(57)【要約】【課題】高価なＭｇＯ基板を使用することなく、高い圧電定数と耐電圧性を有する圧電薄膜素子の製造方法を提供すること。【解決手段】第一の基板１上に、少なくとも圧電薄膜４を第１電極薄膜３と第２電極薄膜５で挟んだ多層膜を形成した後、前記多層膜の前記第一の基板１とは反対の面に第二の基板６を貼り合わせ、その後、第一の基板１を除去する圧電薄膜素子の製造方法において、前記第一の基板１と第１電極薄膜３の間に酸化物犠牲層２を設置しておき、その設置した酸化物犠牲層２をエッチングにより除去することによって前記第一の基板１と圧電薄膜素子を分離する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の基板上に、少なくとも圧電薄膜を第１電極薄膜と第２電極薄膜で挟んだ多層膜を形成した後、前記多層膜の前記第一の基板とは反対の面に第二の基板を貼り合わせ、その後、第一の基板を除去する圧電薄膜素子の製造方法において、
前記第一の基板と第１電極薄膜の間に酸化物犠牲層を設置しておき、その設置した酸化物犠牲層をエッチングにより除去することによって前記第一の基板と圧電薄膜素子を分離することを特徴とする圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項２】
第一の基板上に、少なくとも圧電薄膜を第１電極薄膜と第２電極薄膜で挟んだ多層膜を形成した後、第一の基板を除去する圧電薄膜素子の製造方法において、
前記第一の基板と第１電極薄膜の間に酸化物犠牲層を設置しておき、その設置した酸化物犠牲層をエッチングにより除去することによって前記第一の基板と圧電薄膜素子を分離することを特徴とする圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項３】
前記酸化物犠牲層として、（００１）面に８０％以上の配向率を有する酸化物を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項４】
前記酸化物犠牲層として、酸化マグネシウムを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項５】
前記酸化物犠牲層として、（００１）面に８０％以上の配向率を有する酸化マグネシウムを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項６】
前記第一の基板として、表面の結晶面方位が（００１）面である基板を用い、且つ前記第１電極薄膜として、（００１）面に８０％以上の配向率を有する金属又は金属酸化物を用い、且つ前記圧電薄膜として、（００１）面に８０％以上の配向率を有する圧電薄膜を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータや圧電センサに用いられる圧電薄膜素子、特にペロブスカイト型構造を有する金属酸化物薄膜を用いた圧電薄膜素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気信号が与えられると機械的動作を行うアクチュエータとして、上部電極と下部電極の間に圧電体が設けられている圧電アクチュエータが知られている。
【０００３】
圧電アクチュエータは、例えば、インクジェット式記録装置のヘッド等のアクチュエータ、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）用位置決め制御用アクチュエータ、圧電ブザー等に幅広く利用されている。圧電体としては、その圧電定数の高さから、主にチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと記載する）が用いられている。一般に、これらの圧電体は、熱処理により得られた焼結体を切削、研磨などの工程により種々の形状に加工された後、得られた圧電体の対向する表面に一対の電極を形成して圧電素子が得られる。
【０００４】
近年、圧電アクチュエータの小型化が望まれており、そのためには圧電体の薄膜化が必要である。これまでのように圧電セラミックスを切削などの機械的な方法により加工した場合、圧電素子の小型化において限界があり、その形状も限られたものとなってくる。もし、圧電体を薄膜化した圧電薄膜を成長できれば、小型化および任意の形状に加工することが可能になる。このような背景のもと、圧電薄膜に関する研究が多数行われている。
【０００５】
