WO2023171108A1 - 膜構造体及び電子デバイス - Google Patents

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WO2023171108A1
WO2023171108A1 PCT/JP2023/000246 JP2023000246W WO2023171108A1 WO 2023171108 A1 WO2023171108 A1 WO 2023171108A1 JP 2023000246 W JP2023000246 W JP 2023000246W WO 2023171108 A1 WO2023171108 A1 WO 2023171108A1
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film
substrate
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electronic device
piezoelectric film
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晃雄 小▲西▼
広晃 金森
猛 飯塚
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ＭｉｃｒｏＩｎｎｏｖａｔｏｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ株式会社
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/01—Manufacture or treatment
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    • H10N30/045—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning by polarising
    • H—ELECTRICITY
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    • H10N30/853—Ceramic compositions
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals

Definitions

  • the present invention relates to a membrane structure and an electronic device.
  • a film structure having a substrate and a piezoelectric film formed on the substrate, and an electronic device equipped with the film structure are known.
  • Patent Document 1 JP-A No. 2003-198319 discloses a substrate made of a semiconductor or an insulator having a vibration space, and a lower electrode, a piezoelectric thin film, and an upper electrode arranged in this order at a position facing the vibration space of the substrate.
  • the piezoelectric thin film is an aluminum nitride thin film exhibiting c-axis orientation in a thin film piezoelectric resonator including a stacked layered structure.
  • the aluminum nitride film which is a piezoelectric film
  • the polarization direction of the piezoelectric film is oriented perpendicular to the substrate.
  • the piezoelectric film in the in-plane direction along the top surface of the substrate may be preferable to align the piezoelectric film in the in-plane direction along the top surface of the substrate, that is, to grow the piezoelectric film epitaxially, but it is also preferable to align the orientation direction of the piezoelectric film in the in-plane direction along the top surface of the substrate. It is difficult. Additionally, depending on the device, in addition to aligning the polarization direction of the piezoelectric film perpendicular to the substrate, advantageous devices can be created by aligning the orientation direction of the piezoelectric film in the in-plane direction along the top surface of the substrate. There are things you can do.
  • the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and in a film structure having a piezoelectric film formed on a substrate, the polarization direction of the piezoelectric film is directed toward the substrate. It is an object of the present invention to provide a film structure in which the piezoelectric films are aligned in the vertical direction and in which the orientation direction of the piezoelectric films is also aligned in the in-plane direction along the upper surface of the substrate.
  • a film structure as an embodiment of the present invention includes a substrate, a buffer film containing ZrO 2 formed on the substrate, and a piezoelectric film formed on the buffer film, and the substrate is a Si substrate. , or an SOI substrate including a base made of a Si substrate, an insulating layer on the base, and an SOI layer made of a Si film on the insulating layer, in which the polarization direction of the piezoelectric film is preferentially oriented perpendicular to the substrate. ing.
  • the film structure may include a metal film formed on the buffer film.
  • the metal film may be a Pt film, a Mo film, a W film, a Ru film, or a Cu film.
  • the film structure may include an SRO film formed on a metal film.
  • the piezoelectric film may be made of nitride.
  • the nitride may be AlN.
  • the nitride may be doped with Sc.
  • the Si substrate may be a Si (100) substrate, or the SOI layer may be made of a Si (100) film.
  • the Si substrate may be a Si (111) substrate, or the SOI layer may be made of a Si (111) film.
  • An electronic device as one embodiment of the present invention is an electronic device including the film structure.
  • An electronic device as an embodiment of the present invention is an electronic device including the membrane structure, and the membrane structure has a comb-teeth electrode formed on the top or bottom surface of the piezoelectric film.
  • the film structure may include a matching layer formed on the substrate.
  • a hollow portion may be provided at the bottom of the piezoelectric film.
  • the film structure may have an upper electrode formed on the top of the piezoelectric film and a lower electrode formed on the bottom of the piezoelectric film.
  • the area of the overlapping portion of the upper electrode and the lower electrode may be smaller than the area of the hollow portion.
  • the area of the overlapping portion of the upper electrode and the lower electrode may be 1/2 or less of the area of the hollow portion.
  • the film structure may include a matching layer formed on the substrate.
  • the matching layer may be made of a material whose hardness increases as the temperature rises.
  • the material may be a Si compound.
  • the piezoelectric film may be made of nitride.
  • the polarization direction of the piezoelectric film can be aligned in a direction perpendicular to the substrate, and the orientation of the piezoelectric film can be aligned. It is possible to realize a film structure whose directions are aligned even in the in-plane direction along the upper surface of the substrate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane structure of Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane structure of Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane structure of Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane structure of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of an electronic device according to a third embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of an electronic device according to a third embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of an electronic device according to a third embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a crystal structure of c-axis oriented AlN.
  • 3 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum obtained by the XRD method of the membrane structure of Example 1.
  • 3 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum obtained by the XRD method of the membrane structure of Example 2.
  • 3 is a graph showing the results of reciprocal lattice map measurement of the membrane structure of Example 1.
  • 3 is a graph showing the results of reciprocal lattice map measurement of the membrane structure of Example 2.
  • 3 is a graph showing an example of a ⁇ scan spectrum of the membrane structure of Example 1 obtained by the XRD method.
  • 3 is a graph showing an example of the ⁇ scan spectrum of the membrane structure of Example 2 obtained by the XRD method.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining lattice matching between the AlN (001) plane and the Pt (100) plane in the film structure of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining lattice matching between the AlN (001) plane and the Pt (100) plane in the film structure of Example 1.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining lattice matching between the AlN (001) plane and the Pt (111) plane in the film structure of Example 2.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining lattice matching between the AlN (001) plane and the Pt (111) plane in the film structure of Example 2.
  • hatching shading added to distinguish structures may be omitted depending on the drawing.
  • Embodiment 1 First, a membrane structure according to Embodiment 1, which is one embodiment of the present invention, will be described. 1 to 4 are cross-sectional views of the membrane structure of the first embodiment.
  • the membrane structure 10 of the first embodiment is a membrane structure having a piezoelectric film 11 and a substrate 12, in which the polarization direction of the piezoelectric film 11, that is, the piezoelectric film portion is directed toward the substrate 12. It is characterized by preferential orientation perpendicular to .
  • the polarization direction is indicated by polarization direction DP1 (the same applies to FIGS. 2 and 5 to 15). Since the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12, it is possible to realize a film structure in which the polarization direction of the piezoelectric film is aligned perpendicular to the substrate.
  • the membrane structure 10 of the first embodiment is a membrane structure having a piezoelectric membrane 11, an electrode 13, and a substrate 12, and the piezoelectric membrane 11, that is, the piezoelectric membrane portion. It is characterized in that the polarization direction is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12. As described above, since the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12, it is possible to realize a film structure in which the polarization direction of the piezoelectric film is aligned perpendicular to the substrate. .
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is oriented perpendicular to the substrate 12. This means that the portion exceeds 50% of the entire piezoelectric film 11 in volume fraction, for example, when measuring a ⁇ -2 ⁇ spectrum by In the obtained ⁇ -2 ⁇ spectrum, the peak intensity of the maximum peak indicating the portion where the polarization direction is oriented perpendicular to the substrate 12 is different from the peak intensity indicating the portion where the polarization direction is not oriented perpendicular to the substrate 12. This means that the peak intensity is higher than the maximum peak intensity shown.
  • the case where the polarization direction is perpendicular to the substrate 12 means not only the case where the polarization direction is completely perpendicular to the top surface of the substrate 12 but also the case where the angle between the direction perpendicular to the top surface of the substrate 12 and the polarization direction is 20°. This includes cases where:
  • the material of the piezoelectric film 11 is nitride. That is, the piezoelectric film 11 is made of nitride.
  • the material of the piezoelectric film 11 is a nitride, aluminum nitride (AlN) or gallium nitride (GaN), which is a lead-free piezoelectric material with excellent piezoelectric properties, can be used.
  • the material of the piezoelectric film 11 is preferably a c-axis oriented AlN-based piezoelectric material, that is, a piezoelectric material containing AlN as a main component. That is, the nitride is AlN.
  • the material of the piezoelectric film 11 is mainly composed of AlN, it is possible to use a piezoelectric material that is lead-free, has a high Clark number, contains an element that is abundant on the earth, and has excellent piezoelectric properties. can.
  • c-axis orientation of AlN AlN can be oriented such that the c-axis direction, which is the polarization direction of AlN, is perpendicular to the substrate 12. Note that AlN has a hexagonal wurtzite structure and is polarized in the c-axis direction. GaN also has a wurtzite structure.
  • a piezoelectric material containing AlN as a main component means that the content of AlN in the piezoelectric material exceeds 50% by weight, or the content of AlN in the piezoelectric material exceeds 50 mol%. means.
  • the nitride is doped with scandium (Sc).
  • Sc scandium
  • the nitride material piezoelectric characteristics can be improved by adding Sc to the nitride.
  • magnesium, niobium, hafnium, yttria, boron, titanium, etc. may be used as the doping material.
  • the polarizability of the piezoelectric film 11 is 80% or more. This makes it possible to realize a film structure in which the polarization direction of the piezoelectric film is aligned perpendicular to the substrate.
  • the substrate 12 has a structure in which a Si layer and two ZrO layers are stacked in this order.
  • Si represents silicon and ZrO2 represents zirconium oxide.
  • ZrO 2 serves as a buffer film and contributes to forming the piezoelectric material formed thereon with good crystallinity. That is, since the buffer film contains ZrO 2 formed on the Si layer, the polarization direction of the piezoelectric film is aligned perpendicular to the substrate, and the orientation direction of the piezoelectric film is aligned with the plane along the upper surface of the substrate. It can also be aligned inward.
  • the substrate 12 includes a (100) oriented Si layer 12a and a ZrO 2 layer 12b formed on the Si layer 12a.
  • the ZrO 2 layer 12b preferably includes (200) oriented ZrO 2 and (002) oriented ZrO 2 .
  • a (100) oriented Si substrate that is, a Si (100) substrate can be used.
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is oriented perpendicular to the substrate 12, such as a piezoelectric material whose main component is a c-axis oriented AlN-based piezoelectric material, and the piezoelectric film 11 is epitaxially grown. , can be easily formed on the substrate 12.
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 can be aligned perpendicular to the substrate, and the orientation direction of the piezoelectric film can be aligned with the substrate.
  • Electronic devices that are aligned even in the in-plane direction along the top surface of the semiconductor substrate can be formed on an inexpensive semiconductor substrate.
  • the electrode 13 has a structure in which a Pt (200) layer and a SrRuO 3 (100) layer are stacked in this order.
  • Pt represents platinum
  • SrRuO 3 (SRO) represents strontium ruthenate.
  • the electrode 13 preferably includes a (200) oriented Pt layer 13a formed on the substrate 12 and a (100) oriented SRO layer 13b formed on the Pt layer 13a.
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is oriented perpendicular to the substrate 12, such as a piezoelectric material whose main component is a c-axis oriented AlN-based piezoelectric material, and the piezoelectric film 11 is epitaxially grown. , can be easily formed on the substrate 12 via the electrode 13 as the lower electrode.
  • the present invention is not limited to the case where the Si layer 12a is (100) oriented, and is not limited to the case where the ZrO 2 layer 12b is (200) oriented or (002) oriented, and the case where the Pt layer 13a is (200) oriented.
  • the present invention is not limited to the case where the electrode 13 is formed on the Pt layer 13a and includes the (100) oriented SRO layer 13b.
  • the substrate 12 can include a (111) oriented Si layer 12a and a ZrO 2 layer 12b formed on the Si layer 12a.
  • the ZrO 2 layer 12b preferably includes, for example, (111)-oriented ZrO 2 .
  • a (111) oriented Si substrate that is, a Si (111) substrate can be used.
  • the piezoelectric film 11 is also epitaxially grown, and the polarization direction of the piezoelectric film 11 is oriented perpendicular to the substrate 12, such as a piezoelectric material whose main component is an AlN-based piezoelectric material with c-axis orientation. can be easily formed on the substrate 12.
  • the electrode 13 is formed on the substrate 12 and includes a (111) oriented Pt layer 13a.
  • the Si layer 12a of the substrate 12 can be regarded as a substrate.
