JP6782453B2 - Devices and manufacturing methods using lead zirconate titanate niobate film laminates and lead zirconate titanate niobate film laminates - Google Patents

Devices and manufacturing methods using lead zirconate titanate niobate film laminates and lead zirconate titanate niobate film laminates Download PDF

Info

Publication number
JP6782453B2
JP6782453B2 JP2016055543A JP2016055543A JP6782453B2 JP 6782453 B2 JP6782453 B2 JP 6782453B2 JP 2016055543 A JP2016055543 A JP 2016055543A JP 2016055543 A JP2016055543 A JP 2016055543A JP 6782453 B2 JP6782453 B2 JP 6782453B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zirconate titanate
lead zirconate
film
lead
pzt film
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.)
Active
Application number
JP2016055543A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017174835A (en
Inventor
小林 健
健 小林
政仁 森脇
政仁 森脇
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.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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 Dai Nippon Printing Co Ltd, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP2016055543A priority Critical patent/JP6782453B2/en
Publication of JP2017174835A publication Critical patent/JP2017174835A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6782453B2 publication Critical patent/JP6782453B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

本発明は、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子及びその製造方法に関する。特に、結晶配向を制御したニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体、そのニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an element using a lead zirconate titanate film laminate, a lead zirconate titanate niobate film laminate, and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a lead zirconate titanate film laminate in which crystal orientation is controlled, an element using the lead zirconate titanate niobate film laminate, and a method for producing the same.

近年、電子機器等の小型化の要求から、半導体製造プロセスを応用したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術が実用化され、電子機器分野のみならず光学機器等の多様な分野での利用が進められている。圧電体であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は、MEMSにおいて加速度センサ、ジャイロ、赤外線検出素子等のセンサとして、また可動ミラー、超音波トランスデューサ等のアクチュエータ材料として用いられる。 In recent years, due to the demand for miniaturization of electronic devices, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology that applies semiconductor manufacturing processes has been put into practical use, and its use in various fields such as optical devices as well as electronic devices has been promoted. ing. Lead zirconate titanate (PZT), which is a piezoelectric material, is used in MEMS as a sensor for acceleration sensors, gyros, infrared detection elements, etc., and as an actuator material for movable mirrors, ultrasonic transducers, etc.

特許文献1には、ペロブスカイト構造を有するPZTにおいて、スパッタリングやイオンプレーティング、化学気相堆積等の乾式成膜法を用いて、(100)方向又は(001)方向の配向度を高めることにより、低電圧で駆動可能な超音波発生層を備えた超音波手術装置が記載されている。また、PZTにニオブ(Nb)を添加したPZT膜が、圧電定数等の物性値を向上させることが知られている。このような物性値の向上は、例えば、Nb/(Zr+Ti)の組成比で10 mol%程度となる場合に顕著に認められる。 Patent Document 1 describes that in PZT having a perovskite structure, the degree of orientation in the (100) direction or the (001) direction is increased by using a dry film forming method such as sputtering, ion plating, or chemical vapor deposition. An ultrasonic surgical apparatus with an ultrasonic generating layer that can be driven at a low voltage is described. Further, it is known that a PZT film obtained by adding niobium (Nb) to PZT improves physical property values such as a piezoelectric constant. Such improvement in physical property values is remarkable, for example, when the composition ratio of Nb / (Zr + Ti) is about 10 mol%.

例えば、特許文献2には、サファイア基板上に、特定の配向で成膜したエピタキシャル膜のニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛積層体が特性を向上させることが記載されている。また、特許文献3には、チタン酸ジルコン酸鉛のバルク焼結体にニオブを添加することによる材料物性(コンプライアンスと圧電定数)調整を行うことで、圧電体の発電量が増加することが記載されている。また、いくつかの文献においても、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛による特性の向上が報告されている(例えば、非特許文献1〜5)。 For example, Patent Document 2 describes that a lead zirconate titanate niobate laminate, which is an epitaxial film formed in a specific orientation on a sapphire substrate, improves the characteristics. Further, Patent Document 3 describes that the power generation amount of the piezoelectric material is increased by adjusting the material physical properties (compliance and piezoelectric constant) by adding niobium to the bulk sintered body of lead zirconate titanate. Has been done. Further, in some documents, improvement of properties by lead zirconate titanate niobate has been reported (for example, Non-Patent Documents 1 to 5).

一方、PZTやニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛の産業的に優位な成膜法として、ゾルゲル法が知られている。ゾルゲル法は、アルコキシド系ゾルを加熱などによりゲル状態として成膜するため、大面積化が容易で再現性に優れた成膜法である。しかし、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛において、Nb/(Zr+Ti)の組成比が10 mol%よりも高くなるようにニオブを添加すると、(100)配向又は(001)配向が他の配向方向に対して80%以上となる、配向性の高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜が得られないという問題がある。例えば、Nb/(Zr+Ti)の組成比が13 mol%となる高濃度にニオブが添加された前駆体溶液を用い、ゾルゲル法による成膜を行った場合、(100)配向又は(001)配向は他の配向に対する強度比(PZT[100]/(PZT[100]+PZT[110]+PZT[111]))で13%程度と、配向性が低くなる。 On the other hand, the sol-gel method is known as an industrially superior film forming method for PZT and lead zirconate titanate niobate. The sol-gel method is a film-forming method in which an alkoxide-based sol is formed into a gel state by heating or the like, so that the area can be easily increased and the reproducibility is excellent. However, when niobium is added to lead zirconate titanate niobate so that the composition ratio of Nb / (Zr + Ti) is higher than 10 mol%, the (100) orientation or (001) orientation is relative to other orientation directions. There is a problem that a highly oriented lead zirconate titanate niobate film having a high orientation of 80% or more cannot be obtained. For example, when a precursor solution in which niobium is added at a high concentration of Nb / (Zr + Ti) of 13 mol% is used and a film is formed by the sol-gel method, the (100) orientation or (001) orientation is The strength ratio to other orientations (PZT [100] / (PZT [100] + PZT [110] + PZT [111])) is about 13%, and the orientation becomes low.

特許第5385930号公報Japanese Patent No. 5385930 特許第4543985号公報Japanese Patent No. 4543985 特許第5305263号公報Japanese Patent No. 5305263

T. Fujii, Y. Hishinuma, T. Mita and Takayuki Naono, "Characterization of Nb-doped Pb(Zr,Ti)O3 films deposited on stainless steel and silicon substrates by RF-magnetron sputtering for MEMS applications", Sensors and Actuators A 163 (2010) 220-225T. Fujii, Y. Hishinuma, T. Mita and Takayuki Naono, "characterization of Nb-doped Pb (Zr, Ti) O3 films sintered on stainless steel and silicon sintered by RF-magnetron sputtering for MEMS applications", Sensors and Actuators A 163 (2010) 220-225 T. Kobayashi, M. Ichiki and R. Maeda, "Influence of Pt/Ti Sputtering Temperature on the Orientation of CSD-Derived Pb(Zr0.52Ti0.48)O3", Ferroelectrics 357 (2007) 233-242T. Kobayashi, M. Ichiki and R. Maeda, "Influence of Pt / Ti Sputtering Temperature on the Orientation of CSD-Derived Pb (Zr0.52Ti0.48) O3", Ferroelectrics 357 (2007) 233-242 H. Matsuo, Y. Kawai, S. Tanaka and M. Esashi, "Investigation for (100)-/(001)- Oriented Pb(Zr,Ti)O3 Films Using Platinum Nanofacets and PbTiO3 Seeding Layer", Japanese Journal of Applied Physics 49 (2010) 061503H. Matsuo, Y. Kawai, S. Tanaka and M. Esashi, "Investigation for (100)-/ (001) -Oriented Pb (Zr, Ti) O3 Films Using Platinum Nanofacets and PbTiO3 Seeding Layer", Japanese Journal of Applied Physics 49 (2010) 061503 石原 宏 他,強誘電体メモリーの新展開,シーエムシー出版 (2004/02) 木島氏の章Hiroshi Ishiwara et al., New Development of Ferroelectric Memory, CMC Publishing (2004/02) Chapter of Mr. Kijima T Uryu, T Kobayashi, N Makimoto, S Yoshimi, K Fujimoto, K Suzuki, T Itoh and R Maeda, Proc. PowerMEMS 2012 (2012) 323T Uryu, T Kobayashi, N Makimoto, S Yoshimi, K Fujimoto, K Suzuki, T Itoh and R Maeda, Proc. PowerMEMS 2012 (2012) 323

(100)配向又は(001)配向でのニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜の成長を制御する試みとして、チタン酸ジルコン酸鉛以外の固体酸化物を下地としたり、下地をゾルゲル法以外の気相成膜法で形成したりする方法が従来検討されてきた。しかし、これらの方法は、ゾルゲル法以外の方法で下地層を形成する工程を導入するため、製造工程が煩雑となる。 As an attempt to control the growth of the lead zirconate titanate niobate film in the (100) orientation or the (001) orientation, a solid oxide other than lead zirconate titanate is used as a base, or a vapor phase other than the sol-gel method is used as the base. Conventionally, a method of forming by a film forming method has been studied. However, since these methods introduce a step of forming the base layer by a method other than the sol-gel method, the manufacturing process becomes complicated.

本発明は、上述の問題を解決するもので、結晶配向を制御し、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体、そのニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, controls the crystal orientation, and has a high degree of orientation of (100) or (001) orientation. Lead zirconate titanate niobate film laminate, lead zirconate titanate niobate. An object of the present invention is to provide an element using a lead acid acid film laminate and a method for producing the same.

本発明の一実施形態によると、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるチタン酸ジルコン酸鉛膜と、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜に接して配置され、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の配向方向に応じて、前記X線回折法により検出される全ピークに対する前記(100)方向又は前記(001)方向のピーク比が60%以上であり、ニオブのモル濃度がチタンとジルコニウムとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜と、を備えるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a lead zirconate titanate film having a peak ratio in the (100) direction or (001) direction to 60% or more of all peaks detected by the X-ray diffractometry, and the zirconate titanate. The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method is determined according to the orientation direction of the lead zirconate titanate film arranged in contact with the lead acid acid film. A lead zirconate titanate titanate film comprising a lead zirconate titanate niobium having a molar concentration of 60% or more and 10 mol% or more of the total number of moles of titanium and zirconium. Laminates are provided.

本発明の一実施形態によると、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体が提供される。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a lead film laminate of lead zirconate titanate niobate having a high degree of orientation (100) or (001).

前記ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体において、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が70%以上であり、前記ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が80%以上であってもよい。 In the lead zirconate titanate film laminate, the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the lead zirconate titanate film is 70% or more. The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the lead zirconate titanate niobate film may be 80% or more.

本発明の一実施形態によると、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体が提供される。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a lead film laminate of lead zirconate titanate niobate having a high degree of orientation (100) or (001).

本発明の一実施形態によると、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記前記第2の電極との間に配置されたニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体とを備え、前記ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体は、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるチタン酸ジルコン酸鉛膜と、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜に接して配置され、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の配向方向に応じて、前記X線回折法により検出される全ピークに対する前記(100)方向又は前記(001)方向のピーク比が60%以上であり、ニオブのモル濃度がチタンとジルコニウムとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜と、を備える素子が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a lead zirconate titanate niobate film laminate arranged between a first electrode, a second electrode, and the first electrode and the second electrode. The lead zirconate titanate titanate laminated body comprises lead zirconate titanate having a peak ratio of 60% or more in the (100) direction or the (001) direction to all peaks detected by the X-ray diffractometry. The lead film is arranged in contact with the lead zirconate titanate film, and depending on the orientation direction of the lead zirconate titanate film, the direction (100) or the direction (100) with respect to all peaks detected by the X-ray diffractometry. A lead zirconate titanate niobium film having a peak ratio of 60% or more in the (001) direction and a molar concentration of niobium of 10 mol% or more with respect to the total number of moles of titanium and zirconium is provided. The element is provided.

