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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】P2023042851
(43)【公開日】2023-03-28
(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 20230101AFI20230320BHJP
H10N 30/072 20230101ALI20230320BHJP
H03H 9/17 20060101ALI20230320BHJP
H03H 3/02 20060101ALI20230320BHJP
H03H 9/25 20060101ALI20230320BHJP
H03H 3/08 20060101ALI20230320BHJP
H03H 9/24 20060101ALI20230320BHJP
【ＦＩ】
H01L41/187
H01L41/312
H03H9/17 F
H03H3/02 B
H03H9/25 C
H03H3/08
H03H9/24 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021150235
(22)【出願日】2021-09-15
(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】榎本 哲也
(72)【発明者】
【氏名】山田 英雄
【テーマコード（参考）】
5J097
5J108
【Ｆターム（参考）】
5J097AA23
5J097AA36
5J097EE08
5J097FF01
5J097HA07
5J097KK05
5J097KK09
5J108BB08
5J108CC04
5J108CC11
5J108EE03
5J108EE07
5J108KK01
5J108MM08
5J108NA02
(57)【要約】
【課題】結晶性が高い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１０は、金属膜１１と、絶縁性のアモルファス膜１２と、ＳｃＡｌＮ膜１３とを備える。金属膜１１は、金属材料で構成される。アモルファス膜１２は、金属膜１１の上に形成される。ＳｃＡｌＮ膜１３は、アモルファス膜１２の上にアモルファス膜１２の表面に接して形成される。これにより、結晶構造を有する下地の表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成するときと比較して、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜１３を形成することができる。
【選択図】図１
【解決手段】圧電膜積層体１０は、金属膜１１と、絶縁性のアモルファス膜１２と、ＳｃＡｌＮ膜１３とを備える。金属膜１１は、金属材料で構成される。アモルファス膜１２は、金属膜１１の上に形成される。ＳｃＡｌＮ膜１３は、アモルファス膜１２の上にアモルファス膜１２の表面に接して形成される。これにより、結晶構造を有する下地の表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成するときと比較して、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜１３を形成することができる。
【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、
金属膜（１１）と、
前記金属膜の上に配置された絶縁性のアモルファス膜（１２）と、
前記アモルファス膜の上に配置され、前記アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）と、を備える、圧電膜積層体。
金属膜（１１）と、
前記金属膜の上に配置された絶縁性のアモルファス膜（１２）と、
前記アモルファス膜の上に配置され、前記アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）と、を備える、圧電膜積層体。
【請求項2】
前記アモルファス膜の膜厚は、１．０ｎｍ以上である、請求項１に記載の圧電膜積層体。
【請求項3】
前記アモルファス膜は、Ｍｏ酸化物を含む材料で構成される、請求項１または２に記載の圧電膜積層体。
【請求項4】
前記金属膜は、Ｍｏを含む材料で構成される、請求項３に記載の圧電膜積層体。
【請求項5】
前記金属膜は、ＡｌＮ以外の材料で構成された下地（１）の表面に接して配置されている、請求項４に記載の圧電膜積層体。
【請求項6】
圧電膜積層体であって、
導電性のアモルファス膜（１４、１６）と、
前記アモルファス膜の上に配置され、前記アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）と、を備える、圧電膜積層体。
導電性のアモルファス膜（１４、１６）と、
前記アモルファス膜の上に配置され、前記アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）と、を備える、圧電膜積層体。
【請求項7】
前記アモルファス膜（１６）は、Ｍｏを含む材料で構成された金属膜（１５）の上に配置されており、
前記金属膜は、ＡｌＮ以外の材料で構成された下地（１）の表面に接して配置されている、請求項６に記載の圧電膜積層体。
前記金属膜は、ＡｌＮ以外の材料で構成された下地（１）の表面に接して配置されている、請求項６に記載の圧電膜積層体。
【請求項8】
圧電膜積層体の製造方法であって、
金属膜（１１）を形成することと、
前記金属膜の上に絶縁性のアモルファス膜（１２）を形成することと、
前記アモルファス膜の上に、前記アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、を含み、
前記アモルファス膜を形成することにおいては、前記金属膜の表層を酸化または窒化させることで、前記アモルファス膜を形成する、圧電膜積層体の製造方法。
金属膜（１１）を形成することと、
前記金属膜の上に絶縁性のアモルファス膜（１２）を形成することと、
前記アモルファス膜の上に、前記アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、を含み、
前記アモルファス膜を形成することにおいては、前記金属膜の表層を酸化または窒化させることで、前記アモルファス膜を形成する、圧電膜積層体の製造方法。
【請求項9】
前記金属膜を形成することにおいては、前記金属膜として、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉの少なくとも１つの金属元素を含む材料で構成される金属膜を形成する、請求項８に記載の圧電膜積層体の製造方法。
【請求項10】
前記金属膜を形成することにおいては、前記金属膜として、Ｍｏを含む材料で構成される金属膜を形成し、
前記アモルファス膜を形成することにおいては、前記金属膜の表層を酸化させることで、Ｍｏ酸化物を含む材料で構成されるアモルファス膜を形成する、請求項８に記載の圧電膜積層体の製造方法。
前記アモルファス膜を形成することにおいては、前記金属膜の表層を酸化させることで、Ｍｏ酸化物を含む材料で構成されるアモルファス膜を形成する、請求項８に記載の圧電膜積層体の製造方法。
【請求項11】
前記圧電膜積層体の製造方法は、前記金属膜を形成することの後に、前記金属膜をパターニングすることを含み、
前記アモルファス膜を形成することは、前記金属膜をパターニングすることの前に行われる、請求項８ないし１０のいずれか１つに記載の圧電膜積層体の製造方法。
前記アモルファス膜を形成することは、前記金属膜をパターニングすることの前に行われる、請求項８ないし１０のいずれか１つに記載の圧電膜積層体の製造方法。
