TWI813599B - 膜構造體及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題在於提供可以使含鋯鈦酸鉛的壓電膜的壓電特性提高之膜構造體。 解決手段之膜構造體，具有包含由(100)面構成的上面(11a)的矽基板之基板(11)、及被形成於上面(11a)，且具有立方晶之結晶構造，而且包含(100)配向的氧化鋯膜之配向膜(12)、以及被形成於配向膜(12)上，具有立方晶的結晶構造，且包含(100)配向的鉑膜之導電膜(13)。配向膜(12)與導電膜(13)之間的界面(IF1)的平均界面粗糙度，比基板(11)與配向膜(12)之間的界面(IF2)的平均界面粗糙度更大。

Description

膜構造體及其製造方法
本發明係關於膜構造體及其製造方法。
作為具有基板、被形成於基板上的導電膜、被形成於導電膜上的壓電膜之膜構造體，已知有具有基板、被形成於基板上的含鉑之導電膜，及被形成於導電膜上的含鋯鈦酸鉛(PZT)的壓電膜之膜構造體。
於國際公開第2016/009698號公報(專利文獻1)，揭示著於強介電體陶瓷，具備Pb(Zr1-A TiA )O3 膜、被形成於該Pb(Zr1-A TiA )O3 膜上的Pb(Zr1-x Tix )O3 膜，A及x滿足0≦A≦0.1及0.1＜x＜1之技術。
於日本特開2014-84494號公報(專利文獻2)，揭示著於矽基板(Si)上預先依序層積YSZ(8% Y2 O3 +92% ZrO2 )、CeO2 、LaSrCoO3 之膜而形成的緩衝層上形成PZT (鋯鈦酸鉛)薄膜的技術。特別是在專利文獻2，揭示了LaSrCoO3 (LSCO)對其他膜旋轉45°晶格之技術。
於非專利文獻1，揭示了在矽基板上，形成依序被層積YSZ、CeO2 、La0.5 Sr0.5 CoO3 (LSCO)、SrRuO3 (SRO)的緩衝層，於該緩衝層上，被形成c軸配向之0.06Pb(Mn1/3 ,Nb2/3 )O3 -0.94Pb(Zr0.5 Ti0.5 )O3 (PMnN-PZT)磊晶(epitaxial)薄膜之技術。於非專利文獻1，揭示了PMnN-PZT之晶格在面內方向對矽旋轉45°之技術。
於非專利文獻2，揭示了使用氧化鎂單晶坩鍋藉由助熔劑(flux)法育成的PbTiO3 之相對介電常數在室溫下為150，為純粹的PbTiO3 單晶之相對介電常數的1.5倍之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 國際公開第2016/009698號公報 [專利文獻2] 日本特開2014-84494號公報 [非專利文獻]
[非專利文獻1] S. Yoshida et al., “Fabrication and characterization of large figure-of-merit epitaxial PMnN-PZT/Si transducer for piezoelectric MEMS sensors”, Sensors and Actuators A 239 (2016) 201-208 [非專利文獻2] 小舟正文、其他1人、「根據MgO單晶製坩鍋之PbTiO3 單晶之育成及評估」、窯業協會誌、1987年、第95卷、第11號、p.1053-1058
[發明所欲解決之課題]
於含鋯鈦酸鉛的壓電膜，在壓電膜的結晶性等品質並非良好的場合，壓電膜的壓電特性會降低。然而，例如要形成這樣結晶性品質良好的鋯鈦酸鉛之壓電膜是膜的困難的，要提高壓電膜的壓電特性也是困難的。
本發明係為了解決前述之從前技術的問題點而完成之發明，目的在於提供於供成膜具有含鋯鈦酸鉛的壓電膜之用的膜構造體，可以使壓電膜的壓電特性提高之膜構造體。 [供解決課題之手段]
於本說明書所揭示的創作之中，具有代表性者的概要內容簡單說明如下。
作為本發明之一態樣之膜構造體，具有包含由(100)面構成的主面之矽基板、被形成於主面上，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向的第1氧化鋯膜之第1膜、以及被形成於第1膜上，具有立方晶的結晶構造，且包含(100)配向的鉑膜之導電膜。第1膜與導電膜之間的第1界面之第1平均界面粗糙度，比矽基板與第1膜之間的第2界面之第2平均界面粗糙度更大。
此外，作為其他一態樣，第1膜，包含被形成於主面上的膜部，與由膜部的上面分別突出的複數突出部，膜部，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向的第2氧化鋯膜，複數突出部之各個，具有立方晶的結晶構造，且包含(100)配向之第3氧化鋯膜亦可。
此外，作為其他一態樣，突出部之垂直於沿著主面的第1方向之剖面形狀，為三角形狀，突出部之沿著主面且垂直於第1方向的方向之第2方向的寬幅，由膜部側起朝向與膜部側相反之側減少亦可。
此外，作為其他一態樣，膜部的厚度為11～18nm，複數突出部之各個由膜部上面突出的突出高度為4～8nm亦可。
此外，作為其他一態樣，導電膜覆蓋複數突出部，於相鄰的2個突出部之間，被埋入導電膜亦可。
此外，作為其他一態樣，導電膜具有第1拉伸應力，第1膜具有第1壓縮應力或者比第1拉伸應力更小的第2拉伸應力亦可。
此外，作為其他一態樣，第1膜的上層部具有第2壓縮應力，第1膜的下層部具有第3拉伸應力，第1膜具有第1壓縮應力時，第2壓縮應力比第1壓縮應力更大，第1膜具有第2拉伸應力時，第3拉伸應力比第2拉伸應力更大亦可。
此外，作為其他態樣，該膜構造體，具有被形成於導電膜上，具有正方晶的結晶構造，且包含(001)配向之鋯鈦酸鉛膜之壓電膜亦可。
此外，作為其他一態樣，第1氧化鋯膜，以沿著第1氧化鋯膜的主面之＜100＞方向，與沿著矽基板的主面之＜100＞方向成平行的方式配向；鉑膜，以沿著鉑膜的主面之＜100＞方向，與沿著矽基板的主面之＜100＞方向平行的方式配向亦可。
此外，作為其他一態樣，第1氧化鋯膜，以沿著第1氧化鋯膜的主面之＜100＞方向，與沿著矽基板的主面之＜100＞方向成平行的方式配向；鉑膜，以沿著鉑膜的主面之＜100＞方向，與沿著矽基板的主面之＜100＞方向平行的方式配向亦可。此外，鋯鈦酸鉛膜，係以沿著鋯鈦酸鉛膜之主面的＜100＞方向，與沿著矽基板的主面的＜100＞方向成為平行的方式進行配向亦可。
此外，作為其他一態樣，前述鋯鈦酸鉛膜，具有以下列一般式(化學式1)表示的鋯鈦酸鉛構成的複合氧化物亦可。 Pb(Zr1-x Tix )O3 ･･･(化學式1)， x滿足0.32≦x≦0.52，鋯鈦酸鉛的c軸方向的第2晶格常數對a軸方向之第1晶格常數之晶格常數比，為1.010～1.016亦可。
作為本發明之一態樣之膜構造體，具有準備包含由(100)面構成的主面之矽基板的(a)步驟、於主面上，形成具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向的第1氧化鋯膜之第1膜的(b)步驟、以及於第1膜上，形成具有立方晶的結晶構造，且包含(100)配向的鉑膜之導電膜的(c)步驟。第1膜與導電膜之間的第1界面之第1平均界面粗糙度，比矽基板與第1膜之間的第2界面之第2平均界面粗糙度更大。
此外，作為其他一態樣，在(b)步驟，形成包含被形成於主面上的膜部，與由膜部的上面分別突出的複數突出部的第1膜；膜部，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向的第2氧化鋯膜；複數突出部之各個，具有立方晶的結晶構造，且包含(100)配向之第3氧化鋯膜亦可。
此外，作為其他一態樣，突出部之垂直於沿著主面的第1方向之剖面形狀，為三角形狀，突出部之沿著主面且垂直於第1方向的方向之第2方向的寬幅，由腹部側起朝向與腹部側相反之側減少亦可。
此外，作為其他一態樣，膜部的厚度為11～18nm，複數突出部之各個由前述膜部上面突出的突出高度為4～8nm亦可。
此外，作為其他一態樣，在(c)步驟，形成覆蓋複數突出部的導電膜，在(c)步驟，於相鄰的2個突出部之間，被埋入導電膜亦可。
此外，作為其他一態樣，導電膜具有第1拉伸應力，第1膜具有第1壓縮應力或者比第1拉伸應力更小的第2拉伸應力亦可。
此外，作為其他一態樣，第1膜的上層部具有第2壓縮應力，第1膜的下層部具有第3拉伸應力，第1膜具有第1壓縮應力時，第2壓縮應力比第1壓縮應力更大，第1膜具有第2拉伸應力時，第3拉伸應力比第2拉伸應力更大亦可。
此外，作為其他態樣，該膜構造體之製造方法，具有於導電膜上，形成具有正方晶的結晶構造，且包含(001)配向之鋯鈦酸鉛膜之壓電膜的(d)步驟亦可。
此外，作為其他一態樣，第1氧化鋯膜，以沿著第1氧化鋯膜的主面之＜100＞方向，與沿著矽基板的主面之＜100＞方向成平行的方式配向；鉑膜，以沿著鉑膜的主面之＜100＞方向，與沿著矽基板的主面之＜100＞方向平行的方式配向亦可。
此外，作為其他一態樣，第1氧化鋯膜，以沿著第1氧化鋯膜的主面之＜100＞方向，與沿著矽基板的主面之＜100＞方向成平行的方式配向；鉑膜，以沿著鉑膜的主面之＜100＞方向，與沿著矽基板的主面之＜100＞方向平行的方式配向亦可。此外，鋯鈦酸鉛膜，係以沿著鋯鈦酸鉛膜之主面的＜100＞方向，與沿著矽基板的主面的＜100＞方向成為平行的方式進行配向亦可。
此外，作為其他一態樣，前述鋯鈦酸鉛膜，具有以下列一般式(化學式1)表示的鋯鈦酸鉛構成的複合氧化物亦可。Pb(Zr1-x Tix )O3 ･･･(化學式1)，x滿足0.32≦x≦0.52，鋯鈦酸鉛的c軸方向的第2晶格常數對a軸方向之第1晶格常數之晶格常數比，為1.010～1.016亦可。 [發明之效果]
藉著適用本發明之一態樣，於供形成含鋯鈦酸鉛的壓電膜的膜構造體，可以使壓電膜的壓電特性提高。
以下，參照圖式說明本發明之各實施型態。
又，揭示僅為一例，對該領域具有通常知識者而言，在保持發明的主旨之適宜變更而可容易想到者，當然亦包含於本發明的範圍。此外，圖式可使說明更為明確，與實施的態樣相比，各部分的寬幅、厚度、形狀等亦有模式表示的場合，其終究只是一例示而已，並非用於限定本發明之解釋。
此外，於本說明書與各圖式，關於已經圖示而與先前所述相同的要素會被賦予同一符號而適當省略詳細說明。
進而，於實施型態使用的圖式，亦有因應於圖式而省略供區別構造物之用而賦予的影線(網線)的情形。
又，於以下的實施型態，以A～B來顯示範圍的場合，在沒有特別說明的情況下，係指A以上B以下。
(實施型態) ＜膜構造體＞ 首先，說明本發明之一實施型態之實施的型態之膜構造體。圖1係實施型態之膜構造體之剖面圖。圖2係實施型態之膜構造體具有作為上部電極之導電膜的場合之膜構造體之剖面圖。圖3係由圖2所示的膜構造體除去基板及配向膜的場合膜構造體之剖面圖。圖4係實施型態之膜構造體之其他例之剖面圖。圖5係擴大顯示圖4所示的膜構造體的一部分之剖面圖。圖6係圖4所示的膜構造體之剖面圖。圖6係除了圖4所示的膜構造體之剖面圖以外，模式顯示膜構造體具有的應力。圖7係圖4所示的膜構造體的製造步驟中之膜構造體之剖面圖。圖7係除了在基板上被形成配向膜的時間點之膜構造體的剖面圖以外，模式顯示膜構造體具有的應力。
如圖1所示，本實施型態之膜構造體10，具有基板11、配向膜12、導電膜13、膜14、壓電膜15。配向膜12，被形成於基板11上。導電膜13，被形成於配向膜12上。膜14，被形成於導電膜13上。壓電膜15，被形成於膜14上。
又，如圖2所示，本實施型態之膜構造體10，亦可具有導電膜18。導電膜18，被形成於壓電膜15上。此時，導電膜13，係作為下部電極之導電膜，導電膜18，係作為上部電極之導電膜。此外，如圖3所示，本實施型態之膜構造體10，亦可不具有基板11(參照圖2)及配向膜12(參照圖2)，而僅具有作為下部電極之導電膜13、膜14、壓電膜15、與作為上部電極之導電膜18。
