(57)【要約】【課題】  特に、下地膜を改良して、圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることが出来る圧電素子及び角速度センサを提供することを目的としている。【解決手段】  シリコン基板１１上に下から第２下地膜２１、第１下地膜１２、Ｒｕ膜３１、下部電極１３、圧電体膜１４及び上部電極１５の順に積層される。第２下地膜２１はＴａで形成され、第１下地膜１２は、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒあるいはＮｉＦｅＣｒで形成される。また、下部電極は、例えば、Ｐｔで形成され、圧電体膜１４は例えばＰＺＴで形成される。これにより従来に比べて効果的に圧電体膜１４の圧電定数ｄ３１を向上させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下から第１下地膜、下部電極、圧電体膜及び上部電極の順に積層され、
前記下部電極は、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｒｕ、あるいはＲｕ合金で形成され、
前記第１下地膜は、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒあるいはＮｉＦｅＣｒで形成されていることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記下部電極は、Ｐｔ、あるいはＰｔ合金で形成される請求項１記載の圧電素子。
【請求項３】
前記第１下地膜と前記下部電極との間にＲｕ膜が介在している請求項１又は２に記載の圧電素子。
【請求項４】
基板上に下から下部電極として機能する第１下地膜、圧電体膜及び上部電極の順に積層され、
前記第１下地膜は、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒあるいはＮｉＦｅＣｒで形成されていることを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
前記第１下地膜は、ＮｉＦｅＣｒで形成される請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記第１下地膜と前記基板の間にＴａで形成された第２下地膜が形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項７】
前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛で形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項８】
前記圧電体膜は、ＡｌＮで形成され、前記下部電極はＲｕあるいはＲｕ合金で形成されており、前記第１下地膜と前記基板の間にＴａで形成された第２下地膜が形成されている請求項１記載の圧電素子。
【請求項９】
基板上に下から下部電極、圧電体膜及び上部電極の順に積層され、
前記下部電極は、Ｒｕ、あるいはＲｕ合金で形成され、前記圧電体膜はＡｌＮで形成され、前記下部電極と前記基板の間にＴａで形成された下地膜が形成されていることを特徴とする圧電素子。
【請求項１０】
振動子の形状に形成された基板上に請求項１ないし９のいずれか１項に記載された前記圧電素子が形成されており、前記圧電体膜の圧電効果を利用して物理量を検出することを特徴とする物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来に比べて効果的に圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることが出来る圧電素子及び物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
下から下部電極、圧電体膜及び上部電極の順に積層された圧電素子は、例えば、特許文献１に記載されているように角速度センサの一部を構成している。
【０００３】
図１６は従来の圧電素子の積層構造を示す断面図である。
圧電素子１は、シリコン基板２上に、下から下地膜３、下部電極４、圧電体膜５及び上部電極６の順に積層される。シリコン基板２の表面には熱酸化によってＳｉＯ2で形成された表面層２ａが形成されている。下部電極４は例えばＰｔで形成され、圧電体膜５は例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成される。
