圧電体薄膜付き基板の製造方法
【課題】基板との剥離および電流リークが起こりにくい非鉛の大面積圧電体薄膜を有する圧電体薄膜付き基板を作製する。
【解決手段】基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程を備え、上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜する。
【解決手段】基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程を備え、上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体薄膜付き基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電体は種々の目的に応じて様々な圧電素子に加工され、特に電圧を加えて変形を生じさせるアクチュエータや、逆に素子の変形から電圧を発生するセンサなどの機能性電子部品として広く利用されている。
アクチュエータやセンサの用途に利用されている圧電体としては、大きな圧電特性を有する鉛系の誘電体、特にＰＺＴと呼ばれるＰｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３系のペロブスカイト型強誘電体がこれまで広く用いられており、通常個々の元素からなる酸化物を焼結することにより形成される。
【０００３】
また、近年では環境への配慮から鉛を含有しない圧電体の開発が望まれており、ＫＮＮと呼ばれるニオブ酸カリウムナトリウム（一般式：（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１））等が開発されている。特に、このＫＮＮは、ＰＺＴに匹敵する圧電特性を有することから、非鉛圧電材料の有力な候補として期待されている。
【０００４】
一方、現在、各種電子部品の小型かつ高性能化が進むにつれ、圧電素子においても小型化と高性能化が強く求められるようになった。しかしながら、従来からの製法である焼結法を中心とした製造方法により作製した圧電材料は、その厚みが特に１０μｍ以下の厚さになると、材料を構成する結晶粒の大きさに近づき、その影響が無視できなくなる。そのため、特性のばらつきや劣化が顕著になるといった問題が発生し、それを回避するために、焼結法に代わる薄膜技術等を応用した圧電体の形成法が近年研究されるようになってきた。
【０００５】
最近、ＲＦスパッタリング法で形成したＰＺＴ薄膜が、高精細高速インクジェットプリンタのヘッド用アクチュエータや、小型低価格のジャイロセンサとして実用化されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。また、鉛を用いないニオブ酸カリウムの圧電体薄膜を用いた圧電体薄膜素子も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８６９５３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９３０２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】中村僖良 監修、「圧電材料の高性能化と先端応用技術」、サイエンス＆テクノロジー刊、２００７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
圧電体薄膜として非鉛圧電体薄膜を形成することにより、環境負荷の小さい、インクジェットプリンタ用ヘッドやジャイロセンサを作製することができる。
非鉛圧電体薄膜の具体的な候補として、ＫＮＮの薄膜化の基礎研究が進められている。また、応用面において低コスト化を図るためには、Ｓｉ基板やガラス基板の上に非鉛圧電体薄膜を制御良く形成する技術を確立することも不可欠である。Ｓｉ基板やガラス基板を用いてアクチュエータやセンサを作製する場合、圧電体薄膜の上下には電極が必要であり
、下部電極、圧電体薄膜、上部電極の順に基板上に、例えばマグネトロンスパッタ法やパルスレーザー蒸着法などを用いて真空中で作製する。圧電体薄膜を用いたデバイスにおいては、圧電体薄膜が基板と剥離しないことや上下電極間で電流リークが起こらないことが求められる。
しかし、ＫＮＮをスパッタ法により作製した場合、基板との剥離および電流リークが起きるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板との剥離および電流リークが起こりにくい非鉛の圧電体薄膜付き基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程とを備える、圧電体薄膜付き基板の製造方法が提供される。上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板との剥離および電流リークが起こりにくい非鉛の圧電体薄膜付き基板を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態による圧電体薄膜付き基板の模式断面図である。
【図２】比較例３のＫＮＮ圧電体薄膜成膜後の基板の平面図である。
【図３】比較例４のＫＮＮ圧電体薄膜成膜後の基板の平面図である。
【図４】実施例６のＫＮＮ圧電体薄膜成膜後の基板の平面図である。
【図５】実施例９のＫＮＮ圧電体薄膜成膜後の基板の平面図である。
【図６】本発明の一実施の形態による圧電特性評価方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の一実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明者は、圧電体薄膜を有する圧電体薄膜素子を多数試作して評価した。評価した圧電体薄膜は、（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３からなり、その組成が０．４≦ｘ≦０．７の範囲であり、その結晶構造が擬立方晶であり、その結晶面が（００１）面方位に優先配向している。その結果、本発明者は、ＲＦマグネトロンスパッタ中の酸素導入量と、ＫＮＮ圧電体薄膜の剥離および電流リークの起こりやすさとに密接な関係があることを見出した。