しかし、現状、薄膜成長によって得られた圧電薄膜は、圧電セラミックス焼結体（バルクセラミックスＰＺＴ）と比較して、圧電定数が小さく（半分以下）、また、膜厚が薄いことから、絶縁破壊が起こりやすいという問題も抱えている。
【０００６】
良好な圧電特性、耐電圧性を有する圧電薄膜を形成するには、ＰＺＴペロブスカイト型構造の結晶にすることと、結晶方位の中にある（００１）面成分の量を多くすることが、大切であると言われている。近年、ＭｇＯ単結晶（００１）面基板を用いることで、その上に成長するＰＺＴ薄膜を（００１）面にできるということが分かってきた。
【０００７】
現在、圧電薄膜素子の製造方法としては、ＭｇＯ基板を用いて作製された圧電薄膜素子を、別の基板上にその圧電薄膜素子を貼り付けた後に、ＭｇＯ基板をエッチング除去するか、又は、そのまま別の基板上に貼り付けることなしでＭｇＯ基板をエッチング除去する、という工程のいずれかを用いて作製されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２９９５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような方法によって、（００１）面に配向した、高い圧電定数と耐電圧性を有する圧電薄膜素子が得られているが、圧電薄膜素子を作製する度に、非常に高価なＭｇＯ基板を使用する必要があり、コストがかかるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高価なＭｇＯ基板を使用することなく、高い圧電定数と耐電圧性を有する圧電薄膜素子の製造方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、ＭｇＯ基板を使用する場合は、そのＭｇＯ基板をほぼそのままの状態で救出し再利用できるようにする製造方法を提供することにある。これらによって、従来問題であったＭｇＯ基板分のコストを削減することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１１】
請求項１の発明に係る圧電薄膜素子の製造方法は、第一の基板上に、少なくとも圧電薄膜を第１電極薄膜と第２電極薄膜で挟んだ多層膜を形成した後、前記多層膜の前記第一の基板とは反対の面に第二の基板を貼り合わせ、その後、第一の基板を除去する圧電薄膜素子の製造方法において、前記第一の基板と第１電極薄膜の間に酸化物犠牲層を設置しておき、その設置した酸化物犠牲層をエッチングにより除去することによって前記第一の基板と圧電薄膜素子を分離（剥離）することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係る圧電薄膜素子の製造方法は、第一の基板上に、少なくとも圧電薄膜を第１電極薄膜と第２電極薄膜で挟んだ多層膜を形成した後、第一の基板を除去する圧電薄膜素子の製造方法において、前記第一の基板と第１電極薄膜の間に酸化物犠牲層を設置しておき、その設置した酸化物犠牲層をエッチングにより除去することによって前記第一の基板と圧電薄膜素子を分離（剥離）することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の圧電薄膜素子の製造方法において、前記酸化物犠牲層として、（００１）面に８０％以上の配向率を有する酸化物を用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の圧電薄膜素子の製造方法において、前記酸化物犠牲層として、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１又は２に記載の圧電薄膜素子の製造方法において、前記酸化物犠牲層として、（００１）面に８０％以上の配向率を有する酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の圧電薄膜素子の製造方法において、前記第一の基板として、表面の結晶面方位が（００１）面である基板を用い、且つ前記第１電極薄膜として、（００１）面に８０％以上の配向率を有する金属又は金属酸化物を用い、且つ前記圧電薄膜として、（００１）面に８０％以上の配向率を有する圧電薄膜を用いることを特徴とする。
【００１７】
本発明において、上記圧電薄膜は、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、マグネシウムニオブジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）のいずれでもよい。
