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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023180486
(43)【公開日】2023-12-21
(54)【発明の名称】圧電膜積層体およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H10N 30/853 20230101AFI20231214BHJP
H10N 30/076 20230101ALI20231214BHJP
H10N 30/079 20230101ALI20231214BHJP
H10N 30/87 20230101ALI20231214BHJP
C04B 35/582 20060101ALN20231214BHJP
【ＦＩ】
H01L41/187
H01L41/316
H01L41/319
H01L41/047
C04B35/582
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022093842
(22)【出願日】2022-06-09
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】勅使河原 明彦
(72)【発明者】
【氏名】山田 英雄
(72)【発明者】
【氏名】阿部 竜一郎
(72)【発明者】
【氏名】木嶋 健治
(72)【発明者】
【氏名】榎本 哲也
(57)【要約】
【課題】異常粒の発生が抑制されたＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体を提供する。
【解決手段】圧電膜積層体は、下地表面１４ａを有するＳｉＮ膜１４と、下地表面１４ａに接して配置されるＳｃＡｌＮ膜１５と、を備える。下地表面１４ａの表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。これによれば、表面粗さが０．５ｎｍ以下である下地表面１４ａに接してＳｃＡｌＮ膜１５が形成される。これにより、表面粗さが０．５ｎｍよりも大きい下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される場合と比較して、ＳｃＡｌＮ膜中の異常粒の発生を抑制することができる。
【選択図】図１
【解決手段】圧電膜積層体は、下地表面１４ａを有するＳｉＮ膜１４と、下地表面１４ａに接して配置されるＳｃＡｌＮ膜１５と、を備える。下地表面１４ａの表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。これによれば、表面粗さが０．５ｎｍ以下である下地表面１４ａに接してＳｃＡｌＮ膜１５が形成される。これにより、表面粗さが０．５ｎｍよりも大きい下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される場合と比較して、ＳｃＡｌＮ膜中の異常粒の発生を抑制することができる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電膜積層体であって、
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、
前記下地表面に接して配置されるＳｃＡｌＮ膜（１５）と、を備え、
前記下地表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である、圧電膜積層体。
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、
前記下地表面に接して配置されるＳｃＡｌＮ膜（１５）と、を備え、
前記下地表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である、圧電膜積層体。
【請求項2】
前記下地材（１４）は、アモルファスの絶縁性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項3】
前記下地材（２１）は、複数の結晶粒を含む多結晶であって、前記複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する絶縁性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項4】
前記下地材（２２）は、六方晶、立方晶のいずれでもない結晶構造を有する絶縁性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項5】
前記下地材（２３）は、六方晶または立方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶または単結晶の構造を有する絶縁性材料であり、
前記複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれ、
前記下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、六方晶のｃ軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が立方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、立方晶の〈１１１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
前記複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれ、
前記下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、六方晶のｃ軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が立方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、立方晶の〈１１１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項6】
前記下地材は、膜形状であり、
前記下地材の膜厚は、前記ＳｃＡｌＮ膜の膜厚の１／１０以下である、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の圧電膜積層体。
前記下地材の膜厚は、前記ＳｃＡｌＮ膜の膜厚の１／１０以下である、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の圧電膜積層体。
【請求項7】
前記圧電膜積層体は、前記下地材に対して前記ＳｃＡｌＮ膜側の反対側に、前記下地材に接して配置される導電性材料（１３）を備える、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の圧電膜積層体。
【請求項8】
前記導電性材料は、前記下地材に接する表面（１３ａ）を有し、
前記導電性材料の前記表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である、請求項７に記載の圧電膜積層体。
前記導電性材料の前記表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である、請求項７に記載の圧電膜積層体。
【請求項9】
前記下地材（２５）は、アモルファスの導電性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項10】
前記下地材（２４）は、複数の結晶粒を含む多結晶であって、前記複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する導電性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項11】
前記下地材（２６）は、六方晶、体心立方晶または面心立方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶または単結晶の構造である導電性材料であり、
前記複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれ、
前記下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、六方晶のｃ軸の向きが前記下地表面（２６ａ）に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が体心立方晶の結晶構造を有する場合、体心立方晶の〈１０１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が面心立方晶の結晶構造を有する場合、面心立方晶の〈１１１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
前記複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれ、
前記下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、六方晶のｃ軸の向きが前記下地表面（２６ａ）に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が体心立方晶の結晶構造を有する場合、体心立方晶の〈１０１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が面心立方晶の結晶構造を有する場合、面心立方晶の〈１１１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項12】
圧電膜積層体の製造方法であって、
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）を用意すること（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、
前記下地表面を平坦化すること（Ｓ４）と、
前記下地表面を平坦化した後、前記下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜（１５）を形成すること（Ｓ５）と、を含み、
前記平坦化することにおいては、前記下地表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とする、圧電膜積層体の製造方法。
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）を用意すること（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、
前記下地表面を平坦化すること（Ｓ４）と、
前記下地表面を平坦化した後、前記下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜（１５）を形成すること（Ｓ５）と、を含み、
前記平坦化することにおいては、前記下地表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とする、圧電膜積層体の製造方法。
【請求項13】
圧電膜積層体の製造方法であって、
表面（１３ａ）を有する導電性材料（１３）を用意すること（Ｓ１、Ｓ２）と、
前記導電性材料の前記表面を平坦化すること（Ｓ２―１）と、
前記表面を平坦化した後、下地表面を有する下地材を前記導電性材料に接した状態で形成すること（Ｓ３）と、
前記下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成すること（Ｓ５）と、を含み、
前記平坦化することにおいては、前記導電性材料の前記表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とすることで、前記下地表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とする、圧電膜積層体の製造方法。
表面（１３ａ）を有する導電性材料（１３）を用意すること（Ｓ１、Ｓ２）と、
前記導電性材料の前記表面を平坦化すること（Ｓ２―１）と、
前記表面を平坦化した後、下地表面を有する下地材を前記導電性材料に接した状態で形成すること（Ｓ３）と、
前記下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成すること（Ｓ５）と、を含み、
