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特開2025-103513圧電膜を有する積層基板、積層基板の製造方法、及び圧電素子
(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】P2025103513
(43)【公開日】2025-07-09
(54)【発明の名称】圧電膜を有する積層基板、積層基板の製造方法、及び圧電素子
(51)【国際特許分類】
H10N 30/853 20230101AFI20250702BHJP
H10N 30/076 20230101ALI20250702BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20250702BHJP
H10N 30/30 20230101ALI20250702BHJP
【ＦＩ】
H10N30/853
H10N30/076
H10N30/20
H10N30/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023220951
(22)【出願日】2023-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000002093
【氏名又は名称】住友化学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145872
【弁理士】
【氏名又は名称】福岡 昌浩
(74)【代理人】
【識別番号】100187632
【弁理士】
【氏名又は名称】橘高 英郎
(72)【発明者】
【氏名】田中 康教
(72)【発明者】
【氏名】柴田 憲治
(72)【発明者】
【氏名】黒田 稔顕
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 和俊
(57)【要約】
【課題】圧電膜を有する積層基板において、圧電膜の配向性の低下を抑制しつつ、基板と圧電膜との間の密着性を向上させる。
【解決手段】基板と、基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、基板のうち、圧電膜が製膜された基板の面から、圧電膜が製膜された基板の面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である。
【選択図】図１
【解決手段】基板と、基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、基板のうち、圧電膜が製膜された基板の面から、圧電膜が製膜された基板の面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
積層基板。
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
積層基板。
【請求項2】
前記圧電膜の圧電定数ｅ３１が７Ｃ／ｍ２以上である請求項１に記載の積層基板。
【請求項3】
前記基板は、半導体基板、樹脂基板、ガラス基板、及び金属基板のうちのいずれかである、請求項１又は２に記載の積層基板。
【請求項4】
前記基板は、シリコン基板であり、
前記基板には、半導体素子が形成されている、
請求項１又は２に記載の積層基板。
前記基板には、半導体素子が形成されている、
請求項１又は２に記載の積層基板。
【請求項5】
前記基板には、前記半導体素子を保護する保護膜が形成されている、請求項４に記載の積層基板。
【請求項6】
基板を用意する工程と、
前記基板上に、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜をスパッタリング法により製膜する工程と、を備え、
前記圧電膜を製膜する工程では、製膜温度を４００℃以上５００℃未満とし、酸素分圧を０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満とし、雰囲気圧力を０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満とする、
積層基板の製造方法。
前記基板上に、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜をスパッタリング法により製膜する工程と、を備え、
前記圧電膜を製膜する工程では、製膜温度を４００℃以上５００℃未満とし、酸素分圧を０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満とし、雰囲気圧力を０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満とする、
積層基板の製造方法。
【請求項7】
基板と、
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
圧電素子。
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、圧電膜を有する積層基板、積層基板の製造方法、及び圧電素子に関する。
【背景技術】
【0002】
圧電体は、センサ、アクチュエータ等の機能性電子部品に広く利用されている。圧電体の材料としては、鉛系材料、特に、組成式Ｐｂ（Ｚｒ１－ｘＴｉｘ）Ｏ３で表されるＰＺＴ系の強誘電体が広く用いられている。ＰＺＴ系の圧電体は鉛を含有しているため、公害防止の面等から好ましくない。そこで、鉛非含有の圧電材料として、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含む圧電材料（ＫＮＮ）が提案されており、基板と、基板上に製膜された下部電極膜と、下部電極膜上に、ＫＮＮを用いて製膜された圧電膜を有する積層基板が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－１８４５１３号公報
【特許文献2】特開２００８－１５９８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、圧電膜を有する積層基板において、圧電膜の配向性の低下を抑制しつつ、基板と圧電膜との間の密着性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様によれば、
基板と、
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
積層基板又は圧電素子が提供される。
基板と、
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
積層基板又は圧電素子が提供される。
【0006】
本開示の他の態様によれば、
基板を用意する工程と、
前記基板上に、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜をスパッタリング法により製膜する工程と、を備え、
前記圧電膜を製膜する工程では、製膜温度を４００℃以上５００℃未満とし、酸素分圧を０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満とし、雰囲気圧力を０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満とする、
積層基板の製造方法が提供される。
基板を用意する工程と、
前記基板上に、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜をスパッタリング法により製膜する工程と、を備え、
前記圧電膜を製膜する工程では、製膜温度を４００℃以上５００℃未満とし、酸素分圧を０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満とし、雰囲気圧力を０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満とする、
積層基板の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、圧電膜を有する積層基板において、圧電膜の配向性の低下を抑制しつつ、基板と圧電膜との間の密着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の一態様にかかる圧電積層体の断面構造の一例を示す図である。
【図2】本開示の一態様にかかる簡易圧電素子の構造の一例を示す図である。
【図3】本開示の一態様にかかる圧電素子の概略構成の一例を示す図である。
【図4】本開示の一態様にかかる圧電デバイスモジュールの概略構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
＜本開示の一態様＞
以下、本開示の一態様について図面を参照しながら説明する。
以下、本開示の一態様について図面を参照しながら説明する。
【0010】
（１）積層基板の構成
図１に示すように、本態様にかかる圧電膜を有する積層基板（積層体）１０（以下、積層体１０とも称する）は、基板１と、基板１上に製膜された下部電極膜２と、下部電極膜２上に製膜された圧電膜（圧電薄膜）３と、圧電膜３上に製膜された上部電極膜４と、を備えている。なお、本開示における「製膜」によって得られた膜は、基板１上に直接堆積させた膜であり、基板１上に貼り合わせた（接合した）膜を含まない。
図１に示すように、本態様にかかる圧電膜を有する積層基板（積層体）１０（以下、積層体１０とも称する）は、基板１と、基板１上に製膜された下部電極膜２と、下部電極膜２上に製膜された圧電膜（圧電薄膜）３と、圧電膜３上に製膜された上部電極膜４と、を備えている。なお、本開示における「製膜」によって得られた膜は、基板１上に直接堆積させた膜であり、基板１上に貼り合わせた（接合した）膜を含まない。
【0011】
基板１として、例えば半導体基板を用いることができる。具体的には、基板１として、熱酸化膜又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）酸化膜等の表面酸化膜（ＳｉＯ２膜）１ｂが形成された単結晶シリコン（Ｓｉ）基板１ａ、すなわち、表面酸化膜を有するＳｉ基板を好適に用いることができる。また、基板１としては、表面酸化膜１ｂの代わりに、ＳｉＯ２以外の絶縁性材料により形成された絶縁膜を有するＳｉ基板１ａを用いることもできる。また、基板１としては、表面にＳｉ（１００）面又はＳｉ（１１１）面等が露出したＳｉ基板１ａ、すなわち、表面酸化膜１ｂ又は絶縁膜を有さないＳｉ基板を用いることもできる。また、基板１としては、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、石英ガラス（ＳｉＯ２）基板を用いることもできる。単結晶Ｓｉ基板１ａの厚さは例えば３００μｍ以上１０００μｍ以下、表面酸化膜１ｂの厚さは例えば１ｎｍ以上４０００ｎｍ以下とすることができる。
【0012】
下部電極膜２は、例えば白金（Ｐｔ）を用いて形成することができる。下部電極膜２は、多結晶膜である。以下、Ｐｔを用いて製膜した多結晶膜をＰｔ膜とも称する。Ｐｔ膜は、その（１１１）面が基板１の主面に対して平行である（（１１１）面が基板１の主面に対して±５°以内の角度で傾斜している場合を含む）こと、すなわち、Ｐｔ膜は（１１１）面方位に配向していることが好ましい。Ｐｔ膜が（１１１）面方位に配向しているとは、圧電膜３の表面で測定したＸ線回折（ＸＲＤ）により得られたＸ線回折パターンにおいて（１１１）面に起因するピーク以外のピークが観測されないことを意味する。このように、下部電極膜２の主面（圧電膜３の下地となる面）は、Ｐｔ（１１１）面により構成されていることが好ましい。下部電極膜２は、スパッタリング法、蒸着法等の手法により製膜することができる。下部電極膜２の材料として、Ｐｔ以外に、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、又はイリジウム（Ｉｒ）等の各種金属、これらを主成分とする合金、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３、略称：ＳＲＯ）又はニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３、略称：ＬＮＯ）等の金属酸化物等を用いて形成することもできる。なお、金属酸化物を用いて下部電極膜２を製膜する場合、下部電極膜２を構成する結晶は、基板１の表面に対して（００１）面方位に優先配向していることが好ましい。下部電極膜２は、上記各種金属、上記各種金属を主成分とする合金、又は金属酸化物等を用いて形成された単層膜とすることができる。下部電極膜２は、Ｐｔ膜とＰｔ膜上に設けられたＳＲＯを主成分とする膜との積層体や、Ｐｔ膜とＰｔ膜上に設けられたＬＮＯを主成分とする膜との積層体等であってもよい。下部電極膜２の厚さ（下部電極膜２が積層体である場合は、各層の合計厚さ）は例えば１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることができる。
【0013】