【００１８】
また、本発明において、圧電薄膜は、塗布法、スプレー法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、エアロゾルデポジション法、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法等のいずれの方法によっても形成することができる。
【００１９】
さらに本発明において、第１電極薄膜および第２電極薄膜としては、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）のいずれかの金属又は金属酸化物を用いることができる。
【００２０】
＜発明の要点＞
本発明の圧電薄膜素子の製造方法には２つの形態がある。第一は、第一の基板上に予め酸化物犠牲層を設けておき、その酸化物犠牲層上に、少なくとも圧電薄膜を第１電極薄膜と第２電極薄膜で挟んだ多層膜を形成し、前記多層膜の前記第一の基板とは反対の面に第二の基板を貼り合わせ、その後、酸化物犠牲層をエッチングにより除去することによって前記第一の基板を分離除去する圧電薄膜素子の製造方法である。
【００２１】
第二は、第一の基板上に予め酸化物犠牲層を設けておき、その酸化物犠牲層上に少なくとも圧電薄膜を第１電極薄膜と第２電極薄膜で挟んだ多層膜を形成し、その後、酸化物犠牲層をエッチングにより除去することによって前記第一の基板を分離除去する圧電薄膜素子の製造方法である。
【００２２】
ともに、第一の基板と第１電極薄膜の間に酸化物犠牲層を設置しておき、その設置した酸化物犠牲層をエッチングにより除去することによって第一の基板と圧電薄膜素子を分離（剥離）するところに特徴がある。
【００２３】
この酸化物犠牲層として、例えばＭｇＯを用いることにより、ＭｇＯ単結晶基板を用いることなく、（００１）面に配向した圧電薄膜が得られ、その結果として、高い圧電定数と耐電圧性を有する圧電薄膜素子を得ることができる。この効果は、ＭｇＯの代わりに、（００１）面に８０％以上の配向率を有する酸化物を用いた場合にも得ることができる。
【００２４】
上記は第一の基板としてＭｇＯ単結晶基板を用いない場合（例えば、ＳｒＴｉＯ3基板を用いる場合）を前提として得られる効果であるが、ＭｇＯ単結晶基板を用いた場合でも、本発明では、ＭｇＯ単結晶基板を酸化物犠牲層のエッチングにより分離するため、ＭｇＯ単結晶基板を殆ど初期と同じ状態で救出し再利用することができ、しかも（００１）面に配向した圧電薄膜が得られる。その結果として、高い圧電定数と耐電圧性を有する圧電薄膜素子を低コストで得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の製造方法によれば、高価なＭｇＯ基板を使用することなく、高い圧電定数と耐電圧性を有する圧電薄膜素子を製造することができる。また本発明によれば、ＭｇＯ基板を使用する場合は、そのＭｇＯ基板をほぼそのままの状態で救出し再利用することができるため、従来問題であったＭｇＯ基板分のコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図１の実施の形態に基づいて説明する。
【００２７】
まず、図１（ａ）において、第一の基板１としてＭｇＯ基板より安価なＳｒＴｉＯ3基板を用意し、第一の基板１上に下部電極（第１電極薄膜３）、圧電薄膜４、上部電極（第２電極薄膜５）を形成する前に、第一の基板１上に、酸化物犠牲層２として（００１）面に配向したＭｇＯ薄膜を成長する。その酸化物犠牲層２の上に、第１電極薄膜３と第２電極薄膜５に挟まれた圧電薄膜４を作製する。その後、必要があれば、その構造を別の第二の基板６であるＳｉ基板に貼り付ける（図１（ｂ））。最後に酸化物犠牲層２をエッチングにより除去することによって、第一の基板１と圧電薄膜素子を分離する（図１（ｃ））。
【００２８】
これによって、ＭｇＯ基板を用いることなく、（００１）面に配向した圧電薄膜が得られ、その結果として、高い圧電定数と耐電圧性を有する圧電薄膜素子を得ることができる。
【００２９】
または、第一の基板１としてＭｇＯ基板（００１）面を使用し、そのＭｇＯ基板（００１）面上に、（００１）に配向する酸化物薄膜を形成した後、上部電極（第２電極薄膜５）と下部電極（第１電極薄膜３）に挟まれた圧電薄膜４を作製する。その後、必要があればその構造を別の基板（第二の基板６）に貼り付ける。最後に前記酸化物薄膜をエッチングにより除去することによって、ＭｇＯ基板（第一の基板１）と圧電薄膜素子を分離する。