【００１５】
基板との剥離および電流リークが起きるという問題は、ＫＮＮ圧電体薄膜中に酸素欠陥が生じることが原因であることが分かった。そして、ＲＦマグネトロンスパッタ中のＯ２／Ａｒ混合比が０．００２以下ではＫＮＮ圧電体薄膜と基板との間で剥離や電流リークが顕著に起こり、０．０１０以上ではＫＮＮ圧電体薄膜上の表面荒れが激しくなることが分かった。また、ＫＮＮ圧電体薄膜を安定して作製するため、チャンバー内圧力を所定圧力にしておくことが望ましいことも分かった。これらのことは、スパッタ中に適切な量の酸素を導入する必要があることを意味する。
【００１６】
ＲＦマグネトロンスパッタ中に上記の適切な量の酸素を導入しない場合は、作製したＫＮＮ圧電体薄膜中に多量の酸素欠陥が含まれる。これが膜の脆化をもたらし、また、膜中のキャリア濃度を高め、膜の基板との剥離および電流リークの原因となる。そのため成膜
中に適切な量の酸素を導入した場合、ＫＮＮ圧電体薄膜の脆化を抑え、基板との剥離を防ぐことができ、また、酸素欠陥生成を減らすことにより電流リークも抑制できると考えられる。
【００１７】
本発明の一実施の形態の圧電体薄膜付き基板の製造方法は、基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（ＫＮＮ）で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程とを備える。そして、上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜している。
【００１８】
好ましい実施形態の１つでは、Ｏ２／Ａｒガス混合比を０．０１０以下とするのがよい。
【００１９】
本実施の形態では、基板に、主として低価格でかつ工業的に実績のあるＳｉ基板を用いる。Ｓｉ基板は熱酸化膜付きを主に用いるが、熱酸化膜無しのＳｉ基板、ＳＯＩ基板を用いてもよい。また、Ｓｉ基板以外に、石英ガラス基板、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ステンレスなどの金属基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ３基板などを用いてもよい。
Ｓｉ基板を用いる場合は、（１００）面方位、またはこれとは異なる面方位、熱酸化膜厚さ１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下、サイズは２インチ以上６インチ以下のウエハである。
【００２０】
本実施の形態では、下部電極にＰｔを主として用いるが、これはＰｔ下部電極上部に形成される圧電体薄膜の残留応力を、より確実に制御できるからである。Ｐｔ以外に、Ｐｔを含む合金、Ａｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、または、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３、などの金属酸化物電極を用いてもよい。
【００２１】
下部電極にＰｔを用いた場合、そのＰｔが（１１１）面方位に優先配向していることが好ましいが、これとは異なる面配向をしていてもよい。Ｐｔ電極の厚さは５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。
結晶状態のＰｔ下部電極は、Ｐｔの結晶構造が立方晶ないし擬立方晶の場合、原子の最密面である（１１１）面に自主配向する。例えば、常温の基板にＰｔを成膜するとアモルファス状態のＰｔ薄膜となるが、基板を加熱してスパッタリング法を用いて成膜すると、（１１１）に優先配向した結晶状態のＰｔ薄膜が形成される。なお、基板温度は１００℃〜３５０℃の範囲で調整する。
【００２２】
好ましい実施形態の１つでは、基板に対する下部電極の密着性を向上するために、基板と下部電極との間に密着層を設けてもよい。密着層には主にＴｉを用いるが、Ｔａを用いてもよい。なお、密着層を設けない場合でも、下部電極の面方位を制御することにより、基板に対する下部電極の密着性を向上できる。
Ｔｉ膜を用いる場合、その膜厚は１μｍ以上２０μｍ以下である。
【００２３】
上記密着層、上記下部電極は、スパッタ法、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて真空中で形成することができるが、パルスレーザー蒸着法を用いて作成してもよい。
【００２４】
（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３圧電体薄膜（ＫＮＮ圧電体薄膜）の組成は０＜ｘ＜１の範囲がよく、０．４≦ｘ≦０．７の範囲に設定するのが、優れた圧電特性を実現できる擬立方晶を安定して作り出すうえで好ましい。ＫＮＮ圧電体薄膜の成膜に用いるターゲット材としては、Ｎａ／（Ｋ＋Ｎａ）組成が０．４２５〜０．７３０の（Ｋ１−ｘＮａｘ）Ｎｂ
Ｏ３焼結体を用いるとよい。また、ＫＮＮ圧電体薄膜には特に他の元素を添加しなくてもよいが、５％以下のＬｉ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｔｉ、等をＫＮＮ圧電体薄膜に添加してもよい。
【００２５】
上記ＫＮＮ圧電体薄膜は、スパッタ法、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いてＯ２およびＡｒ雰囲気中で形成するのがよい。この場合、Ｏ２およびＡｒ雰囲気中には、他のガス種として５％以下であればＮ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＣＯ２、ＣＯなどのガスを含んでいても良い。
ＫＮＮ圧電体薄膜のスパッタ成膜時間は、膜厚が１μｍ以上５μｍ以下になるように調整して行う。
【００２６】