此外，如圖4所示，本實施型態之膜構造體10，亦可僅具有基板11、配向膜12、導電膜13。這樣的場合，可以把膜構造體10作為供形成壓電膜15之用的電極基板來使用，可以在導電膜13上磊晶成長，且可容易形成具有良好壓電特性的壓電膜15。
基板11，係由矽(Si)單晶所構成的矽基板。作為矽基板之基板11，包含由(100)面構成的主面之上面11a。配向膜12，被形成於上面11a，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯(氧化鋯膜)。導電膜13，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之鉑(鉑膜)。藉此，壓電膜15，在包含具有鈣鈦礦(perovskite)型構造的複合氧化物的場合，可以使壓電膜15，在基板11上，成為以正方晶表示之(001)配向或以擬立方晶表示之(100)配向。
在此，所謂配向膜12為(100)配向，是指具有立方晶的結晶構造之配向膜12的(100)面，係沿著矽基板之基板11的作為由(100)面構成的主面之上面11a，較佳為平行於矽基板之基板11的(100)面所構成的上面11a。此外，配向膜12之(100)面平行於基板11之(100)面所構成的上面11a，是指不僅是配向膜12的(100)面完全平行於基板11的上面11a的場合，也包含完全平行於基板11的上面11a的面與配向膜12的(100)面之夾角在20°以下的場合。此外，不僅配向膜12，其他層之膜的配向也是相同的。
或者是，作為配向膜12，替代由單層膜所構成的配向膜12，改為由層積膜構成的配向膜12被形成於基板11上亦可。
如圖1、圖2、圖4及圖5所示，配向膜12，包含被形成於基板11的上面11a上之膜部12a、由膜部12a的上面起分別突出的複數突出部12b。此外，膜部12a，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯(氧化鋯膜)。接著，複數突出部12b之各個，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯(氧化鋯膜)。
藉此，配向膜12與導電膜13之間的界面IF1的界面粗糙度(roughness)變大，配向膜12與導電膜13之間的界面IF1的平均界面粗糙度，比基板11與配向膜12之間的界面IF2的平均界面粗糙度更大。因此，例如配向膜12的表面成為包含於配向膜12的氧化鋯膜的(100)面以外之面，於其氧化鋯膜的(100)面以外的面上，藉由包含導電膜13的鉑膜的(100)面以外的面進行磊晶成長，鉑膜變得容易在氧化鋯膜的表面上磊晶成長。接著，藉由包含鉑膜的導電膜13變得容易磊晶成長，膜14及壓電膜15變得容易磊晶成長，所以可提高壓電膜15的壓電特性。
或者是，配向膜12與導電膜13之間的界面IF1的平均粗糙度，比基板11與配向膜12之間的界面IF2的平均粗糙度更大即可，所以配向膜12，不明確地具有複數突出部12b亦可，例如於表面平面俯視具有相互隔離形成的複數階差(階段)之梯狀階地(step terrace)構造亦可。
例如界面IF1及界面IF2被攝影於同一影像中的方式，藉由透過型電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope：TEM)拍攝膜構造體的剖面的影像，對攝影的影像，藉由使用電腦進行演算處理，可以算出平均界面粗糙度。此外，針對顯示界面IF1及界面IF2之各個的平均界面粗糙度的參數種類，只要使用同一種類的參數即可，沒有特別限定。亦即，作為表示平均界面粗糙度的參數，可以使用算術平均粗糙度Ra 、均方根高度Rrms 等，各種參數進行比較。例如，複數突出部12b的突出高度HT1全為6nm，且例如作為平均界面粗糙度使用算術平均粗糙度Ra 的場合，算術平均粗糙度Ra 為3nm。
適宜者，為突出部12b之垂直於沿著基板11的上面11a的第1方向之剖面形狀，為三角形狀，突出部12b之沿著基板11的上面11a且垂直於第1方向的方向之第2方向的寬幅，由腹部12a側亦即基板11側起，朝向與腹部12a側相反之側，亦即朝向與基板11側相反之側減少著。突出部12a具有這樣的三角形狀的場合，包含於導電膜13的鉑膜，在包含於配向膜12的氧化鋯膜表面上進而更容易磊晶成長。
適宜者，為腹部12a的厚度TH1(參照圖5)為11～18nm，複數突出部12b之各個由膜部12a的上面12(參照圖5)突出的突出高度HT1(參照圖5)為4～8nm。亦即，適宜者為配向膜12的厚TH2(參照圖5)為13～22nm。
突出部12b的突出高度HT1為4nm以上的場合，與突出部12b的突出高度HT1未滿4nm的場合相比，可以使界面IF1的平均界面粗糙度比界面IF2的平均界面粗糙度更確實增大，所以被形成於包含(100)配向的氧化鋯的配向膜12上之包含於導電膜13的鉑變得更容易(100)配向。另一方面，突出部12b的突出高度HT1為8nm以上的場合，與突出部12b的突出高度HT1超過8nm的場合相比，可以使界面IF1的平均界面粗糙度不變得太大，所以可提高被形成於包含(100)配向的氧化鋯的配向膜12上之導電膜13的平坦性。
此外，膜部12a的厚度TH1為11nm以上的場合，與膜部12a的厚度TH1未滿11nm的場合相比，配向膜12的厚度TH2某種程度地變厚，所以可跨基板11上面11a上全體使配向膜12均勻地形成，防止導電膜13與基板11直接接觸。此外，膜部12a的厚度TH1為11nm以上的場合，與膜部12a的厚度TH1未滿11nm的場合相比，配向膜12的厚度TH2某種程度地變厚，所以容易使突出部12b的突出高度HT1為4nm以上，包含於導電膜13的鉑容易進行(100)配向。另一方面，膜部12a的厚度TH1為18nm以下的場合，與膜部12a的厚度TH1超過18nm的場合相比，可以使界面IF1的平均界面粗糙度不變得太大，所以可提高被形成於配向膜12上之導電膜13的平坦性。
亦即，配向膜12的厚度TH2為13nm以上的場合，與配向膜12的厚度TH2未滿13nm的場合相比，可跨基板11上面11a上全體使配向膜12均勻地形成，防止導電膜13與基板11直接接觸。此外，配向膜12的厚度TH2為13nm以上的場合，與配向膜12的厚度TH2未滿13nm的場合相比，容易使突出部12b的突出高度HT1為4nm以上，包含於導電膜13的鉑容易進行(100)配向。另一方面，配向膜12的厚度TH2為22nm以下的場合，與配向膜12的厚度TH2超過22nm的場合相比，可以使界面IF1的平均界面粗糙度不變得太大，所以可提高被形成於配向膜12上之導電膜13的平坦性。
適宜者為導電膜13，覆蓋複數突出部12b，於相鄰的2個突出部12b之間，被埋入導電膜13。導電膜13具有這樣的形狀的場合，導電膜13與配向膜12之間的界面的面積增加，導電膜13密接於配向膜12的密接力增加。
又，包含於導電膜13的鉑膜，只要能在包含於配向膜12的氧化鋯膜表面上磊晶成長即可，所以垂直於突出部12b的沿著基板11上面11a的第1方向的剖面形狀，不是三角形狀亦可。亦即，突出部12b之沿著基板11的上面11a且垂直於第1方向的方向之第2方向的寬幅，由腹部12a側亦即基板11側起，沒有朝向與腹部12a側相反之側，亦即沒有朝向與基板11側相反之側減少亦可。
於圖4所示的膜構造體，如圖6所示，適宜為導電膜13具有拉伸應力TS1，配向膜12具有壓縮應力GS1或者比拉伸應力TS1更小的拉伸應力TS2。
於圖4所示的膜構造體之製造步驟，如圖7所示，說明在基板11上形成配向膜12的時間點之應力。在基板11上被形成配向膜12的時間點，配向膜12具有拉伸應力TS4。
氧化鋯(ZrO2 )的線膨脹係數αZrO2 為9×10-6 ℃-1 程度，矽(Si)的線膨脹係數αSi 為4×10-6 ℃-1 程度，氧化鋯的線膨脹係數αZrO2 比矽(Si)的線膨脹係數αSi 還大。於這樣的場合，在由矽構成的基板11上例如在550℃的溫度形成由氧化鋯構成的配向膜12之後，使基板11由550℃冷卻至室溫(30℃)時，配向膜12沿著基板11的上面11a收縮，但基板11不會像配向膜12那樣收縮，所以配向膜12被基板11拘束而被拉伸，無法完全收縮。結果，配向膜12具有拉伸應力TS4，基板11具有壓縮應力，基板11如圖7所示，往下彎曲為凸的形狀。
另一方面，鉑(Pt)的線膨脹係數αPt 也為 9×10-6 ℃-1 程度，鉑(Pt)的線膨脹係數αPt 也比矽(Si)的線膨脹係數αSi 更大。於這樣的場合，在配向膜12上例如在550℃的溫度形成由鉑構成的導電膜13之後，使基板11由550℃冷卻至室溫(30℃)時，導電膜13沿著基板11的上面11a收縮，但基板11不會像導電膜13那樣收縮，所以導電膜13被基板11拘束而被拉伸，無法完全收縮。因此，導電膜13具有拉伸應力TS1。此外，配向膜12，受到基板11拉伸，受到導電膜13壓縮或者是完全不受力。因此，配向膜12具有壓縮應力CS1，或者比拉伸應力TS1更小的拉伸應力TS2。
又，導電膜13的厚度比配向膜12的厚度更厚的場合，配向膜12由導電膜13壓縮。因此，如圖6所示，配向膜12的上層部12d，具有壓縮應力CS2，配向膜12的下層部12e，具有拉伸應力TS3。接著，配向膜12全體具有壓縮應力CS1時，壓縮應力CS2比壓縮應力CS1還大，配向膜12全體具有拉伸應力時，拉伸應力TS3比拉伸應力TS2還大。
較佳為配向膜12，磊晶成長於基板11的上面11a上，導電膜13，磊晶成長於配向膜12上。藉此，壓電膜15，在包含具有鈣鈦礦(perovskite)型構造的複合氧化物的場合，可以使壓電膜15磊晶成長於導電膜13上。
此處，把在基板11之作為主面的上面11a內相互正交的2個方向作為X軸方向及Y軸方向，把垂直於上面11a的方向作為Z軸方向時，某個膜磊晶成長，是指該膜在X軸方向、Y軸方向及Z軸方向之任一方向均為配向的。又，針對適切的上面11a內之配向方向，使用後述的圖10來進行說明。此外，前述之第1方向，相當於Y軸方向，前述之第2方向，相當於X軸方向。
膜14，以下列一般式(化學式2)表示，且包含以擬立方晶表示為(100)配向之複合氧化物。 Sr(Ti1-z Ruz )O3 ･･･(化學式2) 在此，z為滿足0≦z≦1。又，在以下，亦有把z滿足z=0時之Sr(Ti1-z Ruz )O3 亦即SrTiO3 稱為STO，z滿足0＜z＜1時之Sr(Ti1-z Ruz )O3 稱為STRO，z滿足z=1時之Sr(Ti1-z Ruz )O3 亦即SrRuO3 稱為SRO之情形。
SRO具有金屬導電性，STO具有半導性或絕緣性。因此，z越接近1，越提高膜14的導電性，可以把膜14作為包含導電膜13的下部電極的一部分使用。
此處，膜14是藉由濺鍍法形成的場合，z以滿足0≦z≦0.4為佳，以滿足0.05≦z≦0.2為更佳。z超過0.4的場合，前述一般式(化學式2)表示的複合氧化物變成粉，有無法充分固化之虞，要製造濺鍍靶會變得困難。
另一方面，膜14，例如藉由溶膠凝膠法等塗布法來形成的場合，即使z＞0.4也可以容易形成。
以前述一般式(化學式2)表示，具有鈣鈦礦(perovskite)型構造的複合氧化物以擬立方晶表示為(100)配向，意味著如以下所述的場合。
首先，包含被排列為3次元的單位晶格，以一般式ABO3 表示的鈣鈦礦(perovskite)型構造的晶格，考慮單位晶格含有1個原子A，1個原子B及3個氧原子的場合。
