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WO2023210309A1 - 膜構造体及び電子デバイス - Google Patents

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WO2023210309A1
WO2023210309A1 PCT/JP2023/014441 JP2023014441W WO2023210309A1 WO 2023210309 A1 WO2023210309 A1 WO 2023210309A1 JP 2023014441 W JP2023014441 W JP 2023014441W WO 2023210309 A1 WO2023210309 A1 WO 2023210309A1
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WO
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film
substrate
layer
electronic device
piezoelectric film
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PCT/JP2023/014441
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English (en)
French (fr)
Inventor
猛 飯塚
陽 安藤
晃雄 小▲西▼
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I Pex Piezo Solutions Inc
Original Assignee
I Pex Piezo Solutions Inc
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Publication date
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Priority to US18/842,576 priority patent/US20250176435A1/en
Priority to CN202380033915.XA priority patent/CN119014148A/zh
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Definitions

  • the present invention relates to a membrane structure and an electronic device.
  • a film structure including a substrate and a piezoelectric film formed on the substrate, and an electronic device equipped with the film structure are known. Furthermore, as a piezoelectric film, a piezoelectric film having an ilmenite structure such as lithium niobate (LiNbO 3 ) is known.
  • Patent Document 1 JP 2013-173647 A discloses that in a dielectric laminated thin film, at least one base film containing zirconium oxide (ZrO 2 ) as a main component is epitaxially grown on a single crystal Si (111) substrate surface. is formed, and an epitaxially grown ilmenite structure film made of a dielectric material having an ilmenite structure is formed on the base film.
  • ZrO 2 zirconium oxide
  • Patent Document 2 JP 2016-109856 A (Patent Document 2) includes a single crystal substrate, a dielectric layer, and a buffer layer provided between the single crystal substrate and the dielectric layer, and the dielectric layer is lithium niobate (LiNbO 3 ) or lithium tantalate (LiTaO 3 ), and the c-axis of the crystal constituting the dielectric layer is approximately parallel to the main surface of the single crystal substrate, and the buffer layer has a hexagonal shape.
  • the buffer layer is made of LiNbO 2 or LiTaO 2 and the c-axis of the crystal forming the buffer layer is approximately parallel to the main surface of the single crystal substrate.
  • a LiNbO 3 film which is a piezoelectric film, is c-axis oriented on a Si (111) substrate, and the polarization direction of the piezoelectric film is oriented perpendicular to the substrate. .
  • Si(100) substrate which is a commonly used and inexpensive semiconductor substrate
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and includes a film structure having a piezoelectric film formed on a substrate, in which the substrate is a Si (100) substrate.
  • Another object of the present invention is to provide a film structure that can align the polarization direction of the piezoelectric film in a direction perpendicular to the substrate even when the piezoelectric film has an ilmenite structure.
  • a membrane structure includes a substrate, a buffer film formed on the substrate, and a piezoelectric film formed on the buffer film.
  • the substrate is a Si(100) substrate or an SOI substrate including a base made of a Si substrate, an insulating layer on the base, and an SOI layer made of a Si(100) film on the insulating layer.
  • ZrO 2 and the piezoelectric film includes c-axis oriented LiNbO 3 or LiTaO 3 .
  • the film structure may include a metal film formed between the buffer film and the piezoelectric film.
  • the metal film may include (100)-oriented Pt.
  • the metal film may be a Pt film, a Mo film, a W film, a Ru film, or a Cu film.
  • the film structure has an SrRuO 3 film formed between a metal film and a piezoelectric film, and the SrRuO 3 film has a cubic crystal structure, and It may be (100) oriented.
  • An electronic device as one embodiment of the present invention is an electronic device including the film structure.
  • An electronic device as an embodiment of the present invention is an electronic device including the membrane structure, and the membrane structure has a comb-teeth electrode formed on the top or bottom surface of the piezoelectric film.
  • the film structure may include a matching layer formed on the substrate.
  • a hollow portion may be provided at the bottom of the piezoelectric film.
  • the membrane structure may have an upper electrode formed on the top of the piezoelectric film and a lower electrode formed on the bottom of the piezoelectric film.
  • the area of the overlapping portion of the upper electrode and the lower electrode may be smaller than the area of the hollow portion.
  • the area of the overlapping portion of the upper electrode and the lower electrode may be 1/2 or less of the area of the hollow portion.
  • the film structure may include a matching layer formed on the substrate.
  • the matching layer may be made of a material whose hardness increases as the temperature rises.
  • the material may be a Si compound.
  • piezoelectric in a film structure having a piezoelectric film formed on a substrate, even when the substrate is a Si (100) substrate and the piezoelectric film has an ilmenite structure, piezoelectric The polarization direction of the body membrane can be aligned perpendicular to the substrate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane structure of Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane structure of Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane structure of Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane structure of Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane structure of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of an electronic device according to a third embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of an electronic device according to a third embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of an electronic device according to a third embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of an electronic device according to a third embodiment.
  • 3 is a diagram showing the crystal structure of c-axis oriented LiNbO 3 .
  • 3 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum obtained by the XRD method of the membrane structure of Example 1.
  • 3 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum obtained by the XRD method of the membrane structure of Example 2.
  • 3 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum obtained by the XRD method of the membrane structure of Example 3.
  • 3 is a graph showing the results of reciprocal lattice map measurement of the membrane structure of Example 1.
  • 3 is a graph showing the results of reciprocal lattice map measurement of the membrane structure of Example 2.
  • 3 is a graph showing an example of a ⁇ scan spectrum of the membrane structure of Example 1 obtained by the XRD method.
  • 3 is a graph showing an example of the ⁇ scan spectrum of the membrane structure of Example 2 obtained by the XRD method. A table is shown in which the symmetry of the apparent crystal structure determined by the number of diffraction peaks observed in the ⁇ scan spectrum is classified and organized by the rotation angle of the rotational component and the symmetry of the crystal structure consisting of hexagonal and trigonal crystals. 3 is a graph showing the voltage dependence of polarization of the membrane structure of Example 2.
  • hatching shading added to distinguish structures may be omitted depending on the drawing.
  • Embodiment 1 First, a membrane structure according to Embodiment 1, which is one embodiment of the present invention, will be described. 1 to 6 are cross-sectional views of the membrane structure of the first embodiment.
  • the membrane structure 10 of the first embodiment is a membrane structure having a piezoelectric film 11 and a substrate 12, in which the polarization direction of the piezoelectric film 11, that is, the piezoelectric film portion is directed toward the substrate 12. It is characterized by preferential orientation perpendicular to .
  • the polarization direction is indicated by polarization direction DP1 (the same applies to FIGS. 2 and 7 to 17). Since the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12, it is possible to realize a film structure in which the polarization direction of the piezoelectric film is aligned perpendicular to the substrate.
  • the membrane structure 10 of the first embodiment is a membrane structure having a piezoelectric membrane 11, an electrode 13, and a substrate 12, and the piezoelectric membrane 11, that is, the piezoelectric membrane portion. It is characterized in that the polarization direction is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12. As described above, since the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12, it is possible to realize a film structure in which the polarization direction of the piezoelectric film is aligned perpendicular to the substrate. .
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is oriented perpendicular to the substrate 12. This means that the portion exceeds 50% of the entire piezoelectric film 11 in volume fraction, for example, when measuring a ⁇ -2 ⁇ spectrum by In the obtained ⁇ -2 ⁇ spectrum, the peak intensity of the maximum peak indicating the portion where the polarization direction is oriented perpendicular to the substrate 12 is different from the peak intensity indicating the portion where the polarization direction is not oriented perpendicular to the substrate 12. This means that the peak intensity is higher than the maximum peak intensity shown.
  • the case where the polarization direction is perpendicular to the substrate 12 means not only the case where the polarization direction is completely perpendicular to the top surface of the substrate 12 but also the case where the angle between the direction perpendicular to the top surface of the substrate 12 and the polarization direction is 20°. This includes cases where:
  • the piezoelectric film 11 contains c-axis oriented lithium niobate (LiNbO 3 , hereinafter also referred to as "LN") or lithium tantalate (LiTaO 3 ), that is, it mainly contains Contained as an ingredient.
  • the piezoelectric film 11 may include a solid solution of c-axis oriented lithium niobate (LiNbO 3 ) and lithium tantalate (LiTaO 3 ), with the main component being May be contained.
  • LiNbO 3 or LiTaO 3 has a trigonal ilmenite structure and is polarized in the c-axis direction.
  • LiNbO 3 or LiTaO 3 can be oriented such that the c-axis direction, which is the polarization direction of LiNbO 3 or LiTaO 3 , is perpendicular to the substrate 12 .
  • the piezoelectric film 11 containing LiNbO 3 or LiTaO 3 as a main component means that the content of LiNbO 3 or LiTaO 3 in the piezoelectric film 11 exceeds 50% by weight, or This means that the content of LiNbO 3 or LiTaO 3 in the body membrane 11 exceeds 50 mol%.
  • the substrate 12 has a structure in which a Si layer and two ZrO layers are stacked in this order.
  • Si represents silicon and ZrO2 represents zirconium oxide.
  • ZrO 2 serves as a buffer film and contributes to forming the piezoelectric material formed thereon with good crystallinity. That is, since the buffer film contains ZrO 2 formed on the Si layer, the polarization direction of the piezoelectric film is aligned perpendicular to the substrate, and the orientation direction of the piezoelectric film is aligned with the plane along the upper surface of the substrate. It can also be aligned inward.
  • the substrate 12 includes a (100) oriented Si layer 12a and a ZrO 2 layer 12b formed on the Si layer 12a.
  • the ZrO 2 layer 12b preferably includes (200) oriented ZrO 2 and (002) oriented ZrO 2 .
  • a (100) oriented Si substrate that is, a Si (100) substrate can be used.
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is oriented perpendicular to the substrate 12, such as the piezoelectric film 11 containing c-axis oriented lithium niobate or lithium tantalate as a main component, and the piezoelectric film 11 is epitaxially grown.
  • the piezoelectric film 11 can be easily formed on the substrate 12. Furthermore, since a (100) oriented Si substrate can be used as the Si layer 12a of the substrate 12, the polarization direction of the piezoelectric film 11 can be aligned perpendicular to the substrate, and the orientation direction of the piezoelectric film can be aligned with the substrate. Electronic devices that are aligned even in the in-plane direction along the top surface of the semiconductor substrate can be formed on an inexpensive semiconductor substrate. That is, even when the substrate is a Si (100) substrate and the piezoelectric film has an ilmenite structure, the polarization direction of the piezoelectric film can be aligned perpendicular to the substrate.
  • the electrode 13 has a structure in which a Pt (200) layer, that is, a Pt (100) layer and a SrRuO 3 (100) layer are stacked in this order.
  • Pt represents platinum
  • SrRuO 3 (SRO) represents strontium ruthenate.
  • the electrode 13 preferably includes a (200) oriented Pt layer 13a formed on the substrate 12, that is, a (100) oriented Pt layer 13a, and a cubic crystal structure formed on the Pt layer 13a. (100) oriented SRO layer (SrRuO 3 film) 13b.
  • the metal film (Pt layer 13a) contains (100) oriented Pt
  • the SrRuO 3 film is formed between the metal film (Pt layer 13a) and the piezoelectric film 11
  • the SrRuO 3 film (SRO layer 13b) has a cubic crystal structure and is (100) oriented.
  • the piezoelectric film 11 containing c-axis oriented LiNbO 3 or LiTaO 3 as a main component can be easily formed on the substrate 12 via the electrode 13 as the lower electrode.
  • the electrode 13 may have only a Pt (200) layer, that is, a Pt (100) layer (Pt layer 13a), without the SrRuO 3 (100) layer.
  • the piezoelectric film 11 is made of ZrO 2 as shown in FIG. It may also be formed directly on layer 12b.
  • the present invention is not limited to the case where the Si layer 12a is (100) oriented, and is not limited to the case where the ZrO 2 layer 12b is (200) oriented or (002) oriented, and the case where the Pt layer 13a is (200) oriented.