基板１と下部電極膜２との間には、これらの密着性を高めるため、密着層６が設けられていてもよい。密着層６は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）及び酸素（Ｏ）を主成分として含む層（以下、「ＺｎＯ層」とも称する）とすることができる。ＺｎＯ層は、例えば酸化亜鉛を用いて形成することができる。ＺｎＯ層を構成するＺｎ及びＯの組成比はＺｎ：Ｏ＝１：１の関係を満たすことが好ましいが、これに限定されるものではなく、多少のばらつきがあってもよい。ＺｎＯ層は、多結晶層である。ＺｎＯ層は、その（０００１）面が基板１の主面に対して平行である（（０００１）面が基板１の主面に対して±５°以内の角度で傾斜している場合を含む）こと、すなわち、ＺｎＯ層は（０００１）面方位に配向していることが好ましい。ＺｎＯ層が（０００１）面方位に配向しているとは、圧電膜３の表面で測定したＸＲＤにより得られたＸ線回折パターンにおいて、（０００２）面に起因するピークの強度が高いことを意味する。このように、ＺｎＯ層の主面（下部電極膜２の下地となる面）は、ＺｎＯ（０００１）面により構成されていることが好ましい。ＺｎＯ層は、スパッタリング法、蒸着法等の手法により製膜することができる。ＺｎＯ層の厚さは例えば１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。密着層６として、例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯ２）、イリジウム酸化物（ＩｒＯ２）等を主成分とする層が設けられていてもよい。このような密着層６も、スパッタリング法、蒸着法等の手法により製膜することができ、密着層６の厚さは例えば１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。本明細書では、基板１と下部電極膜２との間に設けられる密着層６を、下部密着層６と称することもある。
【0014】
圧電膜３は、例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、ニオブ（Ｎｂ）、及び酸素（Ｏ）を含有するアルカリニオブ酸化物から形成される膜である。すなわち、圧電膜３は、Ｋ、Ｎａ、Ｎｂ、及びＯを含有するアルカリニオブ酸化物を主成分とする膜である。圧電膜３は、組成式（Ｋ１－ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物、すなわち、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）を用いて形成することができる。上述の組成式中の係数ｘ［＝Ｎａ／（Ｋ＋Ｎａ）］は、０＜ｘ＜１、好ましくは０．４≦ｘ≦０．８の範囲内とすることができる。圧電膜３は、ＫＮＮの多結晶膜（以下、ＫＮＮ膜３とも称する）となる。また、ＫＮＮの結晶構造はペロブスカイト構造となる。すなわち、ＫＮＮ膜３はペロブスカイト構造を有している。また、ＫＮＮ膜３を構成する結晶群のうち半数以上の結晶が柱状構造を有していることが好ましい。なお、本明細書では、ＫＮＮの結晶系を正方晶系とみなすこととする。ＫＮＮ膜３は、スパッタリング法により製膜することができる。ＫＮＮ膜３の厚さは、例えば０．５μｍ以上５μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３μｍ以下とすることができる。
【0015】
ＫＮＮ膜３を構成する結晶は、基板１（基板１が例えば表面酸化膜１ｂ又は絶縁膜等を有するＳｉ基板１ａである場合はＳｉ基板１ａ）の主面に対して（００１）面方位に優先配向している。すなわち、ＫＮＮ膜３の主面（上部電極膜４の下地となる面）は、主にＫＮＮ（００１）面により構成されている。例えば、主面が主にＰｔ（１１１）面により構成されているＰｔ膜（下部電極膜２）上にＫＮＮ膜３を直接製膜することにより、主面が主にＫＮＮ（００１）面により構成されたＫＮＮ膜３を得ることができる。なお、本明細書において、ＫＮＮ膜３を構成する結晶が（００１）面方位に配向しているとは、ＫＮＮ膜３を構成する結晶の（００１）面が基板１の主面に対して平行又は略平行であることを意味する。また、ＫＮＮ膜３を構成する結晶が（００１）面方位に優先配向しているとは、（００１）面が基板１の主面に対して平行又は略平行である結晶が多いことを意味する。
【0016】
また、ＫＮＮ膜３を構成するアルカリニオブ酸化物は、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、バナジウム（Ｖ）、インジウム（Ｉｎ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、Ｔｉ、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、Ｎｉ、アルミニウム（Ａｌ）、Ｓｉ、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、及びガリウム（Ｇａ）からなる群より選択される少なくとも一種の元素（ドーパント）をさらに含有してもよい。アルカリニオブ酸化物中におけるこれらの元素の濃度は、例えば５ａｔ％以下（上述の元素を複数含有している場合は合計濃度が５ａｔ％以下）とすることができる。
【0017】
上部電極膜４は、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の各種金属又はこれらの合金を主成分としている。上部電極膜４は、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、金属ペースト法等の手法により製膜することができる。上部電極膜４は、下部電極膜２のようにＫＮＮ膜３の結晶構造に大きな影響を与えるものではない。そのため、上部電極膜４の材料、結晶構造、製膜手法は特に限定されない。なお、ＫＮＮ膜３と上部電極膜４との間には、これらの密着性を高めるため、例えば、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＯ２、Ｎｉ等を主成分とする密着層７が設けられていてもよい。上部電極膜４の厚さは例えば５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、密着層７を設ける場合には密着層７の厚さは例えば１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。本明細書では、ＫＮＮ膜３と上部電極膜４との間に設けられる密着層７を、上部密着層７と称することもある。
【0018】
詳しくは後述するが、本態様では、積層体１０の作製過程において、低温、高酸素分圧、及び低雰囲気圧力の条件でＫＮＮ膜３を製膜している。これにより、本態様における積層体１０は、後述する特徴１及び特徴２の両方を備えることとなる。また、本態様における積層体１０は、後述する特徴３をさらに備え得る。以下、本態様の積層体１０が有し得る種々の特徴について説明する。
【0019】
（特徴１）
ＫＮＮ膜３を製膜する際、アルカリ金属（カリウム原子、ナトリウム原子）が下部電極膜２（及び下部密着層６）を介して基板１まで拡散することがある。アルカリ金属が基板１まで拡散すると、基板１と下部電極膜２（下部密着層６を有する場合は下部密着層６）との間の密着性が低下することがある。結果、積層体１０を加工することで得られる後述の圧電素子２０（圧電デバイスモジュール３０）の駆動時に、ＫＮＮ膜３が繰り返し大きく変形すること等により下部電極膜２の周辺（部材）に過大な外力が繰り返し加わると、下部電極膜２ひいてはＫＮＮ膜３が基板１から剥離してしまうことがある。
ＫＮＮ膜３を製膜する際、アルカリ金属（カリウム原子、ナトリウム原子）が下部電極膜２（及び下部密着層６）を介して基板１まで拡散することがある。アルカリ金属が基板１まで拡散すると、基板１と下部電極膜２（下部密着層６を有する場合は下部密着層６）との間の密着性が低下することがある。結果、積層体１０を加工することで得られる後述の圧電素子２０（圧電デバイスモジュール３０）の駆動時に、ＫＮＮ膜３が繰り返し大きく変形すること等により下部電極膜２の周辺（部材）に過大な外力が繰り返し加わると、下部電極膜２ひいてはＫＮＮ膜３が基板１から剥離してしまうことがある。
【0020】
このような課題に対し、本態様では、積層体１０の作製過程において、ＫＮＮ膜３を低温で製膜している。これにより、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制することに成功している。具体的には、本態様における積層体１０は、基板１の表層領域を二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）により分析した際、カリウムの濃度（Ｋ濃度）が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度（Ｎａ濃度）が５Ｅ１５ｃｍ－３以下である、という特徴（特徴１）を有している。
【0021】
このように、ＫＮＮ膜３を低温で製膜することで、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制でき、基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度が低い積層体１０が得られることは、本発明者等の鋭意検討の結果初めて見出された新規知見である。
【0022】
なお、本明細書における「基板１の表層領域」とは、基板１の上面から（基板１が表面酸化膜１ｂを有する場合は、表面酸化膜１ｂの上面から）、基板１の厚さ方向に（基板１の下面に向かって）１μｍの深さまでの範囲にわたる領域である。また、「基板１の上面」とは、基板１が有する２つの主面のうち下部電極膜２等が製膜されている面であり、「基板１の下面」とは、基板１が有する２つの主面のうち、基板１の上面とは反対側の面である。
【0023】
基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれが５Ｅ１５ｃｍ－３以下であることで、基板１と下部電極膜２（又は下部密着層６）との間の密着性を向上させることができる。これにより、後述の圧電素子２０（圧電デバイスモジュール３０）の駆動時に、下部電極膜２の周辺に過大な外力が繰り返し加わったとしても、下部電極膜２ひいてはＫＮＮ膜３の基板１からの剥離を回避できる。その結果、圧電素子２０（圧電デバイスモジュール３０）の信頼性を向上させることが可能となる。
【0024】
基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度が低いほど、基板１と下部電極膜２（又は下部密着層６）との間の密着性をより向上させることが可能となる。基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれが３Ｅ１４ｃｍ－３以下であることが好ましく、これにより、上記密着性をより向上させることが可能となる。また、基板１の表層領域におけるＫ濃度は例えば１Ｅ１４ｃｍ－３以下であることがより好ましく、これにより、上記密着性をさらに向上させることが可能となる。
【0025】
基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度の下限値は特に限定されない。なお、現時点でのＳＩＭＳ分析によるＫ濃度の検出限界は１Ｅ１４ｃｍ－３程度であり、Ｎａ濃度の検出限界は３Ｅ１４ｃｍ－３程度である。
【0026】
（特徴２）
ＫＮＮ膜３を低温で製膜すると、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制できるものの、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率が低下してしまうことがある。
ＫＮＮ膜３を低温で製膜すると、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制できるものの、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率が低下してしまうことがある。
【0027】
このような課題に対し、本態様では、積層体１０の作製過程において、低温、高酸素分圧、及び低雰囲気圧力の条件でＫＮＮ膜３を製膜している。すなわち、ＫＮＮ膜３の製膜条件を低温にするだけでなく、高酸素分圧及び低雰囲気圧力にしている。これにより、低温で製膜しても、（００１）配向率が高い（結晶の配向性が高い）ＫＮＮ膜３を得ることに成功している。このことは、本発明者等の鋭意検討の結果初めて見出された新規知見である。
【0028】
具体的には、積層体１０は、特徴１に加えて、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率が例えば９６％以上、好ましくは９８％以上であるという特徴（特徴２）をさらに有する。
【0029】
なお、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率とは、ＫＮＮ膜３を構成する結晶の（００１）面方位への配向率である。「ＫＮＮ膜３の（００１）配向率が９６％以上である」とは、ＫＮＮ膜３を構成する結晶のうち例えば９６％以上の結晶が基板１の主面に対して（００１）面方位に配向していることを意味する。なお、本明細書における「配向率」とは、ＫＮＮ膜３に対してＸＲＤ測定を行うことにより得られたＸ線回折パターン（２θ／θ）のピーク強度に基づいて、下記式（１）により算出した値である。