【０００４】
また下記特許文献１にも記載されているように下地膜３は例えばＴｉで形成される。
しかしながら後述する実験に示すように下地膜３としてＴｉを用いたとき、圧電体膜５の圧電定数ｄ３１を高くできないことがわかった。よって、圧電効果が低下し、角速度センサとして従来の圧電素子を用いたときに、角速度の検出精度を高めることが出来なかった。
【０００５】
また角速度センサのみならず、加速度センサや衝撃センサ等においても上記と同様の問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００４／０１５３７０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、下地膜を改良して、圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることが出来る圧電素子及び物理量センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における圧電素子は、基板上に下から第１下地膜、下部電極、圧電体膜及び上部電極の順に積層され、
前記下部電極は、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｒｕ、あるいはＲｕ合金で形成され、
前記第１下地膜は、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒあるいはＮｉＦｅＣｒで形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の構成により、従来に比べて、効果的に、圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることができる。
【００１０】
また本発明では、前記下部電極は、Ｐｔ、あるいはＰｔ合金で形成されることが好ましい。これにより、より効果的に、圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることができる。
【００１１】
また上記において、前記第１下地膜と前記下部電極との間にＲｕ膜が介在していることが好ましい。これにより、第１下地膜と下部電極間の元素拡散を抑制できる。
【００１２】
あるいは本発明における圧電素子は、
基板上に下から下部電極として機能する第１下地膜、圧電体膜及び上部電極の順に積層され、
前記第１下地膜は、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒあるいはＮｉＦｅＣｒで形成されて
いることを特徴とするものである。
【００１３】
この構成によっても、従来に比べて、効果的に、圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることができる。
【００１４】
また本発明では、前記第１下地膜は、ＮｉＦｅＣｒで形成されることが好ましい。これにより、より効果的に、圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることができる。
【００１５】
また本発明では、前記第１下地膜と前記基板の間にＴａで形成された第２下地膜が形成されていることが好ましい。下部電極の配向性を向上させることができ、効果的に、圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることが出来る。
【００１６】
また本発明では、前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛で形成されていることが好ましい。
【００１７】
また本発明では、前記圧電体膜は、ＡｌＮで形成され、前記下部電極はＲｕあるいはＲｕ合金で形成されており、前記第１下地膜と前記基板の間にＴａで形成された第２下地膜が形成されていることが好ましい。
【００１８】
ＡｌＮの結晶構造は主としてウルツ鉱構造（六方晶系）である。そして、ＡｌＮの下に同じく六方晶系のＲｕ（六方最密充填構造（ＨＣＰ））を備えた下部電極を配置し、さらに下部電極の下側に、下部電極の結晶配向性を整えるＴａを配置する。これにより、下部電極及び、圧電体膜（ＡｌＮ）の結晶配向性を向上させることができ、効果的に、圧電定数ｄ３１を高めることができる。
【００１９】
あるいは本発明における圧電素子は、基板上に下から下部電極、圧電体膜及び上部電極の順に積層され、
