知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2024065465
(43)【公開日】2024-05-15
(54)【発明の名称】成膜方法および成膜装置
(51)【国際特許分類】
C23C 14/08 20060101AFI20240508BHJP
C23C 14/34 20060101ALI20240508BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20240508BHJP
H10N 30/076 20230101ALI20240508BHJP
H10N 30/079 20230101ALI20240508BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20240508BHJP
【ＦＩ】
C23C14/08 K
C23C14/34 A
H01L41/187
H01L41/316
H01L41/319
H01L41/08 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022174333
(22)【出願日】2022-10-31
(71)【出願人】
【識別番号】000231464
【氏名又は名称】株式会社アルバック
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(72)【発明者】
【氏名】松岡 耕平
(72)【発明者】
【氏名】露木 達朗
(72)【発明者】
【氏名】小林 宏樹
(72)【発明者】
【氏名】石渡 祥貴
(72)【発明者】
【氏名】坂本 大河
(72)【発明者】
【氏名】松本 浩一
【テーマコード（参考）】
4K029
【Ｆターム（参考）】
4K029BA50
4K029BB02
4K029CA06
4K029DC05
4K029DC16
4K029DC35
(57)【要約】
【課題】クラック発生を抑制し、ＬｉＮｂＯ３層の結晶成長を可能とする。
【解決手段】スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する。
【選択図】図１
【解決手段】スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、
圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、
原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する、
ことを特徴とする成膜方法。
圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、
原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する、
ことを特徴とする成膜方法。
【請求項2】
前記圧電体層と同じ組成を有し結晶方位を所定の面方向に配向した下地層を成膜する下地層形成工程を有し、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層に、結晶方位を同じ面方向に配向した前記圧電体層を積層するとともに、前記下地層形成工程に比べてアノード電極側に印加する基板バイアス電力が高い、
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
前記圧電体層形成工程では、前記下地層に、結晶方位を同じ面方向に配向した前記圧電体層を積層するとともに、前記下地層形成工程に比べてアノード電極側に印加する基板バイアス電力が高い、
ことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項3】
前記圧電体層形成工程では、前記下地層形成工程に比べてスパッタリングターゲットに含有されるＬｉの組成比が多い、
ことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
ことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項4】
前記下地層形成工程で成膜する前記下地層の膜厚が１０ｎｍ～４０ｎｍの範囲である、
ことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
ことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項5】
前記下地層形成工程の前に、バッファ層を成膜するバッファ層形成工程を有し、前記バッファ層により前記下地層の結晶配向方向を規定する、
ことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
ことを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項6】
請求項２から５のいずれか記載の成膜をおこなう装置であって、
前記下地層形成工程をおこなう第1チャンバと、
前記圧電体層形成工程をおこなう第２チャンバと、
を有し、
前記第1チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第１支持部と、前記第１支持部に対向して配置され第１ターゲットを有する第１カソードと、前記第１支持部に基板バイアス電力を供給する第１バイアス電力供給部と、前記第１カソードに電力を供給する第１電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第１ガス供給部と、
を備え、
前記第２チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第２支持部と、前記第２支持部に対向して配置され第２ターゲットを有する第２カソードと、前記第２支持部に基板バイアス電力を供給する第２バイアス電力供給部と、前記第２カソードに電力を供給する第２電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットに比べて含有されるＬｉの組成比が多い、
ことを特徴とする成膜装置。
前記下地層形成工程をおこなう第1チャンバと、
前記圧電体層形成工程をおこなう第２チャンバと、
を有し、
前記第1チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第１支持部と、前記第１支持部に対向して配置され第１ターゲットを有する第１カソードと、前記第１支持部に基板バイアス電力を供給する第１バイアス電力供給部と、前記第１カソードに電力を供給する第１電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第１ガス供給部と、
を備え、
前記第２チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第２支持部と、前記第２支持部に対向して配置され第２ターゲットを有する第２カソードと、前記第２支持部に基板バイアス電力を供給する第２バイアス電力供給部と、前記第２カソードに電力を供給する第２電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットに比べて含有されるＬｉの組成比が多い、
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項7】
前記第２バイアス電力供給部は、前記第１バイアス電力供給部に比べて印加する基板バイアス電力が高い、
ことを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
ことを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は成膜方法および成膜装置に関し、特に圧電体膜の形成方法及び圧電デバイスに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【0002】
ＩｏＴ関連の急速な市場拡大を背景に、通信分野の需要が高まっている。通信接続速度及び通信帯域の向上により、フィルタ性能の向上が求められている。現在、フィルタとしては、ＦＢＡＲ型フィルタ（Ｆｉｌｍ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）やＳＡＷ型フィルタ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ ｆｉｌｔｅｒ）が主流であり、周波数帯で棲み分けられている。ＦＢＡＲ型フィルタとしては、例えば、特許文献１に記載されたバルク音響共振器が知られている。
【0003】
特許文献１に例示されるように、ＦＢＡＲ型フィルタの圧電体膜には、通常、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が使われている。しかし、最近では、更なる性能向上のために、電気機械結合係数が優れた材料が求められており、ＳｃをドーピングしたＡｌＮ（Ｓｃ－ＡｌＮ）の開発が盛んになっている。また、最近では、ＡｌＮに代えて、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３を用いた圧電体膜の開発も盛んになってきている。
【0004】
ＬｉＮｂＯ３は、バルク体を３６°回転Ｙカットした場合に準縦波の電気機械結合係数が最大で約５０％を示すとされており、ＳｃをドーピングしたＡｌＮ（Ｓｃ－ＡｌＮ）の電気機械結合係数が最大でも２０％程度であることから、その潜在的性能の高さが伺える。ただし、ＬｉＮｂＯ３は、単結晶における３６°回転Ｙカット方向に相当する方向に配向させることによって電気機械結合係数が最大値を示すものとされているため、ＬｉＮｂＯ３よりなる圧電体膜を形成するためには、その配向方向を薄膜形成プロセスにて正確に制御する必要がある。また、ＬｉＴａＯ３についても、３６°回転Ｙカット方向に配向させることによって高い電気機械結合係数が得られるとされているため、ＬｉＮｂＯ３の場合と同様に、薄膜形成時に配向方向の制御が必要になる。
【0005】
ＦＢＡＲ型フィルタを構成するためには、基板上に下部電極を形成し、下部電極上に圧電材料からなる圧電体膜を形成し、更にその上に上部電極を形成する必要がある。下部電極の材質は、例えば、モリブデン、ルテニウム、タングステン、イリジウム、白金などが挙げられるが、これらの材質からなる下部電極上にＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜を形成すると、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３は単結晶におけるＺカット方向に相当する方向であるｃ軸方向に配向し、３６°回転Ｙカット方向に相当する方向である（０１２）方向には配向しないため、形成された圧電体膜は高い電気機械結合係数を発揮することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１９－１９３１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来技術では、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層が成膜できた場合でも、膜応力が高くなりクラックが発生して、実用に耐えなかった。また、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層が成膜できた場合でも、ＮｂまたはＴａに比べてＬｉの比率が低くなり、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層の結晶が得られなかった。さらに、電気機械合係数ｋ２が所望の範囲とならない。
【0008】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．配向制御したＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層をクラックなしに成膜可能とすること。
２．Ｌｉの比率がＮｂまたはＴａに対して低下することを防止して、結晶化したＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層を成長可能とすること。
１．配向制御したＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層をクラックなしに成膜可能とすること。
２．Ｌｉの比率がＮｂまたはＴａに対して低下することを防止して、結晶化したＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層を成長可能とすること。
【課題を解決するための手段】
【0009】
（１）本発明の一態様にかかる成膜方法は、
スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、
圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、
原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する、
ことにより上記課題を解決した。
（２）本発明の成膜方法は、上記（１）において、
前記圧電体層と同じ組成を有し結晶方位を所定の面方向に配向した下地層を成膜する下地層形成工程を有し、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層に、結晶方位を同じ面方向に配向した前記圧電体層を積層するとともに、前記下地層形成工程に比べてアノード電極側に印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
