▶ Ｉ－ＰＥＸ Ｐｉｅｚｏ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社の特許一覧
(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】P2023078587
(43)【公開日】2023-06-07
(54)【発明の名称】膜構造体及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H10N 30/076 20230101AFI20230531BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20230531BHJP
H10N 30/079 20230101ALI20230531BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20230531BHJP
【ＦＩ】
H01L41/316
H01L41/187
H01L41/319
C23C14/06 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021191779
(22)【出願日】2021-11-26
(71)【出願人】
【識別番号】522127678
【氏名又は名称】Ｉ－ＰＥＸ Ｐｉｅｚｏ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100187388
【弁理士】
【氏名又は名称】樋口 天光
(72)【発明者】
【氏名】小▲西▼ 晃雄
(72)【発明者】
【氏名】金森 広晃
【テーマコード（参考）】
4K029
【Ｆターム（参考）】
4K029AA06
4K029AA24
4K029BA13
4K029BA43
4K029BA50
4K029BB02
4K029BB07
4K029CA02
4K029CA05
4K029DB21
(57)【要約】
【課題】基板上に形成されたバッファ膜を有する膜構造体において、バッファ膜上に形成される金属膜又は圧電体膜の配向方向を一定方向に揃えることができる膜構造体を提供する。
【解決手段】膜構造体１０は、基板１１と、基板１１上に形成されたバッファ膜１２と、を有する。基板１１は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板、又は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体と、基体上の絶縁層と、絶縁層上のＳｉ膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板、であり、ＳＯＩ層の上面の結晶面のミラー指数は、基体の上面の結晶面のミラー指数と同一である。バッファ膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含む。
【選択図】図１
【解決手段】膜構造体１０は、基板１１と、基板１１上に形成されたバッファ膜１２と、を有する。基板１１は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板、又は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体と、基体上の絶縁層と、絶縁層上のＳｉ膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板、であり、ＳＯＩ層の上面の結晶面のミラー指数は、基体の上面の結晶面のミラー指数と同一である。バッファ膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ膜と、
を有し、
前記基板は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板、又は、３６°～４８°の回転Ｙカット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膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板、であり、
前記ＳＯＩ層の上面の結晶面のミラー指数は、前記基体の上面の結晶面のミラー指数と同一であり、
前記バッファ膜は、前記基板上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含む、膜構造体。
前記基板上に形成されたバッファ膜と、
を有し、
前記基板は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板、又は、３６°～４８°の回転Ｙカット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膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板、であり、
前記ＳＯＩ層の上面の結晶面のミラー指数は、前記基体の上面の結晶面のミラー指数と同一であり、
前記バッファ膜は、前記基板上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含む、膜構造体。
【請求項2】
前記バッファ膜上にエピタキシャル成長した金属膜を有する、請求項１に記載の膜構造体。
【請求項3】
前記金属膜はＰｔを含む、請求項２に記載の膜構造体。
【請求項4】
前記金属膜上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜を有する、請求項２又は３に記載の膜構造体。
【請求項5】
前記金属膜上にエピタキシャル成長した圧電体膜を有する、請求項２又は３に記載の膜構造体。
【請求項6】
前記ＳＲＯ膜上にエピタキシャル成長した圧電体膜を有する、請求項４に記載の膜構造体。
【請求項7】
前記膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、前記ＳＲＯ膜のＳＲＯ（１１０）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測される、請求項４に記載の膜構造体。
【請求項8】
前記バッファ膜上にエピタキシャル成長した圧電体膜を有する、請求項１に記載の膜構造体。
【請求項9】
前記圧電体膜は、ＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３を含む、請求項５又は６に記載の膜構造体。
【請求項10】
前記圧電体膜は、ＰＺＴを含むＰＺＴ膜であり、
前記膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、前記ＰＺＴ膜のＰＺＴ（２１３）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測される、請求項６に記載の膜構造体。
前記膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、前記ＰＺＴ膜のＰＺＴ（２１３）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測される、請求項６に記載の膜構造体。
【請求項11】
前記膜構造体のＸ線逆格子空間マッピングにおいて、前記ＰＺＴ膜のＰＺＴ（１１０）面、前記基板のＳｉ（２２０）面及び前記ＰＺＴ膜のＰＺＴ（１１２）面の各々をそれぞれ表す３つの逆格子点が、Ｑｚ方向に配列されている、請求項１０に記載の膜構造体。
【請求項12】
（ａ）基板を準備するステップ、
（ｂ）前記基板上にバッファ膜を形成するステップ、
を有し、
前記（ａ）ステップでは、３６°～４８°の回転Ｙカット基板、又は、３６°～４８°の回転Ｙカット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膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板、を準備し、
前記ＳＯＩ層の上面の結晶面のミラー指数は、前記基体の上面の結晶面のミラー指数と同一であり、
前記（ｂ）ステップでは、前記基板上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含む前記バッファ膜を形成する、膜構造体の製造方法。
（ｂ）前記基板上にバッファ膜を形成するステップ、
を有し、
前記（ａ）ステップでは、３６°～４８°の回転Ｙカット基板、又は、３６°～４８°の回転Ｙカット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膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板、を準備し、
前記ＳＯＩ層の上面の結晶面のミラー指数は、前記基体の上面の結晶面のミラー指数と同一であり、
前記（ｂ）ステップでは、前記基板上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含む前記バッファ膜を形成する、膜構造体の製造方法。
【請求項13】
（ｃ）前記バッファ膜上にエピタキシャル成長した金属膜を形成するステップ、
を有し、
前記金属膜はＰｔを含む、請求項１２に記載の膜構造体の製造方法。
を有し、
前記金属膜はＰｔを含む、請求項１２に記載の膜構造体の製造方法。
【請求項14】