また、Ｏ２／Ａｒガス混合比は、０．００２未満であるとＫＮＮ圧電体薄膜と基板との間で剥離や電流リークを顕著に起こし、０．０１０を超えるとＫＮＮ圧電体薄膜上の表面荒れが激しくなる。したがって、Ｏ２／Ａｒガス混合比は、ＫＮＮ圧電体薄膜と基板との間で剥離や電流リークを顕著に起こさず、ＫＮＮ圧電体薄膜上の表面荒れが激しくならない範囲である０．００２以上０．０１０以下であることが好ましい。
【００２７】
チャンバー内ガス圧力は、安定してＫＮＮ圧電体薄膜を作製するため、０．３以上１．８Ｐａ以下であることが好ましい。さらに剥離と電流リークとを共に起こりにくくするためには、上述したチャンバー内ガス圧力の範囲内において、酸素分圧は、３．０×１０−３Ｐａ以上であることが好ましい。
【００２８】
結晶状態の（１１１）面優先配向しているＰｔ下部電極の上に形成されるＫＮＮ圧電体薄膜は、Ｐｔ下部電極表面に露出した結晶面の構造をもとに、Ｓｉ基板に対して垂直方向の（００１）面に優先配向した状態となり、結果として表面平坦性が大幅に向上する。
【００２９】
本発明の一実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
（１）圧電体薄膜を形成する工程では、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上としたので、基板との剥離がなく、電流リークが起こりにくい非鉛のＫＮＮ圧電体薄膜を作製できる。
（２）Ｏ２／Ａｒガス混合比を０．０１０以下としたので、表面荒れのないＫＮＮ圧電体薄膜を作製できる。したがって、優れた圧電特性を実現することができる。
（３）（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３圧電体薄膜の組成を０．４≦ｘ≦０．７の範囲に設定すると、擬立方晶を安定して作り出すことができるので、優れた圧電特性を実現できることができる。したがって、ＰＺＴと同等な大きな圧電定数を有するＫＮＮの圧電体薄膜を再現性よく製造するのが容易になる。その結果、基板との剥離がなく、電流リークが起こりにくい圧電体薄膜付き基板が得られる。
（４）この圧電体薄膜付き基板を用いた圧電体薄膜素子の作製プロセスで、再現性が良く品質の安定した圧電体薄膜素子を提供することが可能である。特に、圧電体薄膜付き基板に、上部電極を形成し、下部電極の一部を露出する微細加工を施し、露出した下部電極と下部電極との間に電圧検知手段または印加手段を設けることにより、非鉛の圧電薄膜デバイスを作製できる。例えば、環境負荷の小さい、インクジェットプリンタ用ヘッドやジャイロセンサを従来品と同等の信頼性かつ製造コストで作製することができる。
【００３０】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
【実施例】
【００３１】
次に実施例１〜１４および比較例１〜１４について説明する。
図１は、本実施例及び比較例に共通したＫＮＮ圧電体薄膜付き基板の断面構造を示す。このＫＮＮ圧電体薄膜付き基板は、基板１０上に下部電極２０を設け、その上に圧電体薄膜３０を形成したものである。
【００３２】
［ＫＮＮ圧電体薄膜の成膜］
基板１０には熱酸化膜（図示せず）を有するＳｉ基板を用いた。Ｓｉ基板は（１００）面方位、厚さ０．５２５ｍｍ、熱酸化膜厚さ２００ｎｍ、サイズ４インチウエハである。
まず、この基板１０上にＲＦマグネトロンスパッタリング法で、膜厚２ｎｍのＴｉ密着層（図示せず）、Ｐｔ下部電極２０（（１１１）面優先配向、膜厚２００ｎｍ）を形成した。Ｔｉ密着層とＰｔ下部電極２０は、ともに基板温度３００℃、放電パワー２００Ｗ、導入ガスＡｒ雰囲気、圧力２．５Ｐａで成膜した。Ｔｉ密着層は成膜時間１〜３分、Ｐｔ下部電極は１０分の条件でそれぞれ成膜した。Ｐｔ下部電極２０の面内表面粗さを測定したところ、算術平均表面粗さＲａが０．８６ｎｍ以下であった。
【００３３】
上記のＰｔ下部電極２０上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法で（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３圧電体薄膜３０を形成した。（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３圧電体薄膜３０にはＮａ／（Ｋ＋Ｎａ）＝０．５５の（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３焼結体をターゲットに用いた。そして、基板温度５２０℃、放電パワー７００Ｗとした。また、異なる酸素導入条件となるようチャンバー内圧力を０．３〜１．８Ｐａ、Ｏ２／Ａｒ混合比０．００１〜０．０１２の条件で成膜した。ＫＮＮ圧電体薄膜のスパッタ成膜時間は膜厚がほぼ３μｍになるように調整して行った。
【００３４】
表１に、このように形成したＫＮＮ圧電体薄膜のチャンバー圧力、Ｏ２／Ａｒ混合比に対する剥離及び電流リークへの影響を調べた結果を示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
［ＫＮＮ圧電体薄膜の剥離］
実施例１〜１４および比較例１〜１４のＫＮＮ圧電体薄膜において、ＫＮＮ圧電体薄膜剥離の有無の表面観察を行った。一例として、比較例３（Ｏ２／Ａｒ＝０．００１）、比較例４（Ｏ２／Ａｒ＝０．００２）、実施例６（Ｏ２／Ａｒ＝０．００４）、及び実施例９（Ｏ２／Ａｒ＝０．０１）の表面を、それぞれ図２、図３、図４、及び図５に示す。図２に示す比較例３では、ＫＮＮ圧電体薄膜が基板から剥離している様子が窺える。図３に示す比較例４では、剥離はないが電流リークがある。図４および図５の実施例６および実施例９では、剥離も電流リークもない。表１から、Ｏ２／Ａｒ混合比（ＲＦマグネトロンスパッタ中の酸素導入量（酸素分圧に相当））が少ない程、ＫＮＮ圧電体薄膜の剥離が起こりやすい傾向が確認できた。
【００３７】
表１中のＫＮＮ圧電体薄膜の剥離に着目して、チャンバー圧力とＯ２／Ａｒ混合比の剥離への影響をまとめた結果を表２に示す。
【表２】
【００３８】