（３）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層形成工程に比べてスパッタリングターゲットに含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
（４）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記下地層形成工程で成膜する前記下地層の膜厚が１０ｎｍ～４０ｎｍの範囲である、
ことができる。
（５）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記下地層形成工程の前に、バッファ層を成膜するバッファ層形成工程を有し、前記バッファ層により前記下地層の結晶配向方向を規定する、
ことができる。
（６）本発明の他の態様にかかる成膜装置は、
上記（２）から（５）のいずれか記載の成膜をおこなう装置であって、
前記下地層形成工程をおこなう第1チャンバと、
前記圧電体層形成工程をおこなう第２チャンバと、
を有し、
前記第1チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第１支持部と、前記第１支持部に対向して配置され第１ターゲットを有する第１カソードと、前記第１支持部に基板バイアス電力を供給する第１バイアス電力供給部と、前記第１カソードに電力を供給する第１電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第１ガス供給部と、
を備え、
前記第２チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第２支持部と、前記第２支持部に対向して配置され第２ターゲットを有する第２カソードと、前記第２支持部に基板バイアス電力を供給する第２バイアス電力供給部と、前記第２カソードに電力を供給する第２電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットに比べて含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
（７）本発明の成膜装置は、上記（６）において、
前記第２バイアス電力供給部は、前記第１バイアス電力供給部に比べて印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、
圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、
原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する、
ことにより上記課題を解決した。
（２）本発明の成膜方法は、上記（１）において、
前記圧電体層と同じ組成を有し結晶方位を所定の面方向に配向した下地層を成膜する下地層形成工程を有し、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層に、結晶方位を同じ面方向に配向した前記圧電体層を積層するとともに、前記下地層形成工程に比べてアノード電極側に印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
（３）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層形成工程に比べてスパッタリングターゲットに含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
（４）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記下地層形成工程で成膜する前記下地層の膜厚が１０ｎｍ～４０ｎｍの範囲である、
ことができる。
（５）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記下地層形成工程の前に、バッファ層を成膜するバッファ層形成工程を有し、前記バッファ層により前記下地層の結晶配向方向を規定する、
ことができる。
（６）本発明の他の態様にかかる成膜装置は、
上記（２）から（５）のいずれか記載の成膜をおこなう装置であって、
前記下地層形成工程をおこなう第1チャンバと、
前記圧電体層形成工程をおこなう第２チャンバと、
を有し、
前記第1チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第１支持部と、前記第１支持部に対向して配置され第１ターゲットを有する第１カソードと、前記第１支持部に基板バイアス電力を供給する第１バイアス電力供給部と、前記第１カソードに電力を供給する第１電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第１ガス供給部と、
を備え、
前記第２チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第２支持部と、前記第２支持部に対向して配置され第２ターゲットを有する第２カソードと、前記第２支持部に基板バイアス電力を供給する第２バイアス電力供給部と、前記第２カソードに電力を供給する第２電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットに比べて含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
（７）本発明の成膜装置は、上記（６）において、
前記第２バイアス電力供給部は、前記第１バイアス電力供給部に比べて印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
【0010】
（１）本発明の一態様にかかる成膜方法は、
スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、
圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、
原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する、
ことにより上記課題を解決した。
スパッタリング法によりＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体層を基板表面に成膜する方法であって、
圧電体層を積層する圧電体層形成工程では、
原子比が、
１．５≦Ｌｉ／Ｎｂ≦３
または
１．５≦Ｌｉ／Ｔａ≦３
の関係式を満たすスパッタリングターゲットを用いるとともに、アノード電極側に基板バイアス電力を印加する、
ことにより上記課題を解決した。
【0011】
上記の構成によれば、基板バイアス電力を印加した状態で圧電体層を積層することで、膜応力を押さえてクラック発生を抑制するとともに、ＬｉとＮｂの組成比、または、ＬｉとＴａの組成比、が所定の範囲であるＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる結晶化した圧電体膜を形成することが可能となる。
【0012】
（２）本発明の成膜方法は、上記（１）において、
前記圧電体層と同じ組成を有し結晶方位を所定の面方向に配向した下地層を成膜する下地層形成工程とを有し、
前記下地層に、結晶方位を同じ面方向に配向した前記圧電体層を積層する圧電体層形成工程と、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層形成工程に比べてアノード電極側に印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
前記圧電体層と同じ組成を有し結晶方位を所定の面方向に配向した下地層を成膜する下地層形成工程とを有し、
前記下地層に、結晶方位を同じ面方向に配向した前記圧電体層を積層する圧電体層形成工程と、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層形成工程に比べてアノード電極側に印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
【0013】
上記の構成によれば、下地層として、圧電体層と同じ組成で所定の配向である層を積層し、その後、基板バイアス電力を印加した状態で、下地層と同じ組成を有する圧電体層を積層することで、膜応力を押さえてクラック発生を抑制するとともに、ＬｉとＮｂの組成比、または、ＬｉとＴａの組成比、が所定の範囲であるＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる結晶化した圧電体膜を形成することが可能となる。なお圧電体層と同じ組成を有する下地層とは、圧電体層と下地層との積層がＬｉＮｂＯ３の積層またはＬｉＴａＯ３の積層からなることを指す。
【0014】
（３）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記圧電体層形成工程では、前記下地層形成工程に比べてスパッタリングターゲットに含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
前記圧電体層形成工程では、前記下地層形成工程に比べてスパッタリングターゲットに含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
【0015】
上記の構成によれば、基板バイアス電力を印加してクラック発生を抑制するとともに、リスパッタされてＬｉが抜け、Ｌｉの組成比が低減していまい結晶化できないことを防止して、ＬｉとＮｂの組成比、または、ＬｉとＴａの組成比、が所定の状態であるＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる結晶化した圧電体膜を形成することができる。
【0016】
（４）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記下地層形成工程で成膜する前記下地層の膜厚が１０ｎｍ～４０ｎｍの範囲である、
ことができる。
前記下地層形成工程で成膜する前記下地層の膜厚が１０ｎｍ～４０ｎｍの範囲である、
ことができる。
【0017】
上記の構成によれば、下地層における結晶配向を所定の状態に規定するとともに膜応力を抑制して、下地層形成工程よりも後工程である圧電体層形成工程において、膜応力を押さえてクラック発生を抑制するとともに、Ｌｉと、ＮｂまたはＴａとの組成が所定の状態であるＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる結晶化した圧電体膜を形成することが可能となる。
【0018】
（５）本発明の成膜方法は、上記（２）において、
前記下地層形成工程の前に、バッファ層を成膜するバッファ層形成工程を有し、前記バッファ層により前記下地層の結晶配向方向を規定する、
ことができる。
前記下地層形成工程の前に、バッファ層を成膜するバッファ層形成工程を有し、前記バッファ層により前記下地層の結晶配向方向を規定する、
ことができる。
【0019】
上記の構成によれば、膜応力を押さえてクラック発生を抑制するとともに、ＬｉとＮｂの組成比、または、ＬｉとＴａの組成比、が所定の状態であるＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる結晶化した圧電体膜を形成することが可能となるとともに、このＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる下地層および圧電体層の結晶配向を（０１２）（００６）等、所定の状態として形成することを選択することが可能となる。
【0020】
（６）本発明の他の態様にかかる成膜装置は、
上記（２）から（５）のいずれか記載の成膜をおこなう装置であって、
前記下地層形成工程をおこなう第1チャンバと、
前記圧電体層形成工程をおこなう第２チャンバと、
を有し、
前記第1チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第１支持部と、前記第１支持部に対向して配置され第１ターゲットを有する第１カソードと、前記第１支持部に基板バイアス電力を供給する第１バイアス電力供給部と、前記第１カソードに電力を供給する第１電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第１ガス供給部と、
を備え、
前記第２チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第２支持部と、前記第２支持部に対向して配置され第２ターゲットを有する第２カソードと、前記第２支持部に基板バイアス電力を供給する第２バイアス電力供給部と、前記第２カソードに電力を供給する第２電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットに比べて含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
上記（２）から（５）のいずれか記載の成膜をおこなう装置であって、
前記下地層形成工程をおこなう第1チャンバと、
前記圧電体層形成工程をおこなう第２チャンバと、
を有し、
前記第1チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第１支持部と、前記第１支持部に対向して配置され第１ターゲットを有する第１カソードと、前記第１支持部に基板バイアス電力を供給する第１バイアス電力供給部と、前記第１カソードに電力を供給する第１電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第１ガス供給部と、
を備え、
前記第２チャンバは、基板を支持してアノード電極側となる第２支持部と、前記第２支持部に対向して配置され第２ターゲットを有する第２カソードと、前記第２支持部に基板バイアス電力を供給する第２バイアス電力供給部と、前記第２カソードに電力を供給する第２電力供給部と、スパッタリング時にガスを供給する第２ガス供給部と、