本発明の一実施形態によると、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子が提供される。 According to one embodiment of the present invention, an element using a lead film laminate of lead zirconate titanate niobate having a high degree of orientation of (100) orientation or (001) orientation is provided.

前記素子において、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が70%以上であり、前記ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が80%以上であってもよい。 In the element, the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the lead zirconate titanate film is 70% or more, and the lead zirconate titanate niobate The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the film may be 80% or more.

本発明の一実施形態によると、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子が提供される。 According to one embodiment of the present invention, an element using a lead film laminate of lead zirconate titanate niobate having a high degree of orientation of (100) orientation or (001) orientation is provided.

本発明の一実施形態によると、支持部と、前記支持部に一端が支持された可撓部と、前記可撓部の他端に支持された錘部と、前記可撓部に位置し、前記錘部の変位を電気信号に変換して検出する応力電気変換手段と、を備え、前記応力電気変換手段が前記素子を用いて構成される半導体デバイスが提供される。 According to one embodiment of the present invention, the support portion, the flexible portion whose one end is supported by the support portion, the weight portion supported by the other end of the flexible portion, and the flexible portion are located. Provided is a semiconductor device including a stress-electric conversion means for converting and detecting the displacement of the weight portion into an electric signal, wherein the stress-electric conversion means is configured by using the element.

本発明の一実施形態によると、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子を配置した半導体デバイスが提供される。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device in which an element using a lead zirconate titanate niobate film laminate having a high degree of orientation (100) or (001) orientation is arranged.

本発明の一実施形態によると、所定の組成比でチタン、ジルコニウム及び鉛を含む第1の前駆体溶液を基材上に塗布して、焼成し、且つ所定温度で熱処理して、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるチタン酸ジルコン酸鉛膜を形成し、所定の組成比でチタン、ジルコニウム、鉛及びニオブを含む第2の前駆体溶液を前記チタン酸ジルコン酸鉛膜に上に塗布して、焼成し、且つ所定温度で熱処理して、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の配向方向に応じて、前記X線回折法により検出される全ピークに対する前記(100)方向又は前記(001)方向のピーク比が60%以上であり、ニオブのモル濃度がチタンとジルコニウムとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜を形成するニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体の製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a first precursor solution containing titanium, zirconium and lead in a predetermined composition ratio is applied onto a substrate, fired, and heat-treated at a predetermined temperature for X-ray diffraction. A lead zirconate titanate film having a peak ratio of 60% or more in the (100) direction or (001) direction to all peaks detected by the method is formed, and contains titanium, zirconium, lead and niobium in a predetermined composition ratio. The second precursor solution is applied onto the lead zirconate titanate film, fired, and heat-treated at a predetermined temperature, and the X-ray diffraction is performed according to the orientation direction of the lead zirconate titanate film. The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the method is 60% or more, and the molar concentration of niobium is 10 mol% with respect to the total number of moles of titanium and zirconium. Provided is a method for producing a lead film laminate of lead zirconate titanate niobate that forms the lead zirconate titanate niobate film as described above.

本発明の一実施形態によると、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を製造することができる。 According to one embodiment of the present invention, a lead film laminate of lead zirconate titanate niobate having a high degree of orientation (100) or (001) can be produced.

本発明の一実施形態によると、基材上に第1の電極を形成し、所定の組成比でチタン、ジルコニウム及び鉛を含む第1の前駆体溶液を前記第1の電極上に塗布して、焼成し、且つ所定温度で熱処理して、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるチタン酸ジルコン酸鉛膜を形成し、所定の組成比でチタン、ジルコニウム、鉛及びニオブを含む第2の前駆体溶液を前記チタン酸ジルコン酸鉛膜上に塗布し、且つ焼成して、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の配向方向に応じて、前記X線回折法により検出される全ピークに対する前記(100)方向又は前記(001)方向のピーク比が60%以上であり、ニオブのモル濃度がチタンとジルコニウムとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜を形成し、前記ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜上に第2の電極を形成する素子の製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a first electrode is formed on a substrate, and a first precursor solution containing titanium, zirconium and lead in a predetermined composition ratio is applied onto the first electrode. , And heat-treated at a predetermined temperature to form a lead zirconate titanate film having a peak ratio in the (100) direction or (001) direction of 60% or more with respect to all peaks detected by the X-ray diffractometry. , A second precursor solution containing titanium, zirconium, lead and niobium in a predetermined composition ratio is applied onto the lead zirconate titanate film and then fired in the orientation direction of the lead zirconate titanate film. Correspondingly, the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffractometry is 60% or more, and the molar concentration of niobium is the total number of moles of titanium and zirconium. Provided is a method for manufacturing an element for forming a lead zirconate titanate niobate film having a value of 10 mol% or more and forming a second electrode on the lead zirconate titanate niobate film.

本発明の一実施形態によると、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子を製造することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to manufacture an element using a lead film laminate of lead zirconate titanate niobate having a high degree of orientation (100) or (001).

本発明によると、結晶配向を制御し、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体、そのニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子及びその製造方法が提供される。 According to the present invention, a lead zirconate titanate niobate film laminate having a high degree of orientation of (100) or (001) orientation, and a lead zirconate titanate niobate film laminate thereof, in which crystal orientation is controlled, are used. Elements and methods of manufacturing them are provided.

一実施形態に係るNb−PZT膜積層体100の模式図(側面図)ある。There is a schematic view (side view) of the Nb-PZT film laminate 100 which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るNb−PZT膜積層体100の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the Nb-PZT film laminate 100 which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るNb−PZT膜積層体を用いた素子200の模式図(側面図)ある。It is a schematic view (side view) of the element 200 using the Nb-PZT film laminate which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る素子200の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the element 200 which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る素子200の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the element 200 which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る半導体デバイス1000の上面図である。It is a top view of the semiconductor device 1000 which concerns on one Embodiment. 図6の線AA’における半導体デバイス1000の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device 1000 in line AA'in FIG. 一実施形態に係る半導体デバイス1000の製造工程を図6の線AA’に沿う断面図で説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device 1000 which concerns on one Embodiment by the sectional view along the line AA'in FIG. 一実施形態に係る半導体デバイス1000の製造工程を図6の線AA’に沿う断面図で説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device 1000 which concerns on one Embodiment by the sectional view along the line AA'in FIG. 一実施形態に係る半導体デバイス1000の製造工程を図6の線AA’に沿う断面図で説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device 1000 which concerns on one Embodiment by the sectional view along the line AA'in FIG. 一実施形態に係る半導体デバイス1000の製造工程を図6の線AA’に沿う断面図で説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device 1000 which concerns on one Embodiment by the sectional view along the line AA'in FIG. 比較例1の積層体の回折ピークを示す図である。It is a figure which shows the diffraction peak of the laminated body of the comparative example 1. 比較例2の積層体の回折ピークを示す図である。It is a figure which shows the diffraction peak of the laminated body of the comparative example 2. 比較例3の積層体の回折ピークを示す図である。It is a figure which shows the diffraction peak of the laminated body of the comparative example 3. 実施例の積層体の回折ピークを示す図である。It is a figure which shows the diffraction peak of the laminated body of an Example. 実施例及び比較例の積層体の層数とピーク存在比を示す図である。It is a figure which shows the number of layers and the peak abundance ratio of the laminated body of Example and Comparative Example. Nbのモル濃度とラマンシフトの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the molar concentration of Nb and Raman shift. 実施例の加速度センサ2000を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the acceleration sensor 2000 of an Example.

本発明は、ゾルゲル法において、チタン酸ジルコン酸鉛膜を結晶化の核(又はシード層)として利用することにより、ニオブの添加に伴い配向性が低下するニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜の配向性を制御することが可能であることを見出したものである。 In the sol-gel method, the orientation of the lead zirconate titanate niobate film whose orientation decreases with the addition of niobium by using the lead zirconate titanate film as the nucleus (or seed layer) for crystallization in the sol-gel method. They found that it was possible to control sex.

以下、図面を参照して本発明に係るニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体、そのニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子及びその製造方法について説明する。但し、本発明のニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体、そのニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子及びその製造方法は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態及び実施例で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, the lead zirconate titanate niobate film laminate according to the present invention, the element using the lead zirconate titanate niobate film laminate, and the manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings. However, the lead film laminate of lead zirconate titanate niobate of the present invention, the element using the lead film laminate of lead zirconate titanate niobate, and the manufacturing method thereof can be carried out in many different embodiments. It is not construed as being limited to the description contents of the embodiments and examples shown in. In the drawings referred to in the present embodiment and the examples, the same parts or parts having the same functions are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

(ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体)
図1は、本発明に係るニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体(以下、Nb−PZT膜積層体と称する)100の模式図(側面図)である。Nb−PZT膜積層体100は、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるチタン酸ジルコン酸鉛膜(以下、PZT膜と称する)110と、PZT膜110に接して配置され、PZT膜110の配向方向に応じて、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であり、ニオブ(Nb)のモル濃度がチタン(Ti)とジルコニウム(Zr)とのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜(以下、Nb−PZT膜と称する)130とを備える。また、図1に示すように、Nb−PZT膜積層体100は、基材150上に形成され、又は基材150上に配置されてもよい。
(Lead zirconate titanate niobate film laminate)
FIG. 1 is a schematic view (side view) of a lead zirconate titanate niobate film laminate (hereinafter referred to as Nb-PZT film laminate) 100 according to the present invention. The Nb-PZT film laminate 100 includes a lead zirconate titanate film (hereinafter referred to as PZT film) in which the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffractometry is 60% or more. 110 and 110 are arranged in contact with the PZT film 110, and the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffractometry is 60% depending on the orientation direction of the PZT film 110. As described above, the lead zirconate titanate niobate film (hereinafter, Nb-) in which the molar concentration of niobium (Nb) is 10 mol% or more with respect to the total number of moles of titanium (Ti) and zirconium (Zr). It is provided with (referred to as PZT film) 130. Further, as shown in FIG. 1, the Nb-PZT film laminate 100 may be formed on the base material 150 or may be arranged on the base material 150.

実施例に示すように、Nbの含有量が少ないNb−PZT膜であれば、PZT膜と類似した配向性を得ることができるが、Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して10 mol%以上となる場合には、従来のNb−PZT膜では配向性が著しく低下していた。ペロブスカイト構造を有するPZT膜110は、(100)方向又は(001)方向に高い配向性を有する。例えば、非特許文献2には、製膜条件によりPZT膜の配向制御が可能であることが記載されている。本発明においては、シード層として配置したPZT膜110が、Nb−PZT膜130が結晶成長するための起点として作用し、TiとZrとのモル数の合計値に対して10 mol%以上のモル濃度でNbを含有するNb−PZT膜130に(100)方向又は(001)方向の高い配向性を付与する。 As shown in the examples, an Nb-PZT film having a low Nb content can obtain an orientation similar to that of the PZT film, but the molar concentration of Nb is the total number of moles of Ti and Zr. In the case of 10 mol% or more, the orientation of the conventional Nb-PZT film was significantly reduced. The PZT film 110 having a perovskite structure has high orientation in the (100) direction or the (001) direction. For example, Non-Patent Document 2 describes that the orientation of a PZT film can be controlled depending on the film forming conditions. In the present invention, the PZT film 110 arranged as a seed layer acts as a starting point for the Nb-PZT film 130 to grow crystals, and the molar amount is 10 mol% or more with respect to the total number of moles of Ti and Zr. The Nb-PZT film 130 containing Nb at a concentration is imparted with high orientation in the (100) direction or the (001) direction.