  • the present invention is not limited to the case where the electrode 13 is formed on the Pt layer 13a and includes the (100) oriented SRO layer 13b.
  • the substrate 12 can include a (111) oriented Si layer 12a and a ZrO 2 layer 12b formed on the Si layer 12a.
  • the ZrO 2 layer 12b preferably includes, for example, (111)-oriented ZrO 2 .
  • a (111) oriented Si substrate that is, a Si (111) substrate can be used. Even in such a case, the piezoelectric film 11 containing c-axis oriented LiNbO 3 or LiTaO 3 as a main component can be easily formed on the substrate 12.
  • the electrode 13 is formed on the substrate 12 and includes a (111) oriented Pt layer 13a.
  • the Si layer 12a of the substrate 12 can be regarded as a substrate.
  • the film structure 10 of the first embodiment includes a substrate (Si layer 12a) which is a Si substrate, and a buffer film (ZrO 2 layer) containing ZrO 2 formed on the substrate (Si layer 12a). 12b), and a piezoelectric film 11 formed on a buffer film (ZrO 2 layer 12b) via a metal film (Pt layer 13a), and the piezoelectric film 11 has c-axis oriented LiNbO 3 or This is a film structure containing LiTaO 3 and in which the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the upper surface of the substrate 12.
  • the piezoelectric film 11 is a piezoelectric film formed on Pt/ZrO 2 /Si. Therefore, the metal film (Pt layer 13a) is formed between the buffer film ( ZrO2 layer 12b) and the piezoelectric film 11.
  • the film structure 10 further includes a metal film (Pt layer 13a) on the buffer film (ZrO 2 layer 12b), and the metal film (Pt
  • the piezoelectric film 11 includes a ZrO 2 film (ZrO 2 layer 12b) on the Si substrate (Si layer 12a) in order from the bottom. , a piezoelectric film formed through a Pt film (Pt layer 13a) and an SRO film (SRO layer 13b).
  • an SOI (Silicon On Insulator) substrate which is a semiconductor substrate, can also be used as the Si layer 12a of the substrate 12 instead of the Si (100) substrate.
  • the substrate 12 includes a base 12c made of a Si substrate, a BOX (Buried Oxide) layer 12d as an insulating layer which is a buried oxide film formed on the base 12c, and a BOX (Buried Oxide) layer 12d formed on the BOX layer 12d.
  • the silicon layer 12a is an SOI (Silicon On Insulator) layer made of a Si (100) film formed on the substrate.
  • a film structure having excellent dielectric constant characteristics and withstand voltage characteristics of a piezoelectric film can be formed on an SOI substrate, and a plurality of piezoelectric elements formed with high shape accuracy can be formed on the SOI substrate.
  • Electronic devices made of micro electro mechanical systems (MEMS) can be easily formed.
  • an SOI layer made of a Si (111) film can be used as the (111) oriented Si layer 12a of the substrate 12.
  • the Si layer 12a of the substrate 12 can be regarded as a substrate.
  • the film structure 10 of the first embodiment includes a substrate (Si layer 12a) which is an SOI substrate, and a buffer film (ZrO 2 layer) containing ZrO 2 formed on the substrate (Si layer 12a). 12b), and a piezoelectric film 11 formed on a buffer film (ZrO 2 layer 12b) via a metal film (Pt layer 13a), and the piezoelectric film 11 has c-axis oriented LiNbO 3 or This is a film structure containing LiTaO 3 and in which the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the upper surface of the substrate 12.
  • the piezoelectric film 11 is a piezoelectric film formed on Pt/ZrO 2 /Si on SOI.
  • the film structure 10 further includes a metal film (Pt layer 13a) on the buffer film (ZrO 2 layer 12b), and the metal film (Pt
  • the piezoelectric film 11 is a ZrO 2 film (ZrO 2 layer 12b) on the substrate (Si layer 12a) which is an SOI substrate in order from the bottom.
  • the electrode 13 can also include a Mo layer 13c or a W layer 13d instead of the Pt layer 13a.
  • the electrode 13 will include the SRO layer 13b formed on the Mo layer 13c or the W layer 13d.
  • the film structure 10 of the first embodiment includes a ZrO 2 film (ZrO 2 layer 12b) and a Mo film on a substrate (Si layer 12a), which is a Si substrate or an SOI substrate, in order from the bottom.
  • the piezoelectric film 11 is formed via a (Mo layer 13c) or a W film (W layer 13d).
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11, such as a piezoelectric material mainly composed of c-axis oriented LiNbO 3 or LiTaO 3 is similar to the case where the electrode 13 includes the Pt layer 13a.
  • a vertically oriented and epitaxially grown piezoelectric film 11 can be easily formed on a substrate 12 via an electrode 13 serving as a lower electrode.
  • an Ru layer (Ru film) or a Cu layer (Cu film) may be used as the material for the electrodes 13a, 13c, or 13d. These materials are common as electrode materials.
  • the electronic device according to the second embodiment is a bulk acoustic wave (BAW) filter or a piezoelectric thin film resonator (Film Bulk Acoustic Resonator: FBAR) including the film structure according to the first embodiment.
  • BAW bulk acoustic wave
  • FBAR piezoelectric thin film resonator
  • an electronic device 20 is an electronic device including a membrane structure 10 having a piezoelectric film 11, two electrodes, and a substrate 12, in which the polarization of the piezoelectric film 11 It is characterized in that the direction is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12.
  • the film structure 10 included in the electronic device 20 of the second embodiment can also include the piezoelectric film 11, the electrode 13, and the substrate 12, similarly to the film structure 10 of the first embodiment. That is, the electronic device 20 of the second embodiment includes the electrode 13 and the piezoelectric film 11 on the substrate 12. Therefore, among the piezoelectric film 11, electrode 13, and substrate 12 that the film structure 10 has, the same parts as the piezoelectric film 11, electrode 13, and substrate 12 that the film structure 10 of Embodiment 1 have, Explanation may be omitted.
  • the substrate 12 has a hollow portion below the piezoelectric film 11. 21 are provided. In such a case, at least the central portion of the piezoelectric film 11 located on the hollow portion 21 is not restrained by the substrate 12 and can vibrate freely, so that bulk acoustic waves are generated in the central portion. can be easily generated. Note that since a hollow portion is provided in the lower part of the piezoelectric film 11, when the substrate 12 is etched from the back side, the Si layer 12a (see FIGS. 3 and 4) included in the substrate 12 is etched and removed. The ZrO 2 layer 12b (see FIGS.
  • FIGS. 7 to 14 illustration of the case where the ZrO 2 layer 12b (see FIGS. 3 and 4) remains without being etched is omitted.
  • an upper electrode 22 is provided as an upper electrode or an upper electrode formed on the piezoelectric film 11.
  • the electrode 13 is a lower electrode formed under the piezoelectric film 11 or an electrode serving as a lower electrode. That is, the electrode 22 and the electrode 13 are an upper electrode formed on the upper part of the piezoelectric film 11 and a lower electrode formed on the lower part of the piezoelectric film 11. In the example shown in FIG. 7, electrodes are formed above and below in contact with the piezoelectric film 11.
  • the membrane structure 10 is a membrane structure having a piezoelectric membrane 11, two electrodes, an electrode 13 and an electrode 22, and a substrate 12, in which the polarization direction of the piezoelectric membrane 11, that is, the piezoelectric membrane portion is It is characterized by preferential orientation perpendicular to the substrate 12.
  • a voltage such as an AC voltage between the electrode 13 and the electrode 22
  • an electric field such as an AC electric field in the thickness direction of the piezoelectric film 11 can be easily applied to the piezoelectric film 11.
  • bulk elastic waves can be easily generated in the piezoelectric film 11.
  • it since it is possible to generate or pass a bulk elastic wave having a resonant frequency determined depending on the elastic characteristics of the piezoelectric film 11, etc., it can function as a resonator or a filter.
  • the substrate 12 includes a (100) oriented Si layer 12a (see FIG. 3) and a ZrO2 layer 12b formed on the Si layer 12a (see FIG. 3). 3) can be used.
  • the ZrO 2 layer 12b preferably includes (200) oriented ZrO 2 and (002) oriented ZrO 2 .
  • the Si layer 12a of the substrate 12 can be regarded as a substrate, and the electronic device 20 of the second embodiment has the electrode 13 and the piezoelectric film 11 on the substrate (Si layer 12a) which is a Si substrate.
  • the area A of the overlapping portion of the upper and lower electrodes is smaller than the area B of the piezoelectric film 11 and the lower electrode exposed in the hollow portion. That is, the area of the overlapping portion between the electrode 22, which is the upper electrode, and the electrode 13, which is the lower electrode, is smaller than the area of the hollow portion 21.
  • the portion of the piezoelectric film 11 to which the electric field is applied in the thickness direction can be reliably separated from the substrate 12. Therefore, the portion of the piezoelectric film 11 to which the electric field is applied in the thickness direction is not restrained by the substrate 12 and can vibrate freely, making it possible to more easily generate bulk elastic waves.
  • the area ratio of the area A of the overlapping portion of the upper and lower electrodes to the area B of the piezoelectric film 11 and the lower electrode exposed in the hollow portion is less than 1/2 or 1/2. 2 or less. That is, the area of the overlapping portion between the electrode 22, which is the upper electrode, and the electrode 13, which is the lower electrode, is 1/2 or less of the area of the hollow portion 21.
  • the portion of the piezoelectric film 11 to which the electric field is applied in the thickness direction can be further reliably separated from the substrate 12. Therefore, the portion of the piezoelectric film 11 to which the electric field is applied in the thickness direction is not further restricted by the substrate 12 and can vibrate more freely, making it possible to more easily generate bulk acoustic waves.
  • the film structure 10 provided in the electronic device 20 of the second embodiment also includes the piezoelectric film 11, the electrode 13, and the substrate 12, similarly to the film structure 10 of the first embodiment. can have. Therefore, similarly to the film structure 10 of the first embodiment, the film structure 10 provided in the electronic device 20 of the second embodiment uses a Si substrate as the Si layer 12a of the substrate 12 (see FIG. 6). Instead, an SOI substrate which is a semiconductor substrate can be used, and the electrode 13 has a Mo layer 13c (see FIG. 3) or a W layer 13d (see FIG. 3) instead of the Pt layer 13a (see FIG. 3). It can also be included. Note that, in addition to the materials described above, a Ru layer or a Cu layer may be used as the material for the electrodes 13a, 13c, or 13d. These materials are common as electrode materials.
  • the piezoelectric film 11 is made of c-axis oriented lithium niobate (LiNbO2). 3 ) or lithium tantalate (LiTaO 3 ), that is, contains it as a main component.
  • the electronic device 20 shown in FIG. 8 has a dielectric layer 23 as a matching layer on the substrate 12 and under the lower electrode, that is, under the electrode 13, in addition to the parts included in the electronic device 20 shown in FIG.
  • the parts of the electronic device 20 other than the dielectric layer 23 are made of a material that becomes soft as the temperature rises, and the dielectric layer 23 is made of a material that becomes hard as the temperature rises, the dielectric of the electronic device 20
  • the temperature dependence of the modulus or piezoelectric properties, ie the temperature properties can be stabilized or adjusted.
  • dielectric layer 23 is a Si compound, for example silicon dioxide (SiO 2 ).
  • SiO 2 silicon dioxide
  • the dielectric layer 23 since the dielectric layer 23 is made of a material that is highly compatible with the manufacturing process of semiconductor devices, the dielectric layer 23 can be easily formed.
  • the electronic device 20 shown in FIG. 9 has a dielectric layer 24 as an upper dielectric layer on the piezoelectric film 11 in addition to the parts that the electronic device 20 shown in FIG. 7 has.
  • the parts of the electronic device 20 other than the dielectric layer 24 are made of a material that becomes soft as the temperature rises, and the dielectric layer 24 is made of a material that becomes hard as the temperature rises, the dielectric of the electronic device 20
  • the temperature dependence of the modulus or piezoelectric properties, ie the temperature properties can be stabilized or adjusted.