（ｄ）前記金属膜上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜を形成するステップ、
を有し、
前記膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、前記ＳＲＯ膜のＳＲＯ（１１０）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測される、請求項１３に記載の膜構造体の製造方法。
を有し、
前記膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、前記ＳＲＯ膜のＳＲＯ（１１０）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測される、請求項１３に記載の膜構造体の製造方法。
【請求項15】
（ｅ）前記金属膜上にエピタキシャル成長した圧電体膜を形成するステップ、
を有し、
前記圧電体膜はＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３を含む、請求項１３に記載の膜構造体の製造方法。
を有し、
前記圧電体膜はＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３を含む、請求項１３に記載の膜構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、膜構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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金属膜と、を有する膜構造体として、シリコン（Ｓｉ）基板と、Ｓｉ基板上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を含むバッファ膜と、バッファ膜上に形成された白金（Ｐｔ）を含む金属膜と、を有する膜構造体が知られている。また、更に金属膜上に形成された圧電体膜を有する膜構造体が知られている。
【0003】
特開２０１８－８１９７４号公報（特許文献１）には、膜構造体において、基体と、基体上の絶縁層と、絶縁層上のシリコン層と、を含む基板と、シリコン層上にエピタキシャル成長した酸化ジルコニウムを含む第１膜と、第１膜上にエピタキシャル成長した白金を含む第１導電膜と、第１導電膜上にエピタキシャル成長した圧電膜と、を有する技術が開示されている。
【0004】
特開２０１８－８１９７５号公報（特許文献２）には、膜構造体において、シリコン基板と、シリコン基板上に形成されたジルコニウムを含む第１膜と、第１膜上にエピタキシャル成長した酸化ジルコニウムを含む第２膜と、第２膜上にエピタキシャル成長した白金を含む第１導電膜と、第１導電膜上にエピタキシャル成長した圧電膜と、を有する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１８－８１９７４号公報
【特許文献2】特開２０１８－８１９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献１及び上記特許文献２に記載された技術では、膜構造体は、シリコン層上又はシリコン基板上に形成されたＺｒＯ２を含むバッファ膜と、バッファ膜上に形成されたＰｔを含む金属膜と、を有する。しかしながら、シリコン層若しくはシリコン基板の種類、又は、バッファ膜の種類によっては、バッファ膜上に形成される金属膜の配向方向を一定方向に揃えにくくなる。このような場合であって、金属膜上に更に圧電体膜を形成するときは、金属膜上に形成される圧電体膜の配向方向も一定方向に揃えにくくなる。
【0007】
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、基板上に形成されたバッファ膜を有する膜構造体において、バッファ膜上に形成される金属膜又は圧電体膜の配向方向を一定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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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。
【0009】
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、を有する。基板は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板、又は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体と、基体上の絶縁層と、絶縁層上のＳｉ膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板、であり、ＳＯＩ層の上面の結晶面のミラー指数は、基体の上面の結晶面のミラー指数と同一である。バッファ膜は、基板上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含む。
【0010】
また、他の一態様として、当該膜構造体は、バッファ膜上にエピタキシャル成長した金属膜を有してもよい。
【0011】
また、他の一態様として、金属膜はＰｔを含んでもよい。
【0012】
また、他の一態様として、当該膜構造体は、金属膜上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜を有してもよい。
【0013】
また、他の一態様として、当該膜構造体は、金属膜上にエピタキシャル成長した圧電体膜を有してもよい。
【0014】
また、他の一態様として、当該膜構造体は、ＳＲＯ膜上にエピタキシャル成長した圧電体膜を有してもよい。
【0015】
また、他の一態様として、膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、ＳＲＯ膜のＳＲＯ（１１０）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測されてもよい。
【0016】
また、他の一態様として、当該膜構造体は、バッファ膜上にエピタキシャル成長した圧電体膜を有してもよい。
【0017】
また、他の一態様として、圧電体膜は、ＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３を含んでもよい。
【0018】
また、他の一態様として、圧電体膜は、ＰＺＴを含むＰＺＴ膜であり、膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、ＰＺＴ膜のＰＺＴ（２１３）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測されてもよい。
【0019】
また、他の一態様として、膜構造体のＸ線逆格子空間マッピングにおいて、ＰＺＴ膜のＰＺＴ（１１０）面、基板のＳｉ（２２０）面及びＰＺＴ膜のＰＺＴ（１１２）面の各々をそれぞれ表す３つの逆格子点が、Ｑｚ方向に配列されていてもよい。
【0020】
本発明の一態様としての膜構造体の製造方法は、基板を準備する（ａ）ステップと、基板上にバッファ膜を形成する（ｂ）ステップと、を有する。（ａ）ステップでは、３６°～４８°の回転Ｙカット基板、又は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体と、基体上の絶縁層と、絶縁層上のＳｉ膜よりなるＳＯＩ層と、を含むＳＯＩ基板、を準備し、ＳＯＩ層の上面の結晶面のミラー指数は、基体の上面の結晶面のミラー指数と同一である。（ｂ）ステップでは、基板上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含むバッファ膜を形成する。
【0021】
また、他の一態様として、当該膜構造体の製造方法は、バッファ膜上にエピタキシャル成長した金属膜を形成する（ｃ）ステップを有し、金属膜はＰｔを含んでもよい。
【0022】
また、他の一態様として、当該膜構造体の製造方法は、金属膜上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜を形成する（ｄ）ステップを有し、膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、ＳＲＯ膜のＳＲＯ（１１０）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測されてもよい。
【0023】
また、他の一態様として、当該膜構造体の製造方法は、金属膜上にエピタキシャル成長した圧電体膜を形成する（ｅ）ステップを有し、圧電体膜はＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３を含んでもよい。
【発明の効果】
【0024】
本発明の一態様を適用することで、基板上に形成されたバッファ膜を有する膜構造体において、バッファ膜上に形成される金属膜又は圧電体膜の配向方向を一定方向に揃えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】実施の形態の膜構造体の断面図である。
【図2】４２°の回転ＹカットＳｉ基板を説明するための図である。
