專利名稱：使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在玻璃等廉價基板上使用了將氮化鋁進行高度c軸取向的薄膜的壓電元件及其制造方法。
背景技術：
氮化鋁基于其容易進行制作、容易薄膜化等優(yōu)點，是一種促進壓電元件的小型化·薄型化的有潛力的材料。但是，為了把氮化鋁用于制造壓電元件，需要在c軸進行了單軸取向的氮化鋁，c軸取向性越強，壓電性能也越強。并且，在把氮化鋁薄膜作為壓電元件使用的情況下，需要利用電極夾持其上面和下面。
關于c軸取向的氮化鋁薄膜，以往報告有在玻璃基板上等利用各種方法制作的薄膜(T.Shiosaki，T.Yamamoto，T.Oda，A.Kawabata，Appl.Phys.Lett.，36(1980)643)，還報告了在電極膜上制作的薄膜。但是，氮化鋁膜的c軸取向性的搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)均約為3.0°或大于3.0°，壓電特性也不充分。
并且，在c軸進行了超高取向(RCFWHM為2.5°以下)的氮化鋁膜在(F.Engelmark，G.F.Iriarte，I.V.Katardjiev，M.Ottosson，P.Muralt，S.Berg，J.Vac.Sci.Technol.A，19(2001)2664)等中有所報告，但是，由于在基板上使用單結晶基板并在其上直接制作氮化鋁的單結晶或多結晶薄膜，所以不能在基板和氮化鋁薄膜之間插入電極，難以用作壓電元件。
另外，氮化鋁膜在形成時具有非常大的內部應力，在形成于電極上的情況下，電極產生裂紋，或氮化鋁膜隨著電極從基板剝離等，在用作壓電元件時會產生非常嚴重的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在玻璃基板等廉價的基板上不介入密接層而直接由W層形成下部電極，由此形成沒有隆起或裂紋或剝離的、而且構成c軸超高取向的氮化鋁薄膜的高性能的壓電元件。
并且，本發(fā)明的目的在于，提供一種在不僅形成W單層而且也形成包括密接層的疊層體即下部電極時，通過適當選擇下部電極的表面層的材料，同樣形成構成c軸超高取向的氮化鋁薄膜的高性能的壓電元件。此時，還提出一種具體的下部電極的疊層結構。
本發(fā)明還提供一種在制作使用上述氮化鋁薄膜的壓電元件時，控制顆粒形狀，使氮化鋁薄膜構成c軸超高取向的、不產生隆起或裂紋或剝離的容易且廉價的制作方法。
本發(fā)明的目的在于，即使在使用廉價的玻璃基板時也能實現(xiàn)和把單結晶作為基板時相同的性能。
另外，本發(fā)明的目的在于，提供一種利用RF等離子支援濺射法形成下部電極，由此使氮化鋁薄膜構成更具c軸超高取向的制作方法。
本發(fā)明的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，具有在基板上順序形成下部電極、壓電體薄膜、上部電極的疊層結構，并且沒有隆起、裂紋或剝離，其特征在于，所述下部電極由W的(111)面與基板面平行的取向性W層形成，而且所述壓電體薄膜利用搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜形成。
并且，本發(fā)明的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，具有在基板上順序形成下層中包括與該基板密接的密接層的下部電極、壓電體薄膜、上部電極的疊層結構，并且沒有隆起、裂紋或剝離，其特征在于，所述下部電極由疊層體構成，該疊層體的最表層利用金屬的所述結晶面相對基板面平行的取向性金屬層形成，該金屬具有1.4左右的電負性，而且具有與氮化鋁的(001)面的原子排列為相同排列、與其原子間隔大致相同的原子間隔的結晶面，并且所述壓電體薄膜用RCFWHM為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜形成。
另外，本發(fā)明的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，具有在基板上順序形成下層中包括與該基板密接的密接層的下部電極、壓電體薄膜、上部電極的疊層結構，并且沒有隆起、裂紋或剝離，其特征在于，所述下部電極利用疊層體形成，該疊層體在最表層形成W、Pt、Au或Ag的(111)面相對基板面平行的取向性W層、取向性Pt層、取向性Au層或取向性Ag層中的任一方，并且所述壓電體薄膜利用RCFWHM為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜形成。
本發(fā)明的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，在基板上，在室溫至W顆粒間不產生間隙的程度的低溫下，通過濺射形成由W的(111)面與基板面平行的取向性W層構成的下部電極，然后在所述下部電極上形成由RCFWHM為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜構成的壓電體薄膜，之后在所述壓電體薄膜上形成上部電極。
并且，本發(fā)明的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，在基板上形成包括與該基板密接的密接層的兩層或兩層以上的疊層結構的下部電極時，首先在室溫至顆粒間不產生間隙的程度的低溫下，通過濺射形成所述密接層，使用具有1.4左右的電負性、而且具有與氮化鋁的(001)面的原子排列為相同排列、與其原子間隔大致相同的原子間隔的結晶面的金屬，在所述下部電極的最表層，在室溫至顆粒間不產生間隙的程度的低溫下，通過濺射取向形成所述金屬的所述結晶面相對基板面平行的金屬層，形成下部電極，然后在所述下部電極上形成由RCFWHM為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜構成的壓電體薄膜，之后在所述壓電體薄膜上形成上部電極。
并且，本發(fā)明的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，在基板上形成包括與該基板密接的密接層的兩層或兩層以上的疊層結構的下部電極時，首先在室溫至顆粒間不產生間隙的程度的低溫下，通過濺射形成所述密接層，在室溫至顆粒間不產生間隙的程度的低溫下，在最表層通過濺射形成W、Pt、Au或Ag的(111)面相對基板面平行的取向性W層、取向性Pt層、取向性Au層或取向性Ag層，形成所述下部電極，然后在所述下部電極上形成由RCFWHM為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜構成的壓電體薄膜，之后在所述壓電體薄膜上形成上部電極。
關于本發(fā)明的其他目的、特征及優(yōu)點以及本發(fā)明的效果，通過以下的記載和結合參照