  • the film structure 10 of the first embodiment includes a substrate (Si layer 12a) which is a Si substrate, and a buffer film (ZrO 2 layer) containing ZrO 2 formed on the substrate (Si layer 12a). 12b) and a piezoelectric film 11 formed on a buffer film (ZrO 2 layer 12b) via a metal film (Pt layer 13a), and the polarization direction of the piezoelectric film 11 is aligned with the upper surface of the substrate 12. It is a membrane structure with a preferential vertical orientation.
  • the piezoelectric film 11 is a piezoelectric film formed on Pt/ZrO 2 /Si.
  • the film structure 10 further includes a metal film (Pt layer 13a) on the buffer film (ZrO 2 layer 12b), and the metal film (Pt
  • the piezoelectric film 11 includes a ZrO 2 film (ZrO 2 layer 12b) on the Si substrate (Si layer 12a) in order from the bottom. , a piezoelectric film formed through a Pt film (Pt layer 13a) and an SRO film (SRO layer 13b).
  • an SOI (Silicon On Insulator) substrate which is a semiconductor substrate, can also be used as the Si layer 12a of the substrate 12 instead of the Si substrate.
  • the substrate 12 includes a base 12c made of Si, a BOX (Buried Oxide) layer 12d as an insulating layer which is a buried oxide film formed on the base 12c, and a BOX (Buried Oxide) layer 12d formed on the BOX layer 12d. It includes a Si layer 12a which is an SOI (Silicon On Insulator) layer formed of a Si film.
  • a film structure having excellent dielectric constant characteristics and withstand voltage characteristics of a piezoelectric film can be formed on an SOI substrate, and a plurality of piezoelectric elements formed with high shape accuracy can be formed on the SOI substrate.
  • Electronic devices made of micro electro mechanical systems (MEMS) can be easily formed.
  • an SOI substrate instead of a Si substrate an SOI layer made of a Si (100) film can be used as the (100) oriented Si layer 12a of the substrate 12, or 111)
  • As the oriented Si layer 12a an SOI layer made of a Si(111) film can be used.
  • the Si layer 12a of the substrate 12 can be regarded as a substrate.
  • the film structure 10 of the first embodiment includes a substrate (Si layer 12a) which is an SOI substrate, and a buffer film (ZrO 2 layer) containing ZrO 2 formed on the substrate (Si layer 12a). 12b) and a piezoelectric film 11 formed on a buffer film (ZrO 2 layer 12b) via a metal film (Pt layer 13a), and the polarization direction of the piezoelectric film 11 is aligned with the upper surface of the substrate 12. It is a membrane structure with a preferential vertical orientation.
  • the piezoelectric film 11 is a piezoelectric film formed on Pt/ZrO 2 /Si on SOI.
  • the film structure 10 further includes a metal film (Pt layer 13a) on the buffer film (ZrO 2 layer 12b), and the metal film (Pt
  • the piezoelectric film 11 includes a ZrO 2 film (ZrO 2 layer 12b) on the substrate (Si layer 12a) which is an SOI substrate in order from the bottom.
  • the electrode 13 can also include a Mo layer 13c or a W layer 13d instead of the Pt layer 13a.
  • the electrode 13 will include the SRO layer 13b formed on the Mo layer 13c or the W layer 13d.
  • the film structure 10 of the first embodiment includes a ZrO 2 film (ZrO 2 layer 12b) and a Mo film on a substrate (Si layer 12a), which is a Si substrate or an SOI substrate, in order from the bottom.
  • the piezoelectric film 11 is formed via a (Mo layer 13c) or a W film (W layer 13d).
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is similar to the case where the electrode 13 includes the Pt layer 13a, such as a piezoelectric material whose main component is a c-axis oriented AlN-based piezoelectric material.
  • the piezoelectric film 11 oriented perpendicular to the piezoelectric film 12 and grown epitaxially can be easily formed on the substrate 12 via the electrode 13 serving as the lower electrode.
  • a Ru layer or a Cu layer may be used as the material for the electrodes 13a, 13c, or 13d. These materials are common as electrode materials.
  • the thickness of the piezoelectric film 11 is preferably 100 nm or more. When the film thickness of the piezoelectric film 11 is 100 nm or more, the film thickness of the piezoelectric film 11 can be made sufficiently larger than when the film thickness of the piezoelectric film 11 is less than 100 nm. It is possible to form an electronic device on a substrate in which the directions are aligned perpendicular to the substrate, and the orientation direction of the piezoelectric film is also aligned in the in-plane direction along the upper surface of the substrate.
  • the electronic device according to the second embodiment is a bulk acoustic wave (BAW) filter or a piezoelectric thin film resonator (Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR) including the film structure according to the first embodiment.
  • BAW bulk acoustic wave
  • FBAR piezoelectric thin film resonator
  • an electronic device 20 is an electronic device including a membrane structure 10 having a piezoelectric film 11, two electrodes, and a substrate 12, in which polarization of the piezoelectric film 11 It is characterized in that the direction is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12.
  • the film structure 10 included in the electronic device 20 of the second embodiment can also include the piezoelectric film 11, the electrode 13, and the substrate 12, similarly to the film structure 10 of the first embodiment. That is, the electronic device 20 of the second embodiment includes the electrode 13 and the piezoelectric film 11 on the substrate 12. Therefore, among the piezoelectric film 11, electrode 13, and substrate 12 that the film structure 10 has, the same parts as the piezoelectric film 11, electrode 13, and substrate 12 that the film structure 10 of Embodiment 1 have, Explanation may be omitted.
  • the substrate 12 has a hollow portion below the piezoelectric film 11. 21 are provided. In such a case, at least the central portion of the piezoelectric film 11 located on the hollow portion 21 is not restrained by the substrate 12 and can vibrate freely, so that bulk acoustic waves are generated in the central portion. can be easily generated. Note that since a hollow portion is provided in the lower part of the piezoelectric film 11, when the substrate 12 is etched from the back side, the Si layer 12a (see FIGS. 3 and 4) included in the substrate 12 is etched and removed. The ZrO 2 layer 12b (see FIGS.
  • FIGS. 5 to 12 illustration of the case where the ZrO 2 layer 12b (see FIGS. 3 and 4) remains without being etched is omitted.
  • an upper electrode 22 is provided as an upper electrode or an upper electrode formed on the piezoelectric film 11.
  • the electrode 13 is a lower electrode formed under the piezoelectric film 11 or an electrode serving as a lower electrode. That is, the electrode 22 and the electrode 13 are an upper electrode formed on the upper part of the piezoelectric film 11 and a lower electrode formed on the lower part of the piezoelectric film 11. In the example shown in FIG. 5, electrodes are formed above and below in contact with the piezoelectric film 11.
  • the membrane structure 10 is a membrane structure having a piezoelectric membrane 11, two electrodes, an electrode 13 and an electrode 22, and a substrate 12, in which the polarization direction of the piezoelectric membrane 11, that is, the piezoelectric membrane portion is It is characterized by preferential orientation perpendicular to the substrate 12.
  • a voltage such as an AC voltage between the electrode 13 and the electrode 22
  • an electric field such as an AC electric field in the thickness direction of the piezoelectric film 11 can be easily applied to the piezoelectric film 11.
  • bulk elastic waves can be easily generated in the piezoelectric film 11.
  • it since it is possible to generate or pass a bulk elastic wave having a resonant frequency determined depending on the elastic characteristics of the piezoelectric film 11, etc., it can function as a resonator or a filter.
  • the substrate 12 includes a (100)-oriented or (111)-oriented Si layer 12a (see FIG. 3) and a ZrO layer formed on the Si layer 12a.
  • a substrate including two layers 12b (see FIG. 3) can be used.
  • the ZrO 2 layer 12b preferably includes (200)-oriented ZrO 2 and (002)-oriented ZrO 2 , or (111)-oriented ZrO 2 .
  • the Si layer 12a of the substrate 12 can be regarded as a substrate
  • the electronic device 20 of the second embodiment has the electrode 13 and the piezoelectric film 11 on the substrate (Si layer 12a) which is a Si substrate. This is an electronic device in which the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12, and a hollow portion 21 is provided in the lower part of the piezoelectric film 11.
  • the area A of the overlapping portion of the upper and lower electrodes is smaller than the area B of the piezoelectric film 11 and the lower electrode exposed in the hollow portion. That is, the area of the overlapping portion between the electrode 22, which is the upper electrode, and the electrode 13, which is the lower electrode, is smaller than the area of the hollow portion 21.
  • the portion of the piezoelectric film 11 to which the electric field is applied in the thickness direction can be reliably separated from the substrate 12. Therefore, the portion of the piezoelectric film 11 to which the electric field is applied in the thickness direction is not restrained by the substrate 12 and can vibrate freely, making it possible to more easily generate bulk elastic waves.
  • the area ratio of the area A of the overlapping portion of the upper and lower electrodes to the area B of the piezoelectric film 11 and the lower electrode exposed in the hollow portion is less than 1/2 or 1/2. 2 or less. That is, the area of the overlapping portion between the electrode 22, which is the upper electrode, and the electrode 13, which is the lower electrode, is 1/2 or less of the area of the hollow portion 21.
  • the portion of the piezoelectric film 11 to which the electric field is applied in the thickness direction can be further reliably separated from the substrate 12. Therefore, the portion of the piezoelectric film 11 to which the electric field is applied in the thickness direction is not further restricted by the substrate 12 and can vibrate more freely, making it possible to more easily generate bulk acoustic waves.
  • the film structure 10 provided in the electronic device 20 of the second embodiment also includes the piezoelectric film 11, the electrode 13, and the substrate 12, similarly to the film structure 10 of the first embodiment. can have. Therefore, similarly to the film structure 10 of the first embodiment, the film structure 10 provided in the electronic device 20 of the second embodiment uses a Si substrate as the Si layer 12a of the substrate 12 (see FIG. 4). Instead, an SOI substrate which is a semiconductor substrate can be used, and the electrode 13 has a Mo layer 13c (see FIG. 3) or a W layer 13d (see FIG. 3) instead of the Pt layer 13a (see FIG. 3). It can also be included.
  • a Ru layer or a Cu layer may be used as the material for the electrodes 13a, 13c, or 13d. These materials are common as electrode materials.
  • the material of the piezoelectric film 11 is preferably nitride, similarly to the film structure 10 of the first embodiment.
  • the material of the piezoelectric film 11 is preferably an AlN-based piezoelectric material with c-axis orientation, that is, the nitride is preferably AlN, and the nitride is preferably doped with Sc, and the polarization of the piezoelectric film 11 is The ratio is preferably 80% or more, and the thickness of the piezoelectric film is preferably 100 nm or more.
  • the electronic device 20 shown in FIG. 6 has a dielectric layer 23 as a matching layer on the substrate 12 and under the lower electrode, that is, under the electrode 13, in addition to the parts included in the electronic device 20 shown in FIG.
  • the parts of the electronic device 20 other than the dielectric layer 23 are made of a material that becomes soft as the temperature rises, and the dielectric layer 23 is made of a material that becomes hard as the temperature rises, the dielectric of the electronic device 20
  • the temperature dependence of the modulus or piezoelectric properties, ie the temperature properties can be stabilized or adjusted.
  • dielectric layer 23 is a Si compound, for example silicon dioxide (SiO 2 ).
  • SiO 2 silicon dioxide
  • the dielectric layer 23 since the dielectric layer 23 is made of a material that is highly compatible with the manufacturing process of semiconductor devices, the dielectric layer 23 can be easily formed.
  • the electronic device 20 shown in FIG. 7 has a dielectric layer 24 as an upper dielectric layer on the piezoelectric film 11 in addition to the parts that the electronic device 20 shown in FIG. 5 has.
  • the parts of the electronic device 20 other than the dielectric layer 24 are made of a material that becomes soft as the temperature rises, and the dielectric layer 24 is made of a material that becomes hard as the temperature rises, the dielectric of the electronic device 20
  • the temperature dependence of the modulus or piezoelectric properties, ie the temperature properties can be stabilized or adjusted.
  • dielectric layer 24 is a Si compound, for example SiO2 .
  • the dielectric layer 24 is made of a material that is highly compatible with the manufacturing process of semiconductor devices, the dielectric layer 24 can be easily formed.
  • one of the piezoelectric films 11 is fixed, and the other side is made of a material whose hardness changes depending on the temperature. It can be made so that it is fixed weakly. That is, either the top or bottom of the piezoelectric film 11 can be fixed, and the opposite side of the piezoelectric film 11 can be weakly fixed with a material whose hardness changes depending on the temperature (described later).
  • Embodiment 3 described using FIGS. 13 to 15 This makes it possible to realize an electronic device that takes advantage of displacement in the sliding direction and that can compensate for temperature characteristics.