前記下部電極は、Ｒｕ、あるいはＲｕ合金で形成され、前記圧電体膜はＡｌＮで形成され、前記下部電極と前記基板の間にＴａで形成された下地膜が形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、下部電極、及び圧電体膜の結晶配向性を向上させることができ、効果的に、圧電定数ｄ３１を高めることができる。
【００２１】
また本発明における物理量センサは、振動子の形状に形成された基板上に上記のいずれかに記載された前記圧電素子が形成されており、前記圧電体膜の圧電効果を利用して物理量を検出することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明によれば、圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることができるため、効果的に圧電効果を大きくでき、高精度な物理量検出を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、従来に比べて、効果的に、圧電体膜の圧電定数ｄ３１を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態における圧電素子の断面図、
【図２】第２実施形態における圧電素子の断面図、
【図３】第３実施形態における圧電素子の断面図、
【図４】第４実施形態における圧電素子の断面図、
【図５】第５実施形態における圧電素子の断面図、
【図６】（ａ）は本実施形態における角速度センサ（振動型ジャイロセンサ）の平面図、（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た振動型ジャイロセンサの断面図、
【図７】各試料における印加電圧と圧電定数ｄ３１（圧電体膜はＰＺＴ）との関係を示すグラフ、
【図８】膜構成に第２下地膜（Ｔａ）の有無の違いがある各試料の成膜後、及び熱処理後におけるシート抵抗Ｒｓを示すグラフ、
【図９】膜構成に第２下地膜（Ｔａ）の有無の違いがある各試料を構成する下部電極（Ｐｔ）の（１１１）面のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）、
【図１０】表４に示す試料のうち、第１下地膜（ＮｉＦｅＣｒ）と下部電極（Ｐｔ）との間に介在するＲｕ膜の膜厚を変化させた試料に対して測定した規格化Ｒｓの測定結果を示すグラフ、
【図１１】表４に示す試料のうち、下部電極（Ｐｔ）の膜厚を変化させた試料に対して測定した規格化Ｒｓの測定結果を示すグラフ、
【図１２】表４に示す試料のうち、第１下地膜（ＮｉＦｅＣｒ）と下部電極（Ｐｔ）との間に介在するＲｕ膜の膜厚を変化させた試料に対して測定した応力の測定結果を示すグラフ、
【図１３】表４に示す試料のうち、下部電極（Ｐｔ）の膜厚を変化させた試料に対して測定した応力の測定結果を示すグラフ、
【図１４】圧電値膜をＡｌＮとし、下地膜／下部電極の構成を変えた各試料におけるＡｌＮ（０００２）のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）の実験結果を示すグラフ、
【図１５】圧電値膜をＡｌＮとし、下地膜／下部電極の構成を変えた各試料における圧電定数ｄ３１の実験結果を示すグラフ、
【図１６】従来における圧電素子の断面図、
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は第１実施形態における圧電素子の断面図、図２は第２実施形態における圧電素子の断面図、図３は第３実施形態における圧電素子の断面図、図４は第４実施形態における圧電素子の断面図、図５は第５実施形態における圧電素子の断面図、図６（ａ）は本実施形態における角速度センサ（振動型ジャイロセンサ）の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た振動型ジャイロセンサの断面図、である。
【００２６】
図１に示す第１実施形態の圧電素子１０は、シリコン基板１１上に下から第１下地膜１２、下部電極１３、圧電体膜１４及び上部電極１５の順に積層されている。
【００２７】
シリコン基板１１はシリコン層１６と、シリコンを熱酸化してシリカ（ＳｉＯ2）で形成された表面層１７とで構成される。
【００２８】
本実施形態では、第１下地膜１２は、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒあるいはＮｉＦｅＣｒで形成されている。
第１下地膜１２の厚さＨ１は、２〜１００ｎｍ程度であることが好適である。