，將會得到進一步的了解。

圖1是W薄膜上的氮化鋁薄膜表面的光學顯微鏡照片(圖像)。
圖2(a)和圖2(b)是氮化鋁薄膜表面的光學顯微鏡照片(圖像)，圖2(a)是Ti/Au薄膜上(800倍)的照片，圖2(b)是Al-Si薄膜上(50倍)的照片。
圖3(a)和圖3(b)是氮化鋁薄膜表面的光學顯微鏡照片(圖像)，圖3(a)是Cr薄膜上(500倍)的照片，圖3(b)是Ni薄膜上(500倍)的照片。
圖4是表示氮化鋁薄膜的取向性和下部電極薄膜的取向性的關系的圖。
圖5是表示氮化鋁薄膜的取向性和下部電極薄膜的電負性的關系的圖。
圖6(a)和圖6(b)是表示氮化鋁薄膜表面的原子力顯微鏡(AFM)像的照片，圖6(a)是Ti/Pt薄膜上的照片，圖6(b)是Cr/Pt薄膜上的照片。
圖7是表示作用于薄膜上的應力狀態(tài)的概念圖。
圖8(a)和圖8(b)是表示Pt薄膜表面的原子力顯微鏡(AFM)像的照片，圖8(a)是Ti薄膜上的照片，圖8(b)是Cr薄膜上的照片。
圖9(a)～圖9(c)是表示在被改變了制作溫度的Ti/Pt薄膜上的氮化鋁薄膜表面的原子力顯微鏡(AFM)像的照片，圖9(a)是室溫時的照片，圖9(b)是300℃時的照片，圖9(c)是400℃時的照片。
圖10(a)～圖10(c)是表示在被改變了制作溫度的Ti/Pt薄膜上的Pt薄膜表面的原子力顯微鏡(AFM)像的照片，圖10(a)是室溫時的照片，圖10(b)是300℃時的照片，圖10(c)是400℃時的照片。
圖11是載荷-輸出曲線圖。
圖12是劃痕的顯微鏡觀察照片(圖像)。
圖13是表示RCFWHM不同時的壓電元件的壓力和電荷量的關系的曲線圖。
具體實施例方式
以下，列舉實施方式和實施例詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實施方式和實施例的任何限定。
本發(fā)明的壓電元件具有在基板上順序形成下部電極、壓電體薄膜、上部電極的疊層結構。此處，如果下部電極、壓電體薄膜或上部電極存在隆起(丘狀隆起)、裂紋(龜裂)或剝離中任意一種，則作為壓電元件的可靠性將明顯降低，所以本發(fā)明采用不存在任何隆起、裂紋或剝離的壓電元件。
本發(fā)明在基板上形成壓電元件，所以能夠用作壓力傳感器、表面彈性波濾波器等，而且可以做到高靈敏度。
在本發(fā)明中，不僅可使用藍寶石等的單結晶基板，而且可以使用玻璃基板、多結晶陶瓷基板、金屬基板、樹脂基板等單結晶基板以外的基板。在本發(fā)明中雖然可以使用單結晶基板，但由于也可以在單結晶基板以外的基板上形成構成c軸超高取向的氮化鋁(AlN)膜，所以特別有利于壓電元件的低成本化。
下部電極可以是單層金屬，或者可以是包括與基板密接的密接層的疊層體。
下部電極為單層金屬時，優(yōu)選由W的(111)面與基板面平行的取向性W層形成。
并且，在下部電極為包括密接層的疊層體時，形成疊層體的最表層的金屬優(yōu)選具有1.3以上1.5以下的電負性的金屬，更優(yōu)選具有1.4左右的電負性的金屬。另外，在該條件的基礎上，最優(yōu)選具有與氮化鋁的(001)面的原子排列為相同排列、與其原子間隔大致相同的原子間隔的結晶面的金屬。因為這種金屬與氮化鋁的(001)面具有很好的親和性。即，在這種金屬的結晶面和氮化鋁的(001)面沒有晶格常數(shù)差，所以氮化鋁能夠沒有變形地生長。并且，優(yōu)選下部電極的最表層利用這種金屬的所述結晶面相對基板面平行的取向性金屬層形成。
并且，作為下部電極為包括密接層的疊層體的具體示例，下部電極可以利用在最表層形成W、Pt、Au或Ag的(111)面相對基板面平行的取向性W層、取向性Pt層、取向性Au層或取向性Ag層中的任一方的疊層體形成。因為W、Pt、Au或Ag的(111)面與氮化鋁的(001)面具有很好的親和性。即，在W、Pt、Au或Ag的(111)面與氮化鋁的(001)面沒有晶格常數(shù)差。
另外，如果列舉具體示例，下部電極優(yōu)選形成在以“形成在基板上的第1層/形成在第1層上的第2層”的形式形成的Ti/Pt或Cr/Pt的雙層體上。并且，下部電極也可以形成在以“形成在基板上的第1層/形成在第1層上的第2層/形成在第2層的第3層”的形式形成的Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au或Cr/Ni/Au的三層體上。
如果不介入密接層而直接在基板上形成Pt、Au或Ag的下部電極，則由于應力的作用容易導致剝離或裂紋的產生。如果介入上述密接層，則能夠有效防止剝離、裂紋或隆起的產生。而且，上述密接層促進Pt、Au或Ag的(111)面的取向，結果，可以形成c軸超取向的氮化鋁薄膜。
本發(fā)明的壓電體薄膜利用搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)為2.5°以下的c軸超取向氮化鋁薄膜形成。根據(jù)搖擺曲線測定可以知道結晶面方位(取向方位)的偏移·擴展。如圖13所示，RCFWHM和壓電元件儲存的電荷量是相關的。即，RCFWHM越小，壓電元件儲存的電荷量越大，其性能越好。在本發(fā)明中，把RCFWHM為2.5°以下的氮化鋁薄膜作為c軸超取向氮化鋁薄膜。
本發(fā)明的上部電極可以是Al、Pt、Au、Ag等金屬或以這些金屬為主體的合金，ITO、二氧化銥、二氧化釕、三氧化釕、LSCO(La0.5Sr0.5CoO3)等導電性氧化物或氮化鉭等導電性氮化物。以上是示例，也可以使用與氮化鋁薄膜的密接性良好、并且不易產生應力的導電物質。
下面，說明本發(fā)明的壓電元件的制造方法。首先，作為基板的選擇，可以選擇單結晶基板、多結晶基板或非晶基板中的任一種，但在與基板種類無關可以形成c軸超高取向氮化鋁薄膜的本發(fā)明中，優(yōu)選選擇多結晶基板或非晶基板。并且，更優(yōu)選玻璃基板，特別是石英玻璃基板。
在本發(fā)明中，在不包括密接層的下部電極或包括密接層的下部電極的任一方中把金屬用作電極材料，所以使用物理氣相生長法(PVD法)蒸鍍。即，電阻加熱蒸鍍或電子束加熱蒸鍍等真空蒸鍍法，DC濺射、高頻濺射、RF等離子支援濺射、磁控濺射、ECR濺射或離子束濺射等各種濺射法，高頻離子鍍、活性化蒸鍍或電弧離子鍍等各種離子鍍法，分子線外延法，激光消融法，離子化分組束蒸鍍法，以及離子束蒸鍍法等形成方法。其中，優(yōu)選利用濺射法，特別優(yōu)選利用RF等離子支援濺射法形成由規(guī)定金屬或合金構成的下部電極。這些蒸鍍方法的選擇根據(jù)蒸鍍物質適當選擇。
下部電極的形成溫度為在構成下部電極的金屬顆粒的顆粒之間不產生間隙的程度的低溫下，優(yōu)選在室溫下進行。如果顆粒之間產生間隙，將容易產生裂紋、剝離，同時容易產生上部電極和下部電極的短路。
另外，如果超過顆粒間產生間隙的形成溫度，則在形成時顆粒有時會生長，通過該顆粒生長使得下部電極的微結構變平滑。在這種情況下，由于基本不會發(fā)生短路，所以，可以通過顆粒生長使顆粒之間的間隙消失，微結構變平坦的成膜溫度下成膜。
形成條件例如壓力為1.0×10-1Pa，氮氣分壓比為0％，基板溫度為不加熱，靶投入功率為200W，膜厚根據(jù)材料而變化。這些條件也可以適當變更。
在基板上形成包括與基板密接的密接層的兩層或兩層以上的疊層結構的下部電極時，首先，在使顆粒之間不產生間隙的程度的低溫下、優(yōu)選在室溫下通過濺射形成密接層。然后，在該密接層上形成與氮化鋁的(001)面的配合良好的電極面。作為該電極面，例如，使用具有1.4左右的電負性，而且具有與氮化鋁的(001)面的原子排列為相同排列、與其原子間隔大致相同的原子間隔的結晶面的金屬。使用所述金屬，在下部電極的最表層通過濺射取向形成所述金屬的所述結晶面相對基板面平行的金屬層，形成下部電極。此時的形成溫度條件如前所述，在構成下部電極的金屬顆粒之間不產生間隙的程度的低溫下、優(yōu)選在室溫下進行。
此時，也可以通過濺射形成W、Pt、Au或Ag的(111)面相對基板面平行的取向性W層、取向性Pt層、取向性Au層或取向性Ag層作為最表層。此時的形成溫度條件為在金屬顆粒之間不產生間隙的程度的低溫，優(yōu)選在室溫下進行。
在形成包括密接層的下部電極的情況下，下部電極優(yōu)選利用RF等離子支援濺射法形成。
通過在低溫下形成下部電極，在形成適合于將氮化鋁取向的最表面的同時，可以消除熱膨脹差并降低應力，防止隆起、裂紋或剝離。
然后，在所述下部電極上形成由RCFWHM為2.5°以下的c軸取向氮化鋁薄膜構成的壓電體薄膜。該工序使用PVD法，特別優(yōu)選使用濺射法形成。在已形成下部電極的階段，作為形成下部電極的最表層的電極材料的金屬，以與氮化鋁的(001)面的原子排列為相同排列、與其原子間隔大致相同的原子間隔的結晶面相對基板平行的狀態(tài)進行取向。因此，形成與藍寶石等的單結晶相同的基底表面。在該下部電極的最表層，以氮化鋁為靶利用PVD法形成薄膜，由此獲得在c軸超取向的氮化鋁薄膜。此時的形成條件，例如壓力為1.3×10-1Pa，氮氣分壓比為60％，基板溫度為300℃，靶投入功率為200W。膜厚為2000nm。這些條件也可以適當變更。
然后，在壓電體薄膜上形成上部電極。利用PVD法或CVD法的蒸鍍方法形成所述上部電極。此處，根據(jù)蒸鍍物質適當選擇蒸鍍方法。
(實施例)以下，列舉實施例更詳細地說明本發(fā)明。在本發(fā)明中，元素表述使用元素符號。
(高取向性薄膜的制作)公知氮化鋁薄膜的機電耦合系數(shù)等電特性在很大程度上依賴于結晶的取向性。因此，為了獲得高取向性AlN薄膜，對下部電極的影響和下部電極的疊層效果進行了研究。
(實施例1下部電極的影響)此前對于在導電體上制作AlN薄膜的研究，主要是為了提高鐵的耐蝕性而進行的研究及在表面彈性波(SAW)濾波器用Al電極上進行制作的研究。有關在其他導電體上的研究進行得甚少。在報告中，最高取向性的AlN薄膜是在玻璃基板上的Au薄膜上制作，搖擺曲線的半價寬度顯示為3°。因此，為了在下部電極上獲得高取向性AlN薄膜，在20種導電體薄膜上制作AlN薄膜，調查了對AlN薄膜的結晶結構的影響。20種導電體薄膜主要是通過濺射法在室溫下制作的。表1表示所制作的AlN薄膜的XRD測定結果?；迨褂貌ＡА?br> 即，把石英玻璃(20mm×20mm×1.1mm)作為基板，下部電極的形成條件是壓力為1.0×10-1Pa，氮氣分壓比為0％，基板溫度為不加熱，靶投入功率為200W，膜厚根據(jù)材料而變化。并且，氮化鋁的形成條件是壓力為1.3×10-1Pa，氮氣分壓比為60％，基板溫度為300℃，靶投入功率為200W，膜厚為2000nm。
表1在導電體薄膜上制作的AlN薄膜的XRD測定結果

