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公開番号2024158399
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023073561
出願日2023-04-27
発明の名称圧電膜積層体およびその製造方法
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類H10N 30/853 20230101AFI20241031BHJP()
要約【課題】異常粒に起因する圧電性の低下およびばらつきを抑制できる圧電膜積層体を提供する。
【解決手段】Si基板11と、Si基板11の一面11a上に形成された下層ScAlN膜13と、下層ScAlN膜13におけるSi基板11と反対側の一面13aの上に形成され、アモルファス膜で構成された中間層14と、中間層14における下層ScAlN膜13と反対側の一面14aの上に形成された上層ScAlN膜15と、を有した圧電膜積層体とし、下層ScAlN膜13の一面13aにおける最大高さRz2が、中間層14の膜厚より小さく、下層ScAlN膜13の膜厚の14%未満になっている。
【選択図】図1B
特許請求の範囲【請求項１】
圧電膜積層体であって、
基材（１１）と、
前記基材の一面（１１ａ）上に形成された下層ＳｃＡｌＮ膜（１３）と、
前記下層ＳｃＡｌＮ膜における前記基材と反対側の一面（１３ａ）の上に形成された中間層（１４）と、
前記中間層における前記下層ＳｃＡｌＮ膜と反対側の一面（１４ａ）の上に形成された上層ＳｃＡｌＮ膜（１５）と、を有し、
前記下層ＳｃＡｌＮ膜の前記一面における最大高さ（Ｒｚ２）は、前記中間層の膜厚より小さく、前記下層ＳｃＡｌＮ膜の膜厚の１４％未満になっている、圧電膜積層体。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記中間層は、アモルファス膜である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項３】
前記アモルファス膜は、ＳｉＮ膜、ＴＥＯＳ膜、シリコン酸化膜、ＨｆＯｘ膜、Ｍｏ酸化膜、Ａｌ
２
Ｏ
３
膜のいずれか１つもしくは複数によって構成されている、請求項２に記載の圧電膜積層体。
【請求項４】
前記アモルファス膜は、導電性である、請求項２に記載の圧電膜積層体。
【請求項５】
前記基材と前記下層ＳｃＡｌＮ膜との間に形成された第１電極膜（３１）と、
前記下層ＳｃＡｌＮ膜と前記上層ＳｃＡｌＮ膜との間に形成された第２電極膜（３２）と、
前記上層ＳｃＡｌＮ膜における前記中間層と反対側の一面（１５ａ）の上に形成された第３電極膜（３３）と、を備えている、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項６】
前記第１電極膜、前記第２電極膜、前記第３電極膜は、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕのいずれか１層もしくは複数層によって構成されている、請求項５に記載の圧電膜積層体。
【請求項７】
前記下層ＳｃＡｌＮ膜に含まれるＳｃの濃度は、２４原子％～４３原子％である、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧電膜積層体。
【請求項８】
圧電膜積層体の製造方法であって、
基材（１１）を用意することと、
前記基材の一面（１１ａ）上に下層ＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、
前記下層ＳｃＡｌＮ膜における前記基材と反対側の一面（１３ａ）を平坦化することと、
前記下層ＳｃＡｌＮ膜の前記一面の上に中間層（１４）を形成することと、
前記中間層における前記下層ＳｃＡｌＮ膜と反対側の一面（１４ａ）の上に上層ＳｃＡｌＮ膜（１５）を形成することと、を有し、
前記中間層を形成することでは、該中間層の膜厚を、前記平坦化することの前における前記下層ＳｃＡｌＮ膜の前記一面の最大高さ（Ｒｚ２）より小さく、前記平坦化することの後における前記下層ＳｃＡｌＮ膜の前記一面の最大高さより大きくする、圧電膜積層体の製造方法。
【請求項９】