【請求項12】
前記圧電膜積層体の製造方法は、前記アモルファス膜を形成することの後であって、前記ＳｃＡｌＮ膜を形成することの前に、前記アモルファス膜の表層を除去して、前記アモルファス膜の上の汚れを除去することを含み、
前記アモルファス膜を形成することにおいては、形成後の前記アモルファス膜の厚さを、前記汚れを除去することが行われた後の前記アモルファス膜の目標厚さに対して、前記汚れを除去することにおいて、除去される予定の前記アモルファス膜の表層の厚さを加えた厚さとする、請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の圧電膜積層体の製造方法。
前記アモルファス膜を形成することにおいては、形成後の前記アモルファス膜の厚さを、前記汚れを除去することが行われた後の前記アモルファス膜の目標厚さに対して、前記汚れを除去することにおいて、除去される予定の前記アモルファス膜の表層の厚さを加えた厚さとする、請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の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、
導電性のアモルファス膜（１６）を形成することと、
前記アモルファス膜の上に、前記アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、を含み、
前記アモルファス膜を形成することにおいては、金属膜（１５）に対してイオン注入またはプラズマ処理をすることで、前記アモルファス膜を形成する、圧電膜積層体の製造方法。
導電性のアモルファス膜（１６）を形成することと、
前記アモルファス膜の上に、前記アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、を含み、
前記アモルファス膜を形成することにおいては、金属膜（１５）に対してイオン注入またはプラズマ処理をすることで、前記アモルファス膜を形成する、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には、下部電極と、この下部電極の上に配置されたＳｃＡｌＮ膜とを備える圧電膜積層体が開示されている。ＳｃＡｌＮ膜は、圧電膜である。下部電極は、ＳｃＡｌＮ膜の下に配置された電極である。この圧電膜積層体は、各種デバイスの一部を構成する。
【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】
上記した構造の圧電膜積層体の製造において、電極の表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成するとき、電極を構成する材料によって、または、ＳｃＡｌＮ膜の残留応力の大きさによって、得られるＳｃＡｌＮ膜の結晶性が低下する。ＳｃＡｌＮ膜の結晶性が低下すると、ＳｃＡｌＮ膜の圧電性が低下する。
【0005】
本発明は、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体を提供することを目的とする。また、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体の製造方法を提供することを他の目的とする。
【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、
金属膜（１１）と、
金属膜の上に配置された絶縁性のアモルファス膜（１２）と、
アモルファス膜の上に配置され、アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）と、を備える。
金属膜（１１）と、
金属膜の上に配置された絶縁性のアモルファス膜（１２）と、
アモルファス膜の上に配置され、アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）と、を備える。
【0007】
これによれば、アモルファス膜の表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される。このため、下地の結晶構造の影響が無い状態で、ＳｃＡｌＮを自己配向させることができる。このため、結晶構造を有する下地の表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成されるときと比較して、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜を形成することができる。よって、結晶性が高い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６に記載の発明によれば、圧電膜積層体は、
導電性のアモルファス膜（１４、１６）と、
アモルファス膜の上に配置され、アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）と、を備える。
導電性のアモルファス膜（１４、１６）と、
アモルファス膜の上に配置され、アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）と、を備える。
【0009】
これによれば、アモルファス膜の表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される。このため、下地の結晶構造の影響が無い状態で、ＳｃＡｌＮを自己配向させることができる。このため、結晶構造を有する下地の表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成されるときと比較して、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜を形成することができる。よって、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体を提供することができる。
【0010】
また、請求項８に記載の発明によれば、圧電膜積層体の製造方法は、
金属膜（１１）を形成することと、
金属膜の上に絶縁性のアモルファス膜（１２）を形成することと、
アモルファス膜の上に、アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、を含み、
アモルファス膜を形成することにおいては、金属膜の表層を酸化または窒化させることで、アモルファス膜を形成する。
金属膜（１１）を形成することと、
金属膜の上に絶縁性のアモルファス膜（１２）を形成することと、
アモルファス膜の上に、アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、を含み、
アモルファス膜を形成することにおいては、金属膜の表層を酸化または窒化させることで、アモルファス膜を形成する。
【0011】
これによれば、請求項１に記載の圧電膜積層体を製造することができる。これによれば、アモルファス膜の表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される。このため、下地の結晶構造の影響が無い状態で、ＳｃＡｌＮを自己配向させることができる。このため、結晶構造を有する下地の表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成されるときと比較して、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜を形成することができる。よって、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体の製造方法を提供することができる。