**過強不能測定**已剝離##利用真空蒸鍍制作。
Al-Si、Ni、Cr等是半導體經常使用的材料，所以如果把它們用作電極，在集成半導體和氮化鋁壓電元件時很有利，但遺憾的是這些材料的RCFWHM大，而且也多發(fā)裂紋。而且，關于Pt、Au，在石英基板上直接形成它們時，與基板的密接性差，產生嚴重的剝離。因此，作為密接層插入了Ti或Cr等。根據(jù)表1的測定結果，在W、Ti/Pt、Ti/Au和Ti/Ag上能夠獲得搖擺曲線的半價寬度為2°左右的顯示超高取向性的AlN薄膜。
另外，在下部電極為多層的情況下，把左欄記載的元素作為形成于基板上的第1層。例如，在表述為Ti/Pt的情況下，Ti是第1層，Pt是第2層。在下部電極由3層構成的情況下，表述為第1層/第2層/第3層。
即使微觀上顯示良好的結晶結構，而在宏觀上產生裂紋或剝離的情況下，也難以批量生產。因此，使用光學顯微鏡進行了各個AlN薄膜的表面觀察。其結果用圖1、圖2(a)和圖2(b)、及圖3(a)和圖3(b)表示。圖1表示顯示了超高取向性和高結晶化度的、在W薄膜上制作的AlN薄膜的表面的光學顯微鏡照片(800倍)。W和Ti/Pt上的AlN薄膜的表面如圖1所示平滑且均勻，根本觀察不到裂紋或剝離。
另一方面，在Ti/Au和Ti/Ag上的AlN薄膜的表面中觀察到了圖2(a)所示的隆起和較大裂紋。為了利用現(xiàn)有的半導體技術，使用Al-Si比較有利，但是在Al-Si薄膜上不能獲得高取向性的AlN薄膜，如圖2(b)所示，觀察到產生劇烈的裂紋。在圖3(a)和圖3(b)中為了比較，表示在Cr薄膜上和Ni薄膜上制作的AlN薄膜表面的光學顯微鏡照片。在Cr薄膜和Ni薄膜等上制作的AlN薄膜如圖3(a)和圖3(b)所示，存在無數(shù)的裂紋，而且在一些部位也觀察到了類似氣孔的部分。根據(jù)這些結果，W和Ti/Pt上的AlN薄膜顯示了高取向性和高結晶化度，而且不產生裂紋等。因此，判明作為下部電極薄膜，W或Ti/Pt薄膜優(yōu)異。
為了明確AlN薄膜在W、Ti/Pt、Ti/Au和Ti/Ag上顯示良好的結晶結構的理由，調查了下部電極薄膜的取向性和在下部電極薄膜上制作的AlN薄膜的取向性的關系、以及下部電極材料的電負性和在下部電極薄膜上制作的AlN薄膜的取向性的關系。其結果用圖4和圖5表示。表現(xiàn)出下部電極薄膜的取向性越高，AlN薄膜的取向性也越高的趨勢。并且，可以獲得下部電極材料的電負性為1.4左右的高取向性的AlN薄膜。由此，通過使用電負性為1.4左右的導電體，可以在導電體上制作顯示良好的結晶結構的AlN薄膜。
(實施例2下部電極的疊層效果)關于AlN薄膜中的下部電極的疊層效果迄今沒有報告范例。因此，將金屬薄膜進行兩層、三層疊層，對AlN薄膜的取向性和結晶化度等對結晶結構的影響進行了調查。
對顯示高取向性和高結晶化度的Ti/Pt和Cr/Pt的Pt系列進行了調查。把石英玻璃(20mm×20mm×1.1mm)作為基板，下部電極的形成條件是壓力為1.0×10-1Pa，氮氣分壓比為0％，基板溫度為不加熱，靶投入功率為200W，膜厚根據(jù)材料而變化。并且，氮化鋁的形成條件是壓力為1.3×10-1Pa，氮氣分壓比為60％，基板溫度為300℃，靶投入功率為200W，膜厚為2000nm。
在各種薄膜上制作的AlN薄膜的XRD結果用表2表示。隨著把最下部由Ti變?yōu)镃r，AlN薄膜的搖擺曲線的半價寬度大大減少，從2.06°變?yōu)?.40°。AlN(002)面的峰的積分強度也大約提高了2倍。AlN(001)的面間隔(c軸長度)是4.980×10-8m(4.980)，在所述薄膜上制作的AlN(001)面的面間隔顯示出是4.982×10-8m(4.982)和4.984×10-8m(4.984)，所以認為c軸略微伸長，從c軸的橫向產生了壓縮應力。由此判明盡管該Cr薄膜只不過有數(shù)十nm，但大大影響在其上制作的AlN薄膜的結晶結構。并且，在發(fā)明者們進行調查的范圍內，搖擺曲線的半價寬度顯示出是0.40°的超高取向性AlN薄膜的制作報告只有基板使用α-Al2O3單結晶(藍寶石)且基板溫度為500℃以上時能夠獲得。因此，在玻璃基板上，而且是在300℃的低溫下能夠獲得超高取向性AlN薄膜尚屬首次。
表2在Pt系列薄膜的疊層結構上制作的AlN薄膜的XRD測定結果