  • the electronic device 20 shown in FIG. 8 includes, in addition to the parts included in the electronic device 20 shown in FIG. and a dielectric layer 24 as an upper dielectric layer thereon. Also, in the example shown in FIG. 8, dielectric layer 24 is provided on top electrode 22. In the example shown in FIG. That is, in the example shown in FIG. 8 as well, electrodes are formed above and below in contact with the piezoelectric film 11.
  • the parts of the electronic device 20 other than the dielectric layer 23 and the dielectric layer 24 are made of a material that becomes soft as the temperature rises, and the dielectric layer 23 and the dielectric layer 24 are made of a material that becomes hard as the temperature rises. If the electronic device 20 is made of a material whose hardness increases as the temperature increases, the temperature dependence of the dielectric constant characteristics or piezoelectric characteristics of the electronic device 20, that is, the temperature characteristics can be stabilized or adjusted.
  • dielectric layer 23 and dielectric layer 24 are Si compounds, for example SiO 2 .
  • a dielectric layer 23 as a lower dielectric layer is provided between the substrate 12 and the piezoelectric film 11, and a dielectric layer 24 as an upper dielectric layer is provided on the piezoelectric film 11.
  • an electrode 22 as an upper electrode is provided on a dielectric layer 24 as an upper electrode. That is, the electronic device 20 shown in FIG. 9 is obtained by reversing the stacking order of the electrode 22 and the dielectric layer 24 in the vertical direction in the electronic device 20 shown in FIG. Further, the structure shown in FIG. 9 is not a structure in which electrodes are formed above and below in contact with the piezoelectric film 11. Even in such a case, the same effects as the electronic device 20 shown in FIG. 8 can be achieved. Further, as described above, the dielectric layer 23 and the dielectric layer 24 are made of a Si compound, for example, SiO 2 .
  • the electronic device 20 has two electrodes 22 as upper electrodes.
  • the two electrodes 22 are shown as electrode 22a and electrode 22b. This makes it possible to more easily realize an electronic device that takes advantage of displacement in the sliding direction.
  • FIG. 10 schematically shows a case where the piezoelectric film 11 has two types of displacement in the sliding direction.
  • the polarization direction (polarization direction DP1) of the piezoelectric film 11 is perpendicular to the substrate 12 and preferentially oriented in a plurality of directions, and there are electrodes 22 and 13 on the top and bottom of the piezoelectric film. It is preferable. In such a case as well, it is possible to more easily realize an electronic device that takes advantage of displacement in the sliding direction.
  • a plurality of electrodes be provided above or below the piezoelectric film 11.
  • no lower electrode is provided, and two electrodes 22, ie, electrode 22a and electrode 22b, are provided as upper electrodes.
  • two electrodes 22, ie, electrode 22a and electrode 22b are provided as upper electrodes.
  • Embodiment 3 is a surface acoustic wave (SAW) filter including the membrane structure according to the first embodiment.
  • SAW surface acoustic wave
  • an electronic device 30 is an electronic device equipped with a membrane structure 10 having a piezoelectric film 11, a comb-shaped electrode, and a substrate 12, in which polarization of the piezoelectric film 11 It is characterized in that the direction is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12.
  • the film structure 10 provided in the electronic device 30 of the third embodiment can include the piezoelectric film 11 and the substrate 12. Therefore, the description of the same portions of the piezoelectric film 11 and substrate 12 of the film structure 10 as the piezoelectric film 11 and the substrate 12 of the film structure 10 of Embodiment 1 may be omitted. be.
  • the electronic device 30 of the third embodiment is a SAW filter including the membrane structure 10 of the first embodiment, a comb-shaped electrode (comb-shaped electrode) is provided on the top or bottom surface of the piezoelectric film 11, that is, the piezoelectric portion.
  • An electrode 31 and an electrode 32 are formed as electrodes. That is, the electronic device 30 of the third embodiment includes the electrodes 31 and 32 and the piezoelectric film 11 on the substrate 12. In such a case, surface acoustic waves can be easily generated in the piezoelectric film 11 by applying an alternating current voltage between the electrodes 31 and 32.
  • the substrate 12 includes a (100)-oriented or (111)-oriented Si layer 12a (see FIG. 3) and a ZrO layer formed on the Si layer 12a.
  • a substrate including two layers 12b can be used.
  • the ZrO 2 layer 12b preferably includes (200)-oriented ZrO 2 and (002)-oriented ZrO 2 , or (111)-oriented ZrO 2 .
  • the Si layer 12a of the substrate 12 can be considered as a substrate, and the electronic device 30 of the third embodiment has the piezoelectric film 11 on the substrate (Si layer 12a) which is a Si substrate, This is an electronic device in which the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12.
  • an electrode 31 and an electrode 32 as comb-shaped electrodes are formed on the upper surface of the piezoelectric film 11. That is, in the example shown in FIG. 13, the electrodes 31 and 32 are comb-teeth electrodes formed on the upper surface of the piezoelectric film 11.
  • electrodes 31 and 32 as comb-shaped electrodes may be formed on the lower surface of the piezoelectric film 11. That is, the electrodes 31 and 32 can also be comb-teeth electrodes formed on the lower surface of the piezoelectric film 11.
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12, the polarization direction of the piezoelectric film 11 and the direction of the comb-shaped electrodes are preferably orthogonal to each other.
  • the electrode 31 as a comb-shaped electrode that is, a comb-teeth electrode, has a main body 31a extending in the direction DR1 in plan view, and protrudes from the main body 31a in a direction DR2 that intersects, preferably orthogonally, to the direction DR1 in plan view, It includes a plurality of comb teeth 31b each extending in the direction DR2 in a plan view and arranged in the direction DR1.
  • an electrode 32 as a comb-shaped electrode that is, a comb-teeth electrode, is provided with a main body 32a extending in a direction DR1 in a plan view, and protruding from the main body 32a in a direction DR2 that intersects, preferably perpendicular to, the direction DR1 in a plan view. It includes a plurality of comb teeth 32b each extending in the direction DR2 and arranged in the direction DR1 when viewed. Further, it is assumed that the comb teeth 31b and the comb teeth 32b are arranged alternately along the direction DR1.
  • the direction of the comb-shaped electrode is the direction DR2, which is the direction in which the comb teeth 31b and the comb teeth 32b extend
  • the polarization direction DP1 of the piezoelectric film 11 is the direction in which the comb teeth 31b and the comb teeth 32b extend. It is a direction that intersects and preferably perpendicularly intersects with the extending direction DR2.
  • the film structure 10 provided in the electronic device 30 of the third embodiment also includes the piezoelectric film 11 and the substrate 12, similar to the film structure 10 of the first embodiment. I can do it. Therefore, in the film structure 10 provided in the electronic device 30 of the third embodiment, the substrate 12 has a Si layer and two ZrO layers laminated in this order, similarly to the film structure 10 of the first embodiment.
  • the Si layer 12a (see FIG. 4) of the substrate 12 an SOI substrate, which is a semiconductor substrate, can be used instead of the Si substrate, and the electrode 13 can have a Pt layer 13a (see FIG. 3).
  • the electrode 13 may include a Mo layer 13c (see FIG. 3) or a W layer 13d (see FIG. 3).
  • a Ru layer or a Cu layer may be used as the material for the electrodes 13a, 13c, or 13d.
  • the material of the piezoelectric film 11 is preferably nitride, similarly to the film structure 10 of the first embodiment.
  • the material of the piezoelectric film 11 is preferably an AlN-based piezoelectric material with c-axis orientation, that is, the nitride is preferably AlN, and the nitride is preferably doped with Sc, and the polarization of the piezoelectric film 11 is The ratio is preferably 80% or more, and the thickness of the piezoelectric film 11 is preferably 100 nm or more.
  • the electronic device 30 shown in FIG. 14 has a dielectric layer 33 as a matching layer formed on the substrate 12 and under the piezoelectric film 11 in addition to the parts that the electronic device 30 shown in FIG. 13 has. Thereby, acoustic matching can be achieved between the substrate 12 and the piezoelectric film 11.
  • the electronic device 30 can be stabilized or adjusted.
  • the dielectric layer 33 is a Si compound, for example SiO2 .
  • the dielectric layer 33 is made of a material that is highly compatible with the manufacturing process of semiconductor devices, the dielectric layer 33 can be easily formed.
  • the electronic device 30 shown in FIG. 15 has a dielectric layer 34 as a matching layer on the piezoelectric film 11 in addition to the parts that the electronic device 30 shown in FIG. 13 has. Thereby, acoustic matching can be achieved between the substrate 12 and the piezoelectric film 11. Further, for example, if the parts of the electronic device 30 other than the dielectric layer 34 are made of a material that becomes soft as the temperature rises, and the dielectric layer 34 is made of a material that becomes hard as the temperature rises, the electronic device 30 The temperature dependence of the dielectric constant or piezoelectric properties, ie the temperature properties, can be stabilized or adjusted.
  • dielectric layer 34 is a Si compound, for example SiO2 .
  • the dielectric layer 34 is made of a material that is highly compatible with the manufacturing process of semiconductor devices, the dielectric layer 34 can be easily formed.
  • Example 1 and Example 2 the film structure 10 described in Embodiment 1 using FIGS. 2 and 3 is formed as the film structure of Example 1, and a ZrO 2 layer 12b and a ZrO 2 layer 12b are formed on a Si layer 12a made of a Si substrate.
  • a test was conducted in which a piezoelectric film 11 made of c-axis oriented AlN was created via a Pt layer 13a.
  • a ZrO 2 layer 12b (see FIG. 3) was formed by electron beam evaporation.
  • the conditions at this time are shown below.
  • a Pt layer 13a (see FIG. 3) was formed on the ZrO 2 layer 12b (see FIG. 3) by sputtering.
  • the conditions at this time are shown below.
  • a piezoelectric film 11 made of AlN was formed on the Pt layer 13a (see FIG. 3) by sputtering.
  • Equipment AC sputtering equipment Pressure: 2Pa Vapor deposition source (target): Al Gas: Ar/ N2 Power: 250W Substrate temperature: 450°C Thickness: 600nm
  • a piezoelectric material made of c-axis oriented AlN is placed on the Si layer 12a made of a Si(111) substrate via a ZrO 2 layer 12b and a Pt layer 13a.
  • the film 11 produced was formed as the film structure of Example 2.
  • FIG. 16 shows the definition of the c-axis oriented surface.
  • FIG. 16 is a diagram showing the crystal structure of c-axis oriented AlN. As described above, AlN has a hexagonal wurtzite structure and is polarized in the c-axis direction. In FIG. 16, the shaded area represents the c-plane, and the c-axis represents the c(001) axis.
  • FIG. 17 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum obtained by the XRD method of the film structure of Example 1
  • FIG. 18 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum obtained by the XRD method of the film structure of Example 2. It is a graph.
  • the horizontal axes of the graphs in FIGS. 17 and 18 indicate the angle 2 ⁇ in the ⁇ -2 ⁇ scan, and the vertical axes of the graphs in FIGS. 17 and 18 indicate the intensity of the detected X-rays. 17 and 18 show a range of 20° ⁇ 2 ⁇ 90°.
  • the ⁇ -2 ⁇ spectrum has peaks corresponding to the (400) plane of Si, the (200) plane of Pt, and the (002) plane and (004) plane of AlN. Observed.
  • FIG. 18 in the ⁇ -2 ⁇ spectrum, Si (111) plane, Pt (111) plane, Pt (222) plane, AlN (002) plane, and AlN (004) plane A peak corresponding to the surface was observed.
  • the Pt layer 13a is (200) oriented on the Si layer 12a made of the Si (100) substrate, and the piezoelectric film made of c-axis oriented AlN is placed on the Pt layer 13a. It was confirmed that 11 were formed. Furthermore, in the film structure of Example 2, a Pt layer 13a is (111) oriented on a Si layer 12a made of a Si (111) substrate, and a piezoelectric film made of c-axis oriented AlN is placed on the Pt layer 13a. It was confirmed that 11 were formed.
  • Reciprocal lattice map measurement is a method of three-dimensionally observing the film to be measured and confirming fluctuations in lattice constants and inclinations of lattice planes.
  • FIG. 19 is a graph showing the results of reciprocal lattice map measurement of the membrane structure of Example 1
  • FIG. 20 is a graph showing the results of reciprocal lattice map measurement of the membrane structure of Example 2.