【図3】実施の形態の膜構造体の断面図である。
【図4】実施の形態の膜構造体の断面図である。
【図5】実施の形態の第１変形例の膜構造体の断面図である。
【図6】実施の形態の第２変形例の膜構造体の断面図である。
【図7】実施の形態の成膜装置を模式的に示す平面図である。
【図8】実施の形態の成膜装置に備えられた電子ビーム蒸着装置を模式的に示す断面図である。
【図9】実施の形態の成膜装置に備えられたＤＣスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。
【図10】実施の形態の成膜装置に備えられたＲＦスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。
【図11】実施の形態の膜構造体の製造方法の一部のステップを示すフロー図である。
【図12】実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
【図13】実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
【図14】実施例の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。
【図15】実施例の膜構造体の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16】実施例の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。
【図17】実施例の膜構造体の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18】実施例の膜構造体のＸ線逆格子空間マッピングの結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
（実施の形態）
＜膜構造体＞
初めに、本発明の一実施形態である実施の形態の膜構造体について説明する。図１は、実施の形態の膜構造体の断面図である。図２は、４２°の回転ＹカットＳｉ基板を説明するための図である。図３及び図４は、実施の形態の膜構造体の断面図である。
＜膜構造体＞
初めに、本発明の一実施形態である実施の形態の膜構造体について説明する。図１は、実施の形態の膜構造体の断面図である。図２は、４２°の回転ＹカットＳｉ基板を説明するための図である。図３及び図４は、実施の形態の膜構造体の断面図である。
【0032】
図１に示すように、本実施の形態の膜構造体１０は、Ｓｉ基板である基板１１と、基板上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含むバッファ膜１２と、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長した金属膜１３と、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。
【0033】
上記特許文献１及び上記特許文献２に記載された技術では、膜構造体は、シリコン層上又はシリコン基板上に形成されたＺｒＯ２を含むバッファ膜と、バッファ膜上に形成されたＰｔを含む金属膜と、を有する。しかしながら、シリコン層若しくはシリコン基板の種類、又は、バッファ膜の種類によっては、バッファ膜上に形成される金属膜の配向方向を一定方向に揃えにくくなる。このような場合であって、金属膜上に更に圧電体膜を形成するときは、金属膜上に形成される圧電体膜の配向方向も一定方向に揃えにくくなる。
【0034】
一方、本実施の形態の膜構造体１０が有する基板１１は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板である。
【0035】
図２に示すように、Ｓｉ＜１１０＞方向に沿った軸をＸ軸とし、Ｓｉ＜１００＞方向に沿った軸をＹ軸としたとき、例えば４２°の回転ＹカットＳｉ基板とは、Ｙ軸をＳｉ＜１１０＞方向に沿ったＸ軸の周りに４２°回転した軸であるＹ´軸に垂直な上面１１ｅを有するＳｉ基板１１ｆである。
【0036】
基板１１が、４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合、即ち基板１１である回転ＹカットＳｉ基板の回転角が４２°である場合、後述する図１４乃至図１８を用いて説明するように、バッファ膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含む。これにより、バッファ膜１２上に形成される金属膜１３の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、金属膜１３上に形成される圧電体膜１５の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、圧電体膜１５の分極方向を一定方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
【0037】
また、基板１１である回転ＹカットＳｉ基板の回転角が３６°以上の場合、回転角が３６°未満の場合に比べ、回転角が４２°から離れすぎないので、基板１１が４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含むことができる。
【0038】
また、基板１１である回転ＹカットＳｉ基板の回転角が４８°以下の場合、回転角が４８°を超える場合に比べ、回転角が４２°から離れすぎないので、基板１１が４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含むことができる。
【0039】
ここで、ある膜がエピタキシャル成長しているとは、その膜が、互いに直交する３つの方向のいずれの方向にも配向、即ち三次元的に配向していることを意味する。
【0040】
図３に示すように、本実施の形態の膜構造体１０が有する基板１１として、Ｓｉ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。即ち、本実施の形態の膜構造体１０が有する基板１１は、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板である。
【0041】
基板１１としてＳＯＩ基板を用いる場合、基板１１は、Ｓｉよりなる基体１１ａと、基体１１ａ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１１ｂと、ＢＯＸ層１１ｂ上に形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）層であるＳｉ層１１ｃと、を含む。これにより、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。
【0042】
また、基板１１としてＳＯＩ基板を用いる場合、基板１１は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体１１ａと、基体１１ａ上に形成された絶縁層であるＢＯＸ層１１ｂと、ＢＯＸ層１１ｂ上に形成されたＳＯＩ層であるＳｉ層１１ｃと、を含むことになる。Ｓｉ層１１ｃの上面即ち基板１１の主面の結晶面のミラー指数（配向方向）は、基体１１ａの上面即ち基体１１ａの主面の結晶面のミラー指数（配向方向）と同一である。
【0043】
基体１１ａが、４２°の回転ＹカットＳｉ基板であり、Ｓｉ層１１ｃの上面即ち基板１１の主面の結晶面のミラー指数（配向方向）が、基体１１ａの上面即ち基体１１ａの主面の結晶面のミラー指数（配向方向）と同一である場合、基板１１が、４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、Ｓｉ層１１ｃ上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含む。これにより、バッファ膜１２上に形成される金属膜１３の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、金属膜１３上に形成される圧電体膜１５の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、圧電体膜１５の分極方向を一定方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
【0044】
また、基体１１ａである回転ＹカットＳｉ基板の回転角が３６°以上の場合、回転角が３６°未満の場合に比べ、回転角が４２°から離れすぎないので、基体１１ａが４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、Ｓｉ層１１ｃ上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含むことができる。
【0045】
また、基体１１ａである回転ＹカットＳｉ基板の回転角が４８°以下の場合、回転角が４８°を超える場合に比べ、回転角が４２°から離れすぎないので、基体１１ａが４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、Ｓｉ層１１ｃ上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含むことができる。
【0046】
好適には、金属膜１３はＰｔ膜を含む。Ｐｔは白金を表す。