【0030】
配向率（％）＝｛（００１）ピーク強度／（（００１）ピーク強度＋（１１０）ピーク強度）｝×１００・・・（１）
【0031】
上記式（１）における「（００１）ピーク強度」とは、ＫＮＮ膜３に対してＸＲＤ測定を行うことにより得られるＸ線回折パターンにおいて、ＫＮＮ膜３を構成する結晶のうち（００１）面方位に配向する結晶（すなわち、（００１）面が基板１の主面に対して平行である結晶）に起因する回折ピークの強度であり、２θが２０°～２３°の範囲内に現れるピークの強度である。２θが２０°～２３°の範囲内に複数のピークが現れる場合は、最も高いピークの強度である。また、上記式（１）における「（１１０）ピーク強度」とは、ＫＮＮ膜３に対してＸＲＤ測定を行うことにより得られるＸ線回折パターンにおいて、ＫＮＮ膜３を構成する結晶のうち（１１０）面方位に配向する結晶（すなわち、（１１０）面が基板１の主面に対して平行である結晶）に起因する回折ピークの強度であり、２θが３０°～３３°の範囲内に現れるピークの強度である。なお、２θが３０°～３３°の範囲内に複数のピークが現れる場合は、最も高いピークの強度である。
【0032】
なお、この特徴を発現させるためには、ＫＮＮ膜３がペロブスカイト構造を有する必要がある。ＫＮＮ膜３がペロブスカイト構造を有しない場合、ＸＲＤ測定を行うことにより得られるＸ線回折パターンにおいて、少なくとも２θが２０°～２３°の範囲内にピークを観察できず、結果、（００１）配向率を算出できないからである。
【0033】
（特徴３）
本態様では、積層体１０の作製過程において、低温、高酸素分圧、及び低雰囲気圧力の条件でＫＮＮ膜３を製膜している。これにより、低温で製膜しても、（００１）配向率が高いＫＮＮ膜３を得ることに成功している。結果、圧電定数が高いＫＮＮ膜３を得ることも可能となる。
本態様では、積層体１０の作製過程において、低温、高酸素分圧、及び低雰囲気圧力の条件でＫＮＮ膜３を製膜している。これにより、低温で製膜しても、（００１）配向率が高いＫＮＮ膜３を得ることに成功している。結果、圧電定数が高いＫＮＮ膜３を得ることも可能となる。
【0034】
具体的には、積層体１０は、上記特徴１及び特徴２に加えて、ＫＮＮ膜３の圧電定数ｅ３１の絶対値が例えば７Ｃ／ｍ２以上、好ましくは１０Ｃ／ｍ２以上であるという特徴（特徴３）をさらに有し得る。
【0035】
（２）圧電素子及び圧電デバイスモジュールの構成
図２に、上述の積層体１０をエッチング等により所定の形状に成形することで得られる素子（デバイス）２０（ＫＮＮ膜３を有する素子２０、以下、圧電素子２０とも称する）の概略構成図を示す。なお、本明細書では、図２に示す圧電素子２０を簡易圧電素子２０ａとも称する。
図２に、上述の積層体１０をエッチング等により所定の形状に成形することで得られる素子（デバイス）２０（ＫＮＮ膜３を有する素子２０、以下、圧電素子２０とも称する）の概略構成図を示す。なお、本明細書では、図２に示す圧電素子２０を簡易圧電素子２０ａとも称する。
【0036】
また、圧電素子２０は、メンブレン構造、カンチレバー構造等を有していてもよい。このような圧電素子２０の一例として、図３に、簡易圧電素子２０ａをさらに成形することで得られるメンブレン型ＭＥＭＳ圧電素子２０ｂの概略構成図を示す。圧電素子２０ｂは、簡易圧電素子２０ａに対してＤｅｅｐ－ＲＩＥ又はウエットエッチングを行い、基板１の裏面側（基板１が有する２つの主面のうち、下部電極膜２等が製膜された面とは反対側の面）から、基板１の一部を除去することで得られる。また、圧電素子２０ｂは、絶縁膜８と、メタル配線９ａ，９ｂと、をさらに備えている。
【0037】
メタル配線９ａは、下部電極膜２に接続され（接触し）、上部電極膜４に接続されない（接触しない）ように設けられている。また、メタル配線９ｂは、上部電極膜４に接続され、下部電極膜２に接続されないように設けられている。メタル配線９ａ，９ｂは、それぞれ、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ等の各種金属、これらの各種金属を主成分とする合金を用いて形成することができる。メタル配線９ａ，９ｂは、単層膜であってもよく、複数層を積層した積層体であってもよい。メタル配線９ａ，９ｂは、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、金属ペースト法等の手法により製膜することができる。
【0038】
絶縁膜８は、メタル配線９ｂと下部電極膜２との間を絶縁するように設けられている。絶縁膜８は、例えば、ＫＮＮ膜３の側面の一部を覆うように、上部電極膜４から基板１にかけて設けられている。絶縁膜８は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等の酸化物等を用いて形成することができる。絶縁膜８は、単層膜であってもよく、複数層を積層した積層体であってもよい。絶縁膜８は、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の手法により製膜することができる。
【0039】
図４に、本態様にかかるＫＮＮ膜３を有するデバイスモジュール３０（以下、圧電デバイスモジュール３０とも称する）の概略構成図を示す。圧電デバイスモジュール３０は、図３に示す圧電素子２０ｂと、圧電素子２０ｂに接続される電圧印加部１１ａまたは電圧検出部１１ｂと、を少なくとも備えている。なお、圧電デバイスモジュール３０は、図３に示す圧電素子２０ｂの代わりに、図２に示す簡易圧電素子２０ａを備えていてもよい。
【0040】
電圧印加部１１ａは、下部電極膜２と上部電極膜４との間（電極間）に電圧を印加する手段であり、電圧検出部１１ｂは、下部電極膜２と上部電極膜４との間（電極間）に発生した電圧を検出する手段である。電圧印加部１１ａ、電圧検出部１１ｂとしては、公知の種々の手段を用いることができる。
【0041】
電圧印加部１１ａを、圧電素子２０の下部電極膜２と上部電極膜４との間に接続することで、圧電デバイスモジュール３０をアクチュエータとして機能させることができる。電圧印加部１１ａにより下部電極膜２と上部電極膜４との間に電圧を印加することで、ＫＮＮ膜３を変形させることができる。この変形動作により、圧電デバイスモジュール３０に接続された各種部材を作動させることができる。この場合、圧電デバイスモジュール３０の用途としては、例えば、インクジェットプリンタ用のヘッド、スキャナー用のＭＥＭＳミラー、超音波発生装置用の振動子等が挙げられる。
【0042】
電圧検出部１１ｂを、圧電素子２０の下部電極膜２と上部電極膜４との間に接続することで、圧電デバイスモジュール３０をセンサとして機能させることができる。ＫＮＮ膜３が何らかの物理量の変化に伴って変形すると、その変形によって下部電極膜２と上部電極膜４との間に電圧が発生する。この電圧を電圧検出部１１ｂによって検出することで、ＫＮＮ膜３に印加された物理量の大きさを測定することができる。この場合、圧電デバイスモジュール３０の用途としては、例えば、角速度センサ、超音波センサ、圧カセンサ、加速度センサ等が挙げられる。
【0043】
（３）圧電積層体、圧電素子、圧電デバイスモジュールの製造方法
上述の積層体１０、圧電素子２０、及び圧電デバイスモジュール３０の製造方法について説明する。
上述の積層体１０、圧電素子２０、及び圧電デバイスモジュール３０の製造方法について説明する。
【0044】
（基板の用意）
まず、基板１として、表面酸化膜１ｂを有するＳｉ基板を用意する。
まず、基板１として、表面酸化膜１ｂを有するＳｉ基板を用意する。
【0045】
（下部密着層及び下部電極膜の製膜）
基板１の表面酸化膜１ｂ上に、例えばスパッタリング法により下部密着層６（例えばＺｎＯ層）及び下部電極膜２（例えばＰｔ膜）をこの順に製膜する。なお、いずれかの主面上に、下部密着層６や下部電極膜２が予め製膜された基板１を用意してもよい。
基板１の表面酸化膜１ｂ上に、例えばスパッタリング法により下部密着層６（例えばＺｎＯ層）及び下部電極膜２（例えばＰｔ膜）をこの順に製膜する。なお、いずれかの主面上に、下部密着層６や下部電極膜２が予め製膜された基板１を用意してもよい。
【0046】
下部密着層６としてのＺｎＯ層を製膜する際の条件としては、下記条件が例示される。下部密着層６の製膜時間は、目標とする下部密着層６の厚さに応じて適宜調整される。
ターゲット：ＺｎＯ焼結体
温度（基板温度）：２００℃以上７００℃以下、好ましくは３００℃以上７００℃以下、より好ましくは５００℃以上７００℃以下
放電パワー密度：２Ｗ／ｃｍ２以上６Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは３Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下
雰囲気：アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスの雰囲気（以下、「Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気」とも称する）
Ｏ２ガスに対するＡｒガスの分圧の比（Ａｒガス分圧／Ｏ２ガス分圧）：５／１～３０／１、好ましくは７／１～２０／１、より好ましくは１０／１～１５／１
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．４Ｐａ以下
厚さ：１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下
ターゲット：ＺｎＯ焼結体
温度（基板温度）：２００℃以上７００℃以下、好ましくは３００℃以上７００℃以下、より好ましくは５００℃以上７００℃以下
放電パワー密度：２Ｗ／ｃｍ２以上６Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは３Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下
雰囲気：アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスの雰囲気（以下、「Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気」とも称する）
Ｏ２ガスに対するＡｒガスの分圧の比（Ａｒガス分圧／Ｏ２ガス分圧）：５／１～３０／１、好ましくは７／１～２０／１、より好ましくは１０／１～１５／１
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．４Ｐａ以下
厚さ：１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下
【0047】
本明細書における「５／１～３０／１」のような数値範囲の表記は、下限値及び上限値がその範囲に含まれることを意味する。他の数値範囲についても同様である。また、本明細書における「基板温度」とは、各膜（各層）の製膜時の基板１の表面温度を意味する。
【0048】
なお、下部密着層６としてＴｉ層等を製膜する際の条件としては、下記条件が例示される。
ターゲット：Ｔｉ板等
温度（基板温度）：１００℃以上５００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下
雰囲気：Ａｒガス雰囲気
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．４Ｐａ以下
その他の条件は、ＺｎＯ層を設ける際の条件と同様の条件とすることができる。
ターゲット：Ｔｉ板等
温度（基板温度）：１００℃以上５００℃以下、好ましくは２００℃以上４００℃以下
雰囲気：Ａｒガス雰囲気
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．４Ｐａ以下
その他の条件は、ＺｎＯ層を設ける際の条件と同様の条件とすることができる。
【0049】
下部電極膜２としてのＰｔ膜を製膜する際の条件としては、下記条件が例示される。下部電極膜２の製膜時間は、目標とする下部電極膜２の厚さに応じて適宜調整される。
ターゲット：Ｐｔ板
温度（基板温度）：２００℃以上６００℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下
放電パワー密度：１Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは２Ｗ／ｃｍ２以上４Ｗ／ｃｍ２以下
雰囲気：Ａｒガス雰囲気
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．４Ｐａ以下
厚さ：１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下
ターゲット：Ｐｔ板
温度（基板温度）：２００℃以上６００℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下
放電パワー密度：１Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは２Ｗ／ｃｍ２以上４Ｗ／ｃｍ２以下