【0012】
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、
導電性のアモルファス膜（１６）を形成することと、
アモルファス膜の上に、アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、を含み、
アモルファス膜を形成することにおいては、金属膜（１５）に対してイオン注入またはプラズマ処理をすることで、アモルファス膜を形成する。
導電性のアモルファス膜（１６）を形成することと、
アモルファス膜の上に、アモルファス膜の表面に接するＳｃＡｌＮ膜（１３）を形成することと、を含み、
アモルファス膜を形成することにおいては、金属膜（１５）に対してイオン注入またはプラズマ処理をすることで、アモルファス膜を形成する。
【0013】
これによれば、請求項６に記載の圧電膜積層体を製造することができる。これによれば、アモルファス膜の表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成される。このため、下地の結晶構造の影響が無い状態で、ＳｃＡｌＮを自己配向させることができる。このため、結晶構造を有する下地の表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成されるときと比較して、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜を形成することができる。よって、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜を備える圧電膜積層体の製造方法を提供することができる。
【0014】
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】
【0015】
【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5】第３実施形態における圧電膜積層体の断面図である。
【図6】第４実施形態における圧電膜積層体の断面図である。
【図7】第４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8】第５実施形態におけるマイクロフォンの断面図である。
【図9】第６実施形態におけるＢＡＷ共振器の斜視図である。
【図10】第７実施形態におけるＳＡＷデバイスの斜視図である。
【図11】第８実施形態におけるＭＥＭＳ共振器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
（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、基材１と、金属膜１１と、絶縁性のアモルファス膜１２と、ＳｃＡｌＮ膜１３と、を備える。
図１に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０は、基材１と、金属膜１１と、絶縁性のアモルファス膜１２と、ＳｃＡｌＮ膜１３と、を備える。
【0018】
基材１は、半導体材料、絶縁材料等で構成される。基材１としては、例えば、Ｓｉ基板が用いられる。
【0019】
金属膜１１は、金属材料で構成される膜である。金属膜１１は、デバイスにおける下部電極として用いられる。金属膜１１は、基材１の上に配置されている。金属膜１１は、基材１の表面に接している。なお、金属膜１１と基材１との間に、１つ以上の他の膜が配置されていてもよい。すなわち、金属膜１１は、基材１の上の他の膜の表面に接していてもよい。
【0020】
アモルファス膜１２は、金属膜１１の上に配置されている。アモルファス膜１２は、金属膜１１の表面に接している。アモルファス膜１２は、ＳｃＡｌＮ膜１３の下地として用いられている。
【0021】
アモルファス膜１２は、絶縁性のアモルファスの材料で構成された膜である。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。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。アモルファス膜１２を構成する材料がアモルファスであることは、アモルファス膜１２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、アモルファス膜１２を構成する材料はアモルファスである。アモルファス膜１２を構成する材料としては、金属酸化物、金属窒化物等を含む材料が挙げられる。
【0022】
後述する実験結果からわかるように、アモルファス膜１２の膜厚が１．０ｎｍよりも小さな範囲では、アモルファス膜１２の膜厚が大きくなるにつれて、ＳｃＡｌＮ膜１３の結晶性が高まる。アモルファス膜１２の膜厚が１．０ｎｍ以上の範囲では、アモルファス膜１２の膜厚に関わらず、ＳｃＡｌＮ膜１３の結晶性のレベルはほぼ同じであり、アモルファス膜１２の膜厚が１．０ｎｍよりも小さな範囲と比較して、ＳｃＡｌＮ膜１３の結晶性が高い。このことから、アモルファス膜１２の膜厚は１．０ｎｍ以上であることが好ましい。
【0023】
ただし、アモルファス膜１２の膜厚が厚くなるにつれて、ＳｃＡｌＮ膜１３とアモルファス膜１２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、アモルファス膜１２の膜厚が設定される。例えば、アモルファス膜１２の膜厚がＳｃＡｌＮ膜１３の膜厚の１／１０以下であれば、複合膜の圧電性を大きく損なうことは無い。
【0024】
アモルファス膜１２の膜厚は、エリプソメータまたはアモルファス膜１２の断面のＴＥＭ像を用いて測定される。ＴＥＭ像が用いられる場合、１０か所の測定値の平均値が、ここでいうアモルファス膜１２の膜厚である。
【0025】
ＳｃＡｌＮ膜１３は、ＳｃＡｌＮ（すなわち、スカンジウム含有窒化アルミニウム）で構成された圧電膜である。ＳｃＡｌＮ膜１３は、アモルファス膜１２の上に配置されている。ＳｃＡｌＮ膜１３は、アモルファス膜１２の表面に接している。
【0026】
ＳｃＡｌＮ膜１３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
【0027】
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、金属膜１１の形成工程Ｓ１と、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２と、ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程Ｓ５と、を含む。
【0028】
まず、金属膜１１の形成工程Ｓ１が行われる。すなわち、金属膜１１を形成することが行われる。金属膜１１は、基材１の上に形成される。アモルファス膜１２を金属膜１１の酸化または窒化によって形成するために、金属膜１１として、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉの少なくとも１つの金属元素を含む材料で構成されるものが形成される。Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉは、電極材料として用いられる金属元素であって、酸化または窒化による絶縁性の金属化合物の形成が可能である。金属膜１１は、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉのうち２つ以上の金属元素を含む合金で構成されてもよい。
【0029】