【００３０】
これによって、ＭｇＯ基板１を殆ど初期と同じ状態で救出することができ、しかも（００１）面に配向した圧電薄膜が得られる。その結果として、高い圧電定数と耐電圧性を有する圧電薄膜素子を低コストで得ることができる。
【００３１】
＜実施例＞
次に圧電薄膜素子の製造方法の実施例を図１を用いて説明する。
【００３２】
第一の基板１としてはＳｒＴｉＯ3（００１）面単結晶板基板を用いた。
【００３３】
その上に、スパッタリング法によって酸化物犠牲層２としてＭｇＯ薄膜を厚さ１００nm成長した。この時、成長温度を５００℃以上にすることでＭｇＯ薄膜が（００１）面に８０％以上の割合で配向した。ここではスパッタリング法を用いたが、ＭＯＣＶＤ法、レーザーアブレーション法、塗布法、等の方法で形成しても構わない。
【００３４】
次に、ＥＢ蒸着法で下部電極（第１電極薄膜３）として白金薄膜を１００nm形成した。成長温度は、４５０度で行った。白金薄膜の形成には、スパッタリング法を用いても良い。白金薄膜は、ＭｇＯ薄膜（酸化物犠牲層２）の配向方向を維持して成長されるため、（００１）面に９０％以上の割合で配向したものになった。
【００３５】
その後、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）圧電薄膜４を第１電極薄膜３の上にＭＯＣＶＤ法で成長した。ＰＺＴ圧電薄膜４の膜厚は２μｍにした。圧電薄膜４の種類としては、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、マグネシウムニオブジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）のいずれでも良く、またその圧電薄膜の成長方法もＭＯＣＶＤ法に限らず、塗布法、スプレー法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法のいずれを用いても構わない。
【００３６】
ここで、圧電薄膜４の成長温度は５００℃以上であることが望ましい。５００℃以上の温度で成長することで、下地の配向を引き継いだ薄膜成長が行えるようになるからである。ＰＺＴ圧電薄膜４は主に（００１）面に配向した膜になり、（００１）面の配向率は約８０％になった。
【００３７】
この圧電薄膜４の上に、上部電極（第２電極薄膜５）として白金薄膜を、下部電極（第１電極薄膜３）と同様の成膜条件で１００nm形成した。
【００３８】
その後、第２電極薄膜５を接着面としてＳｉ基板（第二の基板６）に接着剤で貼り付けた（図１（ｂ））。
【００３９】
そして、この構造体を熱燐酸（３０％、６０℃）中に１時間浸すことで、ＭｇＯ薄膜（酸化物犠牲層２）のみをエッチング除去し、ＳｒＴｉＯ3基板（第一の基板１）と圧電薄膜素子を分離した（図１（ｃ））。
【００４０】
このようにして、圧電薄膜素子とＳｒＴｉＯ3基板を得た。ここで得られたＳｒＴｉＯ3基板は、ミラー状の表面を有しており、再度圧電薄膜素子に利用した結果、問題なく圧電薄膜素子を作製することができた。
【００４１】
圧電素子の圧電特性は、ＳｒＴｉＯ3基板初回使用時、２回目使用時、３回目使用時、全てにおいて、圧電定数ｄ３１（添字の３１は膜厚方向の値であることを意味する）が９０ｐｍ／Ｖ〜１００ｐｍ／Ｖであり、良好な圧電特性が再現性良く製造できていることが確認できた。
【００４２】
また、追加実験として、酸化物犠牲層２たるＭｇＯ薄膜を形成する時のスパッタリングの成長温度を１５０℃で行ったところ、ＭｇＯ薄膜は（００１）面に配向せず、ランダムな配向になった。その酸化物犠牲層を用いて、上記と同様の工程を得て圧電薄膜素子を作製したところ、圧電定数は３０ｐｍ／Ｖと非常に低い値になってしまった。本発明においては、配向性の良い酸化物犠牲層を形成することが重要である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の圧電薄膜素子の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  第一の基板
２  酸化物犠牲層
３  第１電極薄膜
４  圧電薄膜
５  第２電極薄膜
６  第二の基板
【図１】
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