前記平坦化することにおいては、前記導電性材料の前記表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とすることで、前記下地表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とする、圧電膜積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電膜と下地材とが積層された圧電膜積層体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に、下地材と、圧電膜であるＳｃＡｌＮ膜と、を備える圧電膜積層体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５１９０８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ＳｃＡｌＮ膜は、六方晶であって、複数の結晶粒を有する多結晶の結晶構造を有する。複数の結晶粒に、ＳｃＡｌＮ膜の膜表面に対して垂直な向きに六方晶のｃ軸が配向するｃ軸配向結晶粒が多く含まれるときに、ＳｃＡｌＮ膜の圧電性が高くなる。一方、複数の結晶粒に、六方晶のｃ軸の向きがランダムである異常粒が多く含まれるときに、ＳｃＡｌＮ膜の圧電性が低くなる。ＳｃＡｌＮ膜に存在する異常粒が少ないほど、ＳｃＡｌＮ膜に存在するｃ軸配向結晶粒が多くなる関係がある。このため、ＳｃＡｌＮ膜中の異常粒の発生が抑制されることが望まれる。
【0005】
本発明は上記点に鑑みて、異常粒の発生が抑制されたＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明によれば、
圧電膜積層体は、
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、
下地表面に接して配置されるＳｃＡｌＮ膜（１５）と、を備え、
下地表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。
圧電膜積層体は、
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、
下地表面に接して配置されるＳｃＡｌＮ膜（１５）と、を備え、
下地表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。
【0007】
これによれば、表面粗さが０．５ｎｍ以下である下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される。これにより、表面粗さが０．５ｎｍよりも大きい下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される場合と比較して、ＳｃＡｌＮ膜中の異常粒の発生を抑制することができる。よって、異常粒の発生が抑制されたＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体を提供することができる。
【0008】
また、請求項１２に記載の発明によれば、
圧電膜積層体の製造方法は、
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）を用意すること（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、
下地表面を平坦化すること（Ｓ４）と、
下地表面を平坦化した後、下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜（１５）を形成すること（Ｓ５）と、を含み、
平坦化することにおいては、下地表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とする。
圧電膜積層体の製造方法は、
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）を用意すること（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と、
下地表面を平坦化すること（Ｓ４）と、
下地表面を平坦化した後、下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜（１５）を形成すること（Ｓ５）と、を含み、
平坦化することにおいては、下地表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とする。
【0009】
これによれば、表面粗さが０．５ｎｍ以下である下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される。これにより、表面粗さが０．５ｎｍよりも大きい下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される場合と比較して、ＳｃＡｌＮ膜中の異常粒の発生を抑制することができる。よって、異常粒の発生が抑制されたＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体を製造することができる。
【0010】
また、請求項１３に記載の発明によれば、
圧電膜積層体の製造方法は、
表面（１３ａ）を有する導電性材料（１３）を用意すること（Ｓ１、Ｓ２）と、
導電性材料の表面を平坦化すること（Ｓ２―１）と、
表面を平坦化した後、下地表面を有する下地材を導電性材料に接した状態で形成すること（Ｓ３）と、
下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成すること（Ｓ５）と、を含み、
平坦化することにおいては、導電性材料の表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とすることで、下地表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とする。
圧電膜積層体の製造方法は、
表面（１３ａ）を有する導電性材料（１３）を用意すること（Ｓ１、Ｓ２）と、
導電性材料の表面を平坦化すること（Ｓ２―１）と、
表面を平坦化した後、下地表面を有する下地材を導電性材料に接した状態で形成すること（Ｓ３）と、
下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成すること（Ｓ５）と、を含み、
平坦化することにおいては、導電性材料の表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とすることで、下地表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とする。
【0011】
これによれば、表面粗さが０．５ｎｍ以下である下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される。これにより、表面粗さが０．５ｎｍよりも大きい下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される場合と比較して、ＳｃＡｌＮ膜中の異常粒の発生を抑制することができる。よって、異常粒の発生が抑制されたＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体を製造することができる。
【0012】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態における圧電膜積層体の断面図である。
【図2】第１実施形態における圧電膜積層体の製造方法を示すフローチャートである。
【図3】ＳｃＡｌＮの結晶構造を示す図である。
【図4】実施例１～３および比較例１～３における下地表面の表面粗さＲａと結晶性との関係を示す図である。
【図5A】実施例１のＳｃＡｌＮ膜のＳＥＭ像である。
【図5B】実施例２のＳｃＡｌＮ膜のＳＥＭ像である。
【図5C】実施例３のＳｃＡｌＮ膜のＳＥＭ像である。
【図5D】比較例１のＳｃＡｌＮ膜のＳＥＭ像である。
【図5E】比較例２のＳｃＡｌＮ膜のＳＥＭ像である。
【図6】実施例１～３および比較例１～３における下地表面の表面粗さＲａと圧電性能との関係を示す図である。
【図7】実施例１～３および比較例１～３における下地表面の表面粗さＲａとｔａｎδとの関係を示す図である。
【図8】実施例１～４および比較例１～３における下地表面の表面粗さＲａと結晶性との関係を示す図である。
【図9】第２実施形態における圧電膜積層体の断面図である。
【図10】第３実施形態における圧電膜積層体の断面図である。
【図11】第４実施形態における圧電膜積層体の断面図である。
【図12】第５実施形態における圧電膜積層体の断面図である。
【図13】実施例１～３、５および比較例１～４における下地表面の表面粗さＲａと結晶性との関係を示す図である。
【図14】第６実施形態における圧電膜積層体の断面図である。
【図15】第７実施形態における圧電膜積層体の断面図である。
【図16】第８実施形態における圧電膜積層体の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0015】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０は、Ｓｉ基板１１と、ＡｌＮ膜１２と、Ｍｏ膜１３と、ＳｉＮ膜１４と、ＳｃＡｌＮ膜１５と、を備える。これらの膜は、積層されている。
図１に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０は、Ｓｉ基板１１と、ＡｌＮ膜１２と、Ｍｏ膜１３と、ＳｉＮ膜１４と、ＳｃＡｌＮ膜１５と、を備える。これらの膜は、積層されている。
【0016】
Ｓｉ基板１１は、半導体材料であるＳｉで主に構成された基板である。Ｓｉ以外の半導体材料で構成された基板が用いられてもよい。
【0017】
ＡｌＮ膜１２は、Ｓｉ基板１１の上側にＳｉ基板１１の表面に接して配置される。ＡｌＮ膜１２は、ＡｌＮで主に構成された膜である。ＡｌＮ膜１２は、Ｍｏ膜１３の結晶性を向上させるためのＭｏ膜１３の下地材として用いられている。
【0018】
Ｍｏ膜１３は、ＡｌＮ膜１２の上側にＡｌＮ膜１２の表面に接して配置される。換言すると、Ｍｏ膜１３は、ＳｉＮ膜１４の下側にＳｉＮ膜１４に接して配置される。ＳｉＮ膜１４の下側は、ＳｉＮ膜１４に対してＳｃＡｌＮ膜１５側の反対側である。
【0019】
Ｍｏ膜１３は、導電性材料であるＭｏで主に構成された膜である。Ｍｏ膜１３は、ＳｃＡｌＮ膜１５の圧電機能を発現させるための下部電極として用いられている。Ｍｏ膜１３は、ＳｉＮ膜１４に接する表面１３ａを有する。Ｍｏ膜１３に替えて、Ｍｏ以外の金属材料などの導電性材料で構成された膜が用いられてもよい。
【0020】
ＳｉＮ膜１４は、Ｍｏ膜１３の上側にＭｏ膜１３の表面１３ａに接して配置される。ＳｉＮ膜１４は、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材であり、膜形状である。ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接して、ＳｃＡｌＮ膜１５を支える。ＳｉＮ膜１４は、アモルファスの絶縁性材料であるＳｉＮで主に構成される。
【0021】
アモルファスは、結晶構造を持たない物質の状態のことであり、非晶質とも呼ばれる。膜を構成する材料がアモルファスであることは、膜に対して電子線回折測定を行うことで確認される。その測定結果がハローパターンのとき、膜を構成する材料はアモルファスである。本明細書において、絶縁性とは、電気抵抗率（すなわち、体積抵抗率）が１０４Ω・ｍ以上であることを意味する。
【0022】
絶縁性であるＳｉＮ膜１４の膜厚が厚くなりすぎると、ＳｃＡｌＮ膜１５とＳｉＮ膜１４とを含む複合膜の総合的な圧電性が損なわれる。このため、この複合膜の圧電性が大きく損なわれないように、ＳｉＮ膜１４の膜厚は、ＳｃＡｌＮ膜１５の膜厚の１／１０以下であることが好ましく、ＳｃＡｌＮ膜１５の膜厚の１／５０以下であることがより好ましい。これによれば、ＳｃＡｌＮ膜１５とＳｉＮ膜１４とを含む複合膜の総合的な圧電性の低下を抑制することができる。
【0023】
ＳｉＮ膜１４は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）１４ａを有する。下地表面１４ａの表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。算術平均粗さは、JIS B 0601に定められたものである。原子間力顕微鏡、触針式表面粗さ計などにより、表面を走査して、表面粗さを測定することができる。また、測定したい表面上に別の膜が形成されている場合、透過電子顕微鏡による断面観察を行い、測定したい界面の形状を求めることによって、表面粗さを測定することができる。
【0024】
ＳｃＡｌＮ膜１５は、ＳｉＮ膜１４の上側にＳｉＮ膜１４の下地表面１４ａに接して配置される。ＳｃＡｌＮ膜１５は、ＳｃＡｌＮ（すなわち、スカンジウム含有窒化アルミニウム）で主に構成された圧電膜である。ＳｃＡｌＮ膜１５は、ＳｉＮ膜１４側の反対側の表面１５ａを有する。