這樣的場合，以擬立方晶表示之(100)配向，意味著該單位晶格具有立方晶的結晶構造，而且為(100)配向的場合。此時，把該單位晶格的1邊的長度作為晶格常數ac 。
另一方面，考慮以前述一般式(化學式2)表示，具有鈣鈦礦(perovskite)型構造的複合氧化物，具有斜方晶的結晶構造的場合。接著，考慮斜方晶的3個晶格常數之中的第1個晶格常數ao 約略等於擬立方晶的晶格常數ac 的21/2 倍，斜方晶的3個晶格常數之中的第2個晶格常數bo 約略等於擬立方晶的晶格常數ac 的2倍，斜方晶的3個晶格常數之中的第3個晶格常數co 約略等於擬立方晶的晶格常數ac 的21/2 倍的場合。又，在本案說明書，數值V1與數值V2約略相等，是指數值V1與數值V2之差的比，相對於數值V1與數值V2的平均而言在5%程度以下。
此時，以擬立方晶表示為(100)配向，意味著以斜方晶表示為(101)配向或(020)配向。
膜14，由於以前述一般式(化學式2)表示，滿足0≦z≦1，所以擬立方晶之晶格常數ac 滿足0.390nm≦ac ≦0.393nm，如使用後述之圖10所說明的，可以使膜14在導電膜13上以擬立方晶表示被(100)配向。
壓電膜15，中介著膜14被形成於導電膜13上，具有正方晶之結晶構造，而且包含作為(001)配向的複合氧化物之鋯鈦酸鉛(PZT)，亦即PZT膜。或者是，包含於壓電膜15的鋯鈦酸鉛(PZT)，包含具有正方晶的結晶構造的部分，與具有菱面體晶的結晶構造的部分的場合，壓電膜15中介著膜14被形成於導電膜13上，而且包含作為以擬立方晶表示為(100)配向的複合氧化物之鋯鈦酸鉛(PZT)亦可。
壓電膜15包含鋯鈦酸鉛(PZT)，意味著壓電膜15包含以下列一般式(化學式3)表示的複合氧化物。 Pb(Zr1-u Tiu )O3 ･･･(化學式3) u滿足0＜u＜1。
此外，壓電膜15，具有正方晶之結晶構造，而且在包含(001)配向的鋯鈦酸鉛的場合，在本實施型態，於根據使用CuKα線的θ-2θ法之壓電膜15的X線繞射圖案，鋯鈦酸鉛的正方晶表示之(004)面的繞射峰的繞射角度為2θ004 時，2θ004 滿足下列式(數式1)。 2θ004 ≦96.5°･･･(數式1)
藉此，鋯鈦酸鉛之正方晶表示之(004)面的間隔變長。或者是壓電膜15中之具有正方晶結晶構造，且(001)配向(c軸配向)之鋯鈦酸鉛的含有率，可以比具有正方晶之結晶構造，且(100)配向(a軸配向)之鋯鈦酸鉛的含有率還要大。亦即，包含於壓電膜15的複數晶粒之各個之分極方向可以排整齊，所以可提高壓電膜15的壓電特性。
另一方面，壓電膜15，包含擬立方晶表示(100)配向之鋯鈦酸鉛(PZT)的場合，可以考慮如下。
包含於壓電膜15的鋯鈦酸鉛，具有正方晶之結晶構造，正方晶的2個晶格常數為at 及ct ，at 及ct 滿足ct ＞at ，單位晶格考慮相互正交的3個邊的長度為at 、at 及ct 之直方體的場合。接著，考慮正方晶的晶格常數at 約略等於擬立方晶的晶格常數ac ，正方晶的晶格常數ct 約略等於擬立方晶的晶格常數ac 的場合。這樣的場合，鋯鈦酸鉛以擬立方晶表示成(100)配向，是指鋯鈦酸鉛在正方晶表示成(100)配向(a軸配向)，或者(001)配向(c軸配向)。
另一方面，考慮包含於壓電膜15的PZT，具有菱面體晶的結晶構造，菱面體晶的晶格常數為ar 的場合。接著，考慮菱面體晶的晶格常數ar 約略等於擬立方晶的晶格常數ac 的場合。這樣的場合，PZT以擬立方晶表示成(100)配向，是指PZT在菱面體晶表示成(100)配向。
這樣的場合，在本實施型態，於根據使用CuKα線的θ-2θ法之壓電膜15的X線繞射圖案，鋯鈦酸鉛的擬立方晶表示之(400)面的繞射峰的繞射角度為2θ400 時，2θ400 滿足前述式(數式1)，成為滿足替代2θ004 而置換為2θ400 之式(2θ400 ≦96.5°)。接著，藉此，鋯鈦酸鉛之擬立方晶表示之(400)面的間隔變長。因此，壓電膜15中之具有正方晶結晶構造，且(001)配向之鋯鈦酸鉛的含有率，可以比壓電膜15中之具有正方晶之結晶構造，且(100)配向之鋯鈦酸鉛的含有率還要大。亦即，包含於壓電膜15的複數晶粒之各個之分極方向可以排整齊，所以可提高壓電膜15的壓電特性。
此外，在本實施型態，壓電膜15的相對介電常數為εr 時，εr 滿足下列式(數式2)。 εr ≦450･･･(數式2)。
藉此，把膜構造體10，例如作為使用壓電效果的壓力感測器使用的場合，可以提高檢測感度，可以容易設計該壓力感測器之檢測電路。或者是，把膜構造體10，例如作為使用逆壓電效果的超音波振動件使用的場合，可以容易設計振盪電路。
於具有含鋯鈦酸鉛的壓電膜的膜構造體，由於例如膜密度小，或者鋯鈦酸鉛的含量少等理由，在壓電膜的結晶性等品質並非良好的場合，壓電膜的壓電特性會降低。另一方面於具有含鋯鈦酸鉛的壓電膜的膜構造體，由於例如膜密度大，或者鋯鈦酸鉛的含量多等理由，而使壓電膜的結晶性等品質良好的場合，壓電膜的壓電特性會提高，而壓電膜的相對介電常數不會小。
如此，於具有含鋯鈦酸鉛的壓電膜的膜構造體，使壓電膜的壓電特性提高時，會有壓電膜的相對介電常數不小的情形。接著，壓電膜的相對介電常數不會變小的話，例如在把該壓電膜作為壓力感測器使用的場合，會因為例如壓力感測器的容量變大等理由，而使壓力感測器的檢測感度降低，而有該壓力感測器的檢測電路的設計變得困難之虞。
在本實施型態之膜構造體10，2θ004 滿足前述式(數式1)，且εr 滿足前述式(數式2)。藉由使2θ004 滿足前述式(數式1)，於壓電膜15中，可以使其具有正方晶的結晶構造，且(001)配向的鋯鈦酸鉛的含有率變大，所以可提高壓電特性。此外，藉由εr 滿足前述式(數式2)，使得相對介電常數變小，所以可增大壓力感測器的檢測感度。亦即，根據本實施型態之膜構造體10的話，可以提高壓電特性，而且可以提高使用了壓電效果的感測器的檢測感度。亦即，於具有含鋯鈦酸鉛的壓電膜的膜構造體，可以使壓電膜的壓電特性提高，而且可以提高使用了該壓電膜的壓練感測器的檢測感度。
如前述非專利文獻2所記載的，在PbTiO3 ，為單晶狀，包含配向性等的結晶性提高的話，相對介電常數變低。亦即，PZT也與PbTiO3 同樣，由於使包含薄膜的配向性的結晶性提高，而使得相對介電常數變低。亦即，膜構造體10之相對介電常數εr 低到450以下，顯示包含鋯鈦酸鉛的壓電膜之壓電膜15變成單晶狀。
適切者為，膜構造體10具有導電膜18的場合，導電膜13與導電膜18之間施加具有1kHz的頻率的交流電壓而測定的壓電膜15的相對介電常數為εr 時，壓電膜15的εr 滿足前述式(數式2)。藉由使在具有這樣的頻率的交流電壓下之相對介電常數變小，例如可以使檢測電路的時脈頻率提高，可以提高使用了膜構造體10的壓力感測器之回應速度。
膜構造體10具有導電膜18的場合，藉由導電膜13、導電膜15及導電膜18形成強介電質電容器CP1。接著，壓電膜15之εr ，根據對導電膜13與導電膜18之間施加具有1kHz的頻率的交流電壓時之強介電質電容器CP1的靜電電容而算出。
適切者為，壓電膜15的殘留分極值為Pr 時，Pr 滿足下列式(數式3)。 Pr ≧28μC/cm2 ･･･(數式3)。
殘留分極值，是成為也是強介電質之壓電體的強介電特性的指標之值，但一般而言，強介電特性優異的壓電膜，壓電特性也優異。亦即，藉由壓電膜15的Pr 滿足前述式(數式3)，可以提高壓電膜15的強介電特性，所以壓電膜15的壓電特性也可以提高。
又，Pr 滿足Pr ≧40μC/cm2 較佳，滿足Pr ≧50μC/cm2 更佳，滿足Pr ≧55μC/cm2 又更佳。Pr 越大，越能提高壓電膜15的強介電特性，所以壓電膜15的壓電特性也可以更為提高。
膜構造體10具有導電膜18的場合，測定顯示使施加於導電膜13與導電膜18之間的電壓改變時之壓電膜15的分極變化之分極電壓遲滯曲線(參照後述的圖9)時，使被施加於導電膜13與導電膜18之間的電壓由0往正側增加再度回到0時的分極值，為壓電膜15的殘留分極值Pr 。此外，施加於導電膜13與導電膜18之間的電壓由0往負側減少再度回到0時之分極值，為壓電膜15的殘留分極值 -Pr 。
亦即，測定顯示使施加於壓電膜15的電場改變時之壓電膜15的分極變化之分極電場遲滯曲線時，使被施加於壓電膜15的電壓由0往正側增加再度回到0時的分極，為壓電膜15的殘留分極值Pr 。此外，施加於壓電膜15的電場由0往負側減少再度回到0時之分極，為壓電膜15的殘留分極值-Pr 。
如圖2所示，膜構造體10具有導電膜18的場合，藉由導電膜13、導電膜15及導電膜18形成強介電質電容器CP1。這樣的場合，壓電膜15之Pr ，為強介電質電容器CP1的殘留分極值。
適切者為壓電膜15包含壓電膜16及壓電膜17。壓電膜16，包含由被形成於膜14上的鋯鈦酸鉛所構成的複合氧化物。壓電膜17，包含由被形成於壓電膜16上的鋯鈦酸鉛所構成的複合氧化物。壓電膜16具有壓縮應力，壓電膜17具有拉伸應力。
考慮壓電膜16具有拉伸應力，壓電膜17具有拉伸應力的場合。這樣的場合，膜構造體10，在以基板11的上面11a為主面時，容易以具有往下凸出的形狀的方式變成翹曲。因此，例如使用光蝕刻技術加工膜構造體10的場合之形狀精度會降低，使得加工膜構造體10而形成的壓電元件的特性也降低。
此外，考慮壓電膜16具有壓縮應力，壓電膜17具有壓縮應力的場合。這樣的場合，膜構造體10，在以基板11的上面11a為主面時，容易以具有往上凸出的形狀的方式變成翹曲。因此，例如使用光蝕刻技術加工膜構造體10的場合之形狀精度會降低，使得加工膜構造體10而形成的壓電元件的特性也降低。
另一方面，在本實施型態，壓電膜16具有壓縮應力，壓電膜17具有拉伸應力。藉此，與壓電膜16及壓電膜17之任一都具有拉伸應力的場合相比，可以減低膜構造體10翹曲之翹曲量，與壓電膜16及壓電膜17之任一都具有壓縮應力的場合相比，可以減低膜構造體10翹曲之翹曲量。因此，例如可以提高使用光蝕刻技術加工膜構造體10的場合之形狀精度，可以提高加工膜構造體10而形成的壓電元件的特性。
又，所謂壓電膜16具有壓縮應力，壓電膜17具有拉伸應力，是指例如在由膜構造體10依序除去壓電膜17及壓電膜16時，可以藉由在壓電膜17之除去前後，基板11從下為凸側變形為上為凸側，在壓電膜16之除去前後，基板11從上為凸側變形為下為凸側，而確認。
適切者為，壓電膜16包含以下列一般式(化學式4)表示的由鋯鈦酸鉛(PZT)構成的複合氧化物。 Pb(Zr1-x Tix )O3 ･･･(化學式4) 在此，x滿足0.32≦x≦0.52。又，前述一般式(化學式4)，表示與前述一般式(化學式1)相同的複合氧化物。
其中，x滿足0.32≦x≦0.48的場合，包含於壓電膜16的PZT，原本該具有菱面體結晶的結晶構造之組成，主要藉由來自基板11的拘束力等，具有正方晶的結晶構造，而且容易成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜16，磊晶成長於膜14上。又，x滿足0.48＜x≦0.52的場合，包含於壓電膜16的PZT，原本就是具有正方晶的結晶構造之組成的緣故，具有正方晶的結晶構造，而且成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜16，磊晶成長於膜14上。藉此，包含於壓電膜16的鋯鈦酸鉛之分極軸的方向可以約略垂直地配向於上面11a，所以可提高壓電膜16的壓電特性。