本明細書においては、PZT膜110及びNb−PZT膜130の配向性を、X線回折法(以下、XRDと称する)を用いて評価する。即ち、XRDにより検出される全ピークと、(100)方向又は(001)方向のピークとのピーク比により配向性を評価する。上述したようなPZT膜110の配向制御により、PZT膜110は、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上となる。本発明においては、配向性の高いPZT膜110をシード層に用いることにより、PZT膜110の配向方向に応じて、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上となるように、Nb−PZT膜130の配向を制御することができる。 In the present specification, the orientation of the PZT film 110 and the Nb-PZT film 130 is evaluated by using an X-ray diffraction method (hereinafter referred to as XRD). That is, the orientation is evaluated by the peak ratio of all the peaks detected by XRD to the peaks in the (100) direction or the (001) direction. By controlling the orientation of the PZT film 110 as described above, the peak ratio of the PZT film 110 in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method becomes 60% or more. In the present invention, by using the highly oriented PZT film 110 as the seed layer, the (100) direction or the (001) direction with respect to all the peaks detected by the X-ray diffraction method depends on the orientation direction of the PZT film 110. The orientation of the Nb-PZT film 130 can be controlled so that the peak ratio of Nb-PZT film 130 is 60% or more.

また、より好ましくは、PZT膜110のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が70%以上であり、Nb−PZT膜130のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が80%以上である。本発明の一実施形態によると、(100)配向又は(001)配向の配向度が高いNb−PZT膜積層体100が提供される。 Further, more preferably, the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the PZT film 110 is 70% or more, and the X-ray diffraction method of the Nb-PZT film 130 The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by is 80% or more. According to one embodiment of the present invention, there is provided an Nb-PZT film laminate 100 having a high degree of orientation of (100) orientation or (001) orientation.

Nb−PZT膜積層体100の製造方法について説明する。図2は、本発明の一実施形態に係るNb−PZT膜積層体100の製造工程を示す。基材150上に、所定の組成比でTi、Zr及びPbを含む第1の前駆体溶液を塗布し、所定の温度で乾燥させる。さらに、所定の温度で焼成して第1の塗工層111を形成する(図2(a))。ここで、基材150には、MEMSや半導体装置の製造プロセスで利用される一般的な基板を用いることができ、例えば、シリコン基板、ガラス基板、サファイア基板等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。 A method for producing the Nb-PZT film laminate 100 will be described. FIG. 2 shows a manufacturing process of the Nb-PZT film laminate 100 according to the embodiment of the present invention. A first precursor solution containing Ti, Zr and Pb at a predetermined composition ratio is applied onto the base material 150 and dried at a predetermined temperature. Further, it is fired at a predetermined temperature to form the first coating layer 111 (FIG. 2A). Here, as the base material 150, a general substrate used in the manufacturing process of MEMS or a semiconductor device can be used, and for example, a silicon substrate, a glass substrate, a sapphire substrate, or the like can be used. It is not limited.

また、第1の前駆体溶液は、PZT膜110をゾルゲル法により形成するための前駆体溶液であり、Ti、Zr及びPbを所定の組成比で含む有機溶液である。第1の前駆体溶液は、酸化鉛(II)、酸化ジルコニウム(IV)、酸化チタン(IV)、酢酸イソアミル、酢酸n-ブチル、酢酸n-ヘキシルおよび安定化剤から構成される。Ti、Zr及びPbを、48:52:120の組成比で第1の前駆体溶液に含有することが好ましい。
なお、第1の塗工層111を形成する乾燥温度は、第1の前駆体溶液に含まれる溶媒により任意に設定可能である。本実施形態においては、例えば、100℃以上150℃以下程度である。また、第1の塗工層111を形成するための焼成温度は、例えば、230℃以上270℃以下程度である。
The first precursor solution is a precursor solution for forming the PZT film 110 by the sol-gel method, and is an organic solution containing Ti, Zr and Pb in a predetermined composition ratio. The first precursor solution is composed of lead (II) oxide, zirconium (IV) oxide, titanium (IV) oxide, isoamyl acetate, n-butyl acetate, n-hexyl acetate and a stabilizer. It is preferable that Ti, Zr and Pb are contained in the first precursor solution in a composition ratio of 48:52:120.
The drying temperature for forming the first coating layer 111 can be arbitrarily set by the solvent contained in the first precursor solution. In the present embodiment, it is, for example, about 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. The firing temperature for forming the first coating layer 111 is, for example, about 230 ° C. or higher and 270 ° C. or lower.

第1の塗工層111が形成された基材150を所定温度で熱処理し、結晶化させてPZT膜110を形成する(図2(b))。結晶化により、PZT膜110はペロブスカイト構造をとり、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上の配向度となる。ここで、PZT膜110を形成する熱処理の条件は、例えば、580℃以上670℃以下程度である。 The base material 150 on which the first coating layer 111 is formed is heat-treated at a predetermined temperature and crystallized to form a PZT film 110 (FIG. 2B). By crystallization, the PZT film 110 has a perovskite structure, and the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method is 60% or more. Here, the conditions of the heat treatment for forming the PZT film 110 are, for example, about 580 ° C. or higher and 670 ° C. or lower.

本実施形態において、PZT膜110は、Nb−PZT膜130の結晶配向を制御するためのシード層であるため、その厚さは薄くてもよく、例えば、ゾルゲル法により形成される1層の厚みであってもよく、例えば、100nm以上150nm以下程度である。 In the present embodiment, since the PZT film 110 is a seed layer for controlling the crystal orientation of the Nb-PZT film 130, its thickness may be thin, for example, the thickness of one layer formed by the sol-gel method. It may be, for example, about 100 nm or more and 150 nm or less.

次に、PZT膜110上に、所定の組成比でTi、Zr、Pb及びNbを含む第2の前駆体溶液を塗布し、所定の温度で乾燥させる。さらに、所定の温度で焼成して第2の塗工層131を形成する(図2(c))。第2の前駆体溶液は、第1の前駆体溶液にニオブ化合物を加えたものである。ここで、第2の前駆体溶液は、Nb−PZT膜130をゾルゲル法により形成するための前駆体溶液であり、Ti、Zr、Pb及びNbを所定の組成比で含む有機溶液であり、Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して10 mol%以上である。Ti、Zr、Pb及びNbを、48:52:13の組成比で第2の前駆体溶液に含有することが好ましい。 Next, a second precursor solution containing Ti, Zr, Pb and Nb at a predetermined composition ratio is applied onto the PZT film 110 and dried at a predetermined temperature. Further, it is fired at a predetermined temperature to form a second coating layer 131 (FIG. 2 (c)). The second precursor solution is a solution obtained by adding a niobium compound to the first precursor solution. Here, the second precursor solution is a precursor solution for forming the Nb-PZT film 130 by the sol-gel method, and is an organic solution containing Ti, Zr, Pb and Nb in a predetermined composition ratio, and Nb. The molar concentration of Ti and Zr is 10 mol% or more with respect to the total number of moles. It is preferable that Ti, Zr, Pb and Nb are contained in the second precursor solution in a composition ratio of 48:52:13.

なお、第2の塗工層131を形成する乾燥温度は、第2の前駆体溶液に含まれる溶媒により任意に設定可能である。本実施形態においては、例えば、100℃以上150℃以下程度である。また、第2の塗工層131を形成するための焼成温度は、例えば、280℃以上320℃以下程度である。 The drying temperature for forming the second coating layer 131 can be arbitrarily set by the solvent contained in the second precursor solution. In the present embodiment, it is, for example, about 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. The firing temperature for forming the second coating layer 131 is, for example, about 280 ° C. or higher and 320 ° C. or lower.

第2の塗工層131が形成された基材150を所定温度で熱処理し、結晶化させてPZT膜110上にNb−PZT膜130を形成する(図2(d))。本発明においては、PZT膜110を結晶化の核(又はシード層)として利用して結晶化することにより、Nb−PZT膜130はPZT膜110の結晶構造に従ってペロブスカイト構造をとり、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上の配向度となる。ここで、Nb−PZT膜130を形成する熱処理の条件は、PZT膜110を結晶化した熱処理温度に準じ、例えば、580℃以上670℃以下程度である。 The base material 150 on which the second coating layer 131 is formed is heat-treated at a predetermined temperature and crystallized to form an Nb-PZT film 130 on the PZT film 110 (FIG. 2 (d)). In the present invention, the PZT film 110 is crystallized by using it as a crystallization nucleus (or seed layer), so that the Nb-PZT film 130 has a perovskite structure according to the crystal structure of the PZT film 110, and is subjected to an X-ray diffraction method. The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by is 60% or more. Here, the conditions of the heat treatment for forming the Nb-PZT film 130 are, for example, about 580 ° C. or higher and 670 ° C. or lower according to the heat treatment temperature at which the PZT film 110 is crystallized.

なお、本実施形態において、Nb−PZT膜積層体100の厚みは、PZT膜110を含めて1μm程度あればよく、ゾルゲル法により形成されるNb−PZT膜の1層の厚みは100nm以上150nm以下程度であるため、7層程度を積層してNb−PZT膜130を形成することができる。この場合、Nb−PZT膜130は、上述した塗布、乾燥、焼成及び熱処理の工程を1層ずつ繰り返すことにより形成することができる。 In the present embodiment, the thickness of the Nb-PZT film laminate 100 may be about 1 μm including the PZT film 110, and the thickness of one layer of the Nb-PZT film formed by the sol-gel method is 100 nm or more and 150 nm or less. Therefore, about 7 layers can be laminated to form the Nb-PZT film 130. In this case, the Nb-PZT film 130 can be formed by repeating the steps of coating, drying, firing and heat treatment described above one layer at a time.

従来は、Nb−PZT膜においてNbの添加に伴い配向性が低下していたが、本実施形態に係るNb−PZT膜積層体100は、Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であっても、配向性を制御することが可能である。 Conventionally, the orientation of the Nb-PZT film has decreased with the addition of Nb, but in the Nb-PZT film laminate 100 according to the present embodiment, the molar concentration of Nb is the total number of moles of Ti and Zr. It is possible to control the orientation even if it is 10 mol% or more with respect to the value.

(ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体を用いた素子)
本発明の他の実施形態として、上述したNb−PZT膜積層体を用いた素子について説明する。図3は、本発明の一実施形態に係るNb−PZT膜積層体を用いた素子200の模式図(側面図)である。素子200は、第1の電極261と、第2の電極263と、第1の電極261と第2の電極263との間に配置されたNb−PZT膜積層体とを備える。Nb−PZT膜積層体は、センサ又はアクチュエータ材料として機能する素子である。素子200においてNb−PZT膜積層体は圧電体であり、圧電体に加えられた力が電圧に変換され、センサとして機能する。また、Nb−PZT膜積層体に印加された電圧を力に変換する圧電効果を利用した受動素子である。このような圧電体は、ピエゾ素子とも呼ばれる。
(Elements using lead zirconate titanate niobate film laminate)
As another embodiment of the present invention, the device using the above-mentioned Nb-PZT film laminate will be described. FIG. 3 is a schematic view (side view) of the element 200 using the Nb-PZT film laminate according to the embodiment of the present invention. The element 200 includes a first electrode 261 and a second electrode 263, and an Nb-PZT film laminate arranged between the first electrode 261 and the second electrode 263. The Nb-PZT film laminate is an element that functions as a sensor or actuator material. In the element 200, the Nb-PZT film laminate is a piezoelectric body, and the force applied to the piezoelectric body is converted into a voltage to function as a sensor. Further, it is a passive element utilizing the piezoelectric effect of converting the voltage applied to the Nb-PZT film laminate into force. Such a piezoelectric body is also called a piezo element.