  • dielectric layer 24 is a Si compound, for example SiO2 .
  • the dielectric layer 24 is made of a material that is highly compatible with the manufacturing process of semiconductor devices, the dielectric layer 24 can be easily formed.
  • one of the piezoelectric films 11 is fixed, and the other side is made of a material whose hardness changes depending on the temperature. It can be made so that it is fixed weakly. That is, either the top or bottom of the piezoelectric film 11 can be fixed, and the opposite side of the piezoelectric film 11 can be weakly fixed with a material whose hardness changes depending on the temperature (described later).
  • Embodiment 3 described using FIGS. 15 to 17 This makes it possible to realize an electronic device that takes advantage of displacement in the sliding direction and that can compensate for temperature characteristics.
  • the electronic device 20 shown in FIG. 10 includes, in addition to the parts included in the electronic device 20 shown in FIG. and a dielectric layer 24 as an upper dielectric layer thereon. Also, in the example shown in FIG. 10, dielectric layer 24 is provided on top electrode 22. In the example shown in FIG. That is, in the example shown in FIG. 10 as well, electrodes are formed above and below in contact with the piezoelectric film 11.
  • the parts of the electronic device 20 other than the dielectric layer 23 and the dielectric layer 24 are made of a material that becomes soft as the temperature rises, and the dielectric layer 23 and the dielectric layer 24 are made of a material that becomes hard as the temperature rises. If the electronic device 20 is made of a material whose hardness increases as the temperature increases, the temperature dependence of the dielectric constant characteristics or piezoelectric characteristics of the electronic device 20, that is, the temperature characteristics can be stabilized or adjusted.
  • dielectric layer 23 and dielectric layer 24 are Si compounds, for example SiO 2 .
  • a dielectric layer 23 as a lower dielectric layer is provided between the substrate 12 and the piezoelectric film 11, and a dielectric layer 24 as an upper dielectric layer is provided on the piezoelectric film 11.
  • an electrode 22 as an upper electrode is provided on a dielectric layer 24 as an upper electrode. That is, the electronic device 20 shown in FIG. 11 is obtained by reversing the stacking order of the electrode 22 and the dielectric layer 24 in the vertical direction in the electronic device 20 shown in FIG. Further, the structure shown in FIG. 11 is not a structure in which electrodes are formed above and below in contact with the piezoelectric film 11. Even in such a case, the same effects as the electronic device 20 shown in FIG. 10 can be achieved. Further, as described above, the dielectric layer 23 and the dielectric layer 24 are made of a Si compound, for example, SiO 2 .
  • the electronic device 20 has two electrodes 22 as upper electrodes.
  • two electrodes 22 are shown as electrode 22a and electrode 22b. This makes it possible to more easily realize an electronic device that takes advantage of displacement in the sliding direction.
  • FIG. 12 schematically shows a case where the piezoelectric film 11 has two types of displacement in the sliding direction.
  • the polarization direction (polarization direction DP1) of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12 and in a plurality of directions. It is preferable that there be. In such a case as well, it is possible to more easily realize an electronic device that takes advantage of displacement in the sliding direction.
  • a plurality of electrodes be provided above or below the piezoelectric film 11.
  • a lower electrode is not provided, and two electrodes 22, ie, an electrode 22a and an electrode 22b, are provided as upper electrodes.
  • two electrodes 22, ie, an electrode 22a and an electrode 22b are provided as upper electrodes.
  • the electronic device according to the third embodiment is a surface acoustic wave (SAW) filter including the membrane structure according to the first embodiment.
  • SAW surface acoustic wave
  • an electronic device 30 is an electronic device including a film structure 10 having a piezoelectric film 11, a comb-shaped electrode, and a substrate 12. It is characterized in that the direction is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12.
  • the film structure 10 provided in the electronic device 30 of the third embodiment can include the piezoelectric film 11 and the substrate 12. Therefore, the description of the same portions of the piezoelectric film 11 and substrate 12 of the film structure 10 as the piezoelectric film 11 and the substrate 12 of the film structure 10 of Embodiment 1 may be omitted. be.
  • the electronic device 30 of the third embodiment is a SAW filter including the membrane structure 10 of the first embodiment, a comb-shaped electrode (comb-shaped electrode) is provided on the top or bottom surface of the piezoelectric film 11, that is, the piezoelectric portion.
  • An electrode 31 and an electrode 32 are formed as electrodes. That is, the electronic device 30 of the third embodiment includes the electrodes 31 and 32 and the piezoelectric film 11 on the substrate 12. In such a case, surface acoustic waves can be easily generated in the piezoelectric film 11 by applying an alternating current voltage between the electrodes 31 and 32.
  • the substrate 12 includes a (100) oriented Si layer 12a (see FIG. 3) and a ZrO2 layer 12b formed on the Si layer 12a (see FIG. 3). 3) can be used.
  • the ZrO 2 layer 12b preferably includes (200) oriented ZrO 2 and (002) oriented ZrO 2 .
  • the Si layer 12a of the substrate 12 can be considered as a substrate, and the electronic device 30 of the third embodiment has the piezoelectric film 11 on the substrate (Si layer 12a) which is a Si substrate, This is an electronic device in which the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12.
  • an electrode 31 and an electrode 32 as comb-shaped electrodes are formed on the upper surface of the piezoelectric film 11. That is, in the example shown in FIG. 15, the electrodes 31 and 32 are comb-teeth electrodes formed on the upper surface of the piezoelectric film 11.
  • electrodes 31 and 32 as comb-shaped electrodes may be formed on the lower surface of the piezoelectric film 11. That is, the electrodes 31 and 32 can also be comb-teeth electrodes formed on the lower surface of the piezoelectric film 11.
  • the polarization direction of the piezoelectric film 11 is preferentially oriented perpendicular to the substrate 12, the polarization direction of the piezoelectric film 11 and the direction of the comb-shaped electrodes are preferably orthogonal to each other.
  • the electrode 31 as a comb-shaped electrode that is, a comb-teeth electrode, has a main body 31a extending in the direction DR1 in plan view, and protrudes from the main body 31a in a direction DR2 that intersects, preferably orthogonally, to the direction DR1 in plan view, It includes a plurality of comb teeth 31b each extending in the direction DR2 in a plan view and arranged in the direction DR1.
  • an electrode 32 as a comb-shaped electrode that is, a comb-teeth electrode, is provided with a main body 32a extending in a direction DR1 in a plan view, and protruding from the main body 32a in a direction DR2 that intersects, preferably perpendicular to, the direction DR1 in a plan view. It includes a plurality of comb teeth 32b each extending in the direction DR2 and arranged in the direction DR1 when viewed. Further, it is assumed that the comb teeth 31b and the comb teeth 32b are arranged alternately along the direction DR1.
  • the direction of the comb-shaped electrode is the direction DR2, which is the direction in which the comb teeth 31b and the comb teeth 32b extend
  • the polarization direction DP1 of the piezoelectric film 11 is the direction in which the comb teeth 31b and the comb teeth 32b extend. It is a direction that intersects and preferably perpendicularly intersects with the extending direction DR2.
  • the film structure 10 provided in the electronic device 30 of the third embodiment also includes the piezoelectric film 11 and the substrate 12, similar to the film structure 10 of the first embodiment. I can do it. Therefore, in the film structure 10 provided in the electronic device 30 of the third embodiment, the substrate 12 has a Si layer and two ZrO layers laminated in this order, similarly to the film structure 10 of the first embodiment.
  • the Si layer 12a (see FIG. 6) of the substrate 12 an SOI substrate, which is a semiconductor substrate, can be used instead of the Si substrate, and the electrode 13 can have a Pt layer 13a (see FIG. 3).
  • the electrode 13 may include a Mo layer 13c (see FIG. 3) or a W layer 13d (see FIG. 3).
  • a Ru layer or a Cu layer may be used as the material for the electrodes 13a, 13c, or 13d.
  • the piezoelectric film 11 is made of c-axis oriented lithium niobate (LiNbO). 3 ) or lithium tantalate (LiTaO 3 ), that is, contains it as a main component.
  • the electronic device 30 shown in FIG. 16 has a dielectric layer 33 as a matching layer formed on the substrate 12 and under the piezoelectric film 11 in addition to the parts that the electronic device 30 shown in FIG. 15 has. Thereby, acoustic matching can be achieved between the substrate 12 and the piezoelectric film 11.
  • the electronic device 30 can be stabilized or adjusted.
  • the dielectric layer 33 is a Si compound, for example SiO2 .
  • the dielectric layer 33 is made of a material that is highly compatible with the manufacturing process of semiconductor devices, the dielectric layer 33 can be easily formed.
  • the electronic device 30 shown in FIG. 17 has a dielectric layer 34 as a matching layer on the piezoelectric film 11 in addition to the portion that the electronic device 30 shown in FIG. 15 has.
  • acoustic matching can be achieved between the substrate 12 and the piezoelectric film 11.
  • the parts of the electronic device 30 other than the dielectric layer 34 are made of a material that becomes soft as the temperature rises, and the dielectric layer 34 is made of a material that becomes hard as the temperature rises, the electronic device 30
  • the temperature dependence of the dielectric constant or piezoelectric properties, ie the temperature properties can be stabilized or adjusted.
  • dielectric layer 34 is a Si compound, for example SiO2 .
  • the dielectric layer 34 is made of a material that is highly compatible with the manufacturing process of semiconductor devices, the dielectric layer 34 can be easily formed.
  • Example 1 Example 3
  • the film structure 10 described in Embodiment 1 using FIGS. 1 to 6 will be formed as the film structures of Examples 1 to 3, and ZrO A test was conducted in which a piezoelectric film 11 made of c-axis oriented LiNbO 3 was created via two layers 12b.
  • Example 1 is one in which a Pt layer 13a and an SRO layer 13b are formed in order from the Si layer 12a side between the ZrO 2 layer 12b and the piezoelectric film 11, and FIG.
  • Example 2 only the Pt layer 13a is formed between the ZrO 2 layer 12b and the piezoelectric film 11, and as shown in FIG.
  • Example 3 was one in which the piezoelectric film 11 made of 3 was directly formed.
  • a ZrO 2 layer 12b (see FIG. 3) was formed by electron beam evaporation.
  • the conditions at this time are shown below.
  • a Pt layer 13a (see FIG. 3) was formed on the ZrO 2 layer 12b (see FIG. 3) by sputtering.
  • the conditions at this time are shown below.
  • an SRO layer 13b (see FIG. 3) was formed on the Pt layer 13a (see FIG. 3) by sputtering.
  • a piezoelectric film 11 made of LiNbO 3 was formed on the SRO layer 13b (see FIG. 3) by sputtering.
  • Equipment AC sputtering equipment Pressure: 2Pa Vapor deposition source (target): LiNbO 3 Gas: Ar/ N2 Power: 1000W Substrate temperature: 450°C Thickness: 500nm
  • the SRO layer 13b (see FIG. 3) is not formed, but the SRO layer 13b (see FIG. 4) is formed on the Pt layer 13a (see FIG. 4).
  • a piezoelectric film 11 (see FIG. 4) was directly formed thereon.
  • the Pt layer 13a and the SRO layer 13b are not formed, and the piezoelectric film 11 is formed on the ZrO2 layer 12b. was formed directly.
  • FIG. 18 shows the definition of the c-axis oriented surface.
  • FIG. 18 is a diagram showing the crystal structure of c-axis oriented LiNbO 3 .
  • LiNbO 3 has a trigonal ilmenite structure and is polarized in the c-axis direction.
  • the shaded area represents the c-plane
  • the c-axis represents the c(001) axis.
  • FIG. 19 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum obtained by the XRD method of the film structure of Example 1
  • FIG. 20 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum obtained by the XRD method of the film structure of Example 2.
  • FIG. 21 is a graph showing an example of the ⁇ -2 ⁇ spectrum of the membrane structure of Example 3 obtained by the XRD method.