を備え、
前記第２ターゲットは、前記第１ターゲットに比べて含有されるＬｉの組成比が多い、
ことができる。
【0021】
上記の構成によれば、第１チャンバで下地層を成膜し、第２チャンバで圧電体層を形成することで、膜応力を押さえてクラック発生を抑制するとともに、リスパッタされてＬｉが抜け、Ｌｉの組成比が低減していまい結晶化できないことを防止して、ＬｉとＮｂの組成比、または、ＬｉとＴａの組成比、が所定の状態であるＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる結晶化した圧電体膜を形成することが可能となる。
【0022】
（７）本発明の成膜装置は、上記（６）において、
前記第２バイアス電力供給部は、前記第１バイアス電力供給部に比べて印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
前記第２バイアス電力供給部は、前記第１バイアス電力供給部に比べて印加する基板バイアス電力が高い、
ことができる。
【0023】
上記の構成によれば、第１チャンバで下地層を成膜し、第２チャンバで圧電体層を形成することで、基板バイアス電力を印加した状態で圧電体層を積層することで、膜応力を押さえてクラック発生を抑制するとともに、Ｌｉと、ＮｂまたはＴａとの組成が所定の状態であるＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる結晶化した圧電体膜を形成することができる。
【0024】
なお、第1チャンバにおいては、斜め入射、つまり、スパッタリング時のカソードと基板とが平行でなくターゲット表面と基板表面とが傾いていること、また、基板中心法線から離間した位置にカソードが配置されていることもできる。
さらに、第１バイアス電力供給部から供給される電力周波数が、第１電力供給部から供給される電力周波数よりも低いことができ、第２バイアス電力供給部から供給される電力周波数が、第２電力供給部から供給される電力周波数よりも低いことができる。
さらに、第１バイアス電力供給部から供給される電力周波数が、第１電力供給部から供給される電力周波数よりも低いことができ、第２バイアス電力供給部から供給される電力周波数が、第２電力供給部から供給される電力周波数よりも低いことができる。
【0025】
さらに、本発明は以下の構成を採用することもできる。
［１］ ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜を形成する圧電体膜の形成方法であって、
基材（基板）上に、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるバッファ層を形成し、前記バッファ層の上方に、スパッタリング法により前記圧電体膜を形成する、ことができる。
ここで、前記圧電体膜が下地層と、ＬｉＴａＯ３層（圧電体層）からなることができる。
［２］ ［１］において、前記バッファ層が、ＬａＮｉＯ３、ＡｇまたはＴｉＮからなる、ことができる。
［３］ ［１］において、前記バッファ層が、Ａｇ膜上にＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＷＮのうちの１種からなる膜が積層されたものである、ことができる。
［３Ａ］ ［１］において、前記バッファ層が、Ｓｉ基板表面からＳｉＯ２を除去して、ＹＳＺ（ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３）、Ｐｔ、ＬｉＴａＯ３からなる膜が積層されたものである、ことができる。
［４］ ［１］において、前記スパッタリング法が、ニオブ金属もしくはニオブ酸化物からなる第１のターゲットと、酸化リチウムからなる第２のターゲットとを用いるコスパッタリング法である、ことができる。第１のターゲットと第２のターゲットがそれぞれ組成の異なるリチウムニオブ酸化物であってもよい。
［１］ ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜を形成する圧電体膜の形成方法であって、
基材（基板）上に、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるバッファ層を形成し、前記バッファ層の上方に、スパッタリング法により前記圧電体膜を形成する、ことができる。
ここで、前記圧電体膜が下地層と、ＬｉＴａＯ３層（圧電体層）からなることができる。
［２］ ［１］において、前記バッファ層が、ＬａＮｉＯ３、ＡｇまたはＴｉＮからなる、ことができる。
［３］ ［１］において、前記バッファ層が、Ａｇ膜上にＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＷＮのうちの１種からなる膜が積層されたものである、ことができる。
［３Ａ］ ［１］において、前記バッファ層が、Ｓｉ基板表面からＳｉＯ２を除去して、ＹＳＺ（ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３）、Ｐｔ、ＬｉＴａＯ３からなる膜が積層されたものである、ことができる。
［４］ ［１］において、前記スパッタリング法が、ニオブ金属もしくはニオブ酸化物からなる第１のターゲットと、酸化リチウムからなる第２のターゲットとを用いるコスパッタリング法である、ことができる。第１のターゲットと第２のターゲットがそれぞれ組成の異なるリチウムニオブ酸化物であってもよい。
【0026】
［１Ｂ］ ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜を形成する圧電体膜の形成方法であって、
基材上に、前記圧電体膜の結晶方位を（００６）面方向に配向させるバッファ層を形成し、前記バッファ層の上方に、スパッタリング法により前記圧電体膜を形成する、ことができる。
ここで、前記圧電体膜が下地層と、ＬｉＴａＯ３層（圧電体層）からなることができる。
［２Ｂ］ ［１Ｂ］において、前記バッファ層が、ＳｉＯ２、ＴｉＯＸ、Ｐｔからなる、ことができる。
［４Ｂ］ ［１Ｂ］において、前記スパッタリング法が、ＬｉＴａＯ３からなるターゲットを用いる、記載の圧電体膜の形成方法。
［２Ｃ］ 上記のいずれかにおいて、前記バッファ層が、Ｐｔからなる層を含む、ことができる。
基材上に、前記圧電体膜の結晶方位を（００６）面方向に配向させるバッファ層を形成し、前記バッファ層の上方に、スパッタリング法により前記圧電体膜を形成する、ことができる。
ここで、前記圧電体膜が下地層と、ＬｉＴａＯ３層（圧電体層）からなることができる。
［２Ｂ］ ［１Ｂ］において、前記バッファ層が、ＳｉＯ２、ＴｉＯＸ、Ｐｔからなる、ことができる。
［４Ｂ］ ［１Ｂ］において、前記スパッタリング法が、ＬｉＴａＯ３からなるターゲットを用いる、記載の圧電体膜の形成方法。
［２Ｃ］ 上記のいずれかにおいて、前記バッファ層が、Ｐｔからなる層を含む、ことができる。
【0027】
［５］ 圧電デバイスであって、基材（基板）と、
前記基材上に配置されたバッファ層と、
前記バッファ層上に配置されて（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜と、を備え、
前記バッファ層は、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものである層である、ことができる。
［６］ 圧電デバイスであって、基材と、
下部電極と、
前記下部電極上に配置されたバッファ層と、
前記バッファ層上に配置されて（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜と、
前記圧電体膜上に配置された上部電極と、を備え、
前記バッファ層は、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものである層である、ことができる。
前記基材上に配置されたバッファ層と、
前記バッファ層上に配置されて（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜と、を備え、
前記バッファ層は、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものである層である、ことができる。
［６］ 圧電デバイスであって、基材と、
下部電極と、
前記下部電極上に配置されたバッファ層と、
前記バッファ層上に配置されて（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜と、
前記圧電体膜上に配置された上部電極と、を備え、
前記バッファ層は、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものである層である、ことができる。
【0028】
［７］ 圧電デバイスであって、基材と、
前記基材上に配置されて下部電極を兼ねるバッファ層と、
前記バッファ層上に配置されて（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜と、
前記圧電体膜上に配置された上部電極と、を備え、
前記バッファ層は、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものである層である、ことができる。
［８］ 圧電デバイスであって、基材と、
前記基板上に配置されたバッファ層と、
前記バッファ層上に配置された下部電極と、
前記下部電極上に配置されて（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜と、
前記圧電体膜上に配置された上部電極と、を備え、
前記バッファ層は、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものである層である、ことができる。
前記基材上に配置されて下部電極を兼ねるバッファ層と、
前記バッファ層上に配置されて（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜と、
前記圧電体膜上に配置された上部電極と、を備え、
前記バッファ層は、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものである層である、ことができる。
［８］ 圧電デバイスであって、基材と、
前記基板上に配置されたバッファ層と、
前記バッファ層上に配置された下部電極と、
前記下部電極上に配置されて（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜と、
前記圧電体膜上に配置された上部電極と、を備え、
前記バッファ層は、前記圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものである層である、ことができる。
【0029】
［９］ ［５］または［６］において、前記バッファ層が、ＴｉＮまたはＬａＮｉＯ３からなる、ことができる。
［１０］ ［５］または［７］において、前記バッファ層が、Ａｇからなる、ことができる。
［１１］ ［５］または［７］において、前記バッファ層がＡｇからなるとともに、前記バッファ層上にＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＷＮのうちの１種からなる膜が積層されている、ことができる。
［１２］ ［８］において、前記バッファ層が、ＴｉＮからなる、ことができる。
［１３］ ［５］乃至［１２］の何れか一項において、前記圧電体膜の膜厚が、３００ｎｍ以下である、ことができる。
［１４］ ［５］乃至［１３］の何れか一項において、前記圧電体膜に対してＸ線回折のロッキングカーブ測定を行った場合における前記圧電体膜の（０１２）面のＸ線回折ピークの半価幅が、１０°以下である、ことができる。
［１５］ ［５］乃至［１４］の何れかに記載の圧電デバイスが、ＦＢＡＲ型フィルタまたはＳＡＷ型フィルタである、ことができる。
［１０］ ［５］または［７］において、前記バッファ層が、Ａｇからなる、ことができる。
［１１］ ［５］または［７］において、前記バッファ層がＡｇからなるとともに、前記バッファ層上にＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＷＮのうちの１種からなる膜が積層されている、ことができる。
［１２］ ［８］において、前記バッファ層が、ＴｉＮからなる、ことができる。
［１３］ ［５］乃至［１２］の何れか一項において、前記圧電体膜の膜厚が、３００ｎｍ以下である、ことができる。
［１４］ ［５］乃至［１３］の何れか一項において、前記圧電体膜に対してＸ線回折のロッキングカーブ測定を行った場合における前記圧電体膜の（０１２）面のＸ線回折ピークの半価幅が、１０°以下である、ことができる。
［１５］ ［５］乃至［１４］の何れかに記載の圧電デバイスが、ＦＢＡＲ型フィルタまたはＳＡＷ型フィルタである、ことができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、所定の結晶配向を有し、膜応力を低減してクラック発生を抑制し、結晶化したＬａＮｉＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜を形成することができるという効果を奏することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図2】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における圧電デバイスの一例を示す断面模式図である。
【図3】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における圧電デバイスの一例を示す断面模式図である。