Nb−PZT膜積層体は、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるPZT膜210と、PZT膜210に接して配置され、PZT膜210の配向方向に応じて、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であり、Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるNb−PZT膜230とを備える。また、図3に示すように、素子200は、基材150上に形成され、又は基材150上に配置されてもよい。 The Nb-PZT film laminate is arranged in contact with the PZT film 210 having a peak ratio of 60% or more in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method, and the PZT film 210. The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method is 60% or more, and the molar concentrations of Nb are Ti and Zr, depending on the orientation direction of the PZT film 210. The Nb-PZT film 230 is provided with 10 mol% or more based on the total number of moles. Further, as shown in FIG. 3, the element 200 may be formed on the base material 150 or may be arranged on the base material 150.

上述したように、PZT膜210及びNb−PZT膜230の配向性を、XRDにより検出される全ピークと、(100)方向又は(001)方向のピークとのピーク比により配向性を評価する。PZT膜210は、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上となる。また、本発明においては、配向性の高いPZT膜210をシード層に用いることにより、PZT膜210の配向方向に応じて、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上となるように、Nb−PZT膜230の配向を制御することができる。 As described above, the orientation of the PZT film 210 and the Nb-PZT film 230 is evaluated by the peak ratio of all the peaks detected by XRD to the peaks in the (100) direction or the (001) direction. The peak ratio of the PZT film 210 in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method is 60% or more. Further, in the present invention, by using the highly oriented PZT film 210 as the seed layer, the direction (100) or (001) with respect to all the peaks detected by the X-ray diffraction method depends on the orientation direction of the PZT film 210. The orientation of the Nb-PZT film 230 can be controlled so that the peak ratio in the direction of) is 60% or more.

また、より好ましくは、PZT膜210のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が70%以上であり、Nb−PZT膜230のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が80%以上である。本発明の一実施形態によると、Nb−PZT膜積層体の(100)配向又は(001)配向の配向度が高い素子200が提供される。 Further, more preferably, the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the PZT film 210 is 70% or more, and the X-ray diffraction method of the Nb-PZT film 230 The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by is 80% or more. According to one embodiment of the present invention, there is provided an element 200 having a high degree of orientation of the (100) orientation or (001) orientation of the Nb-PZT film laminate.

素子200の製造方法について説明する。図4及び図5は、本発明の一実施形態に係る素子200の製造工程を示す。基材150上に、第1の電極261を形成する(図4(a))。基材150の詳細は上述したため、説明は省略する。第1の電極261は、圧電体であるNb−PZT膜積層体から電荷を取出す、又は電圧を印加するための電極で、MEMSに一般に用いられる金属により形成され、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。第1の電極261は、スパッタや蒸着等により形成することができるが、これらに限定されるものではない。 A method of manufacturing the element 200 will be described. 4 and 5 show a manufacturing process of the element 200 according to the embodiment of the present invention. The first electrode 261 is formed on the base material 150 (FIG. 4A). Since the details of the base material 150 have been described above, the description thereof will be omitted. The first electrode 261 is an electrode for extracting electric charges or applying a voltage from the Nb-PZT film laminate which is a piezoelectric material, and is formed of a metal generally used for MEMS, for example, copper (Cu) or aluminum. (Al), gold (Au), silver (Ag) and the like can be used, but the present invention is not limited thereto. The first electrode 261 can be formed by sputtering, vapor deposition, or the like, but is not limited thereto.

第1の電極261上に、所定の組成比でTi、Zr及びPbを含む第1の前駆体溶液を塗布し、所定の温度で乾燥させる。さらに、所定の温度で焼成して第1の塗工層211を形成する(図4(b))。なお、第1の前駆体溶液の詳細は上述したため、説明は省略する。なお、上述したように、第1の塗工層111を形成する乾燥温度は、第1の前駆体溶液に含まれる溶媒により任意に設定可能である。 A first precursor solution containing Ti, Zr and Pb at a predetermined composition ratio is applied onto the first electrode 261 and dried at a predetermined temperature. Further, it is fired at a predetermined temperature to form the first coating layer 211 (FIG. 4 (b)). Since the details of the first precursor solution have been described above, the description thereof will be omitted. As described above, the drying temperature for forming the first coating layer 111 can be arbitrarily set by the solvent contained in the first precursor solution.

第1の塗工層211が形成された基材150を所定温度で熱処理し、結晶化させてPZT膜210を形成する(図4(c))。結晶化により、PZT膜210はペロブスカイト構造をとり、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上の配向度となる。 The base material 150 on which the first coating layer 211 is formed is heat-treated at a predetermined temperature and crystallized to form a PZT film 210 (FIG. 4 (c)). By crystallization, the PZT film 210 has a perovskite structure, and the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method is 60% or more.

次に、PZT膜210上に、所定の組成比でTi、Zr、Pb及びNbを含む第2の前駆体溶液を塗布し、所定の温度で乾燥させる。さらに、所定の温度で焼成して第2の塗工層231を形成する(図4(d))。なお、第2の前駆体溶液の詳細は上述したため、説明は省略する。上述したように、第2の塗工層231を形成する乾燥温度は、第2の前駆体溶液に含まれる溶媒により任意に設定可能である。 Next, a second precursor solution containing Ti, Zr, Pb and Nb at a predetermined composition ratio is applied onto the PZT film 210 and dried at a predetermined temperature. Further, it is fired at a predetermined temperature to form a second coating layer 231 (FIG. 4 (d)). Since the details of the second precursor solution have been described above, the description thereof will be omitted. As described above, the drying temperature for forming the second coating layer 231 can be arbitrarily set by the solvent contained in the second precursor solution.

第2の塗工層231が形成された基材150を所定温度で熱処理し、結晶化させてPZT膜210上にNb−PZT膜230を形成する(図5(a))。本発明においては、PZT膜210を結晶化の核(又はシード層)として利用して結晶化することにより、Nb−PZT膜230はPZT膜210の結晶構造に従ってペロブスカイト構造をとり、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上の配向度となる。なお、上述した塗布、乾燥、焼成及び熱処理の工程を1層ずつ繰り返すことにより、所望の厚みのNb−PZT膜積層体を形成することができる。 The base material 150 on which the second coating layer 231 is formed is heat-treated at a predetermined temperature and crystallized to form an Nb-PZT film 230 on the PZT film 210 (FIG. 5A). In the present invention, by crystallization using the PZT film 210 as a crystallization nucleus (or seed layer), the Nb-PZT film 230 has a perovskite structure according to the crystal structure of the PZT film 210, and is subjected to an X-ray diffraction method. The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by is 60% or more. By repeating the steps of coating, drying, firing, and heat treatment described above one layer at a time, an Nb-PZT film laminate having a desired thickness can be formed.

Nb−PZT膜230上に、第2の電極263を形成する(図5(b))。なお、第2の電極263は、第1の電極261と同様の材料と、同様の製造工程で形成することができるため、詳細な説明は省略する。以上の工程により、本実施形態に係る素子200を形成することができる。 A second electrode 263 is formed on the Nb-PZT film 230 (FIG. 5 (b)). Since the second electrode 263 can be formed of the same material as the first electrode 261 and in the same manufacturing process, detailed description thereof will be omitted. By the above steps, the element 200 according to the present embodiment can be formed.

従来は、Nb−PZT膜においてNbの添加に伴い配向性が低下していたが、本実施形態に係る素子200は、Nb−PZT膜積層体に含まれるNbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であっても、結晶の配向性を制御することが可能である。 Conventionally, the orientation of the Nb-PZT film has decreased with the addition of Nb, but in the element 200 according to the present embodiment, the molar concentration of Nb contained in the Nb-PZT film laminate is Ti and Zr. It is possible to control the orientation of the crystal even if it is 10 mol% or more with respect to the total number of moles.

(半導体デバイス)
本発明の他の実施形態として、上述した素子200を備える半導体デバイスについて説明する。半導体デバイスの一例として、加速度センサについて説明するが、本発明に係る半導体デバイスはこれらに限定されるものではなく、素子200を利用可能なデバイスを広く示す。図6は、本発明の一実施形態に係る半導体デバイス1000の上面図である。また、図7は、図6の線AA’における半導体デバイス1000の断面図である。半導体デバイス1000は、支持部1210と、支持部1210に一端が支持された可撓部(第1の軸方向の可撓部1231及び第2の軸方向の可撓部1235)と、可撓部の他端に支持された錘部1250と、可撓部に位置し、錘部1250の変位を電気信号に変換して検出する応力電気変換手段とを備える。本実施形態において、応力電気変換手段(素子E1+、素子E1−、素子E2+、素子E2−、素子E3+、素子E3−、素子E4+、素子E4−)は上述した素子200を用いて構成される。
(Semiconductor device)
As another embodiment of the present invention, the semiconductor device including the above-mentioned element 200 will be described. An acceleration sensor will be described as an example of the semiconductor device, but the semiconductor device according to the present invention is not limited to these, and devices in which the element 200 can be used are widely shown. FIG. 6 is a top view of the semiconductor device 1000 according to the embodiment of the present invention. Further, FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device 1000 in line AA'of FIG. The semiconductor device 1000 includes a support portion 1210, a flexible portion whose one end is supported by the support portion 1210 (a first axial flexible portion 1231 and a second axial flexible portion 1235), and a flexible portion. It is provided with a weight portion 1250 supported at the other end of the body, and a stress-electric conversion means located in a flexible portion that converts the displacement of the weight portion 1250 into an electric signal and detects it. In the present embodiment, the stress-electric conversion means (element E1 +, element E1-, element E2 +, element E2-, element E3 +, element E3-, element E4 +, element E4-) is configured by using the above-mentioned element 200.

半導体デバイス1000は、第1の軸方向の可撓部1231、第2の軸方向の可撓部1235、第1の軸方向の可撓部1231と第2の軸方向の可撓部1235との交差部1239(錘支持部)及び錘部1250を有する。錘部1250と隣接して開口部1270が配置され、錘部1250と支持部1210とを離間させる。ここで、第1の軸方向と第2の軸方向とは互いに直交する方向であり、X軸方向及びY軸方向と呼ぶこともできる。 The semiconductor device 1000 includes a first axially flexible portion 1231, a second axially flexible portion 1235, a first axially flexible portion 1231, and a second axially flexible portion 1235. It has an intersection 1239 (weight support) and a weight 1250. An opening 1270 is arranged adjacent to the weight portion 1250 to separate the weight portion 1250 and the support portion 1210. Here, the first axial direction and the second axial direction are directions orthogonal to each other, and can also be referred to as an X-axis direction and a Y-axis direction.

第1の軸方向の可撓部1231には、第1の軸方向の加速度を検出するために、素子200で形成された素子E1+、素子E1−、素子E2+及び素子E2−が配置され、配線1150により、それぞれ端子V1+、端子V1−、端子V2+及び端子V2−へ引き出される。 In order to detect the acceleration in the first axial direction, the element E1 +, the element E1-, the element E2 +, and the element E2- formed by the element 200 are arranged in the flexible portion 1231 in the first axial direction, and wiring is performed. By 1150, it is pulled out to the terminal V1 +, the terminal V1-, the terminal V2 + and the terminal V2-, respectively.

第2の軸方向の可撓部1235には、第2の軸方向の加速度を検出するために、素子200で形成された素子E3+、素子E3−、素子E4+及び素子E4−が配置され、配線1150により、それぞれ端子V3+、端子V3−、端子V4+及び端子V4−へ引き出される。 In order to detect the acceleration in the second axial direction, the element E3 +, the element E3-, the element E4 +, and the element E4- formed by the element 200 are arranged in the flexible portion 1235 in the second axial direction, and wiring is performed. By 1150, it is pulled out to the terminal V3 +, the terminal V3-, the terminal V4 + and the terminal V4-, respectively.