前記平坦化することでは、ミリング、ＣＭＰ、エッチバック、ウェットエッチングのいずれか１つを行う、請求項８に記載の圧電膜積層体の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、下地材となる基材上に複数の圧電膜が積層された圧電膜積層体およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
圧電膜をＳｃＡｌＮで構成する場合、Ｓｃを高濃度に含有させることで圧電定数を高くすることができ、圧電応答性を向上できることが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第５１９０８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｓｃを高濃度に含有させることで圧電定数を高くできる反面、ｃ軸の向きがランダムである異常粒を増加させる。異常粒は、ＳｃＡｌＮ膜の表面から突出すような状態で存在するため、ＳｃＡｌＮ膜の表面に凹凸が残った状態になる。このため、ＳｃＡｌＮ膜の上にアモルファス膜で構成される中間層を介してさらにＳｃＡｌＮ膜を成膜すると、中間層が下地となるＳｃＡｌＮ膜の凹凸の影響を受ける。中間層が絶縁膜で構成されていて容量値を持っているが、ＳｃＡｌＮ膜の凹凸の影響を緩和するために中間層を厚くすると、容量値が低い絶縁膜がＳｃＡｌＮ膜の間に存在することになり、ＳｃＡｌＮの実効的な圧電性が下がる。このため、中間層を厚くするのは好ましくない。一方、中間層を薄くすると、中間層から異常粒が突き出し、中間層上に配置されるＳｃＡｌＮ膜に異常粒が引き継がれて圧電性を低下させたり、中間層厚のばらつきによる圧電性のばらつきを発生させたりする。
【０００５】
本開示は上記点に鑑みて、異常粒に起因する圧電性の低下およびばらつきを抑制できる圧電膜積層体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
圧電膜積層体であって、
基材（１１）と、
基材の一面（１１ａ）上に形成された下層ＳｃＡｌＮ膜（１３）と、
下層ＳｃＡｌＮ膜における基材と反対側の一面（１３ａ）の上に形成された中間層（１４）と、
中間層における下層ＳｃＡｌＮ膜と反対側の一面（１４ａ）の上に形成された上層ＳｃＡｌＮ膜（１５）と、を有し、
下層ＳｃＡｌＮ膜の一面における最大高さ（Ｒｚ２）は、中間層の膜厚より小さく、下層ＳｃＡｌＮ膜の膜厚の１４％未満になっている。
【０００７】
このように、下層ＳｃＡｌＮ膜の一面における最大高さが中間層の膜厚より小さく、下層ＳｃＡｌＮ膜の膜厚の１４％未満になっている。つまり、下層ＳｃＡｌＮ膜の一面が平坦化されることで、最大高さが中間層の膜厚よりも小さくされている。このため、圧電定数ｄ３３を確保することができ、異常粒に起因する圧電性の低下およびばらつきを抑制することが可能となる。
【０００８】
請求項８に記載の発明は、
圧電膜積層体の製造方法であって、
基材（１１）を用意することと、
基材の一面（１１ａ）上に下層ＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、
下層ＳｃＡｌＮ膜における基材と反対側の一面（１３ａ）を平坦化することと、
下層ＳｃＡｌＮ膜の一面の上に中間層（１４）を形成することと、
中間層における下層ＳｃＡｌＮ膜と反対側の一面（１４ａ）の上に上層ＳｃＡｌＮ膜（１５）を形成することと、を有し、
中間層を形成することでは、該中間層の膜厚を、平坦化することの前における下層ＳｃＡｌＮ膜の一面の最大高さ（Ｒｚ２）より小さく、平坦化することの後における下層ＳｃＡｌＮ膜の一面の最大高さより大きくする。
【０００９】
このように、下層ＳｃＡｌＮ膜の一面を平坦化することで、中間層の膜厚を平坦化前における下層ＳｃＡｌＮ膜の一面の最大高さより小さく、平坦化後における下層ＳｃＡｌＮ膜の一面の最大高さより大きくすることができる。これにより、圧電定数ｄ３３を確保することができ、異常粒に起因する圧電性の低下およびばらつきを抑制することが可能となる。
【００１０】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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