【0047】
バッファ膜１２が基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含むことにより、金属膜１３に含まれるＰｔ膜を一定方向に配向させることができる。
【0048】
金属膜１３がＰｔ膜を含むことにより、Ｐｔ膜が一定方向に配向しているため、金属膜１３上に形成される圧電体膜１５の配向方向を更に一定方向に揃えやすくなる。
【0049】
好適には、圧電体膜１５は、ＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３を含む。ＰＺＴは、Ｐｂ（Ｚｒ１－ｘＴｉｘ）Ｏ３とも表記され、チタン酸ジルコン酸鉛を表す。ＡｌＮは窒化アルミニウムを表し、ＬｉＴａＯ３はタンタル酸リチウムを表し、ＬｉＮｂＯ３はニオブ酸リチウムを表す。
【0050】
圧電体膜１５がＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３を含むことにより、ＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３の圧電定数がそれ以外の材料に比べて大きいため、圧電体膜１５の圧電特性を向上させることができる。
【0051】
金属膜１３がエピタキシャル成長したＰｔ膜を含む場合、図４に示すように、好適には、膜構造体１０は、金属膜１３上にエピタキシャル成長したＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）膜即ちＳＲＯ膜１４を有する。ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）は、ルテニウム酸ストロンチウムを表す。
【0052】
ＳＲＯは、ペロブスカイト型構造を有する。そのため、膜構造体１０が金属膜１３上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜１４を有する場合、膜構造体１０が金属膜１３上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜を有しない場合に比べて、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物を含む圧電体膜１５を、基板１１上で、更に容易にエピタキシャル成長させることができる。このような場合、膜構造体１０は、ＳＲＯ膜１４上にエピタキシャル成長した圧電体膜１５を有する。
【0053】
膜構造体１０が、金属膜１３上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜１４を有する場合、後述する図１５を用いて説明するように、膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、ＳＲＯ膜１４のＳＲＯ（１１０）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測される。
【0054】
その結果、ＳＲＯ膜１４がエピタキシャル成長していることが明らかであるので、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板上にＳＲＯ膜１４がエピタキシャル成長することを容易に確認することができる。更に、ＳＲＯ膜１４は、２回対称性を有することが推測される。
【0055】
また、膜構造体１０が、金属膜１３上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜１４を有する場合、図４に示すように、好適には、膜構造体１０は、ＳＲＯ膜１４上にエピタキシャル成長した圧電体膜１５であるＰｂ（Ｚｒ１－ｘＴｉｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）膜即ちＰＺＴを含むＰＺＴ膜１５ａを有する。ＰＺＴは、チタン酸ジルコン酸鉛を表す。これにより、圧電体膜１５の圧電特性を向上させることができる。
【0056】
このような場合、後述する図１７を用いて説明するように、膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、ＰＺＴ膜１５ａのＰＺＴ（２１３）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測される。
【0057】
その結果、ＰＺＴ膜１５ａがエピタキシャル成長していることが明らかであるので、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板上にＰＺＴ膜１５ａがエピタキシャル成長することを容易に確認することができる。更に、ＰＺＴ膜１５ａは、２回対称性を有することが推測される。
【0058】
好適には、後述する図１８を用いて説明するように、膜構造体のＸ線逆格子空間マッピングにおいて、ＰＺＴ膜１５ａのＰＺＴ（１１０）面、基板１１のＳｉ（２２０）面及びＰＺＴ膜１５ａのＰＺＴ（１１２）面の各々をそれぞれ表す３つの逆格子点が、Ｑｚ方向に配列されている。
【0059】
このような場合、ＰＺＴ膜１５ａがエピタキシャル成長していることが確認でき、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板上にＰＺＴ膜１５ａがエピタキシャル成長することを容易に確認することができる。更に、例えば４２°の回転ＹカットＳｉ基板の表面と４２°の角度をなすＳｉ（１００）面（Ｓｉ（００１）面と称する）に対して垂直であるＰＺＴ膜１５ａのＰＺＴ（１１０）面と、当該Ｓｉ（００１）面に対して垂直であるＳｉ（１１０）面と、が互いに平行であることが推測される。
【0060】
なお、バッファ膜１２が、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含む場合、バッファ膜１２上に金属膜１３が形成されていない状態で、バッファ膜１２上にＳＲＯ膜１４を直接エピタキシャル成長させ、更にＳＲＯ膜１４上に圧電体膜１５をエピタキシャル成長させることもできる。このような場合、膜構造体１０は、バッファ膜１２上に直接エピタキシャル成長したＳＲＯ膜１４を有し、ＳＲＯ膜１４上にエピタキシャル成長した圧電体膜１５を有する。
【0061】
＜膜構造体の第１変形例＞
次に、本実施の形態の膜構造体の第１変形例について説明する。本第１変形例の膜構造体１０ａは、バッファ膜１２上に金属膜１３を介さずに圧電体膜１５としてＰＺＴ膜１５ａが形成される点で、実施の形態の膜構造体１０と異なる。図５は、実施の形態の第１変形例の膜構造体の断面図である。
次に、本実施の形態の膜構造体の第１変形例について説明する。本第１変形例の膜構造体１０ａは、バッファ膜１２上に金属膜１３を介さずに圧電体膜１５としてＰＺＴ膜１５ａが形成される点で、実施の形態の膜構造体１０と異なる。図５は、実施の形態の第１変形例の膜構造体の断面図である。
【0062】
図５に示すように、本第１変形例の膜構造体１０ａは、Ｓｉ基板である基板１１と、基板上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含むバッファ膜１２と、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長した圧電体膜１５としてのＰＺＴ膜１５ａと、を有する。基板１１は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板、又は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体１１ａ（図３参照）と、基体１１ａ上のＢＯＸ層１１ｂ（図３参照）と、ＢＯＸ層１１ｂ上のＳｉ膜よりなるＳＯＩ層であるＳｉ層１１ｃ（図３参照）と、を含むＳＯＩ基板、であり、Ｓｉ層１１ｃの上面の結晶面のミラー指数は、基体１１ａの上面の結晶面のミラー指数と同一である。
【0063】
本第１変形例でも、実施の形態と同様に、基板１１が、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板であるか、又は、Ｓｉ層１１ｃ（図３参照）の上面即ち基板１１の主面の結晶面のミラー指数（配向方向）が、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体１１ａ（図３参照）の上面即ち基体１１ａの主面の結晶面のミラー指数（配向方向）と同一である。これにより、バッファ膜１２上に形成される圧電体膜１５の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、圧電体膜１５の分極方向を一定方向に揃えた膜構造体を実現することができる。また、圧電体膜１５の上面に一対の櫛型電極を形成することにより、例えば圧電特性に優れた表面弾性波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）デバイスを実現することができる。なお、バッファ膜１２上に金属膜１３が形成されるものの、金属膜１３上にＳＲＯ膜を介さずに圧電体膜１５が形成されることもできる。
【0064】
＜膜構造体の第２変形例＞
次に、本実施の形態の膜構造体の第２変形例について説明する。図６は、実施の形態の第２変形例の膜構造体の断面図である。
次に、本実施の形態の膜構造体の第２変形例について説明する。図６は、実施の形態の第２変形例の膜構造体の断面図である。