剥離なしの範囲は、チャンバー内圧力が０．３Ｐａから１．８Ｐａに高まっていくにつれて、Ｏ２／Ａｒ混合比の下限が拡大していく傾向にある。これより、ＲＦマグネトロンスパッタ中に適切な量の酸素を導入した場合、ＫＮＮ圧電体薄膜中の酸素欠陥生成が抑制され膜の脆化を低減できるため、剥離が起こりにくいと考えられる。なお、Ｏ２／Ａｒ混合比が０．０１２と大きくなるとチャンバー内圧力にかかわらず表面荒れが生じている。
【００３９】
［ＫＮＮ圧電体薄膜の電流リーク］
表１中のＫＮＮ圧電体薄膜の電流リークに着目して、チャンバー圧力とＯ２／Ａｒ混合比の電流リークへの影響をまとめた結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
ここでは、２０ｋＶ／ｃｍ以下の電界を印加したときの電極１ｃｍ２当たりの抵抗値が１０４Ω以下の場合を電流リークとした。電流リークなしの範囲は、チャンバー内圧力が０．３Ｐａから１．８Ｐａに高まっていくにつれて、Ｏ２／Ａｒ混合比の下限が剥離の場合よりさらに拡大していく傾向にある。すなわち、ＲＦマグネトロンスパッタ中の酸素導入量（酸素分圧に相当）が少ない程、ＫＮＮ圧電体薄膜の電流リークが起こりやすい傾向
が確認できた。これより、ＲＦマグネトロンスパッタ中に適切な量の酸素を導入した場合、ＫＮＮ圧電体薄膜中の酸素欠陥生成が抑制されキャリア濃度増加を低減できるため、電流リークが起こりにくいと考えられる。
【００４１】
［圧電特性］
上記実施例で作製したＫＮＮ圧電体薄膜の圧電特性を確認するためにアクチュエータの試作を行った。図６に示すように、試料のＫＮＮ圧電体薄膜３０上にＰｔ上部電極（膜厚２０ｎｍ）５０をＲＦマグネトロンスパッタリング法で形成して、長さ２０ｍｍ幅２．５ｍｍの短冊形に切り出し、圧電体薄膜素子２ａを試作した。次に、圧電体薄膜素子２ａの長手方向の端をクランプ２００で固定し、簡易的なユニモルフカンチレバーを構成した（図６（ａ））。この状態で上下部電極２０、５０間のＫＮＮ圧電体薄膜３０に電圧を印加し、ＫＮＮ圧電体薄膜３０を長手方向に伸縮させることでカンチレバー全体を屈曲させ、レバー先端を上下方向に動作させた。作製したＫＮＮ圧電体薄膜が十分な圧電特性を有しているかレーザトップラ変位計２５０で、上部電極５０の表面５０ａの基端３００ａと先端３００ｂとの変位量３００を確認した（図６（ｂ））。
以上より、本実施例１〜１４の圧電体薄膜の作製方法を用いた場合は、ＰＺＴに匹敵する十分な圧電特性が得られることを確認した。
［ＫＮＮ圧電体薄膜の剥離および電流リーク］
【００４２】
表２および表３よりわかるように、ＫＮＮ圧電体薄膜作製時のチャンバー内圧力および素導入量（Ｏ２／Ａｒ混合比）からだけでは、剥離および電流リークが共に起こりにくい最適な範囲を一律に規定することができない。そこで、最適な範囲を規定できるように、さらに酸素導入量と相関する酸素分圧に着目して、成膜時のチャンバー内ガス圧力とＯ２／Ａｒガスの混合比とに加えて酸素分圧の影響をまとめた結果を表４に示す。枠で囲った部分が剥離および電流リークが共に起こりにくい範囲である。
【００４３】
【表４】
【００４４】
この結果から、ＲＦマグネトロンスパッタ中のＯ２／Ａｒ混合比を０．０１０以下０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上とすることにより、剥離および電流リークの起こりにくいＫＮＮ圧電体薄膜を作製できることが分かる。また、ＲＦマグネトロンスパッタ法により安定してＫＮＮ圧電体薄膜を作製するため、チャンバー内圧力を０．３〜１．８Ｐａにしておく必要があることも分かる。
【００４５】
なお、下部電極Ｐｔ成膜時の基板温度や放電パワー、膜厚を変更することで、算術平均
表面粗さＲａが０．８６より大きい下部電極を準備し、下部電極上に実施例１、７、１３と同様の成膜条件でＫＮＮ圧電体薄膜を形成し、圧電体薄膜素子を作製したところ、いずれの圧電体薄膜素子においても圧電デバイスとしての使用に耐えるものの、Ｒａが０．８６ｎｍ以下のものと比べて圧電特性の低下が見られた。よって、ＫＮＮ圧電体薄膜が十分な圧電特性を発揮するためには、Ｐｔ下部電極の表面は、算術平均表面粗さＲａが０．８６ｎｍ以下が好ましい。
【００４６】
以下に、本実施形態に係る好ましい態様を付記する。
【００４７】
基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程を備え、上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上０．０１０以下、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜する圧電体薄膜付き基板の製造方法。
【００４８】
圧電体薄膜付き基板の製造方法によって形成された圧電対薄膜付き基板の上に、さらに上部電極を設けて形成される圧電体薄膜素子。
【００４９】
圧電体薄膜付き基板の製造方法によって形成された圧電対薄膜付き基板の上記圧電体薄膜素子に、電圧検知手段または印加手段を設けた圧電体薄膜デバイス。
【符号の説明】
【００５０】
１０：基板
２０：下部電極
３０：ＫＮＮ圧電体薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体薄膜付き基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電体は種々の目的に応じて様々な圧電素子に加工され、特に電圧を加えて変形を生じさせるアクチュエータや、逆に素子の変形から電圧を発生するセンサなどの機能性電子部品として広く利用されている。
アクチュエータやセンサの用途に利用されている圧電体としては、大きな圧電特性を有する鉛系の誘電体、特にＰＺＴと呼ばれるＰｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３系のペロブスカイト型強誘電体がこれまで広く用いられており、通常個々の元素からなる酸化物を焼結することにより形成される。
【０００３】