雰囲気：Ａｒガス雰囲気
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．４Ｐａ以下
厚さ：１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下
【0050】
（ＫＮＮ膜の製膜）
下部密着層６及び下部電極膜２の製膜が終了したら、続いて、下部電極膜２上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等のスパッタリング法によりＫＮＮ膜３を製膜する。ＫＮＮ膜３の組成は、例えばスパッタ製膜時に用いるターゲットの組成を制御することで調整可能である。ターゲットは、Ｋ２ＣＯ３粉末、Ｎａ２ＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末等を混合させて焼成すること等により作製することができる。ターゲットの組成は、Ｋ２ＣＯ３粉末、Ｎａ２ＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末等の混合比率を調整することで制御することができる。ＣｕやＭｎ等の上述の元素を含むＫＮＮ膜３を製膜する場合は、上述の各粉末に加えてＣｕ粉末（又はＣｕＯ粉末）や、Ｍｎ粉末（又はＭｎＯ粉末）等を所定の比率で混合したターゲットを用いればよい。
下部密着層６及び下部電極膜２の製膜が終了したら、続いて、下部電極膜２上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法等のスパッタリング法によりＫＮＮ膜３を製膜する。ＫＮＮ膜３の組成は、例えばスパッタ製膜時に用いるターゲットの組成を制御することで調整可能である。ターゲットは、Ｋ２ＣＯ３粉末、Ｎａ２ＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末等を混合させて焼成すること等により作製することができる。ターゲットの組成は、Ｋ２ＣＯ３粉末、Ｎａ２ＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末等の混合比率を調整することで制御することができる。ＣｕやＭｎ等の上述の元素を含むＫＮＮ膜３を製膜する場合は、上述の各粉末に加えてＣｕ粉末（又はＣｕＯ粉末）や、Ｍｎ粉末（又はＭｎＯ粉末）等を所定の比率で混合したターゲットを用いればよい。
【0051】
本態様では、ＫＮＮ膜３の製膜条件を、低温にし、酸素分圧を高くし、さらに、雰囲気圧力を低くしている。具体的には、ＫＮＮ膜３を製膜する際の条件としては、下記条件が例示される。ＫＮＮ膜３の製膜時間は、目標とするＫＮＮ膜３の厚さに応じて適宜調整される。
温度（基板温度）：４００℃以上５００℃未満、より好ましくは４００℃以上４５０℃以下
雰囲気：Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気
雰囲気中の酸素分圧（Ｏ２ガス分圧）：０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満、好ましくは、０．００３Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満
雰囲気圧力（チャンバ圧力）：０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満、好ましくは、０．０３Ｐａ以上０．０８Ｐａ以下
放電パワー密度：２．７Ｗ／ｃｍ２以上４．１Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは２．８Ｗ／ｃｍ２以上３．８Ｗ／ｃｍ２以下
製膜速度：０．５μｍ／ｈｒ以上４μｍ／ｈｒ以下、好ましくは０．５μｍ／ｈｒ以上２μｍ／ｈｒ以下
厚さ：０．５μｍ以上５μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３μｍ以下
温度（基板温度）：４００℃以上５００℃未満、より好ましくは４００℃以上４５０℃以下
雰囲気：Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気
雰囲気中の酸素分圧（Ｏ２ガス分圧）：０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満、好ましくは、０．００３Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満
雰囲気圧力（チャンバ圧力）：０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満、好ましくは、０．０３Ｐａ以上０．０８Ｐａ以下
放電パワー密度：２．７Ｗ／ｃｍ２以上４．１Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは２．８Ｗ／ｃｍ２以上３．８Ｗ／ｃｍ２以下
製膜速度：０．５μｍ／ｈｒ以上４μｍ／ｈｒ以下、好ましくは０．５μｍ／ｈｒ以上２μｍ／ｈｒ以下
厚さ：０．５μｍ以上５μｍ以下、好ましくは１μｍ以上３μｍ以下
【0052】
上述の条件でＫＮＮ膜３を製膜することで、特に、製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力を上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することで、基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれを５Ｅ１５ｃｍ－３以下であって、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率が９６％以上である積層体１０を得ることができる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０を得ることができる。
【0053】
特に、製膜温度を上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することで、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制することが可能となる。その結果、基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれを５Ｅ１５ｃｍ－３以下にすることができる。すなわち、上述の特徴１を備える積層体１０を得ることが可能となる。
【0054】
ＫＮＮ膜３の製膜温度が５００℃以上である場合、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制できないことがある。
【0055】
ＫＮＮ膜３の製膜温度が５００℃未満であることで、アルカリ金属の拡散を抑制でき、基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれを低減できる。結果、基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれを５Ｅ１５ｃｍ－３以下にすることができる。また、ＫＮＮ膜３の製膜温度が例えば４５０℃以下であることで、アルカリ金属の拡散を確実に抑制でき、基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれをより低減できる。例えば、基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれを３Ｅ１４ｃｍ－３以下、さらには、基板１の表層領域におけるＫ濃度を１Ｅ１４ｃｍ－３以下にすることができる。
【0056】
ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃未満である場合、アルカリ金属の基板１への拡散抑制効果が頭打ちになる一方、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率が低下する場合がある。その結果、ＫＮＮ膜３の製膜時の酸素分圧及び雰囲気圧力を所定条件の範囲内にしたとしても、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９６％以上にできないことがある。
【0057】
ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃以上であることで、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制しつつ、（００１）配向率が９６％以上であるＫＮＮ膜３を確実に得ることが可能となる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０を得ることが可能となる。
【0058】
また、ＫＮＮ膜３の製膜時の酸素分圧が０．００２５Ｐａ未満である場合、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を充分に高めることができないことがある。したがって、ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃以上５００℃未満である場合において酸素分圧が０．００２５Ｐａ未満であると、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９６％以上にできないことがある。結果、圧電定数ｅ３１の絶対値を７Ｃ／ｍ２以上にできないこともある。
【0059】
酸素分圧が０．００２５Ｐａ以上であることで、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を充分に高めることができ、ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃以上５００℃未満であってもＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９６％以上にすることが可能となる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０を得ることが可能となる。また、酸素分圧が０．００２５Ｐａ以上であることで、ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃以上５００℃未満であっても、ＫＮＮ膜３の圧電定数ｅ３１の絶対値を７Ｃ／ｍ２以上にすることも可能となる。すなわち、上述の特徴１～３の全てを有する積層体１０を得ることが可能となる。酸素分圧が０．００３Ｐａ以上であることでＫＮＮ膜３の（００１）配向率をさらに高めることができ、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９８％以上にしたり、ＫＮＮ膜３の圧電定数ｅ３１の絶対値を１０Ｃ／ｍ２以上にしたりすることも可能となる。
【0060】
酸素分圧が０．０１Ｐａ以上である場合、ＫＮＮ膜３の結晶化に必要なスパッタエネルギーが酸素の電離によって奪われるため、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率が低下しやすくなる。したがって、製膜温度が４００℃以上５００℃未満である場合において酸素分圧が０．０１Ｐａ以上であると、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９６％以上にできないことがある。結果、圧電定数ｅ３１の絶対値を７Ｃ／ｍ２以上にできないこともある。
【0061】
酸素分圧が０．０１Ｐａ未満であることでＫＮＮ膜３の（００１）配向率の低下を抑制でき、ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃以上５００℃未満であってもＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９６％以上にすることが可能となる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０を得ることが可能となる。また、酸素分圧が０．０１Ｐａ未満であることで、ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃以上５００℃未満であっても、圧電定数ｅ３１の絶対値を７Ｃ／ｍ２以上にすることも可能となる。
【0062】
また、ＫＮＮ膜３の製膜中の雰囲気圧力が０．１Ｐａ以上である場合、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を充分に高めることができないことがある。したがって、ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃以上５００℃未満である場合において雰囲気圧力が０．１Ｐａ以上であると、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９６％以上にできないことがある。結果、圧電定数ｅ３１の絶対値を７Ｃ／ｍ２以上にできないこともある。
【0063】