  • the horizontal axes of the graphs in FIGS. 19 to 21 indicate the angle 2 ⁇ in the ⁇ -2 ⁇ scan
  • the vertical axes of the graphs in FIGS. 19 to 21 indicate the intensity of the detected X-rays. 19 to 21 show a range of 20° ⁇ 2 ⁇ 90°.
  • peaks corresponding to the plane peaks corresponding to the (006) plane ((0,0,6) plane) and (0012) plane ((0,0,12) plane) of LN were observed in the 3-index display. It was done.
  • a peak corresponding to the (200) plane of Pt was observed near 46°.
  • the Pt layer 13a is (200) oriented, that is, (100) oriented, on the Si layer 12a made of a Si (100) substrate, and on the Pt layer 13a, It was confirmed that a piezoelectric film 11 made of c-axis oriented LiNbO 3 was formed. Furthermore, in the film structure of Example 3, it was confirmed that the piezoelectric film 11 made of c-axis oriented LiNbO 3 was formed on the Si layer 12a made of the Si (100) substrate.
  • the piezoelectric film 11 contains, in addition to the component consisting of c-axis oriented LiNbO 3 , expressed in 3-index representation ( 012) Contained a component consisting of oriented LiNbO 3 .
  • Reciprocal lattice map measurement is a method of three-dimensionally observing the film to be measured and confirming fluctuations in lattice constants and inclinations of lattice planes.
  • FIG. 22 is a graph showing the results of reciprocal lattice map measurement of the membrane structure of Example 1
  • FIG. 23 is a graph showing the results of reciprocal lattice map measurement of the membrane structure of Example 2.
  • the results of the reciprocal lattice map measurement are shown in the left half, and the simulation results superimposed on the reciprocal lattice map measurement results are shown in the right half.
  • FIGS. 22 and 23 in FIG. ) plane and a plurality of reciprocal lattice points representing each of the LN (0012) planes.
  • LiNbO 3 was epitaxially grown in the c-axis orientation on the Si layer 12a made of the Si (100) substrate. It was also found that there was no crystal fluctuation in LiNbO 3 and the lattice planes were aligned. That is, LiNbO deposited on SRO(100)/Pt(100)/ZrO 2 /Si(100), on Pt(100)/ZrO 2 /Si(100), and on ZrO 2 /Si(100). It was found that No. 3 was c-axis oriented and substantially single-crystalline.
  • FIG. 24 is a graph showing an example of the ⁇ scan spectrum obtained by the XRD method of the film structure of Example 1
  • FIG. 25 is a graph showing an example of the ⁇ scan spectrum obtained by the XRD method of the film structure of Example 2.
  • the horizontal axes of the graphs in FIGS. 24 and 25 indicate the angle ⁇ in the ⁇ scan
  • the vertical axes of the graphs in FIGS. 24 and 25 indicate the intensity of the detected X-rays.
  • FIGS. 24 and 25 show a range of 0° ⁇ 360°.
  • the angle between the measurement surface and the substrate surface is around 90° (in-plane measurement), and the angle corresponding to the diffraction peak of the LN (300) plane with 2 ⁇ expressed as 3 indexes ( 62.4°), the ⁇ scan is performed.
  • LiNbO 3 is epitaxially grown on the Si layer 12a made of the Si(100) substrate in the film structures of Examples 1 to 3. has become clear.
  • the crystal structure of LiNbO 3 has three-fold symmetry about the c-axis. Therefore, it is considered that the piezoelectric film 11 of the film structures of Examples 1 to 3 is composed of a plurality of different domains (rotation components) that are mutually rotated within the LN (006) plane.
  • Figure 26 shows the symmetry of the apparent crystal structure determined by the number of diffraction peaks observed in the ⁇ scan spectrum, classified and organized by the rotation angle of the rotational component and the symmetry of the hexagonal and trigonal crystal structures. Show the table.
  • the reference domain (rotation component) is expressed as "0° rotational component”
  • the domains (rotation component) rotated by 180°, 90°, and 270° from the reference domain are expressed as "180° rotational component”.
  • ⁇ rotational component'', ⁇ 90° rotational component'', and ⁇ 270° rotational component'' are expressed as "180° rotational component".
  • portions DM1 to DM4 the four different rotational components that the piezoelectric film 11 has are referred to as portions DM1 to DM4. Due to the existence of portions DM1 to DM4, in the ⁇ scan shown in FIGS. 24 and 25, four sets of three diffraction peaks each having three-fold symmetry are superimposed with each other shifted by 90 degrees. , it is thought that 12 diffraction peaks with 12-fold symmetry were observed. In such a case, as shown in FIG. 26, it is possible to make the portion DM1 a 0° rotational component, the portion DM2 a 90° rotational component, the portion DM3 a 180° rotational component, and the portion DM4 a 270° rotational component. can.
  • the Si substrate as the Si layer 12a is a Si (100) substrate, or the SOI layer as the Si layer 12a is made of a Si (100) film, and the piezoelectric film 11 is made of LiNbO 3 with c-axis orientation.
  • the LN film has epitaxially grown parts DM1 to DM4, part DM2 is rotated 90° clockwise around the c-axis with respect to part DM1, and part DM3 is rotated 90 degrees clockwise with respect to part DM1.
  • the portion DM4 is rotated 180° clockwise around the c-axis with respect to DM1, and the portion DM4 is rotated 270° clockwise around the c-axis with respect to portion DM1.
  • FIG. 27 is a graph showing the voltage dependence of polarization of the membrane structure of Example 2. The value of polarization when the voltage applied to the piezoelectric film 11 is increased from 0 to the positive side and returned to 0 again is the residual polarization value of the piezoelectric film 11.
  • the graph showing the voltage dependence of polarization of the membrane structure of Example 2 shows a polarization voltage hysteresis curve showing the ferroelectricity of the piezoelectric film 11.
  • the piezoelectric film 11 had a large spontaneous polarization of about -70 ⁇ C/cm 2 . Therefore, when the membrane structure of Example 2 is used as a piezoelectric element, there is no need to polarize the piezoelectric film 11 before use.
  • substantially similar results were obtained in the membrane structures of Examples 1 and 3.
  • the piezoelectric film 11 had good ferroelectricity. Incidentally, since the piezoelectric film 11 has ferroelectricity and has a polarization effect, it can also be effectively used in a memory.
  • a person skilled in the art may appropriately add, delete, or change the design of each of the above-described embodiments, or may add, omit, or change the conditions of a process. As long as it has the gist, it is within the scope of the present invention.

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Abstract