【００２９】
次に、下部電極１３は、Ｐｔ、Ｐｔ合金、ＲｕあるいはＲｕ合金のいずれかにより形成される。Ｐｔ合金としては例えば、Ｐｔ−Ｔｉ合金を提示できる。またＲｕ合金としては例えば、Ｒｕ−Ｔｉ合金を提示できる。
【００３０】
ただし下部電極１３はＰｔで形成されることが好適である。下部電極１３の厚さＨ２は、５０〜２００ｎｍ程度であることが好適である。
【００３１】
次に、圧電体膜１４は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰＴ）、ジルコン酸鉛（ＰＺ）等で形成される。ただし、圧電体膜１４は結晶配向性に優れるＰＺＴで形成されることが好適である。圧電体膜１４の厚さＨ３は、１〜３μｍ程度であることが好適である。圧電体膜１４は、高さ方向（厚さ方向）に分極処理されている。
【００３２】
次に、上部電極１５は、例えばＰｔで形成される。ただし上部電極１５は、Ａｕ等、他の導電性材料であってもよい。
【００３３】
図１に示す実施形態では、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒあるいはＮｉＦｅで形成された第１下地膜１２が下部電極１３とシリコン基板１１間に形成されている。これにより、下部電極１３の結晶配向性を向上させることができると考えられる。それゆえ、圧電体膜１４の結晶配向性も向上し、圧電体膜１４の圧電定数ｄ３１を高めることが出来る。
【００３４】
具体的には、下部電極１３がＰｔで形成されるとき、（１１１）面の膜面（界面）と平行な面方向への優先配向度を高めることが出来ると考えられる。下部電極１３は、面心立方構造（ｆｃｃ構造）で形成される。そして、圧電体膜１４がＰＺＴで形成されるとき、圧電体膜１４の（００１）面の膜面（界面）と平行な面方向への優先配向度を高めることができる。圧電体膜１４は、ペロブスカイト型の結晶構造である。
【００３５】
図２の圧電素子２０は、図１の圧電素子１０をさらに改良した構成である。図２において図１と同じ符号は同じ層を示している。
【００３６】
図２の圧電素子２０は、シリコン基板１１上に下から第２下地膜２１、第１下地膜１２、下部電極１３、圧電体膜１４及び上部電極１５の順に積層された構成である。
【００３７】
図２に示す第２下地膜２１はＴａで形成される。第２下地膜２１の厚さＨ４は、１〜１０ｎｍ程度であることが好適である。
【００３８】
Ｔａから成る第２下地膜２１をシリコン基板１１と第１下地膜１２との間に介在させると、後述の実験結果に示すように、下部電極１３の結晶配向性をより効果的に向上させることができることがわかった。これにより、より効果的に圧電体膜１４の圧電定数ｄ３１を高めることが出来る。
【００３９】
図３の圧電素子３０は、図２の圧電素子２０をさらに改良した構成である。
図３の圧電素子３０は、シリコン基板１１上に下から第２下地膜２１、第１下地膜１２、Ｒｕ膜３１、下部電極１３、圧電体膜１４及び上部電極１５の順に積層された構成である。
【００４０】
図３の実施形態では、下部電極１３はＰｔかＰｔ合金である。下部電極１３はＰｔであることが好適である。
【００４１】
図３の実施形態では、下部電極１３と第１下地膜１２との間にＲｕ膜３１が介在している。これにより、第１下地膜１２と下部電極１３間の元素拡散を抑制できて各界面を適切に残すことができ、より効果的に、圧電体膜１４の圧電定数ｄ３１を高めることが出来ることがわかっている。
【００４２】
例えば、圧電体膜１４をスパッタ等で成膜するときに熱処理（具体的には４００℃〜６００℃の基板加熱）を施すが、熱処理工程を施しても元素拡散を効果的に抑制できる。
【００４３】
Ｒｕ膜３１の厚さＨ５は、５０〜２００ｎｍの範囲内であることが好適である。
また図示しないが、シリコン基板１１上に、下から第１下地膜１２、Ｒｕ膜３１、下部電極１３、圧電体膜１４及び上部電極１５の順に積層された構成も本実施形態の一形態である。
【００４４】
なお上記した構成において、下部電極１３を除いた形態も本実施形態の一形態である。かかる場合、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、ＦｅＣｒあるいはＮｉＦｅＣｒで形成された第１下地膜１２が下部電極としても機能している。
【００４５】
図４に示す第４実施形態の圧電素子４０は、下からシリコン基板１１、Ｔａで形成された第２下地膜２１、第１下地膜１２、ＲｕあるいはＲｕ合金で形成された下部電極４１、ＡｌＮで形成された圧電体膜４２、及び上部電極１５の順に積層されている。ここで図３と同じ符号の層は図３と同じ材質で形成される。