雰囲気圧力が０．１Ｐａ未満であることで、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を充分に高めることができ、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９６％以上にすることが可能となる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０を得ることが可能となる。また、雰囲気圧力が０．１Ｐａ未満であることで、ＫＮＮ膜３の圧電定数ｅ３１の絶対値を７Ｃ／ｍ２以上にすることも可能となる。また、雰囲気圧力が０．０８Ｐａ以下であることで、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率をさらに高めることができ、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９８％以上にしたり、ＫＮＮ膜３の圧電定数ｅ３１の絶対値を１０Ｃ／ｍ２以上にしたりすることも可能となる。
【0064】
また、雰囲気圧力が０．０３Ｐａ未満である場合、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を充分に高めることができないことがある。したがって、ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃以上５００℃未満である場合において雰囲気圧力が０．０３Ｐａ未満であると、ＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９６％以上にできないことがある。結果、圧電定数ｅ３１の絶対値を７Ｃ／ｍ２以上にできないこともある。
【0065】
雰囲気圧力が０．０３Ｐａ以上であることでＫＮＮ膜３の（００１）配向率を充分に高めることができ、ＫＮＮ膜３の製膜温度が４００℃以上５００℃未満であってもＫＮＮ膜３の（００１）配向率を９６％以上にすることが可能となる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０を得ることが可能となる。また、雰囲気圧力が０．０３Ｐａ以上であることで、ＫＮＮ膜３の圧電定数ｅ３１の絶対値を７Ｃ／ｍ２以上にすることも可能となる。
【0066】
これらのように、製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力の全てを上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することではじめて、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０、さらには、上述の特徴１、特徴２、及び特徴３の全てを有する積層体１０が得られる。製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力の条件のうち少なくともいずれかが上記条件の範囲外であると、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体が得られないことがある。
【0067】
（上部密着層及び上部電極膜の製膜）
ＫＮＮ膜３の製膜が終了したら、ＫＮＮ膜３上に、例えばスパッタリング法により、上部密着層７（例えばＲｕＯ２層）及び上部電極膜４（例えばＰｔ膜）をこの順に製膜する。
ＫＮＮ膜３の製膜が終了したら、ＫＮＮ膜３上に、例えばスパッタリング法により、上部密着層７（例えばＲｕＯ２層）及び上部電極膜４（例えばＰｔ膜）をこの順に製膜する。
【0068】
上部密着層７としてのＲｕＯ２層等を製膜する際の条件としては、下記条件が例示される。上部密着層７の製膜時間は、目標とする上部密着層７の厚さに応じて適宜調整される。
ターゲット：Ｒｕ板等
温度（基板温度）：室温（２５℃）以上５００℃未満、好ましくは室温（２５℃）以上４５０℃以下
放電パワー密度：０．３Ｗ／ｃｍ２以上２Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは０．５Ｗ／ｃｍ２以上１Ｗ／ｃｍ２以下
雰囲気：Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気
Ｏ２ガスに対するＡｒガスの分圧の比（Ａｒガス分圧／Ｏ２ガス分圧）：３／５～１／１、好ましくは３／４～１／１
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上１．０Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．７Ｐａ以下
厚さ：１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下
ターゲット：Ｒｕ板等
温度（基板温度）：室温（２５℃）以上５００℃未満、好ましくは室温（２５℃）以上４５０℃以下
放電パワー密度：０．３Ｗ／ｃｍ２以上２Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは０．５Ｗ／ｃｍ２以上１Ｗ／ｃｍ２以下
雰囲気：Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気
Ｏ２ガスに対するＡｒガスの分圧の比（Ａｒガス分圧／Ｏ２ガス分圧）：３／５～１／１、好ましくは３／４～１／１
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上１．０Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．７Ｐａ以下
厚さ：１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下
【0069】
上部電極膜４としてのＰｔ膜等を製膜する際の条件としては、下記条件が例示される。上部電極膜４の製膜時間は、目標とする上部電極膜４の厚さに応じて適宜調整される。
ターゲット：Ｐｔ板等
温度（基板温度）：室温（２５℃）以上５００℃未満、好ましくは室温（２５℃）以上４５０℃以下
放電パワー密度：１Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは２Ｗ／ｃｍ２以上４Ｗ／ｃｍ２以下
雰囲気：Ａｒガス雰囲気
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．４Ｐａ以下
厚さ：５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下
ターゲット：Ｐｔ板等
温度（基板温度）：室温（２５℃）以上５００℃未満、好ましくは室温（２５℃）以上４５０℃以下
放電パワー密度：１Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは２Ｗ／ｃｍ２以上４Ｗ／ｃｍ２以下
雰囲気：Ａｒガス雰囲気
雰囲気圧力：０．１Ｐａ以上０．５Ｐａ以下、好ましくは０．２Ｐａ以上０．４Ｐａ以下
厚さ：５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下
【0070】
上述の条件で上部密着層７及び上部電極膜４を製膜することで、特に、製膜温度を上述の所定条件の範囲内として上部密着層７及び上部電極膜４を製膜することで、アルカリ金属の基板１への拡散をより確実に抑制できる。その結果、基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれを５Ｅ１５ｃｍ－３以下である積層体１０をより確実に得ることができる。
【0071】
上述のように、下部密着層６、下部電極膜２、ＫＮＮ膜３、上部密着層７、上部電極膜４を順に製膜することにより、図１に示すような積層体１０が得られる。
【0072】
（圧電素子の作製）
図１に示すような積層体１０を作製した後、積層体１０を加工して、簡易圧電素子２０ａを作製する。
図１に示すような積層体１０を作製した後、積層体１０を加工して、簡易圧電素子２０ａを作製する。
【0073】
具体的には、まず、例えばＡｒガス又は反応性ガスを用いたドライエッチングにより、上部電極膜４（上部密着層７を含む）及びＫＮＮ膜３に対して、それぞれ個別にパターン加工を行う。パターン加工では、上部電極膜４（上部密着層７を含む）及びＫＮＮ膜３を、それぞれ、所定形状に成形するとともに、下部電極膜２の一部を露出させる。また、パターン加工では、エッチングマスクとしてフォトレジストを用いることができる。
【0074】
図２に示すような簡易圧電素子２０ａを作製した後、例えばＡｒガス又は反応性ガスを用いたドライエッチングにより、下部電極膜２及び下部密着層６に対して、それぞれパターン加工を行い、下部電極膜２及び下部密着層６をそれぞれ所定形状に成形する。このパターン加工では、エッチングマスクとしてフォトレジストを用いることができる。
【0075】
下部電極膜２及び下部密着層６のパターン加工が終了したら、絶縁膜８及びメタル配線９ａ，９ｂを設ける。具体的には、まず、ＫＮＮ膜３の側面を覆うように、上部電極膜４から基板１にかけて絶縁材料からなる層（すなわち絶縁膜８）を、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の手法により設ける。そして、Ａｒガス、又はＣＦ４ガス等の反応性ガスを用いたドライエッチングや、ウエットエッチングにより、絶縁膜８に対してパターン加工を行い、絶縁膜８を所定形状に成形する。
【0076】
絶縁膜８を設けた後、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、金属ペースト法等の手法により、金属を含む材料からなる層（メタル配線層）を設ける。そして、Ａｒガス又は反応性ガスを用いたドライエッチングや、ウエットエッチングにより、メタル配線層に対してパターン加工を行い、メタル配線９ａ，９ｂを形成する。メタル配線９ａは、下部電極膜２に接続され、上部電極膜４に接続されないように形成（パターニング）されており、メタル配線９ｂは、上部電極膜４に接続され、下部電極膜２に接続されないように形成されている。
【0077】
なお、絶縁膜８及びメタル配線９ａ，９ｂの形成時のパターン加工におけるエッチング条件、及び圧電積層体１０を圧電素子２０に加工する際の基板１のエッチング条件は、ＫＮＮ膜３の絶縁性を劣化させない条件であれば、半導体デバイス製造プロセスで利用されている一般的なエッチング条件とすることができる。
【0078】
また、Ｄｅｅｐ－ＲＩＥ又はウエットエッチングにより、基板１の裏面側から、基板１の一部を除去する。これにより、図３に示すような圧電素子２０ｂが得られる。
【0079】
（圧電デバイスモジュールの作製）
得られた圧電素子２０（２０ｂ）に電圧印加部１１ａ又は電圧検出部１１ｂを接続することで、ＫＮＮ膜３を有するデバイスモジュール３０（以下、圧電デバイスモジュール３０とも称する）が得られる。
得られた圧電素子２０（２０ｂ）に電圧印加部１１ａ又は電圧検出部１１ｂを接続することで、ＫＮＮ膜３を有するデバイスモジュール３０（以下、圧電デバイスモジュール３０とも称する）が得られる。
【0080】
（４）効果
本態様によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
本態様によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
【0081】
（ａ）本態様では、積層体１０の作製過程において、製膜温度が４００℃以上５００℃未満、酸素分圧が０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満、雰囲気圧力が０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満の条件でＫＮＮ膜３を製膜している。
【0082】
製膜温度を４００℃以上５００℃未満としてＫＮＮ膜３を製膜することで、基板１へのアルカリ金属の拡散を抑制できる。その結果、得られる積層体１０は、「基板１の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度のそれぞれが５Ｅ１５ｃｍ－３以下である」という特徴（特徴１）を有することが可能となる。
【0083】
また、酸素分圧及び雰囲気圧力を上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することにより、ＫＮＮ膜３を低温（４００℃以上５００℃未満）で製膜しながらも、（００１）配向率の高いＫＮＮ膜３が得られる。その結果、得られる積層体１０は、「ＫＮＮ膜３の（００１）配向率が９６％以上である」という特徴（特徴２）をさらに有することが可能となる。
【0084】
このように、製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力の全てを上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することで、得られる積層体１０は、上記特徴１及び特徴２の両方を有することが可能となる。
【0085】