為了明確由于最下層的影響造成的AlN薄膜的取向性和結晶化度的不同，使用適合于極微小區(qū)域的表面觀察的原子力顯微鏡(AFM)進行了各個AlN薄膜的表面觀察。其結果用圖6(a)和圖6(b)表示。在Ti/Pt薄膜上，AlN薄膜的表面粗糙度(Ra)為2.95nm，由直徑約為30～50nm的顆粒形成(圖6(a))。另一方面，在顯示了高取向性的Cr/Pt薄膜上，AlN薄膜的表面粗糙度(Ra)比較低為1.69nm，由幾種顆粒相連的二次顆粒形成(圖6(b))。該Cr/Pt試料盡管由較大的顆粒形成，但表面粗糙度低且平滑。根據(jù)這些結果判明，最下部金屬薄膜對AlN薄膜的取向性和結晶化度的影響、即在AlN薄膜的生長過程中的最下部金屬薄膜的影響較大，為了獲得顯示良好結晶性的AlN薄膜，最下部金屬薄膜的材料選擇也非常重要。
為了進一步調查最下部的Cr薄膜的影響，使用XRD法調查了中間的Pt薄膜部分的結晶結構。其結果用表3表示。在最下部使用Cr來代替Ti的情況下，Pt薄膜的搖擺曲線的半價寬度增加，積分強度大大減少。并且，Pt(111)的面間隔(晶格常數(shù))是2.2650×10-8m(2.2650)，與Pt薄膜的晶格常數(shù)差減小。根據(jù)這些結果，通過在最下部使用Cr，Pt薄膜的取向性和結晶化度降低。因此，認為由于Pt薄膜顯示出高取向性和高結晶化度，所以在其上制作的AlN薄膜呈現(xiàn)高取向性和高結晶化度，但是，認為Pt薄膜的取向性和結晶化度不是決定AlN薄膜的結晶結構的重要因素，還有其他的重要因素。如圖7所示，認為由于晶格常數(shù)的變化，在AlN薄膜是壓縮應力起作用，在Pt薄膜是拉伸應力起作用。
表3AlN薄膜制作后的Pt薄膜的XRD測定結果