【0025】
ＳｃＡｌＮ膜１５のＳｃ濃度は、０原子％よりも大きく、４５原子％以下のいずれの濃度でもよい。Ｓｃ濃度とは、Ｓｃの原子数とＡｌの原子数との総量１００原子％に対してのＳｃの原子数が占める割合である。原子％は、原子数百分率を指している。Ｓｃ濃度は、ＲＢＳによって測定される。ＲＢＳは、Rutherford Backscattering Spectrometry（すなわち、ラザフォード後方散乱分光）の略称である。本明細書に示すＳｃ濃度は、下記の装置を用いて、下記の測定条件で測定された値である。
装置名：National Electrostatics Corporation製 Pelletron 3SDH
測定条件
ＲＢＳ測定
入射イオン: 4He++
入射エネルギー: 2300keV
入射角: 0deg
散乱角: 160deg
試料電流: 13nA
ビーム径: 2mmφ
面内回転: 無
照射量: 70μC
装置名：National Electrostatics Corporation製 Pelletron 3SDH
測定条件
ＲＢＳ測定
入射イオン: 4He++
入射エネルギー: 2300keV
入射角: 0deg
散乱角: 160deg
試料電流: 13nA
ビーム径: 2mmφ
面内回転: 無
照射量: 70μC
【0026】
次に、本実施形態の圧電膜積層体１０の製造方法について説明する。圧電膜積層体１０の製造方法は、図２に示すように、ＡｌＮ膜１２の形成工程Ｓ１と、Ｍｏ膜１３の形成工程Ｓ２と、ＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３と、ＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４と、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程Ｓ５と、を含む。
【0027】
まず、ＡｌＮ膜１２の形成工程Ｓ１では、反応性ＤＣスパッタリング法にて、Ｓｉ基板１１の表面上にＡｌＮ膜１２を形成することが行われる。その後、Ｍｏ膜１３の形成工程Ｓ２が行われる。
【0028】
Ｍｏ膜１３の形成工程Ｓ２では、ＤＣスパッタリング法にて、ＡｌＮ膜１２の表面上にＭｏ膜１３を形成することが行われる。その後、ＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３が行われる。
【0029】
ＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３では、プラズマＣＶＤ法にて、Ｍｏ膜１３の上側にＭｏ膜１３の表面１３ａに接してＳｉＮ膜１４を形成することが行われる。その後、ＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４が行われる。
【0030】
ＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４では、Ａｒプラズマを用いたエッチングによって、ＳｉＮ膜１４の下地表面１４ａを平坦化することが行われる。このとき、エッチング時間が長いほど、下地表面１４ａの表面粗さが低減する。下地表面１４ａの表面粗さが、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下となるように、エッチング時間が設定される。下地表面１４ａを平坦化した後、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程Ｓ５が行われる。
【0031】
ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程Ｓ５では、反応性ＤＣスパッタリング法にて、ＳｉＮ膜１４の上側に下地表面１４ａに接してＳｃＡｌＮ膜１５を形成することが行われる。このようにして、図１に示す構造の圧電膜積層体１０が製造される。
【0032】
本実施形態では、ＡｌＮ膜１２の形成工程Ｓ１、Ｍｏ膜１３の形成工程Ｓ２およびＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３が、下地材を用意することに対応する。ＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４が、下地表面を平坦化することに対応する。ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程Ｓ５が、下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成することに対応する。
【0033】
なお、Ｍｏ膜１３の形成工程Ｓ２の後であって、ＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３の前に、Ｍｏ膜１３の表面を平坦化することが行われてもよい。この場合も、ＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４が行われることで、下地表面１４ａの表面粗さが、最終的に、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされる。
【0034】
ＳｃＡｌＮ膜１５は、図３に示す六方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶の構造を有する。複数の結晶粒に、ＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きに六方晶のｃ軸が配向するｃ軸配向結晶粒が多く含まれるときに、ＳｃＡｌＮ膜の圧電性が高くなる。一方、複数の結晶粒に、六方晶のｃ軸の向きがランダムである異常粒が多く含まれるときに、ＳｃＡｌＮ膜１５の圧電性が低くなる。ＳｃＡｌＮ膜１５に存在する異常粒が少ないほど、ＳｃＡｌＮ膜１５に存在するｃ軸配向結晶粒が多くなる関係がある。このため、ＳｃＡｌＮ膜１５中の異常粒の発生が抑制されることが望まれる。
【0035】
本発明者は、後述の通り、異常粒の発生の要因の一つが、下地表面１４ａの表面粗さであることを見出した。そして、表面粗さが０．５ｎｍ以下である下地表面１４ａに接してＳｃＡｌＮ膜１５を形成することで、ＳｃＡｌＮ膜１５中の異常粒の発生を抑制できることを見出した。
【0036】
そこで、本実施形態の圧電膜積層体１０は、下地表面１４ａを有するＳｉＮ膜１４と、下地表面１４ａに接して配置されるＳｃＡｌＮ膜１５と、を備える。ＳｃＡｌＮ膜１５に接する下地表面１４ａの表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。
【0037】
本実施形態の圧電膜積層体１０の製造方法は、下地表面１４ａを有するＳｉＮ膜１４を用意することと、下地表面１４ａを平坦化することと、下地表面１４ａに接してＳｃＡｌＮ膜１５を形成することと、を含む。平坦化することにおいては、下地表面１４ａの表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされる。
【0038】
これらによれば、表面粗さが０．５ｎｍ以下である下地表面１４ａに接してＳｃＡｌＮ膜１５が形成される。これにより、表面粗さが０．５ｎｍよりも大きい下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される場合と比較して、ＳｃＡｌＮ膜１５中の異常粒の発生を抑制することができる。
【0039】
さらに、本実施形態の圧電膜積層体１０によれば、下記の効果を奏する。ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材であるＳｉＮ膜１４は、アモルファスの絶縁性材料である。
【0040】
本実施形態と異なり、Ｍｏ膜１３をＳｃＡｌＮ膜１５の下地材とする場合、すなわち、Ｍｏ膜１３の表面１３ａに接してＳｃＡｌＮ膜１５を形成する場合、ＳｃＡｌＮ膜１５中に異常粒が発生しやすい。この理由として、次のことが考えられる。
【0041】
一般的に、ＡｌＮ膜の表面上に形成されたＭｏ膜は、（１０１）配向しやすい。つまり、ＡｌＮ膜の表面上に形成されたＭｏ膜の表面に平行な面方向は、（１０１）面になりやすい。この場合、Ｍｏ膜１３の表面１３ａに平行な面方向でのＭｏの原子配列の対称性は、六方晶のｃ軸の向きがＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きで、複数の結晶粒が配向するときのＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに平行な面方向でのＳｃＡｌＮの原子配列の対称性に近似している。これに加えて、Ｍｏの格子定数が、ＳｃＡｌＮの格子定数に対して数％程度の範囲内で不一致である。このため、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成時に、ＳｃＡｌＮ膜１５に望まれない歪、すなわち、応力が発生する。これらが、上記の場合に異常粒が発生する原因であると考えられる。
【0042】
これに対して、本実施形態によれば、ＳｉＮ膜１４の下地表面１４ａに平行な面方向でのＳｉＮの原子配列は、上記の複数の結晶粒が配向するときのＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに平行な面方向でのＳｃＡｌＮの原子配列と異なる。このため、下地表面１４ａに平行な面方向での原子配列の対称性が、ＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに平行な面方向での原子配列の対称性と同じであって、下地材の格子定数がＳｃＡｌＮの格子定数と不一致であることを原因とする異常粒の発生を回避することができる。このように、下地材がアモルファスの絶縁性材料であることによっても、ＳｃＡｌＮ膜１５中の異常粒の発生を抑制することができる。
【0043】
ここで、本発明者が行った実験結果について説明する。本発明者は、上記した製造方法によって、実施例１～３の圧電膜積層体１０を製造した。また、上記した製造方法に対して、ＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４の条件を変更して、比較例１～３の圧電膜積層体１０を製造した。そして、本発明者は、実施例１～３および比較例１～３の圧電膜積層体１０のそれぞれにおいて、ＳｉＮ膜１４の下地表面の表面粗さＲａと、ＳｃＡｌＮ膜１５の結晶性、圧電性能およびｔａｎδとを測定した。
【0044】
実施例１～３および比較例１～３の圧電膜積層体１０の製造条件は、次の通りである。
【0045】
［ＳｉＮ膜１４の形成工程］
装置：平行平板型のＲＦプラズマ装置
導入ガス：ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２
ガス圧力：５Ｔｏｒ、
ＲＦ電力：３００Ｗ
基板温度：３３０℃
装置：平行平板型のＲＦプラズマ装置
導入ガス：ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２
ガス圧力：５Ｔｏｒ、
ＲＦ電力：３００Ｗ
基板温度：３３０℃
【0046】
［ＳｉＮ膜１４の平坦化工程］
装置：平行平板型のＲＦプラズマ装置
導入ガス：Ａｒ、
ＲＦ電力：５０Ｗ
エッチング時間：０～２００ｓｅｃ
装置：平行平板型のＲＦプラズマ装置
導入ガス：Ａｒ、
ＲＦ電力：５０Ｗ
エッチング時間：０～２００ｓｅｃ
【0047】
［ＳｉＮ膜１４の平坦化工程におけるエッチング時間および表面粗さＲａ］
実施例１では、エッチング時間は２００ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．２９ｎｍである。実施例２では、エッチング時間は９０ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．４４ｎｍである。実施例３では、エッチング時間は４０ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．５１ｎｍである。比較例１では、エッチング時間は３０ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．５７ｎｍである。比較例２では、エッチング時間は２３ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．７１ｎｍである。比較例３では、エッチング時間は０ｓｅｃであり、表面粗さＲａは１．０１ｎｍである。