積層体１０が上記特徴１を有することで、基板１と下部電極膜２（下部密着層６）との間の密着性を向上させることが可能となる。これにより、圧電素子２０（圧電デバイスモジュール３０）の駆動時に、ＫＮＮ膜３が繰り返し大きく変形すること等により下部電極膜２の周辺（部材）に過大な外力が繰り返し加わっても、下部電極膜２ひいてはＫＮＮ膜３の基板１からの剥離を回避できる。その結果、圧電素子２０ひいては圧電デバイスモジュール３０の信頼性を向上させることが可能となる。
【0086】
また、積層体１０が特徴１及び特徴２の両方を備えることで、信頼性が高く、かつ、圧電特性に優れる積層体１０（圧電素子２０、圧電デバイスモジュール３０）を得ることが可能となる。
【0087】
（ｂ）製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力の全てを上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することにより、ＫＮＮ膜３を低温で製膜しながらも、圧電定数の高いＫＮＮ膜３を得ることが可能となる。結果、積層体１０は、上記特徴１及び特徴２に加え、「ＫＮＮ膜３の圧電定数ｅ３１の絶対値が例えば７Ｃ／ｍ２以上である」という特徴（特徴３）を有し得る。これにより、ＫＮＮ膜３ひいては積層体１０は、優れた圧電特性を確実に有することが可能となる。
【0088】
なお、貼り合わせ（接合）を用いた手法で圧電積層体を作製することも提案されている。すなわち、第１基板上に、第１電極膜、ＫＮＮ膜、第２電極膜をこの順に製膜し、第２電極膜の上面に第２基板を貼り合わせ、その後、第１基板を除去することにより、圧電積層体を作製する手法も提案されている。貼り合わせの手法を用いて作製した圧電積層体では、アルカリ金属は第２基板に拡散していないと考えられる。なお、この手法を用いて作製した圧電積層体では、第２電極膜が下部電極膜として機能し、第１電極膜が上部電極膜として機能することとなる。しかしながら、このような貼り合わせを用いた手法で作製した圧電積層体では、基板（第２基板）と下部電極膜（第２電極膜）との間の密着性が非常に低いという課題がある。また、貼り合わせを用いた手法では、圧電積層体の作製の工程数が増えることから、作製工程の複雑化、生産性の低下、コスト増大等の懸念もある。これに対し、本態様では、貼り合わせの手法を用いることなく積層体１０を作製し、さらに、その作製過程において、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制している。これにより、基板１と下部電極膜２（下部密着層６）との間の密着性を向上させることに成功している。また、貼り合わせの手法を用いることなく積層体１０を作製していることから、本態様にかかる積層体１０（ひいては、圧電素子２０、圧電デバイスモジュール３０）には、貼り合わせに由来する痕跡がない。すなわち、本態様にかかる積層体１０（ひいては、圧電素子２０、圧電デバイスモジュール３０）では、基板１とＫＮＮ膜３との間の界面、基板１と下部電極膜２（下部密着層６を有する場合は下部密着層６）との間の界面、又は、下部電極膜２とＫＮＮ膜３との間の界面に、貼り合わせに由来する痕跡がない。なお、ここでいう「貼り合わせに由来する痕跡」としては、貼り合わせに用いる介在物（例えば接着剤）の存在（分布）や、製膜処理に由来しない不純物（例えば接着剤に由来する不純物）の存在（分布）が例示される。
【0089】
（５）変形例
本態様は、以下の変形例のように変形することができる。なお、以下の変形例の説明において、上述の態様と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上述の態様及び以下の変形例は任意に組み合わせることができる。
本態様は、以下の変形例のように変形することができる。なお、以下の変形例の説明において、上述の態様と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上述の態様及び以下の変形例は任意に組み合わせることができる。
【0090】
（変形例１）
基板１として、例えば、熱履歴を小さくすることが求められる半導体基板を用いることも可能である。具体的には、基板１として、いずれかの主面上に半導体素子が形成された半導体基板（例えばＳｉ基板）を用いることも可能である。
基板１として、例えば、熱履歴を小さくすることが求められる半導体基板を用いることも可能である。具体的には、基板１として、いずれかの主面上に半導体素子が形成された半導体基板（例えばＳｉ基板）を用いることも可能である。
【0091】
半導体素子は、例えば、ｐ型ＭＯＳＦＥＴとｎ型ＭＯＳＦＥＴとを備え、これらが相補的に機能するＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造を有することができる。また、基板１には、半導体素子を保護する酸化膜や窒化膜等の保護膜がさらに形成されていてもよく、また、保護膜を半導体素子に含めて考えてもよい。なお、半導体素子の形成には公知の種々の手法を用いることができる。また、半導体素子が有するｎ型領域及びｐ型領域の形成には、ドーパントを熱拡散させる手法、イオン注入及びアニールによりイオンを活性化させる手法等の手法を用いることができる。
【0092】
また、基板１が表面酸化膜１ｂ又は絶縁膜を有する場合、本変形例では、表面酸化膜１ｂ又は絶縁膜は、基板１の上面（半導体素子が形成された基板１の面）のうち、半導体素子の形成箇所以外に形成されている。
【0093】
また、本変形例では、下部電極膜２は、基板１の上面のうち、半導体素子の形成箇所とは異なる位置（基板１が表面酸化膜１ｂ又は絶縁膜等を有する場合は表面酸化膜１ｂ又は絶縁膜上）に形成されている。したがって、圧電素子２０を、基板１の上面上の、半導体素子の形成位置とは異なる位置に形成することができる。また、圧電素子２０を、半導体素子上（保護膜上）に形成することもできる。これらの場合、基板１の表層領域は、圧電素子２０と基板１との間の界面、又は、圧電素子２０と半導体素子（保護膜）との間の界面から基板１の裏面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域となる。
【0094】
本変形例においても、積層体１０の作製過程において、製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力の全てを上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することで、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制しながら、ＫＮＮ膜の（００１）配向率を高めることが可能となる。結果、上述の態様と同様の効果が得られる。すなわち、少なくとも特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０が得られる。
【0095】
なお、上述の手法を用いて形成したＣＭＯＳ構造は熱に弱い。例えば、ｎ型領域やｐ型領域が加熱された場合、ドーパントがマイグレーションしてドーパント濃度が変化してしまうことがある。本変形例では、ＫＮＮ膜３を４００℃以上５００℃未満の低温で製膜することから、半導体素子に対する熱履歴を小さくしつつ、半導体素子と圧電素子とを同一の基板１上に形成することが可能となる。また、半導体素子に対する熱履歴が小さくなることで、半導体素子の寿命短縮や性能劣化を抑制することができる。
【0096】
また、本変形例では、下部電極膜２、下部密着層６の製膜温度をそれぞれ５００℃未満とすることが好ましい。具体的には、下部電極膜２の製膜温度を、例えば２００℃以上５００℃未満、好ましくは３００℃以上４５０℃以下とし、下部密着層６としてＺｎＯ層を製膜する場合は、製膜温度を、例えば２００℃以上５００℃未満、好ましくは３００℃以上４５０℃以下、より好ましくは４００℃以上４５０℃以下とし、下部密着層６としてＴｉ層等を製膜する場合は、製膜温度を、例えば１００℃以上５００℃未満、好ましくは２００℃以上４００℃以下とすることが好ましい。これにより、半導体素子に対する熱履歴を確実に小さくでき、半導体素子の寿命短縮や性能劣化を確実に抑制することができる。
【0097】
（変形例２）
上述の変形例１では、半導体素子がＣＭＯＳ構造を有する例について説明した。しかしながら、半導体素子は、熱に弱い素子構造を有するものであれば、ＣＭＯＳに限定されない。ｎ型領域又はｐ型領域の形成にドーパントの熱拡散やイオン注入の手法を用いて形成した素子は熱に弱い。したがって、半導体素子がこれらの手法を用いて形成されている場合、すなわち、半導体素子がｐ型又はｎ型のドーパントを熱拡散させた領域、または、前記ドーパントがイオン注入された領域のいずれかを有する場合にも、本態様は好適に適用でき、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。
上述の変形例１では、半導体素子がＣＭＯＳ構造を有する例について説明した。しかしながら、半導体素子は、熱に弱い素子構造を有するものであれば、ＣＭＯＳに限定されない。ｎ型領域又はｐ型領域の形成にドーパントの熱拡散やイオン注入の手法を用いて形成した素子は熱に弱い。したがって、半導体素子がこれらの手法を用いて形成されている場合、すなわち、半導体素子がｐ型又はｎ型のドーパントを熱拡散させた領域、または、前記ドーパントがイオン注入された領域のいずれかを有する場合にも、本態様は好適に適用でき、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。
【0098】
（変形例３）
上述のようにＫＮＮ膜３を４００℃以上５００℃未満の低温で製膜することから、基板１として、熱履歴を小さくすることが求められる他の基板を用いることも可能である。
上述のようにＫＮＮ膜３を４００℃以上５００℃未満の低温で製膜することから、基板１として、熱履歴を小さくすることが求められる他の基板を用いることも可能である。
【0099】
例えば、基板１として、ＣＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasound Transducer）構造が形成された基板を用いることも可能である。
【0100】
また例えば、基板１として、熱に弱い樹脂基板又はガラス基板のいずれかを用いることも可能である。
【0101】
樹脂基板として、例えば、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリル樹脂からなる基板を用いることができる。また、樹脂基板として、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、フッ素樹脂基板を用いることもできる。また、樹脂基板として、上述の樹脂基板中に、例えば、酸化ケイ素粒子、金属ナノ粒子、無機酸化物ナノ粒子、無機窒化物ナノ粒子、金属系・無機系のナノファイバー又はマイクロファイバー等を含んだ複合樹脂基板を用いることもできる。樹脂基板の厚さは、例えば１０μｍ以上１０００μｍ以下とすることができる。
【0102】
基板１として上述の基板を用いた場合であっても、積層体１０の作製過程において、製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力の全てを上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することで、熱履歴を小さくすることが求められる基板１や熱に弱い基板１上に、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制しながら、（００１）配向率が高いＫＮＮ膜３を製膜できる。結果、本変形例においても、少なくとも特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０を得ることができる。
【0103】
また、基板１として、ＣＭＵＴ構造が形成された基板、熱に弱い樹脂基板、又はガラス基板を用いる場合、下部電極膜２、下部密着層６の製膜温度をそれぞれ５００℃未満とすることが好ましい。具体的には、下部電極膜２の製膜温度を、例えば２００℃以上５００℃未満、好ましくは３００℃以上４５０℃以下とし、下部密着層６としてＺｎＯ層を製膜する場合は、製膜温度を、例えば２００℃以上５００℃未満、好ましくは３００℃以上４５０℃以下、より好ましくは４００℃以上４５０℃以下とし、下部密着層６としてＴｉ層等を製膜する場合は、製膜温度を、例えば１００℃以上５００℃未満、好ましくは２００℃以上４００℃以下とすることが好ましい。これにより、基板１対する熱履歴を確実に小さくできる。
【0104】
さらにまた、基板１として金属基板を用いることも可能である。金属基板として、例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）を主成分として含む基板を用いることができる。また、金属基板として、例えば、ステンレス鋼（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ：ＳＵＳ）、パーマロイ、インコネルからなる基板を用いることもできる。金属基板の厚さは、例えば１０μｍ以上１０００μｍ以下とすることができる。この場合においても、積層体１０の作製過程において、製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力の全てを上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することで、少なくとも特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０を得ることができる。