また、近年では環境への配慮から鉛を含有しない圧電体の開発が望まれており、ＫＮＮと呼ばれるニオブ酸カリウムナトリウム（一般式：（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１））等が開発されている。特に、このＫＮＮは、ＰＺＴに匹敵する圧電特性を有することから、非鉛圧電材料の有力な候補として期待されている。
【０００４】
一方、現在、各種電子部品の小型かつ高性能化が進むにつれ、圧電素子においても小型化と高性能化が強く求められるようになった。しかしながら、従来からの製法である焼結法を中心とした製造方法により作製した圧電材料は、その厚みが特に１０μｍ以下の厚さになると、材料を構成する結晶粒の大きさに近づき、その影響が無視できなくなる。そのため、特性のばらつきや劣化が顕著になるといった問題が発生し、それを回避するために、焼結法に代わる薄膜技術等を応用した圧電体の形成法が近年研究されるようになってきた。
【０００５】
最近、ＲＦスパッタリング法で形成したＰＺＴ薄膜が、高精細高速インクジェットプリンタのヘッド用アクチュエータや、小型低価格のジャイロセンサとして実用化されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。また、鉛を用いないニオブ酸カリウムの圧電体薄膜を用いた圧電体薄膜素子も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８６９５３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９３０２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】中村僖良 監修、「圧電材料の高性能化と先端応用技術」、サイエンス＆テクノロジー刊、２００７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
圧電体薄膜として非鉛圧電体薄膜を形成することにより、環境負荷の小さい、インクジェットプリンタ用ヘッドやジャイロセンサを作製することができる。
非鉛圧電体薄膜の具体的な候補として、ＫＮＮの薄膜化の基礎研究が進められている。また、応用面において低コスト化を図るためには、Ｓｉ基板やガラス基板の上に非鉛圧電体薄膜を制御良く形成する技術を確立することも不可欠である。Ｓｉ基板やガラス基板を用いてアクチュエータやセンサを作製する場合、圧電体薄膜の上下には電極が必要であり
、下部電極、圧電体薄膜、上部電極の順に基板上に、例えばマグネトロンスパッタ法やパルスレーザー蒸着法などを用いて真空中で作製する。圧電体薄膜を用いたデバイスにおいては、圧電体薄膜が基板と剥離しないことや上下電極間で電流リークが起こらないことが求められる。
しかし、ＫＮＮをスパッタ法により作製した場合、基板との剥離および電流リークが起きるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板との剥離および電流リークが起こりにくい非鉛の圧電体薄膜付き基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程とを備える、圧電体薄膜付き基板の製造方法が提供される。上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板との剥離および電流リークが起こりにくい非鉛の圧電体薄膜付き基板を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態による圧電体薄膜付き基板の模式断面図である。
【図２】比較例３のＫＮＮ圧電体薄膜成膜後の基板の平面図である。
【図３】比較例４のＫＮＮ圧電体薄膜成膜後の基板の平面図である。
【図４】実施例６のＫＮＮ圧電体薄膜成膜後の基板の平面図である。
【図５】実施例９のＫＮＮ圧電体薄膜成膜後の基板の平面図である。
【図６】本発明の一実施の形態による圧電特性評価方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の一実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明者は、圧電体薄膜を有する圧電体薄膜素子を多数試作して評価した。評価した圧電体薄膜は、（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３からなり、その組成が０．４≦ｘ≦０．７の範囲であり、その結晶構造が擬立方晶であり、その結晶面が（００１）面方位に優先配向している。その結果、本発明者は、ＲＦマグネトロンスパッタ中の酸素導入量と、ＫＮＮ圧電体薄膜の剥離および電流リークの起こりやすさとに密接な関係があることを見出した。
【００１５】
基板との剥離および電流リークが起きるという問題は、ＫＮＮ圧電体薄膜中に酸素欠陥が生じることが原因であることが分かった。そして、ＲＦマグネトロンスパッタ中のＯ２／Ａｒ混合比が０．００２以下ではＫＮＮ圧電体薄膜と基板との間で剥離や電流リークが顕著に起こり、０．０１０以上ではＫＮＮ圧電体薄膜上の表面荒れが激しくなることが分かった。また、ＫＮＮ圧電体薄膜を安定して作製するため、チャンバー内圧力を所定圧力にしておくことが望ましいことも分かった。これらのことは、スパッタ中に適切な量の酸素を導入する必要があることを意味する。
【００１６】
ＲＦマグネトロンスパッタ中に上記の適切な量の酸素を導入しない場合は、作製したＫＮＮ圧電体薄膜中に多量の酸素欠陥が含まれる。これが膜の脆化をもたらし、また、膜中のキャリア濃度を高め、膜の基板との剥離および電流リークの原因となる。そのため成膜
中に適切な量の酸素を導入した場合、ＫＮＮ圧電体薄膜の脆化を抑え、基板との剥離を防ぐことができ、また、酸素欠陥生成を減らすことにより電流リークも抑制できると考えられる。
【００１７】