実施例１では、エッチング時間は２００ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．２９ｎｍである。実施例２では、エッチング時間は９０ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．４４ｎｍである。実施例３では、エッチング時間は４０ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．５１ｎｍである。比較例１では、エッチング時間は３０ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．５７ｎｍである。比較例２では、エッチング時間は２３ｓｅｃであり、表面粗さＲａは０．７１ｎｍである。比較例３では、エッチング時間は０ｓｅｃであり、表面粗さＲａは１．０１ｎｍである。
【0048】
［ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程］
ターゲットの種類：ＳｃＡｌターゲット、Ｓｃ濃度４０％
ターゲットサイズ：直径３００ｍｍ
Ｓｉ基板とターゲットとの間の距離：６０ｍｍ
ＤＣパワー：８ｋＷ
ガス流量 Ｎ２：２６ｓｃｃｍ、Ａｒ：１９ｓｃｃｍ
ガス圧力：０．３Ｐａ
Ｓｉ基板温度：３３５℃
基板ＲＦバイアスパワー：２０Ｗ
本発明者がＳｃＡｌＮ膜のＳｃ濃度をＲＢＳで測定した結果、実施例１～３および比較例１～３のそれぞれのＳｃＡｌＮ膜のＳｃ濃度は、４０％であった。
ターゲットの種類：ＳｃＡｌターゲット、Ｓｃ濃度４０％
ターゲットサイズ：直径３００ｍｍ
Ｓｉ基板とターゲットとの間の距離：６０ｍｍ
ＤＣパワー：８ｋＷ
ガス流量 Ｎ２：２６ｓｃｃｍ、Ａｒ：１９ｓｃｃｍ
ガス圧力：０．３Ｐａ
Ｓｉ基板温度：３３５℃
基板ＲＦバイアスパワー：２０Ｗ
本発明者がＳｃＡｌＮ膜のＳｃ濃度をＲＢＳで測定した結果、実施例１～３および比較例１～３のそれぞれのＳｃＡｌＮ膜のＳｃ濃度は、４０％であった。
【0049】
［各膜の厚さ］
ＡｌＮ膜１２の膜厚：３０ｎｍ
Ｍｏ膜１３の膜厚：２５ｎｍ
ＳｉＮ膜１４の膜厚：１０～３０ｎｍ
ＳｃＡｌＮ膜１５の膜厚：５００ｎｍ
実施例１～３および比較例１～３では、ＳｉＮ膜１４の膜厚が異なる。これは、エッチング時間が異なるためである。
ＡｌＮ膜１２の膜厚：３０ｎｍ
Ｍｏ膜１３の膜厚：２５ｎｍ
ＳｉＮ膜１４の膜厚：１０～３０ｎｍ
ＳｃＡｌＮ膜１５の膜厚：５００ｎｍ
実施例１～３および比較例１～３では、ＳｉＮ膜１４の膜厚が異なる。これは、エッチング時間が異なるためである。
【0050】
図４は、下地表面１４ａの表面粗さＲａとＳｃＡｌＮ膜１５の結晶性との関係を表すグラフである。図４の縦軸は、Ｘ線回折装置にて測定したＳｃＡｌＮ結晶の（０００２）面のＸ線回折ピークについてのロッキングカーブのピーク高さと半値幅である。図４の横軸は、下地表面１４ａの表面粗さＲａである。
【0051】
図４において、Ａ１～Ａ３のそれぞれが、実施例１～３のそれぞれの結果である。Ｂ１～Ｂ３のそれぞれが、比較例１～３のそれぞれの結果である。ピーク強度の数値が大きいほど、半値幅の数値が小さいほど、ＳｃＡｌＮの結晶性が良い。「ＳｃＡｌＮの結晶性が良い」とは、ＳｃＡｌＮ膜１５に含まれる異常粒が少なく、ｃ軸配向結晶粒が多く含まれることを意味する。すなわち、ＳｃＡｌＮの結晶構造が、ＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きに六方晶のｃ軸が配向する配向性が高い結晶構造であることを意味する。
【0052】
図４より、表面粗さＲａが小さくなるにつれて、ピーク強度が高くなるとともに、半値幅が小さくなる傾向、すなわち、結晶性が良くなる傾向があることがわかる。特に、表面粗さＲａがＢ１の０．５７からＡ３の０．５１に変わると、結晶性が急激に良くなる。０．５１の少数第２位を四捨五入すると０．５であり、０．５７の少数第２位を四捨五入すると０．６である。これらのことから、下地表面の表面粗さＲａが０．５以下のときに、下地表面の表面粗さＲａが０．５よりも大きいときよりも、結晶性が良いＳｃＡｌＮ膜１５が得られると考えられる。
【0053】
実施例１～３の下地表面１４ａの表面粗さＲａは、０．５ｎｍ以下の範囲に含まれる。比較例１～３の下地表面１４ａの表面粗さＲａは、０．５ｎｍよりも大きい範囲に含まれる。
【0054】
図５Ａ～図５Ｃのそれぞれは、実施例１～実施例３のＳｃＡｌＮ膜１５のＳＥＭ像である。図５Ｄと図５Ｅのそれぞれは、比較例１、２のＳｃＡｌＮ膜１５のＳＥＭ像である。ＳＥＭ像は、走査電子顕微鏡によって取得された画像である。各図中に存在する複数の小片が異常粒である。図５Ａ～図５Ｅより、実施例１～３のＳｃＡｌＮ膜１５に含まれる異常粒は、比較例１、２のＳｃＡｌＮ膜１５と比較して少ないことが確認された。
【0055】
図６は、下地表面１４ａの表面粗さＲａとＳｃＡｌＮ膜１５の圧電性能との関係を表すグラフである。図６の縦軸は、圧電定数ｄ３３である。圧電定数ｄ３３の数値が大きいことが望ましい。図６より、実施例１～３のＳｃＡｌＮ膜１５の圧電定数ｄ３３は、比較例１～３のＳｃＡｌＮ膜１５の圧電定数ｄ３３よりも大きいことが確認された。
【0056】
図７は、下地表面１４ａの表面粗さＲａとＳｃＡｌＮ膜１５のｔａｎδとの関係を表すグラフである。ｔａｎδの数値が小さいことが望ましい。図７より、実施例１～３のＳｃＡｌＮ膜１５のｔａｎδは、比較例１～３のＳｃＡｌＮ膜１５のｔａｎδよりも小さいことが確認された。
【0057】
また、本発明者は、実施例４の圧電膜積層体１０を製造した。実施例４では、ＳｃＡｌＮ膜１５のＳｃ濃度は２４％である。ＳｉＮ膜１４の下地表面１４ａの表面粗さＲａは、０．２５ｎｍである。圧電膜積層体１０の他の製造条件は、実施例１～３と同じである。
【0058】
そして、本発明者は、実施例１～３と同様に、実施例４のＳｃＡｌＮ膜１５の結晶性を測定した。図８は、実施例４の表面粗さＲａおよび結晶性の測定結果を、実施例１～３および比較例１～３のグラフに追加したものである。図８中のＡ４が、実施例４の測定結果である。実施例４の下地表面１４ａの表面粗さＲａは、０．５ｎｍ以下である。図８より、実施例４においても、下地表面のＲａが０．５以下のときに結晶性が良いという関係を満たすことが確認された。
【0059】
実施例１～４の結果より、ＳｃＡｌＮ膜１５のＳｃ濃度が２４原子％以上４０原子％以下のときに、下地表面１４ａの表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下であることにより、表面粗さＲａが０．５ｎｍよりも大きい場合と比較して、ＳｃＡｌＮ膜１５中の異常粒の発生を抑制できることが確認された。このときに限らず、Ｓｃ濃度が２４原子％よりも小さいときにおいても、同様の効果が得られると考えられる。
【0060】
ただし、本実施形態の圧電膜積層体１０の製造方法と異なり、下地表面１４ａの平坦化を行わない場合、特に、Ｓｃ濃度が２４原子％以上の高いときに、異常粒が発生しやすいことがわかっている。このため、上記の実験結果に示すように、Ｓｃ濃度が２４原子％以上のときに、表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下であることが、特に有効である。
【0061】
また、本実施形態では、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ＳｉＮ膜１４が用いられるが、ＳｉＮ以外のアモルファスの絶縁性材料で構成された膜が用いられてもよい。ＳｉＮ以外のアモルファスの絶縁性材料としては、ＳｉＯ２などが挙げられる。アモルファスのＳｉＯ２で構成された膜は、Ｍｏ膜１３等の導電性材料の上に堆積して形成される。
【0062】
（第２実施形態）
図９に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ａでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ＡｌＮ膜２１が用いられる。このＡｌＮ膜２１は、ＡｌＮで主に構成された膜である。このＡｌＮ膜２１を構成するＡｌＮは、複数の結晶粒を含む多結晶であって、複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する絶縁性材料である。「無配向」とは、複数の結晶粒のそれぞれの方位分布が均等な状態を意味する。実測上では、「無配向」とは、Ｘ線回折において、任意の結晶面に関するロッキングカーブを測定した場合に、ピークを示さない状態を意味する。ロッキングカーブの測定では、横軸が入射Ｘ線に対する試料の角度ωとされ、縦軸が回折強度とされる。ピークを示さないとは、ωの変化に対して回折強度がほぼ一定の値であることを意味する。
図９に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ａでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ＡｌＮ膜２１が用いられる。このＡｌＮ膜２１は、ＡｌＮで主に構成された膜である。このＡｌＮ膜２１を構成するＡｌＮは、複数の結晶粒を含む多結晶であって、複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する絶縁性材料である。「無配向」とは、複数の結晶粒のそれぞれの方位分布が均等な状態を意味する。実測上では、「無配向」とは、Ｘ線回折において、任意の結晶面に関するロッキングカーブを測定した場合に、ピークを示さない状態を意味する。ロッキングカーブの測定では、横軸が入射Ｘ線に対する試料の角度ωとされ、縦軸が回折強度とされる。ピークを示さないとは、ωの変化に対して回折強度がほぼ一定の値であることを意味する。
【0063】
ＡｌＮ膜２１は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）２１ａを有する。下地表面２１ａの表面粗さは、第１実施形態と同様に、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。圧電膜積層体１０Ａの他の構成は、第１実施形態と同じである。
【0064】
本実施形態の圧電膜積層体１０Ａの製造方法は、ＳｉＮ膜１４の代わりに、ＡｌＮ膜２１が用いられる点を除き、第１実施形態の圧電膜積層体１０の製造方法と同じである。ＡｌＮ膜２１の形成は、スパッタリング法によって複数の結晶粒が無配向となる条件で行われる。
【0065】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、下地表面２１ａの表面粗さが算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされることによって得られる効果を奏する。さらに、本実施形態の圧電膜積層体１０Ａによれば、下記の効果を奏する。
【0066】
ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材であるＡｌＮ膜２１は、複数の結晶粒を含む多結晶であって、複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する絶縁性材料の膜である。これによれば、ＡｌＮ膜２１の下地表面２１ａに平行な面方向での原子配列は、六方晶のｃ軸の向きがＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きで、複数の結晶粒が配向するときのＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに平行な面方向でのＳｃＡｌＮの原子配列と異なる。このため、第１実施形態と同様に、原子配列の対称性が同じであって、下地材の格子定数がＳｃＡｌＮの格子定数と不一致であることを原因とする異常粒の発生を回避することができる。
【0067】
なお、本実施形態では、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ＡｌＮ膜２１が用いられる。しかしながら、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ＡｌＮ膜２１以外の絶縁性材料であって、複数の結晶粒を含む多結晶であり、複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する絶縁性材料で構成された膜が用いられてもよい。
【0068】
（第３実施形態）
図１０に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｂでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ＭｏＯ３膜２２が用いられる。ＭｏＯ３膜２２は、ＭｏＯ３（すなわち、酸化モリブデン）で主に構成された膜である。ＭｏＯ３膜２２を構成するＭｏＯ３は、斜方晶の結晶構造を有する絶縁性材料である。ＭｏＯ３膜２２は、多結晶と単結晶のどちらであってもよい。