本実施形態において、素子E1+、素子E1−、素子E2+、素子E2−、素子E3+、素子E3−、素子E4+及び素子E4−は、第1の電極層1161と、第2の電極層1163と、第1の電極層1161と第2の電極層1163との間に配置されたNb−PZT膜積層体とにより構成される。Nb−PZT膜積層体は、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるPZT膜1110と、PZT膜1110に接して配置され、PZT膜1110の配向方向に応じて、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であり、Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるNb−PZT膜1130とを備える。 In the present embodiment, the element E1 +, the element E1-, the element E2 +, the element E2-, the element E3 +, the element E3-, the element E4 +, and the element E4- are formed by the first electrode layer 1161 and the second electrode layer 1163. It is composed of an Nb-PZT film laminate arranged between the first electrode layer 1161 and the second electrode layer 1163. The Nb-PZT film laminate is arranged in contact with the PZT film 1110 and the PZT film 1110 in which the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method is 60% or more. , The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method is 60% or more, and the molar concentrations of Nb are Ti and Zr, depending on the orientation direction of the PZT film 1110. The Nb-PZT film 1130, which is 10 mol% or more based on the total number of moles of the above, is provided.

交差部1239の下側には錘部1250が形成され、加速度に応じて錘部1250が揺れることで、第1の軸方向の可撓部1231及び第2の軸方向の可撓部1235を撓ませる。半導体デバイス1000は、この撓みを第1の軸方向の加速度を検出するセンサ回路及び第2の軸方向の加速度を検出するセンサ回路で加速度を検出することができる。 A weight portion 1250 is formed on the lower side of the intersection 1239, and the weight portion 1250 swings in response to acceleration to flex the first axially flexible portion 1231 and the second axially flexible portion 1235. No. The semiconductor device 1000 can detect the acceleration of this deflection by a sensor circuit that detects the acceleration in the first axial direction and a sensor circuit that detects the acceleration in the second axial direction.

第1の軸方向の可撓部1231及び第2の軸方向の可撓部1235は支持部1210により支えられ、支持部1210には、上述した端子V1+、端子V1−、端子V2+、端子V2−、端子V3+、端子V3−、端子V4+及び端子V4−と、グランド端子(GND)とが配置される。第1の電極層1161は、グランド端子(GND)と接続される。 The first axially flexible portion 1231 and the second axially flexible portion 1235 are supported by the support portion 1210, and the support portion 1210 is provided with the above-mentioned terminals V1 +, terminal V1-, terminal V2 +, and terminal V2-. , Terminal V3 +, terminal V3-, terminal V4 +, terminal V4-, and ground terminal (GND) are arranged. The first electrode layer 1161 is connected to the ground terminal (GND).

なお、本実施形態においては、半導体デバイス1000が第1の軸方向の可撓部1231及び第2の軸方向の可撓部1235を有する例を示したが、本発明に係る半導体デバイス1000は梁状の可撓部の代わりにダイヤフラム状の可撓部としてもよい。すなわち、ダイヤフラムで錘部を支持し、第1の軸方向及び第2の軸方向の加速度を検出する素子を、ダイヤフラムの上部表面に互いに直交する軸方向に配置してもよい。 In the present embodiment, an example is shown in which the semiconductor device 1000 has a flexible portion 1231 in the first axial direction and a flexible portion 1235 in the second axial direction, but the semiconductor device 1000 according to the present invention is a beam. A diaphragm-shaped flexible portion may be used instead of the shaped flexible portion. That is, the elements that support the weight portion with the diaphragm and detect the acceleration in the first axial direction and the second axial direction may be arranged in the axial direction orthogonal to the upper surface of the diaphragm.

このような構造を有する半導体デバイス1000において、振動によって錘部1250が揺れ、第1の軸方向の可撓部1231及び第2の軸方向の可撓部1235に配置された素子E1+、素子E1−、素子E2+、素子E2−、素子E3+、素子E3−、素子E4+、素子E4−に応力が加わる。それぞれの素子の分極量は応力に依存するため、振動などの加速度の印加によって電荷の移動(電流)が発生する。この電流を端子V1+、端子V1−、端子V2+、端子V2−、端子V3+、端子V3−、端子V4+及び端子V4−と、グランド端子(GND)に接続した検出器(図示せず)により検出することができる。 In the semiconductor device 1000 having such a structure, the weight portion 1250 sways due to vibration, and the elements E1 + and the elements E1-arranged in the first axially flexible portion 1231 and the second axially flexible portion 1235. , Element E2 +, element E2-, element E3 +, element E3-, element E4 +, and element E4-. Since the amount of polarization of each element depends on stress, charge transfer (current) is generated by applying acceleration such as vibration. This current is detected by terminals V1 +, terminal V1-, terminal V2 +, terminal V2-, terminal V3 +, terminal V3-, terminal V4 + and terminal V4-, and a detector (not shown) connected to the ground terminal (GND). be able to.

本実施形態に係る半導体デバイス1000の製造方法を以下に述べる。図8〜図10は、半導体デバイス1000の製造工程を図6の線AA’に沿う断面図で説明する図である。基材であるシリコンウェハ1101上にシリコン酸化膜1103及びシリコン膜1105を順次形成する(図8(a))。なお、貼り合せ法等により製造されたSOI基板を用いてもよい。シリコン酸化膜1103は、後述の工程でエッチングストッパ層としても機能する。本実施形態においては、素子E1+、素子E1−、素子E2+及び素子E2−を第1の軸方向の可撓部1231に、素子E3+、素子E3−、素子E4+及び素子E4−を第2の軸方向の可撓部1235にそれぞれ形成する。 The manufacturing method of the semiconductor device 1000 according to this embodiment will be described below. 8 to 10 are views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 1000 with a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. A silicon oxide film 1103 and a silicon film 1105 are sequentially formed on a silicon wafer 1101 which is a base material (FIG. 8 (a)). An SOI substrate manufactured by a bonding method or the like may be used. The silicon oxide film 1103 also functions as an etching stopper layer in the process described later. In the present embodiment, the element E1 +, the element E1-, the element E2 + and the element E2- are attached to the flexible portion 1231 in the first axial direction, and the element E3 +, the element E3-, the element E4 + and the element E4- are attached to the second axis. It is formed on each of the flexible portions 1235 in the direction.

シリコン膜1105上に第1の電極層1161を形成する(図8(b))。第1の電極層1161の形成材料及び形成方法は上述した第1の電極261と同様であるため、詳細な説明は省略する。第1の電極層1161上に、所定の組成比でTi、Zr及びPbを含む第1の前駆体溶液を塗布し、所定の温度で乾燥させる。さらに、所定の温度で焼成して第1の塗工層を形成する。なお、第1の前駆体溶液の詳細は上述したため、説明は省略する。なお、上述したように、第1の塗工層を形成する乾燥温度は、第1の前駆体溶液に含まれる溶媒により任意に設定可能である。 The first electrode layer 1161 is formed on the silicon film 1105 (FIG. 8 (b)). Since the forming material and forming method of the first electrode layer 1161 are the same as those of the first electrode 261 described above, detailed description thereof will be omitted. A first precursor solution containing Ti, Zr and Pb at a predetermined composition ratio is applied onto the first electrode layer 1161 and dried at a predetermined temperature. Further, it is fired at a predetermined temperature to form a first coating layer. Since the details of the first precursor solution have been described above, the description thereof will be omitted. As described above, the drying temperature for forming the first coating layer can be arbitrarily set by the solvent contained in the first precursor solution.

第1の塗工層が形成されたシリコンウェハ1101を所定の温度で熱処理し、結晶化させてPZT膜1110を形成する(図8(c))。結晶化により、PZT膜1110はペロブスカイト構造をとり、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上の配向度となる。 The silicon wafer 1101 on which the first coating layer is formed is heat-treated at a predetermined temperature and crystallized to form a PZT film 1110 (FIG. 8 (c)). By crystallization, the PZT film 1110 has a perovskite structure, and the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method becomes 60% or more.

次に、PZT膜1110上に、所定の組成比でTi、Zr、Pb及びNbを含む第2の前駆体溶液を塗布し、所定の温度で乾燥させる。さらに、所定の温度で焼成して第2の塗工層を形成する。なお、第2の前駆体溶液の詳細は上述したため、説明は省略する。上述したように、第2の塗工層を形成する乾燥温度は、第2の前駆体溶液に含まれる溶媒により任意に設定可能である。 Next, a second precursor solution containing Ti, Zr, Pb and Nb at a predetermined composition ratio is applied onto the PZT film 1110 and dried at a predetermined temperature. Further, it is fired at a predetermined temperature to form a second coating layer. Since the details of the second precursor solution have been described above, the description thereof will be omitted. As described above, the drying temperature for forming the second coating layer can be arbitrarily set by the solvent contained in the second precursor solution.

第2の塗工層が形成されたシリコンウェハ1101を所定の温度で熱処理し、結晶化させてPZT膜1110上にNb−PZT膜1130を形成する(図8(d))。本発明においては、PZT膜1110を結晶化の核(又はシード層)として利用して結晶化することにより、Nb−PZT膜1130はPZT膜1110の結晶構造に従ってペロブスカイト構造をとり、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上の配向度となる。なお、上述したように、上述した塗布、乾燥、焼成及び熱処理の工程を1層ずつ繰り返すことにより、所望の厚みのNb−PZT膜積層体を形成することができる。 The silicon wafer 1101 on which the second coating layer is formed is heat-treated at a predetermined temperature and crystallized to form an Nb-PZT film 1130 on the PZT film 1110 (FIG. 8 (d)). In the present invention, the Nb-PZT film 1130 has a perovskite structure according to the crystal structure of the PZT film 1110 by crystallization using the PZT film 1110 as a crystallization nucleus (or seed layer), and an X-ray diffraction method is performed. The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by is 60% or more. As described above, the Nb-PZT film laminate having a desired thickness can be formed by repeating the steps of coating, drying, firing, and heat treatment described above one layer at a time.

Nb−PZT膜1130上に、マスク1301を形成する(図9(a))。マスク1107の材料としては、公知のレジスト材を用いることができる。マスク1107を配置したNb−PZT膜1130及びPZT膜1110に、RIE(Reactive Ion Etching)あるいはウェットエッチングを施し、有底孔を形成する(図9(b))。 A mask 1301 is formed on the Nb-PZT film 1130 (FIG. 9A). A known resist material can be used as the material of the mask 1107. The Nb-PZT film 1130 and the PZT film 1110 on which the mask 1107 is arranged are subjected to RIE (Reactive Ion Etching) or wet etching to form bottomed holes (FIG. 9 (b)).

次に、マスク1301を除去し、Nb−PZT膜1130上に、マスク1303を形成する(図9(c))。マスク1303を配置したNb−PZT膜1130上に第2の電極層1163を形成して、素子E1+、素子E1−、素子E2+、素子E2−、素子E3+、素子E3−、素子E4+、素子E4−と、端子V1+、端子V1−、端子V2+、端子V2−、端子V3+、端子V3−、端子V4+及び端子V4−を形成する。また、有底孔を介して第1の電極層1161に接続するグランド端子(GND)が形成される(図10(a))。なお、第2の電極層1163は、上述した第1の電極261と同様の材料と、同様の製造工程で形成することができるため、詳細な説明は省略する。 Next, the mask 1301 is removed to form the mask 1303 on the Nb-PZT film 1130 (FIG. 9 (c)). A second electrode layer 1163 is formed on the Nb-PZT film 1130 on which the mask 1303 is arranged, and the element E1 +, the element E1-, the element E2 +, the element E2-, the element E3 +, the element E3-, the element E4 +, and the element E4- , Terminal V1 +, terminal V1-, terminal V2 +, terminal V2-, terminal V3 +, terminal V3-, terminal V4 +, and terminal V4-. Further, a ground terminal (GND) connected to the first electrode layer 1161 is formed through the bottomed hole (FIG. 10 (a)). Since the second electrode layer 1163 can be formed of the same material as the first electrode 261 described above and in the same manufacturing process, detailed description thereof will be omitted.