【００４６】
圧電体膜４２を構成するＡｌＮの結晶構造は主としてウルツ鉱構造（六方晶系）である。前記圧電体膜４２の下にはＲｕあるいはＲｕ合金からなる下部電極４１が設けられているが、Ｒｕの結晶構造は、六方最密充填構造（ＨＣＰ）であるため、ＡｌＮと同じ六方晶系であり、結晶構造がマッチングしやすい。ただし、ＡｌＮで形成された圧電体膜４２の下部電極４１がＲｕというだけでは圧電体膜４２及び下部電極４１自体の結晶配向性を十分に向上させることができないことが後述の実験によりわかっている。そこで、図４の実施形態では、圧電体膜４２がＡｌＮであるとき、下部電極４１をＲｕあるいはＲｕ合金で形成するともに、第１下地膜１２とシリコン基板１１の間にＴａで形成された第２下地膜２１を配置している。これにより、圧電体膜４２及び下部電極４１の結晶配向性を向上させることができ、効果的に、圧電定数ｄ３１を高めることができる。
【００４７】
第２下地膜（Ｔａ）２１の膜厚は１〜１０ｎｍ程度、第１下地膜（ＮｉＦｅＣｒ等）１２の膜厚は２〜１００ｎｍ程度、下部電極（ＲｕあるいはＲｕ合金）４１の膜厚は２０〜２００ｎｍ程度、圧電体膜（ＡｌＮ）４２の膜厚は０．３〜３μｍ程度である。
【００４８】
次に、図５に示す第５実施形態の圧電素子５０は、下からシリコン基板１１、Ｔａ下地膜５１、ＲｕあるいはＲｕ合金で形成された下部電極４１、ＡｌＮで形成された圧電体膜４２、及び上部電極１５の順に積層されている。ここで図３、図４と同じ符号の層は図３、図４と同じ材質で形成される。
【００４９】
図５の実施形態は、図４の実施形態の第１下地膜１２を除いた形態と同じである。後述する実験では、圧電体膜４２がＡｌＮで形成されるとき、下部電極４１をＲｕあるいはＲｕ合金とし、且つ下部電極４１の下にＴａ下地膜５１を設けることで、圧電体膜４２及び下部電極４１の結晶配向性を向上させることができ、効果的に、圧電定数ｄ３１を高めることができることがわかっている。
【００５０】
各膜は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の既存の方法で成膜できる。
上記した本実施形態の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０は、例えば、図６に示す角速度センサ（振動型ジャイロセンサ）６０に設けられる。角速度センサ６０は、振動子２５を備えて構成される。角速度センサ６０は、集積回路等が設けられた実装基板２６上に台座部２７を介して実装される。
【００５１】
振動子２５は、シリコン基板１１にて振動子の形状が形成されている。図６に示す振動子２５は音叉型振動子である。図６（ａ）に示すように振動子２５はＸ軸方向に所定間隔を空けてＹ軸方向に長く延びる２本のアーム部２８，２９（第１アーム部２８と第２アーム部２９）と、これらアーム部２８，２９の一端部側を連結する基部（連結部）３３とを有して構成される。
【００５２】
図６（ｂ）に示すように振動子２５の基部３３が実装基板２６上に台座部２７を介して接合され固定されている。このため図６（ｂ）に示すように振動子２５のアーム部２８，２９は、実装基板２６の上面から上方に浮いた状態である。
【００５３】
図６に示すように、圧電素子３０（図６の形態では図３に示す圧電素子３０を設けた）は、アーム部２８，２９から基部３３に至るシリコン基板１１の上面に形成される。
【００５４】
図６に示すように、アーム部２８，２９を構成するシリコン基板１１上には互いにＸ軸方向に離間して設けられた第１駆動部１８及び第２駆動部１９と、駆動部１８，１９間に離間して設けられた検出部６１が設けられる。検出部６１は、アーム部２８，２９のＸ軸方向（幅方向）の略中心位置にＹ軸方向に沿って設けられており、各駆動部１８，１９は、検出部６１からＸ軸方向（幅方向）に略等間隔の位置にＹ軸方向に沿って設けられる。
【００５５】
圧電素子３０を構成する下部電極１３は、共通グランドとして機能し、図６に示すように、下部電極１３の一部は、圧電体膜１４に形成された穴部１４ａから電極パッドとして露出している。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、第１アーム部２８に形成された第１駆動部１８の上部電極１５と、第２アーム部２９に形成された第１駆動部１８の上部電極１５は、配線パターンと、両方の配線パターンに接続され、基部３３の圧電体膜１４上に形成された共通の電極パッド３５とで構成される。
【００５７】