此外，適切者為，壓電膜17包含以下列一般式(化學式5)表示的由鋯鈦酸鉛(PZT)構成的複合氧化物。 Pb(Zr1-y Tiy )O3 ･･･(化學式5) 在此，y滿足0.32≦y≦0.52。
其中，y滿足0.32≦y≦0.48的場合，包含於壓電膜17的PZT，原本該具有菱面體結晶的結晶構造之組成，主要藉由來自基板11的拘束力等，具有正方晶的結晶構造，而且容易成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜17，磊晶成長於壓電膜16上。又，y滿足0.48＜y≦0.52的場合，包含於壓電膜17的PZT，原本就是具有正方晶的結晶構造之組成的緣故，具有正方晶的結晶構造，而且成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜17，磊晶成長於壓電膜16上。藉此，包含於壓電膜17的鋯鈦酸鉛之分極軸的方向可以約略垂直地配向於上面11a，所以可提高壓電膜17的壓電特性。
如使用後述的圖15所說明的，具有壓縮應力的壓電膜16，例如可以藉由濺鍍法形成。此外，說明膜構造體的製造步驟時，如使用後述的圖1所說明的，具有拉伸應力的壓電膜17，例如可以藉由溶膠凝膠法等塗布法來形成。
圖8係模式顯示實施型態之膜構造體所包含的2個壓電膜的剖面構造之圖。圖8係藉由掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)觀察藉由劈開包含於圖1所示的實施型態之膜構造體10的基板11所形成的剖面，亦即破斷面之觀察影像之中，模式顯示壓電膜16及壓電膜17。
圖9係模式顯示實施型態之膜構造體所包含的壓電膜的分極之電場依存性之圖。圖9係模式顯示使包含於圖2所示的實施型態的膜構造體10的下部電極(導電膜13)與上部電極(導電膜18)之間的電場時的壓電膜15的分極的變化之分極電場遲滯(hysteresis)曲線之圖。
如圖8所示，藉由濺鍍法形成壓電膜16的場合，壓電膜16，包含從壓電膜16的下面至上面為止分別被一體地形成之複數晶粒16g。此外，在基板11的主面(圖1的上面11a)內互為相鄰的2個晶粒16g之間，不容易殘留空孔或空隙。因此，藉由集束離子束(Focused Ion Beam：FIB)法來加工而在壓電膜16形成供在SEM觀察之用的剖面的場合，該剖面容易看成是單一的剖面，晶粒16g難以被觀察到。
另一方面，藉由塗布法形成壓電膜17的場合，壓電膜17包含複數層在壓電膜17的厚度方向上相互層積之層的膜17f。作為各個複數之層的膜17f，包含由1層之膜17f的下面至上面為止分別一體地形成的複數晶粒17g。此外，在壓電膜17的厚度方向上互為相鄰的2層膜17f之間，會有空孔或空隙殘留。
如圖8所示，適切者為複數晶粒之各個具有自發分極。此自發分極，包含平行於壓電膜16的厚度方向的分極成分P1，包含於複數晶粒之各個所具有的自發分極之分極成分P1，彼此朝向相同方向。
這樣的場合，如圖9所示，於初期狀態，壓電膜15具有大的自發分極。因此，由電場為0的起點SP起使電場往正側增加再度回到0以後，使電場往負側減少再度回到0的終點EP的場合之顯示壓電膜15的分極的電場依存性之遲滯曲線，顯示由離開原點的點為起點SP之曲線。亦即，把本實施型態的膜構造體10作為壓電元件使用的場合，在使用前，沒有必要對壓電膜15實施分極處理。
又，圖9所示的遲滯曲線在與電場軸交叉時，亦即分極為0時的電場值，稱為抗電場值Ec 。此外，遲滯曲線之圖，替代分極的電場依存性而以分極的電壓依存性表示時，在遲滯曲線與電壓軸交叉時，亦即分極為0時的電壓值，稱為抗電壓值Vc 。
圖10係說明包含於實施型態的膜構造體之各層的膜磊晶成長的狀態之圖。又，在圖10模式顯示基板11、配向膜12、導電膜13、膜14及壓電膜15之各層。
包含於基板11的矽的晶格常數、包含於配向膜12的ZrO2 的晶格常數、包含於導電膜13的Pt的晶格常數、包含於膜14的SRO的晶格常數、及包含於壓電膜15的PZT的晶格常數顯示於表1。
如表1所示，Si的晶格常數為0.543nm、ZrO2 的晶格常數為0.511nm、相對於Si的晶格常數之ZrO2 的晶格常數的不整合為6.1%相對較小，所以相對於Si的晶格常數之ZrO2 的晶格常數的整合性是好的。因此，如圖10所示，可以使包含ZrO2 的配向膜12，在包含矽單晶的基板11之(100)面構成的作為主面之上面11a上磊晶成長。亦即，可以使包含ZrO2 的配向膜12，在包含矽單晶的基板11之(100)面上，以立方晶的結晶構造成(100)配向，可以提高配向膜12的結晶性。
配向膜12，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯膜12f。這樣的場合，氧化鋯膜12f，係以沿著氧化鋯膜12f之由矽基板構成的基板11的作為主面之上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式進行配向。
又，氧化鋯膜12f之沿著基板11的上面11a之＜100＞方向，與矽基板構成的基板11自身的上面11a之＜100＞方向為平行，是不只包含了氧化鋯膜12f之＜100＞方向與沿著基板11自身的上面11a之＜100＞方向完全平行的場合，還包含氧化鋯膜12f的＜100＞方向與沿著基板11自身的上面11a之＜100＞方向之夾角在20°以下的場合。此外，不僅氧化鋯膜12f，其他層之膜的面內的配向也是相同的。
另一方面，如表1所示，也可能是ZrO2 的晶格常數為0.511nm、Pt的晶格常數為0.392nm、Pt在平面內旋轉45°的話，對角線的長度成為0.554nm，相對於ZrO2 的晶格常數之該對角線長度的不整合為8.1%相對較小的緣故，而可以使包含Pt的導電膜13，在包含ZrO2 的配向膜12的(100)面上磊晶成長。例如，在前述專利文獻2及前述非專利文獻1，報告了不是Pt膜而由具有與Pt的晶格常數相同程度的晶格常數(0.381nm)的LSCO所構成的LSCO膜之面內之＜100＞方向，與矽基板的主面內之＜110＞方向成平行的方式配向著。
但是，本案發明人等，首先發現了對Pt的晶格常數對ZrO2 的晶格常數之不整合高達26%，但Pt不在平面內旋轉45°，就可以使包含Pt的導電膜13在矽基板上磊晶成長。亦即，導電膜13，為具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之鉑膜13a者。這樣的場合，鉑膜13a，係以沿著鉑膜13a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式進行配向。可知如此進行，可使包含Pt的導電膜13，在包含ZrO2 的配向膜12之(100)面上，以立方晶的結晶構造成(100)配向，可以提高導電膜13的結晶性。
又，藉由調整形成ZrO2 時的條件，或者形成Pt時的條件，可以在Pt在平面內旋轉45°的狀態下，亦即於基板11的主面內，Pt的＜100＞方向沿著Si的＜110＞方向的狀態下，於在包含ZrO2 的配向膜12的(100)面上使包含Pt的導電膜13磊晶成長。
此外，如表1所示，Pt的晶格常數為0.392nm、SRO的晶格常數為0.390～0.393nm、相對於Pt的晶格常數之PZT的晶格常數的不整合為0.5%以下相對較小，所以相對於Pt的晶格常數之SRO的晶格常數的整合性是好的。因此，如圖10所示，可以使包含SRO的膜14，在包含Pt的導電膜13之(100)面上磊晶成長。也就是說，可以使包含SRO的膜14，在包含Pt的導電膜13之(100)面上，以擬立方晶表示為(100)配向，可以提高膜14的結晶性。
膜14，具有擬立方晶之結晶構造，且為包含(100)配向之SRO膜14a者。這樣的場合，SRO膜14a，係以沿著SRO膜14a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式進行配向。
此外，如表1所示，SRO的晶格常數為0.390～0.393nm、PZT的晶格常數為0.411nm、相對於SRO的晶格常數之PZT的晶格常數的不整合為4.5～5.2%相對較小，所以相對於SRO的晶格常數之PZT的晶格常數的整合性是好的。因此，如圖10所示，可以使包含PZT的壓電膜15，在包含SRO的膜14之(100)面上磊晶成長。也就是說，可以使包含PZT的壓電膜15，在包含SRO的膜14之(100)面上，以正方晶顯示成(001)配向或擬立方晶的結晶構造成(100)配向，可以提高壓電膜15的結晶性。
壓電膜15，具有正方晶之結晶構造，而且為包含(001)配向的鋯鈦酸鉛膜15a者。這樣的場合，鋯鈦酸鉛膜15a，係以沿著鋯鈦酸鉛膜15a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式進行配向。
如此，本案發明人等，首先發現了鋯鈦酸鉛不在平面內旋轉45°，就可以使包含鋯鈦酸鉛的壓電膜15在矽基板上磊晶成長。這是與例如在前述專利文獻2及前述非專利文獻1所記載的面內配向的關係完全不同之關係。
又，在膜14與壓電膜15之間，被形成包含鋯鈦酸鉛之膜亦可。該膜，以下列一般式(化學式6)表示，且包含以擬立方晶表示為(100)配向之複合氧化物亦可。 Pb(Zr1-v Tiv )O3 ･･･(化學式6) 此處，v滿足0≦v≦0.1。
藉此，可以使包含PZT的壓電膜15，在包含SRO的膜14之(100)面上，進而更容易地以正方晶顯示成(001)配向或擬立方晶的結晶構造成(100)配向，可以更容易提高壓電膜15的結晶性。
圖11係模式顯示鋯鈦酸鉛之單位晶格之圖。圖11表示包含於壓電膜15的鋯鈦酸鉛(PZT)單位晶格的元素之中的鉛(Pb)、及鋯(Zr)或鈦(Ti)。
如圖11所示，包含於壓電膜15的鋯鈦酸鉛以正方晶表示在(001)配向，亦即c軸配向時，適宜為正方晶鋯鈦酸鉛的c軸方向的晶格常數c對正方晶鋯鈦酸鉛的a軸方向的晶格常數a的晶格常數比為1.010～1.016。
通常的正方晶鋯鈦酸鉛的c軸方向的晶格常數c對正方晶鋯鈦酸鉛的a軸方向的晶格常數a的晶格常數比(c/a比)為未滿1.010。另一方面，本實施型態的膜構造體具有的壓電膜15之正方晶鋯鈦酸鉛的c/a比為1.010以上。此外，正方晶鋯鈦酸鉛之壓電特性依存於正方晶鋯鈦酸鉛的c/a比。因此，根據本實施型態的膜構造體具有的壓電膜15的話，可以實現具有比通常的鋯鈦酸鉛更優異的壓電特性之壓電膜。又，壓電膜15之中，於壓電膜16，正方晶鋯鈦酸鉛的c軸方向的晶格常數c對正方晶鋯鈦酸鉛的a軸方向的晶格常數a的晶格常數比，亦可為1.010～1.016。
＜膜構造體之製造方法＞ 其次，說明本實施型態之膜構造體之製造方法。圖12至圖15係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。
首先，如圖12所示，準備基板11(步驟S1)。在步驟S1，例如準備由矽(Si)單晶所構成的矽基板之基板11。由矽單晶構成的基板11，具有立方晶的結晶構造，且具有由(100)面構成的作為主面之上面11a。基板11為矽基板的場合，於基板11之上面11a上，亦可被形成SiO2 膜等氧化膜。
又，作為基板11，可以使用矽基板以外的各種基板，例如SOI(Silicon on Insulator)基板、系以外之各種半導體單晶所構成的基板、藍寶石等各種氧化物單晶所構成的基板，或者表面被形成多晶矽膜的玻璃基板構成的基板等。
如圖12所示，把矽單晶構成的基板11之(100)面構成的上面11a內相互正交的2個方向作為X軸方向及Y軸方向，垂直於上面11a的方向作為Z軸方向。