膜構造体（１０）は、Ｓｉ層（１２ａ）と、Ｓｉ層（１２ａ）上に形成された、ＺｒＯ２を含むバッファ膜であるＺｒＯ２層（１２ｂ）と、ＺｒＯ２層（１２ｂ）上に形成された圧電体膜（１１）と、を有する。Ｓｉ層（１２ａ）は、Ｓｉ（１００）基板、又は、Ｓｉ基板よりなる基体と、基体上の絶縁層と、絶縁層上のＳｉ（１００）膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板におけるＳＯＩ層である。圧電体膜（１１）は、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を含む。

Description

膜構造体及び電子デバイス
　本発明は、膜構造体及び電子デバイスに関する。
　基板と、基板上に成膜された圧電体膜と、を有する膜構造体、及び、その膜構造体を備えた電子デバイスが知られている。また、圧電体膜として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等のイルメナイト構造を有する圧電体膜が知られている。
　特開２０１３－１７３６４７号公報（特許文献１）には、誘電体積層薄膜において、単結晶Ｓｉ（１１１）基板面上に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を主成分としたエピタキシャル成長した少なくとも一層の下地膜が形成され、下地膜上に、イルメナイト構造の誘電体材料からなるエピタキシャル成長したイルメナイト構造膜が形成されている技術が開示されている。
　特開２０１６－１０９８５６号公報（特許文献２）には、単結晶基板と、誘電体層と、単結晶基板と誘電体層との間に設けられたバッファ層と、を有し、誘電体層は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）若しくはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）であり、誘電体層を構成する結晶のｃ軸が単結晶基板の主面に対して略平行であり、バッファ層は、六方晶のＬｉＮｂＯ２若しくはＬｉＴａＯ２であり、バッファ層を構成する結晶のｃ軸が単結晶基板の主面に対して略平行である技術が開示されている。
特開２０１３－１７３６４７号公報 特開２０１６－１０９８５６号公報
　上記特許文献１に記載された技術では、Ｓｉ（１１１）基板上で、圧電体膜であるＬｉＮｂＯ３膜がｃ軸配向しており、圧電体膜の分極方向が基板に垂直に配向している。このように、Ｓｉ（１１１）基板上で、イルメナイト構造を有する圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えることは可能である。一方、Ｓｉ（１１１）基板に代えて、汎用され且つ安価な半導体基板であるＳｉ（１００）基板上でイルメナイト構造を有する圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えることが好ましい場合もあるが、Ｓｉ（１００）基板上でイルメナイト構造を有する圧電体膜の配向方向を基板に垂直な方向に揃えることは困難である。
　本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、基板上に成膜された圧電体膜を有する膜構造体において、基板がＳｉ（１００）基板であり且つ圧電体膜がイルメナイト構造を有する場合でも、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えることができる膜構造体を提供することを目的とする。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
　本発明の一態様としての膜構造体は、基板と、基板上に形成されたバッファ膜と、バッファ膜上に形成された圧電体膜と、を有する。基板は、Ｓｉ（１００）基板、又は、Ｓｉ基板よりなる基体と、基体上の絶縁層と、絶縁層上のＳｉ（１００）膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板であり、バッファ膜は、ＺｒＯ２を含み、圧電体膜は、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を含む。
　また、他の一態様として、当該膜構造体は、バッファ膜と圧電体膜との間に形成された金属膜を有してもよい。
　また、他の一態様として、金属膜は、（１００）配向したＰｔを含んでもよい。
　また、他の一態様として、金属膜は、Ｐｔ膜、Ｍｏ膜、Ｗ膜、Ｒｕ膜又はＣｕ膜であってもよい。
　また、他の一態様として、当該膜構造体は、金属膜と圧電体膜との間に形成されたＳｒＲｕＯ３膜を有し、ＳｒＲｕＯ３膜は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、（１００）配向していてもよい。
　本発明の一態様としての電子デバイスは、当該膜構造体を備えた電子デバイスである。
　本発明の一態様としての電子デバイスは、当該膜構造体を備えた電子デバイスであり、当該膜構造体は、圧電体膜の上面又は下面に形成された櫛歯電極を有する。
　また、他の一態様として、当該膜構造体は、基板上に形成された整合層を有してもよい。
　また、他の一態様として、圧電体膜の下部に中空部が設けられていてもよい。
　また、他の一態様として、膜構造体は、圧電体膜の上部に形成された上部電極、及び、圧電体膜の下部に形成された下部電極を有してもよい。
　また、他の一態様として、上部電極と下部電極との重なり部分の面積が、中空部の面積より小さくてもよい。
　また、他の一態様として、上部電極と下部電極との重なり部分の面積が、中空部の面積の１／２以下であってもよい。
　また、他の一態様として、膜構造体は、基板上に形成された整合層を有してもよい。
　また、他の一態様として、整合層は温度の上昇に従って硬さが増す材料よりなるものでもよい。
　また、他の一態様として、材料はＳｉ化合物であってもよい。
　本発明の一態様を適用することで、基板上に成膜された圧電体膜を有する膜構造体において、基板がＳｉ（１００）基板であり且つ圧電体膜がイルメナイト構造を有する場合でも、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えることができる。
実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態１の膜構造体の断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態２の電子デバイスの断面図である。 実施の形態３の電子デバイスの斜視図である。 実施の形態３の電子デバイスの斜視図である。 実施の形態３の電子デバイスの斜視図である。 ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３の結晶構造を示す図である。 実施例１の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。 実施例２の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。 実施例３の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。 実施例１の膜構造体の逆格子マップ測定の結果を示すグラフである。 実施例２の膜構造体の逆格子マップ測定の結果を示すグラフである。 実施例１の膜構造体のＸＲＤ法によるφスキャンスペクトルの例を示すグラフである。 実施例２の膜構造体のＸＲＤ法によるφスキャンスペクトルの例を示すグラフである。 φスキャンスペクトルで観測される回折ピークの数により定まる見かけの結晶構造の対称性を、回転成分の回転角、六方晶及び三方晶よりなる結晶構造の対称性で分類して整理した表を示す。 実施例２の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。
　以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
　なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
　また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
　更に、実施の形態で用いる図面においては、構造物を区別するために付したハッチング（網掛け）を図面に応じて省略する場合もある。
　なお、以下の実施の形態においてＡ～Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。
　（実施の形態１）
　初めに、本発明の一実施形態である実施の形態１の膜構造体について説明する。図１乃至図６は、実施の形態１の膜構造体の断面図である。
　図１に示すように、本実施の形態１の膜構造体１０は、圧電体膜１１及び基板１２を有する膜構造体であって、圧電体膜１１即ち圧電体膜部分の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。図１では、分極方向を分極方向ＤＰ１により示している（図２及び図７乃至図１７においても同様）。圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることにより、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
　或いは、図２に示すように、本実施の形態１の膜構造体１０は、圧電体膜１１、電極１３及び基板１２を有する膜構造体であって、圧電体膜１１即ち圧電体膜部分の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。前述したように、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることにより、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
　なお、本願明細書では、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向しているとは、圧電体膜１１のうち、分極方向が基板１２に垂直になるように配向している部分が、例えば体積分率で、圧電体膜１１の全体の５０％を超えることを意味し、例えばＸ線回折（X-Ray Diffraction：ＸＲＤ）法によるθ－２θスペクトルを測定したときに、測定されたθ－２θスペクトルにおいて、分極方向が基板１２に垂直になるように配向している部分を示す最大ピークのピーク強度が、分極方向が基板１２に垂直になるように配向していない部分を示す最大ピークのピーク強度よりも高いことを意味する。また、分極方向が基板１２に垂直になる場合とは、分極方向が基板１２の上面に完全に垂直な場合のみならず、基板１２の上面に垂直な方向と分極方向とのなす角度が２０°以下であるような場合を含む。
　本実施の形態１の膜構造体１０では、圧電体膜１１は、ｃ軸配向したニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３、以下「ＬＮ」とも称する。）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を含む、即ち主成分として含有する。或いは、本実施の形態１の膜構造体１０では、圧電体膜１１は、ｃ軸配向したニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）とタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）との固溶体を含んでもよく、主成分として含有してもよい。ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３は、三方晶構造であるイルメナイト構造を有し、ｃ軸方向に分極している。
　ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３がｃ軸配向することにより、ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３の分極方向であるｃ軸方向が基板１２に垂直になるようにＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を配向させることができる。
　なお、本願明細書では、圧電体膜１１がＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を主成分として含有するとは、圧電体膜１１中のＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３の含有量が５０重量％を超えるか、又は、圧電体膜１１中のＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３の含有量が５０ｍｏｌ％を超えることを意味する。
　好適には、図３に示すように、基板１２は、Ｓｉ層、ＺｒＯ２層がこの順に積層された構造を有する。Ｓｉはシリコンを表し、ＺｒＯ２は酸化ジルコニウムを表す。ＺｒＯ２はバッファ膜としての役割を果たし、この上に形成される圧電材料を結晶性良く形成させることに寄与する。即ち、バッファ膜がＳｉ層上に形成されたＺｒＯ２を含むことにより、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃え、且つ、圧電体膜の配向方向を基板の上面に沿った面内方向でも揃えることができる。
　好適には、基板１２は、（１００）配向したＳｉ層１２ａと、Ｓｉ層１２ａ上に形成されたＺｒＯ２層１２ｂと、を含む。ＺｒＯ２層１２ｂは、好適には、（２００）配向したＺｒＯ２及び（００２）配向したＺｒＯ２を含む。基板１２のＳｉ層１２ａとして、（１００）配向したＳｉ基板、即ちＳｉ（１００）基板を用いることができる。このような場合、ｃ軸配向しているニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムを主成分として含有する圧電体膜１１等、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に配向し、且つ、エピタキシャル成長した圧電体膜１１を、基板１２上に、容易に形成することができる。また、基板１２のＳｉ層１２ａとして、（１００）配向したＳｉ基板を用いることができるので、圧電体膜１１の分極方向を基板に垂直な方向に揃え、且つ、圧電体膜の配向方向を基板の上面に沿った面内方向でも揃えた電子デバイスを安価な半導体基板上に形成することができる。即ち、基板がＳｉ（１００）基板であり且つ圧電体膜がイルメナイト構造を有する場合でも、圧電体膜の分極方向を基板に垂直な方向に揃えることができる。
　図３に示すように、電極１３は、Ｐｔ（２００）層即ちＰｔ（１００）層、ＳｒＲｕＯ３（１００）層がこの順に積層された構造を有する。Ｐｔは白金を表し、ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）はルテニウム酸ストロンチウムを表す。言い換えれば、好適には、電極１３は、基板１２上に形成され且つ（２００）配向即ち（１００）配向したＰｔ層１３ａと、Ｐｔ層１３ａ上に形成され、立方晶の結晶構造を有し且つ（１００）配向したＳＲＯ層（ＳｒＲｕＯ３膜）１３ｂと、を含む。即ち、金属膜（Ｐｔ層１３ａ）は、（１００）配向したＰｔを含み、ＳｒＲｕＯ３膜は、金属膜（Ｐｔ層１３ａ）と圧電体膜１１との間に形成され、ＳｒＲｕＯ３膜（ＳＲＯ層１３ｂ）は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、（１００）配向している。このような場合、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を主成分として含有する圧電体膜１１を、基板１２上に、下部電極としての電極１３を介して容易に形成することができる。