【図4】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における圧電デバイスの他の例を示す断面模式図である。
【図5】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜装置を示す概略図である。
【図6】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜装置の第１チャンバを示す断面模式図である。
【図7】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜装置の第２チャンバを示す断面模式図である。
【図8】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図9】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図10】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図11】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図12】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図13】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図14】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図15】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第２実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図16】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第２実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図17】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第２実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図18】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第２実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図19】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第２実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図20】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第２実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図21】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第３実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図22】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第３実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図23】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第３実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図24】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第３実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図25】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第３実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図26】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第３実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図27】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第３実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図28】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第４実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図29】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第４実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図30】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第４実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図31】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第４実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図32】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第４実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図33】本発明に係る成膜方法および成膜装置の第４実施形態における成膜方法を示す工程図である。
【図34】本発明に係るＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層について、Ｘ線回折測定により確認した圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）を示す図である。
【図35】本発明に係るＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層について、ＳＥＭにより膜表面を観察した図である。
【図36】本発明に係るＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層について、Ｘ線回折測定により確認した圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）を示す図である。
【図37】本発明に係るＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層について、Ｘ線回折測定により確認した圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）を示す図である。
【図38】本発明に係るＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層について、Ｘ線回折測定により確認した圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）を示す図である。
【図39】本発明に係るＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層について、Ｘ線回折測定により確認した圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）を示す図である。
【図40】本発明に係るＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層について、Ｘ線回折測定により確認した圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）を示す図である。
【図41】本発明に係るＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層について、Ｘ線回折測定により確認した圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）を示す図である。
【図42】本発明に係るＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層について、ＳＥＭにより膜表面を観察した図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本発明に係る成膜方法および成膜装置の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における成膜方法を示すフローチャートである。図２は、本実施形態における成膜方法によって成膜された膜を有する圧電デバイスを示す断面模式図である。
図１は、本実施形態における成膜方法を示すフローチャートである。図２は、本実施形態における成膜方法によって成膜された膜を有する圧電デバイスを示す断面模式図である。
【0033】
まず、本発明の基本的な形態を説明する。
本実施形態の成膜方法は、圧電デバイスとなるＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を基材（基板）１に成膜する。以下、本実施形態においては、圧電体膜３がＬｉＮｂＯ３からなる膜として説明する。圧電体膜３をＬｉＴａＯ３からなる膜として成膜する場合には、ＬｉＮｂＯ３をＬｉＴａＯ３として読み替えるものとする。また、圧電体膜３をＬｉＴａＯ３からなる膜とする場合には、適宜、説明を追加する。
本実施形態の成膜方法は、圧電デバイスとなるＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を基材（基板）１に成膜する。以下、本実施形態においては、圧電体膜３がＬｉＮｂＯ３からなる膜として説明する。圧電体膜３をＬｉＴａＯ３からなる膜として成膜する場合には、ＬｉＮｂＯ３をＬｉＴａＯ３として読み替えるものとする。また、圧電体膜３をＬｉＴａＯ３からなる膜とする場合には、適宜、説明を追加する。
【0034】
本実施形態の成膜方法は、図１に示すように、基板準備工程Ｓ００と、バッファ層形成工程Ｓ１０と、下地層形成工程Ｓ２０と、ＬｉＮｂＯ３層（圧電体層）形成工程Ｓ３０と、後工程Ｓ４０と、を有する。
【0035】
圧電デバイスは、図２に示すように、基材（基板）１と、基材１上に配置されたバッファ層２と、バッファ層２上に配置されて（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３と、を備えている。バッファ層２は、圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させる層である。
【0036】
また、図３には、本実施形態の圧電デバイスの別の例を断面模式図で示す。図３に示す圧電デバイスは、基材１と、基材１上に配置されたバッファ層２と、バッファ層２の上に配置された酸化防止膜４と、酸化防止膜４上に配置された圧電体膜３と、を備えている。バッファ層２は、圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させる層である。
なお、後述するように、バッファ層２と圧電体膜３との間に、別の層を積層してもよい。
なお、後述するように、バッファ層２と圧電体膜３との間に、別の層を積層してもよい。
【0037】
基材１は、薄膜成膜プロセスの基材として使用できるものであれば特に制限はない。基材１として例えば、単結晶シリコンからなる半導体基板であってもよい。また、表面に酸化シリコン膜が形成された単結晶シリコンからなる半導体基板であってもよい。あるいは、表面に酸化シリコン膜を除去した単結晶シリコンからなる半導体基板であってもよい。
【0038】
また、基材１をなす半導体基板上には、圧電体膜３に電圧を印加するための電極層が備えられていてもよい。この場合、電極層上にバッファ層２および圧電体膜３が積層されているとよい。更に、バッファ層２が導電体からなる場合は、バッファ層２が電極層を兼ねることができる。この場合は、基材１をなす半導体基板上に、電極層を兼ねるバッファ層２及び圧電体膜３が積層されていてもよく、半導体基板上に、電極層を兼ねるバッファ層２、酸化防止膜４及び圧電体膜３が積層されていてもよい。電極層は、導電体または半導体からなることが好ましい。また、後述するように、バッファ層２と圧電体膜３との間に、別の層として電極層を積層してもよい。また、基材１と電極層との間に、密着層を形成してもよい。密着層は例えば酸化チタン膜でもよい。
【0039】
電極層の材質は、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ等を用いることができる。なお、これらの材質からなる電極層上に圧電体膜を直接成膜すると、ＬｉＮｂＯ３の結晶方位は（００１）面方向に配向し、（０１２）面方向に配向させることは困難である。
【0040】