また図６（ａ）に示すように、第１アーム部２８に形成された第２駆動部１９の上部電極１５と、第２アーム部２９に形成された第２駆動部１９の上部電極１５は、配線パターンと、両方の配線パターンに接続され、基部３３の圧電体膜１４上に形成された共通の電極パッド３６とで構成される。
【００５８】
さらに図６（ａ）に示すように、第１アーム部２８に形成された検出部６１の上部電極１５、及び第２アーム部２９に形成された検出部６１の上部電極１５は、配線パターンと、各配線パターンに接続され、基部３３の圧電体膜１４上に形成された各電極パッド３７，３８とで構成される。
【００５９】
各電極パッド上にワイヤボンディングが施されて図示しない集積回路（ＩＣ）との間で電気的に接続される。集積回路から互いに位相が逆の駆動振動が電極パッド３５，３６に供給される。このとき、圧電効果により、例えば、第１駆動部１８の圧電体膜１４がＹ軸方向に縮むと、第２駆動部１９の圧電体膜１４はＹ軸方向に延びる。これにより各アーム部２８，２９が逆位相でＸ軸方向に曲がり音叉振動を起こす。
【００６０】
このように振動子２５がＸ軸方向にて音叉振動しているときに、Ｙ軸周りの角速度Ωが角速度センサ６０に印加されるとコリオリ力により各アーム部２８，２９がＺ軸方向に逆位相で変位する。このときの各アーム部２８，２９の変位量は各アーム部２８，２９に設けられた検出部６１の上部電極１５にて検出される。各アーム部２８，２９の上部電極１５にて検出された電荷は逆極性であり、それら電荷は夫々電極パッド３７，３８に導かれる。そして各電極パッド３７，３８にワイヤボンディングを介して電気的に接続される集積回路にて信号処理がされて角速度信号が出力される。
【００６１】
本実施形態によれば、圧電体膜１４の圧電定数ｄ３１を高めることができるため、効果的に圧電効果を大きくでき、高精度な角速度検出を行うことが可能になる。
【００６２】
なお本実施形態では圧電素子の用途を角速度センサに限定するものではなく、角速度センサのほかに加速度センサや衝撃センサ等に使用可能である。
【実施例】
【００６３】
圧電素子を、シリコン基板１１（表面層（ＳｉＯ2）１７は１μｍ厚）の上に下から下地・下部電極／圧電体膜１４：ＰＺＴ（３μｍ）／上部電極：Ｐｔ（１００ｎｍ）の順に成膜した。
下地・下部電極の構成は以下の表１に示されている。
【００６４】
【表１】
2010103459.tif 000003
【００６５】
括弧内の数値は膜厚を示している。実験では、レーザ変位計にて電圧をかけた際の変位量を計測し、その変位量から圧電定数ｄ３１を算出した。
その実験結果が次の表２に示されている。
【００６６】
【表２】
2010103459.tif 000004
【００６７】
表２に示すＮｉＦｅＣｒの具体的組成は、[Ｎｉ80Ｆｅ20]60at%Ｃｒ40at%であった。
なお、表１には、表２に示す電圧を４Ｖとしたときの各試料の圧電定数ｄ３１が掲載されている。
【００６８】
表２の実験結果にもとづいて、印加電圧と圧電定数ｄ３１との関係をグラフにしたのが図７に示されている。
【００６９】
Ｎｏ.１の試料は、シリコン基板とＰｔで形成された下部電極との間にＴｉで形成された下地膜が介在した形態であり、これは従来例である。
【００７０】
Ｎｏ.２からＮｏ.９に示す試料は、いずれもＮｏ.１の試料より圧電定数ｄ３１が大きく実施例である。
【００７１】
Ｎｏ.３からＮｏ.９の実施例はいずれもＮｉＦｅＣｒで形成された第１下地膜１２を備える。
【００７２】
またＮｏ.２からＮｏ.８の実施例は、いずれも、第１下地膜１２とシリコン基板１１の間にＴａで形成された第２下地膜２１が形成されている。図５、表１、表２に示すように、第２下地膜２１を設けたほうが設けない形態（Ｎｏ.９）に比べて圧電定数ｄ３１を大きくできることがわかった。
【００７３】
またＮｏ.４、Ｎｏ.６からＮｏ.９の実施例は、いずれも第１下地膜（ＮｉＦｅＣｒ）１２と下部電極（Ｐｔ）１３との間にＲｕ膜３１が介在した構成である。このうち、例えばＮｏ.４の実施例は、Ｎｏ.３の実施例にＲｕ膜を追加した構成であるが、Ｎｏ.４の実施例のほうがＮｏ.３の実施例に比べて圧電定数ｄ３１を大きくできることがわかった。
【００７４】
Ｎｏ.２の実施例は、第１下地膜をＮｉＦｅで形成した形態であるが、ＮｉＦｅを用いてもＮｏ.１に比べると、圧電定数ｄ３１は大きくなった。ただしＮｉＦｅＣｒを用いたＮｏ.３の試料には及ばないことがわかった。
【００７５】
また、Ｎｏ.５の実施例は、Ｒｕを下部電極とした形態であり、Ｎｏ.３の実施例は、Ｐｔを下部電極とした形態であるが、Ｎｏ.３の実施例のほうがＮｏ.５の実施例に比べて圧電定数ｄ３１を大きくできることがわかった。