図１０に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｂでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ＭｏＯ３膜２２が用いられる。ＭｏＯ３膜２２は、ＭｏＯ３（すなわち、酸化モリブデン）で主に構成された膜である。ＭｏＯ３膜２２を構成するＭｏＯ３は、斜方晶の結晶構造を有する絶縁性材料である。ＭｏＯ３膜２２は、多結晶と単結晶のどちらであってもよい。
【0069】
ＭｏＯ３膜２２は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）２２ａを有する。下地表面２２ａの表面粗さは、第１実施形態と同様に、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。圧電膜積層体１０Ｂの他の構成は、第１実施形態と同じである。
【0070】
本実施形態の圧電膜積層体１０Ｂの製造方法は、ＳｉＮ膜１４の代わりに、ＭｏＯ３膜２２が用いられる点を除き、第１実施形態の圧電膜積層体１０の製造方法と同じである。
【0071】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、下地表面２２ａの表面粗さが算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされることによって得られる効果を奏する。さらに、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｂによれば、下記の効果を奏する。
【0072】
六方晶のｃ軸の向きがＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きで、複数の結晶粒が配向するときのＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに平行な面方向での結晶面は、（０００１）面である。このときのＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに平行な面方向でのＳｃＡｌＮの原子配列は、６回回転対称である。このため、本実施形態と異なり、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材が六方晶の結晶構造を有する場合であって、六方晶のｃ軸の向きがＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きで、複数の結晶粒が配向しているときに、第１実施形態での説明の通り、格子定数の不一致によって異常粒が発生する。
【0073】
また、本実施形態と異なり、下地材が立方晶の結晶構造を有する場合、ＳｃＡｌＮ膜１５が接する下地材の表面に平行な面方向での結晶面が（１１１）面であるとき、下地材の表面に平行な面方向での原子配列は、６回回転対称である、もしくは、疑似的に６回回転対称に近い配列である。このため、上記した格子定数の不一致によって異常粒が発生する。
【0074】
これに対して、本実施形態によれば、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材であるＭｏＯ３膜２２は、六方晶、立方晶のいずれでもない結晶構造を有する絶縁性材料で構成された膜である。このため、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材が六方晶または立方晶の結晶構造を有する場合に生じうる格子定数の不一致を原因とする異常粒の発生を回避することができる。
【0075】
なお、本実施形態では、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ＭｏＯ３膜２２が用いられる。しかしながら、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ＭｏＯ３膜２２以外の絶縁性材料であって、六方晶、立方晶のいずれでもない結晶構造を有する絶縁性材料で構成された膜が用いられてもよい。
【0076】
（第４実施形態）
図１１に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｃでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ＢＮ膜２３が用いられる。ＢＮ膜２３は、ＢＮ（すなわち、窒化ホウ素）で主に構成された膜である。ＢＮ膜２３は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）２３ａを有する。下地表面２３ａの表面粗さは、第１実施形態と同様に、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。
図１１に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｃでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ＢＮ膜２３が用いられる。ＢＮ膜２３は、ＢＮ（すなわち、窒化ホウ素）で主に構成された膜である。ＢＮ膜２３は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）２３ａを有する。下地表面２３ａの表面粗さは、第１実施形態と同様に、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。
【0077】
ＢＮ膜２３を構成するＢＮは、六方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶の構造を有する絶縁性材料である。複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれる。配向した結晶粒のｃ軸の向きは、下地表面２３ａに対して垂直な向きではない。すなわち、ＢＮ膜２３を構成するＢＮは、六方晶のｃ軸の向きが下地表面２３ａに対して垂直な向きの構造を除く構造である。
【0078】
ＢＮ膜２３を構成するＢＮは、単結晶の構造を有していてもよい。この場合も、ＢＮ膜２３は、六方晶のｃ軸の向きが下地表面２３ａに対して垂直な向きの構造を除く構造である。すなわち、ＢＮ膜２３の下地表面２３ａに平行な面方向での結晶面は、ｃ面ではない。
【0079】
圧電膜積層体１０Ｃの他の構成は、第１実施形態と同じである。本実施形態の圧電膜積層体１０Ｃの製造方法は、ＳｉＮ膜１４の代わりに、ＢＮ膜２３が用いられる点を除き、第１実施形態の圧電膜積層体１０の製造方法と同じである。
【0080】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、下地表面２３ａの表面粗さが算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされることによって得られる効果を奏する。さらに、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｃによれば、下記の効果を奏する。
【0081】
ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、第１実施形態での説明の通り、六方晶のｃ軸の向きがＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きの構造であるときに、格子定数の不一致によって異常粒が発生する。
【0082】
これに対して、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材であるＢＮ膜２３は、六方晶の結晶構造を有するとともに、六方晶のｃ軸の向きが下地表面２３ａに対して垂直な向きの構造を除く構造を有する絶縁性材料で構成された膜である。このため、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材が六方晶の結晶構造を有する場合に生じうる格子定数の不一致による異常粒の発生を回避することができる。なお、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ＢＮ膜２３以外の絶縁性材料であって、六方晶の結晶構造を有するとともに、六方晶のｃ軸の向きが下地表面２３ａに対して垂直な向きの構造を除く構造を有する絶縁性材料で構成された膜が用いられてもよい。
【0083】
また、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、本実施形態のＢＮ膜２３の代わりに、ＳｉＣ膜が用いられてもよい。ＳｉＣ膜は、ＳｉＣ（すなわち、炭化珪素）で主に構成された膜である。ＳｉＣ膜は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）を有する。この場合においても、下地表面の表面粗さが、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下であることで、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0084】
この場合、ＳｉＣ膜を構成するＳｉＣは、立方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶の構造を有する絶縁性材料である。複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれる。配向した結晶粒の立方晶の〈１１１〉軸の向きは、下地表面２３ａに対して垂直な向きではない。すなわち、ＳｉＣ膜を構成するＳｉＣは、立方晶の〈１１１〉軸の向きが下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である。
【0085】
ＳｉＣ膜を構成するＳｉＣは、単結晶の構造を有していてもよい。この場合も、ＳｉＣ膜を構成するＳｉＣは、立方晶の〈１１１〉軸の向きが下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である。すなわち、ＳｉＣ膜の下地表面に平行な面方向での結晶面は、（１１１）面ではない。
【0086】
これによれば、第３実施形態で説明した、下地材が立方晶の結晶構造を有する場合に生じうる格子定数の不一致による異常粒の発生を回避することができる。なお、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ＳｉＣ膜以外の絶縁性材料であって、立方晶の結晶構造を有するとともに、立方晶の〈１１１〉軸の向きが下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造を有する絶縁性材料で構成された膜が用いられてもよい。
【0087】
（第５実施形態）
図１２に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｄでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ｐｏｌｙＳｉ膜２４が用いられる。ｐｏｌｙＳｉ膜２４は、Ｓｉ基板１１の上側にＳｉ基板１１の表面に接して配置される。
図１２に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｄでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ｐｏｌｙＳｉ膜２４が用いられる。ｐｏｌｙＳｉ膜２４は、Ｓｉ基板１１の上側にＳｉ基板１１の表面に接して配置される。
【0088】
ｐｏｌｙＳｉ膜２４は、導電性材料であるｐｏｌｙＳｉ（すなわち、多結晶シリコン）で主に構成された膜である。ｐｏｌｙＳｉ膜２４は、ＳｃＡｌＮ膜１５の圧電機能を発現させるための下部電極として用いられている。ｐｏｌｙＳｉ膜２４を構成するｐｏｌｙＳｉは、複数の結晶粒を含む多結晶の構造を有する。複数の結晶粒のそれぞれは、無配向である。ｐｏｌｙＳｉ膜２４を構成するｐｏｌｙＳｉにリンやボロンが添加されていてもよい。これらが添加されることで、導電性が高まり、下部電極としての機能が向上する。
【0089】
ｐｏｌｙＳｉ膜２４は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）２４ａを有する。下地表面２４ａの表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。圧電膜積層体１０Ｄの他の構成は、第１実施形態と同じである。
【0090】