  • the peaks of AlN (002) and AlN (004) were confirmed in a vertical line and the planes were aligned. That is, in both the X-ray reciprocal lattice space mapping of the membrane structures of Example 1 and Example 2, 2 represents each of the AlN (002) plane and the AlN (004) plane of the piezoelectric film 11 made of AlN.
  • Two reciprocal lattice points were arranged in the Qz direction. Furthermore, since the reciprocal lattice points are clear, it can be said that there is little fluctuation.
  • FIG. 21 is a graph showing an example of the ⁇ scan spectrum obtained by the XRD method of the film structure of Example 1
  • FIG. 22 is a graph showing an example of the ⁇ scan spectrum obtained by the XRD method of the film structure of Example 2.
  • the horizontal axes of the graphs in FIGS. 21 and 22 indicate the angle ⁇ in the ⁇ scan
  • the vertical axes of the graphs in FIGS. 21 and 22 indicate the intensity of the detected X-rays.
  • FIGS. 21 and 22 show a range of 0° ⁇ 360°.
  • the angle between the measurement surface and the substrate surface is around 90° (in-plane measurement), and 2 ⁇ is the angle (59.35°) corresponding to the diffraction peak of the AlN (110) plane. ) is adjusted to be equal to ⁇ scan.
  • Example 1 in the ⁇ scan, 12 diffraction peaks are observed that are arranged at 30° intervals in the ⁇ direction (horizontal axis direction) and each represents the AlN (110) plane. It was done. Therefore, in the film structure of Example 1, the piezoelectric film 11 made of AlN is epitaxially grown on the Si layer 12a made of the Si (100) substrate via the ZrO 2 layer 12b and the Pt layer 13a. It was revealed. On the other hand, the crystal structure of AlN has six-fold symmetry about the c-axis. Therefore, the piezoelectric film 11 included in the film structure of Example 1 is considered to consist of two different domains (rotation components), one rotated by 30° relative to the other within the AlN (001) plane.
  • Example 2 in the ⁇ scan, six diffraction peaks are observed that are arranged at 60° intervals in the ⁇ direction (horizontal axis direction) and each represent the AlN (110) plane. It was done. Therefore, in the film structure of Example 2, the piezoelectric film 11 made of AlN is epitaxially grown on the Si layer 12a made of the Si(111) substrate via the ZrO 2 layer 12b and the Pt layer 13a. It was revealed. Further, as described above, the crystal structure of AlN has six-fold symmetry about the c-axis. Therefore, it is considered that the piezoelectric film 11 of the film structure of Example 2 consists of a single domain (rotation component).
  • FIG. 23A and 23B are diagrams for explaining lattice matching between the AlN (001) plane and the Pt (100) plane in the film structure of Example 1.
  • FIG. 23A shows a two-dimensional arrangement of Al atoms on the AlN (001) plane
  • FIG. 23B shows a secondary arrangement of Pt atoms on the Pt (100) plane.
  • 24A and 24B are diagrams for explaining lattice matching between the AlN (001) plane and the Pt (111) plane in the film structure of Example 2.
  • FIG. 24A shows a two-dimensional arrangement of Al atoms on the AlN (001) plane
  • FIG. 24B shows a two-dimensional arrangement of Pt atoms on the Pt (111) plane.
  • Example 1 two different rotational components that the piezoelectric film 11 has are referred to as a portion DM1 and a portion DM2. Further, when viewed from the c-axis direction, as shown in FIG. 23A, it is assumed that the portion DM2 is rotated by 30° counterclockwise with respect to the portion DM1. When this is done, as shown in FIG. 23A, the direction along the line segment LN1 of the AlN (001) plane (AlN ⁇ 1-10> direction (AlN ⁇ 1, -1,0> direction or AlN ⁇ 1, The spacing between Al atoms in the -1,0,0> direction) is 0.539 nm, and as shown in FIG. Twice the distance between Pt atoms (0.277 nm) is 0.557 nm, which is close to the above-mentioned 0.539 nm.
  • the direction along the line segment LN1 of the AlN (001) plane (AlN ⁇ 1-10> direction) is the diagonal direction of the crystal lattice of the Pt (100) plane shown in FIG. 23B, which is Pt ⁇ 011> direction
  • the portion DM2 has a direction along the line segment LN1 of the AlN (001) plane (AlN ⁇ 1-10> direction) that is a Pt (100) plane crystal as shown in FIG. 23B.
  • Epitaxial growth is performed in parallel to the Pt ⁇ 011> direction, which is the diagonal direction of the lattice.
  • the portion DM1 and the portion DM2 exist in equal proportions.
  • the portions DM1 and DM2 exist in equal proportions, in the ⁇ scan shown in FIG. 21, two sets of six diffraction peaks each having six-fold symmetry are superimposed with a 30° shift from each other. Therefore, it is thought that 12 diffraction peaks having 12-fold symmetry were observed.
  • the portion DM1 can be a 0° rotational component
  • the portion DM2 can be a 30° rotational component.
  • the Pt (111) plane has Pt atoms arranged two-dimensionally so that Pt has 6-fold symmetry as shown in FIG. 24B.
  • a hexagon made of Pt atoms can be found.
  • the length of one side of the hexagon formed by Al atoms on the AlN (001) plane is 0.311 nm
  • the length of one side of the hexagon formed by Al atoms is 0.311 nm.
  • the length of one side of the hexagon formed by six Pt atoms is 0.277 nm, which is close to the above-mentioned 0.311 nm.
  • the AlN film is epitaxially grown such that the hexagon formed by Al atoms on the AlN (001) plane matches the hexagon formed by six Pt atoms on the Pt (111) plane. Therefore, unlike the first embodiment, the second embodiment does not have two rotational components but only a single rotational component.
  • the above results can be summarized as follows.
  • the Si substrate as the Si layer 12a is a Si (100) substrate, or the SOI layer as the Si layer 12a is a Si (100) film, the electrode 13 is a Pt (100) film, and the piezoelectric material It is assumed that the film 11 is an AlN film made of AlN.
  • the AlN film has a portion DM1 and a portion DM2 that are epitaxially grown, and the AlN film in the portion DM2 is along the upper surface of the AlN substrate in the AlN ⁇ 110> direction (AlN ⁇ 1,1,0> direction or AlN ⁇ 1,1,-2,0> direction) is rotated by 30° clockwise or counterclockwise in plan view with respect to the AlN ⁇ 110> direction along the upper surface of the AlN substrate in portion DM1. ing.
  • the AlN ⁇ 110> direction along the top surface of the substrate of the AlN film is relative to the Pt ⁇ 010> direction along the top surface of the substrate of the electrode 13, which is a Pt(100) film. , rotated 15 degrees clockwise in plan view, and in the portion DM2, the AlN ⁇ 110> direction along the top surface of the substrate of the AlN film is the Pt ⁇ 110> direction along the top surface of the substrate of the electrode 13, which is a Pt(100) film. 010> direction, it is rotated by 15° counterclockwise in plan view.