バッファ層２は、具体的には、（００２）面方向に結晶方位が配向されたＡｇ、またはＬａＮｉＯ３、ＴｉＮ、または、ＴｉＯXからなることが好ましい。これらバッファ層２が形成されていることで、バッファ層２の上にＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜を積層した場合に、ＬｉＮｂＯ３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させることが可能になる。また、バッファ層２は、導電体または半導体からなることが好ましい。またバッファ層２としてＬａＮｉＯ３と同様のペロブスカイト構造を有するＳｒＲｕＯ３やＬａＣｏＯ３、ＫＮａＮｂＯ３等を採用することができる。
【0041】
また、前述したように、Ａｇのような導電体からなる場合のバッファ層２は、圧電体膜３に電圧を印加する際の電極として機能してもよい。また、Ａｇからなるバッファ層２を単結晶シリコンからなる基材１上に形成する場合において、基材１の表面に自然酸化膜である酸化シリコン膜が存在する場合は、酸化シリコン膜を公知のふっ酸処理あるいはドライエッチングにより予め除去しておくことが好ましい。
あるいは、基材１の表面に形成された自然酸化膜である酸化シリコン膜をバッファ層２として含めることもできる。
あるいは、基材１の表面に形成された自然酸化膜である酸化シリコン膜をバッファ層２として含めることもできる。
【0042】
更に、バッファ層２がＡｇからなる場合は、図３に示すように、バッファ層２上に酸化防止膜４が積層されていてもよい。
【0043】
バッファ層２の厚みは、１０～１５０ｎｍの範囲が好ましく、３０～１５０ｎｍの範囲であることがより好ましく、４０～１００ｎｍの範囲であることが更に好ましい。バッファ層２が十分な厚みを有することで、圧電体膜３を所望の結晶方位に配向させることができる。また、バッファ層２が過剰に厚すぎないことで導電性を確保でき、圧電体膜３に電圧を印加することが可能になる。この場合、バッファ層２の厚みとしては、基材１の表面に形成された自然酸化膜である酸化シリコン膜は含まないことができる。
【0044】
酸化防止膜４は、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＷＮのうちの１種からなることが好ましい。酸化防止膜４は、バッファ層２の酸化を防止するとともに酸化防止膜自身の酸化も抑制する。酸化防止膜４は、バッファ層２と同様に、圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させる層であることが好ましい。これにより、酸化防止膜４の上に圧電体膜３が形成された場合にも、圧電体膜３の表面における結晶方位を（０１２）面方向に配向させることができる。また、酸化防止膜４をバッファ層２上に形成することで、圧電体膜３の成膜時に雰囲気が酸化性雰囲気とされた場合であっても、バッファ層２の表面酸化を抑制することができ、また、酸化防止膜４自体の酸化も抑制される。これにより、バッファ層２上に酸化物層が形成されるおそれがなく、圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させることが可能になる。また、酸化防止膜４は、導電体または半導体からなることが好ましい。
【0045】
酸化防止膜４の厚みは、１０～２００ｎｍの範囲であることが好ましく、４０～１００ｎｍの範囲であることがより好ましい。酸化防止膜４が十分な厚みを有することで、バッファ層２の酸化を十分に抑制することができ、また、圧電体膜３を所望の結晶方位に配向させることができる。また、酸化防止膜４が過剰に厚すぎないことで導電性を確保でき、圧電体膜３に電圧を印加することが可能になる。
圧電体膜３は、後述するように、下地層３ａと、下地層３ａの上に積層されたＬｉＮｂＯ３層３ｂと、からなる。
圧電体膜３は、後述するように、下地層３ａと、下地層３ａの上に積層されたＬｉＮｂＯ３層３ｂと、からなる。
【0046】
圧電体膜３は、その表面の面内において（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３からなる。ＬｉＮｂＯ３は、三方晶系イルメナイト類似構造を持つ複合酸化物であって、ＬｉＴａＯ３と結晶構造が相互に類似する。ＬｉＮｂＯ３は、単結晶における３６°回転Ｙカット方向に相当する面において、機械電気結合係数（準縦波）が最大で５０％程度の値を示すものとなり、圧電デバイスに好適に用いることができる。
【0047】
従来、ＬｉＮｂＯ３を薄膜形成プロセスで形成すると、Ｃ軸方向（（００１）面方向）に配向したものしか得られなかった。これに対して、本実施形態では、バッファ層２の上にスパッタリング法により下地層３ａ、ＬｉＮｂＯ３層（圧電体層）３ｂを順に形成して圧電体膜３を形成する。これにより、圧電体膜３として、（０１２）面方向に結晶方位が配向されたものが得られ、しかも膜厚が極めて薄いものが得られる。これにより、圧電デバイスの特性を大幅に向上できる。これは、圧電体膜３として、ＬｉＴａＯ３からなる層としても同様である。
【0048】
圧電体膜３の厚みは、特に限定するものではないが、３００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以下であってもよい。圧電体膜の厚みを３００ｎｍ以下にすることにより、例えば圧電体膜３を高周波フィルタの圧電体膜として用いた際に、１２．２３ＧＨｚの共振周波数を得ることができ、十数ＧＨｚ帯の信号が入力されたとしても、フィルタとして機能させることが可能なる。なお、従来技術では、（０１２）面方向に配向されたＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜を得る場合は、単結晶から切出す以外に手段がなく、この場合は単結晶から３００ｎｍ以下の膜厚で切り出すことは到底困難であった。しかし、本実施形態の圧電体膜３は、後述するようにスパッタリング法によって形成できるため、膜厚を３００ｎｍ以下にすることは容易である。
【0049】
圧電体膜３の厚みは、３００ｎｍ以下に限定するものではなく、圧電デバイスとして求められる共振周波数帯域に応じて厚みを調整してもよい。例えば、下限は４０ｎｍ以上としてもよく、上限は２０００ｎｍ以下としてもよいが、圧電体膜３の厚みは４０～２０００ｎｍの範囲に限定されるものではない。
さらに、圧電体膜３の厚みは、後述するように、下地層とＬｉＮｂＯ３層との積算で表される。このため、圧電体膜３の厚みは４０ｎｍ＋１００ｎｍよりも大きな範囲とすることができる。
さらに、圧電体膜３の厚みは、後述するように、下地層とＬｉＮｂＯ３層との積算で表される。このため、圧電体膜３の厚みは４０ｎｍ＋１００ｎｍよりも大きな範囲とすることができる。
【0050】
また、圧電体膜３の（０１２）面のＸ線回折ピークの半価幅が、１０°以下であることが好ましい。半価幅は、圧電体膜３に対してＸ線回折のロッキングカーブ測定（いわゆるω測定）を行うことにより測定される。半価幅が、１０°以下であることにより、圧電体膜３の結晶性が高まり、機械電気結合係数をより高めることができる。半価幅はより好ましくは２°以下である。
【0051】
更に、圧電体膜３の上には、圧電体膜３に電圧を印加するための別の電極層が備えられていてもよい。別の電極層は、導電体または半導体からなることが好ましい。また、別の電極層は、先に説明した電極層と同様の材質、膜厚であればよい。
【0052】
本実施形態の圧電デバイスは、ＦＢＡＲ型フィルタまたはＳＡＷ型フィルタとして利用されることが好ましい。更に、本実施形態の圧電デバイスは、ＸＢＡＲ（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ ｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅ）、ＨＡＬ（Ｈｅｔｅｒｏ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｌａｙｅｒ）ＳＡＷにも適用することができる。加えて、全固体電池の正極活物質と固体電解質間の被覆層や、光変調デバイスにも適用することができる。
【0053】
本実施形態の圧電デバイスによれば、膜表面において（０１２）面の方位に配向したＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３を備えているので、その機械電気結合係数が高くなり、優れた圧電効果を発揮できるようになる。
更に、（０１２）面のＸ線回折ピークの半価幅が、１０°以下とされた圧電体膜３は、その機械電気結合係数が更に高くなり、より優れた圧電効果を発揮できるようになる。
更に、（０１２）面のＸ線回折ピークの半価幅が、１０°以下とされた圧電体膜３は、その機械電気結合係数が更に高くなり、より優れた圧電効果を発揮できるようになる。
【0054】
また、本実施形態の圧電デバイスとして、圧電体膜３の厚さ方向両側に電極層を配置することにより、フィルタとして機能させることができる。特に、ＦＢＡＲ型フィルタとして機能させることができる。
【0055】
次に、本実施形態の成膜方法による圧電体膜の形成方法について説明する。
【0056】
本実施形態の圧電体膜の形成方法は、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３を形成する方法であって、基材１上に、バッファ層２を形成し、バッファ層２の上方に、スパッタリング法により圧電体膜３を形成する。
【0057】
バッファ層２は、基材１上に形成してもよいし、基材１上に電極層を形成してその上にバッファ層２を形成してもよい。バッファ層２の形成手段は、特に制限はないが、スパッタリング法で形成するとよい。ＬａＮｉＯ３からなるバッファ層２を形成する場合は、ＲＦスパッタ法により形成することが好ましく、特に雰囲気ガスに酸素を導入する反応性スパッタリング法がよい。また、Ａｇからなるバッファ層２を形成する場合は、ＤＣスパッタ法でもよく、ＲＦスパッタ法でもよい。また、バッファ層２として、Ｐｔ、ＴｉＯＸ、ＴｉＮ、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＫＮａＮｂＯ３等を形成してもよい。また、基材１上にバッファ層２を形成し、バッファ層２の上に電極層を形成し、電極層の上に圧電体膜３を形成してもよい。このとき、基材１の表面に形成された自然酸化膜である酸化シリコン膜は、除去することもできるし、除去しないこともできる。
【0058】
図４には、本実施形態の圧電デバイスの他の例を断面模式図で示す。図４は、バッファ層２の他の一例である。
ここでは、シリコン基板１上に、自然酸化膜であるＳｉＯ２からなる層２ａ、さらに、バッファ層２として、ＴｉＯＸからなる層２ｂ、Ｐｔからなる層２ｃを積層している。本実施形態では、このバッファ層２に、ＬｉＮｂＯ３からなる下地層３ａ、およびＬｉＮｂＯ３層３ｂを積層する。これらの下地層３ａおよびＬｉＮｂＯ３層３ｂは、圧電体膜３を構成する。
ここでは、シリコン基板１上に、自然酸化膜であるＳｉＯ２からなる層２ａ、さらに、バッファ層２として、ＴｉＯＸからなる層２ｂ、Ｐｔからなる層２ｃを積層している。本実施形態では、このバッファ層２に、ＬｉＮｂＯ３からなる下地層３ａ、およびＬｉＮｂＯ３層３ｂを積層する。これらの下地層３ａおよびＬｉＮｂＯ３層３ｂは、圧電体膜３を構成する。
【0059】
ここで、ＳｉＯ２からなる層２ａの膜厚が１００ｎｍ程度、ＴｉＯＸからなる層２ｂの膜厚が３０～４０ｎｍ程度、Ｐｔからなる層２ｃの膜厚が１００ｎｍ程度とすることができる。さらに、下地層３ａの膜厚が２０～１００ｎｍ程度、より好ましくは、２０～４０ｎｍ程度とすることができる。この場合、ＬｉＮｂＯ３層３ｂの膜厚は、１００ｎｍ以上とすることができる。下地層３ａおよびＬｉＮｂＯ３層３ｂは、（０１２）配向とすることができる。あるいは、下地層３ａおよびＬｉＮｂＯ３層３ｂは、（００６）配向等所定の配向とすることができる。
【0060】
本実施形態の成膜方法は、まず、図１に示す基板準備工程Ｓ００において、バッファ層２を形成する基材１を準備する。
次いで、図１に示すバッファ層形成工程Ｓ１０において、図５～図７に示す成膜装置によって、バッファ層２を形成する。
バッファ層２を形成した基材１に対して、図１に示す下地層形成工程Ｓ２０と、ＬｉＮｂＯ３層形成工程Ｓ３０とにおいて、図５～図７に示す成膜装置によって、ＬｉＮｂＯ３層を形成する。
次いで、図１に示すバッファ層形成工程Ｓ１０において、図５～図７に示す成膜装置によって、バッファ層２を形成する。
バッファ層２を形成した基材１に対して、図１に示す下地層形成工程Ｓ２０と、ＬｉＮｂＯ３層形成工程Ｓ３０とにおいて、図５～図７に示す成膜装置によって、ＬｉＮｂＯ３層を形成する。
【0061】
図５には、バッファ層２、酸化防止膜４及び圧電体膜３の形成に好適に用いられるスパッタリング装置（成膜装置）の概略図を示す。
スパッタリング装置（成膜装置）１０は、図５に示すように、ロード・アンロード室１１と、トランスファチャンバ１２と、第１チャンバ１３と、第２チャンバ１４と、を有する。ロード・アンロード室１１と、トランスファチャンバ１２と、第１チャンバ１３と、第２チャンバ１４と、は、密閉可能とされる。
スパッタリング装置（成膜装置）１０は、図５に示すように、ロード・アンロード室１１と、トランスファチャンバ１２と、第１チャンバ１３と、第２チャンバ１４と、を有する。ロード・アンロード室１１と、トランスファチャンバ１２と、第１チャンバ１３と、第２チャンバ１４と、は、密閉可能とされる。
【0062】
ロード・アンロード室１１は、外部との間で基板１を出し入れする。トランスファチャンバ１２は、ロード・アンロード室１１と、第１チャンバ１３と、第２チャンバ１４と、の間で基板１を出し入れする。トランスファチャンバ１２には、ロボットハンド等の基板搬送部１２ａを備える。
第１チャンバ１３と、第２チャンバ１４と、は成膜室とされる。
第１チャンバ１３と、第２チャンバ１４と、は成膜室とされる。
【0063】