其次，如圖13所示，於基板11上形成配向膜12(步驟S2)。在以下，於步驟S2，以使用電子束蒸鍍法形成配向膜12的場合為例進行說明，但也可以使用例如濺鍍法等各種方法來形成。
在步驟S2，首先，在把基板11配置在一定的真空氛圍中的狀態，把基板11加熱到例如700℃。
在步驟S2，接著，藉由使用了鋯(Zr)單晶的蒸鍍材料之電子束蒸鍍法使Zr蒸發。此時，藉由蒸發的Zr在例如被加熱至700℃的基板11上與氧反應，成膜成氧化鋯(ZrO2 )膜。接著，形成作為單層膜之ZrO2 膜所構成的配向膜12。
配向膜12，在矽單晶構成的基板11之由(100)面構成的作為主面之上面11a上，進行磊晶成長。配向膜12，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯(ZrO2 )。亦即，在由矽單晶構成的基板11之(100)面所構成的上面11a上，被形成由包含(100)配向的氧化鋯(ZrO2 )的單層膜構成的配向膜12。
如使用前述之圖12所說明的，把矽單晶構成的基板11之(100)面構成的上面11a內相互正交的2個方向作為X軸方向及Y軸方向，垂直於上面11a的方向作為Z軸方向。此時，某個膜進行磊晶成長，是指該膜在X軸方向、Y軸方向及Z軸方向之任一方向均進行配向。
配向膜12，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯膜12f(參照圖10)。這樣的場合，氧化鋯膜12f，係以沿著氧化鋯膜12f之由矽基板構成的基板11的作為主面之上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式進行配向。
如圖13所示，適宜為配向膜12，包含被形成於基板11的上面11a之膜部12a、由膜部12a的上面起分別突出的複數突出部12b。此外，膜部12a，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯(氧化鋯膜)。接著，複數突出部12b之各個，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯(氧化鋯膜)。
藉此，配向膜12，與在後述之步驟S3形成的導電膜13(參照圖4)之間的界面IF1(參照圖4)的界面粗糙度(roughness)變大，配向膜12與導電膜13之間的界面IF1的平均界面粗糙度，比基板11與配向膜12之間的界面IF2(參照圖4)的平均界面粗糙度更大。因此，例如配向膜12的表面成為包含於配向膜12的氧化鋯膜的(100)面以外之面，於其氧化鋯膜的(100)面以外的面上，藉由包含導電膜13的鉑膜的(100)面以外的面進行磊晶成長，鉑膜變得容易在氧化鋯膜的表面上磊晶成長。接著，藉由包含鉑膜的導電膜13變得容易磊晶成長，膜14及壓電膜15變得容易磊晶成長，所以可提高壓電膜15的壓電特性。
或者是，配向膜12與導電膜13之間的界面IF1的平均粗糙度，比基板11與配向膜12之間的界面IF2的平均粗糙度更大即可，所以配向膜12，不明確地具有複數突出部12b亦可，例如於表面平面俯視具有相互隔離形成的複數階差(階段)之梯狀階地(step terrace)構造亦可。
適宜者，為突出部12b之垂直於沿著基板11的上面11a的第1方向之剖面形狀，為三角形狀，突出部12b之沿著基板11的上面11a且垂直於第1方向的方向之第2方向的寬幅，由腹部12a側亦即基板11側起，朝向與腹部12a側相反之側，亦即朝向與基板11側相反之側減少著。突出部12a具有這樣的三角形狀的場合，包含於導電膜13的鉑膜，在包含於配向膜12的氧化鋯膜表面上進而更容易磊晶成長。
適宜者，為腹部12a的厚度TH1(參照圖5)為11～18nm，複數突出部12b之各個由膜部12a的上面12c(參照圖5)突出的突出高度HT1(參照圖5)為4～8nm。亦即，適宜者為配向膜12的厚TH2(參照圖5)為13～22nm。
突出部12b的突出高度HT1為4nm以上的場合，與突出部12b的突出高度HT1未滿4nm的場合相比，可以使界面IF1的平均界面粗糙度比界面IF2的平均界面粗糙度更確實增大，所以被形成於包含(100)配向的氧化鋯的配向膜12上之包含於導電膜13的鉑變得更容易(100)配向。另一方面，突出部12b的突出高度HT1為8nm以上的場合，與突出部12b的突出高度HT1超過8nm的場合相比，可以使界面IF1的平均界面粗糙度不變得太大，所以可提高被形成於包含(100)配向的氧化鋯的配向膜12上之導電膜13的平坦性。
此外，膜部12a的厚度TH1為11nm以上的場合，與膜部12a的厚度TH1未滿11nm的場合相比，配向膜12的厚度TH2某種程度地變厚，所以可跨基板11上面11a上全體使配向膜12均勻地形成，防止導電膜13與基板11直接接觸。此外，膜部12a的厚度TH1為11nm以上的場合，與膜部12a的厚度TH1未滿11nm的場合相比，配向膜12的厚度TH2某種程度地變厚，所以容易使突出部12b的突出高度HT1為4nm以上，包含於導電膜13的鉑容易進行(100)配向。另一方面，膜部12a的厚度TH1為18nm以下的場合，與膜部12a的厚度TH1超過18nm的場合相比，可以使界面IF1的平均界面粗糙度不變得太大，所以可提高被形成於配向膜12上之導電膜13的平坦性。
亦即，配向膜12的厚度TH2為13nm以上的場合，與配向膜12的厚度TH2未滿13nm的場合相比，可跨基板11上面11a上全體使配向膜12均勻地形成，防止導電膜13與基板11直接接觸。此外，配向膜12的厚度TH2為13nm以上的場合，與配向膜12的厚度TH2未滿13nm的場合相比，容易使突出部12b的突出高度HT1為4nm以上，包含於導電膜13的鉑容易進行(100)配向。另一方面，配向膜12的厚度TH2為22nm以下的場合，與配向膜12的厚度TH2超過22nm的場合相比，可以使界面IF1的平均界面粗糙度不變得太大，所以可提高被形成於配向膜12上之導電膜13的平坦性。
其次，如圖4所示，形成導電膜13(步驟S3)。
在此步驟S3，首先，形成作為磊晶成長於配向膜12上之作為下部電極的一部分之導電膜13。導電膜13由金屬構成。作為由金屬構成的導電膜13，使用例如含鉑(Pt)的導電膜。
作為導電膜13，形成含Pt的導電膜的場合，於配向膜12上，以450～600℃之溫度，藉由濺鍍法，把磊晶成長之導電膜13，形成作為下部電極的一部分。含Pt的導電膜13，磊晶成長於配向膜12上。此外，包含於導電膜13的Pt，具有立方晶之結晶構造，且(100)配向。
導電膜13，為具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之鉑膜13a(參照圖10)者。這樣的場合，鉑膜13a，係以沿著鉑膜13a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式進行配向。
又，作為由金屬構成的導電膜13，替代使用含鉑(Pt)的導電膜，而改用例如含銥(Ir)的導電膜亦可。
適宜者，在步驟S3，形成覆蓋複數突出部12b的導電膜13，於相鄰的2個突出部12b之間，被埋入導電膜13。導電膜13具有這樣的形狀的場合，導電膜13與配向膜12之間的界面的面積增加，導電膜13密接於配向膜12的密接力增加。
於圖4所示的膜構造體，如圖6所示，適宜為導電膜13具有拉伸應力TS1，配向膜12具有壓縮應力GS1或者比拉伸應力TS1更小的拉伸應力TS2。
首先，如圖13所示，在基板11上被形成配向膜12的時間點，配向膜12，如使用前述之圖7所說明的，具有拉伸應力TS4。
氧化鋯(ZrO2 )的線膨脹係數αZrO2 為9×10-6 ℃-1 程度，矽(Si)的線膨脹係數αSi 為4×10-6 ℃-1 程度，氧化鋯的線膨脹係數αZrO2 比矽(Si)的線膨脹係數αSi 還大。於這樣的場合，在由矽構成的基板11上例如在550℃的溫度形成由氧化鋯構成的配向膜12之後，使基板11由550℃冷卻至室溫(30℃)時，配向膜12沿著基板11的上面11a收縮，但基板11不會像配向膜12那樣收縮，所以配向膜12被基板11拘束而被拉伸，無法完全收縮。結果，配向膜12，具有拉伸應力TS4，基板11，具有壓縮應力，基板11如圖7所示，往下彎曲為凸的形狀。
另一方面，鉑(Pt)的線膨脹係數αPt 也為 9×10-6 ℃-1 程度，鉑(Pt)的線膨脹係數αPt 也比矽(Si)的線膨脹係數αSi 更大。於這樣的場合，在配向膜12上例如在550℃的溫度形成由鉑構成的導電膜13之後，使基板11由550℃冷卻至室溫(30℃)時，導電膜13沿著基板11的上面11a收縮，但基板11不會像導電膜13那樣收縮，所以導電膜13被基板11拘束而被拉伸，無法完全收縮。因此，導電膜13具有拉伸應力TS1。此外，配向膜12，受到基板11拉伸，受到導電膜13壓縮或者是完全不受力。因此，配向膜12具有壓縮應力CS1，或者比拉伸應力TS1更小的拉伸應力TS2。
又，導電膜13的厚度比配向膜12的厚度更厚的場合，配向膜12由導電膜13壓縮。因此，如圖6所示，配向膜12的上層部12d，具有壓縮應力CS2，配向膜12的下層部12e，具有拉伸應力TS3。接著，配向膜12全體具有壓縮應力CS1時，壓縮應力CS2比壓縮應力CS1還大，配向膜12全體具有拉伸應力時，拉伸應力TS3比拉伸應力TS2還大。
其次，如圖14所示，形成膜14(步驟S4)。在此步驟S4，把包含以前述一般式(化學式2)表示的複合氧化物之膜14，在導電膜13上形成。作為以前述一般式(化學式2)表示的複合氧化物，例如可以形成包含鈦酸鍶(STO)、鈦酸釕酸鍶(STRO)、或者釕鍶(SRO)的導電膜。作為以前述一般式(化學式2)表示的複合氧化物形成含SRO的導電膜的場合，在步驟S4，變成在導電膜13上形成作為下部電極的一部分之作為導電膜的膜14。又，於前述一般式(化學式2)，z滿足0≦z≦1。
作為膜14，形成含STO、STRO或SRO的導電膜的場合，於導電膜13上，以600℃程度之溫度，藉由濺鍍法，把磊晶成長之膜14，形成作為下部電極的一部分。含STO、STRO或SRO的壓電膜14，磊晶成長於導電膜13上。此外，包含於膜14的STO、STRO或SRO，以擬立方晶表示或立方晶表示為(100)配向。
膜14，具有擬立方晶之結晶構造，且為包含(100)配向之SRO膜14a(參照圖10)者。這樣的場合，SRO膜14a，係以沿著SRO膜14a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式進行配向。
此外，替代濺鍍法，例如可藉由溶膠凝膠法等塗布法來形成膜14。這樣的場合，在步驟S4，首先，於膜14上，藉由塗布含有鍶及釕、鍶、鈦及釕，或者鍶及鈦的溶液，形成包含以前述一般式(化學式2)表示的複合氧化物之前軀體的膜。此外，藉由塗布法形成膜14的場合，在步驟S4，接著，藉由將膜熱處理使前軀體氧化進行結晶化，而形成包含以前述一般式(化學式2)表示的複合氧化物之膜14。
其次，如圖15所示，形成壓電膜16(步驟S5)。在此步驟S5，把包含以前述一般式(化學式4)表示的由鋯鈦酸鉛(PZT)構成的複合氧化物之壓電膜16，在膜14上例如藉由濺鍍法來形成。在此，於前述一般式(化學式4)，x滿足0.32≦x≦0.52。