  • the Si substrate as the Si layer 12a is a Si (111) substrate, or the SOI layer as the Si layer 12a is made of a Si (111) film, and the electrode 13 is a Pt (111) film,
  • the piezoelectric film 11 is an AlN film made of AlN.
  • the AlN ⁇ 110> direction along the upper surface of the substrate of the AlN film is epitaxially grown in a state parallel to the Pt ⁇ 110> direction along the upper surface of the Pt film. .
  • a person skilled in the art may appropriately add, delete, or change the design of each of the above-described embodiments, or may add, omit, or change the conditions of a process. As long as it has the gist, it is within the scope of the present invention.
  • Membrane structure 11 Piezoelectric film 12 Substrate 12a Si layer 12b ZrO 2 layer 12c Base 12d BOX layer 13 Electrode 13a Pt layer 13b SRO layer 13c Mo layer 13d W layer 20, 30 Electronic device 21 Hollow part 22, 22a, 22b, 31, 32 Electrodes 23, 24, 33, 34 Dielectric layers 31a, 32a Main bodies 31b, 32b Comb teeth DM1, DM2 Part DP1 Polarization direction DR1, DR2 Direction LN1 Line segment

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Abstract

膜構造体（１０）は、Ｓｉ層（１２ａ）と、Ｓｉ層（１２ａ）上に形成されたＺｒＯ２を含むバッファ膜であるＺｒＯ２層（１２ｂ）と、ＺｒＯ２層（１２ｂ）上に形成された圧電体膜（１１）と、を有し、Ｓｉ層（１２ａ）は、Ｓｉ基板、又は、Ｓｉ基板よりなる基体と、基体上の絶縁層と、絶縁層上のＳｉ膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板におけるＳＯＩ層であり、圧電体膜（１１）の分極方向が基板に垂直に優先配向している。

Description

膜構造体及び電子デバイス
　本発明は、膜構造体及び電子デバイスに関する。
　基板と、基板上に成膜された圧電体膜と、を有する膜構造体、及び、その膜構造体を備えた電子デバイスが知られている。
　特開２００３－１９８３１９号公報（特許文献１）には、振動空間を有する半導体あるいは絶縁体からなる基板と、基板の振動空間に面する位置にて下部電極、圧電体薄膜および上部電極がこの順に積層された積層構造体とを備えている薄膜圧電共振子において、圧電体薄膜がｃ軸配向を示す窒化アルミニウム薄膜である技術が開示されている。
特開２００３－１９８３１９号公報
金近幸博、「半導体素子用高放熱ＡｌＮ基板の技術動向」、エレクトロニクス実装学会誌、２０１２年、第１５巻、第３号、ｐ．１８５－１８９
　上記特許文献１に記載された技術では、圧電体膜である窒化アルミニウム膜がｃ軸配向しており、圧電体膜の分極方向が基板に垂直に配向している。このように、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えることは可能である。一方、誘電率特性及び耐電圧特性を向上させるためには、圧電体膜の分極方向が基板に垂直に配向することに加えて、圧電体膜の配向方向を基板の上面に垂直な方向以外の方向、例えば基板の上面に沿った面内方向でも揃えること、即ち圧電体膜をエピタキシャル成長させることが好ましい場合もあるが、圧電体膜の配向方向を基板の上面に沿った面内方向でも揃えることは困難である。また、デバイスによっては、圧電体膜の分極方向が基板に垂直に配向することに加えて、圧電体膜の配向方向を基板の上面に沿った面内方向でも揃えることにより、有利なデバイスを作成できることがある。
　本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、基板上に成膜された圧電体膜を有する膜構造体において、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃え、且つ、圧電体膜の配向方向を基板の上面に沿った面内方向でも揃えた膜構造体を提供することを目的とする。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
　本発明の一態様としての膜構造体は、基板と、基板上に形成されたＺｒＯ２を含むバッファ膜と、バッファ膜上に形成された圧電体膜と、を有し、基板は、Ｓｉ基板、又は、Ｓｉ基板よりなる基体と、基体上の絶縁層と、絶縁層上のＳｉ膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板であり、圧電体膜の分極方向が基板に垂直に優先配向している。
　また、他の一態様として、当該膜構造体は、バッファ膜上に形成された金属膜を有してもよい。また、他の一態様として、金属膜は、Ｐｔ膜、Ｍｏ膜、Ｗ膜、Ｒｕ膜又はＣｕ膜であってもよい。また、他の一態様として、当該膜構造体は、金属膜上に形成されたＳＲＯ膜を有してもよい。
　また、他の一態様として、圧電体膜が窒化物よりなるものでもよい。また、他の一態様として、窒化物がＡｌＮであってもよい。また、他の一態様として、窒化物にＳｃがドープされていてもよい。
　また、他の一態様として、Ｓｉ基板は、Ｓｉ（１００）基板であるか、又は、ＳＯＩ層は、Ｓｉ（１００）膜よりなるものでもよい。また、他の一態様として、Ｓｉ基板は、Ｓｉ（１１１）基板であるか、又は、ＳＯＩ層は、Ｓｉ（１１１）膜よりなるものでもよい。
　本発明の一態様としての電子デバイスは、当該膜構造体を備えた電子デバイスである。
　本発明の一態様としての電子デバイスは、当該膜構造体を備えた電子デバイスであり、当該膜構造体は、圧電体膜の上面又は下面に形成された櫛歯電極を有する。
　また、他の一態様として、当該膜構造体は、基板上に形成された整合層を有してもよい。
　また、他の一態様として、圧電体膜の下部に中空部が設けられていてもよい。
　また、他の一態様として、当該膜構造体は、圧電体膜の上部に形成された上部電極、及び、圧電体膜の下部に形成された下部電極を有してもよい。また、他の一態様として、上部電極と下部電極との重なり部分の面積が、中空部の面積より小さくてもよい。また、他の一態様として、上部電極と下部電極との重なり部分の面積が、中空部の面積の１／２以下であってもよい。また、他の一態様として、当該膜構造体は、基板上に形成された整合層を有してもよい。
　また、他の一態様として、整合層は温度の上昇に従って硬さが増す材料よりなるものでもよい。また、他の一態様として、材料はＳｉ化合物であってもよい。
　また、他の一態様として、圧電体膜が窒化物よりなるものでもよい。
　本発明の一態様を適用することで、基板上に成膜された圧電体膜を有する膜構造体において、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃え、且つ、圧電体膜の配向方向を基板の上面に沿った面内方向でも揃えた膜構造体を実現することができる。
実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態３の電子デバイスの斜視図である。 実施の形態３の電子デバイスの斜視図である。 実施の形態３の電子デバイスの斜視図である。 ｃ軸配向したＡｌＮの結晶構造を示す図である。 実施例１の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。 実施例２の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。 実施例１の膜構造体の逆格子マップ測定の結果を示すグラフである。 実施例２の膜構造体の逆格子マップ測定の結果を示すグラフである。 実施例１の膜構造体のＸＲＤ法によるφスキャンスペクトルの例を示すグラフである。 実施例２の膜構造体のＸＲＤ法によるφスキャンスペクトルの例を示すグラフである。 実施例１の膜構造体におけるＡｌＮ（００１）面とＰｔ（１００）面との格子整合を説明するための図である。 実施例１の膜構造体におけるＡｌＮ（００１）面とＰｔ（１００）面との格子整合を説明するための図である。 実施例２の膜構造体におけるＡｌＮ（００１）面とＰｔ（１１１）面との格子整合を説明するための図である。 実施例２の膜構造体におけるＡｌＮ（００１）面とＰｔ（１１１）面との格子整合を説明するための図である。
　以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
　なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
　また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
　更に、実施の形態で用いる図面においては、構造物を区別するために付したハッチング（網掛け）を図面に応じて省略する場合もある。
　なお、以下の実施の形態においてＡ～Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。
　（実施の形態１）
　初めに、本発明の一実施形態である実施の形態１の膜構造体について説明する。図１乃至図４は、実施の形態１の膜構造体の断面図である。
　図１に示すように、本実施の形態１の膜構造体１０は、圧電体膜１１及び基板１２を有する膜構造体であって、圧電体膜１１即ち圧電体膜部分の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。図１では、分極方向を分極方向ＤＰ１により示している（図２及び図５乃至図１５においても同様）。圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることにより、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
　或いは、図２に示すように、本実施の形態１の膜構造体１０は、圧電体膜１１、電極１３及び基板１２を有する膜構造体であって、圧電体膜１１即ち圧電体膜部分の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。前述したように、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることにより、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
　なお、本願明細書では、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向しているとは、圧電体膜１１のうち、分極方向が基板１２に垂直になるように配向している部分が、例えば体積分率で、圧電体膜１１の全体の５０％を超えることを意味し、例えばＸ線回折（X-Ray Diffraction：ＸＲＤ）法によるθ－２θスペクトルを測定したときに、測定されたθ－２θスペクトルにおいて、分極方向が基板１２に垂直になるように配向している部分を示す最大ピークのピーク強度が、分極方向が基板１２に垂直になるように配向していない部分を示す最大ピークのピーク強度よりも高いことを意味する。また、分極方向が基板１２に垂直になる場合とは、分極方向が基板１２の上面に完全に垂直な場合のみならず、基板１２の上面に垂直な方向と分極方向とのなす角度が２０°以下であるような場合を含む。
　好適には、圧電体膜１１の材料は、窒化物である。即ち、圧電体膜１１が窒化物よりなる。圧電体膜１１の材料が窒化物である場合、鉛フリー材料であり、且つ、圧電特性に優れた圧電材料である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）等を用いることができる。
　圧電体膜１１の材料は、好ましくはｃ軸配向しているＡｌＮ系の圧電材料、即ちＡｌＮを主成分とする圧電材料である。即ち、窒化物がＡｌＮである。圧電体膜１１の材料がＡｌＮを主成分とする場合、鉛フリー材料であり、クラーク数が高く地球上に豊富に存在する元素を含有し、且つ、圧電特性に優れた圧電材料を用いることができる。また、ＡｌＮがｃ軸配向することにより、ＡｌＮの分極方向であるｃ軸方向が基板１２に垂直になるようにＡｌＮを配向させることができる。なお、ＡｌＮは六方晶構造であるウルツ鉱構造を有し、ｃ軸方向に分極している。ＧａＮもウルツ鉱構造を有する。
　なお、本願明細書では、ＡｌＮを主成分とする圧電材料とは、圧電材料中のＡｌＮの含有量が５０重量％を超えるか、又は、圧電材料中のＡｌＮの含有量が５０ｍｏｌ％を超えることを意味する。
　好適には、窒化物にスカンジウム（Ｓｃ）がドープ即ち添加されている。窒化物の材料として例えばＡｌＮ又はＧａＮを用いる場合には、窒化物にＳｃが添加されることにより、圧電特性を向上させることができる。また、マグネシウム、ニオブ、ハフニウム、イットリア、ホウ素、チタン等をドープ物質として用いてもよい。
　好適には、圧電体膜１１の分極率は、８０％以上である。これにより、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
　好適には、図３に示すように、基板１２は、Ｓｉ層、ＺｒＯ２層がこの順に積層された構造を有する。Ｓｉはシリコンを表し、ＺｒＯ２は酸化ジルコニウムを表す。ＺｒＯ２はバッファ膜としての役割を果たし、この上に形成される圧電材料を結晶性良く形成させることに寄与する。即ち、バッファ膜がＳｉ層上に形成されたＺｒＯ２を含むことにより、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃え、且つ、圧電体膜の配向方向を基板の上面に沿った面内方向でも揃えることができる。好適には、基板１２は、（１００）配向したＳｉ層１２ａと、Ｓｉ層１２ａ上に形成されたＺｒＯ２層１２ｂと、を含む。ＺｒＯ２層１２ｂは、好適には、（２００）配向したＺｒＯ２及び（００２）配向したＺｒＯ２を含む。基板１２のＳｉ層１２ａとして、（１００）配向したＳｉ基板、即ちＳｉ（１００）基板を用いることができる。このような場合、ｃ軸配向しているＡｌＮ系の圧電材料を主成分とする圧電材料等、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に配向し、且つ、エピタキシャル成長した圧電体膜１１を、基板１２上に、容易に形成することができる。また、基板１２のＳｉ層１２ａとして、（１００）配向したＳｉ基板を用いることができるので、圧電体膜１１の分極方向を基板に垂直な方向に揃え、且つ、圧電体膜の配向方向を基板の上面に沿った面内方向でも揃えた電子デバイスを安価な半導体基板上に形成することができる。