図６には、本実施形態におけるスパッタリング装置（成膜装置）の第１チャンバの概略図を示す。図７には、本実施形態におけるスパッタリング装置（成膜装置）の第２チャンバの概略図を示す。
第１チャンバ１３は、図１に示す下地層形成工程Ｓ２０として、下地層を成膜する。第２チャンバ１４は、図１に示すＬｉＮｂＯ３層形成工程（圧電体層形成工程）Ｓ３０として、ＬｉＮｂＯ３層を成膜する。第２チャンバ１４は、バッファ層形成工程Ｓ１０として、バッファ層を成膜することができる。なお、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を成膜する場合には、圧電体層形成工程Ｓ３０は、ＬｉＴａＯ３層形成工程Ｓ３０となる。
第１チャンバ１３は、図１に示す下地層形成工程Ｓ２０として、下地層を成膜する。第２チャンバ１４は、図１に示すＬｉＮｂＯ３層形成工程（圧電体層形成工程）Ｓ３０として、ＬｉＮｂＯ３層を成膜する。第２チャンバ１４は、バッファ層形成工程Ｓ１０として、バッファ層を成膜することができる。なお、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を成膜する場合には、圧電体層形成工程Ｓ３０は、ＬｉＴａＯ３層形成工程Ｓ３０となる。
【0064】
第1チャンバ１３は、基板１を支持してアノード電極側となる第１支持部１３ｄと、第１支持部１３ｄに対向して配置され第１ターゲット１３ｆを有する第１カソード１３ｊと、第１支持部１３ｄに基板バイアス電力を供給する第１バイアス電力供給部１３ｐと、第１カソード１３ｊに電力を供給する第１電力供給部１３ｑと、スパッタリング時にガスを供給する第１ガス供給部１３ｈと、を備える。
【0065】
第１チャンバ１３は、図６に示すように、第１チャンバ１３の内部空間を排気する各種の真空ポンプからなる排気手段１３ａが連結されている。第１チャンバ１３と排気手段１３ａとの間には、ゲートバルブ等からなる仕切弁１３ｂが配置されている。第１チャンバ１３の仕切弁１３ｂと対向する位置には、被処理体である基板１を搬送手段により、第１チャンバ１３とトランスファチャンバ１２との間で搬入・搬出するためのドアバルブ１３ｃが配置されている。
【0066】
搬入された基板１は、第１支持部（基板ステージ）１３ｄに載置される。基板を搬入・搬出する際には、第１支持部１３ｄに対して基板１を下方から突き上げ、基板１を上下動させるリフトピンを備えた移動機構１３ｄ１が、第１支持部１３ｄの下部に配置されている。第１支持部１３ｄの裏面側には、移動機構１３ｄ１の一部として、基板１の温度制御手段１３ｅが配置されている。
【0067】
また、第１支持部１３ｄの下部には、基板１を載置した状態において、基板１を被処理面（図では上面）内で所定の回転速度として自転させるための回転移動機構、および、基板１を上下動させて所定の高さ位置で基板１を保持するための上下移動機構、が配置されている。
【0068】
第１チャンバ１３の内部空間には、第１ターゲット１３ｆが基板１の上方に配置されている。この第１チャンバ１３においては、第１ターゲット１３ｆから飛翔したスパッタ粒子が、被処理体である基板１の被処理面に対して、角度θで斜め入射するように（点線矢印）、第１ターゲット１３ｆと被処理体である基板１とが所定の離間距離で配置されている。被処理体である基板１を載置する第１支持部１３ｄは、斜め入射を保ちながら、被処理体の被処理面をその面内において回転させる第二移動機構を備えたものである。
【0069】
第１ターゲット１３ｆは、ＬｉとＮｂとを含む。第１ターゲット１３ｆは、ＬｉＮｂＯ３からなることができる。ここで、第１ターゲット１３ｆは、ＬｉとＮｂとを１：１で含むものとすることができる。なお、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を成膜する場合には、第１ターゲット１３ｆは、ＬｉとＴａとを含む。第１ターゲット１３ｆは、ＬｉＴａＯ３からなることができる。ここで、第１ターゲット１３ｆは、ＬｉとＴａとを１：１で含むものとすることができる。
【0070】
図６に示す第１チャンバ１３では、１つの第１ターゲット１３ｆを用いて成膜する例を示しているが、２つのターゲットを用いる場合は、この限りではない。すなわち、第１ターゲット１３ｆとして、ニオブ酸化物からなる第１のターゲットと、酸化リチウムからなる第２のターゲットとを同時にスパッタする方法（コスパッタ法）を用い、各ターゲットに印可するパワーを調整しても構わない。
【0071】
第１ターゲット１３ｆの裏面側には、第１ターゲット１３ｆの表面側に漏洩磁束を形成するための第１磁石機構１３ｇが配置されている。
第１チャンバ１３は、第１ガス供給部１３ｈを備える。第１ガス供給部１３ｈは、プロセスガスを第１チャンバ１３に導入する。第１ガス供給部１３ｈは、導出口が第１支持部１３ｄの近傍に配置されていてもよい。プロセスガスとしては、たとえばアルゴン等のキャリアガスおよび酸素等の酸素含有ガスとすることができる。
第１ターゲット１３ｆの側方近傍には第１カソード１３ｊが配置されている。本実施形態では、第１ターゲット１３ｆ、第１磁石機構１３ｇ、および、第１ガス供給部１３ｈを纏めて、ターゲット機構とも呼ぶことがある。
第１チャンバ１３は、第１ガス供給部１３ｈを備える。第１ガス供給部１３ｈは、プロセスガスを第１チャンバ１３に導入する。第１ガス供給部１３ｈは、導出口が第１支持部１３ｄの近傍に配置されていてもよい。プロセスガスとしては、たとえばアルゴン等のキャリアガスおよび酸素等の酸素含有ガスとすることができる。
第１ターゲット１３ｆの側方近傍には第１カソード１３ｊが配置されている。本実施形態では、第１ターゲット１３ｆ、第１磁石機構１３ｇ、および、第１ガス供給部１３ｈを纏めて、ターゲット機構とも呼ぶことがある。
【0072】
第１チャンバ１３は、内部空間に成膜シールド１３ｋが配置されている。ターゲット機構から見て、基板ステージである第１支持部１３ｄ上にある基板１を覗き見ることが可能な開口部を、成膜シールド１３ｋは備えている。成膜シールド１３ｋとターゲット機構との間には、シャッター機構１３ｍが配置されており、シャッター機構１３ｍを開閉動作させることにより、成膜シールド１３ｋの開口部を通して、基板１へ向けて第１ターゲット１３ｆから飛翔したスパッタ粒子が通過・遮断する時間を制御する。
【0073】
第２チャンバ１４は、図７に示すように、基板１を支持する基板ステージを兼ねるアノード電極側である基板電極となる第２支持部１４ｄと、第２支持部１４ｄに対向して配置され第２ターゲット１４ｆを有する第２カソード１４ｊと、第２支持部１４ｄに基板バイアス電力を供給する第２バイアス電力供給部１４ｐと、第２カソード１４ｊに電力を供給する第２電力供給部１４ｑと、スパッタリング時にガスを供給する第２ガス供給部１４ｈと、第２チャンバ１４とトランスファチャンバ１２との間で搬入・搬出するためのドアバルブ１４ｃと、を備える。
【0074】
第２チャンバ１４では、第２支持部１４ｄ上に基材１が配置される。第２支持部１４ｄには図示しないヒータが内蔵されており、基材１を加熱可能とされている。また、第２支持部１４ｄにはバイアス電源である第２バイアス電力供給部１４ｐが接続されている。第２カソード１４ｊにはカソード電源である第２電力供給部１４ｑが接続されている。また、第２支持部１４ｄ、第２カソード１４ｊ及び第２ターゲット１４ｆは、第２チャンバ１４に収容されている。第２チャンバ１４内は、真空雰囲気に制御可能となっている。
【0075】
第２ターゲット１４ｆは、ＬｉとＮｂとを含む。第２ターゲット１４ｆは、ＬｉＮｂＯ３からなることができる。ここで、第２ターゲット１４ｆにおけるＬｉとＮｂとの含有比に関しては、後述する。なお、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を成膜する場合には、第２ターゲット１４ｆは、ＬｉとＴａとを含む。第１ターゲット１３ｆは、ＬｉＴａＯ３からなることができる。第２ターゲット１４ｆにおけるＬｉとＴａとの含有比に関しては、同様に後述する。
【0076】
なお、第１チャンバ１３を第２チャンバ１４と同様に平行平板スパッタ装置とすることもできる。
【0077】
バッファ層形成工程Ｓ１０として、第２チャンバ１４でバッファ層２を成膜する場合を説明する。
【0078】
バッファ層２の形成条件としては、第２ターゲット１４ｆの組成をバッファ層２の組成に合わせてＰｔ，Ｔｉ，ＬａＮｉＯ３、ＡｇまたはＴｉＮとし、基板温度を２５０～８００℃の範囲とし、成膜圧力を０．１～１．０Ｐａとし、Ａｒ流量を０～１００ｓｃｃｍとし、Ｏ２流量を０～１５ｓｃｃｍとし、Ｎ２流量を０～５０ｓｃｃｍとし、ＲＦスパッタの場合のパワーを１００～１５０００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）とし、ＤＣスパッタの場合のパワーを１００～１５０００Ｗとすることができる。なお、これらの成膜条件は、バッファ層２の積層順や組成に合わせて適宜調整することが好ましい。
【0079】
次に、バッファ層２上に酸化防止膜４を形成してもよい。酸化防止膜４の形成方法は、特に制限はないが、スパッタリング法で形成するとよく、ＲＦスパッタ法でもＤＣスパッタ法でもよく、特に雰囲気ガスに窒素を導入する反応性スパッタリング法がよい。
【0080】
酸化防止膜４の形成条件としては、ターゲット組成をＴｉまたはＴｉＷとし、基板温度を室温（２５℃）～４００℃の範囲とし、成膜圧力を０．１～１Ｐａとし、Ａｒ流量を０～３０ｓｃｃｍとし、Ｎ２流量を０～４０ｓｃｃｍとし、ＲＦスパッタの場合のパワーを１００～１５０００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）とし、ＤＣスパッタの場合のパワーを１００～１５０００Ｗとすることができる。
【0081】
次に、バッファ層２上または酸化防止膜４上に、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３を形成する。
【0082】
圧電体膜３の形成方法はスパッタリング法とする。そのなかでもＲＦスパッタ法により形成することが好ましく、特に雰囲気ガスに酸素を導入する反応性スパッタリング法がよい。
圧電体膜３を形成するには、まず、図１に示す下地層形成工程Ｓ２０として、第１チャンバ１３において、ＬｉＮｂＯ３からなる下地層３ａを斜め入射により成膜する。
圧電体膜３を形成するには、まず、図１に示す下地層形成工程Ｓ２０として、第１チャンバ１３において、ＬｉＮｂＯ３からなる下地層３ａを斜め入射により成膜する。
【0083】
下地層３ａの形成条件としては、第１ターゲット１３ｆの組成をＬｉＮｂＯＸとし、基板温度を３００～６５０℃の範囲、より好ましくは、４５０～５５０℃の範囲とし、成膜圧力を０．１～１．０Ｐａとし、Ａｒ流量を５０～１５０ｓｃｃｍとし、Ｏ２流量を０．１～５０ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍ程度とし、第１電力供給部１３ｑから第１カソード１３ｊに供給するＲＦスパッタのパワーを５０～２８００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）、１００ｗ程度とする。このとき、第１バイアス電力供給部１３ｐから第１支持部１３ｄに供給するバイアス電力は、０Ｗ～１０Ｗ（１２．５ＭＨｚ）とすることができる。また、第１ターゲット１３ｆを、その組成比としてＬｉ／Ｎｂが１程度となるように形成する。
【0084】
これにより、表面における結晶方位が（０１２）面に配向した下地層３ａが得られる。また、下地層３ａの膜応力は減少しないが、膜厚を２０ｎｍから４０ｎｍ程度に抑えることで、クラックの発生を充分抑制することができる。
【0085】
次に、ＬｉＮｂＯ３層形成工程Ｓ３０として、下地層３ａ上に、ＬｉＮｂＯ３層３ｂを成膜する。
【0086】
ＬｉＮｂＯ３層３ｂは、図１に示すＬｉＮｂＯ３層形成工程Ｓ３０として、第２チャンバ１４において、ＬｉＮｂＯ３層３ｂを平行平板スパッタ装置により成膜する。
【0087】
ＬｉＮｂＯ３層３ｂの形成条件としては、第２ターゲット１４ｆの組成をＬｉＮｂＯＸとし、基板温度を５００～７００℃の範囲、より好ましくは、６５０℃程度とし、成膜圧力を０．１～１．０Ｐａとし、Ａｒ流量を５０～１５０ｓｃｃｍとし、Ｏ２流量を１～５０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ程度とし、第２電力供給部１４ｑから第２カソード１４ｊに供給するＲＦスパッタのパワーを１００～２８００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）、５００ｗ程度とする。このとき、第２バイアス電力供給部１４ｐから第２支持部１４ｄに供給するバイアス電力は、１０Ｗ～３０Ｗ（１２．５ＭＨｚ）とすることができる。また、第２ターゲット１４ｆを、その組成比としてＬｉ／Ｎｂが１．５～３程度となるように形成する。なお、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を成膜する場合には、第２ターゲット１４ｆを、その組成比としてＬｉ／Ｔａが１．５～３程度となるように形成する。
【0088】
これにより、表面における結晶方位が（０１２）面に配向したＬｉＮｂＯ３層３ｂが得られる。また、バイアス電力を印加することで、ＬｉＮｂＯ３層３ｂの膜応力は減少して、膜厚を１００ｎｍ以上としても、クラックの発生を充分抑制することができる。同時に、バイアス電力を印加することで、リスパッタが生じて、膜中のＬｉが減少する傾向があるが、第２ターゲット１４ｆとして、Ｌｉリッチな組成としたので、Ｌｉが減少することなく、結晶化したＬｉＮｂＯ３層３ｂを所定の膜厚で形成することができる。しかも、あらかじめ、下地層形成工程Ｓ２０として、結晶方位が配向した下地層３ａを成膜していることで、ＬｉＮｂＯ３層３ｂ表面における結晶方位が（０１２）面に配向する。
【0089】