其中，x滿足0.32≦x≦0.48的場合，包含於壓電膜16的PZT，原本該具有菱面體結晶的結晶構造之組成，主要藉由來自基板11的拘束力等，具有正方晶的結晶構造，而且容易成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜16，磊晶成長於膜14上。又，x滿足0.48＜x≦0.52的場合，包含於壓電膜16的PZT，原本就是具有正方晶的結晶構造之組成的緣故，具有正方晶的結晶構造，而且成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜16，磊晶成長於膜14上。藉此，包含於壓電膜16的鋯鈦酸鉛之分極軸的方向可以約略垂直地配向於上面11a，所以可提高壓電膜16的壓電特性。
壓電膜16，具有正方晶之結晶構造，而且為包含(001)配向的鋯鈦酸鉛膜16a(參照圖10)者。這樣的場合，鋯鈦酸鉛膜16a，係以沿著鋯鈦酸鉛膜16a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式進行配向。
例如，藉由濺鍍法形成壓電膜16時，可以藉由電漿使包含於壓電膜16的複數晶粒16g(參照圖8)之各個被分極。亦即，包含於被成膜的壓電膜16的複數晶粒16g之各個，具有自發分極。此外，複數晶粒16g之各個具有的自發分極，包含平行於壓電膜16的厚度方向的分極成分P1(參照圖8)。接著，複數晶粒16g之各個所具有的自發分極所包含的分極成分P1，彼此朝向相同方向。結果，被形成的壓電膜16，由進行分極處理之前，作為壓電膜16全體，具有自發分極。
亦即，在步驟S5，藉由濺鍍法形成壓電膜16時，可以藉由電漿使壓電膜16被分極。結果，如使用圖6說明的，把本實施型態的膜構造體10作為壓電元件使用的場合，在使用前，沒有必要對壓電膜16實施分極處理。
此外，在步驟S5，藉由濺鍍法形成壓電膜16時，例如，由於壓電膜16內有濺鍍粒子及氬(Ar)氣體射入而使壓電膜16膨脹，壓電膜16具有壓縮應力。
其次，如圖1所示，形成壓電膜17(步驟S6)。在此步驟S6，把包含以前述一般式(化學式5)表示的由鋯鈦酸鉛(PZT)構成的複合氧化物之壓電膜17，在壓電膜16上藉由例如溶膠凝膠法等塗布法來形成。以下，說明藉由溶膠凝膠法形成壓電膜17之方法。
在步驟S6，首先，於壓電膜16上，藉由塗布含有鉛、鋯及鈦的溶液，形成包含PZT之前軀體的膜。又，塗布含有鉛、鋯及鈦的溶液的步驟，反覆複數次亦可，藉此形成包含相互層積的複數膜之膜。
在步驟S6，接著，藉由將膜熱處理使前軀體氧化進行結晶化，而形成包含PZT之壓電膜17。在此，於前述一般式(化學式5)，y滿足0.32≦y≦0.52。
其中，y滿足0.32≦y≦0.48的場合，包含於壓電膜17的PZT，原本該具有菱面體結晶的結晶構造之組成，主要藉由來自基板11的拘束力等，具有正方晶的結晶構造，而且容易成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜17，磊晶成長於壓電膜16上。又，y滿足0.48＜y≦0.52的場合，包含於壓電膜17的PZT，原本就是具有正方晶的結晶構造之組成的緣故，具有正方晶的結晶構造，而且成(001)配向。接著，含PZT的壓電膜17，磊晶成長於壓電膜16上。藉此，包含於壓電膜17的鋯鈦酸鉛之分極軸的方向可以約略垂直地配向於上面11a，所以可提高壓電膜17的壓電特性。
壓電膜17，具有正方晶之結晶構造，而且為包含(001)配向的鋯鈦酸鉛膜17a(參照圖10)者。這樣的場合，鋯鈦酸鉛膜17a，係以沿著鋯鈦酸鉛膜17a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式進行配向。
具有正方晶的結晶構造之PZT為(001)配向的場合，平行於[001]方向的分極方向，與平行於壓電膜15的厚度方向的電場方向相互平行，所以提高壓電特性。亦即，在具有正方晶的結晶構造的PZT，被施加沿著[001]方向的電場的場合，可得大的絕對值的壓電常數d33 及d31 。因此，可以使壓電膜15的壓電常數更為增大。又，在本說明書，針對壓電常數d31 ，亦有其符號原本為負，但是省略負號而以絕對值來表示的場合。
在步驟S6，例如，在熱處理時藉由使溶液中的溶媒蒸發，或者在前軀體被氧化被結晶化時藉由膜收窄，而使壓電膜17具有拉伸應力。
如此進行，形成包含壓電膜16及壓電膜17的壓電膜15，形成圖1所示的膜構造體10。亦即，步驟S5及步驟S6，被包含於在導電膜13上中介著膜14，形成含正方晶表示為(001)配向或擬立方晶表示為(100)配向，磊晶成長的鋯鈦酸鉛之壓電膜15的步驟。
如使用前述之圖11說明的，包含於壓電膜15的鋯鈦酸鉛以正方晶表示在(001)配向，亦即c軸配向時，適宜為正方晶鋯鈦酸鉛的c軸方向的晶格常數c對正方晶鋯鈦酸鉛的a軸方向的晶格常數a的晶格常數比為1.010～1.016。
通常的正方晶鋯鈦酸鉛的c軸方向的晶格常數c對正方晶鋯鈦酸鉛的a軸方向的晶格常數a的晶格常數比(c/a比)為未滿1.010。另一方面，本實施型態的膜構造體具有的壓電膜15之正方晶鋯鈦酸鉛的c/a比為1.010以上。此外，正方晶鋯鈦酸鉛之壓電特性依存於正方晶鋯鈦酸鉛的c/a比。因此，根據本實施型態的膜構造體具有的壓電膜15的話，可以實現具有比通常的鋯鈦酸鉛更優異的壓電特性之壓電膜。
又，形成壓電膜17後，於壓電膜17上，形成作為上部電極之導電膜18(參照圖2)亦可(步驟S7)。
又，在膜14與壓電膜15之間，形成包含鋯鈦酸鉛之膜亦可。該膜，以前述一般式(化學式6)表示，且包含以擬立方晶表示為(100)配向之複合氧化物亦可。
＜實施型態之變形例＞ 在實施型態，如圖1所示，被形成包含壓電膜16及壓電膜17之壓電膜15。但是，壓電膜15，亦可為僅包含壓電膜16。將這樣的例，作為實施型態之變形例來說明。
圖16係實施型態的變形例之膜構造體之剖面圖。
如圖16所示，本變形例之膜構造體10，具有基板11、配向膜12、導電膜13、膜14、壓電膜15。配向膜12，被形成於基板11上。導電膜13，被形成於配向膜12上。膜14，被形成於導電膜13上。壓電膜15，被形成於膜14上。壓電膜15包含壓電膜16。
亦即，本變形例之膜構造體10，壓電膜15不含壓電膜17(參照圖1)，僅包含壓電膜16這一點以外，與實施型態的膜構造體10是相同的。
壓電膜15，包含具有壓縮應力的壓電膜16，但不包含具有拉伸應力的壓電膜17(參照圖1)的場合，壓電膜15，與具有壓縮應力的壓電膜16以及具有拉伸應力的壓電膜17(參照圖1)都包含的場合相比，膜構造體10翹曲的翹曲量增加。但是，例如在壓電膜15的厚度很薄的場合，可以減低膜構造體10翹曲的翹曲量。因此，即使壓電膜15僅含有壓電膜16的場合，也可以提高例如使用光蝕刻技術加工膜構造體10的場合之形狀精度，可以提高加工膜構造體10而形成的壓電元件的特性。
又，本變形例的膜構造體10，也與實施型態的膜構造體10同樣，具有導電膜18(參照圖2)亦可。 [實施例]
以下，根據實施例進而詳細說明本實施型態。又，本發明並不受到以下實施例的限定。
(實施例及比較例) 在以下，把在實施型態使用圖1說明的膜構造體10，形成為實施例之膜構造體。實施例的膜構造體，配向膜12具有突出部12b。另一方面，比較例的膜構造體，配向膜12不具有突出部12b。
以下，針對實施例的膜構造體之形成方法進行說明。首先，如圖12所示，作為基板11，具有由(100)面構成的作為主面之上面11a，準備由6吋矽單晶構成的晶圓。
其次，如圖13所示，於基板11上，作為配向膜12，藉由電子束蒸鍍法形成氧化鋯(ZrO2 )膜。此時的條件顯示如下。 裝置：電子束蒸鍍裝置 壓力：7.00×10-3 Pa 蒸鍍源：Zr+O2 加速電壓/放射電流：7.5kV/1.80mA 厚度：24nm 基板溫度：500℃
其次，如圖4所示，於配向膜12上，作為導電膜13藉由濺鍍法形成了鉑(Pt)膜。此時的條件顯示如下。 裝置：DC濺鍍裝置 壓力：1.20×10-1 Pa 蒸鍍源：Pt 電力：100W 厚度：150nm 基板溫度：450～600℃
其次，如圖14所示，於導電膜13上，作為膜14藉由濺鍍法形成了SRO膜。此時的條件顯示如下。 裝置：RF磁控管濺鍍裝置 功率：300W 氣體：Ar 壓力：1.8Pa 基板溫度：600℃ 厚度：20nm
其次，如圖15所示，於膜14上，作為壓電膜16，藉由濺鍍法形成了具有0.91μm的膜厚之Pb(Zr0.58 Ti0.42 )O3 膜(PZT膜)。此時的條件顯示如下。 裝置：RF磁控管濺鍍裝置 功率：1750W 氣體：Ar/O2 壓力：1Pa 基板溫度：380℃
於形成的壓電膜16，在半徑方向之中心起算的距離為0mm、5mm、15mm、25mm、35mm、45mm、55mm、65mm、75mm、85mm、95mm的各位置之膜厚為0.91μm、0.91μm、0.91μm、0.92μm、0.92μm、0.92μm、0.91μm、0.91μm、0.91μm、0.90μm、0.89μm。因此，可以形成跨基板11的全面具有均勻的膜厚之壓電膜16。
其次，如圖1所示，於壓電膜16上，作為壓電膜17，藉由塗布法形成了Pb(Zr0.58 Ti0.42 )O3 膜(PZT膜)。此時的條件顯示如下。
使Pb、Zr及Ti之有機金屬化合物以成為Pb:Zr:Ti=100+δ:58:42之組成比的方式混合，對乙醇與2-正丁氧醇之混合溶媒，以使作為Pb(Zr0.58 Ti0.42 )O3 之濃度成為0.35mol/l的方式調整使溶解之原料溶液。針對δ，為δ=20。接著，於原料溶液，進而溶解20g的重量之K值為27～33的聚咯烷酮。
其次，把調製的原料溶液之中的3ml的原料溶液，滴下至6吋晶圓構成的基板11上，以3000rpm旋轉10秒鐘，藉由把原料溶液塗布於基板11上，形成了包含前軀體的膜。接著，藉由在200℃的溫度之熱板上，將基板11載置30秒鐘，進而在450℃的溫度之熱板上，將基板11載置30秒鐘，使溶媒蒸發而使膜乾燥。其後，藉由在0.2MPa的氧(O2 )氛圍中，以600～700℃熱處理60秒鐘氧化前軀體使結晶化，形成作為具有30nm膜厚之壓電膜17。
針對實施例及比較例之各個，測定了被形成製作為壓電膜17之鋯鈦酸鉛膜為止的膜構造體之根據X線繞設(X-ray diffraction：XRD)法之θ-2θ頻譜。亦即，針對實施例及比較例之各個，進行了根據θ-2θ法之X線繞射測定。
圖17至圖20之各個，係顯示被形成至PZT膜為止的膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。圖17至圖20之各個的圖的橫軸顯示角度2θ，圖17至圖20之各個的圖的縱軸顯示X線的強度。圖17及圖18顯示針對實施例之結果，圖19及圖20顯示針對比較例的結果。圖17及圖19顯示20°≦2θ≦50°之範圍，圖18及圖20顯示90°≦2θ≦110°之範圍。
在圖17及圖18所示之例(實施例)，於θ-2θ頻譜，相當於具有立方晶的結晶構造的Pt的(200)面及(400)面的峰，以及相當於具有正方晶顯示之PZT的(001)面、(002)面及(004)面的峰被觀測到。因此，可知在圖17及圖18所示之例(實施例)，導電膜13包含具有正方晶的結晶構造，且(100)配向之Pt，壓電膜15包含立方晶顯示為(001)配向的PZT。
此外，在圖18所示之例(實施例)，PZT之正方晶表示之(004)面的繞射峰之繞射角度為2θ004 時，為2θ004 =96.5°。因此，在圖17及圖18所示之例(實施例)，2θ004 滿足2θ004 ≦96.5°，可知滿足前述式(數式1)。
即使圖19及圖20所示之例(比較例)，也與在圖17及圖18所示之例(實施例)同樣，於θ-2θ頻譜，相當於具有立方晶的結晶構造的Pt的(200)面及(400)面的峰，以及相當於具有正方晶顯示之PZT的(001)面、(002)面及(004)面的峰被觀測到。因此，即使在圖19及圖20所示之例(比較例)，也與在圖17及圖18所示之例(實施例)同樣，導電膜13包含具有正方晶的結晶構造，且(100)配向之Pt，壓電膜15包含正方晶顯示為(001)配向的PZT。