　図３に示すように、電極１３は、Ｐｔ（２００）層、ＳｒＲｕＯ３（１００）層がこの順に積層された構造を有する。Ｐｔは白金を表し、ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）はルテニウム酸ストロンチウムを表す。言い換えれば、好適には、電極１３は、基板１２上に形成され且つ（２００）配向したＰｔ層１３ａと、Ｐｔ層１３ａ上に形成され且つ（１００）配向したＳＲＯ層１３ｂと、を含む。このような場合、ｃ軸配向しているＡｌＮ系の圧電材料を主成分とする圧電材料等、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に配向し、且つ、エピタキシャル成長した圧電体膜１１を、基板１２上に、下部電極としての電極１３を介して容易に形成することができる。
　なお、Ｓｉ層１２ａが（１００）配向した場合には限定されず、ＺｒＯ２層１２ｂが（２００）配向又は（００２）配向した場合には限定されず、Ｐｔ層１３ａが（２００）配向した場合には限定されず、電極１３がＰｔ層１３ａ上に形成され且つ（１００）配向したＳＲＯ層１３ｂを含む場合には限定されない。
　例えば、基板１２は、（１１１）配向したＳｉ層１２ａと、Ｓｉ層１２ａ上に形成されたＺｒＯ２層１２ｂと、を含むことができる。ＺｒＯ２層１２ｂは、好適には、例えば（１１１）配向したＺｒＯ２を含む。基板１２のＳｉ層１２ａとして、（１１１）配向したＳｉ基板、即ちＳｉ（１１１）基板を用いることができる。このような場合も、ｃ軸配向しているＡｌＮ系の圧電材料を主成分とする圧電材料等、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に配向し、且つ、エピタキシャル成長した圧電体膜１１を、基板１２上に、容易に形成することができる。また、電極１３は、基板１２上に形成され且つ（１１１）配向したＰｔ層１３ａを含む。
　また、基板１２のＳｉ層１２ａを基板とみなすことができる。このような場合、本実施の形態１の膜構造体１０は、Ｓｉ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）と、基板（Ｓｉ層１２ａ）上に形成されたＺｒＯ２を含むバッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）と、バッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）上に金属膜（Ｐｔ層１３ａ）を介して形成された圧電体膜１１と、を有し、圧電体膜１１の分極方向が基板１２の上面に垂直に優先配向している、膜構造体である。また、圧電体膜１１は、Ｐｔ／ＺｒＯ２／Ｓｉ上に成膜された圧電体膜である。なお、電極１３が、Ｐｔ層１３ａとＳＲＯ層１３ｂとを含む場合、即ち膜構造体１０が、バッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）上に金属膜（Ｐｔ層１３ａ）をさらに備え、金属膜（Ｐｔ層１３ａ）上にＳＲＯ膜（ＳＲＯ層１３ｂ）をさらに備える場合には、圧電体膜１１は、Ｓｉ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上に、下から順にＺｒＯ２膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）、Ｐｔ膜（Ｐｔ層１３ａ）及びＳＲＯ膜（ＳＲＯ層１３ｂ）を介して成膜された圧電体膜である。
　図４に示すように、基板１２のＳｉ層１２ａとして、Ｓｉ基板に代えて、半導体基板であるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いることもできる。基板１２としてＳＯＩ基板を用いる場合、基板１２は、Ｓｉよりなる基体１２ｃと、基体１２ｃ上に形成された埋め込み酸化膜である絶縁層としてのＢＯＸ（Buried Oxide）層１２ｄと、ＢＯＸ層１２ｄ上に形成されたＳｉ膜よりなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）層であるＳｉ層１２ａと、を含む。これにより、圧電体膜の誘電率特性及び耐電圧特性に優れた膜構造体をＳＯＩ基板上に形成することができ、且つ、ＳＯＩ基板上に、形状精度良く形成された複数の圧電素子を有する微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）よりなる電子デバイスを容易に形成することができる。また、Ｓｉ基板に代えてＳＯＩ基板を用いる場合には、基板１２の（１００）配向したＳｉ層１２ａとして、Ｓｉ（１００）膜よりなるＳＯＩ層を用いることができるか、又は、基板１２の（１１１）配向したＳｉ層１２ａとして、Ｓｉ（１１１）膜よりなるＳＯＩ層を用いることができる。
　なお、基板１２のＳｉ層１２ａを基板とみなすことができる。このような場合、本実施の形態１の膜構造体１０は、ＳＯＩ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）と、基板（Ｓｉ層１２ａ）上に形成されたＺｒＯ２を含むバッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）と、バッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）上に金属膜（Ｐｔ層１３ａ）を介して形成された圧電体膜１１と、を有し、圧電体膜１１の分極方向が基板１２の上面に垂直に優先配向している、膜構造体である。また、圧電体膜１１は、ＳＯＩ上のＰｔ／ＺｒＯ２／Ｓｉ上に成膜された圧電体膜である。なお、電極１３が、Ｐｔ層１３ａとＳＲＯ層１３ｂとを含む場合、即ち膜構造体１０が、バッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）上に金属膜（Ｐｔ層１３ａ）をさらに備え、金属膜（Ｐｔ層１３ａ）上にＳＲＯ膜（ＳＲＯ層１３ｂ）をさらに備える場合には、圧電体膜１１は、ＳＯＩ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上に、下から順にＺｒＯ２膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）、Ｐｔ膜（Ｐｔ層１３ａ）及びＳＲＯ膜（ＳＲＯ層１３ｂ）を介して成膜された圧電体膜である。
　また、電極１３は、Ｐｔ層１３ａに代えて、Ｍｏ層１３ｃ又はＷ層１３ｄを含むこともできる。このような場合、電極１３は、Ｍｏ層１３ｃ又はＷ層１３ｄ上に形成されたＳＲＯ層１３ｂを含むことになる。また、このような場合、本実施の形態１の膜構造体１０は、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上に、下から順にＺｒＯ２膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）及びＭｏ膜（Ｍｏ層１３ｃ）又はＷ膜（Ｗ層１３ｄ）を介して成膜された圧電体膜１１を有することになる。また、このような場合も、電極１３がＰｔ層１３ａを含む場合と同様に、ｃ軸配向しているＡｌＮ系の圧電材料を主成分とする圧電材料等、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に配向し、且つ、エピタキシャル成長した圧電体膜１１を、基板１２上に、下部電極としての電極１３を介して容易に形成することができる。なお、電極である１３ａ、１３ｃ又は１３ｄの材料として上記したものの他に、Ｒｕ層やＣｕ層を用いてもよい。これら材料は、電極材料として一般的である。
　圧電体膜１１の膜厚は、好ましくは１００ｎｍ以上である。圧電体膜１１の膜厚が１００ｎｍ以上の場合、圧電体膜１１の膜厚が１００ｎｍ未満の場合に比べて、圧電体膜１１の膜厚を十分大きくすることができるので、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃え、且つ、圧電体膜の配向方向を基板の上面に沿った面内方向でも揃えた電子デバイスを基板上に形成することができる。
　（実施の形態２）
　次に、本発明の一実施形態である実施の形態２の電子デバイスについて説明する。本実施の形態２の電子デバイスは、実施の形態１の膜構造体を備えたバルク弾性波（Bulk Acoustic Wave：ＢＡＷ）フィルタ又は圧電薄膜共振子（Film Bulk Acoustic Resonator：ＦＢＡＲ）である。図５乃至図１２は、実施の形態２の電子デバイスの断面図である。
　図５に示すように、本実施の形態２の電子デバイス２０は、圧電体膜１１、２つの電極及び基板１２を有する膜構造体１０を備えた電子デバイスであって、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。
　本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１、電極１３及び基板１２を有することができる。即ち、本実施の形態２の電子デバイス２０は、基板１２上の、電極１３及び圧電体膜１１を有する。そのため、膜構造体１０が有する圧電体膜１１、電極１３及び基板１２のうち、実施の形態１の膜構造体１０が有する圧電体膜１１、電極１３及び基板１２と同様の部分については、その説明を省略する場合がある。
　一方、本実施の形態２の電子デバイス２０は、実施の形態１の膜構造体１０を備えたＢＡＷフィルタ又はＦＢＡＲであるため、基板１２には、圧電体膜１１の下部に中空部分即ち中空部２１が設けられている。このような場合、圧電体膜１１であって中空部２１上に位置する部分のうち少なくとも中央部分は、基板１２に拘束されず、自由に振動することができるので、その中央部分においてバルク弾性波を容易に発生させることができる。なお、圧電体膜１１の下部に中空部分を設けるため、基板１２を裏面からエッチングする際に、基板１２に含まれるＳｉ層１２ａ（図３及び図４参照）はエッチングされて除去されるものの、基板１２に含まれるＺｒＯ２層１２ｂ（図３及び図４参照）は、エッチングされずに残り、エッチングストッパ膜として機能させることができる。また、図５乃至図１２では、ＺｒＯ２層１２ｂ（図３及び図４参照）がエッチングされずに残る場合については、図示を省略する。
　また、本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０では、圧電体膜１１上に形成された上側電極又は上部電極としての電極２２が設けられている。このような場合、電極１３は、圧電体膜１１下に形成された下側電極又は下部電極としての電極である。即ち、電極２２及び電極１３は、圧電体膜１１の上部に形成された上部電極、及び、圧電体膜１１の下部に形成された下部電極である。図５に示す例では、圧電体膜１１に接して上下に電極が形成されている。また、膜構造体１０は、圧電体膜１１、２つの電極である電極１３及び電極２２、並びに、基板１２を有する膜構造体であって、圧電体膜１１即ち圧電体膜部分の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。このような場合、電極１３と電極２２との間に交流電圧等の電圧を印加することにより、圧電体膜１１の厚さ方向の交流電界等の電界を圧電体膜１１に容易に印加することができ、圧電体膜１１にバルク弾性波を容易に発生させることができる。また、圧電体膜１１の弾性特性等に応じて定まる共振周波数を有するバルク弾性波を発生させるか又は通過させることができるので、共振子又はフィルタとして機能させることができる。
　なお、本実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、基板１２として、（１００）配向又は（１１１）配向したＳｉ層１２ａ（図３参照）と、Ｓｉ層１２ａ上に形成されたＺｒＯ２層１２ｂ（図３参照）と、を含む基板を用いることができる。ＺｒＯ２層１２ｂは、好適には、（２００）配向したＺｒＯ２及び（００２）配向したＺｒＯ２、又は、（１１１）配向したＺｒＯ２を含む。このような場合、基板１２のＳｉ層１２ａを基板とみなすことができ、本実施の形態２の電子デバイス２０は、Ｓｉ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上の、電極１３及び圧電体膜１１を有し、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向しており、圧電体膜１１の下部に中空部２１が設けられている、電子デバイスである。
　好適には、上下の電極の重なり部分の面積Ａは、中空部分で露出する圧電体膜１１及び下側電極の面積Ｂより小さい。即ち、上部電極である電極２２と下部電極である電極１３との重なり部分の面積が、中空部２１の面積より小さい。このような場合、電極２２と電極１３との間に電圧を印加することにより、圧電体膜１１のうち厚さ方向の電界が印加される部分を、基板１２から確実に離すことができる。そのため、圧電体膜１１のうち厚さ方向の電界が印加される部分が、基板１２に拘束されず、自由に振動することができ、バルク弾性波を更に容易に発生させることができる。
　好適には、上下の電極の重なり部分の面積Ａの、中空部分で露出する圧電体膜１１及び下側電極の面積Ｂに対する面積比、即ちＡ／Ｂが１／２よりも小さいか又は１／２以下である。即ち、上部電極である電極２２と下部電極である電極１３との重なり部分の面積が、中空部２１の面積の１／２以下である。このような場合、電極２２と電極１３との間に電圧を印加することにより、圧電体膜１１の厚さ方向の電界が印加される部分を、基板１２から更に確実に離すことができる。そのため、圧電体膜１１のうち厚さ方向の電界が印加される部分が、基板１２に更に拘束されず、更に自由に振動することができ、バルク弾性波を更に容易に発生させることができる。
　なお、前述したように、本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１、電極１３及び基板１２を有することができる。そのため、本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、基板１２のＳｉ層１２ａ（図４参照）として、Ｓｉ基板に代えて、半導体基板であるＳＯＩ基板を用いることができ、電極１３は、Ｐｔ層１３ａ（図３参照）に代えて、Ｍｏ層１３ｃ（図３参照）又はＷ層１３ｄ（図３参照）を含むこともできる。なお、電極である１３ａ、１３ｃ又は１３ｄの材料として上記したものの他に、Ｒｕ層やＣｕ層を用いてもよい。これら材料は、電極材料として一般的である。また、本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１の材料が、窒化物であることが好ましく、圧電体膜１１の材料がｃ軸配向しているＡｌＮ系の圧電材料、即ち窒化物がＡｌＮであることが好ましく、窒化物にＳｃがドープされていることが好ましく、圧電体膜１１の分極率は、８０％以上であることが好ましく、圧電体膜の膜厚は、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
　図６に示すように、基板１２と圧電体膜１１との間に誘電層又は整合層としての誘電層２３を設けることが好ましい。即ち、図６に示す電子デバイス２０は、図５に示す電子デバイス２０が有する部分に加えて、基板１２上且つ下部電極下即ち電極１３下の整合層としての誘電層２３を有する。例えば、電子デバイス２０のうち誘電層２３以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層２３が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料よりなる場合には、電子デバイス２０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。