為了明確決定AlN薄膜的結晶結構的重要因素，使用原子力顯微鏡(AFM)對兩方的Pt薄膜進行了觀察。其結果用圖8(a)和圖8(b)表示。在Ti薄膜上，Pt薄膜的表面粗糙度(Ra)為1.99nm，由直徑約為50nm的均勻顆粒形成(圖8(a))。另一方面，在Cr薄膜上，Pt薄膜的表面粗糙度(Ra)為4.09nm，隨處可以觀察到直徑約200nm的顆粒，表面不均勻。并且，沒有顆粒的部分非常平坦(圖8(b))。由此推測在最下部使用Cr的情況下，AlN薄膜的取向性和結晶化度的提高是由于Pt薄膜的表面粗糙度降低、平坦性增大了。
然后，對于Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au和Cr/Ni/Au的Au系列也調查了疊層效果。其結果用表4表示。搖擺曲線的半價寬度都大致約為1.6°左右，未觀察到較大差異。(002)峰的積分強度也未觀察到較大差異。因此，Au系列薄膜的情況和Pt系列薄膜的情況不同，未觀察到疊層效果的影響。
表4Au系列薄膜的疊層結構對AlN薄膜的影響

*不能測定為了明確Au系列電極未觀察到疊層效果的理由，使用XRD法調查了各試料的Au薄膜的結晶結構。其結果用表5表示。
表5疊層結構的Au薄膜的XRD測定結果

*強度過高不能測定Au的(111)面的峰的搖擺曲線的半價寬度觀察到較大差異為1.62～6.60°，積分強度也觀察到不同位數(shù)的差異。并且，Au(111)的面間隔為2.3550×10-8m(2.3550)，但在任何電極，Au的晶格常數(shù)均短，特別是Cr/Ni/Au最短為2.317×10-8m(2.317)，認為較大的拉伸應力作用于Au薄膜。根據(jù)這些判明在Au系列電極的情況下，與Au的取向性和結晶化度無關，在其上制作的AlN薄膜顯示出高取向性和高結晶化度。該情況也被推測為薄膜表面的平坦性是重要因素。并且，作用于AlN薄膜和Au薄膜的應力也如圖7所示，在AlN薄膜是壓縮應力起作用，在Au薄膜是拉伸應力起作用。
對Al和Cr/Al的Al系列也進行了相同比較。其結果用表6表示。搖擺曲線的半價寬度從5.88°減少為2.57°，積分強度從600,000增加到2,090,000(cps)。因此，在Al系列薄膜的情況下也同樣，最下部薄膜對AlN薄膜的取向性和結晶化度的影響、即在AlN薄膜生長過程中的最下部薄膜的影響大。所以，為了獲得顯示良好結晶性的AlN薄膜，需要重視最下部金屬薄膜的材料選擇。
表6Al系列薄膜的疊層結構對AlN薄膜的影響

在實施例1和實施例2中為了制作超高取向性AlN薄膜，研究了下部電極的影響和下部電極的疊層效果。判明根據(jù)下部電極的種類和下部電極的疊層結構，AlN薄膜的取向性和結晶化度等大幅變化。即，對下部電極的影響進行調查的結果，在W、Ti/Au、Ti/Ag和Ti/Pt薄膜上能夠獲得高取向性AlN薄膜。但是，在Ti/Au和Ti/Ag薄膜上制作的AlN薄膜中觀察到隆起和較大裂紋，Ti/Au和Ti/Ag不適合于下部電極材料。另一方面，判明在W和Ti/Pt上制作的AlN薄膜的表面均勻，幾乎沒有裂紋和剝離，W和Ti/Pt適合作為下部電極材料。作為下部電極材料的整體趨勢，下部電極的取向性和結晶化度越高，在其上制作的AlN薄膜的取向性和結晶化度也越高。并且，作為電極材料，電負性顯示為1.4左右的材料比較適合。
對下部電極的疊層效果進行調查的結果是，在Pt系列薄膜的情況下，最下部薄膜的材質對AlN薄膜的取向性和結晶化度的影響、即在AlN薄膜生長過程中的最下部薄膜的材質的影響大，為了獲得顯示良好結晶性的AlN薄膜，最下部的物質必須是最佳的。由此推測在最下部使用Cr的情況下，AlN薄膜的取向性和結晶化度的提高是由于Pt薄膜的表面粗糙度降低、平坦性增大。在Al系列薄膜中也觀察到由于Cr形成的較大影響。但是，Au系列薄膜中幾乎未觀察到變化。
根據(jù)以上結果判明，下部電極使用W薄膜、Ti/Pt疊層薄膜或Cr/Pt疊層薄膜，即使在低溫下在玻璃基板上也可以獲得顯示超高取向性(搖擺曲線的半價寬度0.4°)的AlN薄膜。
(裂紋和短路對策)作為上部電極和下部電極產生短路的原因認為是由于裂紋和氣孔。為了防止產生這些裂紋和氣孔，調查了下部電極的制作溫度的影響和下部電極的制作方法的影響。并且，為了評價AlN薄膜作為傳感器等的壓電元件的可靠性，評價了AlN薄膜的密接強度。
(實施例3下部電極的制作溫度的影響)作為裂紋和剝離的原因認為是由于基板和下部電極和AlN的熱膨脹系數(shù)差。因此，為了減小熱膨脹系數(shù)差的影響、防止裂紋和剝離，調查了下部電極的制作溫度的影響。下部電極使用顯示高取向性的Ti/Pt薄膜。在室溫、300℃和約400℃下制作Ti/Pt下部電極。上部電極使用利用真空蒸鍍法制作的Al薄膜。同時制作三個制作溫度不同的試料，調查了各試料的短路狀況。
在室溫下制作下部電極的情況下，所有試料均未短路。但在300℃下制作下部電極的情況下，三分之一的試料未短路。在400℃下制作下部電極的情況下，所有試料均未短路。由此判明為了制作不短路的試料，在室溫或400℃下制作Ti/Pt下部電極比較好。
為了調查下部電極的制作溫度對AlN薄膜的結晶結構的影響，使用XRD法測定了各個試料的結晶結構。其結果用表7表示。Ti/Pt下部電極薄膜的制作溫度越高，AlN薄膜的(002)面的搖擺曲線的半價寬度越增加，(002)面的峰的積分強度越減少。在c軸長度上未觀察到制作溫度的影響，在4.980×10-8m(4.980)附近均未產生內部應力。因此，Ti/Pt下部電極薄膜的制作溫度越高，AlN薄膜的取向性和結晶化度越低。所以，為了制作不短路且顯示高取向性和高結晶化度的AlN薄膜，下部電極薄膜應該在室溫下制作。
表7改變下部電極薄膜的制作溫度時的AlN薄膜的XRD測定結果