但是，在圖20所示之例(比較例)，與圖18所示之例(實施例)不同，PZT之正方晶表示之(004)面的繞射峰之繞射角度為2θ004 時，為2θ004 =96.7°。因此，在圖19及圖20所示之例(比較例)，可知2θ004 未滿足2θ004 ≦96.5°，未滿足前述式(數式1)。
針對實施例，進行根據XRD法之極點圖的測定，調查各層的膜的面內的配向之關係。圖21至圖24之各個，係顯示實施例之膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。圖21係Si(220)面之極點圖，圖22係ZrO2 (220)面之極點圖，圖23係Pt(220)面之極點圖，圖24係PZT(202)面之極點圖。
如前所述，配向膜12，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之氧化鋯膜12f(參照圖10)。這樣的場合，如圖21及圖22所示，可以明白氧化鋯膜12f係以沿著氧化鋯膜12f之由矽基板構成的基板11的作為主面之上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式配向著。換句話說，可以明白氧化鋯膜12f係以沿著氧化鋯膜12f之由矽基板構成的基板11的作為主面之上面11a的＜110＞方向，與基板11自身的上面11a的＜110＞方向成為平行的方式配向著。
此外，導電膜13，為具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向之鉑膜13a者(參照圖10)。這樣的場合，如圖21及圖23所示，可以明白鉑膜13a係以沿著鉑膜13a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式配向著。換句話說，可以明白鉑膜13a係以沿著鉑膜13a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜110＞方向，與基板11自身的上面11a的＜110＞方向成為平行的方式配向著。
此外，壓電膜15，具有正方晶之結晶構造，而且為包含(001)配向的鋯鈦酸鉛膜15a者(參照圖10)。這樣的場合，如圖21及圖24所示，可以明白鋯鈦酸鉛膜15a係以沿著鋯鈦酸鉛膜15a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜100＞方向，與基板11自身的上面11a的＜100＞方向成為平行的方式配向著。換句話說，可以明白鋯鈦酸鉛膜15a係以沿著鋯鈦酸鉛膜15a之由矽基板構成的基板11的上面11a的＜110＞方向，與基板11自身的上面11a的＜110＞方向成為平行的方式配向著。
針對實施例，於基板11上形成配向膜12、導電膜13、膜14及壓電膜15時，為了測定各層具有的應力，測定了基板11的翹曲量。圖25係供說明藉由XRD法測定基板的翹曲量的方法之圖。圖26係顯示藉由XRD法測定基板的翹曲量的結果之圖。
如圖25所示，基板11的翹曲量，在基板11上面11a的中心11b起到測定部分11c為止的沿著基板11上面11a的距離為距離ΔX，對於根據XRD法的搖擺曲線(rocking curve)(ω scan)之峰角度的基準角度之差分(偏移量)為角度Δω時，顯示基板11的翹曲量的程度之曲率半徑R可以藉由R=ΔX/sin(Δω)之算出式算出。
在此，通過基板11上面11a的中心11b，且沿著基板11上面11a的某條直線上的各位置，進行根據XRD法之搖擺曲線(ω scan)的測定，求出該搖擺曲線的峰角度ω之由基板11上面11a的中心11b起算的距離依存性。其結果顯示於圖26。又，在圖26，把例如ZrO2 膜形成的時間點之測定結果表示為「ZrO2 」。
如圖26所示，在基板11被形成配向膜的時間點(圖26之「ZrO2 」)，基板11具有壓縮應力。因此，在基板11上被形成配向膜12的時間點，配向膜12具有拉伸應力。此外，曲率半徑R為66.1mm。
此外，如圖26所示，在配向膜12上被形成導電膜13的時間點(圖26之「Pt」)，基板11具有的壓縮應力增加。此外，曲率半徑R為46.7mm。因此，可知在配向膜12上被形成導電膜13的時間點，如使用前述圖6所說明的，導電膜13具有拉伸應力TS1，配向膜12具有壓縮應力GS1或者比拉伸應力TS1更小的拉伸應力TS2。
又，如圖26所示，在配向膜12上被形成導電膜13之後，在導電膜13上形成膜14及壓電膜15的時間點(圖26之「SRO」及「PZT」)，基板11具有的壓縮應力幾乎不改變。此外，曲率半徑R分別為45.4mm、44.1mm。因此，可知在導電膜13上被形成膜14及壓電膜15的時間點，導電膜13具有拉伸應力TS1，配向膜12具有壓縮應力GS1或者比拉伸應力TS1更小的拉伸應力TS2。
針對實施例的膜構造體的結晶構造，藉由透過型電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope：TEM)拍攝了垂直於基板11上面11a的剖面的影像(剖面TEM影像)。剖面TEM影像，攝影了高角度環狀暗視野(High Angle Annular Dark Field：HAADF)影像，及明視野(Bright Field：BF)影像。又，垂直於基板11上面11a的剖面，攝影了垂直於基板11的矽之＜110＞方向的剖面的影像。
圖27係顯示實施例的膜構造體之HAADF影像之照片。圖28及圖29係顯示實施例的膜構造體之BF影像之照片。圖30係顯示實施例的膜構造體之HAADF影像之照片。
圖27係顯示包含於配向膜12(參照圖5)的ZrO2 膜與包含於導電膜13(參照圖5)的鉑膜之界面IF1(參照圖5)附近的剖面區域，圖28係顯示與圖27所示剖面區域相同的剖面區域。此外，圖29係顯示稍微離開圖27及圖28所示的剖面區域的剖面區域之界面IF1(參照圖5)附近的剖面區域。圖30顯示包含於壓電膜15的PZT膜的剖面區域。
如圖27及圖28所示，ZrO2 膜與鉑膜之界面IF1不是平坦的，所以如使用前述圖5所說明的，可知配向膜12包含膜部12a與突出部12b。此外，在圖27及圖28所示的剖面區域，突出部12b的高度為6nm，也包含其他剖面區域的話，突出部12b的高度的平均值為6nm，突出部12b的高度的標準差的3倍之3σ為2nm。因此，突出部12b的高度為4～8nm。
此外，擴大圖28的區域RG5的話，沿著水平方向亦即沿著平行於基板11上面11a的方向，觀察到每2nm被排列5.5個程度或者6個程度之ZrO2 單位晶格。此外，在圖29之「6」的文字附近的剖面區域，沿著水平相向，每2nm排列著5.5個程度或6個程度之ZrO2 單位晶格，但在圖29之「5」的文字附近的剖面區域，沿著水平相向，每2nm排列著5個程度之ZrO2 單位晶格，ZrO2 膜的上層部與ZrO2 膜之中的下層部相比，由於水平方向被拉伸而扭曲。藉此，可知配向膜12的上層部，具有壓縮應力CS2，配向膜12的下層部，具有拉伸應力TS3。
此外，如圖30所示，包含於壓電膜15的PZT膜，未被觀察到移轉等之結晶格的紊亂，確認是單晶。圖30所示的晶格，顯示由PZT的＜110＞方向所見的晶格，顯示由圖11的箭頭AR1方向來看圖11之PZT晶格時，亦即顯示PZT的(110)面之平面PLU內的晶格。
由圖30之剖面TEM影像，求出正方晶PZT的a軸方向的晶格常數a，及c軸方向的晶格常數c。結果，晶格常數a為0.410nm，晶格常數c為0.415nm，晶格常數比(c/a比)為1.016。另一方面，根據θ-2θ法由X線繞射圖案求出晶格常數a及晶格常數c時，晶格常數a為0.408nm，晶格常數c為0.414nm，晶格常數比(c/a比)為1.015。因此，由剖面TEM影像求出的晶格常數，與由根據θ-2θ法的X線繞射圖案求出的晶格常數約略一致。
例如由國際繞射資料中心(International Centre for Diffraction Data：ICDD)之PDF(粉末繞射檔案，Powder Diffraction File)使用魏加氏定律算出的前述一般式(化學式3)u=0.42的組成(Zr/Ti=58/42)之菱面體晶PZT的晶格常數a為0.4081nm。因此，可知包含於本實施型態的膜構造體具有的壓電膜15之PZT膜的晶格常數，與通常的Zr/Ti=58/42之菱面體晶PZT的晶格常數a完全不同。
此外，通常的正方晶PZT的晶格常數比(c/a比)為未滿1.010。另一方面，可知本實施型態的膜構造體具有的壓電膜15之正方晶鋯鈦酸鉛的c/a比為1.010以上，最大可以提高到1.016為止。。
此外，針對實施例之膜構造體，對導電膜13與導電膜18之間施加電壓測定了分極的電壓依存性。圖31係顯示實施例的膜構造體之分極的電壓依存性之圖。此外，針對實施例的膜構造體，形成懸臂，使用形成的懸臂，測定了實施例的膜構造體的移位的電壓依存性。圖32係顯示實施例的膜構造體之移位的電壓依存性之圖。
根據圖31，於實施例之膜構造體，介電常數εr 為216，殘留分極值Pr 為57μC/cm2 。此外，根據圖32，壓電常數d31 為230pm/V。
在此，針對配向膜12不具有突出部12b的比較例之膜構造體，也測定分極及移位的電壓依存性，介電常數εr 為580，殘留分極值Pr 為18μC/cm2 ，壓電常數d31 為178pm/V。亦即，實施例之膜構造體，對比於比較例之膜構造體，具有極為優異的殘留分極特性及壓電特性。亦即，可知藉由配向膜12具有突出部12b，提高了膜構造體的壓電特性。
進而，在30～200℃之溫度範圍，變更溫度同時對導電膜13與導電膜18之間施加電壓測定了分極的電壓依存性，測定了殘留分極值Pr 及抗電壓值Vc 之溫度依存性。圖33係顯示實施例的膜構造體之殘留分極值的溫度依存性之圖。圖34係顯示實施例的膜構造體之抗電壓值的溫度依存性之圖。圖33的縱軸顯示殘留分極值Pr 的平方，圖34的縱軸顯示抗電壓值Vc 的2/3次方。
如圖33所示，殘留分極值Pr 的平方的溫度依存性具有直線性，如圖34所示，抗電壓值Vc 的2/3次方之溫度依存性顯示直線性。針對圖33的殘留分極值，考慮在高溫的洩漏的影響，於居里溫度Tc 的評估沒有使用，但針對圖34的抗電壓值，藉由最小平方法算出測定資料的近似直線，算出所算出的近似直線與溫度軸交叉的溫度，把算出的溫度評估為居里溫度Tc ，居里溫度Tc 為587℃，顯示極高的值。
亦即，根據配向膜12具有突出部12b的實施例的膜構造體，可知具有極為接近PZT的居里溫度理論值之高居里溫度。因此，可知根據本實施型態的膜構造體，包含於壓電膜15的PZT為單晶，因此壓電特性提高了。
以上根據其實施型態具體說明由本案發明人所完成的發明，但本發明並不以前述實施型態為限，在不逸脫於其要旨的範圍當然可以進行種種的變更。
在本發明的思想的範圍，只要是熟悉該項技藝者(業者)，就可能會想到各種變更例及修正例，針對這些變更例及修正例也應該理解為數於本發明的範圍。
例如，對於前述各實施型態，熟悉該項技藝者進行適當的、構成要素的追加、削減或者設計變更者，或者進行了步驟的追加、省略或者條件變更者，只要具備本發明之要旨，都包含於本發明的範圍。