　好適には、誘電層２３は、Ｓｉ化合物であり、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。このような場合、誘電層２３が半導体装置の製造工程と親和性の高い材料よりなる誘電層であるので、誘電層２３を容易に形成することができる。
　図７に示すように、圧電体膜１１上に上側誘電層としての誘電層２４を設けることが好ましい。即ち、図７に示す電子デバイス２０は、図５に示す電子デバイス２０が有する部分に加えて、圧電体膜１１上に上側誘電層としての誘電層２４を有する。例えば、電子デバイス２０のうち誘電層２４以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層２４が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料よりなる場合には、電子デバイス２０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。
　好適には、誘電層２４は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。このような場合、誘電層２４が半導体装置の製造工程と親和性の高い材料よりなる誘電層であるので、誘電層２４を容易に形成することができる。
　なお、図５乃至図７に示す例では、例えば図５に示す例において、圧電体膜１１の上下のいずれか一方が固定されていないようにすることができる（後述する図１３乃至図１５を用いて説明する実施の形態３においても同様）。
　また、図５乃至図７に示す例では、例えば図６及び図７に示す例において、圧電体膜１１のいずれか一方が固定されており、逆側が温度によって硬さが変化する材料によりその一方よりも弱く固定されているようにすることができる。即ち、圧電体膜１１の上下のいずれか一方が固定され、圧電体膜１１の上下の一方と逆側が、温度によって硬さが変化する材料で弱く固定されているようにすることができる（後述する図１３乃至図１５を用いて説明する実施の形態３においても同様）。これにより、滑り方向の変位を生かす電子デバイスであって、且つ、温度特性の補償が可能な電子デバイスを実現することができる。
　図８に示すように、基板１２と圧電体膜１１との間に下側誘電層としての誘電層２３を設けるとともに圧電体膜１１上に上側誘電層としての誘電層２４を設けることが好ましい。即ち、図８に示す電子デバイス２０は、図５に示す電子デバイス２０が有する部分に加えて、基板１２上且つ下部電極下即ち電極１３下の整合層としての誘電層２３と、圧電体膜１１上の上側誘電層としての誘電層２４と、を有する。また、図８に示す例では、誘電層２４は、上部電極即ち電極２２上に設けられている。即ち、図８に示す例でも、圧電体膜１１に接して上下に電極が形成されている。例えば、電子デバイス２０のうち誘電層２３及び誘電層２４以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層２３及び誘電層２４が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料（温度の上昇に従って硬さが増す材料）よりなる場合には、電子デバイス２０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。前述したように、誘電層２３及び誘電層２４は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。
　図９に示すように、基板１２と圧電体膜１１との間に下側誘電層としての誘電層２３を設けるとともに圧電体膜１１上に上側誘電層としての誘電層２４を設け、上側誘電層としての誘電層２４の上に上側電極としての電極２２を設けることが好ましい。即ち、図９に示す電子デバイス２０は、図８に示す電子デバイス２０において、電極２２と誘電層２４との上下方向における積層順序を逆にしたものである。また、図９に示す構造は、圧電体膜１１に接して上下に電極が形成されている構造ではない。このような場合でも、図８に示す電子デバイス２０と同様の効果を有することができる。また、前述したように、誘電層２３及び誘電層２４は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。
　図１０に示すように、上部又は下部の電極１３又は電極２２のいずれか一方が複数あることで、面内で２種類以上の電界方向を持つことが好ましい。図１０に示す例では、電子デバイス２０が、上部電極としての電極２２を２つ有する。図１０では、２つの電極２２を、電極２２ａ及び電極２２ｂとして示している。これにより、滑り方向の変位を生かす電子デバイスを更に容易に実現することができる。なお、図１０では、圧電体膜１１が２種類の滑り方向の変位を有する場合を模式的に示している。
　図１１に示すように、圧電体膜１１の分極方向（分極方向ＤＰ１）が、基板１２に垂直且つ複数の方向に優先配向しており、圧電体の上部及び下部に電極２２及び電極１３があることが好ましい。このような場合も、滑り方向の変位を生かす電子デバイスを更に容易に実現することができる。
　図１２に示すように、圧電体膜１１の上部又は下部に複数の電極があることが好ましい。図１２に示す例では、下部電極が設けられておらず、上部電極として、２つの電極２２、即ち電極２２ａ及び電極２２ｂが設けられている。このような場合も、滑り方向の変位を生かす電子デバイスを更に容易に実現することができる。
　（実施の形態３）
　次に、本発明の一実施形態である実施の形態３の電子デバイスについて説明する。本実施の形態３の電子デバイスは、実施の形態１の膜構造体を備えた表面弾性波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）フィルタである。図１３乃至図１５は、実施の形態３の電子デバイスの斜視図である。
　図１３に示すように、本実施の形態３の電子デバイス３０は、圧電体膜１１、櫛型電極及び基板１２を有する膜構造体１０を備えた電子デバイスであって、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。
　本実施の形態３の電子デバイス３０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１及び基板１２を有することができる。そのため、膜構造体１０が有する圧電体膜１１及び基板１２のうち、実施の形態１の膜構造体１０が有する圧電体膜１１及び基板１２と同様の部分については、その説明を省略する場合がある。
　一方、本実施の形態３の電子デバイス３０は、実施の形態１の膜構造体１０を備えたＳＡＷフィルタであるため、圧電体膜１１即ち圧電体部分の上面又は下面に櫛型電極（櫛歯電極）としての電極３１及び電極３２が形成されている。即ち、本実施の形態３の電子デバイス３０は、基板１２上の、電極３１及び電極３２並びに圧電体膜１１を有する。このような場合、電極３１と電極３２との間に交流電圧を印加することにより、圧電体膜１１に表面弾性波を容易に発生させることができる。また、基板１２、圧電体膜１１並びに電極３１及び電極３２の弾性特性等に応じて定まる共振周波数を有する表面弾性波を発生させるか又は通過させることができるので、共振子又はフィルタとして機能させることができる。
　なお、本実施の形態３でも、実施の形態１と同様に、基板１２として、（１００）配向又は（１１１）配向したＳｉ層１２ａ（図３参照）と、Ｓｉ層１２ａ上に形成されたＺｒＯ２層１２ｂ（図３参照）と、を含む基板を用いることができる。ＺｒＯ２層１２ｂは、好適には、（２００）配向したＺｒＯ２及び（００２）配向したＺｒＯ２、又は、（１１１）配向したＺｒＯ２を含む。このような場合、基板１２のＳｉ層１２ａを基板とみなすことができ、本実施の形態３の電子デバイス３０は、Ｓｉ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上の圧電体膜１１を有し、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向している、電子デバイスである。
　図１３に示す例では、圧電体膜１１の上面に櫛型電極としての電極３１及び電極３２が形成されている。即ち、図１３に示す例では、電極３１及び電極３２は、圧電体膜１１の上面に形成された櫛歯電極である。一方、図示は省略するものの、圧電体膜１１の下面に櫛型電極としての電極３１及び電極３２が形成されていてもよい。即ち、電極３１及び電極３２は、圧電体膜１１の下面に形成された櫛歯電極であることもできる。
　圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向しているため、圧電体膜１１の分極方向と櫛型電極の方向とは互いに交差好適には直交している。
　ここで、櫛型電極即ち櫛歯電極としての電極３１が、平面視において方向ＤＲ１に延在する本体３１ａと、本体３１ａから平面視において方向ＤＲ１と交差好適には直交する方向ＤＲ２にそれぞれ突出し、平面視において方向ＤＲ２にそれぞれ延在し、且つ、方向ＤＲ１に配列された複数の櫛歯３１ｂと、を含むものとする。また、櫛型電極即ち櫛歯電極としての電極３２が、平面視において方向ＤＲ１に延在する本体３２ａと、本体３２ａから平面視において方向ＤＲ１と交差好適には直交する方向ＤＲ２にそれぞれ突出し、平面視において方向ＤＲ２にそれぞれ延在し、且つ、方向ＤＲ１に配列された複数の櫛歯３２ｂと、を含むものとする。また、櫛歯３１ｂと櫛歯３２ｂとは、方向ＤＲ１に沿って交互に配置されているものとする。このような場合、櫛型電極の方向とは、櫛歯３１ｂ及び櫛歯３２ｂが延在する方向である方向ＤＲ２であり、圧電体膜１１の分極方向ＤＰ１は、櫛歯３１ｂ及び櫛歯３２ｂが延在する方向である方向ＤＲ２と交差好適には直交する方向である。
　なお、前述したように、本実施の形態３の電子デバイス３０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１及び基板１２を有することができる。そのため、本実施の形態３の電子デバイス３０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、基板１２は、Ｓｉ層、ＺｒＯ２層がこの順に積層された構造を有することができ、基板１２のＳｉ層１２ａ（図４参照）として、Ｓｉ基板に代えて、半導体基板であるＳＯＩ基板を用いることができ、電極１３は、Ｐｔ層１３ａ（図３参照）に代えて、Ｍｏ層１３ｃ（図３参照）又はＷ層１３ｄ（図３参照）を含むこともできる。なお、電極である１３ａ、１３ｃ又は１３ｄの材料として上記したものの他に、Ｒｕ層やＣｕ層を用いてもよい。また、本実施の形態３の電子デバイス３０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１の材料が、窒化物であることが好ましく、圧電体膜１１の材料がｃ軸配向しているＡｌＮ系の圧電材料、即ち窒化物がＡｌＮであることが好ましく、窒化物にＳｃがドープされていることが好ましく、圧電体膜１１の分極率は、８０％以上であることが好ましく、圧電体膜１１の膜厚は、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
　図１４に示すように、基板１２と圧電体膜１１との間に誘電層又は整合層としての誘電層３３を設けることが好ましい。即ち、図１４に示す電子デバイス３０は、図１３に示す電子デバイス３０が有する部分に加えて、基板１２上且つ圧電体膜１１下に形成された整合層としての誘電層３３を有する。これにより、基板１２と圧電体膜１１との間の音響整合を取ることができる。また、例えば、電子デバイス３０のうち誘電層３３以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層３３が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料よりなる場合には、電子デバイス３０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。
　好適には、誘電層３３は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。このような場合、誘電層３３が半導体装置の製造工程と親和性の高い材料よりなる誘電層であるので、誘電層３３を容易に形成することができる。
　図１５に示すように、圧電体膜１１上に誘電層３４を設けることが好ましい。即ち、図１５に示す電子デバイス３０は、図１３に示す電子デバイス３０が有する部分に加えて、圧電体膜１１上の整合層としての誘電層３４を有する。これにより、基板１２と圧電体膜１１との間の音響整合を取ることができる。また、例えば、電子デバイス３０のうち誘電層３４以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層３４が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料よりなる場合には、電子デバイス３０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。
　好適には、誘電層３４は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。このような場合、誘電層３４が半導体装置の製造工程と親和性の高い材料よりなる誘電層であるので、誘電層３４を容易に形成することができる。
　以下、実施例に基づいて本実施の形態を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
　（実施例１及び実施例２）
　以下では、実施の形態１で図２及び図３を用いて説明した膜構造体１０を、実施例１の膜構造体として形成し、Ｓｉ基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ＺｒＯ２層１２ｂ及びＰｔ層１３ａを介して、ｃ軸配向したＡｌＮよりなる圧電体膜１１を作成する試験を実施した。
　［膜構造体の形成］
　実施例１の膜構造体の形成方法について説明する。まず、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａ（図３参照）として、（１００）面よりなる上面を有し、６インチのシリコン単結晶よりなるウェハを用意した。
　次に、Ｓｉ層１２ａ（図３参照）としてのウェハ上に、ＺｒＯ２層１２ｂ（図３参照）を、電子ビーム蒸着法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
　装置　：　電子ビーム蒸着装置
　圧力　：　７．００×１０－５Ｐａ
　蒸着源　：　Ｚｒ＋Ｏ２
　加速電圧／エミッション電流　：　７．５ｋＶ／１．８０ｍＡ
　厚さ　：　６０ｎｍ
　基板温度　：　５００℃
　次に、ＺｒＯ２層１２ｂ（図３参照）上に、Ｐｔ層１３ａ（図３参照）を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
　装置　：　ＤＣスパッタリング装置
　圧力　：　１．２０×１０－１Ｐａ
　蒸着源　：　Ｐｔ
　電力　：　１００Ｗ
　厚さ　：　１５０ｎｍ
　基板温度　：　４５０～６００℃
　次に、Ｐｔ層１３ａ（図３参照）上に、ＡｌＮよりなる圧電体膜１１（図３参照）を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
　装置　：　ＡＣスパッタリング装置
　圧力　：　２Ｐａ