【0105】
（変形例４）
上述の態様や変形例では、下部密着層６及び下部電極膜２を設ける例について説明したがこれに限定されない。下部密着層６及び下部電極膜２は設けられていなくてもよい。すなわち、基板１上に直接ＫＮＮ膜３が製膜されていてもよい。
上述の態様や変形例では、下部密着層６及び下部電極膜２を設ける例について説明したがこれに限定されない。下部密着層６及び下部電極膜２は設けられていなくてもよい。すなわち、基板１上に直接ＫＮＮ膜３が製膜されていてもよい。
【0106】
本変形例においても、積層体１０の作製過程において、製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力の全てを上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜３を製膜することで、アルカリ金属の基板１への拡散を抑制ながら、ＫＮＮ膜の（００１）配向率を高めることが可能となる。結果、本態様においても、上述の態様や変形例等と同様の効果が得られる。すなわち、少なくとも特徴１及び特徴２の両方を有する積層体１０が得られる。
【0107】
また、本変形例においても、ＫＮＮ膜３を４００℃以上５００℃未満の低温で製膜することから、基板１として、上述の変形例１～３に記載のいずれかの基板を用いることができる。
【0108】
＜他の態様＞
以上、本開示の態様及び変形例を具体的に説明した。但し、本開示は上述の態様や変形例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。
以上、本開示の態様及び変形例を具体的に説明した。但し、本開示は上述の態様や変形例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。
【0109】
また、上述の態様では基板１と下部電極膜２との間に下部密着層６を設け、ＫＮＮ膜３と上部電極膜４との間に上部密着層７を設ける場合について説明したが、これに限定されない。必要な密着性が確保できれば、下部密着層６、上部密着層７は設けられていなくてもよい。
【実施例0110】
以下、上述の態様の効果を裏付ける実験結果について説明する。
【0111】
（サンプル１）
基板として、表面が（１００）面方位であり、厚さが６１０μｍであり、直径が６インチであり、表面に厚さが５００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）が形成されたＳｉ基板を用意した。そして、この基板上（熱酸化膜上）に、下部密着層としてのＺｎＯ層（厚さ：２５ｎｍ）、下部電極膜としてのＰｔ膜（厚さ：２００～３００ｎｍ）、圧電膜としてのＫＮＮ膜（厚さ：２μｍ）を順に製膜することにより、圧電積層体（サンプル１）を作製した。サンプル１では、下部密着層、下部電極膜、及びＫＮＮ膜は、いずれも、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により製膜した。なお、
基板として、表面が（１００）面方位であり、厚さが６１０μｍであり、直径が６インチであり、表面に厚さが５００ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）が形成されたＳｉ基板を用意した。そして、この基板上（熱酸化膜上）に、下部密着層としてのＺｎＯ層（厚さ：２５ｎｍ）、下部電極膜としてのＰｔ膜（厚さ：２００～３００ｎｍ）、圧電膜としてのＫＮＮ膜（厚さ：２μｍ）を順に製膜することにより、圧電積層体（サンプル１）を作製した。サンプル１では、下部密着層、下部電極膜、及びＫＮＮ膜は、いずれも、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により製膜した。なお、
【0112】
下部密着層としてのＺｎＯ層を製膜する条件は、以下の通りとした。
ターゲット：ＺｎＯ焼結体
基板温度：５００℃
放電パワー密度：４Ｗ／ｃｍ２
雰囲気：Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気
雰囲気圧力（チャンバ圧力）：０．３Ｐａ
Ａｒガス分圧／Ｏ２ガス分圧：１０／１
製膜時間：３分（厚さ２５ｎｍ）
ターゲット：ＺｎＯ焼結体
基板温度：５００℃
放電パワー密度：４Ｗ／ｃｍ２
雰囲気：Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気
雰囲気圧力（チャンバ圧力）：０．３Ｐａ
Ａｒガス分圧／Ｏ２ガス分圧：１０／１
製膜時間：３分（厚さ２５ｎｍ）
【0113】
下部電極膜としてのＰｔ膜を製膜する条件は、以下の通りとした。
ターゲット：Ｐｔ板
基板温度：５００℃
放電パワー密度：２Ｗ／ｃｍ２
雰囲気：Ａｒガス雰囲気
雰囲気圧力（チャンバ圧力）：０．３Ｐａ
製膜時間：２０分（厚さ２００ｎｍ）
ターゲット：Ｐｔ板
基板温度：５００℃
放電パワー密度：２Ｗ／ｃｍ２
雰囲気：Ａｒガス雰囲気
雰囲気圧力（チャンバ圧力）：０．３Ｐａ
製膜時間：２０分（厚さ２００ｎｍ）
【0114】
ＫＮＮ膜を製膜する際の条件は、下記の通りとした。
ターゲット：ＫＮＮ焼結体
放電パワー密度：３Ｗ／ｃｍ２
雰囲気：Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気
製膜温度：４９０℃
酸素分圧：０．００３Ｐａ
雰囲気圧力（チャンバ圧力）：０．０５Ｐａ
製膜時間：１２０分（厚さ２０００ｎｍ（２μｍ））
ターゲット：ＫＮＮ焼結体
放電パワー密度：３Ｗ／ｃｍ２
雰囲気：Ａｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気
製膜温度：４９０℃
酸素分圧：０．００３Ｐａ
雰囲気圧力（チャンバ圧力）：０．０５Ｐａ
製膜時間：１２０分（厚さ２０００ｎｍ（２μｍ））
【0115】
（サンプル２～１３）
サンプル２～１３では、ＫＮＮ膜製膜時の温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力をそれぞれ表１に記載の通りとした。その他の条件は、サンプル１と同一の条件で製膜した。
サンプル２～１３では、ＫＮＮ膜製膜時の温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力をそれぞれ表１に記載の通りとした。その他の条件は、サンプル１と同一の条件で製膜した。
【0116】
【表1】
【0117】
［評価］
サンプル１～１３のそれぞれについて、基板の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度、ＫＮＮ膜の（００１）配向率、圧電定数ｅ３１、及び基板と下部密着層（下部電極膜）との間の密着性を評価した。
サンプル１～１３のそれぞれについて、基板の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度、ＫＮＮ膜の（００１）配向率、圧電定数ｅ３１、及び基板と下部密着層（下部電極膜）との間の密着性を評価した。
【0118】
（Ｋ濃度及びＮａ濃度の測定）
基板の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度の測定はＳＩＭＳ分析により行った。なお、ＳＩＭＳ分析は、分析精度を上げるため、ＫＮＮ膜をエッチングにより除去した状態の各サンプルを用いて行った。基板の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度の測定結果を下記の表２に示す。なお、表２中、Ｋ濃度の１Ｅ１４ｃｍ－３以下とは、基板の表層領域におけるＫ濃度がＳＩＭＳ分析による下限値の検出限界以下であることを意味し、Ｎａ濃度の３Ｅ１４ｃｍ－３以下とは、基板の表層領域におけるＮａ濃度がＳＩＭＳ分析による下限値の検出限界以下であることを意味する。
基板の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度の測定はＳＩＭＳ分析により行った。なお、ＳＩＭＳ分析は、分析精度を上げるため、ＫＮＮ膜をエッチングにより除去した状態の各サンプルを用いて行った。基板の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度の測定結果を下記の表２に示す。なお、表２中、Ｋ濃度の１Ｅ１４ｃｍ－３以下とは、基板の表層領域におけるＫ濃度がＳＩＭＳ分析による下限値の検出限界以下であることを意味し、Ｎａ濃度の３Ｅ１４ｃｍ－３以下とは、基板の表層領域におけるＮａ濃度がＳＩＭＳ分析による下限値の検出限界以下であることを意味する。
【0119】
（ＫＮＮ膜の（００１）配向率の評価）
ＫＮＮ膜の（００１）配向率は、ＫＮＮ膜に対してＸＲＤ測定を行うことにより得られるＸ線回折パターン（２θ／θ）のピーク強度に基づき、上記式（１）により算出することで評価した。（００１）配向率の算出結果を下記の表２に示す。なお、表２における「配向率」とは、ＫＮＮ膜の（００１）配向率を意味する。
ＫＮＮ膜の（００１）配向率は、ＫＮＮ膜に対してＸＲＤ測定を行うことにより得られるＸ線回折パターン（２θ／θ）のピーク強度に基づき、上記式（１）により算出することで評価した。（００１）配向率の算出結果を下記の表２に示す。なお、表２における「配向率」とは、ＫＮＮ膜の（００１）配向率を意味する。
【0120】
（圧電定数の評価）
ＫＮＮ膜の圧電定数ｅ３１は以下のように測定（評価）した。まず、各サンプルから、幅２．５ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形状の試験片をそれぞれ作製した。作製した各試験片の長手方向における一端を固定して固定端とし、他端を自由端として、カンチレバー（片持ち梁）構造を有する簡易的な圧電素子を作製し、この圧電素子に電圧印加手段を接続した。そして、各試験片（圧電素子）が有するＫＮＮ膜に電圧を印加しながら、試験片の自由端の変位量をレーザで測定した。測定した変位量を用い、下記（数２）により圧電定数ｅ３１を算出した。下記（数２）において、ｓ１１，ｓは各サンプルが有する基板（Ｓｉ基板）のヤング率であり、ｈｓは各サンプルが有する基板の厚みであり、Ｌは梁長（１４．５ｍｍ）であり、δは測定した変位量に基づく出力変位であり、Ｖは圧電膜に印加した電圧である。なお、圧電定数ｅ３１の測定時における交流電界（交流電圧）の周波数は３５０Ｈｚであり、ＫＮＮ膜に印加した電圧の最大値は２０Ｖである。圧電定数ｅ３１の単位はＣ／ｍ２である。圧電定数ｅ３１の測定結果を下記表２に示す。
ＫＮＮ膜の圧電定数ｅ３１は以下のように測定（評価）した。まず、各サンプルから、幅２．５ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形状の試験片をそれぞれ作製した。作製した各試験片の長手方向における一端を固定して固定端とし、他端を自由端として、カンチレバー（片持ち梁）構造を有する簡易的な圧電素子を作製し、この圧電素子に電圧印加手段を接続した。そして、各試験片（圧電素子）が有するＫＮＮ膜に電圧を印加しながら、試験片の自由端の変位量をレーザで測定した。測定した変位量を用い、下記（数２）により圧電定数ｅ３１を算出した。下記（数２）において、ｓ１１，ｓは各サンプルが有する基板（Ｓｉ基板）のヤング率であり、ｈｓは各サンプルが有する基板の厚みであり、Ｌは梁長（１４．５ｍｍ）であり、δは測定した変位量に基づく出力変位であり、Ｖは圧電膜に印加した電圧である。なお、圧電定数ｅ３１の測定時における交流電界（交流電圧）の周波数は３５０Ｈｚであり、ＫＮＮ膜に印加した電圧の最大値は２０Ｖである。圧電定数ｅ３１の単位はＣ／ｍ２である。圧電定数ｅ３１の測定結果を下記表２に示す。
【0121】
（数２）
【0122】
（密着性の評価）
基板と下部密着層（下部電極膜）との間の密着性は、以下の交流電圧印加試験により評価した。まず、各サンプルから、幅２．５ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形状の試験片をそれぞれ２片ずつ作製した。作製した各試験片の長手方向における一端を固定して固定端とし、他端を自由端として、カンチレバー（片持ち梁）構造を有する簡易的な圧電素子を作製し、この圧電素子に電圧印加手段を接続した。そして、試験片（圧電素子）が有するＫＮＮ膜に交流電圧を２片のうち一方に１００時間、他方に２００時間印加し続けた。なお、交流電圧の周波数は３５０Ｈｚであり、ＫＮＮ膜に印加した電圧の最大値は３０Ｖである。電圧印加後に下部密着層（下部電極膜）の剥離の有無を走査型電子顕微鏡で確認した。評価結果を下記の表２に示す。なお、表２中、「○」は交流電圧を２００時間印加した圧電素子において下部電極膜の剥離が確認されなかった（剥離がなかった）ことを意味し、「△」は交流電圧を１００時間印加した圧電素子において下部電極膜の剥離が確認されなかったものの、２００時間印加した圧電素子において下部電極膜の剥離が確認されたことを意味し、「×」は交流電圧を１００時間印加した圧電素子において下部電極膜の剥離が確認されたことを意味する。