【0065】
図６に示すように、本第２変形例の膜構造体１０ｂは、Ｓｉ基板である基板１１と、基板上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含むバッファ膜１２と、を有する。また、基板１１は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板である。基板１１は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板、又は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体１１ａ（図３参照）と、基体１１ａ上のＢＯＸ層１１ｂ（図３参照）と、ＢＯＸ層１１ｂ上のＳｉ膜よりなるＳＯＩ層であるＳｉ層１１ｃ（図３参照）と、を含むＳＯＩ基板、であり、Ｓｉ層１１ｃの上面の結晶面のミラー指数は、基体１１ａの上面の結晶面のミラー指数と同一である。
【0066】
本第２変形例でも、実施の形態と同様に、基板１１が、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板であるか、又は、Ｓｉ層１１ｃの上面即ち基板１１の主面の結晶面のミラー指数（配向方向）が、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体１１ａの上面即ち基体１１ａの主面の結晶面のミラー指数（配向方向）と同一である。これにより、バッファ膜１２上に形成される金属膜１３（図１参照）の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、金属膜１３上に形成される圧電体膜１５（図４参照）の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、圧電体膜１５の分極方向を一定方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
【0067】
＜成膜装置＞
次に、実施の形態の膜構造体の製造装置としての成膜装置について説明する。当該成膜装置は、後述する図１、図４、図６及び図１１乃至図１３を用いて説明する実施の形態の膜構造体の製造方法を実行するための成膜装置である。
次に、実施の形態の膜構造体の製造装置としての成膜装置について説明する。当該成膜装置は、後述する図１、図４、図６及び図１１乃至図１３を用いて説明する実施の形態の膜構造体の製造方法を実行するための成膜装置である。
【0068】
図７は、実施の形態の成膜装置を模式的に示す平面図である。図８は、実施の形態の成膜装置に備えられた電子ビーム蒸着装置を模式的に示す断面図である。図９は、実施の形態の成膜装置に備えられたＤＣスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。図１０は、実施の形態の成膜装置に備えられたＲＦスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。
【0069】
図７に示すように、本実施の形態の成膜装置２０は、ロードロック室２１と、搬送室２２と、搬送ロボット２３と、電子ビーム蒸着装置である蒸着室２４と、ＤＣスパッタリング装置であるスパッタ室２５と、ＲＦスパッタリング装置であるスパッタ室２６と、ＲＦスパッタリング装置であるスパッタ室２７と、制御部２８と、を有する。なお、図７は、蒸着室２４及び各スパッタ室が搬送室２２を介して互いに接続されたマルチチャンバー装置としての成膜装置を示しているが、蒸着室２４及び各スパッタ室は別々に設置されていてもよい。
【0070】
電子ビーム蒸着装置である蒸着室２４は、基板１１上にバッファ膜１２（図１参照）を形成するバッファ膜形成部である。ＤＣスパッタリング装置であるスパッタ室２５は、バッファ膜１２上に金属膜１３（図１参照）を形成する金属膜形成部である。ＲＦスパッタリング装置であるスパッタ室２６は、金属膜１３上にＳＲＯ膜１４（図４参照）を形成するＳＲＯ膜形成部である。ＲＦスパッタリング装置であるスパッタ室２７は、ＳＲＯ膜１４上に圧電体膜１５であるＰＺＴ膜１５ａ（図４参照）を形成する圧電体膜形成部である。制御部２８は、ロードロック室２１と、搬送室２２と、搬送ロボット２３と、蒸着室２４と、スパッタ室２５と、スパッタ室２６と、スパッタ室２７と、の動作を制御する。制御部２８は、中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）を備え、且つ、成膜装置２０の各部を制御するプロセスコントローラ（コンピュータ）３１と、ユーザインターフェース部３２と、記憶部３３と、を含む。
【0071】
ロードロック室２１には真空ポンプ（図示は省略）が接続され、成膜処理を施す基板（例えばＳｉウェハ）がロードロック室２１内に導入され、真空ポンプによってロードロック室２１内が真空排気される。
【0072】
搬送室２２は、ゲートバルブ３４を介してロードロック室２１に接続されている。搬送室２２内には搬送ロボット２３が配置されている。搬送室２２には真空ポンプ（図示は省略）が接続され、その真空ポンプによって搬送室２２内が真空排気される。
【0073】
図８に示すように、電子ビーム蒸着装置である蒸着室２４は、成膜チャンバー４１を有し、成膜チャンバー４１の下部には蒸着源４２が配置されている。成膜チャンバー４１の上部には、基板１１を保持する基板ホルダー４３が配置されている。基板ホルダー４３は、蒸着源４２と対向配置されている。蒸着源４２は、ジルコニウム（Ｚｒ）を含有する蒸着材料を収容したルツボ及び電子銃（EB gun）４４を有する。ルツボには冷却機構（図示は省略）が取り付けられている。蒸着源４２は、電子銃４４からの電子ビームを蒸着材料に照射して加熱し、蒸着材料を蒸発させる。
【0074】
基板ホルダー４３は基板１１を保持する。基板ホルダー４３は、回転機構４５に取り付けられ、回転機構４５によって基板ホルダー４３を回転させることができる。また、基板ホルダー４３の上部（基板１１が保持される部分である下部と反対側の部分）には、基板加熱機構としての加熱ヒータ（赤外線ランプ）４６が配置されている。基板ホルダー４３の下面（基板の設置面）には反射板（図示は省略）が配置されている。また、基板ホルダー４３は、基板温度を下げるための基板冷却機構（図示は省略）を備えている。
【0075】
成膜チャンバー４１には、反応ガスを供給する反応ガス供給機構（図示は省略）が接続されている。反応ガスは例えば酸素ガス（Ｏ２）である。また、成膜チャンバー４１には、成膜チャンバー４１の内部圧力を所定圧力まで下げるための排気ポンプ系（図示は省略）が接続されている。
【0076】
なお、本実施の形態の成膜装置２０は、バッファ膜形成部として、電子ビーム蒸着装置に代えて、ボート型蒸着装置、反応性スパッタリング装置、又は、ＲＦ型イオンプレーティング装置を有することもできる。
【0077】
図９に示すように、ＤＣスパッタリング装置であるスパッタ室２５は、チャンバー５１と、チャンバー５１内に設けられ、且つ、基板１１を保持する基板保持部５２と、を備えている。チャンバー５１、基板１１及び基板保持部５２は、接地されている。基板保持部５２は、基板１１を加熱する基板加熱機構としてのヒーター（図示は省略）を有することが好ましい。
【0078】
スパッタ室２５は、チャンバー５１内に設けられ、且つ、スパッタリングターゲットとしてのターゲット５３を保持するターゲット保持部５４を備えている。ターゲット保持部５４は、ターゲット保持部５４に保持されたターゲット５３が、基板保持部５２に保持された基板１１と対向するように、配置されている。また、スパッタ室２５は、チャンバー５１内を真空排気する真空ポンプ等の真空排気機構５５と、ターゲット保持部５４に電気的に接続され且つ直流電力をターゲット５３に供給する電力供給機構５６と、を有する。
【0079】
図１０に示すように、ＲＦスパッタリング装置であるスパッタ室２６は、チャンバー６１と、チャンバー６１内に設けられ、且つ、基板１１を保持する基板保持部６２と、を備えている。チャンバー６１、基板１１及び基板保持部６２は、接地されている。基板保持部６２は、基板１１を加熱するヒーター（図示は省略）を有することが好ましい。
【0080】
スパッタ室２６は、チャンバー６１内に設けられ、且つ、スパッタリングターゲットとしてのターゲット６３を保持するターゲット保持部６４を備えている。ターゲット保持部６４は、ターゲット保持部６４に保持されたターゲット６３が、基板保持部６２に保持された基板１１と対向するように、配置されている。ターゲット６３として、例えば比抵抗が１×１０７Ω・ｃｍ以上の絶縁物を含むターゲットを用いることもできる。
【0081】
スパッタ室２６は、出力供給機構６５を備えている。出力供給機構６５として、例えば高周波電源を用いることができる。出力供給機構６５は、整合器６６に電気的に接続されており、整合器６６は、ターゲット保持部６４に電気的に接続されている。なお、出力供給機構６５により高周波出力をターゲット保持部６４を介してターゲット６３に供給してもよく、出力供給機構６５により高周波出力をターゲット６３に直接供給してもよい。
【0082】