【００７６】
また配向制御層として機能する第１下地膜としてはＮｉＦｅよりＮｉＦｅＣｒとしたほうが、圧電定数ｄ３１を大きくすることができる。
【００７７】
次に、シリコン基板１１（表面層（ＳｉＯ2）１７は１μｍ厚）の上に第２下地膜２１：Ｔａ（５ｎｍ）／第１下地膜１２：、[Ｎｉ80Ｆｅ20]60at%Ｃｒ40at%（２０ｎｍ）／Ｒｕ膜３１（２０ｎｍ）／下部電極１３：Ｐｔ（１００ｎｍ）の順に成膜した。なお、５００℃で１時間の加熱処理を行った。
【００７８】
またＲｕ膜３１を成膜し、大気暴露後、Ｐｔからなる下部電極１３を成膜した。
上記の膜構成に対して第２下地膜（Ｔａ）を成膜しない構成も形成した。
【００７９】
実験では、第２下地膜（Ｔａ）を備える構成、及び第２下地膜（Ｔａ）を備えない構成の夫々に対して、シート抵抗Ｒｓを測定すると共に、下部電極（Ｐｔ）の結晶配向性をＸ線回折装置（ＸＲＤ）にて調べた。その結果を以下の表３に示す。
【００８０】
【表３】
2010103459.tif 000005
【００８１】
図８は成膜後、及び熱処理後における各試料のシート抵抗Ｒｓを示す。
図８に示すように、シート抵抗Ｒｓは加熱することで上昇することがわかった。また図８に示すように、第２下地膜（Ｔａ）の有無によってシート抵抗Ｒｓに大きな差は見られなかった。
【００８２】
図９は、各試料における下部電極（Ｐｔ）の（１１１）面のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）を調べた実験結果である。
【００８３】
図９に示すように、第２下地膜（Ｔａ）の有無により下部電極の結晶配向性に顕著な差が見られた。下部電極（Ｐｔ）の（１１１）面の結晶配向性を向上させるには、第２下地膜（Ｔａ）を設けることが好ましいとわかった。そして、図７でも説明したように、第２下地膜（Ｔａ）を設けることで、圧電定数ｄ３１を向上させることができる。
【００８４】
次に、圧電素子を、シリコン基板１１（表面層（ＳｉＯ2）１７は１μｍ厚）の上に下地・下部電極／圧電体膜１４：ＰＺＴ（３μｍ）／上部電極１５：Ｐｔ（１００ｎｍ）の順に成膜した。実験で使用した下地・下部電極の構成は以下の表４に示されている。
【００８５】
【表４】
2010103459.tif 000006
【００８６】
実験では各試料に対して加熱前及び加熱後のシート抵抗Ｒｓを測定した。また各試料に対して加熱前及び加熱後の応力を測定した。応力は基板反り量（測定長＝６０ｍｍ）から算出した。
【００８７】
図１０は、表４の試料のうち、第１下地膜（ＮｉＦｅＣｒ）と下部電極（Ｐｔ）との間に介在するＲｕ膜の膜厚を変化させた試料に対して規格化Ｒｓを測定した実験結果である。なお、第１下地膜（ＮｉＦｅＣｒ）と下部電極（Ｐｔ）の膜厚は一定とした。また規格化Ｒｓは、加熱後のシート抵抗Ｒｓ／成膜後のシート抵抗Ｒｓから求めたものである。
【００８８】
図１０に示すように規格化Ｒｓは、Ｒｕ膜の膜厚が大きくなるにつれて徐々に低下することがわかった。なおシート抵抗Ｒｓの値自体も、加熱前及び加熱後の双方において、Ｒｕ膜の膜厚が大きくなるにつれて徐々に低下することがわかった。この実験結果により、Ｒｕ膜を介在させることで、第１下地膜（ＮｉＦｅＣｒ）と下部電極（Ｐｔ）間の元素拡散が抑制されたものと考えられる。
【００８９】
また図１０に示すようにＲｕ膜の膜厚を５０ｎｍ（５００Å）から２００ｎｍ（２０００Å）程度とすれば、十分に規格化Ｒｓを低減できることがわかった。図１０に示すように、規格化Ｒｓを１に近づけることができ、熱処理をした際の元素拡散を効果的に抑制できることがわかった。そして、図７でも説明したように、Ｒｕ膜を設けることで、圧電定数ｄ３１を向上させることができる。
【００９０】
図１１は、表４の試料のうち、下部電極（Ｐｔ）の膜厚を変化させた試料に対して規格化Ｒｓを測定した実験結果である。なお、下部電極以外の各膜の厚さは一定とした。
【００９１】
図１１に示すように、下部電極（Ｐｔ）の膜厚を変化させてもほぼ規格化Ｒｓは一定となった。よって下部電極の膜厚は規格化Ｒｓにほとんど依存していないことがわかった。
【００９２】
図１２は、表４の試料のうち、第１下地膜（ＮｉＦｅＣｒ）と下部電極（Ｐｔ）との間に介在するＲｕ膜の膜厚を変化させた試料に対して応力を測定した実験結果である。
【００９３】
また図１３は、表４の試料のうち、下部電極（Ｐｔ）の膜厚を変化させた試料に対して応力を測定した実験結果である。
【００９４】