　なお、図４に示すように、電極１３は、ＳｒＲｕＯ３（１００）層を有さず、Ｐｔ（２００）層即ちＰｔ（１００）層（Ｐｔ層１３ａ）のみを有してもよい。また、図１に示すように、本実施の形態１の膜構造体１０が、電極１３（図２参照）を有しない場合には、図５に示すように、圧電体膜１１は、ＺｒＯ２層１２ｂ上に直接形成されていてもよい。
　また、Ｓｉ層１２ａが（１００）配向した場合には限定されず、ＺｒＯ２層１２ｂが（２００）配向又は（００２）配向した場合には限定されず、Ｐｔ層１３ａが（２００）配向した場合には限定されず、電極１３がＰｔ層１３ａ上に形成され且つ（１００）配向したＳＲＯ層１３ｂを含む場合には限定されない。
　例えば、基板１２は、（１１１）配向したＳｉ層１２ａと、Ｓｉ層１２ａ上に形成されたＺｒＯ２層１２ｂと、を含むことができる。ＺｒＯ２層１２ｂは、好適には、例えば（１１１）配向したＺｒＯ２を含む。基板１２のＳｉ層１２ａとして、（１１１）配向したＳｉ基板、即ちＳｉ（１１１）基板を用いることができる。このような場合も、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を主成分として含有する圧電体膜１１を、基板１２上に、容易に形成することができる。また、電極１３は、基板１２上に形成され且つ（１１１）配向したＰｔ層１３ａを含む。
　また、基板１２のＳｉ層１２ａを基板とみなすことができる。このような場合、本実施の形態１の膜構造体１０は、Ｓｉ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）と、基板（Ｓｉ層１２ａ）上に形成されたＺｒＯ２を含むバッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）と、バッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）上に金属膜（Ｐｔ層１３ａ）を介して形成された圧電体膜１１と、を有し、圧電体膜１１が、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を含み、圧電体膜１１の分極方向が基板１２の上面に垂直に優先配向している、膜構造体である。また、圧電体膜１１は、Ｐｔ／ＺｒＯ２／Ｓｉ上に成膜された圧電体膜である。従って、金属膜（Ｐｔ層１３ａ）は、バッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）と圧電体膜１１との間に形成されている。なお、電極１３が、Ｐｔ層１３ａとＳＲＯ層１３ｂとを含む場合、即ち膜構造体１０が、バッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）上に金属膜（Ｐｔ層１３ａ）を更に備え、金属膜（Ｐｔ層１３ａ）上にＳＲＯ膜（ＳＲＯ層１３ｂ）を更に備える場合には、圧電体膜１１は、Ｓｉ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上に、下から順にＺｒＯ２膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）、Ｐｔ膜（Ｐｔ層１３ａ）及びＳＲＯ膜（ＳＲＯ層１３ｂ）を介して成膜された圧電体膜である。
　図６に示すように、基板１２のＳｉ層１２ａとして、Ｓｉ（１００）基板に代えて、半導体基板であるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いることもできる。基板１２としてＳＯＩ基板を用いる場合、基板１２は、Ｓｉ基板よりなる基体１２ｃと、基体１２ｃ上に形成された埋め込み酸化膜である絶縁層としてのＢＯＸ（Buried Oxide）層１２ｄと、ＢＯＸ層１２ｄ上に形成されたＳｉ（１００）膜よりなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）層であるＳｉ層１２ａと、を含む。これにより、圧電体膜の誘電率特性及び耐電圧特性に優れた膜構造体をＳＯＩ基板上に形成することができ、且つ、ＳＯＩ基板上に、形状精度良く形成された複数の圧電素子を有する微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）よりなる電子デバイスを容易に形成することができる。
　また、Ｓｉ（１１１）基板に代えてＳＯＩ基板を用いる場合には、基板１２の（１１１）配向したＳｉ層１２ａとして、Ｓｉ（１１１）膜よりなるＳＯＩ層を用いることができる。
　なお、基板１２のＳｉ層１２ａを基板とみなすことができる。このような場合、本実施の形態１の膜構造体１０は、ＳＯＩ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）と、基板（Ｓｉ層１２ａ）上に形成されたＺｒＯ２を含むバッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）と、バッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）上に金属膜（Ｐｔ層１３ａ）を介して形成された圧電体膜１１と、を有し、圧電体膜１１が、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を含み、圧電体膜１１の分極方向が基板１２の上面に垂直に優先配向している、膜構造体である。また、圧電体膜１１は、ＳＯＩ上のＰｔ／ＺｒＯ２／Ｓｉ上に成膜された圧電体膜である。なお、電極１３が、Ｐｔ層１３ａとＳＲＯ層１３ｂとを含む場合、即ち膜構造体１０が、バッファ膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）上に金属膜（Ｐｔ層１３ａ）を更に備え、金属膜（Ｐｔ層１３ａ）上にＳＲＯ膜（ＳＲＯ層１３ｂ）を更に備える場合には、圧電体膜１１は、ＳＯＩ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上に、下から順にＺｒＯ２膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）、Ｐｔ膜（Ｐｔ層１３ａ）及びＳＲＯ膜（ＳＲＯ層１３ｂ）を介して成膜された圧電体膜である。
　また、電極１３は、Ｐｔ層１３ａに代えて、Ｍｏ層１３ｃ又はＷ層１３ｄを含むこともできる。このような場合、電極１３は、Ｍｏ層１３ｃ又はＷ層１３ｄ上に形成されたＳＲＯ層１３ｂを含むことになる。また、このような場合、本実施の形態１の膜構造体１０は、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上に、下から順にＺｒＯ２膜（ＺｒＯ２層１２ｂ）及びＭｏ膜（Ｍｏ層１３ｃ）又はＷ膜（Ｗ層１３ｄ）を介して成膜された圧電体膜１１を有することになる。また、このような場合も、電極１３がＰｔ層１３ａを含む場合と同様に、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を主成分とする圧電材料等、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に配向し、且つ、エピタキシャル成長した圧電体膜１１を、基板１２上に、下部電極としての電極１３を介して容易に形成することができる。なお、電極である１３ａ、１３ｃ又は１３ｄの材料として上記したものの他に、Ｒｕ層（Ｒｕ膜）又はＣｕ層（Ｃｕ膜）を用いてもよい。これら材料は、電極材料として一般的である。
　（実施の形態２）
　次に、本発明の一実施形態である実施の形態２の電子デバイスについて説明する。本実施の形態２の電子デバイスは、実施の形態１の膜構造体を備えたバルク弾性波（Bulk Acoustic Wave：ＢＡＷ）フィルタ又は圧電薄膜共振子（Film Bulk Acoustic Resonator：ＦＢＡＲ）である。図７乃至図１４は、実施の形態２の電子デバイスの断面図である。
　図７に示すように、本実施の形態２の電子デバイス２０は、圧電体膜１１、２つの電極及び基板１２を有する膜構造体１０を備えた電子デバイスであって、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。
　本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１、電極１３及び基板１２を有することができる。即ち、本実施の形態２の電子デバイス２０は、基板１２上の、電極１３及び圧電体膜１１を有する。そのため、膜構造体１０が有する圧電体膜１１、電極１３及び基板１２のうち、実施の形態１の膜構造体１０が有する圧電体膜１１、電極１３及び基板１２と同様の部分については、その説明を省略する場合がある。
　一方、本実施の形態２の電子デバイス２０は、実施の形態１の膜構造体１０を備えたＢＡＷフィルタ又はＦＢＡＲであるため、基板１２には、圧電体膜１１の下部に中空部分即ち中空部２１が設けられている。このような場合、圧電体膜１１であって中空部２１上に位置する部分のうち少なくとも中央部分は、基板１２に拘束されず、自由に振動することができるので、その中央部分においてバルク弾性波を容易に発生させることができる。なお、圧電体膜１１の下部に中空部分を設けるため、基板１２を裏面からエッチングする際に、基板１２に含まれるＳｉ層１２ａ（図３及び図４参照）はエッチングされて除去されるものの、基板１２に含まれるＺｒＯ２層１２ｂ（図３及び図４参照）は、エッチングされずに残り、エッチングストッパ膜として機能させることができる。また、図７乃至図１４では、ＺｒＯ２層１２ｂ（図３及び図４参照）がエッチングされずに残る場合については、図示を省略する。
　また、本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０では、圧電体膜１１上に形成された上側電極又は上部電極としての電極２２が設けられている。このような場合、電極１３は、圧電体膜１１下に形成された下側電極又は下部電極としての電極である。即ち、電極２２及び電極１３は、圧電体膜１１の上部に形成された上部電極、及び、圧電体膜１１の下部に形成された下部電極である。図７に示す例では、圧電体膜１１に接して上下に電極が形成されている。また、膜構造体１０は、圧電体膜１１、２つの電極である電極１３及び電極２２、並びに、基板１２を有する膜構造体であって、圧電体膜１１即ち圧電体膜部分の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。このような場合、電極１３と電極２２との間に交流電圧等の電圧を印加することにより、圧電体膜１１の厚さ方向の交流電界等の電界を圧電体膜１１に容易に印加することができ、圧電体膜１１にバルク弾性波を容易に発生させることができる。また、圧電体膜１１の弾性特性等に応じて定まる共振周波数を有するバルク弾性波を発生させるか又は通過させることができるので、共振子又はフィルタとして機能させることができる。
　なお、本実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、基板１２として、（１００）配向したＳｉ層１２ａ（図３参照）と、Ｓｉ層１２ａ上に形成されたＺｒＯ２層１２ｂ（図３参照）と、を含む基板を用いることができる。ＺｒＯ２層１２ｂは、好適には、（２００）配向したＺｒＯ２及び（００２）配向したＺｒＯ２を含む。このような場合、基板１２のＳｉ層１２ａを基板とみなすことができ、本実施の形態２の電子デバイス２０は、Ｓｉ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上の、電極１３及び圧電体膜１１を有し、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向しており、圧電体膜１１の下部に中空部２１が設けられている、電子デバイスである。
　好適には、上下の電極の重なり部分の面積Ａは、中空部分で露出する圧電体膜１１及び下側電極の面積Ｂより小さい。即ち、上部電極である電極２２と下部電極である電極１３との重なり部分の面積が、中空部２１の面積より小さい。このような場合、電極２２と電極１３との間に電圧を印加することにより、圧電体膜１１のうち厚さ方向の電界が印加される部分を、基板１２から確実に離すことができる。そのため、圧電体膜１１のうち厚さ方向の電界が印加される部分が、基板１２に拘束されず、自由に振動することができ、バルク弾性波を更に容易に発生させることができる。
　好適には、上下の電極の重なり部分の面積Ａの、中空部分で露出する圧電体膜１１及び下側電極の面積Ｂに対する面積比、即ちＡ／Ｂが１／２よりも小さいか又は１／２以下である。即ち、上部電極である電極２２と下部電極である電極１３との重なり部分の面積が、中空部２１の面積の１／２以下である。このような場合、電極２２と電極１３との間に電圧を印加することにより、圧電体膜１１の厚さ方向の電界が印加される部分を、基板１２から更に確実に離すことができる。そのため、圧電体膜１１のうち厚さ方向の電界が印加される部分が、基板１２に更に拘束されず、更に自由に振動することができ、バルク弾性波を更に容易に発生させることができる。
　なお、前述したように、本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１、電極１３及び基板１２を有することができる。そのため、本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、基板１２のＳｉ層１２ａ（図６参照）として、Ｓｉ基板に代えて、半導体基板であるＳＯＩ基板を用いることができ、電極１３は、Ｐｔ層１３ａ（図３参照）に代えて、Ｍｏ層１３ｃ（図３参照）又はＷ層１３ｄ（図３参照）を含むこともできる。なお、電極である１３ａ、１３ｃ又は１３ｄの材料として上記したものの他に、Ｒｕ層やＣｕ層を用いてもよい。これら材料は、電極材料として一般的である。
　また、本実施の形態２の電子デバイス２０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１は、ｃ軸配向したニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を含む、即ち主成分として含有する。
　図８に示すように、基板１２と圧電体膜１１との間に誘電層又は整合層としての誘電層２３を設けることが好ましい。即ち、図８に示す電子デバイス２０は、図７に示す電子デバイス２０が有する部分に加えて、基板１２上且つ下部電極下即ち電極１３下の整合層としての誘電層２３を有する。例えば、電子デバイス２０のうち誘電層２３以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層２３が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料よりなる場合には、電子デバイス２０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。
　好適には、誘電層２３は、Ｓｉ化合物であり、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。このような場合、誘電層２３が半導体装置の製造工程と親和性の高い材料よりなる誘電層であるので、誘電層２３を容易に形成することができる。
　図９に示すように、圧電体膜１１上に上側誘電層としての誘電層２４を設けることが好ましい。即ち、図９に示す電子デバイス２０は、図７に示す電子デバイス２０が有する部分に加えて、圧電体膜１１上に上側誘電層としての誘電層２４を有する。例えば、電子デバイス２０のうち誘電層２４以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層２４が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料よりなる場合には、電子デバイス２０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。