*AlN薄膜也在400℃下制作。
為了進一步調查下部電極制作條件的影響，使用原子力顯微鏡調查了各試料的表面形狀。其結果用圖9(a)～圖9(c)表示。并且，用表8表示表面粗糙度和平均粒徑的測定結果。如圖9(a)～圖9(c)所示，觀察到Ti/Pt薄膜的制作溫度越高，形成AlN薄膜的顆粒的大小就增大，在300℃下顆粒間的間隙就越大。但是，在400℃下雖然粒徑變大，但未觀察到顆粒間的間隙。并且，表面粗糙度也表現(xiàn)出與制作溫度一起增加的趨勢，在400℃下顯示較大的值為17.9nm。由此判明在室溫和400℃下制作的試料未短路是因為能夠形成沒有間隙的緻密的膜。
表8電極制作溫度不同的AlN薄膜的表面粗糙度和平均粒徑

為了調查下部電極的制作溫度對Pt薄膜的直接影響，使用XRD法測定了Pt薄膜的結晶結構。其結果用表9表示。Pt薄膜的(111)面的搖擺曲線的半價寬度在制作溫度升高時減少，積分強度也減少。在400℃下未觀察到因Pt薄膜形成的峰。因此，Pt薄膜的取向性和結晶化度在制作溫度升高時減少。所以，認為AlN薄膜的取向性和結晶化度隨下部電極的制作溫度的增加而減少是由于，作為下部電極的Pt薄膜的取向性和結晶化度與制作溫度一起降低。
表9AlN薄膜蒸鍍后的Pt薄膜的XRD測定結果

*未觀察到Pt的峰。
為了詳細把握各試料的Pt薄膜表面形狀，使用原子力顯微鏡進行了觀察。其結果用圖10(a)～圖10(c)表示。并且，用表10表示制作溫度不同的Pt薄膜的表面粗糙度的測定結果和平均粒徑的測定結果。如Ti/Pt薄膜的制作溫度越高，形成Pt薄膜的顆粒的大小就增大，生長成較大結晶片。并且，表面粗糙度也顯示出增加的趨勢，在400℃下明顯增加。由此判明AlN薄膜的表面粗糙度和平均粒徑因下部電極薄膜的制作溫度而變化是因為作為下部電極的Pt薄膜的表面粗糙度和平均粒徑因制作溫度而大幅變化。因此，通過在室溫下制作下部電極，可以獲得不短路、顯示高取向性和高結晶化度的表面平滑的AlN薄膜。
表10制作溫度對表面粗糙度和平均粒徑的影響

關于其他四個下部電極材料(Cr/Pt、Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au、Cr/Ni/Au)，也調查了制作溫度對短路的影響。其結果用表11表示。
表11各試料的短路試驗結果

○不短路；×短路關于Cr/Pt下部電極也調查了制作溫度的影響。在室溫下制作了Cr/Pt薄膜的試料，三分之二未短路。在300℃下制作的試料均未短路。因此，通過在300℃下利用Cr/Pt制作，可以得到不易短路的試料，能夠獲得與Ti/Pt時不同的結果。表12表示下部電極的制作溫度不同的AlN薄膜的XRD的測定結果。在Cr/Pt的情況下，制作溫度達到300℃時，取向性和結晶化度減少，可以獲得和Ti/Pt相同的結果。并且，在300℃下未觀察到Pt的峰。由此推測Cr/Pt在300℃下進行與Ti/Pt不同的顆粒生長，所以獲得了不同的結果。
表12Cr/Pt下部電極的制作溫度不同的AlN薄膜的XRD測定結果

關于Ti/Pt/Au下部電極也調查了制作溫度的影響。在室溫下制作了Ti/Pt/Au薄膜的試料均未短路，在300℃下制作的試料三分之一短路，獲得了和Ti/Pt相同的結果。表13表示下部電極的制作溫度不同的AlN薄膜的XRD的測定結果。在Ti/Pt/Au的情況下也同樣，制作溫度達到300℃時，取向性和結晶化度減少，獲得了和Ti/Pt相同的結果。并且，在300℃下未觀察到Pt和Au的峰。由此認為在300℃下產生短路的原因是由于發(fā)生了和Ti/Pt相同的顆粒生長，在顆粒間形成間隙。
表13Ti/Pt/Au下部電極的制作溫度不同的AlN薄膜的XRD測定結果

關于Ti/Ni/Au下部電極也調查了制作溫度的影響。在室溫下制作了Ti/Ni/Au薄膜的試料三分之二未短路。在300℃下制作的試料三分之一未短路。表14表示下部電極的制作溫度不同的AlN薄膜的XRD的測定結果。在Ti/Ni/Au的情況下，制作溫度達到300℃時，取向性降低，但結晶化度提高，獲得了和Ti/Pt等不同的結果。并且，在300℃下未觀察到Ni和Au的峰。由此認為在室溫和300℃下產生短路的原因是由于發(fā)生了和Ti/Pt等不同的顆粒生長，在顆粒間形成了間隙。
表14Ti/Ni/Au下部電極的制作溫度不同的AlN薄膜的XRD測定結果

關于Cr/Ni/Au下部電極也調查了制作溫度的影響。在Cr/Ni/Au薄膜中，與制作溫度無關，所有試料均未短路。表15表示下部電極的制作溫度不同的AlN薄膜的XRD的測定結果。在Cr/Ni/Au的情況下，制作溫度達到300℃時，取向性和結晶化度提高，獲得了和Ti/Pt等不同的結果。并且，在300℃下未觀察到Ni和Au的峰。由此認為在室溫和300℃下不短路的原因是由于發(fā)生了和Ti/Pt等不同的顆粒生長，形成了緻密的膜。
表15Cr/Ni/Au下部電極的制作溫度不同的AlN薄膜的XRD測定結果

(實施例4下部電極的制作方法的影響)利用直流(DC)濺射裝置制作Ti/Pt下部電極薄膜，調查了由于制作方法的不同所帶來的影響。表16表示在各個薄膜上制作的AlN薄膜的XRD測定結果。在用RF等離子支援濺射(RF)制作時，搖擺曲線的半價寬度狹窄，積分強度也高。另外，對絕緣性進行調查的結果是，用RF等離子支援濺射制作的試料均未短路，而用DC濺射裝置制作的試料三分之二未短路。由此判明制作Ti/Pt薄膜時使用RF等離子支援濺射比較好。
表16在Ti/Pt薄膜上制作的AlN薄膜的XRD測定結果

