希土類元素酸化物薄膜、及びジルコニウムの一部を希土類元素もしくはアルカリ土類元素で置換したＺｒＯ_２薄膜の少なくとも一を含むことを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス用基板。