別の手段としては、第２ターゲット１４ｆとして、ニオブ酸化物からなる第１のターゲットと、酸化リチウムからなる第２のターゲットとを用いるコスパッタリング法を行うこともできる。ニオブ酸化物としては、Ｎｂ２Ｏ５の他に、ＬｉＮｂＯ３のような複合酸化物であってもよい。なお、第１のターゲットはニオブ金属からなるターゲットであってもよい。
【0090】
さらに、後工程Ｓ４０として、圧電デバイスとして形成するための必要な処理をおこなうことができる。
【0091】
本実施形態の圧電体膜の形成方法では、バッファ層２または酸化防止膜４の上に、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３をスパッタリング法により形成する。バッファ層２または酸化防止膜４として、圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させる材質からなるものを選択することで、その上に形成されるＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３は、膜表面において（０１２）面の方位に配向したものとなる。
同時に、バッファ層２に、ＬｉＮｂＯ３からなる下地層３ａおよびＬｉＮｂＯ３層３ｂを積層することで、クラックの発生を抑制し、かつ、ＬｉとＮｂとの組成比が１：１となり充分に結晶化したＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３を得ることができる。これにより圧電体膜３は、機械電気結合係数が高くなり、優れた圧電効果を発揮できるようになる。
同時に、バッファ層２に、ＬｉＮｂＯ３からなる下地層３ａおよびＬｉＮｂＯ３層３ｂを積層することで、クラックの発生を抑制し、かつ、ＬｉとＮｂとの組成比が１：１となり充分に結晶化したＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３を得ることができる。これにより圧電体膜３は、機械電気結合係数が高くなり、優れた圧電効果を発揮できるようになる。
【0092】
特に、ＴｉＮ、ＬａＮｉＯ３または（００２）面方向に結晶方位が配向されたＡｇからなるバッファ層２を用いることで、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面の方位に配向させることが容易になり、圧電体膜３に優れた圧電効果を発揮させることができる。また、圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるバッファ層２として、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＫＮａＮｂＯ３等からなるバッファ層を用いてもよい。
【0093】
更に、バッファ層２の上に酸化防止膜４を形成することで、バッファ層２の酸化を防止しつつ、下地層形成工程Ｓ２０において、ＬｉＮｂＯ３からなる下地層３ａを形成でき、下地層３ａの結晶方位を好ましい方位に制御できる。このとき、下地層３ａの膜厚を上述した範囲とすることで、下地層３ａにおける膜応力を低減して、ＬｉＮｂＯ３層３ｂにおけるクラック発生を抑制することができる。
【0094】
ＬｉＮｂＯ３層形成工程Ｓ３０では、下地層形成工程Ｓ２０において、結晶方位を好ましい方位に制御した下地層３ａを形成したことにより、ＬｉＮｂＯ３層の結晶方位を好ましい方位に制御することができる。
【0095】
ＬｉＮｂＯ３層形成工程Ｓ３０では、下地層形成工程Ｓ２０に比べてアノード電極側に印加する基板バイアス電力を高くすることで、ＬｉＮｂＯ３層３ｂにおける膜応力を低減して、クラック発生を抑制することができる。同時に、ＬｉＮｂＯ３層形成工程Ｓ３０では、下地層形成工程Ｓ２０の第１ターゲット１３ｆに比べて、第２ターゲット１４ｆの組成比をＬｉリッチとすることで、リスパッタされてＬｉが抜けてしまい、ＬｉＮｂＯ３層３ｂにおけるＬｉの組成比が低減して結晶化できなくなることを防止する。
【0096】
これにより、ＬｉとＮｂとの組成が所定の状態である結晶化したＬｉＮｂＯ３層３ｂを形成することができる。
【0097】
次に、本発明の更に具体的な実施形態について説明する。
【0098】
図８～図１４には、本実施形態の圧電デバイスの一例として、ＦＢＡＲ型フィルタの製造プロセスを示す。
図８に示すように、半導体基板３１上に後にキャビティとなる凹部３１ａを形成し、凹部３１ａ内に犠牲層３２を形成する。犠牲層３２を備えた半導体基板３１を基材１とする。半導体基板３１は単結晶シリコン基板を例示できる。単結晶シリコン基板の表面には、パッシベーション膜として図示しない酸化シリコン膜が形成されていてもよい。
図８に示すように、半導体基板３１上に後にキャビティとなる凹部３１ａを形成し、凹部３１ａ内に犠牲層３２を形成する。犠牲層３２を備えた半導体基板３１を基材１とする。半導体基板３１は単結晶シリコン基板を例示できる。単結晶シリコン基板の表面には、パッシベーション膜として図示しない酸化シリコン膜が形成されていてもよい。
【0099】
次に、図９に示すように、半導体基板３１及び犠牲層３２上に、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ等からなる下部電極層３３を形成する。下部電極層３３は例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ等をターゲットとするＤＣスパッタリング法により形成することが好ましい。下部電極層３３の厚みは、例えば、１０～２００ｎｍの範囲とする。
【0100】
次に、図１０に示すように、下部電極層３３上に、ＬａＮｉＯ３からなるバッファ層２を形成する。バッファ層２の製造条件等は上述した通りである。これにより、バッファ層２は、圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものとなる。バッファ層２の厚みは、例えば、１０～１００ｎｍの範囲とする。
【0101】
次に、図１１に示すように、バッファ層２上に、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３を形成する。圧電体膜３の製造条件等は上述した通りである。これにより、圧電体膜３は、その表面の面内において（０１２）面方向に結晶方位が配向されたものとなる。圧電体膜３の厚みは、例えば、３００ｎｍ以下の範囲とする。
【0102】
次に、図１２に示すように、圧電体膜３上に、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ等からなる上部電極層３４を形成する。上部電極層３４は例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ等をターゲットとするＤＣスパッタリング法により形成することが好ましい。上部電極層３４の厚みは、例えば、１０～２００ｎｍの範囲とする。
【0103】
次に、図１３に示すように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、上部電極層３４及び圧電体膜３を所定の平面形状にパターニングする。上部電極層３４及び圧電体膜３は、少なくとも犠牲層３２の上方に残存するようにパターニングすることが好ましい。これにより、犠牲層３２の上において、下部電極層３３、バッファ層２、圧電体膜３及び上部電極層３４からなる積層体Ｋ１が形成される。
【0104】
次に、図１４に示すように、犠牲層３２を除去し、積層体Ｋ１の下にキャビティＣを形成する。以上により、本実施形態の圧電デバイスが得られる。図１４に示す圧電デバイスは、ＦＢＡＲ型フィルタとして機能するものとなる。
【0105】
次に、図１５～図２０には、本実施形態の圧電デバイスの別の例として、ＦＢＡＲ型フィルタの製造プロセスを示す。
図１５に示すように、図８の場合と同様にして、半導体基板３１上に後にキャビティとなる凹部３１ａを形成し、凹部３１ａ内に犠牲層３２を形成する。
図１５に示すように、図８の場合と同様にして、半導体基板３１上に後にキャビティとなる凹部３１ａを形成し、凹部３１ａ内に犠牲層３２を形成する。
【0106】
次に、図１６に示すように、Ａｇからなるバッファ層２を形成する。Ａｇからなるバッファ層２は、圧電デバイスの下部電極としても機能する。バッファ層２の製造条件等は上述した通りである。これにより、Ａｇからなるバッファ層２は、その表面の面内において（００２）面方向に結晶方位が配向されたものとなる。バッファ層２の厚みは、例えば、１０～１００ｎｍの範囲とする。
【0107】
次に、図１７に示すように、図１０の場合と同様にして、バッファ層２上に、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電体膜３を形成する。圧電体膜３の製造条件等は上述した通りである。これにより、圧電体膜３は、その表面の面内において（０１２）面方向に結晶方位が配向されたものとなる。圧電体膜３の厚みは、例えば、３００ｎｍ以下の範囲とする。
【0108】
次に、図１８に示すように、圧電体膜３上に、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ等からなる上部電極層３４を形成する。
【0109】
次いで、図１９に示すように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、上部電極層３４及び圧電体膜３を所定の平面形状にパターニングする。上部電極層３４及び圧電体膜３は、少なくとも犠牲層３２の上方に残存するようにパターニングすることが好ましい。これにより、犠牲層３２の上において、下部電極として機能するバッファ層２、圧電体膜３及び上部電極層３４からなる積層体Ｋ２が形成される。
【0110】
次に、図２０に示すように、犠牲層３２を除去し、積層体Ｋ２の下にキャビティＣを形成する。以上により、本実施形態の圧電デバイスが得られる。図２０に示す圧電デバイスは、ＦＢＡＲ型フィルタとして機能するものとなる。
【0111】
次に、図２１～図２７には、本実施形態の圧電デバイスの更に別の例として、ＦＢＡＲ型フィルタの製造プロセスを示す。
図２１に示すように、図８の場合と同様にして、半導体基板３１上に後にキャビティとなる凹部３１ａを形成し、凹部３１ａ内に犠牲層３２を形成する。
図２１に示すように、図８の場合と同様にして、半導体基板３１上に後にキャビティとなる凹部３１ａを形成し、凹部３１ａ内に犠牲層３２を形成する。
【0112】
【0113】
次に、図２３に示すように、バッファ層２上に、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＷＮのうちの１種からなる酸化防止膜４を形成する。酸化防止膜４の製造条件等は上述した通りである。酸化防止膜４は、圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものとなる。酸化防止膜４の厚みは、例えば、１０～１００ｎｍの範囲とする。
【0114】
次に、図２４に示すように、図１０の場合と同様にして、酸化防止膜４上に、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を形成する。圧電体膜３の製造条件等は上述した通りである。これにより、圧電体膜３は、その表面の面内において（０１２）面方向に結晶方位が配向されたものとなる。圧電体膜３の厚みは、例えば、３００ｎｍ以下の範囲とする。
【0115】
次に、図２５に示すように、圧電体膜３上に、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ等からなる上部電極層３４を形成する。
【0116】
次いで、図２６に示すように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、上部電極層３４及び圧電体膜３を所定の平面形状にパターニングする。上部電極層３４及び圧電体膜３は、少なくとも犠牲層３２の上方に残存するようにパターニングすることが好ましい。これにより、犠牲層３２の上において、下部電極として機能するバッファ層２、酸化防止膜４、圧電体膜３及び上部電極層３４からなる積層体Ｋ３が形成される。
【0117】
次に、図２７に示すように、犠牲層３２を除去し、積層体Ｋ３の下にキャビティＣを形成する。以上により、本実施形態の圧電デバイスが得られる。図２７に示す圧電デバイスは、ＦＢＡＲ型フィルタとして機能するものとなる。
【0118】
次に、図２８～図３３には、本実施形態の圧電デバイスの更に別の例として、ＦＢＡＲ型フィルタの製造プロセスを示す。
図２８に示すように、酸化シリコン膜３１ｂが形成された半導体基板３１を用意する。半導体基板３１は単結晶シリコン基板が好ましい。
図２８に示すように、酸化シリコン膜３１ｂが形成された半導体基板３１を用意する。半導体基板３１は単結晶シリコン基板が好ましい。
【0119】
次に、図２９に示すように、Ａｇからなるバッファ層２を形成する。Ａｇからなるバッファ層２は、圧電デバイスの下部電極としても機能する。バッファ層２の製造条件等は上述した通りである。これにより、Ａｇからなるバッファ層２は、その表面の面内において（００２）面方向に結晶方位が配向されたものとなり、圧電体膜の結晶方位を（０１２）面方向に配向させるものとなる。バッファ層２の上に、酸化防止膜を更に成膜してもよい。
【0120】
次に、図３０に示すように、バッファ層２上に、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を形成する。圧電体膜３の製造条件等は上述した通りである。これにより、圧電体膜３は、その表面の面内において（０１２）面方向に結晶方位が配向されたものとなる。
【0121】
次に、図３１に示すように、圧電体膜３上に、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｒ等からなる上部電極層３４を形成する。これにより、下部電極として機能するバッファ層２、圧電体膜３及び上部電極層３４からなる積層体Ｋ４が形成される。