基板と下部密着層（下部電極膜）との間の密着性は、以下の交流電圧印加試験により評価した。まず、各サンプルから、幅２．５ｍｍ×長さ２０ｍｍの長方形状の試験片をそれぞれ２片ずつ作製した。作製した各試験片の長手方向における一端を固定して固定端とし、他端を自由端として、カンチレバー（片持ち梁）構造を有する簡易的な圧電素子を作製し、この圧電素子に電圧印加手段を接続した。そして、試験片（圧電素子）が有するＫＮＮ膜に交流電圧を２片のうち一方に１００時間、他方に２００時間印加し続けた。なお、交流電圧の周波数は３５０Ｈｚであり、ＫＮＮ膜に印加した電圧の最大値は３０Ｖである。電圧印加後に下部密着層（下部電極膜）の剥離の有無を走査型電子顕微鏡で確認した。評価結果を下記の表２に示す。なお、表２中、「○」は交流電圧を２００時間印加した圧電素子において下部電極膜の剥離が確認されなかった（剥離がなかった）ことを意味し、「△」は交流電圧を１００時間印加した圧電素子において下部電極膜の剥離が確認されなかったものの、２００時間印加した圧電素子において下部電極膜の剥離が確認されたことを意味し、「×」は交流電圧を１００時間印加した圧電素子において下部電極膜の剥離が確認されたことを意味する。
【0123】
【表2】
【0124】
表２から、製膜温度が４００℃以上５００℃未満、酸素分圧が０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満、雰囲気圧力が０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満の条件でＫＮＮ膜を製膜したサンプル１，２，３，６，８，１０，１２では、基板の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度がそれぞれ５Ｅ１５ｃｍ－３以下であるとともに、ＫＮＮ膜の（００１）配向率が９６％以上であることが確認できる。このことから、サンプル１，２，３，６，８，１０，１２では、基板へのアルカリ金属の拡散が抑制されており、また、ＫＮＮ膜を低温で製膜してもＫＮＮ膜の（００１）配向率が充分に高められていることが分かる。さらに、サンプル１，２，３，６，８，１０，１２では、圧電定数ｅ３１が７Ｃ／ｍ２以上であることも確認できる。このように、製膜温度、酸素分圧、及び雰囲気圧力の全てを上述の所定条件の範囲内としてＫＮＮ膜を製膜したサンプルでは、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体、さらには、上述の特徴１～３の全てを有する積層体が得られることが確認できる。
【0125】
また、上述の特徴１及び特徴２の両方を有するサンプル（積層体）のうち、製膜温度が４００℃以上４５０℃以下のサンプル２，３，６，８，１０，１２では、基板の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度がそれぞれ３Ｅ１４ｃｍ－３以下、さらには基板の表層領域におけるＫ濃度が１Ｅ１４ｃｍ－３以下であることが確認できる。すなわち、４００℃以上４５０℃以下の条件でＫＮＮ膜を製膜すると、ＫＮＮ膜の（００１）配向率の低下を回避しつつ、基板へのアルカリ金属の拡散がより確実に抑制され、ＳＩＭＳ分析によるＫ濃度及びＮａ濃度の下限値の検出限界以下の値まで低減できることが分かる。また、これらのサンプルでは、周波数：３５０Ｈｚ、最大電圧値：３０Ｖの交流電圧を２００時間印加しても、下部電極膜の剥離が確認されなかった。すなわち、サンプル２，３，６，８，１０，１２は、サンプル１よりも高い密着性を有することが分かった。
【0126】
また、表２から、サンプル４では、基板の表層領域におけるＫ濃度及びＮａ濃度がそれぞれ５Ｅ１５ｃｍ－３超であることが確認できる。このことから、ＫＮＮ膜の製膜温度が５００℃（５００℃以上）である場合、ＫＮＮ膜製膜時の酸素分圧及び雰囲気圧力が所定条件の範囲内であっても、基板へのアルカリ金属の拡散が抑制できないことが分かる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体が得られないことが分かる。
【0127】
また、表２から、サンプル５では、ＫＮＮ膜の（００１）配向率が９６％未満であることが確認できる。このことから、ＫＮＮ膜の製膜温度が３９０℃（４００℃未満）である場合、ＫＮＮ膜製膜時の酸素分圧及び雰囲気圧力が所定条件の範囲内であっても、ＫＮＮ膜の（００１）配向率を充分に高めることができないことが分かる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体が得られないことが分かる。
【0128】
また、表２から、サンプル７，９では、ＫＮＮ膜の（００１）配向率が９６％未満であり、圧電定数ｅ３１が７．０Ｃ／ｍ２未満であることが確認できる。このことから、ＫＮＮ膜製膜時の酸素分圧が０．０１Ｐａ（０．０１Ｐａ以上）である場合や、ＫＮＮ膜製膜時の酸素分圧が０．００２Ｐａ（０．００２５Ｐａ未満）である場合、ＫＮＮ膜の（００１）配向率を充分に高めることができないことが分かる。このため、ＫＮＮ膜の製膜温度が５００℃未満であるとＫＮＮ膜の（００１）配向率が９６％未満になることが分かる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体が得られないことが分かる。また、ＫＮＮ膜の（００１）配向率が９６％未満である結果、圧電定数ｅ３１も７．０Ｃ／ｍ２未満になることがあることも分かる。
【0129】
また、表２から、サンプル１１，１３では、ＫＮＮ膜の（００１）配向率が９６％未満であり、圧電定数ｅ３１が７．０Ｃ／ｍ２未満であることが確認できる。このことから、ＫＮＮ膜製膜時の雰囲気圧力が０．１Ｐａ（０．１Ｐａ以上）である場合や、ＫＮＮ膜製膜時の雰囲気圧力が０．０２５Ｐａ（０．０３Ｐａ未満）である場合、ＫＮＮ膜の（００１）配向率を充分に高めることができないことが分かる。このため、ＫＮＮ膜の製膜温度が５００℃未満であるとＫＮＮ膜の（００１）配向率が９６％未満になることが分かる。すなわち、上述の特徴１及び特徴２の両方を有する積層体が得られないことが分かる。また、ＫＮＮ膜の（００１）配向率が９６％未満である結果、圧電定数ｅ３１も７．０Ｃ／ｍ２未満になることがあることも分かる。
【0130】
＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
【0131】
（付記１）
本開示の一態様によれば、
基板と、
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
積層基板が提供される。
本開示の一態様によれば、
基板と、
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
積層基板が提供される。
【0132】
（付記２）
付記１に記載の積層基板であって、
前記圧電膜の圧電定数ｅ３１が７Ｃ／ｍ２以上である。
付記１に記載の積層基板であって、
前記圧電膜の圧電定数ｅ３１が７Ｃ／ｍ２以上である。
【0133】
（付記３）
付記１又は２に記載の積層基板であって、
前記基板は、半導体基板、樹脂基板、ガラス基板、及び金属基板のうちのいずれかである。
付記１又は２に記載の積層基板であって、
前記基板は、半導体基板、樹脂基板、ガラス基板、及び金属基板のうちのいずれかである。
【0134】
（付記４）
付記１～３のいずれか１項に記載の積層基板であって、
前記基板は、シリコン基板であり、
前記基板には、半導体素子が形成されている。
付記１～３のいずれか１項に記載の積層基板であって、
前記基板は、シリコン基板であり、
前記基板には、半導体素子が形成されている。
【0135】
（付記５）
付記４に記載の積層基板であって、
前記基板は、前記半導体素子を保護する保護膜を有する。
付記４に記載の積層基板であって、
前記基板は、前記半導体素子を保護する保護膜を有する。
【0136】
（付記６）
付記４又は５に記載の積層基板であって、
前記半導体素子は、ｐ型又はｎ型のドーパント（不純物）を拡散させた領域、または、前記ドーパントがイオン注入された領域のいずれかを有する。
付記４又は５に記載の積層基板であって、
前記半導体素子は、ｐ型又はｎ型のドーパント（不純物）を拡散させた領域、または、前記ドーパントがイオン注入された領域のいずれかを有する。
【0137】
（付記７）
付記１～６のいずれか１項に記載の積層基板であって、
前記基板と前記圧電膜との間に製膜された下部電極膜を備える。
付記１～６のいずれか１項に記載の積層基板であって、
前記基板と前記圧電膜との間に製膜された下部電極膜を備える。
【0138】
（付記８）
本開示の他の態様によれば、
基板を用意する工程と、
前記基板上に、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜をスパッタリング法により製膜する工程と、を備え、
前記圧電膜を製膜する工程では、製膜温度を４００℃以上５００℃未満とし、酸素分圧を０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満とし、雰囲気圧力を０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満とする、
積層基板の製造方法が提供される。
本開示の他の態様によれば、
基板を用意する工程と、
前記基板上に、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜をスパッタリング法により製膜する工程と、を備え、
前記圧電膜を製膜する工程では、製膜温度を４００℃以上５００℃未満とし、酸素分圧を０．００２５Ｐａ以上０．０１Ｐａ未満とし、雰囲気圧力を０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ未満とする、
積層基板の製造方法が提供される。
【0139】
（付記９）
本開示のさらに他の態様によれば、
基板と、
前記基板上に製膜された下部電極膜と、
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
圧電素子又は圧電デバイスモジュールが提供される。
本開示のさらに他の態様によれば、
基板と、
前記基板上に製膜された下部電極膜と、
前記基板上に製膜された、カリウム、ナトリウム、ニオブ、及び酸素を含むアルカリニオブ酸化物で構成される圧電膜と、を備え、
前記基板のうち、前記圧電膜が製膜された前記基板の面から、前記圧電膜が製膜された前記基板の前記面とは反対側の面に向かって１μｍの深さまでの範囲にわたる領域をＳＩＭＳ分析した際、カリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、ナトリウムの濃度が５Ｅ１５ｃｍ－３以下であり、
前記圧電膜を構成する結晶の（００１）面方位への配向率が９６％以上である、
圧電素子又は圧電デバイスモジュールが提供される。
【0140】
（付記１０）
付記９に記載の圧電素子又は圧電デバイスモジュールであって、
前記圧電膜上に製膜された上部電極膜を備える。
付記９に記載の圧電素子又は圧電デバイスモジュールであって、
前記圧電膜上に製膜された上部電極膜を備える。
【0141】
（付記１１）
付記９又は１０に記載の圧電素子又は圧電デバイスモジュールであって、
前記基板と前記圧電膜との間に製膜された下部電極膜を備える。
付記９又は１０に記載の圧電素子又は圧電デバイスモジュールであって、
前記基板と前記圧電膜との間に製膜された下部電極膜を備える。
【0142】
（付記１２）
付記１～７のいずれか１項に記載の積層基板、または、付記９～１１のいずれかに記載の圧電素子又は圧電デバイスモジュールであって、
前記基板と前記圧電膜との間の界面、前記基板と前記下部電極膜（下部密着層を含む場合は下部密着層）との間の界面、又は、前記下部電極膜と前記圧電膜との間の界面に、貼り合わせに由来する痕跡がない。なお、貼り合わせに由来する痕跡とは、貼り合わせに用いる介在物や製膜処理に由来しない不純物の分布等を意味する。
付記１～７のいずれか１項に記載の積層基板、または、付記９～１１のいずれかに記載の圧電素子又は圧電デバイスモジュールであって、
前記基板と前記圧電膜との間の界面、前記基板と前記下部電極膜（下部密着層を含む場合は下部密着層）との間の界面、又は、前記下部電極膜と前記圧電膜との間の界面に、貼り合わせに由来する痕跡がない。なお、貼り合わせに由来する痕跡とは、貼り合わせに用いる介在物や製膜処理に由来しない不純物の分布等を意味する。
【符号の説明】
【0143】
１ 基板
２ 下部電極膜
３ 圧電膜
４ 上部電極膜
６ 下部密着層
７ 上部密着層
８ 絶縁膜
９ａ，９ｂ メタル配線
１０ 積層体
２０ 圧電素子
３０ 圧電デバイスモジュール
２ 下部電極膜
３ 圧電膜
４ 上部電極膜
６ 下部密着層
７ 上部密着層
８ 絶縁膜
９ａ，９ｂ メタル配線
１０ 積層体
２０ 圧電素子
３０ 圧電デバイスモジュール
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】