10‧‧‧膜構造體 11‧‧‧基板 11a、12c‧‧‧上面 11b‧‧‧中心 11c‧‧‧測定部分 12‧‧‧配向膜 12a‧‧‧膜部 12b‧‧‧突出部 12d‧‧‧上層部 12e‧‧‧下層部 12f‧‧‧氧化鋯膜 13、18‧‧‧導電膜 13a‧‧‧鉑膜 14‧‧‧膜 14a‧‧‧SRO膜 15、16、17‧‧‧壓電膜 15a、16a、17a‧‧‧鋯鈦酸鉛膜 16g、17g‧‧‧結晶粒 17f‧‧‧膜 AR1‧‧‧箭頭 CP1‧‧‧強介電體電容器 CS1、CS2‧‧‧壓縮應力 EP‧‧‧終點 HT1‧‧‧突出高度 IF1、IF2‧‧‧界面 P1‧‧‧分極成分 PLU‧‧‧平面 RG5‧‧‧區域 SP‧‧‧起點 TS1～TS4‧‧‧拉伸應力
圖1係實施型態之膜構造體之剖面圖。 圖2係實施型態之膜構造體具有作為上部電極之導電膜的場合之膜構造體之剖面圖。 圖3係由圖2所示的膜構造體除去基板及配向膜的場合膜構造體之剖面圖。 圖4係實施型態之膜構造體之其他例之剖面圖。 圖5係擴大顯示圖4所示的膜構造體的一部分之剖面圖。 圖6係圖4所示的膜構造體之剖面圖。 圖7係圖4所示的膜構造體的製造步驟中之膜構造體之剖面圖。 圖8係模式顯示實施型態的膜構造體所包含的2個壓電膜的剖面構造之圖。 圖9係模式顯示實施型態之膜構造體所包含的壓電膜的分極之電場依存性之圖。 圖10係說明包含於實施型態的膜構造體之各層的膜磊晶成長的狀態之圖。 圖11係模式顯示鋯鈦酸鉛之單位晶格之圖。 圖12係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。 圖13係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。 圖14係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。 圖15係實施型態之膜構造體的製造步驟中之剖面圖。 圖16係實施型態的變形例之膜構造體之剖面圖。 圖17係顯示實施例的膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。 圖18係顯示實施例的膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。 圖19係顯示比較例之膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。 圖20係顯示比較例之膜構造體之根據XRD法之θ-2θ頻譜之例之圖。 圖21係顯示實施例的膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。 圖22係顯示實施例的膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。 圖23係顯示實施例的膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。 圖24係顯示實施例的膜構造體之根據XRD法之極點圖之例之圖。 圖25係供說明藉由XRD法測定基板的翹曲量的方法之圖。 圖26係顯示藉由XRD法測定基板的翹曲量的結果之圖。 圖27係顯示實施例的膜構造體之HAADF影像之照片。 圖28係顯示實施例的膜構造體之BF影像之照片。 圖29係顯示實施例的膜構造體之BF影像之照片。 圖30係顯示實施例的膜構造體之HAADF影像之照片。 圖31係顯示實施例的膜構造體之分極的電壓依存性之圖。 圖32係顯示實施例的膜構造體之移位的電壓依存性之圖。 圖33係顯示實施例的膜構造體之殘留分極值的溫度依存性之圖。 圖34係顯示實施例的膜構造體之抗電壓值的溫度依存性之圖。
10‧‧‧膜構造體
11‧‧‧基板
11a‧‧‧上面
12‧‧‧配向膜
12a‧‧‧膜部
12b‧‧‧突出部
13‧‧‧導電膜
IF1‧‧‧界面
IF2‧‧‧界面

Claims (20)

  1. 一種膜構造體，其特徵為具有包含由(100)面構成的主面之矽基板、被形成於前述主面上，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向的第1氧化鋯膜之第1膜、以及被形成於前述第1膜上，具有立方晶的結晶構造，且包含(100)配向的鉑膜之導電膜；前述第1膜與前述導電膜之間的第1界面之第1平均界面粗糙度，比前述矽基板與前述第1膜之間的第2界面之第2平均界面粗糙度更大，前述第1膜，包含被形成於前述主面上的膜部，與由前述膜部的上面分別突出的複數突出部，前述膜部，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向的第2氧化鋯膜，前述複數突出部之各個，具有立方晶的結晶構造，且包含(100)配向之第3氧化鋯膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之膜構造體，其中前述突出部之垂直於沿著前述主面的第1方向之剖面形狀，為三角形狀，前述突出部之沿著前述主面且垂直於前述第1方向的方向之第2方向的寬幅，由前述膜部側起朝向與前述膜部 側相反之側減少。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之膜構造體，其中前述膜部的厚度為11~18nm，前述複數突出部之各個由前述膜部上面突出的突出高度為4~8nm。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之膜構造體，其中前述導電膜覆蓋前述複數突出部，於相鄰的2個前述突出部之間，被埋入前述導電膜。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之膜構造體，其中前述導電膜具有第1拉伸應力，前述第1膜具有第1壓縮應力或者比前述第1拉伸應力更小的第2拉伸應力。
  6. 如申請專利範圍第5項之膜構造體，其中前述第1膜的上層部具有第2壓縮應力，前述第1膜的下層部具有第3拉伸應力，前述第1膜具有前述第1壓縮應力時，前述第2壓縮應力比前述第1壓縮應力更大，前述第1膜具有前述第2拉伸應力時，前述第3拉伸應力比前述第2拉伸應力更大。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之膜構造體，其中具有被形成於前述導電膜上，具有正方晶之結晶構造，且包含(001)配向之鋯鈦酸鉛膜的壓電膜。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之膜構造體，其中前述第1氧化鋯膜，以沿著前述第1氧化鋯膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向成平行的方式配向；前述鉑膜，以沿著前述鉑膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向平行的方式配向。
  9. 如申請專利範圍第7項之膜構造體，其中前述第1氧化鋯膜，以沿著前述第1氧化鋯膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向成平行的方式配向；前述鉑膜，以沿著前述鉑膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向平行的方式配向；前述鋯鈦酸鉛膜，以沿著前述鋯鈦酸鉛膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向平行的方式配向。
  10. 如申請專利範圍第7項之膜構造體，其中 前述鋯鈦酸鉛膜，具有以下列一般式(化學式1)表示的鋯鈦酸鉛構成的複合氧化物，Pb(Zr1-xTix)O3．．．(化學式1)，前述x滿足0.32≦x≦0.52，前述鋯鈦酸鉛的c軸方向的第2晶格常數對a軸方向之第1晶格常數之晶格常數比，為1.010~1.016。
  11. 一種膜構造體之製造方法，其特徵為具有(a)準備包含由(100)面構成的主面之矽基板的步驟、(b)於前述主面上，形成具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向的第1氧化鋯膜之第1膜的步驟、以及(c)於前述第1膜上，形成具有立方晶的結晶構造，且包含(100)配向的鉑膜之導電膜的步驟；前述第1膜與前述導電膜之間的第1界面之第1平均界面粗糙度，比前述矽基板與前述第1膜之間的第2界面之第2平均界面粗糙度更大，在前述(b)步驟，形成包含被形成於前述主面上的膜部，與由前述膜部的上面分別突出的複數突出部之前述第1膜，前述膜部，具有立方晶之結晶構造，且包含(100)配向的第2氧化鋯膜，前述複數突出部之各個，具有立方晶的結晶構造，且包含(100)配向之第3氧化鋯膜。
  12. 如申請專利範圍第11項之膜構造體之製造方法，其中前述突出部之垂直於沿著前述主面的第1方向之剖面形狀，為三角形狀，前述突出部之沿著前述主面且垂直於前述第1方向的方向之第2方向的寬幅，由前述膜部側起朝向與前述膜部側相反之側減少。
  13. 如申請專利範圍第11或12項之膜構造體之製造方法，其中前述膜部的厚度為11~18nm，前述複數突出部之各個由前述膜部上面突出的突出高度為4~8nm。
  14. 如申請專利範圍第11或12項之膜構造體之製造方法，其中在前述(c)步驟，形成覆蓋前述複數突出部的前述導電膜，在前述(c)步驟，於相鄰的2個前述突出部之間，被埋入前述導電膜。
  15. 如申請專利範圍第11或12項之膜構造體之製造方法，其中前述導電膜具有第1拉伸應力，前述第1膜具有第1壓縮應力或者具有比前述第1拉伸 應力更小的第2拉伸應力。
  16. 如申請專利範圍第15項之膜構造體之製造方法，其中前述第1膜的上層部具有第2壓縮應力，前述第1膜的下層部具有第3拉伸應力，前述第1膜具有前述第1壓縮應力時，前述第2壓縮應力比前述第1壓縮應力更大，前述第1膜具有前述第2拉伸應力時，前述第3拉伸應力比前述第2拉伸應力更大。
  17. 如申請專利範圍第11或12項之膜構造體之製造方法，其中具有(d)於前述導電膜上，形成具有正方晶之結晶構造，且包含(001)配向的鋯鈦酸鉛膜之壓電膜的步驟。
  18. 如申請專利範圍第11或12項之膜構造體之製造方法，其中前述第1氧化鋯膜，以沿著前述第1氧化鋯膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向成平行的方式配向；前述鉑膜，以沿著前述鉑膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向平行的方式配向。
  19. 如申請專利範圍第17項之膜構造體之製造方法，其中 前述第1氧化鋯膜，以沿著前述第1氧化鋯膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向成平行的方式配向；前述鉑膜，以沿著前述鉑膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向平行的方式配向；前述鋯鈦酸鉛膜，以沿著前述鋯鈦酸鉛膜的前述主面之<100>方向，與沿著前述矽基板的前述主面之<100>方向平行的方式配向。
  20. 如申請專利範圍第17項之膜構造體之製造方法，其中前述鋯鈦酸鉛膜，具有以下列一般式(化學式1)表示的鋯鈦酸鉛構成的複合氧化物，Pb(Zr`-xTix)O3．．．(化學式1)，前述x滿足0.32≦x≦0.52，前述鋯鈦酸鉛的c軸方向的第2晶格常數對a軸方向之第1晶格常數之晶格常數比，為1.010~1.016。
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