スパッタ室２６は、チャンバー６１内に希ガスを導入する第１のガス導入源６７と、チャンバー６１内に酸素（Ｏ２）ガスを導入する第２のガス導入源６８と、を備えている。また、成膜装置２０は、チャンバー６１内を真空排気する真空ポンプ等の真空排気機構６９を有する。好適には、第１のガス導入源６７によってチャンバー６１内に導入される希ガスは、アルゴン（Ａｒ）ガスである。
【0083】
また、スパッタ室２６は、成膜時における、第１のガス導入源６７により導入されるＡｒガスの流量と、第２のガス導入源６８により導入されるＯ２ガスの流量との比を制御する流量制御部（図示は省略）を備えていることが好ましい。また、スパッタ室２６は、成膜時におけるチャンバー６１内の圧力を制御する圧力制御部（図示は省略）を備えていることが好ましい。
【0084】
また、スパッタ室２６は、ターゲット６３に磁場を加える磁石７１と、この磁石７１を回転させる回転機構７２と、を備えている。
【0085】
なお、図示は省略するが、スパッタ室２７も、スパッタ室２６と同様にすることができる。
【0086】
前述したように、制御部２８は、ＣＰＵを備え、且つ、成膜装置２０の各部を制御するプロセスコントローラ（コンピュータ）３１と、ユーザインターフェース部３２と、記憶部３３と、を含む。
【0087】
ユーザインターフェース部３２は、作業者が成膜装置２０を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボード、及び、成膜装置２０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【0088】
記憶部３３には、成膜装置２０で実行される各種処理をプロセスコントローラ３１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）又は処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース部３２からの指示等にて、任意のレシピを記憶部３３から呼び出してプロセスコントローラ３１に実行させることで、プロセスコントローラ３１の制御下で、成膜装置２０での所望の処理が行われる。
【0089】
また、制御プログラム又は処理条件データ等のレシピは、例えばハードディスク、コンパクトディスク（Compact Disc：ＣＤ）、フレキシブルディスク又は半導体メモリ等、コンピュータで読取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。このような場合、当該レシピが記録された記録媒体が、記憶部３３にセットされ、記憶部３３にセットされた記録媒体から、当該レシピを呼び出してプロセスコントローラ３１に実行させることができる。或いは、他の装置から例えば専用回線を介して随時伝送させることにより、当該レシピをオンラインで呼び出してプロセスコントローラ３１に実行させることもできる。
【0090】
＜膜構造体の製造方法＞
次に、図１、図４、図６及び図１１乃至図１３を参照し、実施の形態の膜構造体の製造方法について説明する。図１１は、実施の形態の膜構造体の製造方法の一部のステップを示すフロー図である。図１２及び図１３は、実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
次に、図１、図４、図６及び図１１乃至図１３を参照し、実施の形態の膜構造体の製造方法について説明する。図１１は、実施の形態の膜構造体の製造方法の一部のステップを示すフロー図である。図１２及び図１３は、実施の形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
【0091】
まず、図６に示すように、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板である基板１１を用意即ち準備する。このとき、基板１１の上面には、ＳｉＯ２膜などの酸化膜が形成されていてもよい。
【0092】
基板１１が、４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合、即ち回転ＹカットＳｉ基板の回転角が４２°である場合、後述する図１４乃至図１８を用いて説明するように、バッファ膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含む。これにより、バッファ膜１２に形成される金属膜１３の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、金属膜１３上に形成される圧電体膜１５（図４参照）の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、圧電体膜１５の分極方向を一定方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
【0093】
また、回転ＹカットＳｉ基板の回転角が３６°以上の場合、回転角が３６°未満の場合に比べ、回転角が４２°から離れすぎないので、４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含むことができる。
【0094】
また、回転ＹカットＳｉ基板の回転角が４８°以下の場合、回転角が４８°を超える場合に比べ、回転角が４２°から離れすぎないので、４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含むことができる。
【0095】
また、図１２に示すように、Ｓｉ基板である基板１１に代えて、ＳＯＩ基板である基板１１を用意即ち準備することもできる。基板１１としてＳＯＩ基板を用いる場合、基板１１は、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板よりなる基体１１ａと、基体１１ａ上に形成されたＢＯＸ層１１ｂと、ＢＯＸ層上に形成されたＳＯＩ層であるＳｉ層１１ｃと、を含むことになる。Ｓｉ層１１ｃの上面即ち基板１１の主面の結晶面のミラー指数（配向方向）は、基体１１ａの上面即ち基体１１ａの主面の結晶面のミラー指数（配向方向）と同一である。
【0096】
基体１１ａが、４２°の回転ＹカットＳｉ基板であり、Ｓｉ層１１ｃの上面即ち基板１１の主面の結晶面のミラー指数（配向方向）が、基体１１ａの上面即ち基体１１ａの主面の結晶面のミラー指数（配向方向）と同一である場合、基板１１が、４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、Ｓｉ層１１ｃ上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長したＰｔ膜を含む。これにより、バッファ膜１２上に形成される金属膜１３の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、金属膜１３上に形成される圧電体膜１５（図４参照）の配向方向を一定方向に揃えやすくなり、圧電体膜１５の分極方向を一定方向に揃えた膜構造体を実現することができる。
【0097】
また、基体１１ａである回転ＹカットＳｉ基板の回転角が３６°以上の場合、回転角が３６°未満の場合に比べ、回転角が４２°から離れすぎないので、基体１１ａが４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、Ｓｉ層１１ｃ上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長した金属膜を含むことができる。
【0098】
また、基体１１ａである回転ＹカットＳｉ基板の回転角が４８°以下の場合、回転角が４８°を超える場合に比べ、回転角が４２°から離れすぎないので、基体１１ａが４２°の回転ＹカットＳｉ基板である場合と同様に、バッファ膜１２は、Ｓｉ層１１ｃ上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含み、金属膜１３は、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長した金属膜を含むことができる。
【0099】
【0100】
このステップＳ１では、まず、基板１１を、搬送ロボット２３（図７参照）により蒸着室２４（図７参照）に搬入し、搬入された基板１１を、基板ホルダー４３（図８参照）により保持する。また、基板ホルダー４３（図８参照）により保持された基板１１が一定の真空雰囲気中に配置された状態で、基板加熱機構としての加熱ヒータ４６（図８参照）により基板１１を例えば７００℃に加熱する。
【0101】
このステップＳ１では、次に、電子銃４４（図８参照）からの電子ビームを、ジルコニウム（Ｚｒ）単結晶の蒸着材料に照射して加熱し、蒸着材料を蒸発させる。このとき、蒸発したＺｒが例えば７００℃に加熱された基板１１上で酸素と反応することにより、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜となって成膜される。このようにして、基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含むバッファ膜１２を形成する。
【0102】
次に、バッファ膜１２上にエピタキシャル成長した金属膜１３を形成する（図１１のステップＳ２）。
【0103】
このステップＳ２では、まず、基板１１上にバッファ膜１２が形成された基板１１を、搬送ロボット２３（図７参照）によりスパッタ室２５（図７参照）に搬入し、搬入された基板１１を、基板保持部５２（図９参照）により保持する。また、基板１１が一定の真空雰囲気中に配置された状態で、基板加熱機構により基板１１を例えば４５０～６００℃に加熱する。