続いて、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２が行われる。すなわち、金属膜１１の上に、金属膜１１の表面に接する絶縁性のアモルファス膜１２を形成することが行われる。金属膜１１の表層が酸化または窒化されることで、アモルファス膜１２として、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉの少なくとも１つの金属元素の酸化物または窒化物を含む材料で構成されるものが形成される。
【0030】
ここで、一例として、アモルファス膜１２がＭｏ酸化物を含む材料で構成される場合について説明する。まず、金属膜１１の形成工程Ｓ１で、スパッタ法によって、Ｍｏを含む材料で構成される金属膜１１がＳｉ基板で構成された基材１の上に基材１の表面に接して形成される。このように、金属膜１１は、ＡｌＮ以外の材料で構成された下地材の表面に接して配置される。すなわち、金属膜１１の下にはＡｌＮ膜が存在しない。そして、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２で、金属膜１１の表層が酸化されることで、Ｍｏ酸化物を含む材料で構成されるアモルファス膜１２が形成される。酸化方法としては、大気中放置または熱処理が採用される。
【0031】
大気中放置では、金属膜１１が大気中に放置される。放置時間によって、形成されるアモルファス膜１２の膜厚が決まる。このため、アモルファス膜１２の膜厚が、上記した大きさとなるように、放置時間が設定される。
【0032】
図３に、主にＭｏで構成される金属膜１１を常温、常湿の大気中に放置したときの放置時間とアモルファス膜１２の膜厚との関係を示す。横軸の大気放置時間が放置時間である。図３に示す膜厚は、エリプソメータを用いて測定した値である。図３に示すように、放置時間が大きくなるにつれて、アモルファス膜１２の膜厚が大きくなる。放置時間を約２００時間とすることで、アモルファス膜１２の膜厚を約１０Å（すなわち、１．０ｎｍ）にすることができる。なお、図３では、放置時間が４０時間以下のときの膜厚は０となっている。これは、放置時間が４０時間以下では、アモルファス膜１２の膜厚を測定することができなかったからである。本実施形態では、放置時間を４０時間よりも長い時間とする。これにより、膜厚が約１Å（すなわち、０．１ｎｍ）以上であるアモルファス膜１２が得られる。
【0033】
また、熱処理では、酸素が存在する雰囲気中で、金属膜１１が加熱される。このときの加熱温度は、１００℃以上２５０℃以下であることが好ましい。主にＭｏで構成される金属膜１１に対して、石英管を使用し、酸素１００％、大気圧、温度２００℃、時間１ｈｒによる熱処理を行うことで、アモルファス膜１２の膜厚を６．５ｎｍにすることができる。
【0034】
ところで、下部電極を備える従来のデバイスの製造では、金属膜の形成工程の後に、金属膜のパターニング工程が行われる。金属膜のパターニング工程では、フォトリソグラフィとエッチングによって、金属膜が所定の形状にパターニングされることで、下部電極が形成される。
【0035】
本実施形態と異なり、金属膜１１の形成工程Ｓ１の後に、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２が行われずに、ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程Ｓ５が行われる場合を想定する。この場合では、金属膜１１の形成工程の後であって、ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程Ｓ５の前に、上記した金属膜のパターニング工程と同じように、金属膜１１のパターニング工程が行われる。この場合、金属膜１１の形成後からＳｃＡｌＮ膜１３の形成開始までの間において、金属膜１１は大気中に晒される。このため、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２を行わない場合でも、金属膜１１の表層は、ある程度、自然酸化する。
【0036】
しかし、こうした工程を鑑みても、デバイスの量産のためには、金属膜１１の形成からＳｃＡｌＮ膜１３の形成までの時間間隔は通常長くても１日程度である。自然酸化の時間が１日程度では、形成される酸化膜の膜厚は、図３からわかるように、測定できないほどの大きさであり、上記したアモルファス膜１２の好ましい膜厚（すなわち、１．０ｎｍ以上）に到達しない。
【0037】
アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２の後に、ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程Ｓ５が行われる。すなわち、アモルファス膜１２の上に、アモルファス膜１２の表面に接するＳｃＡｌＮ膜１３を形成することが行われる。ＳｃＡｌＮ膜１３の形成は、反応性スパッタ法によって、所定の成膜温度で行なわれる。これにより、本実施形態の圧電膜積層体１０が製造される。
【0038】
また、本実施形態の圧電膜積層体１０の製造方法は、上記した従来のデバイスの製造と同様に、金属膜１１のパターニング工程Ｓ３を含む。アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２は、金属膜１１のパターニング工程Ｓ３の前と後のどちらのタイミングで行なわれてもよい。
【0039】
ただし、金属膜１１のパターニング工程Ｓ３によって、金属膜１１の表面には、種々の汚染物質が付着する可能性がある。汚染物質が付着した状態で、金属膜１１の表層を酸化させると、この汚染物質が金属膜１１中に拡散する可能性が高い。特に、汚染物質が付着した状態で、金属膜１１の表層を熱酸化によって酸化させると、加熱装置を汚染する可能性も高い。このため、図２に示すように、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２は、金属膜１１のパターニング工程Ｓ３の前に行われることが好ましい。これにより、汚染物質の金属膜中へ拡散、汚染物質による加熱装置の汚染を回避することができる。
【0040】
また、図２に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０の製造方法は、クリーニング工程Ｓ４を含む。クリーニング工程Ｓ４は、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２の後であって、ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程Ｓ５の前に行われる。クリーニング工程では、アモルファス膜１２の表層を除去して、アモルファス膜１２上の汚れを除去することが行われる。
【0041】
クリーニング工程Ｓ４は、ＳｃＡｌＮ膜１３が形成されたときのＳｃＡｌＮの結晶性を向上させるために行われる。クリーニング工程Ｓ４は、ＳｃＡｌＮ膜１３を形成する成膜室、または、真空を保持したまま搬送できる別室で行なわれる。クリーニング工程Ｓ４では、室内にＡｒガスを導入して放電させて、Ａｒイオンを生成し、Ａｒイオンをアモルファス膜１２の表面に照射することによって、アモルファス膜１２の上の汚れがスパッタリング除去される。このとき、汚れのみではなく、アモルファス膜１２の表層も除去されるため、アモルファス膜１２の膜厚が減少する。
【0042】
そこで、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２においては、形成後のアモルファス膜１２の厚さを、クリーニング工程Ｓ４が行われた後のアモルファス膜１２の目標厚さに対して、クリーニング工程Ｓ４で除去される予定のアモルファス膜１２の表層の厚さを加えた厚さとする。これにより、クリーニング工程Ｓ４を行った後のアモルファス膜１２の厚さを、上記した膜厚の範囲内の厚さにすることができる。