　蒸着源（ターゲット）　：　Ａｌ
　ガス　：　Ａｒ／Ｎ２
　電力　：　２５０Ｗ
　基板温度　：　４５０℃
　厚さ　：　６００ｎｍ
　一方、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａに代えて、Ｓｉ（１１１）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ＺｒＯ２層１２ｂ及びＰｔ層１３ａを介して、ｃ軸配向したＡｌＮよりなる圧電体膜１１を作成したものを、実施例２の膜構造体として形成した。
　［アウトオブプレーン測定］
　実施例１及び実施例２の膜構造体について、ＸＲＤ法によるω－２θスペクトル（アウトオブプレーンＸ線回折パターン）を測定した。即ち、圧電体膜１１までが形成された実施例１及び実施例２の膜構造体について、ω－２θスキャンによるＸ線回折測定（アウトオブプレーン測定）を行った。アウトオブプレーン測定は、測定面と基板表面との間の角度が９０°未満の場合に相当する。なお、実施例１及び実施例２のＸＲＤデータは、リガク社製Ｘ線回折装置SmartLabを用いたものである。
　図１６にｃ軸配向の面の定義を示す。図１６は、ｃ軸配向したＡｌＮの結晶構造を示す図である。前述したように、ＡｌＮは六方晶構造であるウルツ鉱構造を有し、ｃ軸方向に分極している。図１６において、斜線部分がｃ面を表し、ｃ軸は、ｃ（００１）軸を表している。
　図１７は、実施例１の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフであり、図１８は、実施例２の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。図１７及び図１８のグラフの横軸は、ω－２θスキャンにおける角度２θを示し、図１７及び図１８のグラフの縦軸は、検出されたＸ線の強度を示す。図１７及び図１８は、２０°≦２θ≦９０°の範囲を示している。
　図１７に示す例（実施例１）では、ω－２θスペクトルにおいて、Ｓｉの（４００）面、Ｐｔの（２００）面、並びに、ＡｌＮの（００２）面及び（００４）面に相当するピークが観測された。また、図１８に示す例（実施例２）では、ω－２θスペクトルにおいて、Ｓｉ（１１１）面、Ｐｔ（１１１）面及びＰｔ（２２２）面、並びに、ＡｌＮ（００２）面及びＡｌＮ（００４）面に相当するピークが観測された。
　従って、実施例１の膜構造体において、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、Ｐｔ層１３ａが（２００）配向し、Ｐｔ層１３ａ上に、ｃ軸配向したＡｌＮよりなる圧電体膜１１が形成されていることが確認された。また、実施例２の膜構造体において、Ｓｉ（１１１）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、Ｐｔ層１３ａが（１１１）配向し、Ｐｔ層１３ａ上に、ｃ軸配向したＡｌＮよりなる圧電体膜１１が形成されていることが確認された。
　［逆格子マップ測定］
　次に、実施例１及び実施例２の膜構造体について、逆格子マップ測定を行った。逆格子マップ測定は、測定する膜を立体的に観測し、格子定数の揺らぎや格子面の傾きを確認するものである。
　図１９は、実施例１の膜構造体の逆格子マップ測定の結果を示すグラフであり、図２０は、実施例２の膜構造体の逆格子マップ測定の結果を示すグラフである。図１９に示す例（実施例１）及び図２０に示す例（実施例２）のいずれにおいても、ＡｌＮ（００２）及びＡｌＮ（００４）のピークが縦一列に確認され面が揃っていた。即ち、実施例１及び実施例２の膜構造体のいずれのＸ線逆格子空間マッピングにおいても、ＡｌＮよりなる圧電体膜１１のＡｌＮ（００２）面及びＡｌＮ（００４）面の各々をそれぞれ表す２つの逆格子点が、Ｑｚ方向に配列されていた。また、逆格子点が鮮明であることから揺らぎも少ないと言える。
　以上の結果から、実施例１の膜構造体において、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ＡｌＮはｃ軸配向且つエピタキシャル成長していることが分かった。また、ＡｌＮに結晶の揺らぎもなく、格子面が揃っていることも分かった。即ち、Ｐｔ（１００）／ＺｒＯ２／Ｓｉ（１００）上に成膜したＡｌＮは、ｃ軸配向且つ略単結晶化することが分かった。また、実施例２の膜構造体においても、Ｓｉ（１１１）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ＡｌＮはｃ軸配向且つエピタキシャル成長していることが分かった。また、ＡｌＮに結晶の揺らぎもなく、格子面が揃っていることも分かった。即ち、Ｐｔ（１１１）／ＺｒＯ２／Ｓｉ（１１１）上に成膜したＡｌＮは、ｃ軸配向且つ単結晶化することが分かった。
　［インプレーン測定］
　次に、実施例１及び実施例２の膜構造体について、ＸＲＤ法によるφスキャンスペクトル（インプレーンＸ線回折パターン）を測定した。即ち、圧電体膜１１までが形成された実施例１及び実施例２の膜構造体について、φスキャンによるＸ線回折測定（インプレーン測定）を行った。インプレーン測定は、測定面と基板表面との間の角度が９０°に等しい場合に相当する。
　図２１は、実施例１の膜構造体のＸＲＤ法によるφスキャンスペクトルの例を示すグラフであり、図２２は、実施例２の膜構造体のＸＲＤ法によるφスキャンスペクトルの例を示すグラフである。図２１及び図２２のグラフの横軸は、φスキャンにおける角度φを示し、図２１及び図２２のグラフの縦軸は、検出されたＸ線の強度を示している。また、図２１及び図２２は、０°≦φ≦３６０°の範囲を示している。
　図２１及び図２２に示す例では、測定面と基板表面との間の角度が９０°近傍（インプレーン測定）で、２θがＡｌＮ（１１０）面の回折ピークに対応した角度（５９．３５°）に等しくなるように調整した状態で、φスキャンを行っている。
　図２１に示す例（実施例１）では、φスキャンにおいて、φ方向（横軸方向）に３０°の間隔を空けて配置され、且つ、ＡｌＮ（１１０）面をそれぞれ表す１２の回折ピークが観測された。従って、実施例１の膜構造体において、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ＺｒＯ２層１２ｂ及びＰｔ層１３ａを介して、ＡｌＮよりなる圧電体膜１１がエピタキシャル成長していることが明らかになった。一方、ＡｌＮの結晶構造は、ｃ軸を中心として６回対称性を有する。そのため、実施例１の膜構造体が有する圧電体膜１１は、ＡｌＮ（００１）面内で一方が他方に対して３０°回転した異なる２つのドメイン（回転成分）よりなると考えられる。
　図２２に示す例（実施例２）では、φスキャンにおいて、φ方向（横軸方向）に６０°の間隔を空けて配置され、且つ、ＡｌＮ（１１０）面をそれぞれ表す６つの回折ピークが観測された。従って、実施例２の膜構造体において、Ｓｉ（１１１）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ＺｒＯ２層１２ｂ及びＰｔ層１３ａを介して、ＡｌＮよりなる圧電体膜１１がエピタキシャル成長していることが明らかになった。また、前述したように、ＡｌＮの結晶構造は、ｃ軸を中心として６回対称性を有する。そのため、実施例２の膜構造体が有する圧電体膜１１は、単一のドメイン（回転成分）よりなると考えられる。
　図２３Ａ及び図２３Ｂは、実施例１の膜構造体におけるＡｌＮ（００１）面とＰｔ（１００）面との格子整合を説明するための図である。図２３Ａは、ＡｌＮ（００１）面におけるＡｌ原子の二次元的な配列を示し、図２３Ｂは、Ｐｔ（１００）面におけるＰｔ原子の二次的な配列を示している。図２４Ａ及び図２４Ｂは、実施例２の膜構造体におけるＡｌＮ（００１）面とＰｔ（１１１）面との格子整合を説明するための図である。図２４Ａは、ＡｌＮ（００１）面におけるＡｌ原子の二次元的な配列を示し、図２４Ｂは、Ｐｔ（１１１）面におけるＰｔ原子の二次元的な配列を示している。
　実施例１において、圧電体膜１１が有する、異なる２つの回転成分を、部分ＤＭ１及び部分ＤＭ２とする。また、ｃ軸方向から視たとき、図２３Ａに示すように、部分ＤＭ２は、部分ＤＭ１に対し、反時計回りに３０°回転しているものとする。このようにしたとき、図２３Ａに示すように、ＡｌＮ（００１）面の線分ＬＮ１に沿った方向（ＡｌＮ＜１－１０＞方向（ＡｌＮ＜１，－１，０＞方向又はＡｌＮ＜１，－１，０，０＞方向））におけるＡｌ原子の間隔は、０．５３９ｎｍであり、図２３Ｂに示すように、Ｐｔ（１００）面の結晶格子の対角方向であるＰｔ＜０１１＞方向におけるＰｔ原子の間隔（０．２７７ｎｍ）の２倍は、０．５５７ｎｍであり、上記した０．５３９ｎｍに近い。
　そのため、部分ＤＭ１は、ＡｌＮ（００１）面の線分ＬＮ１に沿った方向（ＡｌＮ＜１－１０＞方向）が、図２３Ｂに示すＰｔ（１００）面の結晶格子の対角方向であるＰｔ＜０１１＞方向と平行な状態でエピタキシャル成長し、部分ＤＭ２は、ＡｌＮ（００１）面の線分ＬＮ１に沿った方向（ＡｌＮ＜１－１０＞方向）が、図２３Ｂに示すＰｔ（１００）面の結晶格子の対角方向であるＰｔ＜０１１＞方向と平行な状態でエピタキシャル成長する。また、部分ＤＭ１及び部分ＤＭ２が、互いに等しい割合で存在することになる。
　部分ＤＭ１及び部分ＤＭ２が、互いに等しい割合で存在することにより、図２１に示したφスキャンにおいて、それぞれ６回対称性を有する６つの回折ピークよりなる２組が互いに３０°ずれて重ね合わされることにより、１２回対称性を有する１２の回折ピークが観察されたと考えられる。ここで、部分ＤＭ１を０°回転成分とし、部分ＤＭ２を３０°回転成分とすることができる。
　一方、実施例２において、Ｐｔ（１１１）面は、Ｐｔが図２４Ｂに示すように６回対称性を有するように、Ｐｔ原子が二次元的に配列されており、Ｐｔ（１１１）面の内部に、Ｐｔ原子よりなる六角形を見出すことができる。また、図２４Ａに示すように、ＡｌＮ（００１）面においてＡｌ原子により形成される六角形の１辺の長さは、０．３１１ｎｍであり、図２４Ｂに示すように、Ｐｔ（１１１）面において６個のＰｔ原子により形成される六角形の１辺の長さは、０．２７７ｎｍであり、上記した０．３１１ｎｍに近い。
　そのため、ＡｌＮ膜は、ＡｌＮ（００１）面においてＡｌ原子により形成される六角形が、Ｐｔ（１１１）面において６個のＰｔ原子により形成される六角形に整合するように、エピタキシャル成長する。従って、実施例２では、実施例１と異なり、２つの回転成分を有さず、単一の回転成分のみを有する。
　以上の結果をまとめると、以下のようになる。Ｓｉ層１２ａとしてのＳｉ基板が、Ｓｉ（１００）基板であるか、又は、Ｓｉ層１２ａとしてのＳＯＩ層が、Ｓｉ（１００）膜よりなり、電極１３がＰｔ（１００）膜であり、圧電体膜１１がＡｌＮよりなるＡｌＮ膜であるとする。このようにしたとき、好適には、ＡｌＮ膜は、エピタキシャル成長した部分ＤＭ１及び部分ＤＭ２を有し、部分ＤＭ２におけるＡｌＮの基板の上面に沿ったＡｌＮ＜１１０＞方向（ＡｌＮ＜１，１，０＞方向又はＡｌＮ＜１，１，－２，０＞方向）は、部分ＤＭ１におけるＡｌＮの基板の上面に沿ったＡｌＮ＜１１０＞方向に対し、平面視で時計回り又は反時計回りに３０°回転している。
　また、更に好適には、部分ＤＭ１は、ＡｌＮ膜の基板の上面に沿ったＡｌＮ＜１１０＞方向が、Ｐｔ（１００）膜である電極１３の基板の上面に沿ったＰｔ＜０１０＞方向に対し、平面視で時計回りに１５°回転し、部分ＤＭ２は、ＡｌＮ膜の基板の上面に沿ったＡｌＮ＜１１０＞方向が、Ｐｔ（１００）膜である電極１３の基板の上面に沿ったＰｔ＜０１０＞方向に対し、平面視で反時計回りに１５°回転している。
　一方、Ｓｉ層１２ａとしてのＳｉ基板が、Ｓｉ（１１１）基板であるか、又は、Ｓｉ層１２ａとしてのＳＯＩ層が、Ｓｉ（１１１）膜よりなり、電極１３がＰｔ（１１１）膜であり、圧電体膜１１がＡｌＮよりなるＡｌＮ膜であるとする。このようにしたとき、好適には、ＡｌＮ膜の基板の上面に沿ったＡｌＮ＜１１０＞方向が、Ｐｔ膜の基板の上面に沿ったＰｔ＜１１０＞方向と平行な状態で、エピタキシャル成長している。
　以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
　例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
１０　膜構造体
１１　圧電体膜
１２　基板
１２ａ　Ｓｉ層
１２ｂ　ＺｒＯ２層
１２ｃ　基体
１２ｄ　ＢＯＸ層
１３　電極
１３ａ　Ｐｔ層
１３ｂ　ＳＲＯ層
１３ｃ　Ｍｏ層
１３ｄ　Ｗ層
２０、３０　電子デバイス
２１　中空部
２２、２２ａ、２２ｂ、３１、３２　電極
２３、２４、３３、３４　誘電層
３１ａ、３２ａ　本体
３１ｂ、３２ｂ　櫛歯
ＤＭ１、ＤＭ２　部分
ＤＰ１　分極方向
ＤＲ１、ＤＲ２　方向
ＬＮ１　線分

Claims (20)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に形成されたＺｒＯ２を含むバッファ膜と、
    　前記バッファ膜上に形成された圧電体膜と、
    　を有し、
    　前記基板は、Ｓｉ基板、又は、Ｓｉ基板よりなる基体と、前記基体上の絶縁層と、前記絶縁層上のＳｉ膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板であり、
    　前記圧電体膜の分極方向が前記基板に垂直に優先配向している、膜構造体。
  2. 　前記バッファ膜上に形成された金属膜を有する、請求項１に記載の膜構造体。
  3. 　前記金属膜は、Ｐｔ膜、Ｍｏ膜、Ｗ膜、Ｒｕ膜又はＣｕ膜である、請求項２に記載の膜構造体。
  4. 　前記金属膜上に形成されたＳＲＯ膜を有する、請求項２に記載の膜構造体。
  5. 　前記圧電体膜が窒化物よりなる、請求項１に記載の膜構造体。
  6. 　前記窒化物がＡｌＮである、請求項５に記載の膜構造体。
  7. 　前記窒化物にＳｃがドープされている、請求項５に記載の膜構造体。
  8. 　前記Ｓｉ基板は、Ｓｉ（１００）基板であるか、又は、前記ＳＯＩ層は、Ｓｉ（１００）膜よりなる、請求項１に記載の膜構造体。
  9. 　前記Ｓｉ基板は、Ｓｉ（１１１）基板であるか、又は、前記ＳＯＩ層は、Ｓｉ（１１１）膜よりなる、請求項１に記載の膜構造体。
  10. 　請求項１～９のいずれかに記載の膜構造体を備えた電子デバイス。
  11. 　請求項１に記載の膜構造体を備えた電子デバイスにおいて、
    　前記膜構造体は、前記圧電体膜の上面又は下面に形成された櫛歯電極を有する、電子デバイス。
  12. 　前記膜構造体は、前記基板上に形成された整合層を有する、請求項１１に記載の電子デバイス。
  13. 　前記圧電体膜の下部に中空部が設けられている、請求項１０に記載の電子デバイス。
  14. 　前記膜構造体は、前記圧電体膜の上部に形成された上部電極、及び、前記圧電体膜の下部に形成された下部電極を有する、請求項１３に記載の電子デバイス。
  15. 　前記上部電極と前記下部電極との重なり部分の面積が、前記中空部の面積より小さい、請求項１４に記載の電子デバイス。
  16. 　前記上部電極と前記下部電極との重なり部分の面積が、前記中空部の面積の１／２以下である、請求項１４に記載の電子デバイス。
  17. 　前記膜構造体は、前記基板上に形成された整合層を有する、請求項１３に記載の電子デバイス。
  18. 　前記整合層は温度の上昇に従って硬さが増す材料よりなる、請求項１２に記載の電子デバイス。
  19. 　前記材料はＳｉ化合物である、請求項１８に記載の電子デバイス。
  20. 　前記圧電体膜が窒化物よりなる、請求項１１又は１２に記載の電子デバイス。
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