【0104】
このステップＳ２では、次に、例えばＰｔよりなるターゲットをＤＣスパッタすることにより、図１に示したように、バッファ膜１２上に、例えばＰｔ膜を含む金属膜１３を形成する。
【0105】
好適には、ステップＳ２では、バッファ膜１２上に、Ｐｔ膜を含みエピタキシャル成長した金属膜１３を形成する。
【0106】
バッファ膜１２が基板１１上にエピタキシャル成長したＺｒＯ２を含むことにより、金属膜１３に含まれるＰｔ膜を一定方向に配向させることができる。また、金属膜１３がＰｔ膜を含むことにより、Ｐｔ膜が一定方向に配向しているため、金属膜１３上に形成される圧電体膜１５（図４参照）の配向方向を更に一定方向に揃えやすくなる。
【0107】
ステップＳ２にて、エピタキシャル成長したＰｔ膜を含む金属膜１３を形成した後、図１３に示すように、好適には、金属膜１３上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜１４を形成する（図１１のステップＳ３）。これにより、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物を含む圧電体膜を、基板１１上で、更に容易に、エピタキシャル成長させることができる。
【0108】
好適には、圧電体膜１５は、ＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３を含む。圧電体膜１５がＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３を含むことにより、ＰＺＴ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３の圧電定数がそれ以外の材料に比べて大きいため、圧電特性を向上させることができる。
【0109】
また、ステップＳ３にて、金属膜１３上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜１４を形成した後、図４に示したように、好適には、ＳＲＯ膜１４上にエピタキシャル成長した圧電体膜１５であるＰＺＴ膜１５ａを形成する。これにより、圧電体膜１５の圧電特性を向上させることができる。なお、実施の形態の第１変形例で図５を用いて説明したように、バッファ膜１２上に金属膜１３を介さずに圧電体膜１５としてのＰＺＴ膜１５ａを形成することもできる。
【0110】
ステップＳ３にて、金属膜１３上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜１４を形成する場合、後述する図１５を用いて説明するように、膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、ＳＲＯ（１１０）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測され、ＳＲＯ膜１４がエピタキシャル成長することを容易に確認することができる。
【0111】
また、ステップＳ３にて、金属膜１３上にエピタキシャル成長したＳＲＯ膜１４を形成した場合、好適には、ＳＲＯ膜１４上にエピタキシャル成長した圧電体膜１５であるＰＺＴ膜１５ａを形成する。このような場合、後述する図１７を用いて説明するように、膜構造体のインプレーンＸ線回折パターンにおいて、ＰＺＴ膜１５ａのＰＺＴ（２１３）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測され、ＰＺＴ膜１５ａがエピタキシャル成長することを容易に確認することができる。
【0112】
好適には、後述する図１８を用いて説明するように、膜構造体のＸ線逆格子空間マッピングにおいて、ＰＺＴ膜１５ａのＰＺＴ（１１０）面、基板１１のＳｉ（２２０）面及びＰＺＴ膜１５ａのＰＺＴ（１１２）面の各々をそれぞれ表す３つの逆格子点が、Ｑｚ方向に配列されている。
【0113】
このような場合、ＰＺＴ膜１５ａがエピタキシャル成長していることが確認でき、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板上にＰＺＴ膜１５ａがエピタキシャル成長することを容易に確認することができる。更に、例えば４２°の回転ＹカットＳｉ基板の表面と４２°の角度をなすＳｉ（１００）面（Ｓｉ（００１）面と称する）に対して垂直であるＰＺＴ膜１５ａのＰＺＴ（１１０）面と、当該Ｓｉ（００１）面に対して垂直であるＳｉ（１１０）面と、が互いに平行であることが推測される。
【0114】
また、上記成膜装置２０を用いて、本実施の形態の膜構造体の製造工程を実施することができる。このような場合、本実施の形態の膜構造体の製造工程における制御プログラム又は処理条件データ等のレシピは、成膜装置２０に備えられる制御部２８に、本実施の形態の膜構造体の製造工程を実行させるためのプログラムである。また、記憶部３３にセットされ、制御プログラム又は処理条件データ等のレシピが記録された記録媒体は、成膜装置２０に備えられる制御部２８に、本実施の形態の膜構造体の製造工程を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体である。また、制御部２８は、バッファ膜形成部、金属膜形成部及びＳＲＯ膜形成部が、本実施の形態の膜構造体の製造工程を実行するように、バッファ膜形成部（蒸着室２４）、金属膜形成部（スパッタ室２５）及びＳＲＯ膜形成部（スパッタ室２６）の動作を制御する。
【実施例0115】
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。
【0116】
（実施例）
実施の形態で図４を用いて説明した膜構造体１０を、実施例の膜構造体として形成した。
実施の形態で図４を用いて説明した膜構造体１０を、実施例の膜構造体として形成した。
【0117】
［膜構造体の形成］
実施例の膜構造体の形成方法について説明する。まず、基板として、４２°の回転ＹカットＳｉ基板を用意した。
実施例の膜構造体の形成方法について説明する。まず、基板として、４２°の回転ＹカットＳｉ基板を用意した。
【0118】
次に、基板としてのウェハ上に、バッファ膜として、ＺｒＯ２膜を、電子ビーム蒸着法により形成した。
【0119】
次に、ＺｒＯ２膜上に、金属膜として、Ｐｔ膜を、スパッタリング法により形成した。
【0120】
次に、Ｐｔ膜上に、ＳＲＯ膜を、スパッタリング法により形成した。
【0121】
次に、ＳＲＯ膜上に、ＰＺＴ膜を、スパッタリング法により形成した。
【0122】
［膜構造体のω－２θスペクトル及びφスキャンスペクトル］
実施例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）及び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、ＰＺＴ膜までが形成された実施例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）及び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。
実施例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）及び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、ＰＺＴ膜までが形成された実施例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）及び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。
【0123】
図１４は、実施例の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。図１４のグラフの横軸は、角度２θを示し、図１４のグラフの縦軸は、Ｘ線の強度を示している（後述する図１６においても同様）。また、図１４は、２０°≦２θ≦１１０°の範囲を示している（後述する図１６においても同様）。なお、図１４中、Ｍ－ＺｒＯ２は、単斜晶の結晶構造を有するＺｒＯ２を意味する。
【0124】
図１４では、面間隔（格子定数）が求められる面（測定面）と基板表面との間の角度（例えばω－θ）が０°に等しい場合を、０°で表示している（後述する図１６においても同様）。また、測定面と基板表面との間の角度が０°と異なる場合を、測定面と基板表面との間の角度である１５°、３０°、４５°、６０°、７５°で表示している（後述する図１６においても同様）。なお、測定面と基板表面との間の角度が９０°未満の場合は、アウトオブプレーン測定に相当し、測定面と基板表面との間の角度が９０°に等しい場合は、インプレーン測定に相当する。
【0125】
図１４に示す例では、測定面と基板表面との間の角度が３０°近傍で、Ｓｉ基板のＳｉ（２２０）面の回折ピークで軸立てを行った後、測定面と基板表面との間の角度を０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°と変化させて６つのω－２θスペクトルを測定した結果を示している。
【0126】