マスク1303を除去し、配線1150を形成するために、マスク1305を形成する(図10(b))。Nb−PZT膜1130上に配線1150を形成し、各素子と各端子とを接続する(図10(c))。配線1150は、MEMSに一般に用いられる金属により形成され、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。配線1150は、スパッタや蒸着等により形成することができるが、これらに限定されるものではない。各素子及び各端子は、配線1150と同一の材料を用いて同一の工程で形成することもできる。 Mask 1305 is formed to remove mask 1303 and form wiring 1150 (FIG. 10B). Wiring 1150 is formed on the Nb-PZT film 1130, and each element and each terminal are connected (FIG. 10 (c)). The wiring 1150 is formed of a metal generally used for MEMS, and for example, copper (Cu), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag) and the like can be used, but the wiring 1150 is not limited thereto. Absent. The wiring 1150 can be formed by sputtering, vapor deposition, or the like, but is not limited thereto. Each element and each terminal can also be formed in the same process using the same material as the wiring 1150.

その後、マスク1305を除去し、シリコン膜1105をシリコン酸化膜1103の上面が露出するまでRIEなどによりエッチングを行い、開口部を設けて、支持部1210、第1の軸方向の可撓部1231、第2の軸方向の可撓部1235及び交差部1239を形成する。また、錘部1250が下方へ変位するために必要な間隔のギャップを形成するために、マスク1307を用いて支持部1210の内枠に沿った開口部1270を形成する(図11(a))。なお、ギャップは、例えば、5〜10μm程度である。 After that, the mask 1305 is removed, the silicon film 1105 is etched by RIE or the like until the upper surface of the silicon oxide film 1103 is exposed, an opening is provided, and the support portion 1210, the first axially flexible portion 1231, and the like. A second axially flexible portion 1235 and an intersection portion 1239 are formed. Further, in order to form a gap at an interval required for the weight portion 1250 to be displaced downward, a mask 1307 is used to form an opening 1270 along the inner frame of the support portion 1210 (FIG. 11 (a)). .. The gap is, for example, about 5 to 10 μm.

さらに、支持部1210及び錘部1250を形成するために、シリコンウェハ1101の下面にマスク1309を形成する(図11(b))。マスク1309を用いてシリコンウェハ1101及びシリコン酸化膜1103をシリコン膜1105の下面が露出するまでエッチングする(図11(c)。エッチングには、例えば、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いる。 Further, in order to form the support portion 1210 and the weight portion 1250, a mask 1309 is formed on the lower surface of the silicon wafer 1101 (FIG. 11B). The silicon wafer 1101 and the silicon oxide film 1103 are etched using the mask 1309 until the lower surface of the silicon film 1105 is exposed (FIG. 11 (c). For etching, for example, DRIE (Deep Reactive Ion Etching) is used.

最後に、シリコンウェハをダイシングして加速度センサを個片化する。これにより半導体デバイス1000が構成される。半導体デバイス1000は、実装基板やパッケージ基板に搭載させることが可能である。以上は加速度センサの製造方法の一例であって、順序は、適宜に変更可能であり、上記の順序に限定されない。 Finally, the silicon wafer is diced to separate the accelerometer. As a result, the semiconductor device 1000 is configured. The semiconductor device 1000 can be mounted on a mounting substrate or a package substrate. The above is an example of a method for manufacturing an acceleration sensor, and the order can be appropriately changed and is not limited to the above order.

また、支持部1210の下に支持基板を配置してもよい。支持基板と支持部1210とは、直接接合、接着剤による接合等を用いて接合することができる。支持基板としては例えば、ガラス、金属、絶縁性樹脂、Si等の半導体である。接合方法として、陽極接合、直接接合、共晶接合、接着剤による接着などから適宜選択することができる。 Further, the support substrate may be arranged under the support portion 1210. The support substrate and the support portion 1210 can be joined by direct joining, joining with an adhesive, or the like. The support substrate is, for example, a semiconductor such as glass, metal, insulating resin, or Si. The bonding method can be appropriately selected from anode bonding, direct bonding, eutectic bonding, bonding with an adhesive, and the like.

従来は、Nb−PZT膜においてNbの添加に伴い配向性が低下していたが、本実施形態に係る半導体デバイスは、素子に含まれるNbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であっても、結晶の配向性を制御することが可能である。 Conventionally, the orientation of the Nb-PZT film has decreased with the addition of Nb, but in the semiconductor device according to the present embodiment, the molar concentration of Nb contained in the device is the total number of moles of Ti and Zr. It is possible to control the orientation of the crystal even if it is 10 mol% or more.

(実施例)
本発明の実施例として、第1の電極を形成した基板に、PZT膜をシード層としてNb−PZT膜を形成した。4インチのSiウェハの両面に熱酸化にて1μm厚のSiO2を形成した。これは電極材料とSiとの熱拡散による反応を防ぐためのバリア層である。次に、スパッタにより150nm Pt/15 nm Tiを電極層として形成した。なお、PZT−20(120/52/48)前駆体を用いて、配向比80%以上のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が80%以上となるPZT膜を得るため、非特許文献2を参照して、電極層の成膜時の基板温度を200℃とした。
(Example)
As an example of the present invention, an Nb-PZT film was formed on a substrate on which the first electrode was formed, using the PZT film as a seed layer. 1 μm thick SiO 2 was formed on both sides of a 4-inch Si wafer by thermal oxidation. This is a barrier layer for preventing a reaction between the electrode material and Si due to thermal diffusion. Next, 150 nm Pt / 15 nm Ti was formed as an electrode layer by sputtering. Using the PZT-20 (120/52/48) precursor, the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method having an orientation ratio of 80% or more is 80%. In order to obtain the above PZT film, the substrate temperature at the time of film formation of the electrode layer was set to 200 ° C. with reference to Non-Patent Document 2.

形成した電極層に、Pb/Zr/Ti/=120/52/48の組成比の第1の前駆体溶液(高純度化学研究所)を適量100rpmでウェハ全体へ濡れ拡がる程度に吐出し、さらに2000rpm、60秒でスピンコートし、ホットプレートにて120℃、2分で乾燥させた。その後、250℃、5分で焼成した第1の塗工層を形成した。次に、ラピッドサーマルアニール炉にて、真空引き後に大気圧酸素雰囲気下で、温度上昇勾配を100℃/秒とし、650℃、2分の結晶化を行い、PZT膜を得た。 A first precursor solution (High Purity Chemical Laboratory) having a composition ratio of Pb / Zr / Ti / = 120/52/48 is discharged onto the formed electrode layer at an appropriate amount of 100 rpm to the extent that it wets and spreads over the entire wafer. It was spin-coated at 2000 rpm for 60 seconds and dried on a hot plate at 120 ° C. for 2 minutes. Then, a first coating layer was formed by firing at 250 ° C. for 5 minutes. Next, in a rapid thermal annealing furnace, after vacuuming, the temperature rise gradient was set to 100 ° C./sec and crystallization was performed at 650 ° C. for 2 minutes under an atmospheric oxygen atmosphere to obtain a PZT film.

次に、PZT膜上にPb/Zr/Ti/Nb=120/52/48/13の組成比の第2の前駆体溶液(高純度化学研究所)を適量100rpmでウェハ全体へ濡れ拡がる程度に吐出し、さらに2000rpm、60秒でスピンコートし、ホットプレートにて120℃、2分で乾燥させた。その後、300℃、5分で焼成した第1の塗工層を形成した。次に、ラピッドサーマルアニール炉にて、真空引き後に大気圧酸素雰囲気下で、温度上昇勾配を100℃/秒とし、650℃、2分の結晶化を行い、Nb−PZT膜を得た。本実施例においては、Nb−PZT膜をさらに6層形成し、PZT膜を1層と、Nb−PZT膜(Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して13 mol%)を7層含む積層体を得た。 Next, a second precursor solution (High Purity Chemical Laboratory) having a composition ratio of Pb / Zr / Ti / Nb = 120/52/48/13 is spread over the entire wafer at an appropriate amount of 100 rpm on the PZT film. The mixture was discharged, spin-coated at 2000 rpm for 60 seconds, and dried on a hot plate at 120 ° C. for 2 minutes. Then, a first coating layer was formed by firing at 300 ° C. for 5 minutes. Next, in a rapid thermal annealing furnace, after evacuation, the temperature rise gradient was set to 100 ° C./sec and crystallization was performed at 650 ° C. for 2 minutes under an atmospheric oxygen atmosphere to obtain an Nb-PZT film. In this example, six more Nb-PZT films are formed, one PZT film is formed, and the Nb-PZT film (the molar concentration of Nb is 13 mol% with respect to the total number of moles of Ti and Zr). ) Was obtained as a laminate containing 7 layers.

(比較例1)
比較例1として、Nb−PZT膜を形成せずに、実施例と同様の方法にて、8層のPZT膜を含む積層体を得た。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a laminate containing eight layers of PZT film was obtained by the same method as in Example without forming an Nb-PZT film.

(比較例2)
比較例2として、PZT膜を形成せずに、Pb/Zr/Ti/Nb=120/52/48/3の組成比の第2の前駆体溶液(高純度化学研究所)を用いて、実施例と同様の方法にて、8層のNb−PZT膜(Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して3 mol%)を含む積層体を得た。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, it was carried out using a second precursor solution (High Purity Chemistry Laboratory) having a composition ratio of Pb / Zr / Ti / Nb = 120/52/48/3 without forming a PZT film. By the same method as in the example, a laminate containing 8 layers of Nb-PZT film (the molar concentration of Nb is 3 mol% with respect to the total number of moles of Ti and Zr) was obtained.

(比較例3)
比較例3として、PZT膜を形成せずに、Pb/Zr/Ti/Nb=120/52/48/13の組成比の第2の前駆体溶液(高純度化学研究所)を用いて、実施例と同様の方法にて、8層のNb−PZT膜(Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して13 mol%)を含む積層体を得た。
(Comparative Example 3)
As Comparative Example 3, it was carried out using a second precursor solution (High Purity Chemistry Laboratory) having a composition ratio of Pb / Zr / Ti / Nb = 120/52/48/13 without forming a PZT film. By the same method as in the example, a laminate containing 8 layers of Nb-PZT film (the molar concentration of Nb is 13 mol% with respect to the total number of moles of Ti and Zr) was obtained.

実施例及び比較例1〜3の積層体の厚みは、0.9μm厚であった。 The thickness of the laminates of Examples and Comparative Examples 1 to 3 was 0.9 μm.