本発明の一実施の形態の圧電体薄膜付き基板の製造方法は、基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３（ＫＮＮ）で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程とを備える。そして、上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜している。
【００１８】
好ましい実施形態の１つでは、Ｏ２／Ａｒガス混合比を０．０１０以下とするのがよい。
【００１９】
本実施の形態では、基板に、主として低価格でかつ工業的に実績のあるＳｉ基板を用いる。Ｓｉ基板は熱酸化膜付きを主に用いるが、熱酸化膜無しのＳｉ基板、ＳＯＩ基板を用いてもよい。また、Ｓｉ基板以外に、石英ガラス基板、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ステンレスなどの金属基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ３基板などを用いてもよい。
Ｓｉ基板を用いる場合は、（１００）面方位、またはこれとは異なる面方位、熱酸化膜厚さ１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下、サイズは２インチ以上６インチ以下のウエハである。
【００２０】
本実施の形態では、下部電極にＰｔを主として用いるが、これはＰｔ下部電極上部に形成される圧電体薄膜の残留応力を、より確実に制御できるからである。Ｐｔ以外に、Ｐｔを含む合金、Ａｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、または、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３、などの金属酸化物電極を用いてもよい。
【００２１】
下部電極にＰｔを用いた場合、そのＰｔが（１１１）面方位に優先配向していることが好ましいが、これとは異なる面配向をしていてもよい。Ｐｔ電極の厚さは５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。
結晶状態のＰｔ下部電極は、Ｐｔの結晶構造が立方晶ないし擬立方晶の場合、原子の最密面である（１１１）面に自主配向する。例えば、常温の基板にＰｔを成膜するとアモルファス状態のＰｔ薄膜となるが、基板を加熱してスパッタリング法を用いて成膜すると、（１１１）に優先配向した結晶状態のＰｔ薄膜が形成される。なお、基板温度は１００℃〜３５０℃の範囲で調整する。
【００２２】
好ましい実施形態の１つでは、基板に対する下部電極の密着性を向上するために、基板と下部電極との間に密着層を設けてもよい。密着層には主にＴｉを用いるが、Ｔａを用いてもよい。なお、密着層を設けない場合でも、下部電極の面方位を制御することにより、基板に対する下部電極の密着性を向上できる。
Ｔｉ膜を用いる場合、その膜厚は１μｍ以上２０μｍ以下である。
【００２３】
上記密着層、上記下部電極は、スパッタ法、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて真空中で形成することができるが、パルスレーザー蒸着法を用いて作成してもよい。
【００２４】
（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３圧電体薄膜（ＫＮＮ圧電体薄膜）の組成は０＜ｘ＜１の範囲がよく、０．４≦ｘ≦０．７の範囲に設定するのが、優れた圧電特性を実現できる擬立方晶を安定して作り出すうえで好ましい。ＫＮＮ圧電体薄膜の成膜に用いるターゲット材としては、Ｎａ／（Ｋ＋Ｎａ）組成が０．４２５〜０．７３０の（Ｋ１−ｘＮａｘ）Ｎｂ
Ｏ３焼結体を用いるとよい。また、ＫＮＮ圧電体薄膜には特に他の元素を添加しなくてもよいが、５％以下のＬｉ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｔｉ、等をＫＮＮ圧電体薄膜に添加してもよい。
【００２５】
上記ＫＮＮ圧電体薄膜は、スパッタ法、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いてＯ２およびＡｒ雰囲気中で形成するのがよい。この場合、Ｏ２およびＡｒ雰囲気中には、他のガス種として５％以下であればＮ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＣＯ２、ＣＯなどのガスを含んでいても良い。
ＫＮＮ圧電体薄膜のスパッタ成膜時間は、膜厚が１μｍ以上５μｍ以下になるように調整して行う。
【００２６】
また、Ｏ２／Ａｒガス混合比は、０．００２未満であるとＫＮＮ圧電体薄膜と基板との間で剥離や電流リークを顕著に起こし、０．０１０を超えるとＫＮＮ圧電体薄膜上の表面荒れが激しくなる。したがって、Ｏ２／Ａｒガス混合比は、ＫＮＮ圧電体薄膜と基板との間で剥離や電流リークを顕著に起こさず、ＫＮＮ圧電体薄膜上の表面荒れが激しくならない範囲である０．００２以上０．０１０以下であることが好ましい。
【００２７】
チャンバー内ガス圧力は、安定してＫＮＮ圧電体薄膜を作製するため、０．３以上１．８Ｐａ以下であることが好ましい。さらに剥離と電流リークとを共に起こりにくくするためには、上述したチャンバー内ガス圧力の範囲内において、酸素分圧は、３．０×１０−３Ｐａ以上であることが好ましい。
【００２８】
結晶状態の（１１１）面優先配向しているＰｔ下部電極の上に形成されるＫＮＮ圧電体薄膜は、Ｐｔ下部電極表面に露出した結晶面の構造をもとに、Ｓｉ基板に対して垂直方向の（００１）面に優先配向した状態となり、結果として表面平坦性が大幅に向上する。
【００２９】
本発明の一実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
（１）圧電体薄膜を形成する工程では、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上としたので、基板との剥離がなく、電流リークが起こりにくい非鉛のＫＮＮ圧電体薄膜を作製できる。
（２）Ｏ２／Ａｒガス混合比を０．０１０以下としたので、表面荒れのないＫＮＮ圧電体薄膜を作製できる。したがって、優れた圧電特性を実現することができる。