本実施形態の圧電膜積層体１０Ｄの製造方法は、ｐｏｌｙＳｉ膜２４の形成工程と、ｐｏｌｙＳｉ膜２４の平坦化工程と、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程と、を含む。まず、ｐｏｌｙＳｉ膜２４の形成工程では、熱ＣＶＤ装置を用いて、Ｓｉ基板１１の表面上にｐｏｌｙＳｉ膜２４を形成することが行われる。その後、ｐｏｌｙＳｉ膜２４の平坦化工程が行われる。ｐｏｌｙＳｉ膜２４の平坦化工程では、ｐｏｌｙＳｉ膜２４の下地表面２４ａを平坦化することが行われる。このとき、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４と同様の方法によって、下地表面２４ａの表面粗さが、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされる。その後、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程が行われる。ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程は、第１実施形態と同じである。
【0091】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、下地表面２４ａの表面粗さが算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされることによって得られる効果を奏する。さらに、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｄによれば、下記の効果を奏する。
【0092】
ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材であるｐｏｌｙＳｉ膜２４は、複数の結晶粒を含む多結晶であって、複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する絶縁性材料の膜である。これによれば、ｐｏｌｙＳｉ膜２４の下地表面２４ａに平行な面方向での原子配列は、六方晶のｃ軸の向きがＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きで、複数の結晶粒が配向するときのＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに平行な面方向でのＳｃＡｌＮの原子配列と異なる。このため、第１実施形態と同様に、原子配列の対称性が同じであって、下地材の格子定数がＳｃＡｌＮの格子定数と不一致であることを原因とする異常粒の発生を回避することができる。
【0093】
本発明者は、上記した製造方法によって、実施例５の圧電膜積層体１０Ｄを製造した。また、上記した製造方法に対して、ｐｏｌｙＳｉ膜２４の平坦化工程の条件を変更して、比較例４の圧電膜積層体を製造した。ｐｏｌｙＳｉ膜２４の下地表面２４ａの表面粗さＲａについては、実施例５が０．４５ｎｍであり、比較例４が１．１４ｎｍである。ＳｃＡｌＮ膜１５の形成条件は、実施例１～３と同じである。ＳｃＡｌＮ膜１５のＳｃ濃度は、実施例５および比較例４のどちらも、４０原子％である。形成された各膜の厚さについては、ｐｏｌｙＳｉ膜２４が７０ｎｍであり、ＳｃＡｌＮ膜１５が５００ｎｍである。
【0094】
そして、本発明者は、実施例１～３と同様に、実施例５と比較例４のそれぞれについて、ｐｏｌｙＳｉ膜２４の下地表面２４ａの表面粗さＲａと、ＳｃＡｌＮ膜１５の結晶性とを測定した。図１３は、実施例５および比較例４の表面粗さＲａおよび結晶性の測定結果を、図４に示す実施例１～３および比較例１～３のグラフに追加したものである。図１３中のＡ５が実施例５の測定結果である。図１３中のＢ４が比較例４の測定結果である。実施例５の下地表面２４ａの表面粗さＲａは、０．５ｎｍ以下である。図１３より、実施例５においても、下地表面の表面粗さＲａが０．５ｎｍ以下のときに結晶性が良いという関係を満たすことが確認された。
【0095】
なお、本実施形態では、ｐｏｌｙＳｉ膜２４は、Ｓｉ基板１１の上側にＳｉ基板１１の表面に接して配置されている。この場合に限られず、Ｓｉ基板１１とｐｏｌｙＳｉ膜２４との間に、ＳｉＯ２などで構成された絶縁膜が介在してもよい。
【0096】
本実施形態では、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ｐｏｌｙＳｉ膜２４が用いられている。しかし、この場合に限られず、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ｐｏｌｙＳｉ膜２４以外の導電性材料であって、複数の結晶粒を含む多結晶であり、複数の結晶粒が無配向の構造を有する導電性材料で構成された膜が用いられてもよい。
【0097】
（第６実施形態）
図１４に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｅでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ａ－Ｍｏ膜２５が用いられる。ａ－Ｍｏ膜２５は、Ｍｏ膜１３の上側にＭｏ膜１３の表面１３ａに接して配置される。Ｍｏ膜１３は、Ｓｉ基板１１の上側にＳｉ基板１１の表面に接して配置されているが、第１実施形態と同様に、ＡｌＮ膜１２の上側にＡｌＮ膜１２に接して配置されてもよい。Ｓｉ基板１１、Ｍｏ膜１３およびＳｃＡｌＮ膜１５は、第１実施形態と同じである。
図１４に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｅでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、ａ－Ｍｏ膜２５が用いられる。ａ－Ｍｏ膜２５は、Ｍｏ膜１３の上側にＭｏ膜１３の表面１３ａに接して配置される。Ｍｏ膜１３は、Ｓｉ基板１１の上側にＳｉ基板１１の表面に接して配置されているが、第１実施形態と同様に、ＡｌＮ膜１２の上側にＡｌＮ膜１２に接して配置されてもよい。Ｓｉ基板１１、Ｍｏ膜１３およびＳｃＡｌＮ膜１５は、第１実施形態と同じである。
【0098】
ａ－Ｍｏ膜２５は、導電性材料であるアモルファスのＭｏで主に構成された膜である。本明細書において、導電性とは、電気抵抗率（すなわち、体積抵抗率）が１０－２Ω・ｍ以下であることを意味する。ａ－Ｍｏ膜２５は、Ｍｏ膜１３とともに、下部電極として用いられている。ａ－Ｍｏ膜２５は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）２５ａを有する。下地表面２５ａの表面粗さは、第１実施形態と同様に、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。
【0099】
本実施形態の圧電膜積層体１０Ｅの製造方法は、Ｍｏ膜１３の形成工程と、ａ－Ｍｏ膜２５の形成工程と、ａ－Ｍｏ膜２５の平坦化工程と、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程と、を含む。まず、Ｍｏ膜１３の形成工程では、Ｓｉ基板１１の表面上に、第１実施形態のＭｏ膜１３の形成工程Ｓ２と同様に、Ｍｏ膜１３を形成することが行われる。その後、ａ－Ｍｏ膜２５の形成工程が行われる。ａ－Ｍｏ膜２５の形成工程では、Ｍｏ膜１３に対してイオン注入またはプラズマ処理をすることで、ａ－Ｍｏ膜２５を形成することが行われる。
【0100】
Ｍｏ膜１３に対するイオン注入では、イオン注入種として、金属イオン、希ガスイオン等が用いられる。Ｍｏ膜１３の表層に対して、数１０～１００ｋｅＶ程度のエネルギーを与えることで、厚さが数１０～１００ｎｍ程度のａ－Ｍｏ膜２５を形成することができる。イオン注入種として、金属イオン、希ガスイオン等を用いることで、イオン注入されるＭｏの導電性を保持することができる。
【0101】
Ｍｏ膜１３に対するプラズマ処理は、ドライエッチングに一般的に使用されるチャンバ構成（すなわち、基板と対抗電極が平行配置されているレイアウト）が用いられる。このチャンバ構成において、通常のドライエッチング工程と同様に、高周波放電させてプラズマを発生させる。このとき、材料ガスとしてＡｒガスのみを導入することで、Ｍｏ膜１３のエッチングを最小限に抑え、Ｍｏ膜１３の表層のアモルファス化が可能となる。
【0102】
その後、ａ－Ｍｏ膜２５の平坦化工程が行われる。ａ－Ｍｏ膜２５の平坦化工程では、ａ－Ｍｏ膜２５の下地表面２５ａを平坦化することが行われる。このとき、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４と同様の方法によって、下地表面２５ａの表面粗さが、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされる。その後、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程が行われる。ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程は、第１実施形態と同じである。なお、ａ－Ｍｏ膜２５の平坦化工程の代わりに、Ｍｏ膜１３の平坦化工程が行われてもよい。この場合、Ｍｏ膜１３の形成工程、Ｍｏ膜１３の平坦化工程、ａ－Ｍｏ膜２５の形成工程が、この記載順に行われる。Ｍｏ膜１３の平坦化工程では、後述する第８実施形態と同様に、Ｍｏ膜１３の表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とすることで、その後のａ－Ｍｏ膜２５の形成工程で形成されるａ－Ｍｏ膜２５の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とすることが行われる。
【0103】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、下地表面２５ａの表面粗さが算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされることによって得られる効果を奏する。さらに、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｅによれば、下記の効果を奏する。
【0104】
ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材であるａ－Ｍｏ膜２５は、アモルファスの導電性材料の膜である。これによれば、ａ－Ｍｏ膜２５の下地表面２５ａに平行な面方向での原子配列は、六方晶のｃ軸の向きがＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きで、複数の結晶粒が配向するときのＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに平行な面方向でのＳｃＡｌＮの原子配列と異なる。このため、第１実施形態と同様に、原子配列の対称性が同じであって、下地材の格子定数がＳｃＡｌＮの格子定数と不一致であることを原因とする異常粒の発生を回避することができる。
【0105】
本実施形態の圧電膜積層体１０Ｅでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、ａ－Ｍｏ膜２５が用いられている。しかしながら、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、他のアモルファスの導電性材料が用いられてもよい。他のアモルファスの導電性材料としては、導電性金属酸化物、導電性金属窒化物等が挙げられる。導電性金属酸化物として、Ｒｕ酸化物、ＩＴＯが挙げられる。ＩＴＯは、Indium Tin Oxide（すなわち、インジウムスズ酸化物）の略称である。
【0106】
（第７実施形態）
図１５に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｆでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、Ｒｕ膜２６が用いられる。Ｒｕ膜２６は、Ｓｉ基板１１の上側にＳｉ基板１１の表面に接して配置される。Ｒｕ膜２６は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）２６ａを有する。下地表面２６ａの表面粗さは、第１実施形態と同様に、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。
図１５に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｆでは、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の代わりに、Ｒｕ膜２６が用いられる。Ｒｕ膜２６は、Ｓｉ基板１１の上側にＳｉ基板１１の表面に接して配置される。Ｒｕ膜２６は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）２６ａを有する。下地表面２６ａの表面粗さは、第１実施形態と同様に、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である。