図１４に示す６つのω－２θスペクトルにおいて、Ｓｉ（２２０）面及びＳｉ（４４０）面の回折ピークに加えて、ＺｒＯ２（１１１）面、ＳＲＯ（１１０）面、Ｐｔ（１１１）面、ＳＲＯ（２２０）の回折ピークが観測された。具体的には、測定面と基板表面との間の角度が０°のときに、ＺｒＯ２（１１１）面及びＰｔ（１１１）面の回折ピークが観測され、測定面と基板表面との間の角度が３０°のときに、ＳＲＯ（１１０）面、Ｓｉ（２２０）面、ＳＲＯ（２２０）面及びＳｉ（４４０）面の回折ピークが観測された。このように、６つのω－２θスペクトルにおいて、観測される回折ピークが全く異なっていた。
【0127】
従って、実施例の膜構造体において、Ｓｉ基板上に、ＺｒＯ２膜、Ｐｔ膜及びＳＲＯ膜が形成されていることが確認された。また、実施例の膜構造体が有するＺｒＯ２膜、Ｐｔ膜及びＳＲＯ膜の各々は、互いに直交する３つの方向のいずれの方向にも配向、即ち三次元的に配向しており、エピタキシャル成長していることが確認された。
【0128】
図１５は、実施例の膜構造体の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１５のグラフの横軸は、角度φを示し、図１５のグラフの縦軸は、Ｘ線の強度を示している（後述する図１７においても同様）。また、図１５は、０°≦φ≦３６０°の範囲を示している（後述する図１７においても同様）。
【0129】
図１５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ＳＲＯ（１１０）面の回折ピークに対応した角度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。
【0130】
図１５に示すφスキャンにおいて、φ＝２６６°の角度位置にＰｔ（２２０）面を表す１つの回折ピークが観測され、φ＝１９５°及びφ＝３３７°の２つの角度位置（角度差Δφ＝１４２°）の各々にＳＲＯ（１１０）面をそれぞれ表す２つの回折ピークが観測された。従って、Ｓｉ基板上にＰｔ膜がエピタキシャル成長し、Ｐｔ膜上にＳＲＯ膜がエピタキシャル成長していることが明らかになった。更に、ＳＲＯ膜は、２回対称性を有することが推測される。
【0131】
図１６は、実施例の膜構造体のＸＲＤ法によるω－２θスペクトルの例を示すグラフである。図１６に示す例では、測定面と基板表面との間の角度が４５°近傍で、ＰＺＴ膜のＰＺＴ（２１３）面の回折ピークで軸立てを行った後、測定面と基板表面との間の角度を０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°と変化させて６つのω－２θスペクトルを測定した結果を示している。
【0132】
図１６に示す６つのω－２θスペクトルにおいて、ＰＺＴ（１１０）面、Ｐｔ（１１１）面、ＰＺＴ（１１２）面、ＰＺＴ（２１３）面及びＰＺＴ（１０４）面の回折ピークが観測された。具体的には、測定面と基板表面との間の角度が０°のときに、Ｐｔ（１１１）面の回折ピークが観測され、測定面と基板表面との間の角度が１５°のときに、ＰＺＴ（１１２）面の回折ピークが観測された。また、測定面と基板表面との間の角度が３０°のときに、ＰＺＴ（１１０）面の回折ピークが観測され、測定面と基板表面との間の角度が４５°のときに、ＰＺＴ（２１３）面の回折ピークが観測され、測定面と基板表面との間の角度が７５°のときに、ＰＺＴ（１０４）面の回折ピークが観測された。このように、６つのω－２θスペクトルにおいて、観測される回折ピークが全く異なっていた。
【0133】
従って、実施例の膜構造体において、Ｐｔ膜及びＰＺＴ膜が形成されていることが確認された。また、実施例の膜構造体が有するＰｔ膜及びＰＺＴ膜は、互いに直交する３つの方向のいずれの方向にも配向、即ち三次元的に配向しており、エピタキシャル成長していることが確認された。
【0134】
図１７は、実施例の膜構造体の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１７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ＰＺＴ（２１３）面の回折ピークに対応した角度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。
【0135】
図１７に示すφスキャンにおいて、ＰＺＴ（２１３）面を表す２つの回折ピークが観測された。従って、ＰＺＴ膜がエピタキシャル成長していることが明らかになった。更に、ＰＺＴ膜は、２回対称性を有することが推測される。
【0136】
［膜構造体のＸ線逆格子空間マッピング］
次に、実施例の膜構造体について、Ｘ線逆格子空間マッピングを行った。Ｘ線逆格子空間マッピングは、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。
次に、実施例の膜構造体について、Ｘ線逆格子空間マッピングを行った。Ｘ線逆格子空間マッピングは、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。
【0137】
図１８は、実施例の膜構造体のＸ線逆格子空間マッピングの結果を示すグラフである。図１８の横軸は、実空間における４２°の回転ＹカットＳｉ基板の表面と４２°の角度をなすＳｉ基板のＳｉ（１００）面（Ｓｉ（００１）面と称する）に平行な方向の格子定数に対応した逆格子空間の方向であるＱｘ方向を表し、図１８の縦軸は、実空間におけるＳｉ（００１）面に垂直な方向に対応した逆格子空間の方向であるＱｚ方向を表している。
【0138】
図１８に示すように、実施例の膜構造体のＸ線逆格子空間マッピングにおいて、各逆格子点は、原点を中心として環状に分布しておらず、点として分布している。このことから、実施例の膜構造体が有する各層は、互いに直交する３つの方向のいずれの方向にも配向、即ち三次元的に配向しており、エピタキシャル成長していることが確認された。
【0139】
また、図１８に示すように、実施例の膜構造体のＸ線逆格子空間マッピングにおいて、ＰＺＴ膜のＰＺＴ（１１０）面、基板のＳｉ（２２０）面及びＰＺＴ膜のＰＺＴ（１１２）面の各々をそれぞれ表す３つの逆格子点が、Ｑｚ方向に配列されている。このことから、実施例の膜構造体が有するＰＺＴ膜は、エピタキシャル成長していることが確認された。更に、４２°の回転ＹカットＳｉ基板の表面と４２°の角度をなすＳｉ基板のＳｉ（１００）面（Ｓｉ（００１）面と称する）に対して垂直なＰＺＴ膜のＰＺＴ（１１０）面と、当該Ｓｉ（００１）面に対して垂直であるＳｉ（１１０）面と、が互いに平行であることが推測される。
【0140】
なお、実施例では、４２°の回転ＹカットＳｉ基板を用いた。しかし、詳細な説明は省略するものの、４２°の回転ＹカットＳｉ基板に代えて、３６°の回転ＹカットＳｉ基板及び４８°の回転ＹカットＳｉ基板を用いた場合、及び、基板１１として図３を用いて説明したＳＯＩ基板を用いた場合にも、４２°の回転ＹカットＳｉ基板を用いた場合と略同様の結果が得られた。そのため、３６°～４８°の回転ＹカットＳｉ基板のいずれのカット角のＳｉ基板を用いた場合、及び、基板１１として図３を用いて説明したＳＯＩ基板を用いた場合でも、略同様の結果が得られることが確認された。
【0141】
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。
【0142】
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。
【0143】
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。
【符号の説明】
【0144】
１０、１０ａ、１０ｂ 膜構造体
１１ 基板
１１ａ 基体
１１ｂ ＢＯＸ層
１１ｃ Ｓｉ層
１１ｅ 上面
１１ｆ Ｓｉ基板
１２ バッファ膜
１３ 金属膜
１４ ＳＲＯ膜
１５ 圧電体膜
１５ａ ＰＺＴ膜
２０ 成膜装置
２１ ロードロック室
２２ 搬送室
２３ 搬送ロボット
２４ 蒸着室
２５～２７ スパッタ室
２８ 制御部
３１ プロセスコントローラ
３２ ユーザインターフェース部
３３ 記憶部
３４ ゲートバルブ
４１ 成膜チャンバー
４２ 蒸着源
４３ 基板ホルダー
４４ 電子銃
４５ 回転機構
４６ 加熱ヒータ
５１、６１ チャンバー
５２、６２ 基板保持部
５３、６３ ターゲット
５４、６４ ターゲット保持部
５５、６９ 真空排気機構
５６ 電力供給機構
６５ 出力供給機構
６６ 整合器
６７ 第１のガス導入源
６８ 第２のガス導入源
７１ 磁石
７２ 回転機構
１１ 基板
１１ａ 基体
１１ｂ ＢＯＸ層
１１ｃ Ｓｉ層
１１ｅ 上面
１１ｆ Ｓｉ基板
１２ バッファ膜
１３ 金属膜
１４ ＳＲＯ膜
１５ 圧電体膜
１５ａ ＰＺＴ膜
２０ 成膜装置
２１ ロードロック室
２２ 搬送室
２３ 搬送ロボット
２４ 蒸着室
２５～２７ スパッタ室
２８ 制御部
３１ プロセスコントローラ
３２ ユーザインターフェース部
３３ 記憶部
３４ ゲートバルブ
４１ 成膜チャンバー
４２ 蒸着源
４３ 基板ホルダー
４４ 電子銃
４５ 回転機構
４６ 加熱ヒータ
５１、６１ チャンバー
５２、６２ 基板保持部
５３、６３ ターゲット
５４、６４ ターゲット保持部
５５、６９ 真空排気機構
５６ 電力供給機構
６５ 出力供給機構
６６ 整合器
６７ 第１のガス導入源
６８ 第２のガス導入源
７１ 磁石
７２ 回転機構
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】