[發明專利]壓電體薄膜元件、其制造方法、以及使用了該壓電體薄膜元件的電子設備

在審

• 申請號: 201410374523.2
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104425703A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 末永和史;柴田憲治;渡邊和俊;堀切文正;野口將希
• 申請（專利權）人: 日立金屬株式會社
• 主分類號: H01L41/22
• 分類號: H01L41/22;H01L41/08;H01L41/09;H01L41/18
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶;於毓楨

技術領域

本發明涉及壓電體薄膜元件，特別涉及具備不包含鉛的鈮酸堿金屬系壓電體的薄膜元件及其制造方法。另外，本發明涉及使用了該壓電體薄膜元件的電子設備。

背景技術

壓電元件是利用壓電體的壓電效應的元件，被廣泛用作在對壓電體施加電壓時產生位移、振動的致動器，在使壓電體發生應力變形時產生電壓的應力傳感器等功能性電子部件。一直以來，作為致動器、應力傳感器中利用的壓電體，廣泛使用具有大的壓電特性的鋯鈦酸鉛系的鈣鈦礦型強電介質(組成式：Pb(Zr_1-xTi_x)O₃、PZT)。

PZT是含有鉛的特定有害物質，但由于目前并不存在可代替其作為壓電材料的適當的市售品，因而成為RoHS指令(電氣/電子設備中含有的特定有害物質的使用限制所相關的歐洲議會以及理事會指令)的免適用對象。但是，在全世界人們對于保全地球環境的要求益發強烈，強烈期望開發出一種使用了不含鉛的壓電體(非鉛系壓電材料)的壓電元件。另外，伴隨著近年對于各種電子設備的小型化/輕量化的要求，對利用了薄膜技術的壓電體薄膜元件的要求變高。

作為使用了非鉛系壓電材料的壓電體薄膜元件，例如專利文獻1中公開了一種壓電薄膜元件，其為在基板上具有下部電極、壓電薄膜、以及上部電極的壓電薄膜元件，其特征在于，將上述壓電薄膜制成由組成式(Na_xK_yLi_z)NbO₃(0＜x＜1、0＜y＜1、0≤z＜1、x+y+z＝1)所表示的堿金屬鈮酸化物系的鈣鈦礦化合物構成的電介質薄膜，在該壓電薄膜與上述下部電極之間設有如下材料的薄膜作為緩沖層，所述材料具有鈣鈦礦型晶體結構并且容易以高取向度向(001)、(100)、(010)、以及(111)中的任一面方位取向。根據專利文獻1，使用了無鉛的鈮酸鋰鉀鈉薄膜的壓電薄膜元件可獲得充分的壓電特性。

壓電元件以由2個電極夾持有壓電體的構成為基本結構，并根據用途微細加工成梁狀、音叉狀的形狀而制作。因此，在將使用了非鉛系壓電材料的壓電元件實用化時，微細加工工藝是非常重要的技術之一。

例如專利文獻2中公開了一種壓電體薄膜晶圓的制造方法，其特征在于，實施如下工序：對于在基板上具備壓電體薄膜(組成式：(K_1-xNa_x)NbO₃、0.4≤x≤0.7)的壓電體薄膜晶圓，使用包含Ar的氣體進行離子蝕刻的第1加工工序；以及接在前述第1加工工序之后，使用混合了氟系反應性氣體和Ar的混合蝕刻氣體進行反應性離子蝕刻的第2加工工序。根據專利文獻2，能夠將壓電體薄膜高精度地微細加工，另外可獲得可靠性高的壓電體薄膜元件以及廉價的壓電體薄膜設備。

另外，非專利文獻1中報告了有關氯/氬的混合氣體中的電感耦合等離子體對(Na_0.5K_0.5)NbO₃的蝕刻性的研究。根據非專利文獻1，如根據等離子體的各種參數的變化所預測的那樣，(Na_0.5K_0.5)NbO₃的蝕刻速度相對于向電感耦合等離子體的施加電力與負的直流偏壓而單調增加。另一方面，相對于氯/氬的混合比并非單調的行為，而是在“氯/氬＝80/20”時獲得了最大75nm/min的蝕刻速度。另外還考察到，這樣的蝕刻速度是因為在離子輔助化學反應中化學路徑與物理路徑同時發揮了作用。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2007-19302號公報

專利文獻2：日本特開2012-33693號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Chan?Min?Kang,Gwan-ha?Kim,Kyoung-tae?Kim,and?Chang-il?Kim：“Etching?Characteristics?of(Na_0.5K_0.5)NbO₃?Thin?Films?in?an?Inductively?Coupled?Cl₂/Ar?Plasma”Ferroelectrics?357，179-184(2007).

發明內容

發明想要解決的課題