（３）（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３圧電体薄膜の組成を０．４≦ｘ≦０．７の範囲に設定すると、擬立方晶を安定して作り出すことができるので、優れた圧電特性を実現できることができる。したがって、ＰＺＴと同等な大きな圧電定数を有するＫＮＮの圧電体薄膜を再現性よく製造するのが容易になる。その結果、基板との剥離がなく、電流リークが起こりにくい圧電体薄膜付き基板が得られる。
（４）この圧電体薄膜付き基板を用いた圧電体薄膜素子の作製プロセスで、再現性が良く品質の安定した圧電体薄膜素子を提供することが可能である。特に、圧電体薄膜付き基板に、上部電極を形成し、下部電極の一部を露出する微細加工を施し、露出した下部電極と下部電極との間に電圧検知手段または印加手段を設けることにより、非鉛の圧電薄膜デバイスを作製できる。例えば、環境負荷の小さい、インクジェットプリンタ用ヘッドやジャイロセンサを従来品と同等の信頼性かつ製造コストで作製することができる。
【００３０】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
【実施例】
【００３１】
次に実施例１〜１４および比較例１〜１４について説明する。
図１は、本実施例及び比較例に共通したＫＮＮ圧電体薄膜付き基板の断面構造を示す。このＫＮＮ圧電体薄膜付き基板は、基板１０上に下部電極２０を設け、その上に圧電体薄膜３０を形成したものである。
【００３２】
［ＫＮＮ圧電体薄膜の成膜］
基板１０には熱酸化膜（図示せず）を有するＳｉ基板を用いた。Ｓｉ基板は（１００）面方位、厚さ０．５２５ｍｍ、熱酸化膜厚さ２００ｎｍ、サイズ４インチウエハである。
まず、この基板１０上にＲＦマグネトロンスパッタリング法で、膜厚２ｎｍのＴｉ密着層（図示せず）、Ｐｔ下部電極２０（（１１１）面優先配向、膜厚２００ｎｍ）を形成した。Ｔｉ密着層とＰｔ下部電極２０は、ともに基板温度３００℃、放電パワー２００Ｗ、導入ガスＡｒ雰囲気、圧力２．５Ｐａで成膜した。Ｔｉ密着層は成膜時間１〜３分、Ｐｔ下部電極は１０分の条件でそれぞれ成膜した。Ｐｔ下部電極２０の面内表面粗さを測定したところ、算術平均表面粗さＲａが０．８６ｎｍ以下であった。
【００３３】
上記のＰｔ下部電極２０上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法で（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３圧電体薄膜３０を形成した。（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３圧電体薄膜３０にはＮａ／（Ｋ＋Ｎａ）＝０．５５の（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３焼結体をターゲットに用いた。そして、基板温度５２０℃、放電パワー７００Ｗとした。また、異なる酸素導入条件となるようチャンバー内圧力を０．３〜１．８Ｐａ、Ｏ２／Ａｒ混合比０．００１〜０．０１２の条件で成膜した。ＫＮＮ圧電体薄膜のスパッタ成膜時間は膜厚がほぼ３μｍになるように調整して行った。
【００３４】
表１に、このように形成したＫＮＮ圧電体薄膜のチャンバー圧力、Ｏ２／Ａｒ混合比に対する剥離及び電流リークへの影響を調べた結果を示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
［ＫＮＮ圧電体薄膜の剥離］
実施例１〜１４および比較例１〜１４のＫＮＮ圧電体薄膜において、ＫＮＮ圧電体薄膜剥離の有無の表面観察を行った。一例として、比較例３（Ｏ２／Ａｒ＝０．００１）、比較例４（Ｏ２／Ａｒ＝０．００２）、実施例６（Ｏ２／Ａｒ＝０．００４）、及び実施例９（Ｏ２／Ａｒ＝０．０１）の表面を、それぞれ図２、図３、図４、及び図５に示す。図２に示す比較例３では、ＫＮＮ圧電体薄膜が基板から剥離している様子が窺える。図３に示す比較例４では、剥離はないが電流リークがある。図４および図５の実施例６および実施例９では、剥離も電流リークもない。表１から、Ｏ２／Ａｒ混合比（ＲＦマグネトロンスパッタ中の酸素導入量（酸素分圧に相当））が少ない程、ＫＮＮ圧電体薄膜の剥離が起こりやすい傾向が確認できた。
【００３７】
表１中のＫＮＮ圧電体薄膜の剥離に着目して、チャンバー圧力とＯ２／Ａｒ混合比の剥離への影響をまとめた結果を表２に示す。
【表２】
【００３８】
剥離なしの範囲は、チャンバー内圧力が０．３Ｐａから１．８Ｐａに高まっていくにつれて、Ｏ２／Ａｒ混合比の下限が拡大していく傾向にある。これより、ＲＦマグネトロンスパッタ中に適切な量の酸素を導入した場合、ＫＮＮ圧電体薄膜中の酸素欠陥生成が抑制され膜の脆化を低減できるため、剥離が起こりにくいと考えられる。なお、Ｏ２／Ａｒ混合比が０．０１２と大きくなるとチャンバー内圧力にかかわらず表面荒れが生じている。
【００３９】
［ＫＮＮ圧電体薄膜の電流リーク］
表１中のＫＮＮ圧電体薄膜の電流リークに着目して、チャンバー圧力とＯ２／Ａｒ混合比の電流リークへの影響をまとめた結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
ここでは、２０ｋＶ／ｃｍ以下の電界を印加したときの電極１ｃｍ２当たりの抵抗値が１０４Ω以下の場合を電流リークとした。電流リークなしの範囲は、チャンバー内圧力が０．３Ｐａから１．８Ｐａに高まっていくにつれて、Ｏ２／Ａｒ混合比の下限が剥離の場合よりさらに拡大していく傾向にある。すなわち、ＲＦマグネトロンスパッタ中の酸素導入量（酸素分圧に相当）が少ない程、ＫＮＮ圧電体薄膜の電流リークが起こりやすい傾向
が確認できた。これより、ＲＦマグネトロンスパッタ中に適切な量の酸素を導入した場合、ＫＮＮ圧電体薄膜中の酸素欠陥生成が抑制されキャリア濃度増加を低減できるため、電流リークが起こりにくいと考えられる。
【００４１】
［圧電特性］