DC直流濺射，RF等離子支援濺射為了調查其不同的原因，使用XRD法調查了Pt薄膜的結晶結構。其結果用表17表示。(111)峰的半價寬度和(111)峰的積分強度幾乎未觀察到差異。由此未能確認制作方法的不同對Pt薄膜的結晶結構帶來的影響。認為大概是平坦性等在起影響作用。
表17Pt薄膜的XRD測定結果

DC直流濺射，RF等離子支援濺射(實施例5薄膜的密接強度評價)如果薄膜容易剝離，將很難用作傳感器元件。因此，需要測定AlN薄膜的密接強度。通過使用掃描型劃痕試驗機(島津SST-101)的劃痕試驗評價了AlN薄膜的密接強度。圖11表示載荷-拾音頭輸出曲線圖。圖12表示劃痕的顯微鏡照片(150倍)。
表18表示劃痕試驗的具體測定條件。劃痕試驗進行了3次。剝離載荷平均為169.2mN，標準偏差為1.0，變動系數(shù)為0.6％。測定能夠以良好的再現(xiàn)性進行，根據(jù)顯微鏡視場的劃痕圖像(圖12)容易獲得剝離載荷。該測定條件下的剝離載荷169.2mN表示高于一般的薄膜密接強度，AlN薄膜的密接強度足可以作為傳感器元件。
表18劃痕試驗機測定條件