【0107】
Ｒｕ膜２６は、導電性材料であるＲｕ（すなわちルテニウム）で主に構成された膜である。Ｒｕ膜２６は、ＳｃＡｌＮ膜１５の圧電機能を発現させるための下部電極として用いられている。Ｒｕ膜２６を構成するＲｕは、六方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶の構造を有する。複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれる。配向した結晶粒のｃ軸の向きは、下地表面２６ａに対して垂直な向きではない。すなわち、Ｒｕ膜２６は、六方晶のｃ軸の向きが下地表面２６ａに対して垂直な向きの構造を除く構造である。
【0108】
Ｒｕ膜２６を構成するＲｕは、単結晶の構造を有していてもよい。この場合も、Ｒｕ膜２６は、六方晶のｃ軸の向きが下地表面２６ａに対して垂直な向きの構造を除く構造である。すなわち、Ｒｕ膜２６の下地表面２６ａに平行な面方向での結晶面は、ｃ面ではない。
【0109】
本実施形態の圧電膜積層体１０Ｆの製造方法は、Ｒｕ膜２６の形成工程と、Ｒｕ膜２６の平坦化工程と、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程と、を含む。まず、Ｒｕ膜２６の形成工程では、Ｓｉ基板１１の表面上にＲｕ膜２６を形成することが行われる。その後、Ｒｕ膜２６の平坦化工程が行われる。Ｒｕ膜２６の平坦化工程では、Ｒｕ膜２６の下地表面２６ａを平坦化することが行われる。このとき、第１実施形態のＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４と同様の方法によって、下地表面２６ａの表面粗さが、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされる。その後、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程が行われる。ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程は、第１実施形態と同じである。
【0110】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、下地表面２１ａの表面粗さが算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされることによって得られる効果を奏する。さらに、本実施形態の圧電膜積層体１０Ａによれば、下記の効果を奏する。
【0111】
ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、第１実施形態での説明の通り、六方晶のｃ軸の向きがＳｃＡｌＮ膜１５の表面１５ａに対して垂直な向きの構造であるときに、格子定数の不一致によって異常粒が発生する。
【0112】
これに対して、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材であるＲｕ膜２６は、六方晶の結晶構造を有するとともに、六方晶のｃ軸の向きが下地表面２６ａに対して垂直な向きの構造を除く構造である。このため、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材が六方晶の結晶構造を有する場合に生じうる格子定数の不一致による異常粒の発生を回避することができる。なお、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、Ｒｕ膜２６以外の導電性材料であって、六方晶の結晶構造を有するとともに、六方晶のｃ軸の向きが下地表面２６ａに対して垂直な向きの構造を除く構造を有する導電性材料で構成された膜が用いられてもよい。
【0113】
また、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、本実施形態のＲｕ膜２６の代わりに、Ｍｏ膜が用いられてもよい。Ｍｏ膜は、Ｍｏ（すなわち、モリブデン）で主に構成された膜である。Ｍｏ膜は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）を有する。この場合においても、下地表面の表面粗さが、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下であることで、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0114】
この場合、Ｍｏ膜を構成するＭｏは、体心立方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶の構造を有する導電性材料である。複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれる。配向した結晶粒の〈１０１〉軸の向きは、下地表面２３ａに対して垂直な向きではない。すなわち、Ｍｏ膜を構成するＭｏは、体心立方晶の〈１０１〉軸の向きが下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である。Ｍｏ膜を構成するＭｏは、単結晶の構造を有していてもよい。この場合も、Ｍｏ膜を構成するＭｏは、体心立方晶の〈１０１〉軸の向きが下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である。すなわち、Ｍｏ膜の下地表面に平行な面方向での結晶面は、（１０１）面ではない。
【0115】
下地材が体心立方晶の結晶構造を有する場合、体心立方晶の〈１０１〉軸の向きが下地表面に対して垂直な向きの構造であるとき、下地材の表面に平行な面方向での原子配列は、６回回転対称である、もしくは、疑似的に６回回転対称に近い配列である。このため、上記した格子定数の不一致によって異常粒が発生する。
【0116】
これに対して、上記のＭｏ膜は、体心立方方晶の結晶構造を有するとともに、体心立方晶の〈１０１〉軸の向きが下地表面２６ａに対して垂直な向きの構造を除く構造である。このため、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材が体心立方晶の結晶構造を有する場合に生じうる格子定数の不一致による異常粒の発生を回避することができる。なお、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、Ｍｏ膜以外の導電性材料であって、体心立方方晶の結晶構造を有するとともに、体心立方晶の〈１０１〉軸の向きが下地表面２６ａに対して垂直な向きの構造を除く構造を有する導電性材料で構成された膜が用いられてもよい。
【0117】
また、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、本実施形態のＲｕ膜２６の代わりに、Ｐｔ膜が用いられてもよい。Ｐｔ膜は、Ｐｔ（すなわち、白金）で主に構成された膜である。Ｐｔ膜は、ＳｃＡｌＮ膜１５に接する表面（すなわち、下地表面）を有する。この場合においても、下地表面の表面粗さが、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下であることで、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0118】
この場合、Ｐｔ膜を構成するＰｔは、面心立方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶の構造を有する導電性材料である。複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれる。配向した結晶粒の〈１１１〉軸の向きは、下地表面に対して垂直な向きではない。すなわち、Ｐｔ膜を構成するＰｔは、〈１１１〉軸の向きが下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である。
【0119】
Ｐｔ膜を構成するＰｔは、単結晶の構造を有していてもよい。この場合も、Ｐｔ膜を構成するＰｔは、面心立方晶の〈１１１〉軸の向きが下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である。すなわち、Ｐｔ膜の下地表面に平行な面方向での結晶面は、（１１１）面ではない。
【0120】
下地材が面心立方晶の結晶構造を有する場合、面心立方晶の〈１１１〉軸の向きが下地表面に対して垂直な向きの構造であるとき、下地材の表面に平行な面方向での原子配列は、６回回転対称である、もしくは、疑似的に６回回転対称に近い配列である。このため、上記した格子定数の不一致によって異常粒が発生する。
【0121】
これに対して、上記のＰｔ膜は、面心立方方晶の結晶構造を有するとともに、面心立方晶の〈１１１〉軸の向きが下地表面２６ａに対して垂直な向きの構造を除く構造である。このため、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材が面心立方晶の結晶構造を有する場合に生じうる格子定数の不一致による異常粒の発生を回避することができる。なお、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、Ｐｔ膜以外の導電性材料であって、面心立方方晶の結晶構造を有するとともに、面心立方晶の〈１１１〉軸の向きが下地表面２６ａに対して垂直な向きの構造を除く構造を有する導電性材料で構成された膜が用いられてもよい。
【0122】
（第８実施形態）
本実施形態では、圧電膜積層体１０の製造方法は、図１６に示すように、ＡｌＮ膜１２の形成工程Ｓ１と、Ｍｏ膜１３の形成工程Ｓ２と、Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１と、ＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３と、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程Ｓ５と、を含む。本実施形態は、ＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４の代わりに、Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１が行われる点で、第１実施形態と異なる。Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１以外の工程は、第１実施形態と同じである。
本実施形態では、圧電膜積層体１０の製造方法は、図１６に示すように、ＡｌＮ膜１２の形成工程Ｓ１と、Ｍｏ膜１３の形成工程Ｓ２と、Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１と、ＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３と、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程Ｓ５と、を含む。本実施形態は、ＳｉＮ膜１４の平坦化工程Ｓ４の代わりに、Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１が行われる点で、第１実施形態と異なる。Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１以外の工程は、第１実施形態と同じである。
【0123】
Ｍｏ膜１３の形成工程Ｓ２の後に、Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１が行われる。Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１では、Ａｒプラズマを用いたエッチングによって、Ｍｏ膜１３の表面１３ａを平坦化することが行われる。このとき、Ｍｏ膜１３の表面１３ａの表面粗さが、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下となるように、エッチング時間が設定される。これにより、Ｍｏ膜１３の表面１３ａの表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下となる。Ｍｏ膜１３の表面１３ａを平坦化した後、ＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３が行われる。ＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３では、下地表面を有するＳｉＮ膜１４を、Ｍｏ膜１３に接した状態で形成する。その後、ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程Ｓ５が行われる。