上記実施例で作製したＫＮＮ圧電体薄膜の圧電特性を確認するためにアクチュエータの試作を行った。図６に示すように、試料のＫＮＮ圧電体薄膜３０上にＰｔ上部電極（膜厚２０ｎｍ）５０をＲＦマグネトロンスパッタリング法で形成して、長さ２０ｍｍ幅２．５ｍｍの短冊形に切り出し、圧電体薄膜素子２ａを試作した。次に、圧電体薄膜素子２ａの長手方向の端をクランプ２００で固定し、簡易的なユニモルフカンチレバーを構成した（図６（ａ））。この状態で上下部電極２０、５０間のＫＮＮ圧電体薄膜３０に電圧を印加し、ＫＮＮ圧電体薄膜３０を長手方向に伸縮させることでカンチレバー全体を屈曲させ、レバー先端を上下方向に動作させた。作製したＫＮＮ圧電体薄膜が十分な圧電特性を有しているかレーザトップラ変位計２５０で、上部電極５０の表面５０ａの基端３００ａと先端３００ｂとの変位量３００を確認した（図６（ｂ））。
以上より、本実施例１〜１４の圧電体薄膜の作製方法を用いた場合は、ＰＺＴに匹敵する十分な圧電特性が得られることを確認した。
［ＫＮＮ圧電体薄膜の剥離および電流リーク］
【００４２】
表２および表３よりわかるように、ＫＮＮ圧電体薄膜作製時のチャンバー内圧力および素導入量（Ｏ２／Ａｒ混合比）からだけでは、剥離および電流リークが共に起こりにくい最適な範囲を一律に規定することができない。そこで、最適な範囲を規定できるように、さらに酸素導入量と相関する酸素分圧に着目して、成膜時のチャンバー内ガス圧力とＯ２／Ａｒガスの混合比とに加えて酸素分圧の影響をまとめた結果を表４に示す。枠で囲った部分が剥離および電流リークが共に起こりにくい範囲である。
【００４３】
【表４】
【００４４】
この結果から、ＲＦマグネトロンスパッタ中のＯ２／Ａｒ混合比を０．０１０以下０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上とすることにより、剥離および電流リークの起こりにくいＫＮＮ圧電体薄膜を作製できることが分かる。また、ＲＦマグネトロンスパッタ法により安定してＫＮＮ圧電体薄膜を作製するため、チャンバー内圧力を０．３〜１．８Ｐａにしておく必要があることも分かる。
【００４５】
なお、下部電極Ｐｔ成膜時の基板温度や放電パワー、膜厚を変更することで、算術平均
表面粗さＲａが０．８６より大きい下部電極を準備し、下部電極上に実施例１、７、１３と同様の成膜条件でＫＮＮ圧電体薄膜を形成し、圧電体薄膜素子を作製したところ、いずれの圧電体薄膜素子においても圧電デバイスとしての使用に耐えるものの、Ｒａが０．８６ｎｍ以下のものと比べて圧電特性の低下が見られた。よって、ＫＮＮ圧電体薄膜が十分な圧電特性を発揮するためには、Ｐｔ下部電極の表面は、算術平均表面粗さＲａが０．８６ｎｍ以下が好ましい。
【００４６】
以下に、本実施形態に係る好ましい態様を付記する。
【００４７】
基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程を備え、上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上０．０１０以下、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜する圧電体薄膜付き基板の製造方法。
【００４８】
圧電体薄膜付き基板の製造方法によって形成された圧電対薄膜付き基板の上に、さらに上部電極を設けて形成される圧電体薄膜素子。
【００４９】
圧電体薄膜付き基板の製造方法によって形成された圧電対薄膜付き基板の上記圧電体薄膜素子に、電圧検知手段または印加手段を設けた圧電体薄膜デバイス。
【符号の説明】
【００５０】
１０：基板
２０：下部電極
３０：ＫＮＮ圧電体薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程を備え、
上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜する
圧電体薄膜付き基板の製造方法。
【請求項２】
上記圧電体薄膜が擬立方晶である請求項１記載の圧電体薄膜付き基板の製造方法。
基板
【請求項３】
上記圧電体薄膜が（００１）面方向に優先配向している請求項２記載の圧電体薄付き基板の製造方法。
【請求項４】
上記圧電体薄膜の組成が０．４≦ｘ≦０．７の範囲内にある請求項１記載の圧電体薄膜付き基板の製造方法。
【請求項５】
上記下部電極に白金を用いており、その白金が（１１１）面優先配向している請求項１乃至４いずれかに記載の圧電体薄膜付き基板の製造方法。
【請求項１】
基板上に下部電極を形成する工程と、上記下部電極上に組成式（Ｋ１−ｘＮａｘ）ＮｂＯ３で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電体薄膜を形成する工程を備え、
上記圧電体薄膜を形成する工程は、ＡｒおよびＯ２雰囲気下で行われるスパッタ法により、チャンバー内ガス圧力を０．３以上１．８Ｐａ以下、かつＯ２／Ａｒガス混合比を０．００２以上、かつ酸素分圧を３．０×１０−３Ｐａ以上として成膜する
圧電体薄膜付き基板の製造方法。
【請求項２】
上記圧電体薄膜が擬立方晶である請求項１記載の圧電体薄膜付き基板の製造方法。
基板
【請求項３】
上記圧電体薄膜が（００１）面方向に優先配向している請求項２記載の圧電体薄付き基板の製造方法。
【請求項４】
上記圧電体薄膜の組成が０．４≦ｘ≦０．７の範囲内にある請求項１記載の圧電体薄膜付き基板の製造方法。
【請求項５】
上記下部電極に白金を用いており、その白金が（１１１）面優先配向している請求項１乃至４いずれかに記載の圧電体薄膜付き基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１２９７７４（Ｐ２０１１−１２９７７４Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８８０７１（Ｐ２００９−２８８０７１）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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