【0122】
次に、図３２に示すように、半導体基板３１及び積層体Ｋ４を覆うように絶縁膜３５を形成する。
【0123】
次に、図３３に示すように、半導体基板３１の裏面側からビア加工を行うことにより、積層体Ｋ４の下にキャビティＣを形成する。以上により、本実施形態の圧電デバイスが得られる。図３３に示す圧電デバイスは、ＦＢＡＲ型フィルタとして機能するものとなる。
【0124】
更に、本実施形態の圧電デバイスは、図２～図４に示した形態に限定されるものではない、例えば、基材１の上にバッファ層２を形成し、更にその上に電極層（下部電極）を形成し、更に電極層の上に、（０１２）面方向に結晶方位が配向されたＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３を形成してもよい。また、圧電体膜３上には別の電極層（上部電極）を形成してもよい。この場合、バッファ層２は、電極層を（００２）配向させるとともに、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させる層となる。より好ましくは、バッファ層２をＴｉＮ膜とし、電極層（下部電極）としてＰｔ膜を選択することで、電極層を（００２）配向させるとともに、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電体膜３の結晶方位を（０１２）面方向に配向させることが可能になる。各層及び各膜の厚みの範囲は、上述の通りでよい。このような圧電デバイスは、ＦＢＡＲ型フィルタとして機能するものとなる。
【0125】
さらに、本発明においては、上述した実施形態における個々の構成を個別に選択して、それぞれ組み合わせて実施することも可能である。
【実施例0126】
以下、本発明にかかる実施例を説明する。
【0127】
＜実験例１＞
単結晶シリコンからなる半導体基板表面に、バッファ層として酸化チタン膜を形成した後、Ｐｔからなる下部電極層を形成した。下部電極層はバッファ層としてＰｔをターゲットとするＤＣスパッタリング法により形成した。酸化チタン膜の厚みは３５ｎｍとした。下部電極層の厚みは１００ｎｍとした。下部電極層の成膜条件としては、基板温度を５００℃とし、成膜圧力を０．３８Ｐａとし、Ａｒ流量を３０ｓｃｃｍとし、ＤＣスパッタのパワーを５００Ｗとした。
単結晶シリコンからなる半導体基板表面に、バッファ層として酸化チタン膜を形成した後、Ｐｔからなる下部電極層を形成した。下部電極層はバッファ層としてＰｔをターゲットとするＤＣスパッタリング法により形成した。酸化チタン膜の厚みは３５ｎｍとした。下部電極層の厚みは１００ｎｍとした。下部電極層の成膜条件としては、基板温度を５００℃とし、成膜圧力を０．３８Ｐａとし、Ａｒ流量を３０ｓｃｃｍとし、ＤＣスパッタのパワーを５００Ｗとした。
【0128】
次に、第１チャンバにおいて、下部電極層上にＬｉＮｂＯ３からなる層を形成した。このＬｉＮｂＯ３からなる層は、Ｌｉ／Ｎｂ＝１であるＬｉＮｂＯ３をターゲットとするＲＦスパッタリング法で斜め入射により形成した。ＬｉＮｂＯ３からなる層の厚みは２０～４０ｎｍとした。ＬｉＮｂＯ３からなる層の成膜条件としては、基板温度を４５０～５５０℃とし、成膜圧力を０．２３Ｐａとし、Ａｒ流量を１００ｓｃｃｍとし、酸素流量を１ｓｃｃｍとした。また、ＲＦスパッタのパワーを周波数１３．５６ＭＨｚとして１００Ｗとした。同時に、基板バイアス電力（１２．５ＭＨｚ）を０Ｗとした。
【0129】
この実験例１のＬｉＮｂＯ３からなる層について、圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）をＸ線回折測定により確認した。その結果を図３４に示す。Ｐｔ／ＴｉＯｘ／ＳｉＯ２／Ｓｉ－Ｓｕｂ上では、Ｚカットに対応するＬｉＮｂＯ３（００６）のピークが得られた。結晶性ＦＷＨＭ＝２°程度であった。
【0130】
また、実験例１のＬｉＮｂＯ３からなる層を膜厚１８０ｎｍまで形成し、このＬｉＮｂＯ３からなる層について、膜表面をＳＥＭ画像により観察した。その結果を図３５に示す。この結果から、膜厚１８０ｎｍのＬｉＮｂＯ３からなる層でクラックが発生していることがわかる。さらに、膜厚１８０ｎｍのＬｉＮｂＯ３からなる層の膜応力を薄膜応力測定器ＦＬＸ－２０００Ａ（東朋テクノロジー社製）により測定した。この結果、ＬｉＮｂＯ３からなる層の膜応力が平均で４３０ＭＰａであり、クラック発生による応力緩和も考慮するとさらに高い引張り応力が発生していると考えられる。
【0131】
また、実験例１の膜厚１８０ｎｍとしたＬｉＮｂＯ３からなる層の形成において、基板バイアスを印加した。この基板バイアス印加による結晶配向性（面内配向性）の変化をＸ線回折測定により確認した。基板バイアスが０Ｗと１０Ｗとの結果を図３６に示す。同時に、膜中のＬｉ組成比を測定した。基板バイアスが０Ｗと１０Ｗとの結果を図３７に示す。応力緩和のために、基板バイアスを印加した結果、膜中のＬｉが急激に減少したことでＬｉＮｂＯ３の結晶が得られなかった。基板バイアス印加によるＬｉの選択的リスパッタが生じたことが考えられる。
【0132】
＜実験例２＞
次に、実験例１のバッファ層上に、第２チャンバにおいてＬｉＮｂＯ３からなる層を、Ｌｉ／Ｎｂ＝３であるＬｉＮｂＯ３をターゲットとするＲＦスパッタリング法により形成した。このとき、基板バイアスが０Ｗと３０Ｗとした。ＬｉＮｂＯ３からなる層の厚みは１００ｎｍ以上とした。ＬｉＮｂＯ３からなる層の成膜条件としては、基板温度を６５０℃とし、成膜圧力を０．５０Ｐａとし、Ａｒ流量を１００ｓｃｃｍとし、酸素流量を５ｓｃｃｍとした。また、ＲＦスパッタのパワーを５００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）とした。同時に、基板バイアス電力（１２．５ＭＨｚ）を３０Ｗとした。
次に、実験例１のバッファ層上に、第２チャンバにおいてＬｉＮｂＯ３からなる層を、Ｌｉ／Ｎｂ＝３であるＬｉＮｂＯ３をターゲットとするＲＦスパッタリング法により形成した。このとき、基板バイアスが０Ｗと３０Ｗとした。ＬｉＮｂＯ３からなる層の厚みは１００ｎｍ以上とした。ＬｉＮｂＯ３からなる層の成膜条件としては、基板温度を６５０℃とし、成膜圧力を０．５０Ｐａとし、Ａｒ流量を１００ｓｃｃｍとし、酸素流量を５ｓｃｃｍとした。また、ＲＦスパッタのパワーを５００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）とした。同時に、基板バイアス電力（１２．５ＭＨｚ）を３０Ｗとした。
【0133】
この実験例２のＬｉＮｂＯ３からなる層について、圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）をＸ線回折測定により確認した。基板バイアスが０Ｗと３０Ｗとの結果を図３８に示す。Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ－Ｓｕｂ上では、Ｌｉ過剰ターゲットへの変更と酸素流量の調整によって、基板バイアス０ＷではＬｉ過剰の結晶が得られた。その結果、基板バイアスを３０Ｗ印加した試料においてＬｉＮｂＯ３（００６）の配向成長を観測した。
【0134】
＜実験例３＞
次に、実験例１の膜厚２０～４０ｎｍのＬｉＮｂＯ３からなる層を下地層とし、この下地層上に、第２チャンバにおいて、ＬｉＮｂＯ３からなるＬｉＮｂＯ３層を膜厚１８０ｎｍで形成して圧電体膜とした。ＬｉＮｂＯ３層は、Ｌｉ／Ｎｂ＝３であるＬｉＮｂＯ３をターゲットとするＲＦスパッタリング法により形成した。ＬｉＮｂＯ３層の厚みは１００ｎｍ以上とした。ＬｉＮｂＯ３層の成膜条件としては、基板温度を６５０℃とし、成膜圧力を０．５０Ｐａとし、Ａｒ流量を１００ｓｃｃｍとし、酸素流量を５ｓｃｃｍとした。また、ＲＦスパッタのパワーを５００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）とした。同時に、基板バイアス電力（１２．５ＭＨｚ）を３０Ｗとした。
次に、実験例１の膜厚２０～４０ｎｍのＬｉＮｂＯ３からなる層を下地層とし、この下地層上に、第２チャンバにおいて、ＬｉＮｂＯ３からなるＬｉＮｂＯ３層を膜厚１８０ｎｍで形成して圧電体膜とした。ＬｉＮｂＯ３層は、Ｌｉ／Ｎｂ＝３であるＬｉＮｂＯ３をターゲットとするＲＦスパッタリング法により形成した。ＬｉＮｂＯ３層の厚みは１００ｎｍ以上とした。ＬｉＮｂＯ３層の成膜条件としては、基板温度を６５０℃とし、成膜圧力を０．５０Ｐａとし、Ａｒ流量を１００ｓｃｃｍとし、酸素流量を５ｓｃｃｍとした。また、ＲＦスパッタのパワーを５００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）とした。同時に、基板バイアス電力（１２．５ＭＨｚ）を３０Ｗとした。
【0135】
この実験例３の、下地層上にＬｉ／Ｎｂ＝３であるターゲットを用いて形成したＬｉＮｂＯ３からなる層について、圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）をＸ線回折測定により確認した。（００６）の配向成長付近のみの結果を図３９に示す。（００６）のピークが検出されていることがわかる。
比較のため、下地層を形成しないで、Ｌｉ／Ｎｂ＝３であるターゲットを用いて形成したＬｉＮｂＯ３からなる層について、圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）をＸ線回折測定により確認した。その結果を図４０に示す。（００６）のピークが検出されていないことがわかる。
同様に、下地層の（００６）の配向成長付近のみの結果を図４１に示す。（００６）のピークが検出されていないことがわかる。なお下部電極層（バッファ層）としてＰｔを採用した場合ＬｉＮｂＯ３もしくはＬｉＴａＮｂＯ３からなる下地層を設けることが好ましいが、その他のバッファ層においては必ずしもこの限りではない。特に、ＹＳＺやＡｇからなるようなバッファ層等をエピタキシャル成長して、高い結晶性、格子整合を呈することができる場合、ＬｉＮｂＯ３もしくはＬｉＴａＮｂＯ３からなる下地層を用いないこともできる。
比較のため、下地層を形成しないで、Ｌｉ／Ｎｂ＝３であるターゲットを用いて形成したＬｉＮｂＯ３からなる層について、圧電体膜の結晶配向性（面内配向性）をＸ線回折測定により確認した。その結果を図４０に示す。（００６）のピークが検出されていないことがわかる。
同様に、下地層の（００６）の配向成長付近のみの結果を図４１に示す。（００６）のピークが検出されていないことがわかる。なお下部電極層（バッファ層）としてＰｔを採用した場合ＬｉＮｂＯ３もしくはＬｉＴａＮｂＯ３からなる下地層を設けることが好ましいが、その他のバッファ層においては必ずしもこの限りではない。特に、ＹＳＺやＡｇからなるようなバッファ層等をエピタキシャル成長して、高い結晶性、格子整合を呈することができる場合、ＬｉＮｂＯ３もしくはＬｉＴａＮｂＯ３からなる下地層を用いないこともできる。
【0136】
この実験例３の、下地層上に基板バイアスが３０Ｗとして形成したＬｉＮｂＯ３からなる層について、膜表面をＳＥＭ画像により観察した。その結果を図４２に示す。
基板バイアスが３０Ｗとして形成した試料ではクラックが減少しており、基板バイアス印加の効果で高い応力が緩和傾向にあることが考えられる。膜応力をＦＬＸにより測定した。この結果、平均で２８３ＭＰａであった。この基板バイアスが３０Ｗの試料でもＸＲＤにてＬｉ過剰の結晶が混在していることが考えられ、引張り応力がまだ高いことを考慮すると、バイアス電力をさらに上げることでクラックなしのＬｉＮｂＯ３からなる層が得られることが示唆される。ＦＷＨＭ＝２．５°であった。
基板バイアスが３０Ｗとして形成した試料ではクラックが減少しており、基板バイアス印加の効果で高い応力が緩和傾向にあることが考えられる。膜応力をＦＬＸにより測定した。この結果、平均で２８３ＭＰａであった。この基板バイアスが３０Ｗの試料でもＸＲＤにてＬｉ過剰の結晶が混在していることが考えられ、引張り応力がまだ高いことを考慮すると、バイアス電力をさらに上げることでクラックなしのＬｉＮｂＯ３からなる層が得られることが示唆される。ＦＷＨＭ＝２．５°であった。
【0137】
これらの結果から、基板バイアスを印加すると膜応力が緩和されるが、基板バイアスを印加した場合は、ＬｉＮｂＯ３が結晶成長せず、膜中のＬｉ量が減少してしまう。これに対して、Ｌｉ／Ｎｂを大きくしてＬｉリッチであるターゲットを用いることで、基板バイアスを印加しても、ＬｉＮｂＯ３が結晶成長することが確認できた。
【符号の説明】
【0138】
１…基材（基板）
２…バッファ層
３…圧電体膜
３ａ…下地層
３ｂ…ＬｉＮｂＯ３層（圧電体層）
１０…成膜装置
１３…第１チャンバ
１３ｄ…第１支持部
１３ｆ…第１ターゲット
１３ｊ…第１カソード
１３ｈ…第１ガス供給部
１３ｐ…第１バイアス電力供給部
１３ｑ…第１電力供給部
１４…第２チャンバ
１４ｄ…第２支持部
１４ｆ…第２ターゲット
１４ｊ…第２カソード
１４ｈ…第２ガス供給部
１４ｐ…第２バイアス電力供給部
１４ｑ…第２電力供給部
２…バッファ層
３…圧電体膜
３ａ…下地層
３ｂ…ＬｉＮｂＯ３層（圧電体層）
１０…成膜装置
１３…第１チャンバ
１３ｄ…第１支持部
１３ｆ…第１ターゲット
１３ｊ…第１カソード
１３ｈ…第１ガス供給部
１３ｐ…第１バイアス電力供給部
１３ｑ…第１電力供給部
１４…第２チャンバ
１４ｄ…第２支持部
１４ｆ…第２ターゲット
１４ｊ…第２カソード
１４ｈ…第２ガス供給部
１４ｐ…第２バイアス電力供給部
１４ｑ…第２電力供給部
【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】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