(結晶配向性の評価)
実施例及び比較例1〜3の積層体の第1層、第4層及び第8層成膜後の結晶配向性を評価した。X線回折の測定には、Bruker社のD8 DISCOVERを用いた。測定された回折ピークを図12〜図15に示す。図12は比較例1の回折ピークを示し、(a)は1層目、(b)は4層目、(c)は8層目成膜後の回折ピークを示す。図13は比較例2の回折ピークを示し、(a)は1層目、(b)は4層目、(c)は8層目成膜後の回折ピークを示す。図14は比較例3の回折ピークを示し、(a)は1層目、(b)は4層目、(c)は8層目成膜後の回折ピークを示す。図15は実施例の回折ピークを示し、(a)は1層目、(b)は4層目、(c)は8層目成膜後の回折ピークを示す。なお、図12〜図15において、●:PZT(100)/(001)、▲:PZT(110)、■:PZT(111)、○:PZT(200)/(002)、★:Pt(111)のピークを示す。
(Evaluation of crystal orientation)
The crystal orientation after film formation of the first layer, the fourth layer and the eighth layer of the laminates of Examples and Comparative Examples 1 to 3 was evaluated. Bruker's D8 DISCOVER was used for the measurement of X-ray diffraction. The measured diffraction peaks are shown in FIGS. 12 to 15. FIG. 12 shows the diffraction peak of Comparative Example 1, (a) shows the diffraction peak after the first layer, (b) shows the fourth layer, and (c) shows the diffraction peak after the eighth layer is formed. FIG. 13 shows the diffraction peak of Comparative Example 2, in which (a) shows the first layer, (b) shows the fourth layer, and (c) shows the diffraction peak after the eighth layer is formed. FIG. 14 shows the diffraction peak of Comparative Example 3, in which (a) shows the first layer, (b) shows the fourth layer, and (c) shows the diffraction peak after the eighth layer is formed. FIG. 15 shows the diffraction peaks of the examples, (a) shows the diffraction peaks after the first layer, (b) shows the fourth layer, and (c) shows the diffraction peaks after the formation of the eighth layer. In FIGS. 12 to 15, ●: PZT (100) / (001), ▲: PZT (110), ■: PZT (111), ○: PZT (200) / (002), ★: Pt (111). ) Is shown.

図12から明らかなように、比較例1の積層体においては、PZT膜の層数に応じて(100)/(001)及び(200)/(002)でピーク強度が大きくなる。また、図13から明らかなように、PZT膜を形成せず、8層のNb−PZT膜(Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して3 mol%)を含む比較例2の積層体でも、比較例1とほぼ同等の結果を示した。これは、Nbの含有量が低いため、結晶配向性に対する影響が小さいことを示す。 As is clear from FIG. 12, in the laminated body of Comparative Example 1, the peak intensities increase at (100) / (001) and (200) / (002) according to the number of layers of the PZT film. Further, as is clear from FIG. 13, a comparison in which an PZT film is not formed and eight layers of Nb-PZT films (the molar concentration of Nb is 3 mol% with respect to the total number of moles of Ti and Zr) is included. The laminated body of Example 2 also showed almost the same result as that of Comparative Example 1. This indicates that the low Nb content has a small effect on the crystal orientation.

一方、図14から明らかなように、PZT膜を形成せず、8層のNb−PZT膜(Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して13 mol%)を含む比較例3の積層体では、(100)/(001)及び(200)/(002)でピーク強度が、比較例1及び2に比して顕著に小さいものの、(111)のピーク強度が大きくなり、従来と同様に配向性が低いことが明らかとなった。 On the other hand, as is clear from FIG. 14, a comparison in which no PZT film is formed and eight layers of Nb-PZT film (the molar concentration of Nb is 13 mol% with respect to the total number of moles of Ti and Zr) is included. In the laminated body of Example 3, the peak intensities of (100) / (001) and (200) / (002) are remarkably smaller than those of Comparative Examples 1 and 2, but the peak intensities of (111) are large. , It became clear that the orientation was low as in the past.

これに対して、図15から明らかなように、シード層としてPZT膜を形成し、Nb−PZT膜(Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して13 mol%)を7層含む実施例の積層体においては、比較例1及び2と同様の傾向が見られ、(100)/(001)及び(200)/(002)での大きなピークが検出された。 On the other hand, as is clear from FIG. 15, a PZT film is formed as a seed layer, and an Nb-PZT film (the molar concentration of Nb is 13 mol% with respect to the total number of moles of Ti and Zr) is formed. In the laminated body of the example containing 7 layers, the same tendency as in Comparative Examples 1 and 2 was observed, and large peaks at (100) / (001) and (200) / (002) were detected.

図12〜図15のピーク強度データを図16にまとめる。図16の結果から、本実施例に係る積層体は、PZT膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が70%以上であり、Nb−PZT膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が80%以上となる高い配向性を示すことが明らかとなった。実施例及び比較例1〜3のピーク存在比を表1に示す。
The peak intensity data of FIGS. 12 to 15 are summarized in FIG. From the results of FIG. 16, in the laminate according to this example, the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the PZT film is 70% or more, and Nb- It has been clarified that the PZT film exhibits high orientation such that the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method is 80% or more. Table 1 shows the peak abundance ratios of Examples and Comparative Examples 1 to 3.

この実施例の配向性は、PZT膜のみを積層した比較例1に匹敵するとともに、PZT膜を形成せず、8層のNb−PZT膜(Nbのモル濃度がTiとZrとのモル数の合計値に対して3 mol%)を含む比較例2よりも優れたものであった。 The orientation of this example is comparable to Comparative Example 1 in which only the PZT film is laminated, and the PZT film is not formed, and the eight layers of Nb-PZT film (the molar concentration of Nb is the number of moles of Ti and Zr). It was superior to Comparative Example 2 containing 3 mol% with respect to the total value.

(ラマン分光分析)
Nbのモル濃度とラマンシフトの関係を検討した。ラマン分光分析には、HORIBA社のLabRAMを用いた。測定結果を図17に示す。図17の結果から、Nbの添加量に応じてピークが低波数側にシフトすることが明らかとなった。
(Raman spectroscopic analysis)
The relationship between the molar concentration of Nb and Raman shift was investigated. HORIBA's LabRAM was used for Raman spectroscopic analysis. The measurement result is shown in FIG. From the result of FIG. 17, it was clarified that the peak shifts to the low wavenumber side according to the amount of Nb added.

(加速度センサ)
実施例として、図18に示した加速度センサ2000を作製した。725μm厚のシリコン基板2101上に1μm厚のシリコン酸化膜2103及び5μm厚のシリコン膜2105を順次形成した。シリコン膜2105上に15nmのTi及び175nmのPtを積層して、第1の電極層2161を形成した。2μm厚のNb−PZT膜積層体2100を形成した。
(Acceleration sensor)
As an example, the acceleration sensor 2000 shown in FIG. 18 was manufactured. A silicon oxide film 2103 having a thickness of 1 μm and a silicon film 2105 having a thickness of 5 μm were sequentially formed on a silicon substrate 2101 having a thickness of 725 μm. A 15 nm Ti and a 175 nm Pt were laminated on the silicon film 2105 to form the first electrode layer 2161. A 2 μm-thick Nb-PZT film laminate 2100 was formed.

2μm厚のNb−PZT膜積層体2100の形成手順は次のとおりである。第一層を前駆体溶液の組成Pb/Zr/Ti/Nb=120/52/48/0を用い成膜した。前駆体溶液を適量100 rpmでウェハ全体へ濡れ拡がる程度に吐出し、その後2000 rpm、60 secにてスピンコートしたのち、ホットプレートにて120℃、2 minで乾燥、250℃、5 minで焼成した。次に、ラピッドサーマルアニール炉にて、真空引き後に大気圧酸素雰囲気下で、温度上昇勾配を100℃/secとし、650℃、2 minの結晶化を行った。さらに、第二層以降はPb/Zr/Ti/Nb=120/52/48/13を用い17回成膜した。熱処理条件について焼成温度が300℃である以外は上記のとおりである。合計で18層形成し、2μm厚のNb−PZT膜積層体2100を形成した。 The procedure for forming the 2 μm-thick Nb-PZT film laminate 2100 is as follows. The first layer was formed with the composition Pb / Zr / Ti / Nb = 120/52/48/0 of the precursor solution. The precursor solution is discharged at an appropriate amount of 100 rpm to the extent that it wets and spreads over the entire wafer, then spin-coated at 2000 rpm and 60 sec, dried on a hot plate at 120 ° C. and 2 min, and fired at 250 ° C. and 5 min. did. Next, in a rapid thermal annealing furnace, after evacuation, crystallization was performed at 650 ° C. for 2 min under an atmospheric pressure oxygen atmosphere with a temperature rise gradient of 100 ° C./sec. Further, the second and subsequent layers were formed 17 times using Pb / Zr / Ti / Nb = 120/52/48/13. The heat treatment conditions are as described above except that the firing temperature is 300 ° C. A total of 18 layers were formed to form a 2 μm-thick Nb-PZT film laminate 2100.

Nb−PZT膜積層体2100上に、15nmのTi及び175nmのPtを積層して、第2の電極層2163を形成した。次に、反応性イオンエッチング(RIE)により上部電極となるPt/Tiをパタニングし、ウェットエッチングによりNb−PZT膜積層体2100をデバイス形状へと加工した。次に、下部電極となるPt/Tiとバリア層であるシリコン酸化膜2103をRIEにより除去した。さらに、ワイヤーボンデイングによる配線のためのコンタクトパッド2170及び2190を、Au/Crをスパッタ成膜した後にウェットエッチングで形成した。梁形状へと加工するためにシリコン膜2105をボッシュプロセス(Deep RIE)で加工した。最後に、シリコン基板2101をDeep RIEで除去し、片持ち梁構造を作製した。 A second electrode layer 2163 was formed by laminating Ti at 15 nm and Pt at 175 nm on the Nb-PZT film laminate 2100. Next, Pt / Ti to be the upper electrode was patterned by reactive ion etching (RIE), and the Nb-PZT film laminate 2100 was processed into a device shape by wet etching. Next, Pt / Ti as the lower electrode and the silicon oxide film 2103 as the barrier layer were removed by RIE. Further, contact pads 2170 and 2190 for wiring by wire bonding were formed by wet etching after sputter film formation of Au / Cr. The silicon film 2105 was processed by a Bosch process (Deep RIE) in order to process it into a beam shape. Finally, the silicon substrate 2101 was removed by Deep RIE to prepare a cantilever structure.

100:Nb−PZT膜積層体、110:PZT膜、111:第1の塗工層、150:基材、130:Nb−PZT膜、131:第2の塗工層、200:素子、210:PZT膜、211:第1の塗工層、230:Nb−PZT膜、231:第2の塗工層、261:第1の電極、263:第2の電極、1000:半導体デバイス、1101:シリコンウェハ、1103:シリコン酸化膜、1105:シリコン膜、1107:マスク、1109:絶縁層、1150:配線、1110:PZT膜、1130:Nb−PZT膜、1161:第1の電極層、1163:第2の電極層、1210:支持部、1231:第1の軸方向の可撓部、1235:第2の軸方向の可撓部、1239:交差部、1250:錘部、1270:開口部、1301:マスク、1303:マスク、2000:加速度センサ、2100:Nb−PZT膜積層体、2101:シリコン基板、2103:シリコン酸化膜、2105:シリコン膜、2161:第1の電極層、2163:第2の電極層、2170:コンタクトパッド、2190:コンタクトパッド、E1+:素子、E1−:素子、E2+:素子、E2−:素子、E3+:素子、E3−:素子、E4+:素子、E4−:素子、V1+:端子、V1−:端子、V2+:端子、V2−:端子、V3+:端子、V3−:端子、V4+:端子、V4−:端子、GND:グランド端子 100: Nb-PZT film laminate, 110: PZT film, 111: first coating layer, 150: base material, 130: Nb-PZT film, 131: second coating layer, 200: element, 210: PZT film, 211: 1st coating layer, 230: Nb-PZT film, 231: 2nd coating layer, 261: 1st electrode, 263: 2nd electrode, 1000: semiconductor device, 1101: silicon Wafer, 1103: Silicon oxide film, 1105: Silicon film, 1107: Mask, 1109: Insulation layer, 1150: Wiring, 1110: PZT film, 1130: Nb-PZT film, 1161: First electrode layer, 1163: Second Electrode layer, 1210: support part, 1231: first axially flexible part, 1235: second axially flexible part, 1239: intersection, 1250: weight part, 1270: opening, 1301: Mask, 1303: Mask, 2000: Acceleration sensor, 2100: Nb-PZT film laminate, 2101: Silicon substrate, 2103: Silicon oxide film, 2105: Silicon film, 2161: First electrode layer, 2163: Second electrode Layer 2170: Contact pad, 2190: Contact pad, E1 +: Element, E1-: Element, E2 +: Element, E2-: Element, E3 +: Element, E3-: Element, E4 +: Element, E4-: Element, V1 +: Terminal, V1-: terminal, V2 +: terminal, V2-: terminal, V3 +: terminal, V3-: terminal, V4 +: terminal, V4-: terminal, GND: ground terminal