【0124】
本実施形態では、ＡｌＮ膜１２の形成工程Ｓ１およびＭｏ膜１３の形成工程Ｓ２が、表面を有する導電性材料を用意することに対応する。Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１が、導電性材料の表面を平坦化することに対応する。ＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３が、下地材を導電性材料に接した状態で形成することに対応する。ＳｃＡｌＮ膜１５の形成工程Ｓ５が、下地表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成することに対応する。
【0125】
本実施形態によれば、Ｍｏ膜１３の平坦化工程Ｓ２－１にて、Ｍｏ膜１３の表面の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とすることで、その後のＳｉＮ膜１４の形成工程Ｓ３で形成されるＳｉＮ膜１４の表面粗さを、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とすることが行われる。このように、導電性材料の表面に接して下地材を形成する際に、導電性材料の表面粗さが下地材の表面粗さに反映される場合がある。このような場合に、導電性材料の表面粗さを０．５ｎｍ以下とすることで、下地材の下地表面の表面粗さを算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とすることができる。そして、下地表面の表面粗さが算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下とされるので、本実施形態によっても、第１実施形態と同じ効果が得られる。
【0126】
本実施形態では、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、アモルファスの絶縁性材料であるＳｉＮ膜１４が形成される。しかしながら、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、他の材料が形成されてもよい。他の材料は、第２～第７実施形態のように、絶縁性材料と導電性材料のいずれでもよく、アモルファスと多結晶のどちらの構造でもよい。
【0127】
（他の実施形態）
（１）第１～第７実施形態では、下地表面の平坦化は、Ａｒプラズマを用いたドライエッチングによって行われる。しかしながら、下地表面の平坦化は、他の方法によって行われてもよい。他の方法としては、ＣＭＰ（すなわち、化学機械研磨）が挙げられる。また、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、Ｂ、Ｐがドープされたシリコン酸化膜等を用いる場合、加熱して流動化させる方法が挙げられる。
（１）第１～第７実施形態では、下地表面の平坦化は、Ａｒプラズマを用いたドライエッチングによって行われる。しかしながら、下地表面の平坦化は、他の方法によって行われてもよい。他の方法としては、ＣＭＰ（すなわち、化学機械研磨）が挙げられる。また、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材として、Ｂ、Ｐがドープされたシリコン酸化膜等を用いる場合、加熱して流動化させる方法が挙げられる。
【0128】
同様に、第８実施形態では、Ｍｏ膜１３等の導電性材料の表面の平坦化は、Ａｒプラズマを用いたエッチングによって行われるが、ＣＭＰ等の他の方法によって行われてもよい。
【0129】
（２）上記の各実施形態では、ＳｃＡｌＮ膜１５の下地材は、膜形状を有する。しかしながら、下地材は、膜以外の形状を有してもよい。
【0130】
（３）本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【0131】
（本発明の特徴）
［請求項１］
圧電膜積層体であって、
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、
前記下地表面に接して配置されるＳｃＡｌＮ膜（１５）と、を備え、
前記下地表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である、圧電膜積層体。
［請求項２］
前記下地材（１４）は、アモルファスの絶縁性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項３］
前記下地材（２１）は、複数の結晶粒を含む多結晶であって、前記複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する絶縁性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項４］
前記下地材（２２）は、六方晶、立方晶のいずれでもない結晶構造を有する絶縁性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項５］
前記下地材（２３）は、六方晶または立方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶または単結晶の構造を有する絶縁性材料であり、
前記複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれ、
前記下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、六方晶のｃ軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が立方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、立方晶の〈１１１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項６］
前記下地材は、膜形状であり、
前記下地材の膜厚は、前記ＳｃＡｌＮ膜の膜厚の１／１０以下である、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の圧電膜積層体。
［請求項７］
前記圧電膜積層体は、前記下地材に対して前記ＳｃＡｌＮ膜側の反対側に、前記下地材に接して配置される導電性材料（１３）を備える、請求項２ないし６のいずれか１つに記載の圧電膜積層体。
［請求項８］
前記導電性材料は、前記下地材に接する表面（１３ａ）を有し、
前記導電性材料の前記表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である、請求項７に記載の圧電膜積層体。
［請求項９］
前記下地材（２５）は、アモルファスの導電性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項１０］
前記下地材（２４）は、複数の結晶粒を含む多結晶であって、前記複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する導電性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項１１］
前記下地材（２６）は、六方晶、体心立方晶または面心立方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶または単結晶の構造である導電性材料であり、
前記複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれ、
前記下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、六方晶のｃ軸の向きが前記下地表面（２６ａ）に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が体心立方晶の結晶構造を有する場合、体心立方晶の〈１０１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が面心立方晶の結晶構造を有する場合、面心立方晶の〈１１１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項１］
圧電膜積層体であって、
下地表面（１４ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ）を有する下地材（１４、２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、
前記下地表面に接して配置されるＳｃＡｌＮ膜（１５）と、を備え、
前記下地表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である、圧電膜積層体。
［請求項２］
前記下地材（１４）は、アモルファスの絶縁性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項３］
前記下地材（２１）は、複数の結晶粒を含む多結晶であって、前記複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する絶縁性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項４］
前記下地材（２２）は、六方晶、立方晶のいずれでもない結晶構造を有する絶縁性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項５］
前記下地材（２３）は、六方晶または立方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶または単結晶の構造を有する絶縁性材料であり、
前記複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれ、
前記下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、六方晶のｃ軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が立方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、立方晶の〈１１１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項６］
前記下地材は、膜形状であり、
前記下地材の膜厚は、前記ＳｃＡｌＮ膜の膜厚の１／１０以下である、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の圧電膜積層体。
［請求項７］
前記圧電膜積層体は、前記下地材に対して前記ＳｃＡｌＮ膜側の反対側に、前記下地材に接して配置される導電性材料（１３）を備える、請求項２ないし６のいずれか１つに記載の圧電膜積層体。
［請求項８］
前記導電性材料は、前記下地材に接する表面（１３ａ）を有し、
前記導電性材料の前記表面の表面粗さは、算術平均粗さの値で０．５ｎｍ以下である、請求項７に記載の圧電膜積層体。
［請求項９］
前記下地材（２５）は、アモルファスの導電性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項１０］
前記下地材（２４）は、複数の結晶粒を含む多結晶であって、前記複数の結晶粒のそれぞれが無配向の構造を有する導電性材料である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
［請求項１１］
前記下地材（２６）は、六方晶、体心立方晶または面心立方晶の結晶構造を有するとともに、複数の結晶粒を有する多結晶または単結晶の構造である導電性材料であり、
前記複数の結晶粒には、結晶粒の結晶軸が特定方位に配向した結晶粒が含まれ、
前記下地材が六方晶の結晶構造を有する場合、前記下地材は、六方晶のｃ軸の向きが前記下地表面（２６ａ）に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が体心立方晶の結晶構造を有する場合、体心立方晶の〈１０１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造であり、
前記下地材が面心立方晶の結晶構造を有する場合、面心立方晶の〈１１１〉軸の向きが前記下地表面に対して垂直な向きの構造を除く構造である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【符号の説明】
【0132】
１０ 圧電膜積層体
１４ ＳｉＮ膜
１４ａ 下地表面
１５ ＳｃＡｌＮ膜
１４ ＳｉＮ膜
１４ａ 下地表面
１５ ＳｃＡｌＮ膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】