　好適には、誘電層２４は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。このような場合、誘電層２４が半導体装置の製造工程と親和性の高い材料よりなる誘電層であるので、誘電層２４を容易に形成することができる。
　なお、図７乃至図９に示す例では、例えば図７に示す例において、圧電体膜１１の上下のいずれか一方が固定されていないようにすることができる（後述する図１５乃至図１７を用いて説明する実施の形態３においても同様）。
　また、図７乃至図９に示す例では、例えば図８及び図９に示す例において、圧電体膜１１のいずれか一方が固定されており、逆側が温度によって硬さが変化する材料によりその一方よりも弱く固定されているようにすることができる。即ち、圧電体膜１１の上下のいずれか一方が固定され、圧電体膜１１の上下の一方と逆側が、温度によって硬さが変化する材料で弱く固定されているようにすることができる（後述する図１５乃至図１７を用いて説明する実施の形態３においても同様）。これにより、滑り方向の変位を生かす電子デバイスであって、且つ、温度特性の補償が可能な電子デバイスを実現することができる。
　図１０に示すように、基板１２と圧電体膜１１との間に下側誘電層としての誘電層２３を設けるとともに圧電体膜１１上に上側誘電層としての誘電層２４を設けることが好ましい。即ち、図１０に示す電子デバイス２０は、図７に示す電子デバイス２０が有する部分に加えて、基板１２上且つ下部電極下即ち電極１３下の整合層としての誘電層２３と、圧電体膜１１上の上側誘電層としての誘電層２４と、を有する。また、図１０に示す例では、誘電層２４は、上部電極即ち電極２２上に設けられている。即ち、図１０に示す例でも、圧電体膜１１に接して上下に電極が形成されている。例えば、電子デバイス２０のうち誘電層２３及び誘電層２４以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層２３及び誘電層２４が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料（温度の上昇に従って硬さが増す材料）よりなる場合には、電子デバイス２０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。前述したように、誘電層２３及び誘電層２４は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。
　図１１に示すように、基板１２と圧電体膜１１との間に下側誘電層としての誘電層２３を設けるとともに圧電体膜１１上に上側誘電層としての誘電層２４を設け、上側誘電層としての誘電層２４の上に上側電極としての電極２２を設けることが好ましい。即ち、図１１に示す電子デバイス２０は、図１０に示す電子デバイス２０において、電極２２と誘電層２４との上下方向における積層順序を逆にしたものである。また、図１１に示す構造は、圧電体膜１１に接して上下に電極が形成されている構造ではない。このような場合でも、図１０に示す電子デバイス２０と同様の効果を有することができる。また、前述したように、誘電層２３及び誘電層２４は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。
　図１２に示すように、上部又は下部の電極１３又は電極２２のいずれか一方が複数あることで、面内で２種類以上の電界方向を持つことが好ましい。図１２に示す例では、電子デバイス２０が、上部電極としての電極２２を２つ有する。図１２では、２つの電極２２を、電極２２ａ及び電極２２ｂとして示している。これにより、滑り方向の変位を生かす電子デバイスを更に容易に実現することができる。なお、図１２では、圧電体膜１１が２種類の滑り方向の変位を有する場合を模式的に示している。
　図１３に示すように、圧電体膜１１の分極方向（分極方向ＤＰ１）が、基板１２に垂直且つ複数の方向に優先配向しており、圧電体膜１１の上部及び下部に電極２２及び電極１３があることが好ましい。このような場合も、滑り方向の変位を生かす電子デバイスを更に容易に実現することができる。
　図１４に示すように、圧電体膜１１の上部又は下部に複数の電極があることが好ましい。図１４に示す例では、下部電極が設けられておらず、上部電極として、２つの電極２２、即ち電極２２ａ及び電極２２ｂが設けられている。このような場合も、滑り方向の変位を生かす電子デバイスを更に容易に実現することができる。
　（実施の形態３）
　次に、本発明の一実施形態である実施の形態３の電子デバイスについて説明する。本実施の形態３の電子デバイスは、実施の形態１の膜構造体を備えた表面弾性波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）フィルタである。図１５乃至図１７は、実施の形態３の電子デバイスの斜視図である。
　図１５に示すように、本実施の形態３の電子デバイス３０は、圧電体膜１１、櫛型電極及び基板１２を有する膜構造体１０を備えた電子デバイスであって、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向していることを特徴とする。
　本実施の形態３の電子デバイス３０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１及び基板１２を有することができる。そのため、膜構造体１０が有する圧電体膜１１及び基板１２のうち、実施の形態１の膜構造体１０が有する圧電体膜１１及び基板１２と同様の部分については、その説明を省略する場合がある。
　一方、本実施の形態３の電子デバイス３０は、実施の形態１の膜構造体１０を備えたＳＡＷフィルタであるため、圧電体膜１１即ち圧電体部分の上面又は下面に櫛型電極（櫛歯電極）としての電極３１及び電極３２が形成されている。即ち、本実施の形態３の電子デバイス３０は、基板１２上の、電極３１及び電極３２並びに圧電体膜１１を有する。このような場合、電極３１と電極３２との間に交流電圧を印加することにより、圧電体膜１１に表面弾性波を容易に発生させることができる。また、基板１２、圧電体膜１１並びに電極３１及び電極３２の弾性特性等に応じて定まる共振周波数を有する表面弾性波を発生させるか又は通過させることができるので、共振子又はフィルタとして機能させることができる。
　なお、本実施の形態３でも、実施の形態１と同様に、基板１２として、（１００）配向したＳｉ層１２ａ（図３参照）と、Ｓｉ層１２ａ上に形成されたＺｒＯ２層１２ｂ（図３参照）と、を含む基板を用いることができる。ＺｒＯ２層１２ｂは、好適には、（２００）配向したＺｒＯ２及び（００２）配向したＺｒＯ２を含む。このような場合、基板１２のＳｉ層１２ａを基板とみなすことができ、本実施の形態３の電子デバイス３０は、Ｓｉ基板である基板（Ｓｉ層１２ａ）上の圧電体膜１１を有し、圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向している、電子デバイスである。
　図１５に示す例では、圧電体膜１１の上面に櫛型電極としての電極３１及び電極３２が形成されている。即ち、図１５に示す例では、電極３１及び電極３２は、圧電体膜１１の上面に形成された櫛歯電極である。一方、図示は省略するものの、圧電体膜１１の下面に櫛型電極としての電極３１及び電極３２が形成されていてもよい。即ち、電極３１及び電極３２は、圧電体膜１１の下面に形成された櫛歯電極であることもできる。
　圧電体膜１１の分極方向が基板１２に垂直に優先配向しているため、圧電体膜１１の分極方向と櫛型電極の方向とは互いに交差好適には直交している。
　ここで、櫛型電極即ち櫛歯電極としての電極３１が、平面視において方向ＤＲ１に延在する本体３１ａと、本体３１ａから平面視において方向ＤＲ１と交差好適には直交する方向ＤＲ２にそれぞれ突出し、平面視において方向ＤＲ２にそれぞれ延在し、且つ、方向ＤＲ１に配列された複数の櫛歯３１ｂと、を含むものとする。また、櫛型電極即ち櫛歯電極としての電極３２が、平面視において方向ＤＲ１に延在する本体３２ａと、本体３２ａから平面視において方向ＤＲ１と交差好適には直交する方向ＤＲ２にそれぞれ突出し、平面視において方向ＤＲ２にそれぞれ延在し、且つ、方向ＤＲ１に配列された複数の櫛歯３２ｂと、を含むものとする。また、櫛歯３１ｂと櫛歯３２ｂとは、方向ＤＲ１に沿って交互に配置されているものとする。このような場合、櫛型電極の方向とは、櫛歯３１ｂ及び櫛歯３２ｂが延在する方向である方向ＤＲ２であり、圧電体膜１１の分極方向ＤＰ１は、櫛歯３１ｂ及び櫛歯３２ｂが延在する方向である方向ＤＲ２と交差好適には直交する方向である。
　なお、前述したように、本実施の形態３の電子デバイス３０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１及び基板１２を有することができる。そのため、本実施の形態３の電子デバイス３０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、基板１２は、Ｓｉ層、ＺｒＯ２層がこの順に積層された構造を有することができ、基板１２のＳｉ層１２ａ（図６参照）として、Ｓｉ基板に代えて、半導体基板であるＳＯＩ基板を用いることができ、電極１３は、Ｐｔ層１３ａ（図３参照）に代えて、Ｍｏ層１３ｃ（図３参照）又はＷ層１３ｄ（図３参照）を含むこともできる。なお、電極である１３ａ、１３ｃ又は１３ｄの材料として上記したものの他に、Ｒｕ層やＣｕ層を用いてもよい。
　また、本実施の形態３の電子デバイス３０に備えられた膜構造体１０についても、実施の形態１の膜構造体１０と同様に、圧電体膜１１は、ｃ軸配向したニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を含む、即ち主成分として含有する。
　図１６に示すように、基板１２と圧電体膜１１との間に誘電層又は整合層としての誘電層３３を設けることが好ましい。即ち、図１６に示す電子デバイス３０は、図１５に示す電子デバイス３０が有する部分に加えて、基板１２上且つ圧電体膜１１下に形成された整合層としての誘電層３３を有する。これにより、基板１２と圧電体膜１１との間の音響整合を取ることができる。また、例えば、電子デバイス３０のうち誘電層３３以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層３３が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料よりなる場合には、電子デバイス３０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。
　好適には、誘電層３３は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。このような場合、誘電層３３が半導体装置の製造工程と親和性の高い材料よりなる誘電層であるので、誘電層３３を容易に形成することができる。
　図１７に示すように、圧電体膜１１上に誘電層３４を設けることが好ましい。即ち、図１７に示す電子デバイス３０は、図１５に示す電子デバイス３０が有する部分に加えて、圧電体膜１１上の整合層としての誘電層３４を有する。これにより、基板１２と圧電体膜１１との間の音響整合を取ることができる。また、例えば、電子デバイス３０のうち誘電層３４以外の部分が温度上昇とともに柔らかくなる性質を有する材料よりなり、誘電層３４が温度上昇とともに硬くなる性質を有する材料よりなる場合には、電子デバイス３０の誘電率特性又は圧電特性の温度依存性、即ち温度特性を安定化させるか又は調整することができる。
　好適には、誘電層３４は、Ｓｉ化合物であり、例えばＳｉＯ２である。このような場合、誘電層３４が半導体装置の製造工程と親和性の高い材料よりなる誘電層であるので、誘電層３４を容易に形成することができる。
　以下、実施例に基づいて本実施の形態を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
　（実施例１乃至実施例３）
　以下では、実施の形態１で図１乃至図６を用いて説明した膜構造体１０を、実施例１乃至実施例３の膜構造体として形成し、Ｓｉ基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ＺｒＯ２層１２ｂを介して、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３よりなる圧電体膜１１を作成する試験を実施した。このとき、図３に示すように、ＺｒＯ２層１２ｂと圧電体膜１１との間にＳｉ層１２ａ側から順にＰｔ層１３ａ、ＳＲＯ層１３ｂが形成されたものを実施例１とし、図４に示すように、ＺｒＯ２層１２ｂと圧電体膜１１との間にＰｔ層１３ａのみが形成されたものを実施例２とし、図５に示すように、ＺｒＯ２層１２ｂ上にｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３よりなる圧電体膜１１が直接形成されたものを実施例３とした。
　［膜構造体の形成］
　実施例１の膜構造体の形成方法について説明する。まず、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａ（図３参照）として、（１００）面よりなる上面を有し、６インチのシリコン単結晶よりなるウェハを用意した。
　次に、Ｓｉ層１２ａ（図３参照）としてのウェハ上に、ＺｒＯ２層１２ｂ（図３参照）を、電子ビーム蒸着法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
　装置　：　電子ビーム蒸着装置
　圧力　：　７．００×１０－５Ｐａ
　蒸着源　：　Ｚｒ＋Ｏ２
　加速電圧／エミッション電流　：　７．５ｋＶ／１．８０ｍＡ
　厚さ　：　６０ｎｍ
　基板温度　：　５００℃
　次に、ＺｒＯ２層１２ｂ（図３参照）上に、Ｐｔ層１３ａ（図３参照）を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
　装置　：　ＤＣスパッタリング装置
　圧力　：　１．２０×１０－１Ｐａ
　蒸着源　：　Ｐｔ
　電力　：　１００Ｗ
　厚さ　：　１５０ｎｍ
　基板温度　：　４５０～６００℃
　次に、Ｐｔ層１３ａ（図３参照）上に、ＳＲＯ層１３ｂ（図３参照）を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
　装置　：　ＲＦマグネトロンスパッタリング装置
　パワー　：　３００Ｗ
　ガス　：　Ａｒ
　圧力　：　１．８Ｐａ
　基板温度　：　６００℃
　厚さ　：　４０ｎｍ
　次に、ＳＲＯ層１３ｂ（図３参照）上に、ＬｉＮｂＯ３よりなる圧電体膜１１（図３参照）を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
　装置　：　ＡＣスパッタリング装置
　圧力　：　２Ｐａ
　蒸着源（ターゲット）　：　ＬｉＮｂＯ３
　ガス　：　Ａｒ／Ｎ２
　電力　：　１０００Ｗ
　基板温度　：　４５０℃
　厚さ　：　５００ｎｍ
　一方、実施例２の膜構造体の形成方法においては、実施例１の膜構造体の形成方法と異なり、ＳＲＯ層１３ｂ（図３参照）を形成せず、Ｐｔ層１３ａ（図４参照）上に圧電体膜１１（図４参照）を直接形成した。また、実施例３の膜構造体の形成方法においては、実施例１の膜構造体の形成方法と異なり、Ｐｔ層１３ａ及びＳＲＯ層１３ｂを形成せず、ＺｒＯ２層１２ｂ上に圧電体膜１１を直接形成した。
　［アウトオブプレーン測定］