【0043】
以上の説明の通り、本実施形態の圧電膜積層体１０は、金属膜１１と、絶縁性のアモルファス膜１２と、ＳｃＡｌＮ膜１３とを備える。また、本実施形態の圧電膜積層体１０の製造方法は、金属膜１１の形成工程Ｓ１と、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２と、ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程Ｓ５と、を含む。
【0044】
ここで、本実施形態と異なり、電極の表面に接してＳｃＡｌＮ膜を形成するとき、電極を構成する材料によって、得られるＳｃＡｌＮ膜の結晶性が低下する。特に、電極がＭｏを含む材料で構成された場合に、得られるＳｃＡｌＮ膜の結晶性が低下する。また、ＳｃＡｌＮ膜の残留応力の大きさによって、すなわち、ＳｃＡｌＮ膜の残留応力が、適度な大きさよりも大きい場合に、得られるＳｃＡｌＮ膜の結晶性が低下する。ＳｃＡｌＮ膜の結晶性が低下すると、ＳｃＡｌＮ膜の圧電性が低下する。
【0045】
これに対して、本実施形態によれば、アモルファス膜１２の表面に接してＳｃＡｌＮ膜１３が形成される。このため、下地の結晶構造の影響が無い状態で、ＳｃＡｌＮを自己配向させることができる。すなわち、下地が結晶構造を有する場合、その結晶構造の格子定数がＳｃＡｌＮの結晶成長に影響する。これに対して、本実施形態によれば、その影響が無い状態で、ＳｃＡｌＮを結晶成長させることができる。このため、結晶構造を有する下地の表面に接してＳｃＡｌＮ膜が形成されるときと比較して、結晶性が高いＳｃＡｌＮ膜１３を形成することができる。ＳｃＡｌＮ膜の結晶性が高まることで、ＳｃＡｌＮ膜の圧電性を向上させることができる。
【0046】
ここで、図４に、本発明者が行った実験結果を示す。図４は、ＳｃＡｌＮ膜の結晶性と金属膜１１の大気放置時間との関係を表すグラフである。図４の縦軸は、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半値幅である。図４の横軸は、金属膜１１の大気中放置によってアモルファス膜１２を形成したときの放置時間である。図４中のＳｃ２４％、Ｓｃ３２％、Ｓｃ３８％は、それぞれ、ＳｃＡｌＮ膜１３のＳｃ濃度が２４原子％、３２原子％、３８原子％であることを示す。
【0047】
本発明者は、ＳｃＡｌＮ膜１３のＳｃ濃度が２４原子％、３２原子％、３８原子％のいずれかであって、アモルファス膜１２の膜厚が異なる複数の圧電膜積層体１０を製造した。複数の圧電膜積層体１０は、いずれも、金属膜１１がＭｏを含む材料で構成され、アモルファス膜１２がＭｏ酸化物を含む材料で構成されたものである。
【0048】
本発明者は、スパッタ法によって、金属膜１１をＳｉ基板の上に形成した。金属膜１１の成膜条件は、次の通りである。
ターゲットの種類：Ｍｏターゲット
ターゲットサイズ：直径１００ｍｍ
雰囲気の種類：Ａｒ
圧力:０．２Ｐａ
基板温度：４００℃
ＤＣ電力：２５０Ｗ
膜厚：７０ｎｍ
ターゲットの種類：Ｍｏターゲット
ターゲットサイズ：直径１００ｍｍ
雰囲気の種類：Ａｒ
圧力:０．２Ｐａ
基板温度：４００℃
ＤＣ電力：２５０Ｗ
膜厚：７０ｎｍ
【0049】
その後、金属膜１１の大気中放置によって、金属膜１１の上にアモルファス膜１２を形成した。このとき、放置時間を種々の時間に設定することで、膜厚が異なるアモルファス膜１２を形成した。
【0050】
その後、反応性スパッタ法によって、アモルファス膜１２の上にＳｃＡｌＮ膜１３を形成した。ＳｃＡｌＮ膜１３の成膜条件は、次の通りである。
ターゲットの種類：ＳｃＡｌターゲット
ターゲットサイズ：直径１００ｍｍ
Ｓｉ基板とターゲットとの間の距離：２００ｍｍ
ＤＣパワー：８００Ｗ
パルス周波数：２０ｋＨｚ
パルス長：４μｓ
ガス流量 Ｎ２：２８ｓｃｃｍ、Ａｒ：２８ｓｃｃｍ
ガス圧力：０．２Ｐａ
Ｓｉ基板温度：３７０℃
Ｓｉ基板の比抵抗：≧１×１０３Ω・ｃｍ
このとき、成膜後のＳｃＡｌＮ膜１３のＳｃ濃度が２４原子％、３２原子％、３８原子％となるように、Ｓｃ濃度が予め設定された３つのＳｃＡｌターゲットを用いた。
ターゲットの種類：ＳｃＡｌターゲット
ターゲットサイズ：直径１００ｍｍ
Ｓｉ基板とターゲットとの間の距離：２００ｍｍ
ＤＣパワー：８００Ｗ
パルス周波数：２０ｋＨｚ
パルス長：４μｓ
ガス流量 Ｎ２：２８ｓｃｃｍ、Ａｒ：２８ｓｃｃｍ
ガス圧力：０．２Ｐａ
Ｓｉ基板温度：３７０℃
Ｓｉ基板の比抵抗：≧１×１０３Ω・ｃｍ
このとき、成膜後のＳｃＡｌＮ膜１３のＳｃ濃度が２４原子％、３２原子％、３８原子％となるように、Ｓｃ濃度が予め設定された３つのＳｃＡｌターゲットを用いた。
【0051】
図４の縦軸の半値幅が小さいほど、ＳｃＡｌＮの結晶性が高い。図４において、ＳｃＡｌＮ膜１３のＳｃ濃度が２４原子％、３２原子％、３８原子％のいずれのときにおいても、放置時間が２００時間よりも小さい範囲では、放置時間が増大するにつれて半値幅が減少する。そして、放置時間が２００時間以上の範囲では、放置時間が２００時間よりも小さい範囲と比較して、放置時間の増大量に対する半値幅の減少量の割合が小さい。すなわち、放置時間が２００時間以上の範囲では、放置時間が増大しても、半値幅は、各Ｓｃ濃度における半値幅の最小値に近い値で、ほぼ一定である。つまり、放置時間が２００時間以上の範囲では、半値幅は、最小値に近い範囲内に収まっている。放置時間が２００時間以上になると、結晶性の向上の効果が飽和する。このことから、ＳｃＡｌＮの結晶性を高めるには、放置時間が大きいことが良く、特に、放置時間が２００時間以上であることが好ましいことがわかる。
【0052】
図３において、放置時間が２００時間付近の２箇所での膜厚の測定値は、約１０Å（すなわち、約１．０ｎｍ）である。したがって、アモルファス膜１２の膜厚は、１．０ｎｍ以上であることが好ましい。
【0053】
なお、図４は、ＳｃＡｌＮ膜１３のＳｃ濃度が２４原子％以上３８原子％以下の場合の結果であるが、Ｓｃ濃度が他の場合においても、放置時間が２００時間以上のときに、半値幅が最小値に近い範囲内に収まることが推測される。
【0054】
従来では、ＳｃＡｌＮ膜の下地としてＭｏを含む金属膜が用いられる場合、Ｍｏの結晶性を向上させるために、金属膜の下にシード層と呼ばれるＡｌＮで構成された下地が用いられる。すなわち、金属膜の形成工程において、ＡｌＮで構成された下地に接して、金属膜が形成される。
【0055】
これに対して、本実施形態によれば、金属膜１１の結晶性に影響されずに、ＳｃＡｌＮ膜１３を形成することができる。すなわち、金属膜１１の結晶性は、ＳｃＡｌＮ膜１３の結晶性に影響を及ぼさなくなる。したがって、本実施形態によれば、Ｍｏの結晶性に対する制約が無くなるという効果も得られる。
【0056】
よって、本実施形態によれば、金属膜１１がＭｏを含む材料で構成され、アモルファス膜１２がＭｏ酸化物を含む材料で構成される場合において、ＡｌＮ以外の材料で構成された下地としての基材１の表面に接して、金属膜１１を配置することができる。また、この場合において、金属膜１１の成膜条件についても自由度が高くなり、Ｍｏの結晶性を無視して、例えば、膜応力の制御に特化した成膜条件を選ぶことも可能となる。なお、金属膜１１が基材１の上の他の膜の表面に接して配置されている場合においても、金属膜１１の下地となる他の膜は、ＡｌＮ以外の材料で構成されてもよい。
【0057】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なり、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２でのアモルファス膜１２の形成は、成膜法によって行われる。成膜法としては、物理気相成長法、化学気相成長法が挙げられる。成膜法によってアモルファス膜１２を形成する場合では、結晶構造を有する膜を成膜するときの条件に対して、「基板温度を低くすること」、「成膜圧力を上げること」、「投入電力を高くして成膜速度を上げること」等を行う。これにより、アモルファス膜１２を形成することができる。