Claims (7)

X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるチタン酸ジルコン酸鉛膜と、
前記チタン酸ジルコン酸鉛膜に接して配置され、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の配向方向に応じて、前記X線回折法により検出される全ピークに対する前記(100)方向又は前記(001)方向のピーク比が60%以上であり、ニオブのモル濃度がチタンとジルコニウムとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜と、を備えることを特徴とするニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体。
A lead zirconate titanate film having a peak ratio in the (100) direction or (001) direction of 60% or more with respect to all peaks detected by the X-ray diffraction method.
It is arranged in contact with the lead zirconate titanate film, and depending on the orientation direction of the lead zirconate titanate film, the (100) direction or the (001) direction with respect to all the peaks detected by the X-ray diffractometry. It is characterized by comprising a lead zirconate titanate niobate film having a peak ratio of 60% or more and a molar concentration of niobide of 10 mol% or more with respect to the total number of moles of titanium and zirconium. Lead zirconate titanate titanate laminated body.
前記チタン酸ジルコン酸鉛膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が70%以上であり、
前記ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が80%以上であることを特徴とする請求項1に記載のニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体。
The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the lead zirconate titanate film is 70% or more.
The first aspect of claim 1, wherein the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the lead zirconate titanate niobate film is 80% or more. Lead zirconate titanate niobate film laminate.
第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置されたニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体とを備え、
前記ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体は、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるチタン酸ジルコン酸鉛膜と、
前記チタン酸ジルコン酸鉛膜に接して配置され、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の配向方向に応じて、前記X線回折法により検出される全ピークに対する前記(100)方向又は前記(001)方向のピーク比が60%以上であり、ニオブのモル濃度がチタンとジルコニウムとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜と、を備えることを特徴とする素子。
A lead film laminate of lead zirconate titanate niobate disposed between the first electrode, the second electrode, and the first electrode and the second electrode is provided.
The lead zirconate titanate film laminate has a lead zirconate titanate film having a peak ratio of 60% or more in the (100) direction or (001) direction to all peaks detected by X-ray diffraction.
It is arranged in contact with the lead zirconate titanate film, and depending on the orientation direction of the lead zirconate titanate film, the (100) direction or the (001) direction with respect to all the peaks detected by the X-ray diffractometry. It is characterized by comprising a lead zirconate titanate niobium film having a peak ratio of 60% or more and a molar concentration of niobium of 10 mol% or more with respect to the total number of moles of titanium and zirconium. Element to do.
前記チタン酸ジルコン酸鉛膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が70%以上であり、
前記ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜のX線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が80%以上であることを特徴とする請求項3に記載の素子。
The peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the lead zirconate titanate film is 70% or more.
The third aspect of claim 3, wherein the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffraction method of the lead zirconate titanate niobate film is 80% or more. element.
支持部と、
前記支持部に一端が支持された可撓部と、
前記可撓部の他端に支持された錘部と、
前記可撓部に位置し、前記錘部の変位を電気信号に変換して検出する応力電気変換手段と、を備え、
前記応力電気変換手段が請求項3又は4に記載の素子を用いて構成されることを特徴とする半導体デバイス。
Support part and
A flexible part whose one end is supported by the support part,
A weight portion supported on the other end of the flexible portion and a weight portion
It is provided with a stress-electric conversion means located in the flexible portion and detecting the displacement of the weight portion by converting it into an electric signal.
A semiconductor device, wherein the stress-electric conversion means is configured by using the element according to claim 3 or 4.
所定の組成比でチタン、ジルコニウム及び鉛を含む第1の前駆体溶液を基材上に塗布して、焼成し、且つ所定温度で熱処理して、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるチタン酸ジルコン酸鉛膜を形成し、
所定の組成比でチタン、ジルコニウム、鉛及びニオブを含む第2の前駆体溶液を前記チタン酸ジルコン酸鉛膜に上に塗布して、焼成し、且つ所定温度で熱処理して、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の配向方向に応じて、前記X線回折法により検出される全ピークに対する前記(100)方向又は前記(001)方向のピーク比が60%以上であり、ニオブのモル濃度がチタンとジルコニウムとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜を形成することを特徴とするニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜積層体の製造方法。
A first precursor solution containing titanium, zirconium and lead in a predetermined composition ratio is applied onto the substrate, fired and heat treated at a predetermined temperature for all peaks detected by X-ray diffraction. A lead zirconate titanate film having a peak ratio of 60% or more in the 100) direction or the (001) direction is formed.
A second precursor solution containing titanium, zirconium, lead and niobium in a predetermined composition ratio is applied onto the lead zirconate titanate film, fired, and heat-treated at a predetermined temperature to produce the lead zirconate titanate. Depending on the orientation direction of the lead acid acid film, the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffractometry is 60% or more, and the molar concentration of niobium is titanium. A method for producing a lead zirconate titanate niobate film laminate, which comprises forming a lead zirconate titaninate film having a total number of moles with zirconium of 10 mol% or more.
基材上に第1の電極を形成し、
所定の組成比でチタン、ジルコニウム及び鉛を含む第1の前駆体溶液を前記第1の電極上に塗布して、焼成し、且つ所定温度で熱処理して、X線回折法により検出される全ピークに対する(100)方向又は(001)方向のピーク比が60%以上であるチタン酸ジルコン酸鉛膜を形成し、
所定の組成比でチタン、ジルコニウム、鉛及びニオブを含む第2の前駆体溶液を前記チタン酸ジルコン酸鉛膜上に塗布して、焼成し、且つ所定温度で熱処理して、前記チタン酸ジルコン酸鉛膜の配向方向に応じて、前記X線回折法により検出される全ピークに対する前記(100)方向又は前記(001)方向のピーク比が60%以上であり、ニオブのモル濃度がチタンとジルコニウムとのモル数の合計値に対して10 mol%以上であるニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜を形成し、
前記ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛膜上に第2の電極を形成することを特徴とする素子の製造方法。
A first electrode is formed on the base material,
A first precursor solution containing titanium, zirconium and lead in a predetermined composition ratio is applied onto the first electrode, fired and heat-treated at a predetermined temperature, and all detected by the X-ray diffraction method. A lead zirconate titanate film having a peak ratio of 60% or more in the (100) direction or the (001) direction to the peak is formed.
A second precursor solution containing titanium, zirconium, lead and niobium in a predetermined composition ratio is applied onto the lead zirconate titanate film, fired, and heat-treated at a predetermined temperature to produce the lead zirconate titanate. Depending on the orientation direction of the lead film, the peak ratio in the (100) direction or the (001) direction to all the peaks detected by the X-ray diffractometry is 60% or more, and the molar concentrations of niobium are titanium and zirconium. A lead zirconate titanate niobate film of 10 mol% or more is formed with respect to the total number of moles of
A method for manufacturing an element, which comprises forming a second electrode on the lead zirconate titanate niobate film.
JP2016055543A 2016-03-18 2016-03-18 Devices and manufacturing methods using lead zirconate titanate niobate film laminates and lead zirconate titanate niobate film laminates Active JP6782453B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016055543A JP6782453B2 (en) 2016-03-18 2016-03-18 Devices and manufacturing methods using lead zirconate titanate niobate film laminates and lead zirconate titanate niobate film laminates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016055543A JP6782453B2 (en) 2016-03-18 2016-03-18 Devices and manufacturing methods using lead zirconate titanate niobate film laminates and lead zirconate titanate niobate film laminates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017174835A JP2017174835A (en) 2017-09-28
JP6782453B2 true JP6782453B2 (en) 2020-11-11

Family

ID=59971451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016055543A Active JP6782453B2 (en) 2016-03-18 2016-03-18 Devices and manufacturing methods using lead zirconate titanate niobate film laminates and lead zirconate titanate niobate film laminates

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6782453B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4605349B2 (en) * 2004-07-15 2011-01-05 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric pump, ink jet recording head, ink jet printer, surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, thin film piezoelectric resonator, and electronic device
JP5253895B2 (en) * 2007-06-08 2013-07-31 富士フイルム株式会社 Ferroelectric film, piezoelectric element, and liquid ejection device
JP5724342B2 (en) * 2009-12-10 2015-05-27 大日本印刷株式会社 Pattern arrangement method, silicon wafer and semiconductor device manufacturing method
JP6237407B2 (en) * 2014-03-28 2017-11-29 三菱マテリアル株式会社 Method for forming Mn and Nb doped PZT piezoelectric film

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017174835A (en) 2017-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9388041B2 (en) MEMs-based cantilever energy harvester
Polla et al. Processing and characterization of piezoelectric materials and integration into microelectromechanical systems
JP4455678B1 (en) Piezoelectric thin film and manufacturing method thereof, angular velocity sensor, angular velocity measuring method using angular velocity sensor, piezoelectric power generation element, and power generation method using piezoelectric power generation element
JP5556966B2 (en) Piezoelectric element
JPH06503423A (en) Micro-element for detecting or applying force and its manufacturing method
JP2007123683A (en) Ferroelectric thin film and manufacturing method thereof
KR20110036889A (en) Piezoelectric element and method for manufacturing the same
US9689748B2 (en) Infrared detection element
JP3755283B2 (en) Piezoelectric element and manufacturing method thereof, vibration sensor using piezoelectric element, piezoelectric actuator, optical scanner, strain sensor, piezoelectric vibration gyro
JP4122430B2 (en) Ferroelectric film
JP3482101B2 (en) Piezoelectric film type element
JP6782453B2 (en) Devices and manufacturing methods using lead zirconate titanate niobate film laminates and lead zirconate titanate niobate film laminates
JP5328007B2 (en) Piezoelectric element and manufacturing method thereof
JP3894112B2 (en) Piezoelectric / electrostrictive membrane element
US11417723B2 (en) Metal-insulator metal structure and method of forming the same
WO2023145808A1 (en) Crystal, multilayer structure, electronic device, electronic instrument, and methods respectively for producing these products
JP2005333088A (en) Piezoelectric element, piezoelectric apparatus and angular velocity sensor
JP2012169400A (en) Manufacturing method of ferroelectric film and ferroelectric element using the same
JP2001223403A (en) Ferroelectric substance thin film, its forming method and ferroelectric substance thin film element using the thin film
US11679974B2 (en) Mechanical microsystem and associated manufacturing method
Kanda et al. Fabrication and characterization of double-layer Pb (Zr, Ti) O3 thin films for micro-electromechanical systems
JP2007071757A (en) Vibrating body and vibration gyroscope using the same
JP2009054934A (en) Piezoelectric element
JP4528950B2 (en) Method for manufacturing ferroelectric film structure
KR100963215B1 (en) Free-standing piezoelectric device with excellent properties and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190109

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20190109

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190917

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190912

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200303

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200406

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: 20200915

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201005

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6782453

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250