図１２、図１３に示すように、応力のＲｕ膜や下部電極（Ｐｔ）の膜厚への依存性はさほど見られなかった。熱処理により、５００〜１０００（ＭＰａ）程度の引張応力が作用していることがわかった。
【００９５】
上記の実験はいずれも圧電体膜にＰＺＴを用いたが、以下の実験では、圧電体膜にＡｌＮを用いて行った。
【００９６】
実験に使用した膜構成は、下から、シリコン基板（表面にＳｉＯ2が約０．４μｍ厚）／下地膜／下部電極（５０ｎｍ）／圧電体膜：ＡｌＮ（１．５μｍ）／上部電極（１００ｎｍ）であった。括弧内の数値は膜厚を示している。
実験で使用した下地膜／下部電極の構成は以下の表５に示されている。
【００９７】
【表５】
2010103459.tif 000007
【００９８】
表５に示す下地膜／下部電極の括弧内の数値は、膜厚を示しており単位はｎｍである。
実験では、各サンプルのＡｌＮ（０００２）、下部電極であるＲｕ（０００２）（あるいはＰｔ（１１１）の結晶配向性をＸ線回折装置（ＸＲＤ）にて調べた。
【００９９】
さらに、実験では各サンプルの圧電素子にレーザ変位計にて電圧をかけた際の変位量を測定し、その変位量から圧電定数ｄ３１を算出した。
【０１００】
表５及び図１４（表５の結果をグラフにしたもの）に示すように、ＡｌＮの（０００２）面のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）はＮｏ.１０及びＮｏ.１１の実施例でいずれも小さくなり結晶配向性が良好であることがわかった。また表５に示すように、Ｒｕの（０００２）面のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）はＮｏ.１０及びＮｏ.１１の実施例でいずれも小さくなり結晶配向性が良好であることがわかった。なお、Ｎｏ.１０のほうがＮｏ.１１よりＡｌＮ（０００２）及びＲｕ（０００２）のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が小さく、ＡｌＮ，Ｒｕの結晶配向性を向上させることができるとわかったが、Ｎｏ.１１の構成（Ｔａ／Ｒｕ）でも他の試料に比べて十分にＡｌＮ，Ｒｕの結晶配向性を向上させることができるとわかった。
【０１０１】
一方、Ｎｏ.１２，１３の試料は、下部電極にＲｕを用いたがＴａ下地膜を設けなかった。また、Ｎｏ.１４の試料は、下部電極にＲｕでなくＰｔを用いた。これら試料は、いずれも、表５及び図１４に示すように、ＡｌＮの（０００２）面のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）が大きくなった。また、下部電極であるＲｕの（０００２）面のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）や、Ｐｔの（１１１）面のロッキングカーブ半値幅（ＦＷＨＭ）は表５に示すように、Ｎｏ.１２〜１４の試料で大きくなり、いずれも、ＡｌＮのみならず下部電極の結晶配向性も低下することがわかった。
【０１０２】
次に、表５及び図１５（表５の結果をグラフにしたもの）に示すように、ＡｌＮ（０００２）及びＲｕ（０００２）の結晶配向性が良好であったＮｏ.１０，１１の実施例ではいずれも大きい圧電定数ｄ３１を得ることが出来るとわかった。
【０１０３】
一方、Ｎｏ.１２〜１４の試料うち、下部電極をＲｕとし下地膜を全く設けなかったＮｏ.１３の試料、及び下部電極にＰｔを用いたＮｏ.１４の試料はいずれも圧電定数ｄ３１が小さくなった。
【符号の説明】
【０１０４】
１０、２０、３０、４０、５０  圧電素子
１１  シリコン基板
１２  第１下地膜
１３、４１  下部電極
１４、４２  圧電体膜
１５  上部電極
１８、１９  駆動部
２１  第２下地膜
２５  振動子
２６  実装基板
２８、２９  アーム部
３１  Ｒｕ膜
３３  基部
５１  Ｔａ下地膜
６０  角速度センサ
６１  検出部
【図１】
2010103459.tif 000008
【図２】
2010103459.tif 000009
【図３】
2010103459.tif 000010
【図４】
2010103459.tif 000011
【図５】
2010103459.tif 000012
【図６】
2010103459.tif 000013
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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