本実施形態では、第１実施形態と異なり、アモルファス膜１２の形成工程Ｓ２でのアモルファス膜１２の形成は、成膜法によって行われる。成膜法としては、物理気相成長法、化学気相成長法が挙げられる。成膜法によってアモルファス膜１２を形成する場合では、結晶構造を有する膜を成膜するときの条件に対して、「基板温度を低くすること」、「成膜圧力を上げること」、「投入電力を高くして成膜速度を上げること」等を行う。これにより、アモルファス膜１２を形成することができる。
【0058】
金属膜１１の形成工程Ｓ１では、金属膜１１として、電極材料として用いられる金属元素を含む材料で構成されるものが形成される。電極材料として用いられる金属元素としては、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉの他に、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ等が挙げられる。本実施形態では、アモルファス膜１２を構成する材料に含まれる金属元素は、金属膜１１を構成する材料に含まれる金属元素と同じであっても、異なってもよい。
【0059】
圧電膜積層体１０および圧電膜積層体１０の製造方法の他の構成は、第１実施形態と同じである。本実施形態によっても、第１実施形態と共通する構成が奏する効果を、第１実施形態と同様に得ることができる。
【0060】
（第３実施形態）
図５に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ａは、基材１と、導電性のアモルファス膜１４と、ＳｃＡｌＮ膜１３と、を備える。
図５に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ａは、基材１と、導電性のアモルファス膜１４と、ＳｃＡｌＮ膜１３と、を備える。
【0061】
アモルファス膜１４は、基材１の上に配置されている。アモルファス膜１４は、基材１の表面に接している。ＳｃＡｌＮ膜１３は、アモルファス膜１４の上に配置されている。ＳｃＡｌＮ膜１３は、アモルファス膜１４の表面に接している。基材１とＳｃＡｌＮ膜１３のそれぞれの構成は、第１実施形態と同じである。
【0062】
アモルファス膜１４は、導電性のアモルファスの材料で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。
【0063】
アモルファス膜１４を構成する材料として、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。
【0064】
本実施形態の圧電膜積層体１０Ａの製造方法は、アモルファス膜１４の形成工程と、ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程と、を含む。
【0065】
アモルファス膜１４の形成工程では、導電性金属酸化物または導電性金属窒化物を形成可能な金属元素を含む材料で構成された図示しない金属膜を形成することが行われる。そして、金属膜の全体を酸化または窒化させることで、アモルファス膜１４を形成することが行われる。この場合、金属膜の全体がアモルファス膜１４となる。なお、金属膜の表層を酸化または窒化させることで、金属膜の上にアモルファス膜１４が形成されてもよい。
【0066】
また、これに限らず、アモルファス膜１４の形成工程では、成膜法によってアモルファス膜１４を形成することが行われてもよい。成膜法としては、物理気相成長法、化学気相成長法が挙げられる。成膜法によってアモルファス膜１４を形成する場合では、結晶構造を有する膜を成膜するときの条件に対して、「基板温度を低くすること」、「成膜圧力を上げること」、「投入電力を高くして成膜速度を上げること」等を行う。これにより、アモルファス膜１４を形成することができる。
【0067】
また、成膜法によってアモルファス膜１４を形成する場合、金属膜の上に金属膜の表面に接してアモルファス膜１４を形成してもよい。例えば、Ｍｏを含む材料で構成された金属膜の上に金属膜の表面に接して、アモルファス膜１４を形成してもよい。この場合、第１実施形態での説明の通り、ＡｌＮ以外の材料で構成された下地としての基材１の表面に接して金属膜１１を配置することができる。
【0068】
ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程は、第１実施形態と同じである。本実施形態によっても、第１実施形態と共通する構成が奏する効果を、第１実施形態と同様に得ることができる。
【0069】
（第４実施形態）
図６に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｂは、基材１と、金属膜１５と、導電性のアモルファス膜１６と、ＳｃＡｌＮ膜１３と、を備える。本実施形態では、金属膜１５および導電性のアモルファス膜１６が、デバイスにおける下部電極として用いられる。
図６に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｂは、基材１と、金属膜１５と、導電性のアモルファス膜１６と、ＳｃＡｌＮ膜１３と、を備える。本実施形態では、金属膜１５および導電性のアモルファス膜１６が、デバイスにおける下部電極として用いられる。
【0070】
基材１の構成は、第１実施形態と同じである。金属膜１５は、金属材料で構成される膜である。金属膜１５は、基材１の上に配置されている。金属膜１５は、基材１の表面に接している。
【0071】
アモルファス膜１６は、金属膜１５の上に配置されている。アモルファス膜１６は、金属膜１５の表面に接している。アモルファス膜１６は、下記の通り、金属膜１５の表層に対してイオン注入またはプラズマ処理がされることによって形成されたものである。
【0072】
図７に示すように、本実施形態の圧電膜積層体１０Ｂの製造方法は、金属膜１５の形成工程Ｓ１１と、アモルファス膜１６の形成工程Ｓ１２と、ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程Ｓ１３と、を含む。金属膜１５の形成工程Ｓ１１では、アモルファス膜１６を形成するための下地となる金属膜１５を基材１の上に形成することが行われる。アモルファス膜１６の形成工程Ｓ１２では、金属膜１５に対してイオン注入またはプラズマ処理をすることで、アモルファス膜１６を形成することが行われる。
【0073】
金属膜１５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。金属膜１５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程度のアモルファス膜１６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、イオン注入される金属の導電性を保持することができる。
【0074】
金属膜１５に対するプラズマ処理は、下記の文献に記載の方法で行うことができる。すなわち、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、金属膜１５のエッチングを最小限に抑え、金属膜１５の表層のアモルファス化が可能となる。