　実施例１乃至実施例３の膜構造体について、ＸＲＤ法によるω－２θスペクトル（アウトオブプレーンＸ線回折パターン）を測定した。即ち、圧電体膜１１までが形成された実施例１乃至実施例３の膜構造体について、ω－２θスキャンによるＸ線回折測定（アウトオブプレーン測定）を行った。アウトオブプレーン測定は、測定面と基板表面との間の角度が９０°未満の場合に相当する。なお、実施例１乃至実施例３のＸＲＤデータは、リガク社製Ｘ線回折装置SmartLabを用いたものである。
　図１８にｃ軸配向の面の定義を示す。図１８は、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３の結晶構造を示す図である。前述したように、ＬｉＮｂＯ３は三方晶構造であるイルメナイト構造を有し、ｃ軸方向に分極している。図１８において、斜線部分がｃ面を表し、ｃ軸は、ｃ（００１）軸を表している。
　図１９は、実施例１の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフであり、図２０は、実施例２の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフであり、図２１は、実施例３の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。図１９乃至図２１のグラフの横軸は、ω－２θスキャンにおける角度２θを示し、図１９乃至図２１のグラフの縦軸は、検出されたＸ線の強度を示す。図１９乃至図２１は、２０°≦２θ≦９０°の範囲を示している。
　図１９に示す例（実施例１）、図２０に示す例（実施例２）及び図２１に示す例（実施例３）のいずれのω－２θスペクトルにおいても、６９°付近のＳｉ（４００）面に相当するピークに加えて、３指数表示でＬＮの（００６）面（（０，０，６）面）及び（００１２）面（（０，０，１２）面）に相当するピークが観測された。また、図１９に示す例（実施例１）及び図２０に示す例（実施例２）のω－２θスペクトルにおいては、４６°付近のＰｔの（２００）面に相当するピークが観測された。そのため、実施例１及び実施例２の膜構造体においては、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、Ｐｔ層１３ａが（２００）配向即ち（１００）配向し、Ｐｔ層１３ａ上に、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３よりなる圧電体膜１１が形成されていることが確認された。また、実施例３の膜構造体においては、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３よりなる圧電体膜１１が形成されていることが確認された。
　また、図１９乃至図２１を比較すると、図２０に示す例（実施例２）のω－２θスペクトルにおいて、３指数表示でＬＮの（００６）面の回折ピークの強度が最も大きかった。
　なお、図１９に示す例（実施例１）のω－２θスペクトルにおいては、３指数表示でＬＮの（０１２）面（（０，１，２）面）、（０２４）面（（０，２，４）面）及び（０３６）面（（０，３，６）面）に相当するピークが観測された。そのため、実施例１の膜構造体においては、実施例２及び実施例３の膜構造体と異なり、圧電体膜１１が、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３よりなる成分に加えて、３指数表示で（０１２）配向したＬｉＮｂＯ３よりなる成分を含んでいた。
　［逆格子マップ測定］
　次に、実施例１及び実施例２の膜構造体について、逆格子マップ測定を行った。逆格子マップ測定は、測定する膜を立体的に観測し、格子定数の揺らぎや格子面の傾きを確認するものである。
　図２２は、実施例１の膜構造体の逆格子マップ測定の結果を示すグラフであり、図２３は、実施例２の膜構造体の逆格子マップ測定の結果を示すグラフである。図２２及び図２３の各々において、逆格子マップ測定の結果を左側半分に示し、逆格子マップ測定結果にシミュレーション結果を重ねたものを右側半分に示している。また、図２２及び図２３を代表して、図２３では、Ｓｉ（４００）面、ＺｒＯ２（２００）面、Ｐｔ（２００）面及びＰｔ（４００）面、並びに、３指数表示でＬＮ（００６）面及びＬＮ（００１２）面の各々をそれぞれ表す複数の逆格子点を示している。
　図２２に示す例（実施例１）及び図２３に示す例（実施例２）のいずれにおいても、ＺｒＯ２（２００）面、３指数表示でのＬＮ（００６）面、Ｐｔ（２００）面、Ｓｉ（４００）面、３指数表示でのＬＮ（００１２）面及びＰｔ（４００）面の各々をそれぞれ表す６つの逆格子点が縦一列に確認され面が揃っていた。即ち、実施例１及び実施例２の膜構造体のいずれのＸ線逆格子空間マッピングにおいても、ＺｒＯ２（２００）面、３指数表示でのＬＮ（００６）面、Ｐｔ（２００）面、Ｓｉ（４００）面、３指数表示でのＬＮ（００１２）面及びＰｔ（４００）面の各々をそれぞれ表す６つの逆格子点が、Ｑｚ方向に配列されていた。また、図２３に示す例（実施例２）においては、逆格子点が鮮明であることから、図２２に示す例（実施例１）に比べ、揺らぎも少ないと言える。また、図示は省略するものの、実施例３の膜構造体についても、同様の結果が得られた。
　以上の結果から、実施例１乃至実施例３の膜構造体のいずれにおいても、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ＬｉＮｂＯ３がｃ軸配向且つエピタキシャル成長していることが分かった。また、ＬｉＮｂＯ３に結晶の揺らぎもなく、格子面が揃っていることも分かった。即ち、ＳＲＯ（１００）／Ｐｔ（１００）／ＺｒＯ２／Ｓｉ（１００）上、Ｐｔ（１００）／ＺｒＯ２／Ｓｉ（１００）上、及び、ＺｒＯ２／Ｓｉ（１００）上に成膜したＬｉＮｂＯ３は、ｃ軸配向且つ略単結晶化することが分かった。
　［インプレーン測定］
　次に、実施例１及び実施例２の膜構造体について、ＸＲＤ法によるφスキャンスペクトル（インプレーンＸ線回折パターン）を測定した。即ち、圧電体膜１１までが形成された実施例１及び実施例２の膜構造体について、φスキャンによるＸ線回折測定（インプレーン測定）を行った。インプレーン測定は、測定面と基板表面との間の角度が９０°に等しい場合に相当する。
　図２４は、実施例１の膜構造体のＸＲＤ法によるφスキャンスペクトルの例を示すグラフであり、図２５は、実施例２の膜構造体のＸＲＤ法によるφスキャンスペクトルの例を示すグラフである。図２４及び図２５のグラフの横軸は、φスキャンにおける角度φを示し、図２４及び図２５のグラフの縦軸は、検出されたＸ線の強度を示している。また、図２４及び図２５は、０°≦φ≦３６０°の範囲を示している。
　図２４及び図２５に示す例では、測定面と基板表面との間の角度が９０°近傍（インプレーン測定）で、２θが３指数表示でＬＮ（３００）面の回折ピークに対応した角度（６２．４°）に等しくなるように調整した状態で、φスキャンを行っている。
　図２４に示す例（実施例１）、及び、図２５に示す例（実施例２）のいずれのφスキャンにおいても、φ方向（横軸方向）に３０°の間隔を空けて配置され、且つ、３指数表示でＬＮ（３００）面をそれぞれ表す１２の回折ピークが観測された。そのため、実施例１及び実施例２の膜構造体において、ＬｉＮｂＯ３が見かけの結晶構造の対称性として１２回対称性を有することが明らかになった。また、図示は省略するものの、実施例３の膜構造体についても、同様の結果が得られた。
　従って、φスキャンスペクトルからも、逆格子マップ測定と同様に、実施例１乃至実施例３の膜構造体において、Ｓｉ（１００）基板よりなるＳｉ層１２ａ上に、ＬｉＮｂＯ３がエピタキシャル成長していることが明らかになった。一方、図１８に示したように、ＬｉＮｂＯ３の結晶構造は、ｃ軸を中心として３回対称性を有する。そのため、実施例１乃至実施例３の膜構造体が有する圧電体膜１１は、ＬＮ（００６）面内で互いに回転した異なる複数のドメイン（回転成分）よりなると考えられる。
　図２６は、φスキャンスペクトルで観測される回折ピークの数により定まる見かけの結晶構造の対称性を、回転成分の回転角、六方晶及び三方晶よりなる結晶構造の対称性で分類して整理した表を示す。なお、図２６では、基準となるドメイン（回転成分）を「０°回転成分」と表記し、基準となるドメインからそれぞれ１８０°、９０°、２７０°回転したドメイン（回転成分）を「１８０°回転成分」、「９０°回転成分」、「２７０°回転成分」と表記している。
　図２６に示すように、三方晶よりなる結晶構造において、１２回対称性を有する場合は、基準となるドメインから９０°回転したドメイン（回転成分）を有する場合、又は、基準となるドメインから２７０°回転したドメイン（回転成分）を有する場合である。また、三方晶よりなる結晶構造において、基準となるドメインから２７０°回転したドメイン（回転成分）を有する場合は、基準となるドメインから９０°回転したドメイン（回転成分）を有する場合と同一である。従って、図２４及び図２５に示すφスキャンスペクトルから、実施例１乃至実施例３の膜構造体においては、基準となるドメイン、並びに、基準となるドメインからそれぞれ９０°、１８０°及び２７０°回転した３つのドメインよりなる、４つのドメイン（回転成分）を有すると考えられる。
　ここで、圧電体膜１１が有する、異なる４つの回転成分を、部分ＤＭ１乃至部分ＤＭ４とする。部分ＤＭ１乃至部分ＤＭ４が存在することにより、図２４及び図２５に示したφスキャンにおいて、それぞれ３回対称性を有する３つの回折ピークよりなる４組が互いに９０°ずつずれて重ね合わされることにより、１２回対称性を有する１２の回折ピークが観察されたと考えられる。このような場合、図２６に示すように、部分ＤＭ１を０°回転成分とし、部分ＤＭ２を９０°回転成分とし、部分ＤＭ３を１８０°回転成分とし、部分ＤＭ４を２７０°回転成分とすることができる。
　以上の結果をまとめると、以下のようになる。Ｓｉ層１２ａとしてのＳｉ基板が、Ｓｉ（１００）基板であるか、又は、Ｓｉ層１２ａとしてのＳＯＩ層が、Ｓｉ（１００）膜よりなり、圧電体膜１１がｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３よりなるＬＮ膜であるとする。このような場合、好適には、ＬＮ膜は、エピタキシャル成長した部分ＤＭ１乃至部分ＤＭ４を有し、部分ＤＭ２は、部分ＤＭ１に対しｃ軸を中心として時計回りに９０°回転し、部分ＤＭ３は、部分ＤＭ１に対しｃ軸を中心として時計回りに１８０°回転し、部分ＤＭ４は、部分ＤＭ１に対しｃ軸を中心として時計回りに２７０°回転している。
　［分極の電圧依存性］
　実施例２の膜構造体について、圧電体膜１１（図４参照）上に、Ｐｔよりなる上部電極を形成し、電極１３（図４参照）と上部電極との間に電圧を印加して分極の電圧依存性（分極電圧ヒステリシス曲線）を測定した。図２７は、実施例２の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフである。圧電体膜１１に印加する電圧を０から正側に増加させて再び０まで戻したときの分極の値が、圧電体膜１１の残留分極値である。
　図２７に示すように、実施例２の膜構造体の分極の電圧依存性を示すグラフは、圧電体膜１１の強誘電性を示す分極電圧ヒステリシス曲線を示し、圧電体膜１１が、分極電圧ヒステリシス曲線において、７０μＣ／ｃｍ２程度の大きな残留分極を有していた。また、初期状態においても、圧電体膜１１は、－７０μＣ／ｃｍ２程度の大きな自発分極を有していた。そのため、実施例２の膜構造体を圧電素子として使用する場合、使用前に、圧電体膜１１に分極処理を施す必要がない。また、図示は省略するものの、実施例１及び実施例３の膜構造体においても、略同様の結果が得られた。そのため、実施例１乃至実施例３の膜構造体において、圧電体膜１１が良好な強誘電性を有することが示された。尚、圧電体膜１１は強誘電性を有し分極作用を持つことから、メモリにも有効に用いることができる。
　以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
　例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
１０　膜構造体
１１　圧電体膜
１２　基板
１２ａ　Ｓｉ層
１２ｂ　ＺｒＯ２層
１２ｃ　基体
１２ｄ　ＢＯＸ層
１３、２２、２２ａ、２２ｂ、３１、３２　電極
１３ａ　Ｐｔ層
１３ｂ　ＳＲＯ層
１３ｃ　Ｍｏ層
１３ｄ　Ｗ層
２０、３０　電子デバイス
２１　中空部
２３、２４、３３、３４　誘電層
３１ａ、３２ａ　本体
３１ｂ、３２ｂ　櫛歯
ＤＭ１～ＤＭ４　部分
ＤＰ１　分極方向
ＤＲ１、ＤＲ２　方向

Claims (15)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に形成されたバッファ膜と、
    　前記バッファ膜上に形成された圧電体膜と、
    　を有し、
    　前記基板は、Ｓｉ（１００）基板、又は、Ｓｉ基板よりなる基体と、前記基体上の絶縁層と、前記絶縁層上のＳｉ（１００）膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板であり、
    　前記バッファ膜は、ＺｒＯ２を含み、
    　前記圧電体膜は、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３を含む、膜構造体。
  2. 　請求項１に記載の膜構造体において、
    　前記バッファ膜と前記圧電体膜との間に形成された金属膜を有する、膜構造体。
  3. 　請求項２に記載の膜構造体において、
    　前記金属膜は、（１００）配向したＰｔを含む、膜構造体。
  4. 　請求項２に記載の膜構造体において、
    　前記金属膜は、Ｐｔ膜、Ｍｏ膜、Ｗ膜、Ｒｕ膜又はＣｕ膜である、膜構造体。
  5. 　請求項３に記載の膜構造体において、
    　前記金属膜と前記圧電体膜との間に形成されたＳｒＲｕＯ３膜を有し、
    　前記ＳｒＲｕＯ３膜は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、（１００）配向している、膜構造体。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の膜構造体を備えた電子デバイス。
  7. 　請求項１に記載の膜構造体を備えた電子デバイスにおいて、
    　前記膜構造体は、前記圧電体膜の上面又は下面に形成された櫛歯電極を有する、電子デバイス。
  8. 　請求項７に記載の電子デバイスにおいて、
    　前記膜構造体は、前記基板上に形成された整合層を有する、電子デバイス。
  9. 　請求項６に記載の電子デバイスにおいて、
    　前記圧電体膜の下部に中空部が設けられている、電子デバイス。
  10. 　請求項９に記載の電子デバイスにおいて、
    　前記膜構造体は、前記圧電体膜の上部に形成された上部電極、及び、前記圧電体膜の下部に形成された下部電極を有する、電子デバイス。
  11. 　請求項１０に記載の電子デバイスにおいて、
    　前記上部電極と前記下部電極との重なり部分の面積が、前記中空部の面積より小さい、電子デバイス。
  12. 　請求項１０に記載の電子デバイスにおいて、
    　前記上部電極と前記下部電極との重なり部分の面積が、前記中空部の面積の１／２以下である、電子デバイス。
  13. 　請求項９に記載の電子デバイスにおいて、
    　前記膜構造体は、前記基板上に形成された整合層を有する、電子デバイス。
  14. 　請求項８に記載の電子デバイスにおいて、
    　前記整合層は温度の上昇に従って硬さが増す材料よりなる、電子デバイス。
  15. 　請求項１４に記載の電子デバイスにおいて、
    　前記材料はＳｉ化合物である、電子デバイス。
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