在實施例3、4和5中，下部電極和上部電極短路的原因被認為是由于裂紋和氣孔。為了防止產生這些裂紋和氣孔，研究了下部電極的制作溫度的影響和下部電極的制作方法的影響。在把Ti/Pt薄膜用于下部電極的情況下，如果在室溫或400℃下制作，可以獲得不短路的試料。在室溫或400℃下制作的試料不短路是因為形成了顆粒間沒有間隙的緻密的膜。并且，AlN薄膜的取向性和結晶化度隨下部電極的制作溫度的增加而減少，被認為是由于作為下部電極的Pt薄膜的取向性和結晶化度隨制作溫度一起降低。判明通過在室溫下制作下部電極，可以獲得不短路、顯示出高取向性和高結晶化度的表面平滑的AlN薄膜。
關于其他四個下部電極材料(Cr/Pt、Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au、Cr/Ni/Au)，也對制作溫度對短路的影響進行了調查。其結果是制作溫度的影響因電極薄膜的疊層結構而不同，Cr/Pt在300℃下未短路，Ti/Pt/Au在室溫下未短路，Cr/Ni/Au在所有溫度下均未短路。
電極的制作方法的影響的調查結果是，比較RF等離子支援濺射法和直流濺射法，利用RF等離子支援濺射法制作的試料均未短路，通過使用RF等離子支援濺射法，可以提高不短路的概率。
通過使用劃痕試驗機的劃痕試驗評價AlN薄膜的密接強度的結果是，可以獲得169.2mN的剝離載荷，驗證了AlN薄膜具有比較高的密接強度。
在本實施例中，為了開發(fā)氮化鋁薄膜的批量生產技術，對高取向性氮化鋁(AlN)薄膜的制作、因裂紋等形成的短路對策、薄膜的高靈敏度化和批量化形成條件的確立進行了研究。其結果是通過使下部電極的種類、下部電極的疊層結構達到最佳，可以在玻璃基板上制作搖擺曲線的半價寬度為0.4°的超高取向性AlN薄膜。并且，為了制作不短路的薄膜，通過使電極的制作溫度達到最佳，并利用RF等離子支援濺射法制作下部電極，可以減少短路的可能性。
其結果是，制作溫度的影響因電極薄膜的疊層結構而不同，Cr/Pt在300℃下未短路，Ti/Pt/Au在室溫下未短路，Cr/Ni/Au在所有溫度下均未短路。制作方法上則在利用RF等離子支援濺射法制作時，可以減少產生短路的可能性。并且，AlN薄膜和玻璃基板的密接強度的測定結果表明具有比較高的強度。
在使用所述超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件中，優(yōu)選所述下部電極形成在以“形成在基板上的第1層/形成在第1層上的第2層”的形式形成的Ti/Pt或Cr/Pt的雙層體上，或者以“形成在基板上的第1層/形成在第1層上的第2層/形成在第2層上的第3層”的形式形成的Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au或Cr/Ni/Au三層體上。
在使用所述超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件中，優(yōu)選所述基板是玻璃基板。
在使用所述超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法中，優(yōu)選作為所述基板使用玻璃基板。
在使用所述超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法中，優(yōu)選所述下部電極利用RF等離子支援濺射法形成。
另外，在用于實施發(fā)明的最佳方式中形成的具體實施方式
或實施例畢竟是用來明示本發(fā)明的技術內容的，不能限定為這些具體示例并做狹義解釋，可以在本發(fā)明的技術構思和后述權利要求的范圍內進行各種變更。
本發(fā)明在基板上不通過密接層而在W層上形成下部電極，由此可以提供使用玻璃基板等的廉價基板而高性能的壓電元件。而且，可以兼?zhèn)涓咝阅芎蜎]有隆起、裂紋、剝離的高品質這兩種優(yōu)點。此處所說的高性能和使用單結晶基板的壓電元件大致相同。本發(fā)明的意義在于可以提供以廉價的玻璃基板為基板的高性能·高品質的氮化鋁薄膜的壓電元件。并且，本發(fā)明在形成作為不僅有W單層，而且包括密接層的疊層體的下部電極時，通過適當選擇下部電極的表面層的材料，使用廉價的基板可以提供高性能·高品質的壓電元件。另外，本發(fā)明還可以提供一種通過控制顆粒形狀，而且利用RF等離子支援濺射法形成，不產生隆起、裂紋或剝離的上述高性能·高品質的壓電元件的制造方法。
本發(fā)明考慮到與氮化鋁的結晶結構的配合性，使下部電極形成為合適的表面結晶結構，由此排除妨礙氮化鋁的取向的基板因素，可以在不僅單結晶基板而且在石英玻璃板等廉價且多彩的基板上形成c軸超高取向的氮化鋁薄膜。因此，能夠為壓電元件的形式、設計提供自由度，應用性高。
權利要求
1.一種使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，具有在基板上順序形成下部電極、壓電體薄膜、上部電極的疊層結構，并且沒有隆起或、裂紋或剝離，其特征在于，所述下部電極由W的(111)面與基板面平行的取向性W層形成，而且所述壓電體薄膜由搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜形成。
2.根據(jù)權利要求1所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，其特征在于，所述基板是玻璃基板。
3.一種使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，具有在基板上順序形成下層中包括與該基板密接的密接層的下部電極、壓電體薄膜、上部電極的疊層結構，并且沒有隆起、裂紋或剝離，其特征在于，所述下部電極由疊層體構成，該疊層體的最表層由金屬的所述結晶面相對基板面平行的取向性金屬層形成，該金屬具有1.4左右的電負性，而且具有與氮化鋁的(001)面的原子排列為相同排列、與其原子間隔大致相同的原子間隔的結晶面，并且所述壓電體薄膜由搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜形成。
4.根據(jù)權利要求3所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，其特征在于，所述基板是玻璃基板。
5.一種使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，具有在基板上順序形成下層中包括與該基板密接的密接層的下部電極、壓電體薄膜、上部電極的疊層結構，并且沒有隆起、裂紋或剝離，其特征在于，所述下部電極由疊層體形成，該疊層體在最表層形成W、Pt、Au或Ag的(111)面與基板面平行的取向性W層、取向性Pt層、取向性Au層或取向性Ag層中的任一方，并且所述壓電體薄膜由搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜形成。
6.根據(jù)權利要求5所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，所述下部電極形成在以“形成在基板上的第1層/形成在第1層上的第2層”的形式形成的Ti/Pt或Cr/Pt的雙層體上，或者以“形成在基板上的第1層/形成在第1層上的第2層/形成在第2層上的第3層”的形式形成的Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au或Cr/Ni/Au的三層體上。
7.根據(jù)權利要求5所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，其特征在于，所述基板是玻璃基板。
8.一種使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，在基板上，在室溫至W顆粒間不產生間隙的程度的低溫下，通過濺射形成由W的(111)面與基板面平行的取向性W層構成的下部電極，然后在所述下部電極上形成由搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜構成的壓電體薄膜，之后在所述壓電體薄膜上形成上部電極。
9.根據(jù)權利要求8所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，作為所述基板使用了玻璃基板。
10.根據(jù)權利要求8所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，所述下部電極采用RF等離子支援濺射法形成。
11.一種使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，在基板上形成包括與該基板密接的密接層的兩層或兩層以上的疊層結構的下部電極時，首先在室溫至顆粒間不產生間隙的程度的低溫下，通過濺射形成所述密接層，使用具有1.4左右的電負性、而且具有與氮化鋁的(001)面的原子排列為相同排列、與其原子間隔大致相同的原子間隔的結晶面的金屬，在所述下部電極的最表層上，在室溫至顆粒間不產生間隙的程度的低溫下，通過實施濺射形成所述金屬的所述結晶面與基板面平行的具有取向性的金屬層，而形成下部電極，然后在所述下部電極上形成由搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜構成的壓電體薄膜，之后在所述壓電體薄膜上形成上部電極。
12.根據(jù)權利要求11所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，作為所述基板使用玻璃基板。
13.根據(jù)權利要求11所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，所述下部電極采用RF等離子支援濺射法形成。
14.一種使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，在基板上形成包括與該基板密接的密接層的兩層或兩層以上的疊層結構的下部電極時，首先在室溫至顆粒間不產生間隙的低溫下，通過濺射形成所述密接層，在室溫至顆粒間不產生間隙的程度的低溫下，在最表層上通過實施濺射形成W、Pt、Au或Ag的(111)面與基板面平行的取向性W層、取向性Pt層、取向性Au層或取向性Ag層，而形成所述下部電極，然后在所述下部電極上形成由搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜構成的壓電體薄膜，之后在所述壓電體薄膜上形成上部電極。
15.根據(jù)權利要求14所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，作為所述基板使用玻璃基板。
16.根據(jù)權利要求14所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件的制造方法，其特征在于，所述下部電極采用RF等離子支援濺射法形成。
17.一種使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，該薄膜在基板上順序疊層有下部電極、由氮化鋁構成的壓電體薄膜和上部電極，其特征在于，所述氮化鋁的搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)為小于等于2.5°。
18.根據(jù)權利要求17所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，其特征在于，所述下部電極是具有作為由金屬層構成的單層體或與基板密接的密接層、和該密接層上的一層或一層以上的金屬層的疊層體。
19.根據(jù)權利要求18所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，其特征在于，所述疊層體的最表層由電負性為1.3以上1.5以下的金屬構成。
20.根據(jù)權利要求18所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，其特征在于，所述疊層體的最表層由具有與氮化鋁的(001)面的原子排列為相同排列、并且具有與氮化鋁的(001)面的原子間隔大致相同的原子間隔的結晶面的金屬構成。
21.根據(jù)權利要求18所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，其特征在于，所述疊層體的最表層是W、Pt、Au或Ag的(111)面與基板面平行的取向性W層、取向性Pt層、取向性Au層或取向性Ag層中的任一層。
22.根據(jù)權利要求18所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，其特征在于，所述疊層體是以“形成在基板上的第1層/形成在第1層上的第2層”的形式形成的Ti/Pt或Cr/Pt的雙層體，或者是以“形成在基板上的第1層/形成在第1層上的第2層/形成在第2層上的第3層”的形式形成的Ti/Pt/Au、Ti/Ni/Au或Cr/Ni/Au的三層體。
23.根據(jù)權利要求17所述的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件，其特征在于，所述基板是玻璃基板。
全文摘要
一種使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件及其制造方法。本發(fā)明的目的在于，提供一種在玻璃基板等廉價的基板上不介入密接層而直接由W層形成下部電極，由此形成沒有隆起或裂紋或剝離、而且構成c軸超高取向的氮化鋁薄膜的高性能的壓電元件。本發(fā)明的使用超高取向氮化鋁薄膜的壓電元件具有在基板上順序形成下部電極、壓電體薄膜、上部電極的疊層結構，并且沒有隆起、裂紋或剝離，其特征在于，下部電極由W的(111)面與基板面平行的取向性W層形成，而且壓電體薄膜由搖擺曲線半價寬度(RCFWHM)為小于等于2.5°的c軸取向氮化鋁薄膜形成。
文檔編號C23C14/34GK1656623SQ0381231
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月29日 優(yōu)先權日2002年5月31日
發(fā)明者秋山守人, 上野直廣, 立山博, 砂川佳敬, 梅內芳浩, 地主啟一郎 申請人:獨立行政法人產業(yè)技術綜合研究所