Impact of the surface-near silicon substrate properties on the microstructure of sputter-deposited AlN thin films著者名: Schneider, M.; Bittner, A.; Patocka, F.; et al.APPLIED PHYSICS LETTERS 巻:101号: 22 記事番号: 221602 発行:NOV 26 2012
Impact of the surface-near silicon substrate properties on the microstructure of sputter-deposited AlN thin films著者名: Schneider, M.; Bittner, A.; Patocka, F.; et al.APPLIED PHYSICS LETTERS 巻:101号: 22 記事番号: 221602 発行:NOV 26 2012
【0075】
ＳｃＡｌＮ膜１３の形成工程は、第１実施形態と同じである。本実施形態によっても、第１実施形態と共通する構成が奏する効果を、第１実施形態と同様に得ることができる。本実施形態においても、金属膜１５がＭｏを含む材料で構成される場合において、ＡｌＮ以外の材料で構成された下地としての基材１の表面に接して、金属膜１５を配置することができる。この場合、アモルファス膜１６は、Ｍｏを含む材料で構成される。
【0076】
（第５実施形態）
図８に示す本実施形態のマイクロフォン２０は、第１実施形態の圧電膜積層体１０を用いたものである。マイクロフォン２０は、受圧部２１と、支持体２２とを備える。受圧部２１は、音圧を受ける膜状の部分である。支持体２２は、受圧部２１を支持する。
図８に示す本実施形態のマイクロフォン２０は、第１実施形態の圧電膜積層体１０を用いたものである。マイクロフォン２０は、受圧部２１と、支持体２２とを備える。受圧部２１は、音圧を受ける膜状の部分である。支持体２２は、受圧部２１を支持する。
【0077】
支持体２２は、受圧部２１が音圧を受けて変形するための空間部２３を有する。支持体２２は、受圧部２１が音圧を受けたときに、受圧部２１が変形できるように、空間部２３の上側に受圧部２１が位置した状態で、受圧部２１を支持する。支持体２２は、Ｓｉで構成されている。
【0078】
受圧部２１は、圧電膜２４と、下部電極２５と、上部電極２６と、絶縁膜２７とを含む。圧電膜２４として、第１実施形態のＳｃＡｌＮ膜１３が用いられる。下部電極２５として、第１実施形態の金属膜１１およびアモルファス膜１２が用いられる。上部電極２６は、圧電膜２４の上面に接して形成されている。下部電極２５および上部電極２６は、受圧部２１の変形によって圧電膜２４に発生した電荷を回収するための電極である。絶縁膜２７は、支持体２２のうち空間部２３および空間部２３の周囲の領域を覆っている。絶縁膜２７は、Ｓｉ酸化膜である。
【0079】
下部電極２５は、絶縁膜２７のうち空間部２３の上側に位置する領域の表面上に設けられている。圧電膜２４は、下部電極２５の上面および下部電極２５が形成されていない絶縁膜２７の表面にわたって形成されている。
【0080】
このように構成されたマイクロフォン２０では、受圧部２１が音圧を受けてたわみ変形をする。受圧部２１が下に凸の形状に変形すると、圧電膜２４の面内方向に圧縮応力が発生する。このとき、圧電効果によって圧電膜２４の表面には電荷が発生する。また、受圧部２１が上に凸の形状に変形すると、圧電膜２４の面内方向に引張り応力が発生する。このとき、圧電効果によって圧電膜２４の表面には、圧縮応力が発生したときとは逆極性の電荷が発生する。そこで、発生した電荷を下部電極２５および上部電極２６を通じて回収することで、受圧部２１に印加された音圧を検出することができる。
【0081】
本実施形態によれば、圧電膜２４として第１実施形態のＳｃＡｌＮ膜１３が用いられている。第１実施形態での説明の通り、ＳｃＡｌＮ膜１３は、ＳｃＡｌＮの結晶性が高いので、圧電性が高い。このため、マイクロフォン２０の感度を高めることができる。
【0082】
なお、本実施形態では、受圧部２１に絶縁膜２７が含まれている。しかし、絶縁膜２７は、下部電極２５とは別の導電膜であってもよい。また、本実施形態では、絶縁膜２７は、受圧部２１のたわみ変形における中立線を圧電膜２４の中に存在させないために、形成されている。下部電極２５を上部電極２６よりも厚くすること等によって、受圧部２１のたわみ変形における中立線を圧電膜２４の中に存在させない場合、受圧部２１に絶縁膜２７が含まれていなくてもよい。また、本実施形態では、圧電膜２４、下部電極２５、上部電極２６は、図８に示す形状である。しかしながら、これらの形状は、図８に示す形状に限られない。
【0083】
また、本実施形態のマイクロフォン２０では、第１実施形態の圧電膜積層体１０が用いられている。しかし、第３実施形態の圧電膜積層体１０Ａが用いられてもよい。この場合、導電性のアモルファス膜１４が単独で下部電極２５に用いられる。または、導電性のアモルファス膜１４とアモルファス膜１４の下面に接する金属膜とが、下部電極２５に用いられる。同様に、本実施形態のマイクロフォン２０に、第４実施形態の圧電膜積層体１０Ｂが用いられてもよい。この場合、金属膜１５および導電性のアモルファス膜１６が、下部電極２５に用いられる。
【0084】
（第６実施形態）
図９に示す本実施形態のＢＡＷ共振器３０は、第１実施形態の圧電膜積層体１０を用いたＢＡＷデバイスである。ＢＡＷは、Bulk Acoustic Wave（すなわち、体積弾性波）の略称である。ＢＡＷ共振器３０は、圧電膜３１と、下部電極３２と、上部電極３３と、支持体３４とを備える。
図９に示す本実施形態のＢＡＷ共振器３０は、第１実施形態の圧電膜積層体１０を用いたＢＡＷデバイスである。ＢＡＷは、Bulk Acoustic Wave（すなわち、体積弾性波）の略称である。ＢＡＷ共振器３０は、圧電膜３１と、下部電極３２と、上部電極３３と、支持体３４とを備える。
【0085】
圧電膜３１として、第１実施形態のＳｃＡｌＮ膜１３が用いられる。下部電極３２として、第１実施形態の金属膜１１およびアモルファス膜１２が用いられる。上部電極３３は、圧電膜３１の上面に接して形成されている。下部電極３２および上部電極３３は、圧電膜３１に交流電界を印加して圧電膜３１を膜厚方向に振動させる電極である。
【0086】
支持体３４は、圧電膜３１、下部電極３２および上部電極３３を支持する。支持体３４は、圧電膜３１に交流電界が印加されたときに圧電膜３１が振動するための空間部３５を有する。支持体３４は、Ｓｉによって構成されている。下部電極３２は、支持体３４の空間部３５に面している。本実施形態では、圧電膜３１は下部電極３２の表面上および支持体３４の表面上に形成されている。
【0087】
このように構成されたＢＡＷ共振器３０では、上部電極３３と下部電極３２との間に電圧を印加すると、逆圧電効果によって圧電膜３１が図９中の矢印で示す膜厚方向に伸縮振動する。正弦波状の電圧波形を印加した場合、この伸縮振動も正弦波状の振動波形となる。その周波数が機械振動の共振周波数と一致すると、上部電極３３と下部電極３２との間のインピーダンスが大きく変化する。これによって、本実施形態のＢＡＷ共振器３０は、電気的な共振子となる。この共振子を複数用いて、複数の共振子を回路的に接続することで、フィルタ動作が可能となる。
【0088】
本実施形態によれば、圧電膜３１として第１実施形態のＳｃＡｌＮ膜１３が用いられている。第１実施形態での説明の通り、ＳｃＡｌＮ膜１３は、ＳｃＡｌＮの結晶性が高いので、圧電性が高い。このため、フィルタの帯域を広くすることができる。
【0089】
なお、本実施形態のＢＡＷ共振器３０では、支持体３４は、空間部３５を有している。しかしながら、支持体３４は、空間部３５を有していなくてもよい。この場合、ＢＡＷ共振器３０は、下部電極３２と支持体３４との間に、音響多層膜を備えていればよい。
【0090】
また、本実施形態のＢＡＷ共振器３０では、第１実施形態の圧電膜積層体１０が用いられている。しかし、第３実施形態の圧電膜積層体１０Ａが用いられてもよい。この場合、導電性のアモルファス膜１４が単独で下部電極３２に用いられる。または、導電性のアモルファス膜１４とアモルファス膜１４の下面に接する金属膜とが、下部電極３２に用いられる。同様に、本実施形態のＢＡＷ共振器３０に、第４実施形態の圧電膜積層体１０Ｂが用いられてもよい。この場合、金属膜１５および導電性のアモルファス膜１６が、下部電極３２に用いられる。
【0091】
（第７実施形態）
図１０に示す本実施形態のＳＡＷデバイス４０は、第１実施形態の圧電膜積層体１０を用いたものである。ＳＡＷは、Surface Acoustic Wave（すなわち、表面弾性波）の略称である。
図１０に示す本実施形態のＳＡＷデバイス４０は、第１実施形態の圧電膜積層体１０を用いたものである。ＳＡＷは、Surface Acoustic Wave（すなわち、表面弾性波）の略称である。
【0092】
ＳＡＷデバイス４０は、基板４１と、圧電膜４２と、櫛歯電極４３とを備える。基板４１は、Ｓｉによって構成されている。圧電膜４２として、第１実施形態の圧電膜積層体１０が用いられている。圧電膜４２は、基板４１の表面上に設けられている。櫛歯電極４３は、圧電膜４２の表面上に設けられている。櫛歯電極４３は、圧電膜４２にＳＡＷを励振させる、または、圧電膜４２を伝搬するＳＡＷを受信する。櫛歯電極４３は、Ｍｏによって構成されている。ＳＡＷデバイス４０としては、ＳＡＷ共振子、ＳＡＷフィルタ等がある。
【0093】
図示しないが、ＳＡＷ共振子の例として、１ポート型のＳＡＷ共振子がある。このＳＡＷ共振子では、圧電膜４２の表面において、櫛歯電極４３の両側のそれぞれに反射器が配置される。このＳＡＷ共振子では、櫛歯電極４３で励振されたＳＡＷが両反射器で反射されることで、定常波が発生する。これにより、共振子が実現される。
【0094】
また、図示しないが、ＳＡＷデバイスの他の例として、トランスバーサルＳＡＷフィルタがある。このＳＡＷフィルタでは、櫛歯電極４３は、入力用電極と出力用電極とを含む。入力用電極により励振されたＳＡＷは、圧電膜４２の表面に沿って伝搬し、出力用電極により検出される。これにより、特定の周波数帯の電気信号を取り出すことができる。本実施形態によれば、圧電膜４２として第１実施形態の圧電膜積層体１０が用いられている。圧電膜積層体１０が備えるＳｃＡｌＮ膜１３は、ＳｃＡｌＮの結晶性が高いので、圧電性が高い。このため、フィルタの帯域を広くすることができる。
【0095】
なお、基板４１、櫛歯電極４３のそれぞれは、上記した材料とは別の材料によって構成されてもよい。また、圧電膜４２として、第３実施形態の圧電膜積層体１０Ａまたは第４実施形態の圧電膜積層体１０Ｂが用いられてもよい。
【0096】
（第８実施形態）
図１１に示す本実施形態のＭＥＭＳ共振器５０は、第１実施形態の圧電膜積層体１０を用いたものである。ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systems（すなわち、微小な電気機械システム）の略称である。
図１１に示す本実施形態のＭＥＭＳ共振器５０は、第１実施形態の圧電膜積層体１０を用いたものである。ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systems（すなわち、微小な電気機械システム）の略称である。
【0097】
ＭＥＭＳ共振器５０は、３層構造体５１と、支持体５２とを備える。３層構造体５１は、圧電膜５３と、下部電極５４と、上部電極５５とを含む。
【0098】
圧電膜５３として、第１実施形態のＳｃＡｌＮ膜１３が用いられる。下部電極５４として、第１実施形態の金属膜１１およびアモルファス膜１２が用いられる。上部電極５５は、圧電膜５３の上面に接して形成されている。下部電極５４および上部電極５５は、圧電膜５３に交流電界を印加して圧電膜５３の面内方向に圧電膜５３を伸縮させる電極である。
【0099】
支持体５２は、空間部５６を有する。支持体５２は、空間部５６の上側で３層構造体５１が振動可能な状態で、３層構造体５１を支持する。本実施形態では、３層構造体５１のうち一方向の一方側の端部が支持体５２に固定され、３層構造体５１のうち一方向の他方側の端部が自由な状態である片持ち梁構造となっている。支持体５２は、基板５７と、絶縁膜５８とを含む。基板５７は、Ｓｉによって構成されている。絶縁膜５８は、基板５７の表面上に形成されている。絶縁膜５８は、Ｓｉ酸化膜である。絶縁膜５８の表面上に、下部電極５４が形成されている。
【0100】
下部電極５４の厚さは、上部電極５５と圧電膜５３の総厚と同等以上である。このため、３層構造体５１のたわみ変形における中立線は下部電極５４内にある。上部電極５５と下部電極５４との間に電圧を印加すると、逆圧電効果によって圧電膜５３が膜の面内方向に伸縮する。すると、３層構造体５１の全体は、たわみ変形をする。正弦波状の電圧波形を印加した場合、このたわみ変形も正弦波状の振動となる。その周波数がたわみ振動の共振周波数と一致すると、上部電極５５と下部電極５４との間のインピーダンスが大きく変化する。これによって、電気的な共振子となる。この共振子を用いて、演算回路などの動作に必要な基準周波数を発生させることができる。
【0101】
本実施形態によれば、圧電膜５３として第１実施形態のＳｃＡｌＮ膜１３が用いられている。第１実施形態での説明の通り、ＳｃＡｌＮ膜１３は、ＳｃＡｌＮの結晶性が高いので、圧電性が高い。このため、特性を向上させることができる。
【0102】
なお、基板５７が絶縁体であれば、絶縁膜５８が形成されていなくてもよい。また、本実施形態のＭＥＭＳ共振器５０では、第１実施形態の圧電膜積層体１０が用いられている。しかし、第３実施形態の圧電膜積層体１０Ａが用いられてもよい。この場合、導電性のアモルファス膜１４が単独で下部電極５４に用いられる。または、導電性のアモルファス膜１４とアモルファス膜１４の下面に接する金属膜とが、下部電極５４に用いられる。同様に、本実施形態のＭＥＭＳ共振器５０に、第４実施形態の圧電膜積層体１０Ｂが用いられてもよい。この場合、金属膜１５および導電性のアモルファス膜１６が、下部電極５４に用いられる。
【0103】
（他の実施形態）
（１）第１～第４実施形態の圧電膜積層体１０、１０Ａ、１０Ｂは、ＳｃＡｌＮ膜１３を備えるものである。しかし、圧電膜積層体１０、１０Ａ、１０Ｂが、ＳｃＡｌＮ膜１３に替えて、ＡｌＮ、ＺｎＯ等のウルツァイト系材料で構成された膜を備える場合においても、第１実施形態と同じ効果が得られる可能性がある。
（１）第１～第４実施形態の圧電膜積層体１０、１０Ａ、１０Ｂは、ＳｃＡｌＮ膜１３を備えるものである。しかし、圧電膜積層体１０、１０Ａ、１０Ｂが、ＳｃＡｌＮ膜１３に替えて、ＡｌＮ、ＺｎＯ等のウルツァイト系材料で構成された膜を備える場合においても、第１実施形態と同じ効果が得られる可能性がある。
【0104】
（２）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。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、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特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0105】
１０ 圧電膜積層体
１１ 金属膜
１２ 絶縁性のアモルファス膜
１３ ＳｃＡｌＮ膜
１１ 金属膜
１２ 絶縁性のアモルファス膜
１３ ＳｃＡｌＮ膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】